CN107216625A - 一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料及其制备方法，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：竹纤维11～23份、椰壳纤维1～8份、羟甲基纤维素2～11份、纳米氧化镁1～5份、硫酸钠1～7份、碳纳米管3～12份、二氧化硅2～11份、氧化石墨烯2～8份、聚乳酸22～45份。(1)本发明所述阻燃抑烟聚乳酸复合材料具有良好的阻燃抑烟性能；(2)本发明所述阻燃抑烟聚乳酸复合材料保持了较好的力学性能。

Description

一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于包装材料领域，涉及一种聚乳酸包装材料，具体为一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着环境污染的日益严重和森林资源的日益枯竭，植物纤维/聚乳酸复合材料中的原材料的可再生、可降解、无污染等特性逐渐受到人们的关注和认可。但该类材料中基体材料聚乳酸与增强材料植物纤维均极具易燃性，这使得该类绿色环保复合材料在应用过程中存在极大的安全隐患，严重威胁着人们的生命和财产安全。因此，对植物纤维/聚乳酸复合材料阻燃抑烟性能的研究逐渐成为国内外学者研究的热点。
但是目前未见有关利用竹材加工剩余物制备的竹纤维增强聚乳酸制备复合材料及其阻燃抑烟性能的研究和阻燃抑烟机理的揭示，同时也没有阻燃处理对复合材料的力学性能的研究更未见报道。
发明内容
本发明的目的是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种具有阻燃抑烟性能，且能够保持良好力学性能的聚乳酸复合材料，本发明公开了一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料及其制备方法。
技术方案：一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：竹纤维11～23份、椰壳纤维1～8份、羟甲基纤维素2～11份、纳米氧化镁1～5份、硫酸钠1～7份、碳纳米管3～12份、二氧化硅2～11份、氧化石墨烯2～8份、聚乳酸22～45份。
优选的，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：竹纤维18份、椰壳纤维6份、羟甲基纤维素8份、纳米氧化镁3份、硫酸钠5份、碳纳米管8份、二氧化硅8份、氧化石墨烯6份、聚乳酸40份。
所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为15％～30％的碳酸钠水溶液处理竹纤维和椰壳纤维，反应2～4.5小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥1～3小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.3Pa～-0.1Pa，温度为72～88℃；
(3)采用质量分数为25％～42％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为35～55℃，时间为1.5～4小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比7～11:4～7混合，溶剂为甲苯，在45～55℃条件下反应1～3小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应20～50分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与羟甲基纤维素、纳米氧化镁、硫酸钠、碳纳米管、二氧化硅、氧化石墨烯和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为180℃～190℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
优选的，步骤(1)中采用质量分数为26％的碳酸钠水溶液处理竹纤维和椰壳纤维，反应3.5小时。
优选的，步骤(2)中将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥2小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.2Pa，温度为83℃。
优选的，步骤(3)中采用质量分数为36％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为50℃，时间为3小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用。
优选的，步骤(4)中在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比9:5混合，溶剂为甲苯，在52℃条件下反应2小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应40分钟后室温下冷却。
优选的，步骤(5)中将步骤(4)处理后的纤维粉末与羟甲基纤维素、纳米氧化镁、硫酸钠、碳纳米管、二氧化硅、氧化石墨烯和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为186℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
有益效果：(1)本发明所述阻燃抑烟聚乳酸复合材料具有良好的阻燃抑烟性能；(2)本发明所述阻燃抑烟聚乳酸复合材料保持了较好的力学性能。
具体实施方式
实施例1
一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：竹纤维11份、椰壳纤维1份、羟甲基纤维素2份、纳米氧化镁1份、硫酸钠1份、碳纳米管3份、二氧化硅2份、氧化石墨烯2份、聚乳酸22份。
所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为15％的碳酸钠水溶液处理竹纤维和椰壳纤维，反应2小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥1小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.3Pa，温度为72℃；
(3)采用质量分数为25％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为35℃，时间为1.5小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比7:4混合，溶剂为甲苯，在45℃条件下反应1小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应20分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与羟甲基纤维素、纳米氧化镁、硫酸钠、碳纳米管、二氧化硅、氧化石墨烯和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为180℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
实施例2
一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：竹纤维18份、椰壳纤维6份、羟甲基纤维素8份、纳米氧化镁3份、硫酸钠5份、碳纳米管8份、二氧化硅8份、氧化石墨烯6份、聚乳酸40份。
所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为26％的碳酸钠水溶液处理竹纤维和椰壳纤维，反应3.5小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥2小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.2Pa，温度为83℃；
(3)采用质量分数为36％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为50℃，时间为3小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比9:5混合，溶剂为甲苯，在52℃条件下反应2小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应40分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与羟甲基纤维素、纳米氧化镁、硫酸钠、碳纳米管、二氧化硅、氧化石墨烯和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为186℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
实施例3
一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：竹纤维23份、椰壳纤维8份、羟甲基纤维素11份、纳米氧化镁5份、硫酸钠7份、碳纳米管12份、二氧化硅11份、氧化石墨烯8份、聚乳酸45份。
所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为30％的碳酸钠水溶液处理竹纤维和椰壳纤维，反应4.5小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥3小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.1Pa，温度为88℃；
(3)采用质量分数为42％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为55℃，时间为4小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比11:7混合，溶剂为甲苯，在55℃条件下反应3小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应50分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与羟甲基纤维素、纳米氧化镁、硫酸钠、碳纳米管、二氧化硅、氧化石墨烯和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为190℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
对实施例1～3制备获得的阻燃抑烟聚乳酸复合材料进行检测，结果如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度/MPa 32 36 34
冲击强度/KJ·m-2 6.9 7.3 7.1
生烟总量/m2 31 26 28

Claims (8)

1.一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料，其特征在于，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：竹纤维11～23份、椰壳纤维1～8份、羟甲基纤维素2～11份、纳米氧化镁1～5份、硫酸钠1～7份、碳纳米管3～12份、二氧化硅2～11份、氧化石墨烯2～8份、聚乳酸22～45份。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料，其特征在于，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：竹纤维18份、椰壳纤维6份、羟甲基纤维素8份、纳米氧化镁3份、硫酸钠5份、碳纳米管8份、二氧化硅8份、氧化石墨烯6份、聚乳酸40份。
3.权利要求1或2所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)采用质量分数为15％～30％的碳酸钠水溶液处理竹纤维和椰壳纤维，反应2～4.5小时；
(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥1～3小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.3Pa～-0.1Pa，温度为72～88℃；
(3)采用质量分数为25％～42％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为35～55℃，时间为1.5～4小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；
(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比7～11:4～7混合，溶剂为甲苯，在45～55℃条件下反应1～3小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应20～50分钟后室温下冷却；
(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与羟甲基纤维素、纳米氧化镁、硫酸钠、碳纳米管、二氧化硅、氧化石墨烯和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为180℃～190℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中采用质量分数为26％的碳酸钠水溶液处理竹纤维和椰壳纤维，反应3.5小时。
5.根据权利要求1所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥2小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.2Pa，温度为83℃。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中采用质量分数为36％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为50℃，时间为3小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用。
7.根据权利要求1所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比9:5混合，溶剂为甲苯，在52℃条件下反应2小时；然后充入氮气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应40分钟后室温下冷却。
8.根据权利要求1所述的一种阻燃抑烟聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中将步骤(4)处理后的纤维粉末与羟甲基纤维素、纳米氧化镁、硫酸钠、碳纳米管、二氧化硅、氧化石墨烯和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为186℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。
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