本發(fā)明涉及可降解塑料，尤其涉及一種阻燃可生物降解塑料及制備方法和應用。

背景技術：

1、塑料具有機械性能優(yōu)異、化學穩(wěn)定性高、易加工等優(yōu)點，在包裝材料、一次性用具、農(nóng)業(yè)用品等領域均有廣泛的應用。然而，塑料的制備會消耗大量的石油資源，同時，塑料制品產(chǎn)生的“白色污染”會造成嚴重的環(huán)境及生物危害等問題。因此開發(fā)和推廣環(huán)保的可降解材料是緩解當前環(huán)境生態(tài)壓力的迫切需要。

2、降解塑料可在細菌、藻類、真菌等微生物的作用下分解或降解，最終轉換為二氧化碳和水等小分子，產(chǎn)物被自然界循環(huán)利用。目前聚乳酸（pla）、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（pbat)、聚丁二酸丁二醇酯（pbs）等降解塑料都得到了廣泛的應用和研究。其中，pla是以玉米或薯類淀粉等為原料、通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸為單體聚合而制得，具有來源豐富、生物相容性好、力學性能優(yōu)異等優(yōu)點，被認為是一種具有發(fā)展前景的生物可降解材料。

3、隨著對pla研究的了解和深入，發(fā)現(xiàn)其存在脆性大、熔體強度低、生物降解速率慢等不足，且pla極易燃燒，燃燒過程中伴有嚴重的熔融滴落現(xiàn)象，存在極大的安全隱患。因此，需對pla進行增韌改性和阻燃改性，從而滿足其在實際應用中的需求。

4、通常在pla中添加可降解的合成高分子材料，如聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（pbat）、聚丁二酸丁二醇酯（pbs）、聚碳酸亞丙酯ppc等，或天然高分子材料（如淀粉、纖維素、蛋白質等），可以組合各種材料的優(yōu)勢性能、實現(xiàn)多種材料的性能互補，從而達到增強增韌pla的目的，并能保證pla復合材料的降解性能。pbat屬于熱塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具pba和pbt的特性，既有較好的延展性和斷裂伸長率，也有較好的耐熱性和沖擊性能；此外，還具有優(yōu)良的生物降解性，是生物降解塑料研究中非常受歡迎和市場應用最好降解材料之一。pbat分子既具有柔性的長亞甲基鏈，又有剛性的芳環(huán)結構，賦予了pbat良好的韌性、抗沖擊性和耐熱性。目前很多研究采用pbat來增韌pla，但pla與pbat的相容性不佳，通常在體系中添加增韌劑、擴鏈劑等來提高兩者的相容性。

5、淀粉在玉米、土豆、小麥等植物中有著很高的含量，其來源廣泛、價格較低且可完全生物降解，將其添加到pla中，在降低降解材料制作成本的同時，可有效提高pla復合材料的降解速率。

6、如cn102604346?b公開了一種生物可降解聚乳酸-淀粉阻燃復合材料及其制備方法。該阻燃可降解pla復合材料首先通過馬來酸酐、硬脂酸等對淀粉進行表面改性，再將改性淀粉與pla、阻燃劑等混合物一同經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出造粒。然而，淀粉基體中存在大量的羥基，經(jīng)表面改性后，其分散性及與pla的相容性能得到一定程度改善，但淀粉作為填料加入仍會存在流動性差、易團聚等問題；且該改性過程分兩步進行，改性工藝復雜、改性效率低、加工成本高。為提高材料的阻燃性能，引入阻燃劑聚磷酸銨及三聚氰胺磷酸鹽，這些阻燃劑價格較高、導致材料成本增加。

7、傳統(tǒng)的阻燃體系中主要使用溴系阻燃劑，這些鹵系阻燃劑在燃燒過程中會釋放大量有毒的鹵化氫氣體，危害環(huán)境和人體健康。相對于鹵系阻燃，磷系或氮系等無鹵阻燃劑具有低毒、低煙、低腐蝕等特點，因此鹵系阻燃劑逐漸被無鹵阻燃劑替代。間苯二酚雙（二苯基磷酸酯）（rdp）屬于有機磷系阻燃劑，其磷含量高、熱穩(wěn)定性好、揮發(fā)性低，且有一定的增塑和潤滑作用。此外，rdp可在燃燒過程中促進聚合物成炭，同時抑制自由基反應，起到高效的阻燃作用。

8、cn113754990a公開了一種淀粉基全生物降解材料的制備方法，其采用雙階擠出的生產(chǎn)工藝，將預塑化擠出機出料口與混煉擠出機中段相連接，首先稱取一定比例的淀粉和增塑劑通過擠出機進行預塑化，然后將完成塑化脫水的淀粉熔體加入混煉擠出機內(nèi)，最終完成對降解樹脂、加工助劑和塑化淀粉熔體的混煉分散。這種工藝避免了淀粉中水份導致降解樹脂水解的現(xiàn)象，從而有效提高制品的物理性能，但這種雙階擠出設備的結構復雜，存在操作難度大、生產(chǎn)效率低等問題。

9、基于上述現(xiàn)有技術的情況，現(xiàn)有技術中將淀粉與聚乳酸（pla）、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（pbat）等物質制備可降解塑料時，存在各物質間相容性差、加工困難、成本高、塑料耐溫性差、韌性差、阻燃效果差等急待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種阻燃可生物降解塑料，所述阻燃可生物降解塑料由聚乳酸、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯、塑化淀粉、無機填料、抗滴落劑、潤滑劑、抗氧劑、擴鏈劑熔融混合制成，所述阻燃可生物降解塑料的熔融指數(shù)為7.2-10.3g/10min，密度為1.3-1.4g/cm3，拉伸強度為20.1-30.3mpa，斷裂伸長率為13.2-28.9%，彎曲強度為24.7-33.8mpa，彎曲模量為1695.7-1926.2mpa，懸臂梁缺口沖擊強度為20.2-31.0kj/m2，洛氏硬度為69.0-83.0ha，阻燃等級為1.5-2.0mmv0，生物堆肥降解90天后降解率≥69.8%。

2、進一步地，所述熔融指數(shù)的測試標準為gb/t?3682；

3、密度的測試標準為gb/t?1033；

4、拉伸強度的測試標準為gb/t?1040；

5、斷裂伸長率的測試標準為gb/t?1040；

6、彎曲強度的測試標準為gb/t?9341；

7、彎曲模量的測試標準為gb/t?9341；

8、懸臂梁缺口沖擊強度的測試標準為gb/t?1843；

9、洛氏硬度的測試標準為gb/t?3398；

10、阻燃等級的測試標準為ul?94。

11、進一步地，所述生物堆肥降解的測試標準為：gb/t?19277.1-2011，測試條件為：溫度58±2℃，堆肥容器體積3.8l，參比樣品為纖維素（色譜純）。

12、所述降解率的計算公式為：降解率(%)=[每個容器累計co2產(chǎn)生量(g)-空白容器累計平均co2產(chǎn)生量(g)]/?阻燃可生物降解塑料產(chǎn)生的co2理論釋放量(g)×100%。

13、進一步地，按重量份計，所述阻燃可生物降解塑料中各組分以及含量為：

14、聚乳酸：40-60重量份；

15、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯：0-20重量份；

16、塑化淀粉：15-30重量份；

17、無機填料：3-10重量份；

18、抗滴落劑：0.2-0.5重量份；

19、潤滑劑：0.3-1.0重量份；

20、抗氧劑：0.1-0.5重量份；

21、擴鏈劑：0.1-0.5重量份。

22、進一步地，所述聚乳酸的熔融指數(shù)為30-40g/10min，拉伸強度≥60mpa，彎曲模量≥3000mpa，熔融溫度為170-180℃。

23、進一步地，所述聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯的熔融指數(shù)為3-7g/10min，懸臂梁缺口沖擊強度≥20kj/m2，熔融溫度為110-120℃。

24、進一步地，所述塑化淀粉由淀粉和阻燃劑通過氫鍵作用制備而成。

25、進一步地，所述淀粉和所述阻燃劑的質量比為（10-20）：（5-10）。

26、進一步地，所述淀粉為玉米淀粉、糯米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、大米淀粉、小麥淀粉中的一種或幾種。

27、進一步地，所述阻燃劑為磷系阻燃劑。

28、進一步地，所述磷系阻燃劑為間苯二酚雙（二苯基磷酸酯）（rdp）、四苯基（雙酚-a）二磷酸酯（bdp）中的一種或幾種。

29、進一步地，所述無機填料為高嶺土、碳酸鈣、硫酸鈣、滑石粉、云母、二氧化硅中的一種或幾種。

30、進一步地，所述抗滴落劑為聚四氟乙烯類（ptfe）抗滴落劑。

31、進一步地，所述抗滴落劑為聚四氟乙烯粉末。

32、進一步地，所述潤滑劑為硅酮類潤滑劑、硬脂酸鹽類潤滑劑、硬脂酰胺類潤滑劑中的一種或幾種。

33、進一步地，所述抗氧劑為受阻酚類抗氧劑、胺類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑中的一種或幾種。

34、進一步地，所述擴鏈劑為過氧化物類化合物、異氰酸酯類化合物、多官能團環(huán)氧化合物、磷酸酯類化合物中的一種或幾種；

35、本發(fā)明還提供一種上述阻燃可生物降解塑料的制備方法，包括如下步驟：

36、步驟1、將聚乳酸、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯、無機填料、抗滴落劑、潤滑劑、抗氧劑、擴鏈劑攪拌混合均勻后，獲得聚乳酸混合物；

37、步驟2、在雙螺桿擠出機的前五區(qū)進行淀粉的塑化：在雙螺桿擠出機的一區(qū)喂入淀粉，二區(qū)喂入阻燃劑，使得阻燃劑與淀粉充分混合、塑化，生成塑化淀粉；

38、步驟3、在雙螺桿擠出機的六區(qū)至十一區(qū)進行塑化淀粉與聚乳酸混合物的共混：在雙螺桿擠出機的六區(qū)喂入步驟1制備的聚乳酸混合物，經(jīng)過熔融塑化與塑化淀粉一同混勻擠出冷卻造粒，獲得粒料；

39、步驟4、對步驟3制備的粒料進行真空干燥，獲得所述阻燃可生物降解塑料。

40、進一步地，步驟1中攪拌混合使用的設備為混合機。

41、進一步地，步驟1中攪拌的轉速為100-400?r/min，時間為1-3?min，溫度為室溫。

42、進一步地，步驟2中通過失重秤喂入淀粉，通過液體計量裝置喂入阻燃劑。

43、進一步地，步驟3中通過失重秤喂入步驟1中的聚乳酸混合物。

44、進一步地，步驟2和步驟3中的雙螺桿擠出機的加工溫度包括十一段溫區(qū)，其中一段溫區(qū)的溫度為80-90℃、二段溫區(qū)的溫度為90-100℃、三段溫區(qū)的溫度為100-120℃、四段溫區(qū)的溫度為120-140℃、五段溫區(qū)的溫度為140-150℃、六段溫區(qū)的溫度為150-160℃、七段溫區(qū)的溫度為160-170℃、八段溫區(qū)的溫度為165-175℃、九段溫區(qū)的溫度為170-180℃、十段溫區(qū)的溫度為170-180℃、十一段溫區(qū)的溫度為170-180℃，螺桿轉速為200-500?r/min，真空度控制在-0.08mpa以下；

45、所述一段溫區(qū)對應一區(qū)，所述五段溫區(qū)對應五區(qū)，所述六段溫區(qū)對應六區(qū)。

46、進一步地，步驟3中擠出的擠出條經(jīng)過30℃水槽進行冷卻，冷卻時間不小于30秒。

47、進一步地，步驟4中真空干燥的溫度為60-90℃，時間為6-10?h，真空度為-0.1mpa。

48、本發(fā)明還提供一種阻燃可生物降解注塑制品，所述制品為將上述阻燃可生物降解塑料注塑制成。

49、進一步地，所述注塑采用的設備為注塑機。

50、進一步地，所述注塑的溫度為160-180℃。

51、本發(fā)明還提供一種電飯煲外殼，所述電飯煲外殼由上述阻燃可生物降解塑料注塑制成。

52、本發(fā)明的有益效果在于：

53、1、本發(fā)明通過在特定配方中引入耐溫性能優(yōu)異的可全生物降解的聚乳酸（pla）組分，并采用聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（pbat）進行增韌處理，顯著提高了阻燃可生物降解塑料的韌性，并且引入價格較低的淀粉為填料，可降低材料的制造成本，顯著提高產(chǎn)品的成本競爭力；此外，淀粉的碳含量較高，在材料燃燒過程中可起到成炭劑的作用，有效提高材料的阻燃性能；間苯二酚雙（二苯基磷酸酯）（rdp）作為一種有機磷系阻燃劑，其表面的磷酸酯基團可與淀粉表面的羥基形成氫鍵相互作用，在雙螺桿擠出機加熱擠出過程中起到塑化淀粉的作用，還可改善淀粉的流動性；同時，在阻燃可生物降解塑料燃燒過程中，rdp熱分解產(chǎn)生的含磷自由基能捕捉燃燒反應中?h自由基和?oh自由基，通過抑制自由基反應起到氣相阻燃的作用；此外，rdp與淀粉復配可具有凝聚相阻燃作用，促進聚合物在燃燒過程中快速成碳，起到良好的阻隔作用，從而能顯著提高材料的阻燃性能；

54、2、本發(fā)明通過特定的工藝步驟和喂料順序，以及熔融加工過程中雙螺桿擠出機各區(qū)的加工溫度，將本發(fā)明特定配方中的原料通過熔融混合獲得了同時兼具相容性好、耐溫性好、韌性好、阻燃效果好等優(yōu)點的阻燃可生物降解塑料，相對于現(xiàn)有技術含有聚乳酸（pla）、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（pbat）存在的缺點，本發(fā)明制備的所述阻燃可生物降解塑料的熔融指數(shù)為7.2-10.3g/10min，密度為1.3-1.4g/cm3，拉伸強度為20.1-30.3mpa，斷裂伸長率為13.2-28.9%，彎曲強度為24.7-33.8mpa，彎曲模量為1695.7-1926.2mpa，懸臂梁缺口沖擊強度為20.2-31.0kj/m2，洛氏硬度為69.0-83.0ha，阻燃等級為1.5-2.0mmv0，生物堆肥降解90天后降解率≥69.8%；

55、3、本發(fā)明在特定配方中通過添加擴鏈劑可引發(fā)聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（pbat）與聚乳酸（pla）發(fā)生交聯(lián)反應，提升聚合物的相對分子質量，進一步提高兩者的相容性，改善材料的力學性能、耐老化性能等優(yōu)點；

56、4、以本發(fā)明制備的阻燃可生物降解塑料為原料，制備的阻燃可生物降解注塑制品，具有良好的阻燃性和環(huán)保性，能有效降低火災發(fā)生的風險，同時為用戶提供更加健康、舒適的生活環(huán)境。