[发明专利]一种阻燃天然纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种阻燃天然纤维增强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，可用于电子电器包装领域。

背景技术

随着复合材料对阻燃要求的提出，各类阻燃剂新品种的研究日趋活跃，发展趋势总是提高热稳定性和改善阻燃效率。当前，不仅要求阻燃剂具有较好的阻燃性能，而且要求具有无卤、无毒和抑烟功能，同时又不至于过多劣化材料的使用性能，因而传统型阻燃剂面临诸多困境，这给环境型阻燃剂提供了良好的发展空间。填充复合改性是热塑性高聚物基体的复合材料实现高性能化、功能化和降低成本的一个重要而有效的途径。近年来，热塑性高聚物基体的复合材料在无卤、无毒和低烟阻燃技术方面的应用而倍受人们的重视。

磷系阻燃剂是典型的无卤阻燃剂，可分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂，前者主要包括红磷和多种磷酸盐，后者主要有磷酸三甲酚醋(TCP)、磷酸间苯二酚醋（RDP）、亚磷酸醋、磷酸醋等。含磷阻燃剂可用于热塑性塑料、热固性塑料、织物、纸张、涂料等。此类阻燃剂物包括红磷、水溶性的无机盐类、不溶性的聚磷酸铵、有机磷酸酯等。

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”。但高分子聚合物的力学性能一般较差，需要与增强复合，提高材料的力学性能，而天然植物纤维作为高分子的增强材料具有以下优点：具有一般纤维的强度和刚度，比重小。因此比强度和比刚度较高；天然纤维的来源广泛，且可以再生利用；天然植物纤维与玻璃纤维等相比，可以在自然环境中降解，没有污染。因此，以聚乳酸为基体，以天然纤维为增强材料的全降解复合材料具有很高的研究和应用价值。

然后聚乳酸和苎麻纤维界面结合较差，而阻燃剂9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）加入可能会进一步恶化苎麻纤维和聚乳酸的界面。

纳米粒子独特的尺寸效应以及功能性往往使纳米复合材料表现出大大优于常规聚合物材料的物理、化学性能。采用纳米添加剂对材料进行阻燃，避免了传统阻燃体系的缺点。在提高材料阻燃性能的同时可以提高复合材料的力学性能。阻燃复合材料是一类新型材

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、阻燃天然纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法。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无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法，该材料可应用于对材料阻燃性要求较苛刻的电子电器包装领域等。

本发明提出一种阻燃天然纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，先采用将纳米添加剂对聚乳酸基体进行处理，同时采用功能化阻燃剂对天然纤维进行处理。最后再将处理过的聚乳酸基体和天然纤维进行复合，得到的复合材料具有良好的阻燃性能和力学性能。

本发明提出一种阻燃天然纤维增强聚乳酸复合材料由聚乳酸、天然纤维、阻燃剂、抗氧剂、增容剂和抗滴落剂组成，聚乳酸、抗氧剂、增容剂和抗滴落剂的重量百分比如下：

聚乳酸             80~99.7%

抗氧剂             0.1~5%

纳米添加剂         0.1~10%

抗滴落剂           0.1~5%，

天然纤维占由聚乳酸、阻燃剂、抗氧剂、增容剂和抗滴落剂总重量的1%~30%，

阻燃剂占天然纤维重量的3%~20%。

本发明中，所述聚乳酸的重均分子量M_w为1×10⁵~3×10⁵。

本发明中，所述天然纤维为苎麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维、洋麻纤维、剑麻纤维或竹纤维中一种或几种。

本发明中，所述天然纤维为连续长纤维或连续短纤维。

本发明中，连续短纤维长径比为5~100。

本发明中，所述阻燃剂为功能化的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)，其结构式为：

。

本发明中，所述抗氧剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯、亚磷酸酯三（2，4-二特丁基苯基）酯、亚磷酸苯二异癸酯、亚磷酸三（壬基苯酯）或季戊四醇双亚磷酸酯二（2，4-二特丁基苯基）酯中一种或多种。

本发明中，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。