纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料及其制备方法，以重量百分比计，该复合材料由50～85%的聚羟基丁酸酯，5～30%的纳米膨润土复配阻燃剂，0.1～5%的加工助剂，5～25%的可降解增韧树脂，0.1～5%的偶联剂，0.1～5%的接枝剂制成。制备步骤为先将聚羟基丁酸酯、可降解增韧树脂、纳米膨润土复配阻燃剂干燥，然后加入偶联剂于高速搅拌机内活化，再与加工助剂、接枝剂混合均匀，最后经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却风干切粒。本发明所制备的阻燃聚羟基丁酸酯复合材料不但能达到UL94V-0级阻燃标准，还能够保持其力学、加工性能。
【专利说明】纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料【技术领域】，具体涉及一种纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在石油资源日益缺乏，环境保护压力日益增大的当今形式下，以石油为原料的各种树脂产品大有被以淀粉等天然生物质为基材的生物塑料所取代的趋势。目前各国研发的生物塑料主要集中于这几个品种:聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚乙醇酸(PGA)。原料生物质主要来源于玉米、土豆、甘蔗、谷物、木材、油等。聚羟基丁酸酯(polyhydroxybutyrate, PHB)是一种聚羟基脂肪酸酯，于1927年首先从细胞中分离出来，这种材料无毒且可生物降解，目前主要用途是生产热注塑产品，制造如瓶帽、钢笔、玩具、食品盒等；也被作为体内缝合材料应用于医疗行业。传统塑料降解需要100年，用聚羟基丁酸酯生产的产品只要12个月就能分解，释放出的只有水和二氧化碳。
[0003]然而出于产品安全等方面考虑，却来越多的国家制定法规要求塑料制品具有阻燃性，尤其是环保型阻燃功能。聚羟基丁酸酯受热时不稳定，其熔点接近于分解温度(175摄氏度)。这一缺点限制了其在各领域的应用。目前石化类树脂的阻燃剂主要有卤系(含氯、含溴等)、磷系(磷化物、磷酸酯等)、氮系(双氰胺、胍盐等)、硅系(硅树脂、硅橡胶等)、无机盐阻燃剂(氢氧化镁、氢氧化铝等)以及复合型阻燃剂等，但是阻燃剂加入聚羟基丁酸酯中往往会严重影响聚羟基丁酸酯本体材料物理力学性能，使其明显降低。因此，从燃烧环保性及各种阻燃剂对塑料材料物理力学性能的影响等角度综合考虑，目前尚没有一种对聚羟基丁酸酯阻燃效率高、力学性能影响小的环保阻燃方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，该复合材料具有阻燃级别高、绿色环保、能保持聚羟基丁酸酯本体材料物理力学性能的特点。
[0005]本发明的另一目的是提供该纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料的制备方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明的采用以下技术方案:
一种纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，该复合材料由以下重量百分含量的组分制成(总重量满足100%):
聚羟基丁酸酯50~85%
纳米膨润土复配阻燃剂 5~30%
加工助剂0.1~5%
可降解增韧树脂5~25%
偶联剂0.1~5%
接枝剂0.1~5%。
[0007]优选的，该复合材料由以下重量百分含量的组分制成(总重量满足100%):
聚羟基丁酸酯50~70%
纳米膨润土复配阻燃剂 15~25%
加工助剂0.1~1%
可降解增韧树脂10~25%
偶联剂I~2%
接枝剂I~2%。
[0008]所述的纳米膨润土复配阻燃剂为重量百分比为50~80%的纳米级膨润土和20~50%的无机阻燃剂混合制成(以纳米膨润土复配阻燃剂的重量为100%计)，纳米级膨润土的粒径优选为I~lOOnm。
[0009]所述的聚羟基丁酸酯树脂分子量优选为IXlO5~3X105。无机阻燃剂可为氢氧化镁、氢氧化铝、硼化物、钙化物中的至少一种，其中，硼化物优选硼酸钠、钙化物优选氢氧化钙。
[0010]所述的可降解增韧树脂为聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚乙内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)中的至少一种。
[0011]所述的加工助剂为抗氧剂、润滑剂、紫外线吸收剂、白油、甲基硅油中的至少一种，其中抗氧剂可为巴斯夫B225，紫外线吸收剂可为巴斯夫UV-326，润滑剂可为聚乙烯蜡。
[0012] 所述的偶联剂为钛酸酯、铝酸酯和硅烷偶联剂中的至少一种。
[0013]所述的接枝剂为马来酸酐接枝相容剂和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
[0014]上述纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料的制备方法，包括如下步骤:先将聚羟基丁酸酯、可降解增韧树脂、纳米膨润土复配阻燃剂干燥，然后加入偶联剂搅拌活化，再与加工助剂、接枝剂混合均匀，最后经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却风干切粒。
[0015]上述纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料的制备方法中，双螺杆挤出机的温度优选设置如下:喂料段160~170°C，压缩段160~170°C，计量段170~180°C，模头段180~190°C ;主机螺杆转速为160~230rpm，输送螺杆转速为20~50rpm，料桶喂料速度为 10 ~20rpm。
[0016]本发明先将聚羟基丁酸酯、可降解增韧树脂、纳米膨润土复配阻燃剂在80~90°C干燥2~3小时，以除去物料从空气中吸收的水分，防止其对产品性能产生影响。
[0017]本发明的有益效果:1.膨润土是一种富含镁铝的硅酸盐矿物，化学通式为Nax (H2O) 4{ (Al2.xMgx) [Si4O10] (OH) 2}，其晶体结构为极薄的片状，表面的负电荷能吸引各种阳离子，并可被其它阳离子交换，本发明膨润土复配阻燃剂不含卤素，绿色环保，且成本较低，制备工艺简单；2.选用可降解增韧树脂与阻燃剂并用可以减少或消除无机阻燃剂对聚羟基丁酸酯物理机械性能的不利影响；3.选用偶联剂及接枝剂分别增加了膨润土复配阻燃剂及可降解增韧树脂与聚羟基丁酸酯本体材料的相容性及结合度，进一步减少了阻燃剂对聚羟基丁酸酯树脂物理机械性能的影响。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]实施例1
配方:5000g分子量为LOxlO5的聚羟基丁酸酯、100g聚乙内酯、SOOg纳米级膨润土(粒径I~100nm)、800g氢氧化镁，50g钛酸酯和50g招酸酯，50g甲基硅油、50g马来酸酐接枝相容剂。
[0020]制备方法:
步骤一:将5000g分子量为1.0XlO5的聚羟基丁酸酯、100g聚乙内酯、800g纳米级膨润土、800g氢氧化镁在85°C干燥2小时；
步骤二:将干燥好的物料与50g钛酸酯和50g铝酸酯于高速搅拌机内以90°C、1400rpm搅拌活化10分钟；
步骤三:将步骤一和二中得到的混合料与50g甲基硅油、50g马来酸酐接枝相容剂于低速搅拌机内混合均匀；
步骤四:将步骤三中得到的所有组分经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却风干切粒。双螺杆挤出机的温度设置如下:喂料段160~170°C，压缩段160~170oC，计量段170~180°C，适配器170~180°C，模头段180~190°C ;主机螺杆转速为200rpm，输送螺杆转速为30rpm，料桶喂料速度为15rpm。
[0021]产品阻燃性经UL-94V实验，阻燃性能及机械性能结果见表1。
[0022]实施例2
配方:将5000g分子量为3.0X 15的聚羟基丁酸酯、100g聚碳酸亚丙酯、100g聚乙内酯，800g纳米级膨润土 (粒径I~100nm)、800g氢氧化招、10g招酸酯、50g聚乙烯腊、10g甲基丙烯酸甲酯。
[0023]制备方法:
步骤一:将5000g分子量为3.0 X 15的聚羟基丁酸酯、100g聚碳酸亚丙酯、100g聚乙内酯，800g纳米级膨润土、800g氢氧化铝在85°C干燥2小时；
步骤二:将干燥好的物料与10g铝酸酯于高速搅拌机内以90°C、1400rpm搅拌活化10分钟；
步骤三:将步骤一和二中得到的混合料与50g聚乙烯蜡、10g甲基丙烯酸甲酯于低速搅拌机内混合均匀；
步骤四:将步骤三中得到的所有组分经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却风干切粒。双螺杆挤出机的温度设置如下:喂料段160~170°C，压缩段160~170°C，计量段170~180°C，适配器170~180°C，模头段180~190°C ;主机螺杆转速为200rpm，输送螺杆转速为30rpm，料桶喂料速度为15rpm。
[0024]产品阻燃性经UL-94V实验，阻燃性能及机械性能结果见表1。
[0025]实施例3
配方:5000g分子量为2.0X 15的聚羟基丁酸酯、100g聚乙内酯、SOOg纳米级膨润土(粒径I~100nm)、400g氢氧化钙、400g硼酸钠、50g钛酸酯和50g招酸酯、50g甲基硅油、50g马来酸酐接枝相容剂。
[0026]制备方法:
步骤一:将5000g分子量为2.0X 15的聚羟基丁酸酯、100g聚乙内酯、800g纳米级膨润土、400g氢氧化钙、400g硼酸钠在85°C干燥2小时；
步骤二:将干燥好的物料与10g钛酸酯于高速搅拌机内以90°C、1400rpm搅拌活化10分钟；
步骤三:将步骤一和二中得到的混合料与60g巴斯夫B225、50g紫外吸收剂巴斯夫UV-326、50g甲基硅油、50g马来酸酐接枝相容剂于低速搅拌机内混合均匀；
步骤四:将步骤三中得到的所有组分经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却风干切粒。双螺杆挤出机的温度设置如下:喂料段160~170°C，压缩段160~170°C，计量段170~180°C，适配器170~180°C，模头段180~190°C ;主机螺杆转速为230rpm，输送螺杆转速为50rpm，料桶喂料速度为20rpm。
[0027]产品阻燃性经UL-94V实验，阻燃性能及机械性能结果见表1。
[0028]对比例测定的是聚羟基丁酸酯的性能。
[0029]表1
【权利要求】
1.一种纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，其特征在于，该复合材料由以下重量百分含量的组分制成: 聚羟基丁酸酯50~85% 纳米膨润土复配阻燃剂5~30% 加工助剂0.1~5% 可降解增韧树脂5~25% 偶联剂0.1~5% 接枝剂0.1~5%。
2.根据权利要求1所述的纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的纳米膨润土复配阻燃剂为重量百分比为50~80%的纳米级膨润土和20~50%的无机阻燃剂。
3.根据权利要求1所述的纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的聚羟基丁酸酯分子量为I X 105~3X105。
4.根据权利要求1所述的纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的无机阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼化物、钙化物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的可降解增韧树脂为聚碳酸亚丙酯、聚乙内酯、聚丁二酸丁二醇酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的加工助剂为抗氧剂、润滑剂、紫外线吸收剂、白油、甲基硅油中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的偶联剂为钛酸酯、铝酸酯和硅烷偶联剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的接枝剂为马来酸酐接枝相容剂和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
9.根据权利要求1~8任意一项权利要求所述的纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 先将聚羟基丁酸酯、可降解增韧树脂、纳米膨润土复配阻燃剂干燥，然后加入偶联剂搅拌活化，再与加工助剂、接枝剂混合均匀，最后经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却风干切粒。
10.根据权利要求9所述的纳米膨润土复合阻燃聚羟基丁酸酯生物塑料的制备方法，其特征在于:所述双螺杆挤出机的温度设置如下:喂料段160~170°C，压缩段160~170°C，计量段170~180°C，模头段180~190°C ;主机螺杆转速为160~230rpm，输送螺杆转速为20~50rpm，料桶喂料速度为10~20rpm。
【文档编号】C08L67/02GK104130562SQ201410361753
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】周子凯, 赵醒, 夏俊 申请人:江苏嘉铂新材料有限公司