CN104098879A - 阻燃聚乳酸组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种阻燃聚乳酸组合物及其制备方法。该制备方法包括步骤：（1）按重量比以2：1的比例将热塑性弹性体和加工油放置于高速混合机中做高速混合；（2）按比例将步骤（1）得到的混合物及聚乳酸树脂、阻燃剂、助阻燃剂、抗滴垂剂、成核促进剂先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；（3）将上述的树脂组合物粒子在80°C的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时以上，接着使用射出成型机制作成测试样条，并性能测试。该制备方法使得到的聚乳酸组合物兼顾韧性、强度及阻燃性。

Description

阻燃聚乳酸组合物及其制备方法

【技术领域】

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种阻燃聚乳酸组合物及其制备方法。

【背景技术】

聚乳酸（PLA）是一种以生物资源为原料的生物高分子材料，可以完全降解为二氧化碳和水。聚乳酸的生产过程不依赖石油资源，制造过程中造成的环境负担小，具有良好的可堆肥性、生物降解性，加之具有良好的机械性能和加工性能，因而在许多领域得到越来越广泛的应用。

然而，聚乳酸的本身不阻燃，燃烧时会发生熔滴现象。在某些特殊的领域，如电子电器、汽车内饰等，常规的聚乳酸不能满足使用要求，需要对其进行阻燃改性。

聚乳酸的阻燃改性可以加入反应型阻燃剂和添加型阻燃剂。反应型阻燃剂用量较大，要涉及聚合工艺条件的改变，比较复杂，因而对聚乳酸的阻燃改性通常采用添加型阻燃剂，这种方法简单易行，是一种最经济的方法。

添加型阻燃剂加入聚乳酸中，是以物理的分散形态与树脂基体混合而存在，从而发挥阻燃作用。聚乳酸的阻燃剂包括溴系、氯系、磷系、氮系、硅系以及无机阻燃剂。含卤阻燃剂由于毒性较大，在燃烧时产生二恶英等毒性产物，造成二次污染而被弃用。无机阻燃剂为达到良好的阻燃效果其填充量必须很高，一般填冲量大于40%，这样大的填充量会造成聚乳酸的物性大大降低，因而聚乳酸的阻燃改性主要以磷系、氮系、硅系为主，但聚磷酸铵、磷酸二氢铵、三聚氰胺磷酸盐、聚硅氧烷等阻燃剂对聚乳酸的阻燃效果提升较为有效，但对聚乳酸的综合性能尤其对韧性的影响很大，使产品因过脆而没有实用价值。

有鉴于此，实有必要开发一种阻燃聚乳酸组合物，该阻燃聚乳酸组合物为兼顾韧性、强度及阻燃性的聚乳酸组合物。

【发明内容】

因此，本发明的目的是提供一种阻燃聚乳酸组合物及其制备方法，使得到的阻燃聚乳酸组合物为兼顾韧性、强度及阻燃性的聚乳酸组合物。

为了达到上述目的，本发明的阻燃聚乳酸组合物，按重量份数计算，其包括以下组分：

聚乳酸树脂    70～150份；

阻燃剂        1～40份；

助阻燃剂      0～20份；

热塑性弹性体  1～30份；

成核促进剂    0.1～30份。

可选地，所述聚乳酸树脂为L型或D型聚乳酸树脂。

可选地，阻燃剂化学式为[OC6H3(CH3)2]2P(O)OC6H4OP(O)[OC6H3(CH3)2]2，该阻燃剂较佳为15～30重量份。

可选地，所述助阻燃剂为蜜胺焦磷酸盐或聚磷酸铵。

可选地，所述阻燃剂和助阻燃剂的重量比为2～10。

可选地，所述阻燃聚乳酸组合物还包括0～0.8重量份的抗滴落剂，该抗滴垂剂为含氟组合物或含氟聚合物，其中较佳为聚四氟乙烯，较佳为0.1～0.5重量份。

可选地，所述热塑性弹性体为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-丁二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、压克力橡胶、乙烯-压克力橡胶、硅橡胶、氟素橡胶、硫化橡胶、动态硫化橡胶、天然橡胶、乙烯-丙烯-丁烯弹性体、聚烯烃系弹性体、聚氯乙烯系弹性体、聚酰胺系弹性体、聚酯系弹性体、聚酯-聚醚系弹性体、聚氨酯系弹性体、氟素系弹性体中的一种或由以上热塑性弹性体组成的混合物，较佳为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物。

可选地，所述结晶促进剂为滑石粉、云母、蒙脱土、硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、氢氧化铝、氧化铝、碳酸铝中的一种或由以上结晶促进剂组成的混合物，较佳为滑石粉，较佳为0.5～15重量份。

可选地，所述阻燃聚乳酸组合物还包括1～10重量份的加工助剂，该加工助剂为增容剂、扩链剂、抗氧化剂、紫外光稳定剂、抗水解稳定剂、热稳定剂、缓慢释放剂、抗静电剂、湿润剂、着色剂、润滑剂中的一种或其混合物。

本发明还提供一种阻燃聚乳酸组合物的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）按重量比以2：1的比例将热塑性弹性体和加工油放置于高速混合机中做高速混合，直至加工油与热塑性弹性体达均匀混合状态，取出备用；

（2）按比例将步骤（1）得到的混合物及聚乳酸树脂、阻燃剂、助阻燃剂、成核促进剂先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

（3）将上述的树脂组合物粒子在80°C的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时以上，接着使用射出成型机制作成测试样条，并性能测试。

可选地，所述步骤（1）中：加工油为石蜡基系列加工油、芳香族系列加工油、环氧大豆油、甘油中的一种或由以上加工油组成的混合物，较佳为石蜡基系列加工油，其分子量介于100～3000之间。

相较于现有技术，本发明的阻燃聚乳酸组合物及其制备方法，使得到的聚乳酸组合物兼顾韧性、强度及阻燃性，且符合环保要求，其中阻燃等级均可达到1.6mmV-0，可广泛应用于电子、家电、汽车内饰等机构件产品中。

【具体实施方式】

下面通过实施例进一步描述本发明，其中对比例及实施例中所使用的原料具体为：

（1）聚乳酸树脂：美国NatureWorks公司制，规格：4032D。

（2）缩聚型无卤磷酸酯阻燃剂：日本大八化学工业株式会社制，规格：PX-200，化学式为[OC₆H₃(CH₃)₂]₂P(O)OC₆H₄OP(O)[OC₆H₃(CH₃)₂]₂。

（3）助阻燃剂蜜胺焦磷酸盐：青岛市海大化工有限公司制，规格11-2。

（4）抗滴垂剂聚四氟乙烯：中国广州熵能聚合物科技有限公司制，规格：Shinepoly SN3300。

（5）热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物：台湾橡胶股份有限公司制，规格：SEBS6151。

（6）石蜡基加工油：美国太阳石油公司制，规格：Sunpar 2280。

（7）滑石粉：昆山润石化工有限公司制，规格：RS-888A。

对比例1

对比例1中为100重量份的纯聚乳酸树脂。

实施例1

（1）按重量比以2：1的比例将苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物和石蜡加工油放置于高速混合机中做高速混合，约10分钟后加工油与苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物达均匀混合状态，取出备用；

（2）取步骤（1）得到的混合物20重量份及聚乳酸树脂100重量份、磷酸酯阻燃剂20重量份、滑石粉5重量份先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

（3）将上述的树脂组合物粒子在80°C的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时以上，接着使用射出成型机制作成测试样条，并性能测试。

实施例2

（1）按重量比以2：1的比例将苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物和石蜡加工油放置于高速混合机中做高速混合，约10分钟后加工油与苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物达均匀混合状态，取出备用；

（2）取步骤（1）得到的混合物20重量份及聚乳酸树脂100重量份、磷酸酯阻燃剂30重量份、滑石粉5重量份先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

（3）将上述的树脂组合物粒子在80°C的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时以上，接着使用射出成型机制作成测试样条，并性能测试。

实施例3

（1）按重量比以2：1的比例将苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物和石蜡加工油放置于高速混合机中做高速混合，约10分钟后加工油与苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物达均匀混合状态，取出备用；

（2）取步骤（1）得到的混合物20重量份及聚乳酸树脂100重量份、磷酸酯阻燃剂20重量份、助阻燃剂蜜胺焦磷酸盐5重量份、滑石粉5重量份先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

（3）将上述的树脂组合物粒子在80°C的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时以上，接着使用射出成型机制作成测试样条，并性能测试。

实施例4

（1）按重量比以2：1的比例将苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物和石蜡加工油放置于高速混合机中做高速混合，约10分钟后加工油与苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物达均匀混合状态，取出备用；

（2）取步骤（1）得到的混合物20重量份及聚乳酸树脂100重量份、磷酸酯阻燃剂20重量份、助阻燃剂蜜胺焦磷酸盐5重量份、滑石粉5重量份、抗滴落剂聚四氟乙烯0.4重量份先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

（3）将上述的树脂组合物粒子在80°C的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时以上，接着使用射出成型机制作成测试样条，并性能测试。

将对比例及各实施例得到的组合物的阻燃性能及力学性能进行测试，其中测试标准为：依据GB/T1040-2006的要求，在10mm/min的条件下测试材料的拉伸强度，依据GB/T9341-2008的要求，在2mm/min的条件下测试材料的弯曲强度及弯曲模量，依据GB/T1843-2008的要求，在试片厚度4mm的条件下进行材料的A型缺口的冲击强度，依据UL-94中塑料材料燃烧测试及分类标准规范，在试片厚度1.6mm的条件下进行材料的燃烧测试以及阻燃等级分类，测试结果如表1所示：

表1：对比例及实施例测试结果

测试项目	对比例1	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
						拉伸强度MPa	64	45	44	47	47
弯曲强度MPa	91	78	77	77	80
						弯曲模量MPa	3050	3410	3550	3600	3580
缺口冲击强度KJ/m2	2.0	15	10	11	10

阻燃等级	V-2	V-2	V-0	V-0	V-0
						滴垂	是	是	是	是	否

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员如本发明的揭示，对于本发明做出的改进或修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种阻燃聚乳酸组合物，其特征在于，按重量份数计算，包括以下组分：

2.如权利要求1所述的阻燃聚乳酸组合物，其特征在于，所述聚乳酸树脂为L型或D型聚乳酸树脂。

3.如权利要求1所述的阻燃聚乳酸组合物，其特征在于，阻燃剂化学式为[OC6H3(CH3)2]2P(O)OC6H4OP(O)[OC6H3(CH3)2]2。

4.如权利要求1所述的阻燃聚乳酸组合物，其特征在于，所述助阻燃剂为蜜胺焦磷酸盐或聚磷酸铵。

5.如权利要求1所述的阻燃聚乳酸组合物，其特征在于，所述阻燃剂和助阻燃剂的重量比为2～10。

6.如权利要求1所述的阻燃聚乳酸组合物，其特征在于，所述阻燃聚乳酸组合物还包括0～0.8重量份的抗滴落剂，该抗滴垂剂为含氟组合物或含氟聚合物。

7.如权利要求1所述的阻燃聚乳酸组合物，其特征在于，所述热塑性弹性体为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-丁二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、压克力橡胶、乙烯-压克力橡胶、硅橡胶、氟素橡胶、硫化橡胶、动态硫化橡胶、天然橡胶、乙烯-丙烯-丁烯弹性体、聚烯烃系弹性体、聚氯乙烯系弹性体、聚酰胺系弹性体、聚酯系弹性体、聚酯-聚醚系弹性体、聚氨酯系弹性体、氟素系弹性体中的一种或由以上热塑性弹性体组成的混合物。

8.如权利要求1所述的阻燃聚乳酸组合物，其特征在于，所述结晶促进剂为滑石粉、云母、蒙脱土、硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、氢氧化铝、氧化铝、碳酸铝中的一种或由以上结晶促进剂组成的混合物。

9.如权利要求1所述的阻燃聚乳酸组合物，其特征在于，所述阻燃聚乳酸组合物还包括1～10重量份的加工助剂，该加工助剂为增容剂、扩链剂、抗氧化剂、紫外光稳定剂、抗水解稳定剂、热稳定剂、缓慢释放剂、抗静电剂、湿润剂、着色剂、润滑剂中的一种或其混合物。

10.一种如权利要求1所述的阻燃聚乳酸组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按重量比以2：1的比例将热塑性弹性体和加工油放置于高速混合机中做高速混合，直至加工油与热塑性弹性体达均匀混合状态，取出备用；

（2）按比例将步骤（1）得到的混合物及聚乳酸树脂、阻燃剂、助阻燃剂、成核促进剂先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

（3）将上述的树脂组合物粒子在80°C的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时以上，接着使用射出成型机制作成测试样条，并性能测试。

11.如权利要求10所述的阻燃聚乳酸组合物的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中：加工油为石蜡基系列加工油、芳香族系列加工油、环氧大豆油、甘油中的一种或由以上加工油组成的混合物。