本發(fā)明涉及一種聚生物質(zhì)板材的制備方法，尤其涉及一種具有優(yōu)異強(qiáng)度、韌性及優(yōu)異阻燃性的生物質(zhì)板材的制備方法。
背景技術(shù)：
塑料材料雖然擁有較優(yōu)異的性能和廣泛的適用性，但其來源于石油產(chǎn)品且無法降解，在資源危機(jī)和環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重的今天，尋找性能優(yōu)良且可再生的替代材料則成為目前材料領(lǐng)域研究的重中之重。現(xiàn)今的板材用量巨大，且基本仍為塑料板材，開發(fā)具有類似塑料性能的可降解板材將具有巨大的價值。
在目前的可降解材料中，生物質(zhì)來源于自然，且可實(shí)現(xiàn)全降解，是最具開發(fā)潛力的可降解材料。目前主要的生物質(zhì)材料品類為淀粉和聚乳酸，淀粉因其便宜的價格和廣泛的來源已被深入研究并通過改性與復(fù)合制備了多種生活與工業(yè)用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺陷，它的力學(xué)性能差，性能不穩(wěn)定，只能運(yùn)用于對力學(xué)性能要求低的領(lǐng)域。而聚乳酸的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀。聚乳酸（PLA）是脂肪族聚酯，以乳酸（2-羥基丙酸）為基本結(jié)構(gòu)單元。PLA可通過發(fā)酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸縮聚制得。PLA 及其終端產(chǎn)品可在堆肥條件下自然分解成為CO2和水，降低了固體廢棄物排放量，是一種綠色環(huán)保的生物來源材料。PLA具有類似于聚苯乙烯的力學(xué)特性，彎曲模量和拉伸強(qiáng)度較好，可用于作為制備板材的主料，但其熱穩(wěn)定性和抗沖擊性能差，在熱成型加工過程中存在熔體黏度低的缺陷，限制了它的應(yīng)用。在改善了這些缺點(diǎn)后，PLA將可有望作為塑料材料的最佳替代品可被運(yùn)用于工業(yè)、民用領(lǐng)域。在聚乳酸的增韌改性研究中，聚乳酸與多種材料復(fù)合以達(dá)到增韌效果，如淀粉、聚己內(nèi)酯、聚乙烯等，以上增韌方法已被廣泛研究，但由于共混材料本身的強(qiáng)度較低，且和聚乳酸相容性存在較大差異，故增韌效果有限，且嚴(yán)重影響聚乳酸復(fù)合材料的強(qiáng)度。除此以外，還有多種方法對聚乳酸進(jìn)行增韌改性。如CN101333333公布的一種增韌型聚乳酸樹脂及其制備方法，該樹脂由聚乳酸基礎(chǔ)樹脂、增韌劑苯乙烯－丙烯酸丁酯－丙烯酸共聚物、抗氧劑B215組成；CN101935390A公布了一種通過將聚丁二酸丁二醇酯的端羥基引發(fā)丙交酯開環(huán)聚合反應(yīng)后，經(jīng)提純得到所述聚乳酸增韌改性劑，后加入聚乳酸中進(jìn)行增韌改性的復(fù)合材料的制備方法。但總體來看，聚乳酸為主體的材料尤其是以PLA為主的生物質(zhì)板材的力學(xué)性能問題仍未完全解決。
除此外，針對板材的使用，阻燃性也是必須考慮的一環(huán)。對于環(huán)保的生物質(zhì)，采用環(huán)保的阻燃方式才可保持材料本身的環(huán)保特性。目前，基于生物質(zhì)的板材主要以聚乳酸材料為主的情況，有關(guān)阻燃聚乳酸的研究受到更多關(guān)注。除不環(huán)保的鹵系阻燃劑外，多種無鹵、無機(jī)、納米阻燃劑均被運(yùn)用于PLA中。近年來報道的新型阻燃劑包括磷系的磷酸酯、磷化合物等, 氮系的三聚氰胺及其鹽類等, 但單獨(dú)使用效果均較差, 而協(xié)同阻燃如磷-氮協(xié)效則可實(shí)現(xiàn)較好效果。納米阻燃劑如蒙脫土具有阻斷效應(yīng)，且其納米尺度可降低復(fù)合材料密度、提高機(jī)械強(qiáng)度，但量大時容易團(tuán)聚；膨脹系阻燃劑是效果較好的阻燃體系，其包含酸源(如磷酸銨鹽、磷酸酯等)、碳源(如季戊四醇等富碳多羥基化物)、氣源(胺或酰胺類化合物)3 個部分。不同的體系創(chuàng)新可得到更加適用于PLA的高效環(huán)保膨脹阻燃體系。如在傳統(tǒng)的APP/MA阻燃體系中加入納米填料協(xié)效阻燃, 將石油基成炭劑換成綠色來源的淀粉, 部分酸源由生物基材料等。除此外，新型納米材料如POSS，碳納米管也被用于PLA阻燃。但綜合來看，目前阻燃聚乳酸技術(shù)仍很難在阻燃性能、力學(xué)性能和環(huán)保性之間找到平衡，尤其是國內(nèi)在具有優(yōu)異性能的聚乳酸材料領(lǐng)域仍出于空白狀態(tài)。開發(fā)新型的具有優(yōu)異力學(xué)性能和阻燃性的PLA材料并制備具有優(yōu)異性能的生物質(zhì)板材迫在眉睫。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了生物質(zhì)板材力學(xué)性能較差且阻燃性不佳的缺陷，提供一種具有優(yōu)異力學(xué)性能和阻燃性能的生物質(zhì)板材。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種無鹵阻燃生物質(zhì)板材，由聚乳酸、塑化淀粉、SBS、植物纖維、端羥基聚乳酸、納米鈉基蒙脫土、9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、三聚氰胺氰尿、抗氧劑、抗紫外線劑組成。其中，各組分的質(zhì)量份數(shù)為：
聚乳酸：100份
塑化淀粉：20-40份
SBS：10-20份
植物纖維：5-10份
端羥基聚乳酸：5-10份
納米納基蒙脫土：3-6份
9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物：8-16份
三聚氰胺氰尿：4-8份
抗氧劑：2-4份
抗紫外線劑：2-4份。
進(jìn)一步，本發(fā)明中所述的聚乳酸為聚L-乳酸，聚D-乳酸、或聚L、D-乳酸組合物，該聚乳酸的分子量最佳為300000-500000g/mol，再次為150000-300000g/mol，再次80000-150000g/mol。
進(jìn)一步，本發(fā)明中所述的塑化淀粉為甘油塑化的玉米淀粉或木薯淀粉，用于塑化的甘油質(zhì)量為淀粉的20%-35%之間。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述植物纖維為經(jīng)物理或化學(xué)處理的竹纖維、木纖維、棉纖維、細(xì)菌纖維中的一種，其直徑介于200nm-2μm之間，長徑比介于20-500之間。物理方法可為機(jī)械破碎法、蒸汽閃爆法，化學(xué)方法可采用酸活化法或堿活化法。
進(jìn)一步，本發(fā)明中所述的端羥基聚乳酸的分子量為30000-100000g/mol之間，端基中羥基比例占總端基摩爾比介于70-90%之間。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述的納米鈉基蒙脫土為片層粒子，其平均晶片厚度小于25nm，可采用市售納米鈉基蒙脫土，也可采用鈣基蒙脫土改性，改性可用NaCl乙醇溶液、碳酸鈉、焦磷酸鈉、多聚磷酸鈉作為改性劑交換鈣基蒙脫土為鈉基蒙脫土。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物是有機(jī)磷類雜環(huán)化合物，具有較高的熱穩(wěn)定性，抗氧化性和優(yōu)良的耐水性，可采用市售產(chǎn)品。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述抗氧劑為抗氧劑BHT、抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑164中的一種或幾種任意比例混合。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述抗紫外線劑為紫外線吸收劑UV-531、UVP-327、UV-9、RMB中的一種或幾種任意比例混合。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述無鹵阻燃生物質(zhì)板材的加工工藝為：
（1）將所有原料均于50度下真空干燥24小時，備用；
（2）將所有原料于60度下于高速混合機(jī)內(nèi)共混5-10min, 轉(zhuǎn)速為100-200 rad/min；
（3）將共混后原料投入螺桿擠出機(jī)熔融擠出，其熔融擠出溫度為170-200度，螺桿轉(zhuǎn)速為150-250rad/min，停留時間為1-2分鐘。
進(jìn)一步，此發(fā)明的有益效果是基于所有組分之間的相互作用，如端羥基聚乳酸可與聚乳酸、淀粉相互作用，端羥基聚乳酸在高溫擠出過程中可產(chǎn)生縮聚，促進(jìn)體系相容性的提高，SBS在體系中起到增韌作用，植物纖維起到增強(qiáng)作用，9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、三聚氰胺氰尿分別作為化學(xué)膨脹類阻燃劑中的氣源和酸源，而淀粉既作為阻燃劑中的碳源，也作為板材體系中的降低成本組分，納米納基蒙脫土在其中起到阻隔熱源和增強(qiáng)的作用。
具體實(shí)施方式
以下將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方法。但這些實(shí)施方法僅為示范性目的，而本發(fā)明不限于此。
實(shí)施例1
一種無鹵阻燃生物質(zhì)板材，由聚乳酸、塑化淀粉、SBS、植物纖維、端羥基聚乳酸、納米鈉基蒙脫土、9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、三聚氰胺氰尿、抗氧劑、抗紫外線劑組成。其中，各組分的質(zhì)量份數(shù)為：
聚乳酸：100份
塑化淀粉：32份
SBS：15份
植物纖維：8份
端羥基聚乳酸：8份
納米納基蒙脫土：5份
9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物：12份
三聚氰胺氰尿：6份
抗氧劑：3份
抗紫外線劑：3份。
所述的聚乳酸為聚L-乳酸，該聚乳酸的分子量為300000-500000g/mol。
所述的塑化淀粉為甘油塑化的木薯淀粉，用于塑化的甘油質(zhì)量為淀粉的30%。
所述植物纖維為經(jīng)物理處理的竹纖維，其直徑介于400nm-1um之間，長徑比介于20-500之間。所述物理方法可為機(jī)械破碎法配合蒸汽閃爆法。
所述的端羥基聚乳酸的分子量為50000-80000g/mol之間，端基中羥基比例占總端基摩爾比為85%。
所述的納米鈉基蒙脫土的平均晶片厚度小于25nm，采用市售納米鈉基蒙脫土。
所述9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物為采用市售產(chǎn)品。
所述抗氧劑為抗氧劑BHT。
所述抗紫外線劑為紫外線吸收劑UV-531。
所述無鹵阻燃生物質(zhì)板材的加工工藝為：
1）將所有原料均于50度下真空干燥24小時，備用；
2）將所有原料于60度下于高速混合機(jī)內(nèi)共混6min, 轉(zhuǎn)速為150rad/min；
3）將共混后原料投入螺桿擠出機(jī)熔融擠出，其熔融擠出溫度為170-200度，螺桿轉(zhuǎn)速為180rad/min，停留時間為1.5分鐘。
實(shí)施例2
一種無鹵阻燃生物質(zhì)板材，由聚乳酸、塑化淀粉、SBS、植物纖維、端羥基聚乳酸、納米鈉基蒙脫土、9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、三聚氰胺氰尿、抗氧劑、抗紫外線劑組成。其中，各組分的質(zhì)量份數(shù)為：
聚乳酸：100份
塑化淀粉：26份
SBS：18份
植物纖維：6份
端羥基聚乳酸：8.5份
納米納基蒙脫土：4份
9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物：10份
三聚氰胺氰尿：5份
抗氧劑：3份
抗紫外線劑：3份。
所述的聚乳酸為聚L-乳酸，該聚乳酸的分子量最佳為180000-400000g/mol。
所述的塑化淀粉為甘油塑化的玉米淀粉，用于塑化的甘油質(zhì)量為淀粉的30%。
所述植物纖維為經(jīng)化學(xué)處理的松木纖維，其直徑介于400nm-1.5um之間，長徑比介于20-500之間。所述化學(xué)方法為堿液活化后配合酸活化法。
所述的端羥基聚乳酸的分子量為40000-60000g/mol之間，端基中羥基比例占總端基摩爾比為80%。
所述的納米鈉基蒙脫土的平均晶片厚度小于25nm，采用市售納米鈉基蒙脫土。
所述9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物為采用市售產(chǎn)品。
所述抗氧劑為抗氧劑1010。
所述抗紫外線劑為紫外線吸收劑UVP-327。
所述無鹵阻燃生物質(zhì)板材的加工工藝為：
1）將所有原料均于50度下真空干燥24小時，備用；
2）將所有原料于60度下于高速混合機(jī)內(nèi)共混8min, 轉(zhuǎn)速為180rad/min；
3）將共混后原料投入螺桿擠出機(jī)熔融擠出，其熔融擠出溫度為180-200度，螺桿轉(zhuǎn)速為200rad/min，停留時間為1.5分鐘。
實(shí)施例1、2的具體性能數(shù)據(jù)如下：