[发明专利]一种聚乳酸/纳米纤维素无卤阻燃复合材料

说明书

本发明公开了一种聚乳酸/纳米纤维素无卤阻燃复合材料，是在聚乳酸中添加特定复合阻燃体系获得无卤阻燃聚乳酸复合材料的技术，通过熔融共混法制得。具体是在聚乳酸中加入含双键的纳米纤维素和含磷阻燃剂组成的复配阻燃剂FR、具有特定结构的交联剂、引发剂，在一定条件下熔融共混制备新型无卤阻燃聚乳酸材料。在引发剂的引发下，聚乳酸和含双键的纳米纤维素以及具有特定结构的交联剂发生反应形成交联体系，使材料在具有良好阻燃性能的同时具有优异的力学性能。

技术领域

本发明属于高性能阻燃高分子材料技术领域，具体涉及一种聚乳酸/纳米纤维素无卤阻燃复合材料。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种源于玉米淀粉和糖类的生物基可再生聚合物，具有优异的生物相容性和生物可降解性等特点，已经广泛应用于包装、生物医疗等领域。然而，聚乳酸易燃且滴落严重，从而限制了其在电子电器、汽车等对阻燃性能要求比较高的领域的应用。目前主要通过添加阻燃剂来提高聚乳酸阻燃性能，但由于阻燃剂与聚乳酸基体之间的相容性差，在加入阻燃剂的同时会降低材料的力学性能，因此开发一种兼具优良力学性能和阻燃性能的阻燃聚乳酸材料是目前的一个研究热点。

目前，提高阻燃聚乳酸体系力学性能的方式主要包括添加增韧剂、纤维增强、纳米粒子增强和合成新型阻燃剂四种方式，其中，添加增韧剂和纤维增强由于在体系中引入易燃的组分，会使材料阻燃性能大幅度下降，合成新型阻燃剂工艺流程复杂，难以实现工业化生产。

纳米纤维素具有优异的机械强度、刚度以及高长径比，加入聚乳酸中有利于提高材料的力学性能。但是如果仅仅是把纳米纤维素以物理共混的形式加入到聚乳酸中，材料力学性能的提高是有限的。需要在二者之间引入化学作用力来进一步提高材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种聚乳酸/纳米纤维素无卤阻燃复合材料。本发明通过在聚乳酸中加入含双键的纳米纤维素和含磷阻燃剂组成的复配阻燃剂、具有特定结构的交联剂、引发剂，在一定条件下熔融共混制备新型无卤阻燃聚乳酸材料。在引发剂的引发下，聚乳酸和含双键的纳米纤维素以及具有特定结构的交联剂发生反应形成交联体系，使材料在具有良好阻燃性能的同时具有优异的力学性能。本发明在提高聚乳酸阻燃性能的基础上极大程度地提高了材料的力学性能，且本发明方法加工工艺简单、环保。

本发明所提供的一种聚乳酸/纳米纤维素无卤阻燃复合材料，按照质量份数计，组成成分为：聚乳酸70～95份；复配阻燃剂FR5～30份(FR为含双键的纳米纤维素和含磷阻燃剂复配而成，其中含双键的纳米纤维素和含磷阻燃剂的质量比为1:3)；具有特定结构的交联剂0.1～3份；引发剂0.1～1份；引发剂与交联剂的质量比为1:3～3:1。

所述的含双键的纳米纤维素通过如下步骤制备：

首先，将乙烯基硅烷偶联剂加入到水和无水乙醇的混合液中，在室温下超声10分钟，得到水解的偶联剂。其中，水和无水乙醇的体积比例为1:1～1:20。所述的乙烯基硅烷偶联剂为三乙酰氧基乙烯基硅烷、乙烯基三甲氧硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种，其中优选乙烯基三乙氧基硅烷。

然后，将得到的水解偶联剂加入到纳米纤维素和溶剂的混合液中，滴加完毕后，加热升温至30～100℃，搅拌回流反应5～24小时。其中，乙烯基硅烷偶联剂和纳米纤维素的质量比为5:1～1:1，溶剂的体积为50～120ml。纳米纤维素可选纤维素纳米晶(CNC)、纤维素纳米纤维(CNF)和细菌纳米纤维素(BNC)中的一种或多种混合物，其表面含羟基基团，其中优选CNC。溶剂可选无水乙醇、二甲苯、甲苯、环已烷、乙酸乙酯、乙腈、丁酮、丙腈、异丙醇、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种混合液。

反应结束后，静置冷却，待固体完全析出后抽滤，真空干燥，得到一种含双键的纳米纤维素。

所述的含磷阻燃剂为红磷、亚膦酸酯、次膦酸盐、膦酸酯、膦酸盐、磷酸酯或磷酸盐中的一种或多种，其中优选聚磷酸铵(APP)。