專利名稱：：一種生物降解阻燃材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高分子材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種生物可降解阻燃材料，具體涉及一種以紅磷為阻燃劑制備的生物可降解阻燃材料。
背景技術(shù)：
：塑料已成為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中一種不可或缺的材料。與此同時，隨著石油化工塑料的大量應用，廢棄塑料制品亦與日俱增。由于當今通用塑料大多性能穩(wěn)定，在自然界中不易為各種環(huán)境因素的作用而迅速降解，因此出現(xiàn)了所謂的"白色污染"。目前用來處理"白色垃圾"的方法很多，比如焚燒、填埋等，但是廢棄塑料焚燒時，將對環(huán)境造成嚴重的二次污染。因此綠色、環(huán)境友好可降解材料是我們迫切需要的?？山到馑芰?，特別是生物可降解塑料是現(xiàn)在研究的一個熱點。生物可降解塑料主要應用于工業(yè)包裝材料、一次性用品、層壓材料、衛(wèi)生用品和一些尖端的軍事材料等領(lǐng)域中。生物可降解塑料雖然具有環(huán)境友好性，但是與傳統(tǒng)塑料一樣，生物可降解塑料的易燃性將會很大程度上限制了其安全有效的應用。因此，對生物可降解材料進行阻燃處理，可使其廣泛用于工業(yè)包裝材料、體育用品如高爾夫球場和球座、苗木固定材料及爆破包裝材料等領(lǐng)域。在國內(nèi)塑料所用阻燃劑近80%為含鹵阻燃劑，而含鹵阻燃體系通常都會增加有毒氣體和煙的生成量(如鹵-銻體系)。從環(huán)境友好的角度以及人體健康的角度考慮，減少使用或不使用含鹵阻燃劑必將成為阻燃塑料行業(yè)的發(fā)展趨勢。因此，綠色阻燃制品也必將是市場上最具優(yōu)勢的阻燃產(chǎn)品。淀粉是一種來源豐富、價格便宜的天然高分子物質(zhì)，是一種取之不竭的可再生資源，能在多種環(huán)境下被生物降解，最終降解產(chǎn)物C02和H20，可通過光合作用進行再循環(huán)，不會對環(huán)境產(chǎn)生任何污染。殼聚糖也是一種取之不竭的可再生資源，廣泛存在于微生物、低等植物菌類、藻類細胞、酵母、節(jié)肢動物蟲下、蟹和昆蟲的外殼及軟骨、軟體動物的內(nèi)殼及軟骨、高等植物的細胞壁等。因其生物可完全降解，是制備可降解材料近來的研究熱點。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種以紅磷為阻燃劑的生物可降解阻燃復合材料。本發(fā)明生物可降解阻燃材料，是由以下質(zhì)量百分比的原料復合而成紅磷6~10%淀粉5080%殼聚糖2050%。其中淀粉可采用馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉、高粱淀粉等；殼聚糖采用脫乙酰度為80%以上的殼聚糖產(chǎn)品。本發(fā)明可降解阻燃材料的制備方法，是將殼聚糖溶于12%(w/v)的乙酸中配置成濃度為12%的殼聚糖溶液；加入殼聚糖質(zhì)量的15倍的淀粉，攪拌均勻；再加入殼聚糖淀粉總量6%10%的紅磷，同時加入殼聚糖淀粉總量30%50%的增塑劑和殼聚糖淀粉總量20-40倍的水，攪拌混合均勻，置于超聲分散儀中，在600W的功率下超聲波分散2030min;加熱到809(TC的恒溫，機械拌4050min;然后澆注至模具中，放入恒溫干燥箱，在506(TC下干燥2448h后成膜，揭膜，于相對濕度4050。/。的濕度下室溫保存24~48h;用熱壓機和冷壓機于10013(TC進行硫化，制片，最后以常規(guī)注塑工藝在注塑機上注塑成型。本發(fā)明中紅磷的阻燃機理該材料在40(TC45(TC下，紅磷解聚形成白磷，后者在水氣存在下被氧化為粘性的磷含氧酸，接著磷酸又進一步脫水生成偏磷酸和聚偏磷酸，從而在聚合物表面形成一層不燃性的液體保護膜；同時，偏磷酸和聚偏磷酸的強脫水作用，促使聚合物材料表面脫水炭化，形成一層致密的炭化層，液體膜和炭化層一方面隔熱阻氧，同時還有效地阻止了聚合物高溫分解產(chǎn)生的易燃氣體的擴散，從而抑制材料的燃燒，達到阻燃的目的。本發(fā)明生物降解阻燃材料的力學性能、阻燃性能及降解性能分析1、不同紅磷含量對復合材料力學性能的影響，見圖l。從圖l可以看出，在沒有添加紅磷的淀粉/殼聚糖純樣中，其抗拉強度為11.7MPa，斷裂伸長率為122%;在淀粉/殼聚糖中添加7%的紅磷時，復合材料的抗拉強度為6.2MPa，斷裂伸長率為132%，復合材料的抗拉強度下降，但是斷裂伸長率卻增加了10%。說明紅磷的加入，使復合材料的韌性有很好的提高。2、不同的紅磷含量對復合材料的氧指數(shù)的影響，見圖2。從圖2可以看出，在沒有添加紅磷的淀粉/殼聚糖純樣中，復合材料的氧指數(shù)在18.0以下，隨著紅磷的加入，復合材料的氧指數(shù)顯著提高，當紅磷的加入量在710%時，復合材料的氧指數(shù)保持在35.5以上，說明紅磷的加入使復合材料的阻燃性能提高。3、降解性能的測試。從上述制備的可降解復合材料中取5個樣，按照國家標準GB/T20197-2006用土埋法測試其降解性<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從上表中的數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明的納米可降解塑料在6個月之內(nèi)基本完全降解，表明該復合材料是可完全降解的環(huán)保型復合材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明以淀粉和殼聚糖為主要成分，以紅磷為阻燃助劑，淀粉/殼聚糖提供大量碳源，殼聚糖中自身含有氮，加入酸源紅磷，有效改善了生物可降解材料的阻燃性能。2、本發(fā)明采用溶液法、超聲波分散及機械高速攪拌器攪拌，使得阻燃劑紅磷在溶液中達到了納米級分散，有效避免了對復合材料的自然氧化，從而使復合材料具有更好的力學性能。3、本發(fā)明使生物可降解塑料具有了阻燃性，擴展了可降解復合材料使用范圍，使其有更加廣闊的應用前景。圖1為紅磷含量對復合材料的力學性能的影響；圖2為紅磷含量對復合材料的氧指數(shù)的影響。具體實施例方式實施例l、在三口圓底燒瓶中，將殼聚糖溶于2%乙酸(w/v)中配置2%的殼聚糖溶液，加入殼聚糖質(zhì)量1.5的淀粉，攪拌均勻；加入淀粉/殼聚糖總量6%的紅磷，同時加入淀粉/殼聚糖總質(zhì)的35%的甘油和殼聚糖淀粉總量25倍的去離子水，攪拌混合均勻，用600W功率超聲波分散20min，用恒溫加熱裝置加熱到9(TC，并用機械攪拌器攪拌(1200r/min)50分鐘。澆至在事先準備的模具中，放入恒溫干燥箱，在5(TC下干燥24h后成膜，揭膜，于相對濕度50%的濕度箱中室溫保存24小時。用熱壓機和冷壓機于12(TC左右硫化，制片，然后以常規(guī)注塑工藝在注塑機上注塑成型，得到可降解復合阻燃材料。復合材料的氧指數(shù)為36.0，抗拉強度為4.7MPa，斷裂伸長率為110%，降解周期為98天。實施例2、在三口圓底燒瓶中，將殼聚糖溶于1.5%乙酸(W/V)中配置成2%的殼聚糖溶液，加入殼聚糖質(zhì)量2.0倍的淀粉，攪拌均勻；加入淀粉/殼聚糖總量7%的紅磷，同時加入淀粉/殼聚糖總量的40%增塑劑甘油和殼聚糖/淀粉總量30倍的去離子水，攪拌混合均勻，用600W功率超聲波分散20min，用恒溫加熱裝置加熱到卯。C，并用機械攪拌器攪拌(1200r/min)50分鐘。澆至在事先準備的模具中，放入恒溫干燥箱，在5(TC下干燥24h后成膜，揭膜，于相對濕度(RH)為50%的濕度箱中室溫保存24小時。用熱壓機和冷壓機于12(TC左右硫化，制片，然后以常規(guī)注塑工藝在注塑機上注塑成型，得到可降解復合阻燃材料。復合材料的氧指數(shù)為38.5，抗拉強度為5.9MPa，斷裂伸長率為125%，降解周期為105天。實施例3、在三口圓底燒瓶中，將殼聚糖溶于1.5%乙酸(w/v)中配置成2%的殼聚糖溶液，加入殼聚糖質(zhì)量4.0倍的淀粉，攪拌均勻；加入淀粉/殼聚糖總量8%的紅磷，同時加入殼聚糖淀粉總量50%的甘油和殼聚糖淀粉總量40倍的去離子水，攪拌混合均勻；用600W功率超聲波分散20min，用恒溫加熱裝置加熱到9(TC，并用機械攪拌器攪拌(1200r/min)50分鐘。澆至在事先準備的模具中，放入恒溫干燥箱，在5(TC下干燥24h后成膜，揭膜，于相對濕度(RH)為50%的濕度箱中室溫保存。用熱壓機和冷壓機于12(TC左右硫化，制片，然后以常規(guī)注塑工藝在注塑機上注塑成型，得到可降解復合阻燃材料。復合材料的氧指數(shù)為39.6，抗拉強度為5.7MPa，斷裂伸長率為130%，降解周期為110天。實施例4、在三口圓底燒瓶中，將殼聚糖溶于2%乙酸(w/v)中配置2%的殼聚糖溶液，加入殼聚糖質(zhì)量3.5倍的淀粉，攪拌均勻；加入淀粉/殼聚糖總量10%的紅磷，同時加入殼聚糖淀粉總量45%的甘油和殼聚糖淀粉總量35倍的去離子水，攪拌混合均勻；用600W功率超聲波分散20min，用恒溫加熱裝置加熱到卯。C，并用機械攪拌器攪拌(1200r/min)50分鐘。澆至在事先準備的模具中，放入恒溫干燥箱，在5(TC下干燥24h后成膜，揭膜，于相對濕度(RH)為50%的濕度箱中室溫保存。用熱壓機和冷壓機于12(TC左右硫化，制片，然后以常規(guī)注塑工藝在注塑機上注塑成型，得到可降解復合阻燃材料。復合材料的氧指數(shù)為40.2，抗拉強度為4.9MPa，斷裂伸長率為122%，降解周期為130天。權(quán)利要求1、一種生物可降解阻燃材料，是由以下質(zhì)量百分比的原料復合而成紅磷6～10％淀粉50～80％殼聚糖20～50％。2、如權(quán)利要求1所述生物可降解阻燃材料，其特征在于所述淀粉為馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉或高粱淀粉。3、如權(quán)利要求1所述生物可降解阻燃材料，其特征在于所述殼聚糖的脫乙酰度為80%以上。4、如權(quán)利要求1所述生物可降解阻燃材料的制備方法，將殼聚糖溶于12。/。的乙酸中配置成濃度為12%的殼聚糖溶液；加入殼聚糖質(zhì)量的15倍的淀粉，攪拌；加入殼聚糖淀粉總量6%~10%的紅磷，同時加入殼聚糖淀粉總量30%50%的增塑劑，殼聚糖淀粉總量20-40倍的水，混合均勻，置于超聲分散儀中，在600W的功率下超聲波分散2030min;加熱到809(TC，機械攪拌4050min;然后澆注至模具中，在506(TC下干燥24~48h后成膜，揭膜，于相對濕度4050%下室溫保存2448h;用熱壓機和冷壓機于100130。C進行硫化，制片，最后以常規(guī)注塑工藝在注塑機上注塑成型。5、如權(quán)利要求4所述生物可降解阻燃材料的制備方法，其特征在于所述增塑劑為甘油。6、如權(quán)利要求4所述生物可降解阻燃材料的制備方法，其特征在于所述機械攪拌的速度為8001200r/min。全文摘要本發(fā)明提供了一種生物可降解阻燃材料，是以淀粉和殼聚糖為主要成分，以紅磷為阻燃助劑，淀粉/殼聚糖提供大量碳源，殼聚糖中自身含有氮元素，當加入酸源紅磷后，有效改善了生物可降解材料的阻燃性能，擴展了可降解復合材料使用范圍，使其有更加廣闊的應用領(lǐng)域；制備方法采用溶液法、超聲波分散及機械高速攪拌，使得阻燃劑紅磷在溶液中達到了納米級分散，有效避免了對復合材料的自然氧化，從而使復合材料具有更好的力學性能。文檔編號C08L3/00GK101665588SQ20091011748公開日2010年3月10日申請日期2009年9月25日優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日發(fā)明者何海龍,宋小麗,哲張,琴陳,雷自強申請人:西北師范大學