[发明专利]一种低烟阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低烟阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法，其是按重量百分数之和为100%计，以聚乳酸85%、硅凝胶微胶囊化的聚磷酸铵13‑14.8%、十六烷基二甲基苄基氯化铵功能化改性的碳化钛纳米片0.2‑2%为原料，经密炼、热压成型，制得所述低烟阻燃聚乳酸复合材料。本发明所得低烟阻燃聚乳酸复合材料兼具凝聚相阻燃和气相阻燃机制，可明显减少聚乳酸燃烧时释放的热量和有毒烟气，从而可显著提升聚乳酸的火灾安全性能。

技术领域

本发明属于阻燃材料制备领域，具体涉及一种低烟阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸具有无毒、透明度高、强度高、生物相容性好和易于加工等优点，广泛应用于包装、电子电气工业、生物医学和运输等领域。但是聚乳酸极易燃烧，燃烧时会释放出大量的热量，同时产生大量有毒有害的烟气，不仅会严重威胁人身安全，还会造成严重的环境污染。此外，聚乳酸燃烧时也会伴随着严重的熔融滴落现象，极易造成火灾的迅速蔓延。这些缺点极大地限制了聚乳酸材料的应用。因此，有必要对聚乳酸进行相关处理以提升其火灾安全性能。

目前，引入阻燃剂是提升聚合物材料火灾安全性能的有效措施。阻燃剂可分为膨胀型阻燃剂、金属氧化类阻燃剂和纳米阻燃剂等各种类型。硅凝胶微胶囊化的聚磷酸铵（SiAPP）是一种典型的膨胀型阻燃剂，其不仅能在凝聚相阶段催化形成致密的碳层，还能在气相阶段捕捉自由基和稀释可燃气体浓度，因此具有优异的阻燃效应。Gao等人将SiAPP引入至聚苯乙烯中，制备阻燃聚苯乙烯复合材料。结果表明，引入20.0% SiAPP使得聚苯乙烯的总热释放量降低37.8%。Ni等人发现引入12.5% SiAPP后，聚氨酯复合材料的LOI高达32.0%。同时，聚氨酯复合材料的热释放速率峰值较纯聚氨酯显著降低83.2%。虽然聚磷酸铵具有较高的阻燃效率，但是硅凝胶微胶囊化的聚磷酸铵的抑烟减毒效应并不明显。因此，有必要将硅凝胶微胶囊化的聚磷酸铵和其他阻燃剂复配使用，以进一步提升聚合物材料的火灾安全性能。

近年来，碳化钛纳米片作为二维纳米片层材料，广泛应用于超级电容器、电磁屏蔽、电池等领域外。此外，碳化钛纳米片具有较好的热稳性和较低的导热性，可在聚合物热解时发挥优异的物理屏障功能，有效抑制聚合物的热解。同时，碳化钛在聚合物燃烧时可催化形成致密、连续的碳层，显著减少聚合物燃烧过程中释放的热量和有毒有害烟气。因此，硅凝胶微胶囊的聚磷酸铵优异的阻燃效果结合碳化钛纳米片高效的抑烟减毒效应，将会使得制备的阻燃聚合物复合材料具备较高的阻燃和抑烟减毒性能。

发明内容

本发明针对聚乳酸燃烧时会产生大量的热量和有毒烟气的缺点，提供了一种低烟阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法，其可有效减少聚乳酸燃烧时生成的热量和有毒烟气，提升聚乳酸的火灾安全性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低烟阻燃聚乳酸复合材料，其所用原料按重量百分数计为：聚乳酸85%、硅凝胶微胶囊化的聚磷酸铵13-14.8%、十六烷基二甲基苄基氯化铵功能化改性的碳化钛纳米片0.2-2%，三者之和为100%。

其中，所述硅凝胶微胶囊化的聚磷酸铵的制备步骤如下：

a. 将150毫升无水乙醇和50毫升去离子水加入至三口瓶中，机械搅拌混合并升温至45℃，得溶液A；

b. 将50克聚磷酸铵和0.5克乳化剂OP-10加入到溶液A中，并加入一定量氨水使溶液的pH调至9-10，将该混合溶液机械搅拌5分钟，得溶液B；

c. 将10克正硅酸四乙酯在30分钟内缓慢加入至溶液B中，然后机械搅拌4小时，得溶液C；

d. 待溶液C冷却后，过滤，然后用去离子水和无水乙醇洗涤固体，并将固体于80℃干燥箱中干燥24小时，得所述硅凝胶微胶囊化的聚磷酸铵（SiAPP）。

所述十六烷基二甲基苄基氯化铵功能化改性的碳化钛纳米片的制备步骤如下：