專利名稱：一種無鹵阻燃聚乳酸材料及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高分子新材料技術領域，特別是涉及一種無鹵阻燃聚乳酸材料及其制 造方法。
背景技術：
聚乳酸來源于玉米，是可降解的塑料，對環(huán)境沒有污染和殘余物，是綠色塑料品種 之一，具有較高的剛度和強度，接近工程塑料的機械性能，其降解需要在特定條件下，而在 普通的日常條件下能保持很長時間的性能不變化，將其應用于電子產品等易耗品領域，可 解決現(xiàn)在電子垃圾日漸增多的環(huán)境污染問題。而聚乳酸材料應用于電子產品，大多需要有 無鹵阻燃測試報告。普通常用的阻燃添加劑方法，就是添加含有鹵素的鹵化物和三氧化二 銻，這些阻燃劑的缺點是燃燒時發(fā)煙量大，產生有毒、有害、有強列腐蝕性的鹵化物。為了達 到低煙低互阻燃的目的，國內外許多專家都致力于低煙低鹵阻燃材料的發(fā)開。不含鹵素的 聚乳酸材料中一種是添加無機阻燃劑，一般添加70%-100% (相比于基料的質量份數(shù))的氫 氧化鋁[Al(OH)3]或氫氧化鎂[Mg(OH)2]等無機阻燃劑才達到一定阻燃要求，但是無機阻燃 劑的大量添加會大幅度降低材料的機械性能，研究表明，材料的拉伸強度、斷裂伸長率、柔 性等均隨Mg(OH)2或Al (OH)3用量增加而逐漸降低。另一種無鹵阻燃體系是含有機磷阻燃 體系，其關鍵是要最大限度地提高膨脹炭層的質量。該阻燃體系中含有酸源，碳源，發(fā)泡源 (氣源)，其中酸源是有機磷，在燃燒時，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態(tài)膜，其沸點可 達300°C。同時，磷酸又進一步脫水生成偏磷酸，偏磷酸進一步聚合生成聚偏磷酸，在這個過 程中，不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應，而且由于生成的聚偏磷酸是強酸，是很強的 脫水劑，使聚合物脫水而炭化，改變了聚合物燃燒過程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕 空氣，從而發(fā)揮更強的阻燃效果。碳源(成炭劑)是形成泡沫炭化層的基礎，一般為富碳的 多羥基化合物，如淀粉、季戊四醇和它的二聚物、三聚物以及含有輕基的有機樹脂等，可適 當添加阻燃協(xié)效劑，如硼酸鋅加強酸源的作用。氣源(發(fā)泡源)多為胺或酰胺類化合物，如 三聚氰胺、雙氰胺、聚磷酸胺等。雖然添加有機磷阻燃體系對聚乳酸材料進行阻燃改性在一 定程度上能獲得較好的阻燃效果，但是由于這些阻燃劑在聚乳酸材料中分散性差而需要大 量添加。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是彌補上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種無鹵阻燃聚 乳酸材料及其制造方法，可以降低阻燃體系的阻燃劑添加量，在保證阻燃效果的同時保證 材料的力學性能。本發(fā)明的無鹵阻燃聚乳酸材料采用以下技術方案
所述無鹵阻燃聚乳酸材料包括如下組分以重量百分比計，50%-80%的聚乳酸基料， 5%-40%的無鹵阻燃劑，0. 1%-1. 5%的分散助劑，10%-30%的可降解增韌樹脂。分散助劑的作用提高共混物的流動性，分散性，潤滑作用，即改善聚乳酸加工過程的流動性，防止粘模具，減少使用外脫膜劑，降低成本，提高無鹵阻燃劑在聚乳酸中的分散， 以減少阻燃劑的用量?？山到庠鲰g樹酯一般是顆粒狀的，添加增韌母粒來提高韌性，避免因為添加阻燃 劑后脆性增大。優(yōu)選的，所述加工助劑分散助劑是乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸、硬脂酸鹽(例如硬脂 酸鈉，鉀，鈣等)、有機硅(如硅油)中的至少一種。優(yōu)選的，所述可降解增韌樹脂是聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，聚己二酸對苯二甲酸共 聚丁二酯(PBAT)，聚羥基脂肪酸酯(PHA)，聚碳酸亞乙(丙)酯(PPC)，聚己內酯(PCL)中的至 少一種。優(yōu)選的，所述聚乳酸基料是重量百分比為60%_90%的高分子量聚乳酸和10%_40% 的高熔體強度聚乳酸的混合物。一般來說，分子量與熔體指數(shù)成反比，與熔體強度成正比， 高分子量聚乳酸性能好，但是要做出高分子量的聚乳酸比較困難，成本高，而高熔體強度的 聚乳酸加工好，成本相對低，實現(xiàn)相對容易，可以通過改性技術實現(xiàn)，為了滿足成本、性能、 加工的權衡關系，將兩者混合使用。優(yōu)選的，所述高分子量聚乳酸的粘均分子量在10萬以上，和/或所述高熔體強度 聚乳酸的熔體指數(shù)在2-5g/10min。優(yōu)選的，所述無鹵阻燃劑是包括重量百分比為70%-90%有機磷酸鹽或酯/富碳多 羥基化合物復配阻燃劑、5%_10%硼酸鋅和5%-20%粉末聚酯的混合物。其中粉末狀的聚酯是 無鹵阻燃體系的有機樹脂載體，并起到與聚乳酸的架橋相容作用，相容性好，而現(xiàn)有的阻燃 體系中一般是加入尼龍、PP等作為載體，這樣的載體與聚乳酸的相容性很差，不如加入粉末 聚酯的相容性好。優(yōu)選的，所述復配阻燃劑是包括重量百分比為60%_85%的有機磷酸鹽或酯，和 15%-40%的富碳多羥基化合物的混合物，所述有機磷酸鹽或酯是磷酸酯類化合物(如三聚磷 酸酯)、磷酸銨鹽、聚磷酸銨、磷酸鈉和磷酸鉀中的至少一種，所述富碳多羥基化合物是季戊 四醇及其二縮醇、三縮醇、聚己內酯二元醇、聚乙二醇、丙三醇和淀粉中的至少一種。優(yōu)選的，所述粉末聚酯是聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，聚己二酸對苯二甲酸共聚丁二 酯(PBAT)，聚羥基脂肪酸酯(PHA)，聚碳酸亞乙(丙)酯(PPC)，聚己內酯(PCL)中的至少一 種。本發(fā)明的無鹵阻燃聚乳酸材料的制造方法采用以下技術方案
一種上述的無鹵阻燃聚乳酸材料的制造方法，是上述任意一項中無鹵阻燃聚乳酸材料 的各組分經過混合后擠出造粒得到，包括如下步驟
1)將聚乳酸基料、無鹵阻燃劑在85-90°C干燥2-3小時；
2)將分散助劑、可降解增韌樹脂以及步驟1)干燥后的聚乳酸基料于攪拌機內混合均 勻，得到混合基料；
3)將步驟2)中的混合基料和步驟1)干燥后的無鹵阻燃劑于攪拌機內混合均勻，然 后熔融擠出造粒得到無鹵阻燃聚乳酸材料，各組分的重量百分比為60%-85%混合基料， 15%-40%無鹵阻燃劑；
其中得到的無鹵阻燃聚乳酸材料，以重量百分比計，各組分的含量為50%-80%聚乳酸 基料，5%-40%無鹵阻燃劑，0. 1%-1. 5%分散助劑，10%-30%可降解增韌樹脂。
優(yōu)選的，所述步驟3)經雙螺桿擠出機熔融擠出后冷卻風干切粒，所述雙螺桿擠 出機的工藝參數(shù)設置如下各段溫度設置為喂料口室溫_50°C，喂料段160-165°C，壓縮 段165-170°C，計量段170-175°C，適配器175_180°C，模頭段180-185°C ；主機螺桿轉速為 150-220rpm，輸送螺桿轉速為20_40rpm，料筒喂料速度為13_19rpm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術對比的有益效果是選用無鹵阻燃劑與聚乳酸基料進行復合， 減少了阻燃劑的添加量，對材料的機械性能影響較小，同時添加分散助劑提高無鹵阻燃劑 在聚乳酸中的分散，添加可降解增韌樹脂保證聚乳酸材料在含阻燃劑同時也可保持較好的 韌性。另外，為了改善成炭、分散、成本，優(yōu)選添加一定量的粉末聚酯作為載體，提高阻燃 劑與聚乳酸基料的相容性。
具體實施例方式下面結合優(yōu)選具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細的闡述(所述的份均為重量份)。實施例1 將粘均分子量10萬以上，優(yōu)選12萬的高分子量聚乳酸60份，熔體指 數(shù)為2-5g/10min，優(yōu)選5g/10min的高熔體強度聚乳酸40份，硬脂酸鈉(分散助劑)0. 2份， 聚丁二酸丁二醇酯(可降解增韌樹脂)20份置于高速混合機上攪拌均勻，得到混合基料備 用。將聚磷酸銨(ammonium polyphosphate，縮略詞為APP) 42份，季戊四醇觀份，聚丁二 酸丁二醇酯(粉末聚酯)20份，硼酸鋅(阻燃協(xié)效劑)10份置于高速混合機中攪拌均勻，得到 無鹵阻燃劑。將所得的混合基料和無鹵阻燃劑按6:4 (質量比)分別放到高速混合機內混 合，然后放于雙螺桿擠出機內，各段溫度設置為喂料口室溫-50°C，喂料段160-165°C，壓 縮段165-170°C，計量段170-175°C，適配器175_180°C，模頭段180-185°C ；主機螺桿轉速 為150-220rpm，輸送螺桿轉速為20_40rpm，料筒喂料速度為13_19rpm，最后擠出的物質水 冷后風干切粒，得到所需的無鹵阻燃聚乳酸材料。實施例2 將粘均分子量為12萬的高分子量聚乳酸60份，熔體指數(shù)為5g/10min 的高熔體強度聚乳酸40份，硬脂酸鈣(分散助劑)0. 2份，聚丁二酸丁二醇酯(可降解增 韌樹脂)20份置于高速混合機上攪拌均勻，得到混合基料備用。將聚磷酸銨(ammonium polyphosphate，縮略詞為APP) 42份，季戊四醇觀份，聚羥基脂肪酸酯(粉末聚酯)20 份，硼酸鋅(阻燃協(xié)效劑)10份置于高速混合機中攪拌均勻，得到無鹵阻燃劑。將所得的混 合基料和無鹵阻燃劑按7:3 (質量比)分別放到高速混合機內混合，然后放于雙螺桿擠出 機內，各段溫度設置為喂料口室溫_50°C，喂料段160-165°C，壓縮段165_170°C，計量段 170-175°C，適配器175-180°C，模頭段180_185°C ；主機螺桿轉速為150_220rpm，輸送螺桿 轉速為20-40rpm，料筒喂料速度為13_19rpm，最后擠出的物質水冷后風干切粒，得到所需 的無鹵阻燃聚乳酸材料。實施例3 與實施例一的區(qū)別在于，將所得的混合基料和無鹵阻燃劑按 8. 5:1.5(質量比)混合。實施例4 將粘均分子量為12萬的高分子量聚乳酸60份，熔體指數(shù)為5g/10min 的高熔體強度聚乳酸40份，硬脂酸鈣(分散助劑)0. 2份，聚丁二酸丁二醇酯(可降解增 韌樹脂)20份置于高速混合機上攪拌均勻，得到混合基料備用。將聚磷酸銨(ammonium polyphosphate，縮略詞為APP) 52. 5份，季戊四醇17. 5份，聚己內酯(粉末聚酯)20份，硼酸鋅(阻燃協(xié)效劑)10份置于高速混合機中攪拌均勻，得到無鹵阻燃劑。將所得的基料和無 鹵阻燃劑按8:2 (質量比)分別放到高速混合機內混合，然后放于雙螺桿擠出機內，各段溫度 設置為喂料口室溫-50°C，喂料段160-165°C，壓縮段165_170°C，計量段170_175°C，適配 器175-180°C，模頭段180-185°C;主機螺桿轉速為150_220rpm，輸送螺桿轉速為20_40rpm， 料筒喂料速度為13-19rpm，最后擠出的物質水冷后風干切粒，得到所需的無鹵阻燃聚乳酸 材料。以實施例4所得的無鹵阻燃聚乳酸材料為例進行材料性能表征，如下
各組分的配比相同，加工設備和工藝條件也相同，試驗一是采用Mg(OH)2作為主阻燃 劑，試驗二是采用低價有機磷酸鹽系作為主阻燃劑，考察Mg (OH) 2阻燃體系與本發(fā)明有機磷 酸鹽阻燃體系的力學性能與阻燃性能，具體對比測試數(shù)據(jù)見表1、表2。表1不同氫氧化鎂添加量下制備的阻燃材料力學性能測試和氧指數(shù)數(shù)據(jù)
權利要求
1.一種無鹵阻燃聚乳酸材料，其特征在于包括如下組分以重量百分比計，50%-80% 的聚乳酸基料，5%-40%的無鹵阻燃劑，0. 1%-1. 5%的分散助劑，10%-30%的可降解增韌樹脂。
2.如權利要求1所述的無鹵阻燃聚乳酸材料，其特征在于所述加工助劑分散助劑是 乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸、硬脂酸鹽、有機硅中的至少一種。
3.如權利要求1或2所述的無鹵阻燃聚乳酸材料，其特征在于所述可降解增韌樹脂 是聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸對苯二甲酸共聚丁二酯、聚羥基脂肪酸酯、聚碳酸亞乙(丙) 酯、聚己內酯中的至少一種。
4.如權利要求1或2或3所述的無鹵阻燃聚乳酸材料，其特征在于所述聚乳酸基料 是重量百分比為60%-90%的高分子量聚乳酸和10%-40%的高熔體強度聚乳酸的混合物。
5.如權利要求4所述的無鹵阻燃聚乳酸材料，其特征在于所述高分子量聚乳酸的粘 均分子量在10萬以上，和/或所述高熔體強度聚乳酸的熔體指數(shù)為2-5g/10min。
6.如權利要求1或2或3所述的無鹵阻燃聚乳酸材料，其特征在于所述無鹵阻燃 劑是重量百分比為70%-90%有機磷酸鹽或有機磷酸酯與富碳多羥基化合物的復配阻燃劑、 5%-10%硼酸鋅和5%-20%粉末聚酯的混合物。
7.如權利要求6所述的無鹵阻燃聚乳酸材料，其特征在于所述復配阻燃劑是重量百 分比為60%-85%的有機磷酸鹽或有機磷酸酯，和15%-40%的富碳多羥基化合物的混合物，所 述有機磷酸鹽或有機磷酸酯優(yōu)選是磷酸酯類化合物、磷酸銨鹽、聚磷酸銨、磷酸鈉和磷酸鉀 中的至少一種，所述富碳多羥基化合物優(yōu)選是季戊四醇及其二縮醇、三縮醇、聚己內酯二元 醇、聚乙二醇、丙三醇和淀粉中的至少一種。
8.如權利要求6所述的無鹵阻燃聚乳酸材料，其特征在于所述粉末聚酯是聚丁二酸 丁二醇酯，聚己二酸對苯二甲酸共聚丁二酯，聚羥基脂肪酸酯，聚碳酸亞乙(丙)酯，聚己內 酯中的至少一種。
9.一種無鹵阻燃聚乳酸材料的制造方法，其特征在于，將權利要求1-8任意一項中所 述無鹵阻燃聚乳酸材料的各組分經過混合后擠出造粒得到，包括如下步驟1)將聚乳酸基料、無鹵阻燃劑在85-90°C干燥2-3小時；2)將分散助劑、可降解增韌樹脂以及步驟1)干燥后的聚乳酸基料于攪拌機內混合均 勻，得到混合基料；3)將步驟2)中的混合基料和步驟1)干燥后的無鹵阻燃劑于攪拌機內混合均勻，然 后熔融擠出造粒得到無鹵阻燃聚乳酸材料，各組分的重量百分比為60%-85%混合基料， 15%-40%無鹵阻燃劑；其中得到的無鹵阻燃聚乳酸材料，以重量百分比計，各組分的含量為50%-80%聚乳酸 基料，5%-40%無鹵阻燃劑，0. 1%-1. 5%分散助劑，10%-30%可降解增韌樹脂。
10.如權利要求9所述的無鹵阻燃聚乳酸材料的制造方法，其特征在于所述步驟3) 經雙螺桿擠出機熔融擠出后冷卻風干切粒，所述雙螺桿擠出機的工藝參數(shù)設置如下各段 溫度設置為喂料口室溫-50°C，喂料段160-165°C，壓縮段165_170°C，計量段170_175°C， 適配器175-180°C，模頭段180-185 °C ；主機螺桿轉速為150_220rpm，輸送螺桿轉速為 20-40rpm，料筒喂料速度為13_19rpm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無鹵阻燃聚乳酸材料，包括如下組分以重量百分比計，50%-80%聚乳酸基料，5%-40%無鹵阻燃劑，0.1%-1.5%分散助劑，10%-30%可降解增韌樹脂。本發(fā)明還公開了一種無鹵阻燃聚乳酸材料的制造方法，包括步驟將所述無鹵阻燃聚乳酸材料的各組分經過混合后擠出造粒得到。本發(fā)明的聚乳酸材料降低阻燃體系的阻燃劑添加量，在保證阻燃效果的同時保證材料的力學性能，可用作注塑類電子產品、片材級裝飾板材等。
文檔編號C08L67/04GK102134379SQ201110044688
公開日2011年7月27日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權日2011年2月24日
發(fā)明者吳景陽, 楊義滸 申請人:深圳市光華偉業(yè)實業(yè)有限公司