CN103772929A - 一种全降解高分子复合物及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子材料加工领域，具体为一种阻燃全降解高分子复合物及制备方法。利用植物纤维对聚乳酸进行增强改性，并加入无卤阻燃剂提高阻燃性能，得到一种性能良好的阻燃全降解高分子复合物。

Description

一种全降解高分子复合物及制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料加工领域，具体为一种阻燃全降解高分子复合物及制备方法。 

背景技术

高分子材料的发展近几十年来突飞猛进，已经广泛应用于各行各业，但是伴随着其应用的普及，“塑料”污染也日趋严重。随着塑料产量增大、成本降低、大量的商品包装袋、液体容器以及农膜等，人们已经不再反复使用，而是用过即作为垃圾丢弃的消费品，由于高分子材料无法自然降解，各种塑料制品被人们丢弃后，长期保留在自然界。田里的废农膜、塑料袋等长期残留在农田中后，既会影响土壤透气性，阻碍水分流动和作物根系发育，还会缠绕农机，影响田间作业，长此下去又能影响深层土壤，使土壤环境恶化。废弃塑料对海洋的污染已经成为国际性问题。这些废弃塑料不但会缠住船只的螺旋桨，损坏船身和机器引起事故和停驶，给航运造成重大损失，且严重影响水质。由于塑料制品在动物体内无法被消化和分解，以致误食后即能引起胃部不适、行动异常、生育繁殖能力下降，甚至死亡。而且，高分子分解的残余物及其中的加工助剂会通过食物链传递给人类，对人类的健康造成危害。 

美国、日本、欧洲等一些国家相继立法，限制合成塑料的适用范围，并投入大量资金进行可降解塑料(包括生物降解、光降解、环境降解和热降解等)的研发。生物可降解塑料是指在自然界中可被微生物(如细菌、真菌)分解的塑料。 

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源所提取的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方 法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。聚乳酸具有良好的力学性质、热塑性及成纤性，但其耐热性较差，较脆。因此，为了满足更高要求的使用，需要对其进行改性。其中由植物纤维材料与可生物降解塑料复合制备环境友好的生物质复合材料已成为新世纪的研究热点。天然纤维类似于玻纤，天然植物纤维原料来源广泛，而且可再生，材料成本低廉，与可生物降解塑料复合，在改善可生物降解塑料性能的同时，还可以降低可生物降解材料的成本。生物质复合材料性能得以改善，扩大了可生物降解材料的应用领域；该种新型材料完全由可生物降解材料制成，废弃后可以自行分解，不会对环境造成污染，有助于保护环境，实现人与自然的协调发展。但聚乳酸及天然纤维都是可燃物，随着人们的安全意识的提高，对阻燃的要求也会越来越高。 

专利CN20061003789公开了一种聚乳酸/天然纤维复合材料，主要由聚乳酸树脂和天然纤维组成。该复合材料的生产方法包括先将天然纤维用偶联剂溶液进行表面处理，再将天然纤维与聚乳酸树脂及抗氧剂、成核剂、润滑剂混合，熔融挤出造粒，得产品。本发明方法具有操作简单、生产效率高等优点，制备的聚乳酸/天然纤维复合材料，具有较高的模量和耐热性，以及较好的成型加工性，同时又保持了聚乳酸的可生物降解性，可广泛应用于汽车、建筑和居家装饰等领域。 

专利CN100383192C提出具有生物隆解性的阻燃性复合组合物和其生产方法，介绍了聚乳酸分解和氢氧化铝、氢氧化镁、多聚磷酸铵、二氧化硅、低熔点玻璃、滑石复合后的阻燃性能，但没有介绍其对机械性能的影响。 

专利201010518811，公开了一种无卤阻燃聚乳酸复合材料，以 聚乳酸树脂为本体，添加聚磷酸铵和成炭剂的混合物、固体超强酸、抗氧剂、成核剂和抗融滴剂，经过熔融共混得到；按照重量份数计，聚乳酸树脂占70份～95份，聚磷酸铵和成炭剂的混合物占3-25份，固体超强酸占0.1～5份，抗氧剂占0.01-3份，成核剂占0.1-2份，抗融滴剂占0.1-10份。与现有的技术相比，发明无卤阻燃聚乳酸复合材料通过固体超强酸的催化作用与磷氮膨胀型阻燃剂的协效成炭阻燃作用，协同促进了聚乳酸复合材料的阻燃性能，具有绿色环保与阻燃级别高的优点，同时能够最大程度地降低助剂添加对聚乳酸本体材料物理力学性能的影响。 

CN201210223121提供种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法。具体制备步骤为：先分别将干燥的聚乳酸、阻燃剂、抗氧剂、增容剂、抗滴落剂按比例共混，再将共混物料与天然纤维按照一定比例加入挤出机中，共混挤出，得到无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸复合材料。 

CN201110356058公开了一种麻纤维/聚乳酸生物可降解复合材料及其制备方法。将表面阻燃处理后的麻纤维、进行干燥处理的聚乳酸、抗氧剂、润滑剂、热稳定剂，放入高速搅拌机中室温均匀混合；然后在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，制得麻纤维/聚乳酸生物可降解复合材料。 

发明内容

本发明提供一种阻燃全降解高分子复合物及制备方法，即利用植物纤维对聚乳酸进行增强改性，并加入无卤阻燃剂提高阻燃性能。 

具体来说，本发明通过以下方案实现的： 

阻燃全降解高分子复合物其成分主要包括：聚乳酸、麻纤维、磷氮类膨胀阻燃剂、适量填料以及加工助剂。 

麻纤维为如亚麻、剑麻、黄麻、***、苎麻等制成的短纤维， 可以是其中的一种，也可以是混合物。麻纤维应具有一定的长径比，优选长径比在10-20，长度在50mm以下。表面用硅烷处理。 

磷氮类膨胀阻燃剂选择聚磷酸铵或磷酸等为酸源，季戊四醇等为碳源，三聚氰胺为气源。磷氮类膨胀阻燃剂进行改性，降低吸潮性、增加和树脂的亲和性。改性的方法可以是物理法，也可以是化学法。如物理法：聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺和聚乙烯醇(PVA)，混合造粒。化学法：聚磷酸铵季戊四醇、三聚氰胺和水混合，然后加入聚丙烯酸和引发剂，加入进行聚合反应，反应完毕，干燥粉碎。 

填料优先选择滑石粉。 

润滑剂为硬脂酸盐类或硬脂酸酰胺。 

抗氧剂为1010、168或其组合。 

麻纤维先加入高混锅中，并加入表面处理剂，以高速搅拌3-10分钟，出去水分，然后加入其他的物料，混合均匀，利用双螺杆挤出机造粒。 

具体实施方式

本发明的目的是一种全降解高分子复合物及其制备方法。下面是实施例，通过它们可以进一步的理解本发明技术方案。但本发明并不局限如此，凡是本发明的等同或等效变换，均在本发明的保护范围内。 

实施例1： 

聚磷酸铵50kg、季戊四醇25kg、三聚氰胺25kg和PVA50kg加入混合锅混合均匀，然后加入单螺杆或双螺杆挤出机挤出、造粒，造粒温度控制在90-120℃。 

实施例2： 

聚磷酸铵50kg、季戊四醇25kg、三聚氰胺25kg和100kg水 加入反应釜，加入10kg丙烯酸钠，100g过氧化苯甲酰，然后高速搅拌，并升温到90-100℃，反应3-5小时，干燥、粉碎。 

实施例3： 

亚麻纤维20kg加入高速搅拌机，当温度升到95-100℃，加入300g硅烷偶联剂，降温到40-50℃，然后加入加入400g润滑剂EBS和200g硬脂酸，实施例1中阻燃剂15kg，5kg滑石粉，60kg聚乳酸，100g抗氧剂1010，200g抗氧剂混合均匀，用双螺杆挤出造粒，挤出机温度在180-220℃左右。 

实施例4： 

阻燃剂改为实施例2中制备的阻燃剂，其他同实施例3。 

	实施例1	实施例2
			抗张强度MPa	28	30
弯曲模量MPa	85	87
			缺口冲击强度(KJ/m2)	62	58
氧指数	31	29

Claims (9)

1.制备一种阻燃性能良好的全降解高分子复合物，其成分主要包括：聚乳酸树脂、麻纤维、磷氮类膨胀阻燃剂、适量填料以及加工助剂。

2.根据权利要求1，麻纤维为如亚麻、剑麻、黄麻、***、苎麻等制成的短纤维，可以是其中的一种，也可以是混合物，并经表面处理。

3.据权利要求1，麻纤维应具有一定的长径比，优选长径比在10-20，长度在50mm以下，表面用硅烷处理。

4.根据权利要求1，磷氮类膨胀阻燃剂选择聚磷酸铵或磷酸等为酸源，季戊四醇等为碳源，三聚氰胺为气源。

5.根据权利要求1，磷氮类膨胀阻燃剂进行改性，降低吸潮性、增加和树脂的亲和性。改性的方法可以是物理法，也可以是化学法。

6.根据权利要求1，相容剂为聚乙烯马来酸酐接枝物、聚丙烯马来酸酐接枝物等。

7.根据权利要求1，填料优先选择滑石粉。

8.根据权利要求1，润滑剂为硬脂酸盐类或硬脂酸酰胺。

9.根据权利要求1，抗氧剂为1010、168或其组合。