納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料及其制備方法，以重量百分比計，該復合材料由50～85%的聚羥基丁酸酯，5～30%的納米膨潤土復配阻燃劑，0.1～5%的加工助劑，5～25%的可降解增韌樹脂，0.1～5%的偶聯劑，0.1～5%的接枝劑制成。制備步驟為先將聚羥基丁酸酯、可降解增韌樹脂、納米膨潤土復配阻燃劑干燥，然后加入偶聯劑于高速攪拌機內活化，再與加工助劑、接枝劑混合均勻，最后經雙螺桿擠出機熔融擠出后冷卻風干切粒。本發明所制備的阻燃聚羥基丁酸酯復合材料不但能達到UL94V-0級阻燃標準，還能夠保持其力學、加工性能。
【專利說明】納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于高分子材料【技術領域】，具體涉及一種納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料及其制備方法。

【背景技術】
[0002]在石油資源日益缺乏，環境保護壓力日益增大的當今形式下，以石油為原料的各種樹脂產品大有被以淀粉等天然生物質為基材的生物塑料所取代的趨勢。目前各國研發的生物塑料主要集中于這幾個品種:聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)、聚乙醇酸(PGA)。原料生物質主要來源于玉米、土豆、甘蔗、谷物、木材、油等。聚羥基丁酸酯(polyhydroxybutyrate, PHB)是一種聚羥基脂肪酸酯，于1927年首先從細胞中分離出來，這種材料無毒且可生物降解，目前主要用途是生產熱注塑產品，制造如瓶帽、鋼筆、玩具、食品盒等；也被作為體內縫合材料應用于醫療行業。傳統塑料降解需要100年，用聚羥基丁酸酯生產的產品只要12個月就能分解，釋放出的只有水和二氧化碳。
[0003]然而出于產品安全等方面考慮，卻來越多的國家制定法規要求塑料制品具有阻燃性，尤其是環保型阻燃功能。聚羥基丁酸酯受熱時不穩定，其熔點接近于分解溫度(175攝氏度)。這一缺點限制了其在各領域的應用。目前石化類樹脂的阻燃劑主要有鹵系(含氯、含溴等)、磷系(磷化物、磷酸酯等)、氮系(雙氰胺、胍鹽等)、硅系(硅樹脂、硅橡膠等)、無機鹽阻燃劑(氫氧化鎂、氫氧化鋁等)以及復合型阻燃劑等，但是阻燃劑加入聚羥基丁酸酯中往往會嚴重影響聚羥基丁酸酯本體材料物理力學性能，使其明顯降低。因此，從燃燒環保性及各種阻燃劑對塑料材料物理力學性能的影響等角度綜合考慮，目前尚沒有一種對聚羥基丁酸酯阻燃效率高、力學性能影響小的環保阻燃方法。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，該復合材料具有阻燃級別高、綠色環保、能保持聚羥基丁酸酯本體材料物理力學性能的特點。
[0005]本發明的另一目的是提供該納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料的制備方法。
[0006]為了達到上述目的，本發明的采用以下技術方案:
一種納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，該復合材料由以下重量百分含量的組分制成(總重量滿足100%):
聚羥基丁酸酯50~85%
納米膨潤土復配阻燃劑 5~30%
加工助劑0.1~5%
可降解增韌樹脂5~25%
偶聯劑0.1~5%
接枝劑0.1~5%。
[0007]優選的，該復合材料由以下重量百分含量的組分制成(總重量滿足100%):
聚羥基丁酸酯50~70%
納米膨潤土復配阻燃劑 15~25%
加工助劑0.1~1%
可降解增韌樹脂10~25%
偶聯劑I~2%
接枝劑I~2%。
[0008]所述的納米膨潤土復配阻燃劑為重量百分比為50~80%的納米級膨潤土和20~50%的無機阻燃劑混合制成(以納米膨潤土復配阻燃劑的重量為100%計)，納米級膨潤土的粒徑優選為I~lOOnm。
[0009]所述的聚羥基丁酸酯樹脂分子量優選為IXlO5~3X105。無機阻燃劑可為氫氧化鎂、氫氧化鋁、硼化物、鈣化物中的至少一種，其中，硼化物優選硼酸鈉、鈣化物優選氫氧化鈣。
[0010]所述的可降解增韌樹脂為聚碳酸亞丙酯(PPC)、聚乙內酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)中的至少一種。
[0011]所述的加工助劑為抗氧劑、潤滑劑、紫外線吸收劑、白油、甲基硅油中的至少一種，其中抗氧劑可為巴斯夫B225，紫外線吸收劑可為巴斯夫UV-326，潤滑劑可為聚乙烯蠟。
[0012] 所述的偶聯劑為鈦酸酯、鋁酸酯和硅烷偶聯劑中的至少一種。
[0013]所述的接枝劑為馬來酸酐接枝相容劑和甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。
[0014]上述納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料的制備方法，包括如下步驟:先將聚羥基丁酸酯、可降解增韌樹脂、納米膨潤土復配阻燃劑干燥，然后加入偶聯劑攪拌活化，再與加工助劑、接枝劑混合均勻，最后經雙螺桿擠出機熔融擠出后冷卻風干切粒。
[0015]上述納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料的制備方法中，雙螺桿擠出機的溫度優選設置如下:喂料段160~170°C，壓縮段160~170°C，計量段170~180°C，模頭段180~190°C ;主機螺桿轉速為160~230rpm，輸送螺桿轉速為20~50rpm，料桶喂料速度為 10 ~20rpm。
[0016]本發明先將聚羥基丁酸酯、可降解增韌樹脂、納米膨潤土復配阻燃劑在80~90°C干燥2~3小時，以除去物料從空氣中吸收的水分，防止其對產品性能產生影響。
[0017]本發明的有益效果:1.膨潤土是一種富含鎂鋁的硅酸鹽礦物，化學通式為Nax (H2O) 4{ (Al2.xMgx) [Si4O10] (OH) 2}，其晶體結構為極薄的片狀，表面的負電荷能吸引各種陽離子，并可被其它陽離子交換，本發明膨潤土復配阻燃劑不含鹵素，綠色環保，且成本較低，制備工藝簡單；2.選用可降解增韌樹脂與阻燃劑并用可以減少或消除無機阻燃劑對聚羥基丁酸酯物理機械性能的不利影響；3.選用偶聯劑及接枝劑分別增加了膨潤土復配阻燃劑及可降解增韌樹脂與聚羥基丁酸酯本體材料的相容性及結合度，進一步減少了阻燃劑對聚羥基丁酸酯樹脂物理機械性能的影響。

【具體實施方式】
[0018]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0019]實施例1
配方:5000g分子量為LOxlO5的聚羥基丁酸酯、100g聚乙內酯、SOOg納米級膨潤土(粒徑I~100nm)、800g氫氧化鎂，50g鈦酸酯和50g招酸酯，50g甲基硅油、50g馬來酸酐接枝相容劑。
[0020]制備方法:
步驟一:將5000g分子量為1.0XlO5的聚羥基丁酸酯、100g聚乙內酯、800g納米級膨潤土、800g氫氧化鎂在85°C干燥2小時；
步驟二:將干燥好的物料與50g鈦酸酯和50g鋁酸酯于高速攪拌機內以90°C、1400rpm攪拌活化10分鐘；
步驟三:將步驟一和二中得到的混合料與50g甲基硅油、50g馬來酸酐接枝相容劑于低速攪拌機內混合均勻；
步驟四:將步驟三中得到的所有組分經雙螺桿擠出機熔融擠出后冷卻風干切粒。雙螺桿擠出機的溫度設置如下:喂料段160~170°C，壓縮段160~170oC，計量段170~180°C，適配器170~180°C，模頭段180~190°C ;主機螺桿轉速為200rpm，輸送螺桿轉速為30rpm，料桶喂料速度為15rpm。
[0021]產品阻燃性經UL-94V實驗，阻燃性能及機械性能結果見表1。
[0022]實施例2
配方:將5000g分子量為3.0X 15的聚羥基丁酸酯、100g聚碳酸亞丙酯、100g聚乙內酯，800g納米級膨潤土 (粒徑I~100nm)、800g氫氧化招、10g招酸酯、50g聚乙烯臘、10g甲基丙烯酸甲酯。
[0023]制備方法:
步驟一:將5000g分子量為3.0 X 15的聚羥基丁酸酯、100g聚碳酸亞丙酯、100g聚乙內酯，800g納米級膨潤土、800g氫氧化鋁在85°C干燥2小時；
步驟二:將干燥好的物料與10g鋁酸酯于高速攪拌機內以90°C、1400rpm攪拌活化10分鐘；
步驟三:將步驟一和二中得到的混合料與50g聚乙烯蠟、10g甲基丙烯酸甲酯于低速攪拌機內混合均勻；
步驟四:將步驟三中得到的所有組分經雙螺桿擠出機熔融擠出后冷卻風干切粒。雙螺桿擠出機的溫度設置如下:喂料段160~170°C，壓縮段160~170°C，計量段170~180°C，適配器170~180°C，模頭段180~190°C ;主機螺桿轉速為200rpm，輸送螺桿轉速為30rpm，料桶喂料速度為15rpm。
[0024]產品阻燃性經UL-94V實驗，阻燃性能及機械性能結果見表1。
[0025]實施例3
配方:5000g分子量為2.0X 15的聚羥基丁酸酯、100g聚乙內酯、SOOg納米級膨潤土(粒徑I~100nm)、400g氫氧化鈣、400g硼酸鈉、50g鈦酸酯和50g招酸酯、50g甲基硅油、50g馬來酸酐接枝相容劑。
[0026]制備方法:
步驟一:將5000g分子量為2.0X 15的聚羥基丁酸酯、100g聚乙內酯、800g納米級膨潤土、400g氫氧化鈣、400g硼酸鈉在85°C干燥2小時；
步驟二:將干燥好的物料與10g鈦酸酯于高速攪拌機內以90°C、1400rpm攪拌活化10分鐘；
步驟三:將步驟一和二中得到的混合料與60g巴斯夫B225、50g紫外吸收劑巴斯夫UV-326、50g甲基硅油、50g馬來酸酐接枝相容劑于低速攪拌機內混合均勻；
步驟四:將步驟三中得到的所有組分經雙螺桿擠出機熔融擠出后冷卻風干切粒。雙螺桿擠出機的溫度設置如下:喂料段160~170°C，壓縮段160~170°C，計量段170~180°C，適配器170~180°C，模頭段180~190°C ;主機螺桿轉速為230rpm，輸送螺桿轉速為50rpm，料桶喂料速度為20rpm。
[0027]產品阻燃性經UL-94V實驗，阻燃性能及機械性能結果見表1。
[0028]對比例測定的是聚羥基丁酸酯的性能。
[0029]表1

【權利要求】
1.一種納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，其特征在于，該復合材料由以下重量百分含量的組分制成: 聚羥基丁酸酯50~85% 納米膨潤土復配阻燃劑5~30% 加工助劑0.1~5% 可降解增韌樹脂5~25% 偶聯劑0.1~5% 接枝劑0.1~5%。
2.根據權利要求1所述的納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的納米膨潤土復配阻燃劑為重量百分比為50~80%的納米級膨潤土和20~50%的無機阻燃劑。
3.根據權利要求1所述的納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的聚羥基丁酸酯分子量為I X 105~3X105。
4.根據權利要求1所述的納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的無機阻燃劑為氫氧化鎂、氫氧化鋁、硼化物、鈣化物中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的可降解增韌樹脂為聚碳酸亞丙酯、聚乙內酯、聚丁二酸丁二醇酯中的至少一種。
6.根據權利要求1所述的納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的加工助劑為抗氧劑、潤滑劑、紫外線吸收劑、白油、甲基硅油中的至少一種。
7.根據權利要求1所述的納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的偶聯劑為鈦酸酯、鋁酸酯和硅烷偶聯劑中的至少一種。
8.根據權利要求1所述的納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料，其特征在于，所述的接枝劑為馬來酸酐接枝相容劑和甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。
9.根據權利要求1~8任意一項權利要求所述的納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 先將聚羥基丁酸酯、可降解增韌樹脂、納米膨潤土復配阻燃劑干燥，然后加入偶聯劑攪拌活化，再與加工助劑、接枝劑混合均勻，最后經雙螺桿擠出機熔融擠出后冷卻風干切粒。
10.根據權利要求9所述的納米膨潤土復合阻燃聚羥基丁酸酯生物塑料的制備方法，其特征在于:所述雙螺桿擠出機的溫度設置如下:喂料段160~170°C，壓縮段160~170°C，計量段170~180°C，模頭段180~190°C ;主機螺桿轉速為160~230rpm，輸送螺桿轉速為20~50rpm，料桶喂料速度為10~20rpm。
【文檔編號】C08L67/02GK104130562SQ201410361753
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】周子凱, 趙醒, 夏俊 申請人:江蘇嘉鉑新材料有限公司