[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种无卤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。

背景技术

随着材料可持续发展的这个主题的延伸，环境意识材料已成为二十一世纪末的国际高技术新材料研究中的一个新领域，在环境意识中，天然纤维扮演着越来越重要的角色。此外，用不同种类的天然纤维制造出适合不同场合的满足不同需求的复合材料，更是节约能源开发资源，发展新材料新产品的途径。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。

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”。

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。

然而，天然纤维增强聚乳酸和其它高分子及其复合材料一样，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，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。

同济大学任杰等公开了利用一种含磷无卤阻燃剂、蒙脱土得到的具有优良的阻燃性能、无熔融物滴落并且环境友好的可降解聚乳酸复合材料，并且提供这种材料的制备方法。（公开号：CN 101260228A）。但是，该专利的缺点是所采用的磷系阻燃剂容易析出，从而，影响复合材料的阻燃性能。

9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)是一种反应型磷系阻燃剂中间体，它具有优良的阻燃性，无烟无毒，由于P一C键存在，化学稳定性好，能永久阻燃而且不迁移。DOPO常用于PET、PBT、PBN、PEN等聚酯阻燃，环氧树脂阻燃以及聚乙烯醇等高分子材料的化学改性。

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、无卤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航空、汽车、电子领域。

本发明提出的无卤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，其组分的重量百分比如下：

聚乳酸             30~97.7%

天然纤维           1~35%

阻燃剂             1~20%

抗氧剂             0.1~5%

增容剂             0.1~5%

抗滴落剂           0.1~5%。

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、剑麻纤维或竹纤维等一种或几种。

本发明中，所述阻燃剂为9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)。

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）酯等中一种或多种。

本发明中，所述增容剂为聚己内酯（PCL）、马来酸酐、聚乙二醇（PEG）或环氧树脂等中一至多种。

本发明中，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。

本发明还提出了一种无卤阻燃天然纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，具体步骤如下：