一种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料及其制备方法
【专利摘要】一种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料及其制备方法。该聚乳酸材料包括聚乳酸粒子、改性天然纤维、芳基磷酸酯。该增强阻燃聚乳酸材料制备方法为：(1)先后将天然纤维进行碱处理和硅烷偶联剂处理；(2)将一定比例的聚乳酸粒子与改性天然纤维、芳基磷酸酯，通过转矩流变仪熔融共混，制得由改性天然纤维、芳基磷酸酯增强阻燃的聚乳酸材料。本增强阻燃聚乳酸材料配方简单，无卤环保，阻燃性能显著，同时拉伸强度和耐热性能得到提高。
【专利说明】一种无南阻燃天然纤维增强聚乳酸材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于聚乳酸材料的增强阻燃【技术领域】，具体涉及一种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚乳酸(PLA)是由天然植物如马铃薯、玉米等发酵后的乳酸经过聚合得到，是一种可生物降解的聚合物。聚乳酸具有优异的物理化学性能，如良好的力学性能、透明性等。聚乳酸来源广，易加工，可降解的特点使得它在工业领域的应用十分广泛。然而易燃的缺点限制了聚乳酸在电子电力、机械交通方面的应用，因此必须在保持聚乳酸良好的力学性能的基础上提高它的阻燃性能。
[0003]天然纤维，例如红麻、黄麻、剑麻、芒麻、亚麻、竹纤维、棉纤维等，具有突出的拉伸强度，并且价格低廉，我国种植面积很广，用于增强改性工程塑料是一个不错的选择。Miriam Garci'a 等(Miriam Garci’a , Izaskun Garmendia, Javier Garci,a , Journal ofApplied Polymer Science, 2008, 107, 2994-3004)研究了红麻对聚乳酸的增强效果，结果表明，为改性的红麻纤维不仅不能提高复合材料的力学性能，甚至会起到反作用，原因在于纤维与基体的相容性较差，纤维不能很好在基体中。古典等(古典，付永胜，汪则灵，等.消防科学与技术，2010，29(4)，309-321)测试了磷含量对聚乳酸材料的阻燃性能的影响，当含磷阻燃剂的添加量达到Swt%是，材料的垂直燃烧能达到FV-O级，尤其是TPP的添加量达到15wt%时，聚乳酸材料的氧指数达到了 38.6。含磷阻燃剂因为无卤高效而被广泛使用，然而普通含磷阻燃剂凝聚相阻燃的机理并不能改善聚乳酸材料严重的熔滴现象，此外阻燃剂的添加会导致复合材料的力学性能下降。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料及其制备方法，所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的组成为聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220。旨在克服现有技术的不足，不仅能够完善材料所需的力学性能和力学耐热性能，而且阻燃性能显著提高，燃烧产生的熔滴现象减弱。体系无卤环保，加工工艺简单。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:
[0006]一种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料，其特征在于所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料由聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220熔融共混而成，聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220的质量比为(70~80): 10:(10~20)，改性红麻是将红麻在碱性溶液中浸泡，水洗至中性后烘干，再置于硅烷偶联剂的乙醇水溶液中磁力搅拌，抽滤，醇洗，烘干，粉碎。
[0007]所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料，其特征在于，所述的芳基磷酸酯PX-220为白色固体，熔点> 90°C。
[0008] 一种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，其特征在于，通过以下步骤制备:
[0009](I)改性红麻的制备:将红麻放在碱溶液中浸泡，水洗至中性后烘干；将烘干后的红麻置于硅烷偶联剂的乙醇水溶液中磁力搅拌，抽滤，醇洗，烘干，粉碎；
[0010](2)将聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220按比例充分混合后，通过转矩流变仪熔融共混制得无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料。
[0011]所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，步骤(1)中碱处理时NaOH的浓度为20Wt%，碱处理的时间为24h，硅烷偶联剂的浓度为10Wt%。
[0012]所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，步骤(1)中粉碎后的改性红麻长度为5~10_。
[0013]所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，步骤(1)中的硅烷偶联剂为甲基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二乙氧基硅烷、苯基二甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲基硅烷、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
[0014]所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中转矩流变仪加工条件中温度为150~190°C，输出转速为30~80rpm。
[0015]本发明与现有技术相比，其显著优点是:
[0016](I)天然纤维在聚乳酸基体中的分散性较差，导致天然纤维/聚乳酸聚合材料的力学性能下降。本发 明对天然纤维红麻进行改性后，改善了纤维与聚乳酸基体间的相容性，从而提高了聚乳酸复合材料的力学性能。
[0017](2)本发明所使用的芳基磷酸酯PX-220熔点较高，耐热性好，挥发性小，室温下为固体，方便加工。芳基磷酸酯PX-220中较高的P含量，对阻燃效果发挥了显著的作用。
[0018](3)红麻和芳基磷酸酯PX-220中的多个苯环促进材料成炭，有利于提高材料的UL94等级。
[0019](4)燃烧过程及产物无卤环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明中无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的拉伸强度。
[0021]图2是本发明中无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的燃烧现象。
【具体实施方式】
[0022]本发明的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料，是由质量百分数为10的改性红麻、10~20多聚芳基磷酸酯PX-220与70~80聚乳酸通过转矩流变仪熔融共混制得。为了更好地理解与实施，下面结合比较例和实施例详细说明本发明无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备过程。
[0023]改性红麻的制备:将红麻在碱溶液浸泡24h，水洗至中性后烘干；将烘干后的红麻置于1wt%乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇水溶液(6:4v/v)中磁力搅拌2h (用上述的其他硅烷偶联剂也可以达到相同的改性效果)，抽滤，醇洗，烘干，粉碎至5~1mm ;
[0024]对比例:
[0025]称取50g聚乳酸粒料，加入到转矩流变仪中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009标准试验方法测定，极限氧指数为20.0% ;按GB/T1040-2006标准试验方法测定拉伸强度为55.4MPa。
[0026]实施例1:(聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220的质量比为80:10:10)
[0027]称取40g聚乳酸粒料，5g改性红麻，5g芳基磷酸酯PX-220，充分混合后加入到转矩流变仪中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009标准试验方法测定，极限氧指数为26.5%;按GB/T1040-2006标准试验方法测定拉伸强度为64.9MPa。
[0028]实施例2:(聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220的质量比为75:10:15)
[0029]称取37.5g聚乳酸粒料，5g改性红麻，7.5g芳基磷酸酯PX-220，充分混合后加入到转矩流变仪中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009标准试验方法测定，极限氧指数为
27.0% ;按GB/T1040-2006标准试验方法测定拉伸强度为52.9MPa。
[0030]实施例3:(聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220的质量比为70:10:20)
[0031]称取35g聚乳酸粒料，5g改性红麻，1g芳基磷酸酯PX-220，充分混合后加入到转矩流变仪中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009标准试验方法测定，极限氧指数为
28.5% ;按GB/T1040-2006标准试验方法测定拉伸强度为48.9MPa。
[0032]实施例4:称取30g聚乳酸粒 料，5g改性红麻，15g芳基磷酸酯PX-220，充分混合后加入到转矩流变仪中，制得聚乳酸材料，按GB/T2406.2-2009标准试验方法测定，极限氧指数为29.0% ;按GB/T1040-2006标准试验方法测定拉伸强度为23.5MPa。
[0033]如图1所示，阻燃剂的加入虽然使得聚乳酸材料的拉伸强度下降，而改性红麻的添加能显著提高聚乳酸材料的力学性能。如图2所示，红麻的加入使得聚乳酸材料成炭明显，减弱了材料的熔滴现象。天然纤维不仅是一种优异的增强材料，还是一种良好的成炭剂;含磷阻燃剂是一种高效的阻燃剂，二者复配使用，不仅可以提高材料的力学性能和阻燃性能，而且无卤环保，生产成本低，应用前景广阔。
【权利要求】
1.一种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料，其特征在于，所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料由聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220熔融共混而成，所述聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220的质量比为(70~80):10: (10~20)，改性红麻是将红麻在碱性溶液中浸泡，水洗至中性后烘干，再置于硅烷偶联剂的乙醇水溶液中磁力搅拌，抽滤，醇洗，烘干，粉碎。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料，其特征在于，所述的芳基磷酸酯PX-220为白色固体，熔点> 90°C。
3.根据权利要求1所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为甲基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二乙氧基硅烷、苯基二甲氧基娃烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
4.一种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，其特征在于，通过以下步骤制备: (1)改性红麻的制备:将红麻放在喊溶液中浸泡，水洗至中性后供干；将供干后的红麻置于硅烷偶联剂的乙醇水溶液中磁力搅拌，抽滤，醇洗，烘干，粉碎； (2)将聚乳酸、改性红麻、芳基磷酸酯PX-220按比例充分混合后，通过转矩流变仪熔融共混制得无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料。
5.根据权利要求4所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中碱处理时NaOH的浓度为20wt%，碱处理的时间为24h，硅烷偶联剂的浓度为1wt %。
6.根据权利要求4所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中粉碎后的改性红麻长度为5~10mm。
7.根据权利要求4所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的硅烷偶联剂为甲基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基二甲氧基硅烷中的一种。
8.根据权利要求4所述的无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中转矩流变仪加工条件中温度为150~190°C，输出转速为30~80rpm。
【文档编号】C08K5/523GK104031365SQ201410268846
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】王新龙, 周露, 黄颖, 王通文, 杨媛媛, 廖逢辉, 居亚庆 申请人:南京理工大学