[發明專利]硼砂-膨脹型阻燃劑協效改性聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯聚乳酸材料及其制備

有效

• 申請號: 201410444163.9
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104212139A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 王新龍;楊媛媛;王通文;居亞慶;黃穎;周露;史加新;廖逢輝
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L51/08;C08K5/521;C08K3/38
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于阻燃技術領域，特別涉及到硼砂-膨脹型阻燃劑協效改性聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯聚乳酸材料的制備方法。

技術背景

隨著人類對石油資源的掠奪性開發，石化高分子化合物對環境污染的日益加劇，使用非石油資源、對環境友好的材料已迫在眉睫。聚乳酸的原料乳酸可通過淀粉發酵而來，且聚乳酸的分解產物為水和二氧化碳，屬于完全生物可降解材料。聚乳酸有著良好的熱穩定性，加工溫度在170-230℃，加工性能良好；但聚乳酸也存在著性脆，結晶度低，氧指數低，燃燒時易融滴并造成二次燃燒低的缺點。為擴大聚乳酸的應用范圍，聚乳酸阻燃研究勢在必行，中國專利201310008873.2公開了一種無鹵阻燃聚乳酸納米復合材料，其極限氧指數達到30-40，UL-94也達到了V-0級別，但是其拉伸強度均在20兆帕以下，斷裂伸長率也極低。

膨脹性阻燃劑MPP是常見的高分子材料阻燃劑，何繼輝等研究了含硅阻燃劑與膨脹性阻燃劑的協同，作用證明硼、磷、硅元素能形成陶瓷狀化合物，對表面膨脹炭層起到增強作用，提高炭層的熱氧穩定性和阻隔性能(高分子材料科學與工程，2010，26:31～34)。中國專利201210113969.0公開了一種水性膨脹性隧道防火防霉涂料，以硅丙乳液為成膜物，以改性聚磷酸胺、雙季戊四醇、偶氮二甲酰胺為阻燃劑，得到了一種防火時限長的防霉防火保護涂層。

發明內容

本發明的目的是提供一種阻燃效果良好，抗融滴，力學性能較優、加工性能較好、耐熱性好、結晶度高的硼砂-膨脹型阻燃劑協效改性的聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯聚乳酸復合材料及其制備。

本發明的一種硼砂-膨脹型阻燃劑協效改性的聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯聚乳酸復合材料由以下重量百分含量的組分組成：

其制備方法為：將聚乳酸、雙磷酸季戊四醇酯密胺鹽、硼砂、核/殼-聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯粒子混合，在170～175℃條件下，用轉矩流變熔融共混，得到具有阻燃功能的聚乳酸復合材料，其中，轉矩流變的三段溫度分別為：170～172℃，172～174℃，173～175℃；轉速為30rpm。

所述步驟中，聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯粒子為核殼結構粒子，粒徑在100nm左右。

所述步驟中，所述的聚乳酸、核/殼-聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯粒子先在60～80℃下干燥6～10小時。

所述步驟中，所述的雙磷酸季戊四醇酯密胺鹽、硼砂先在60～80℃下干燥8～10小時，研磨后過80目篩。

本發明的聚乳酸復合材料的優點如下：

(1)本發明所提供的聚乳酸復合材料具有較高的阻燃級別。

(2)本發明所提供的聚乳酸復合材料所用阻燃劑雙磷酸季戊四醇酯密胺鹽和硼砂為無鹵阻燃劑，改性添加劑核/殼-聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯粒子也無毒害，使得聚合材料在使用和燃燒過程中安全無毒，屬于綠色環保材料。

(3)本發明所提供的聚乳酸復合材料采用了多種改性劑，且不同阻燃劑之間存在協同作用：硼、硅元素有支撐碳層，增加碳層表面致密度的作用；硼、磷、硅元素能形成陶瓷狀化合物，對表面膨脹炭層起到增強作用，提高炭層的熱氧穩定性和阻隔性能。相比添加單一阻燃劑的聚乳酸材料，該聚乳酸復合材料有著更好的阻燃效果。

(4)本發明所提供的聚乳酸復合材料中添加了彈性預定體核/殼-聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯粒子，硼砂等改性填料，充分利用了核/殼-聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯粒子內核聚甲基硅氧烷主鏈Si-O-Si的鏈段柔性，與單一添加雙磷酸季戊四醇酯密胺鹽的聚乳酸材料，有著更好的拉伸強度和加工性能。

(5)本發明所提供的聚乳酸復合材料采用了核/殼-聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯粒子，其外殼層聚甲基丙烯酸甲酯的溶解度參數介于聚甲基硅氧烷和基體聚乳酸之間，改善了聚甲基硅氧烷粒子和基體聚乳酸之間的相容性，增加了聚乳酸復合材料的耐候性、耐久性。

(6)本發明所提供的聚乳酸復合材料中添加了硼砂，以及聚甲基硅氧烷，與純聚乳酸相比，有著更好的耐熱性能。

(7)本發明所提供的聚乳酸復合材料的阻燃劑、增韌改性劑、成核劑、耐熱改性劑、加工助劑為聚乳酸、雙磷酸季戊四醇酯密胺鹽、硼砂、核/殼聚甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸丁酯中的一種或多種。

具體實施方法