[发明专利]一种具有扩链-阻燃协同作用的有机-无机杂化纳米化合物、制备方法及其阻燃聚乳酸

说明书

本发明公开了一种具有扩链‑阻燃协同作用的有机‑无机杂化纳米化合物及其制备方法。本发明将具有本质阻燃特征的六氯环三磷腈用KH550进行改性，制得一种集硅、磷、氮元素于一体的新型协效阻燃剂，进而又将这种新型阻燃剂与KH560、正硅酸乙酯通过溶胶‑凝胶反应，最终制得一种具有扩链‑阻燃协同作用的有机‑无机杂化纳米化合物。该化合物的热稳定性好、成炭率高、加工性能好，将其应用到聚乳酸树脂的阻燃改性中，能够同时发挥阻燃和扩链的协效作用，不仅能使材料的阻燃性能大大提高，而且能够有效改善聚乳酸在受热时发生的断链降解现象，从而对聚乳酸起到有效的抗滴落作用。

技术领域

本发明涉及聚合物阻燃领域，具体而言，涉及一种具有扩链-阻燃协同作用的有机-无机杂化纳米化合物、制备方法及其阻燃聚乳酸。

背景技术

近年来，生物基材料和生物可降解材料的研究、开发及应用受到了人们的日益重视。聚乳酸(PLA)来源于玉米淀粉、木薯、甘蔗、甜高梁等可再生非粮农作物，在自然界中可以完全降解成为水和二氧化碳，被称为最有前景的“绿色塑料”。PLA具有较高的刚度和强度，接近工程塑料的机械性能，易加工成型、可塑性强、生物相容性好，其降解需要特定的条件，在普通的日常条件下能保持很长时间的性能不变，将其应用于航空、汽车、电子电器产品等易耗品领域，可缓解现在电子垃圾日渐增多的环境污染问题。电子产品大多需要特定的阻燃要求。然而PLA本身的阻燃性能只有UL94HB级，极限氧指数(LOI)为21％，燃烧时只形成一层刚刚可见的碳化层，然后很快液化，伴随严重的滴落并燃烧。因此，对聚乳酸的阻燃改性研究已成为关注的热点。

在目前已用于聚乳酸的无卤阻燃剂体系中，以磷氮复合型高效膨胀型阻燃体系、硅系、无机阻燃剂、及多组分的协效阻燃体系居多。如专利申请CN 102634181 A，CN103333493 A，CN 102134384 A分别公开了一种无卤阻燃聚乳酸的复合材料或一种绿色阻燃剂(阻燃协效体系)的制备方法。其中，专利CN 102634181 A选用的成炭剂为山梨酸、淀粉、木质素等生物基的无机物，在提高聚乳酸的阻燃性能的同时保证了整个体系的生物基组分。也有研究者王玉忠等公开发明专利CN 101440156 A，采用反应型阻燃技术，将阻燃元素磷引入到聚乳酸分子主链中，不仅赋予了聚乳酸本体和共混材料的阻燃性能，而且提高了聚乳酸的分子量，从而保持了聚乳酸原有的机械等性能，具有高效、不迁移、阻燃性能持久等优点。但是这种方法需要改变聚合工艺条件，开发路线较长，成本相对较高，一般只应用于某些特殊领域。

本发明将具有本质阻燃特征的六氯环三磷腈用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)进行改性，制得一种集硅、磷、氮元素于一体的新型协效阻燃剂，进而又将这种新型阻燃剂与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、正硅酸乙酯通过溶胶-凝胶反应，最终制得一种具有扩链-阻燃协同作用的有机-无机杂化纳米化合物。该化合物的热稳定性好、成炭率高、加工性能好，将其应用到聚乳酸树脂的阻燃改性中，能够同时发挥阻燃和扩链的协效作用，不仅能使材料的阻燃性能大大提高，而且能够有效改善聚乳酸在受热时发生的断链降解现象，从而对聚乳酸起到有效的抗滴落作用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有扩链-阻燃协同作用的有机-无机杂化纳米化合物及其制备方法。本发明的另一个目的在于提供上述具有扩链-阻燃协同作用的有机-无机杂化纳米化合物阻燃聚乳酸的复合材料。

该化合物的制备方法具体步骤如下：

步骤(1).将γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)的非质子有机溶剂缓慢滴加到六氯环三磷腈的非质子有机溶剂中，体系中加入缚酸剂，在惰性气体氛围中，-15～20℃下搅拌完成滴加过程；

所述的KH550的非质子有机溶剂中KH550的浓度为1.0～3.0mmol/L，六氯环三磷腈的非质子有机溶剂中六氯环三磷腈的浓度为0.28～0.62mmol/L；加入的六氯环三磷腈、KH550、缚酸剂的摩尔比例为1∶6∶6～1∶12∶12；

所述的惰性气体为氮气或氩气；