[发明专利]一种功能化碳纳米管阻燃聚乳酸及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种功能化碳纳米管阻燃聚乳酸及其制备方法，得到的材料具有较好的阻燃性能和力学性能。

背景技术

聚乳酸是一种来源于可再生植物（如木薯、甜高粱）淀粉并且可以完全降解成二氧化碳和水的“绿色高分子”材料。聚乳酸不仅可降解，而且还具有许多良好的机械性能和加工性能，被称为最优前景的“绿色塑料”。然而聚乳酸和其它高分子一样，易于燃烧，限制了其在航空、电子、汽车等领域的应用，需要通过改性的方法赋予聚乳酸阻燃性能。

添加型阻燃剂与高分子材料共混是材料阻燃改性能的常用方法。含卤阻燃剂具有较高的阻燃性能，常用于热塑性高分子材料的阻燃改性。但随着阻燃技术的发展，人们发现利用含卤阻燃剂阻燃的材料再燃烧时生成卤化氢等有毒气体，同时含卤阻燃剂及其燃烧时的生成物具有致癌作用，因此目前欧美等发达国家已经对部分含卤阻燃剂发布了禁令。阻燃技术的无卤化是未来材料阻燃改性的发展方向。 

可以阻燃聚酯类材料的无卤阻燃剂有：磷系阻燃剂，如红磷、聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺；无机氢氧化物，如氢氧化铝、氢氧化镁等；硅系阻燃剂，如层状硅酸盐等。Galina F等（Polym Int,2000,49:1095-1100）把含磷阻燃剂与对本二甲酸丁二醇酯在高搅机中混合均匀，混合物在230—240℃下熔融切片，最后把得到的产物230—240℃、30吨的压力下热压。所得产物的阻燃性能可以达到UL94 V-0级。在国内，哈尔滨工业大学、四川大学等高校在无卤阻燃聚酯类高聚物方面进行了研究，虽然在阻燃方面取得了一些进展，但是最大的缺点在于工业化生产困难。四川大学2002年申请专利《含磷阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯/层状硅酸盐纳米复合材料及其制备方法和用途》（CN1396206），该专利提到应用层状硅酸盐、反应型含磷阻燃剂及其他助剂阻燃对苯二甲酸二甲酯。所得产物具有阻燃性能、力学性能，但该专利缺点是应用反应型含磷阻燃剂，采用原位插层聚合法，不利于工业化生产。

双螺杆挤出机是高分子材料共混改性的常用设备，具有高效、高产量的、操作简单等优点，适合连续化的工业化生产。如专利“丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝／聚丙烯阻燃材料及其制备方法（CN1401697）”中，将聚丙烯、氢氧化铝、丙烯酸接枝聚丙烯和其他助剂在高速混合机下混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出、切粒。这种方法非常适合工业化生产聚丙烯的阻燃材料。

碳纳米管是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，自1991年Lijima发现碳纳米管以来，碳纳米管就因为其独特的结构，良好的电性能和机械性能是近年来研究的热点。同时，碳纳米管由于其具有高拉伸形状和高比表面而可以成为阻燃添加剂，部分研究已证明其阻燃效果。碳纳米管加入聚丙烯（PP）等高分子材料中，可以有效的降低其热释放速率（Macromol. Rapid Commun. 2002, 23: 761–765）。虽然在高聚物及其复合材料中加入碳纳米管可以提高材料的力学性能，同时降低材料的热释放速率，但碳纳米管的加入对材料燃烧试验特性提高不大，材料几乎无法通过工业中要求的UL94燃烧测试。

无卤阻燃的热塑性材料时，虽然可以改善材料的阻燃性能，但材料的力学性能变差，极大限制了材料的应用范围。

针对这种情况，本发明提供了一种适合工业化生产环境友好、可生物降解的聚乳酸阻燃材料的制备方法。为了获得同时提高材料阻燃性能和力学性能的阻燃材料，采用DOPO基团修饰的碳纳米管，可以同时发挥DOPO和碳纳米管的优势，扬长避短，形成互补。此方法具有工艺简单、生产能力高等特点，具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种功能化碳纳米管阻燃聚乳酸及其制备方法，所得材料可应用于对材料要求较苛刻的航空、汽车、电子领域。

本发明提出的功能化碳纳米管阻燃聚乳酸，由纯聚乳酸、碳纳米管、抗氧剂和抗滴落剂组成，其组分的重量百分比如下：

纯聚乳酸           85~99.3%

碳纳米管           0.5~5%

抗氧剂             0.1~5%

抗滴落剂           0.1~5%。

本发明中，所述纯聚乳酸的重均分子量M_w为1×10⁵~3×10⁵。

本发明中，所述碳纳米管为功能化碳纳米管，其表面带有1个或多个含DOPO基体，其结构特征如下：