[发明专利]一种具有阻燃、增韧双功能的生物基膨胀型阻燃剂及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 202011082732.1 申请日: 2020-10-12
公开(公告)号: CN112210121B 公开(公告)日: 2022-06-10
发明(设计)人: 张艳;席亮东;方征平 申请(专利权)人: 浙大宁波理工学院
主分类号: C08K9/10 分类号: C08K9/10;C08K3/32;C08K5/14;C08L67/04
代理公司: 宁波市鄞州盛飞专利代理事务所(特殊普通合伙) 33243 代理人: 洪珊珊;王玲华
地址: 315100 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 阻燃 增韧双 功能 生物 膨胀 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明涉及一种具有阻燃、增韧双功能的生物基膨胀型阻燃剂及其制备方法,属于阻燃技术领域。包括生物基核壳阻燃剂以及包覆在生物基核壳阻燃剂外表面的天然乳胶;生物基核壳阻燃剂是以多聚磷酸铵为核,核外层依次包括第一壳层壳聚糖层与第二壳层生物基酸层。本发明生物基膨胀型阻燃剂集阻燃、增韧于一体,同时具有较好的阻燃性和增韧性;原料大多来源于生物质资源,经降解后回归自然;非生物质资源聚磷酸铵经降解后成为肥料,且制备过程易于加工,不需要使用有机溶剂,无毒无污染;将本发明生物基膨胀型阻燃剂加入生物基聚酯中,尤其是聚乳酸中,在保证阻燃性的同时,大幅度提高PLA的冲击性能。

技术领域

本发明涉及一种具有阻燃、增韧双功能的生物基膨胀型阻燃剂及其制备方法,属于阻燃技术领域。

背景技术

生物基聚酯,如聚乳酸(PLA),已被公认为替代石油基塑料最具前景的环境友好材料,尤其是全球禁塑令的影响下,下游需求增长是必然的趋势。近年来,PLA的应用已从一次性可生物降解材料领域扩展至耐用性材料如汽车内饰、电子电器等。在这些高附加值领域,聚乳酸的火安全性能是必须具备的。然而,PLA属于易燃材料且材料质脆,韧性较差。PLA阻燃一般通过添加阻燃剂实现。其中,无机类阻燃剂阻燃效率较低,往往以恶化聚乳酸的力学性能为代价;有机磷系阻燃剂虽阻燃效率高,但多为液体,热稳定性较差,甚至部分有机磷系阻燃PLA时还易引发一氧化碳(CO)产率升高。相比之下,膨胀型阻燃剂(IFR)是目前科学界和工业界公认的“绿色”环保阻燃剂之一,可通过形成致密炭化层进行PLA阻燃,而且不会产生大量的烟和有毒气体。然而,随着能源和环境问题的日益凸显,为了更好地保持PLA生物性,采用生物基环保膨胀体系进行PLA的阻燃改性非常必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题,提供一种同时具有阻燃、增韧双功能的生物基膨胀型阻燃剂。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种具有阻燃、增韧双功能的生物基膨胀型阻燃剂,包括生物基核壳阻燃剂以及包覆在生物基核壳阻燃剂外表面的天然乳胶。

在上述具有阻燃、增韧双功能的生物基膨胀型阻燃剂中,生物基核壳阻燃剂是以多聚磷酸铵(APP)为核,核外层依次包括第一壳层壳聚糖层与第二壳层生物基酸层。

作为优选,所述生物基酸包括植酸、海藻酸中的一种或多种。

生物基核-壳型膨胀阻燃剂中的核为聚磷酸铵(APP),虽然APP并不来源于生物质资源,但经过降解后可以作为磷肥,对自然界完全无毒无污染;壳层中的第一壳层为壳聚糖(CS),其生产原料为虾蟹等海洋节肢动物的甲壳、昆虫的甲壳、菌类和藻类细胞膜、软体动物的壳和骨骼及高等植物的细胞壁等;第二壳层选用生物基酸层,如植酸,其生产原料来源于豆科植物的种子、谷物的麸皮和胚芽等。其阻燃优势体现在:在该核壳阻燃剂的设计中APP起到酸源和气源的作用,拥有多羟基的壳聚糖是绿色碳源,可以作为成炭剂在燃烧时形成保护性炭层,壳聚糖中的氨基可以作为气源稀释易燃的气体。植酸含有六个磷酸基团,本身就有一定的阻燃效果,也作为碳源。在水相中,聚磷酸铵中的铵根基团从表面电离出来后,表面显示出负电荷,壳聚糖中的氨基/质子化后带有正电荷/成为第一层壳,生物基酸如植酸中的磷酸基团在水相中成电负性,可附着在第一壳层上,从而成为第二层壳。可见生物基核壳阻燃剂的原料大多来源于生物质资源,经降解后回归自然;非生物质资源聚磷酸铵经降解后也成为肥料。然而生物基核壳阻燃剂的最外壳层的植酸具有立体六元环,是刚性结构,在提高阻燃PLA韧性方面具有一定的局限性。天然乳胶是分散在水相中的热塑性树脂,具有成膜性能良好且胶膜富于柔韧性的特点,具有优异的耐屈挠性、抗震性和耐蠕变性能。本发明生物基膨胀型阻燃剂将生物基核壳阻燃剂与天然乳胶相结合,以生物基核壳阻燃剂为硬核,天然乳胶为软壳的结构,共同发挥二者的优势,使生物基膨胀型阻燃剂在具有阻燃性能的同时还具有极好的增韧性。

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