一种无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于聚乳酸阻燃改性技术领域，具体涉及一种无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚乳酸是由乳酸为单体经化学合成或生物合成得到的一类高分子材料，不以石油为基础，与生物基体有较好的相容性，其制品无毒无刺激性，废旧以后还可被微生物分解进而吸收，因此是绝对意义上的环保材料。由于聚乳酸具有卓越的机械性能、生物相容性、光学性能、加工性能以及热稳定性，其被公认为目前可以在一定程度上取代传统石油基聚合物的生物可降解聚合物。并可能广泛应用于家电、汽车、家装材料等众多领域。但是，由于聚乳酸作为一种脂肪族聚酯，其阻燃性能比较差，且燃烧过程中有明显的滴落现象，以上不足严重制约了其在家电、汽车、电子等领域的应用，因此，有必要对聚乳酸材料进行改性，以提高其阻燃性能。
[0003]聚乳酸的阻燃剂可分为添加型和反应型两大类，而添加型的阻燃剂由于使用方便，适用性强，在聚乳酸阻燃改性研究中被大量的应用。传统的添加型阻燃剂包括卤系、磷系、氮系以及金属化合物，目前最常用的添加型聚乳酸阻燃剂是膨胀型阻燃剂，其次是无机纳米阻燃剂。而卤系阻燃剂由于阻燃性能优异，最早被用在聚乳酸阻燃改性中，但其发烟量大，且燃烧产生大量有毒的卤化氢气体，在很多国家已被禁止。聚乳酸作为一种绿色环保材料，更应避免使用卤系阻燃剂。因此，有必要探索更为高效且制备工艺简单的聚乳酸阻燃材料，以使材料在达到一定阻燃级别的同时也能够降低添加剂对材料力学性能的影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有聚乳酸材料阻燃技术中存在的含卤阻燃剂危害环境、无机阻燃剂添加量高的缺点，提供一种阻燃效率高、材料力学性能得到较好保持的无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料及其制备方法。
[0005]为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是:一种无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料，可经挤出加工或密炼加工而成，按重量计，所述无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料的原料配方包括:聚乳酸树脂70?90份、纳米有机改性蒙脱土 I?10份、抗氧剂0.01?I份、液体石蜡0.5?5份，其余为含磷阻燃剂、其总重量满足100%。
[0006]本发明中，所述的含磷阻燃剂为多聚磷酸胺、密胺聚磷酸盐、季戊四醇二磷酸酯或二乙基次膦酸铝中的一种或多种。
[0007]本发明中，所述的有机改性蒙脱土为十八烷基三甲基铵盐改性蒙脱土(DKl)、十八/十六烷基双羟乙基甲基铵盐改性蒙脱土(DK2)、十八/十六烷基二甲基苄基氯化按改性蒙脱土(DK3)、双十八烷基二甲基氯化铵改性蒙脱土(DK4)或十六烷基二甲基氯化铵改性蒙脱土(DKIN)中的一种或多种。
[0008]本发明中所指的有机改性蒙脱土是符合以下指标的: 密度=1.8g/cm3，表观密度〈0.35g/cm3，平均晶片厚度<25nm，含湿量〈3%。
[0009]本发明中，所指的有机改性蒙脱土选用的插层剂是十八烷基三甲基铵盐、十八/十六烷基双羟乙基甲基铵盐、十八/十六烷基二甲基苄基氯化按、双十八烷基二甲基氯化铵或十六烷基二甲基氯化铵中的一种或多种。
[0010]本发明中，所述的抗氧剂为亚磷酸三(2，4 一二叔丁基苯基)酯、亚磷酸酯三(2，4一二特丁基苯基)酯、亚磷酸苯二异癸酯、三(壬基代苯基)亚磷酸酯或亚磷酸三(壬基苯酷)、季戊四醇双亚磷酸酯二(2，4 一二特丁基苯基)酯、多烷基双酚A亚磷酸酯的双聚体或三聚体的复合物中一至多种。
[0011]本发明所述的无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料可通过如下的塑料加工方法制备而成:
先将聚乳酸树脂、含磷阻燃剂和纳米改性有机蒙脱土分别在60~90°C烘箱中干燥12小时以上，除去水分，再按原料配方量分别称取聚乳酸、含磷阻燃剂、纳米有机改性蒙脱土、抗氧剂和液体石蜡并混合均匀，将混合料送入螺杆挤出机或密炼机中，在150~190°C的加工温度下熔融共混，再经冷却、烘干，即得到所述的无卤阻燃聚乳酸纳米复合材料。
[0012]本发明以有机改性蒙脱土作为阻燃协效剂，将其与含磷阻燃剂加入到聚乳酸基体中形成复合材料，该体系能够保证在添加剂的添加量较低时就可以达到高的阻燃效率，而且复合材料在使用中对环境友好。其可能的阻燃机理是:一方面含磷阻燃剂同时在凝聚相和气相起阻燃作用。在气相中有P0.形成，它可以捕获火焰区域中的H0.和H.并将这类高能量的自由基转化成稳定的自由基HPO ?和P0.，抑制了自由基连锁反应，从而有效控制热分解；凝聚相中，高温下与02作用，受热逐步分解成磷酸的非燃性粘稠液态膜，覆盖于燃烧体表面，隔绝空气。同时，磷酸脱水生成偏磷酸，偏磷酸聚合生成玻璃体状聚偏磷酸，能够催化含羟基化合物进行吸热、脱水、成碳一系列的反应。最终磷大部分残留于石墨状焦炭层中，此焦炭层难燃、隔热、隔氧，再加上其导热性能差，阻断了底层的进一步分解。在此基础上，再加入少量蒙脱土，聚乳酸分子进入蒙脱土片层结构中，硅酸盐的片层结构阻止了热传递，提高了聚乳酸的耐热性能，可有效地解决聚乳酸的熔体滴落问题。同时进一步降低热释放速率，减少有焰燃烧时间，显示两者之间存在良好的协效阻燃作用。以上阻燃因素共同发挥作用，导致本发明聚乳酸配方体系在保持良好力学性能的同时阻燃性能得到了显著提尚O
[0013]由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点:
本发明采用的有机改性蒙脱土作为阻燃协效剂一方面能够与含磷阻燃剂产生协同阻燃效应，提高复合材料的阻燃性能，另一方面由于本发明采用的纳米阻燃协效剂添加量少，粒径小而均匀，因此在材料加工过程中可以均匀分散在聚合物基体中，对物料的加工性能影响更小，使得聚乳酸复合材料在具备优良的阻燃性能的同时力学性能也能够得到更好的保持。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。
[0015]实施例1
将聚乳酸树脂、聚磷酸铵、有机改性蒙脱土 DKl在60°C烘箱中干燥12小时，以除去水