一种无卤阻燃增韧聚乳酸复合材料的制备方法与流程

本发明涉及一种无卤阻燃增韧聚乳酸复合材料的制备方法。

背景技术：
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聚乳酸(PLA)是一种可生物降解吸收的热塑性脂肪族聚酯，其原料乳酸来源于玉米、大豆等可再生农作物，并且由于近年来环境污染和石油基能源的消耗，聚乳酸这种可再生材料引起越来越多的关注。聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性，极好的机械性能和高度的透明性，已经在包装、医疗、建筑材料、汽车和航空等领域得到广泛应用。尽管聚乳酸有很多优异的性能，但是聚乳酸易燃(LOI＝19％～22％)，脆性大且加工流动性较差，从而限制了聚乳酸的广泛应用。因此提高聚乳酸的阻燃性、韧性和加工流动性是目前研究的重点。

由于人们环保意识的提高，无卤阻燃已经成为阻燃研究的热点，目前对聚乳酸的阻燃研究主要是选择合适的成炭剂，可膨胀性石墨(EG)、淀粉、有机改性α-磷酸锆(OZrP)、超支化三嗪类成炭剂(HPCA)通过与聚磷酸铵复配组成膨胀型阻燃剂，从而起到高效阻燃的目的。聚乳酸的增韧改性主要通过共聚、交联和共混的方法，由于共混改性简单易行，价格低廉，能够获得综合性能优异的材料，因此共混改性在聚乳酸的增韧改性研究中应用较为广泛。共混改性通常与一些柔韧性高的聚合物，聚乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚己二酸对苯二酸丁二酯(PBAT)、聚己内酯(PCL)、和淀粉等的共混。在专利CN 105131543 A，CN 105176032 A，CN 105419264 A，CN 104937031 A，CN 104250434 B中报道了对聚乳酸的不同阻燃改性，尽管改性后聚乳酸复合材料的阻燃性能得到提高，但复合材料的韧性和加工流动性没有得到很大改善。

技术实现要素：
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本发明正是针对上述问题，提供了一种可提高聚乳酸阻燃性能、韧性和加工流动性的无卤阻燃增韧聚乳酸复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，具体的制备步骤为，

1、将聚乳酸、阻燃剂、阻燃助剂、增韧剂预先分别在50～110℃下真空干燥1～24小时，以除去水分；

2、将处理后的聚乳酸、阻燃剂、阻燃助剂、增韧剂按照50～90：10～30：5～30：0～5的质量比于高混机内搅拌均匀，得到阻燃混合物；

3、将步骤2得到的阻燃混合物加入到双螺杆挤出机或双辊开炼机中，在150～200℃的加工温度下进行熔融共混，再依次经挤出、冷却、切粒，即可得到无卤阻燃增韧聚乳酸复合材料；

所述的阻燃剂为不含卤素的无卤阻燃剂；

所述的增韧剂为聚丁二酸己二醇酯、聚乙二醇、乙烯-醋酸乙烯酯中一种以上；

所述的阻燃助剂为液晶聚合物LCP。

所述的阻燃剂为聚磷酸铵、氢氧化镁中的一种以上。

本发明的有益效果：

1、本发明制备的聚乳酸复合材料中添加的阻燃剂为无卤阻燃剂，通过UL-94V-0级，并在燃烧时没有有毒气体的释放，同时降低了烟释放浓度，使本发明制备的聚乳酸复合材料成为一种环境友好型材料，可应用于航空、汽车、电子等对阻燃性能要求较高的领域。

2、由于本发明提供的聚乳酸复合材料中所使用的增韧剂富含羟基，其可在材料燃烧过程中与阻燃剂反应脱水成炭，同时发挥增韧和成炭双重作用，使本发明制备的聚乳酸复合材料的拉伸强度和断裂伸长率都得到极大提高。

3、由于本发明中添加了助剂，提高了聚乳酸复合材料的熔融指数，从而提高了材料在制作过程中的加工流动性。

附图说明：

图1为实施例中制得的聚乳酸复合材料的拉伸强度对比图。

图2为实施例中制得的聚乳酸复合材料的断裂伸长率对比图。

具体实施方式：

对比例

称取1Kg聚乳酸在80℃下真空干燥24小时，以除去水分，放入双螺杆挤出机中，在150℃的温度下进行熔融共混，其中螺杆转数为250rpm。物料经冷却，切粒后即可得到聚乳酸材料。

利用注塑机注塑出用于燃烧性能和力学性能测试的标准样条，各段温度为：一区：160～165℃，二区：165～180℃，三区：180～200℃。

燃烧性能测试：

采用UL-94垂直燃烧测试，按照ASTM-D3801标准，试样长130mm，宽10mm，高3mm，极限氧指数测试，按照ASTM-D2863标准，试样长100mm，宽6.5mm，高3mm。力学性能测试，按照GB-T1040标准，测量拉伸强度和断裂伸长率。熔融指数测试，按照ASTM-D1238标准(190℃,0.375Kg)，测试复合材料的熔融指数。

所得聚乳酸材料的LOI为22，垂直燃烧为NR级，断裂伸长率为4.1％，拉伸强度为71.59MPa，熔融指数为3.56g/10min。

实施例1

将聚乳酸在80℃下真空干燥24小时，以除去水分，接着将85kg的聚乳酸，15kg的聚乙二醇6000(分子量)在高混机内混合均匀后，放入双螺杆挤出机中，在150℃的温度下进行熔融共混，其中螺杆转数为250rpm。物料经冷却，切粒后即可得到聚乳酸复合材料。

将共混后的材料在真空干燥箱100℃干燥后，利用注塑机注塑出用于燃烧性能和力学性能测试的标准样条，各段温度为：一区：160～165℃，二区：165～180℃，三区：180～200℃。

燃烧性能测试

采用UL-94垂直燃烧测试，按照ASTM-D3801标准，试样长130mm，宽10mm，高3mm，极限氧指数测试，按照ASTM-D2863标准，试样长100mm，宽6.5mm，高3mm。力学性能测试，按照GB-T1040标准，测量拉伸强度和断裂伸长率。熔融指数测试，按照ASTM-D1238标准(190℃,0.375Kg)，测试复合材料的熔融指数。

所得聚乳酸复合材料的LOI为22.3，垂直燃烧为NR级，断裂伸长率为75.2％，拉伸强度为49.39MPa，熔融指数为5.65g/10min。

实施例2

与实施例1的不同之处为，将聚乳酸、聚磷酸铵分别在80℃下真空干燥24小时，以除去水分；接着将72.2kg的聚乳酸、15kg的聚磷酸铵、12.8kg的聚乙二醇6000在高混机内混合均匀。

所得聚乳酸复合材料的LOI为30.1，垂直燃烧为V-0级，断裂伸长率为57.1％，拉伸强度为29.42MPa，熔融指数为7.01g/10min。

实施例3

与实施例1的不同之处为，将聚乳酸、聚磷酸铵、液晶聚合物LCP分别在80℃下真空干燥24小时，以除去水分；接着将72.02kg的聚乳酸、14.96kg的聚磷酸铵、12.77kg的聚乙二醇6000和0.25kg的液晶聚合物在高混机内混合均匀。

所得聚乳酸复合材料的LOI为30.2，垂直燃烧为V-0级，断裂伸长率为55.64％，拉伸强度为30.45MPa，熔融指数为8.57g/10min。

实施例4

与实施例1的不同之处为，将聚乳酸、聚磷酸铵、液晶聚合物LCP分别在80℃下真空干燥24小时，以除去水分；接着将71.84kg的聚乳酸、14.93kg的聚磷酸铵、12.74kg的聚乙二醇6000和0.5kg的液晶聚合物在高混机内混合均匀。

所得聚乳酸复合材料的LOI为31.3，垂直燃烧为V-0级，断裂伸长率为39.33％，拉伸强度为31.18MPa，熔融指数为10.35g/10min。

实施例5

与实施例1的不同之处为，将聚乳酸、聚磷酸铵、液晶聚合物LCP分别在80℃下真空干燥24小时，以除去水分；接着将71.56kg的聚乳酸、14.89kg的聚磷酸铵、12.70kg的聚乙二醇6000的和0.75kg的液晶聚合物在高混机内混合均匀。

所得聚乳酸复合材料的LOI为31.5，垂直燃烧为V-0级，断裂伸长率为29.46％，拉伸强度为32.15MPa，熔融指数为11.08g/10min。

实施例6

与实施例1的不同之处为，将聚乳酸、聚磷酸铵、液晶聚合物分LCP别在80℃下真空干燥24小时，以除去水分；接着将71.48kg的聚乳酸、14.85kg的聚磷酸铵、12.67kg的聚乙二醇6000的和1.0kg的液晶聚合物在高混机内混合均匀。

所得聚乳酸复合材料的LOI为31.6，垂直燃烧为V-0级，断裂伸长率为19.38％，拉伸强度为34.28MPa，熔融指数为14.09g/10min。

表1

由表1可知，液晶聚合物的加入提高了复合材料的熔融指数，从而改善了复合材料的加工流动性，由图1和图2可知，聚乙二醇的添加使复合材料的韧性得到极大提高，随液晶聚合物的添加复合材料的拉伸强度由29.42MPa提高到34.28MPa，断裂伸长率则逐渐降低逐低。