[发明专利]一种高效阻燃抗熔滴核壳粒子的制备及聚乳酸材料

说明书

本发明公开了一种高效阻燃抗熔滴核壳粒子的制备及聚乳酸材料，涉及聚乳酸功能改性技术领域，本发明利用DOPO高效的阻燃作用和硅氧烷高效的抑制熔滴作用以及植酸的阻燃增强效果，使所得阻燃抗熔滴核壳粒子具有高效的阻燃抗熔滴效果，仅需很小的添加量就能赋予PLA材料优异的阻燃抗熔滴性能；将磷硅杂化阻燃剂作为核层材料，基于硅氧烷链段的柔韧性，得到“软核”，壳层植酸具有的刚性六元环结构正好与柔性的核层硅氧烷结构互补，得到具有“软核硬壳”结构的核壳粒子，在阻燃抗熔滴的同时具有增韧效果。

技术领域：

本发明涉及聚乳酸功能改性技术领域，具体涉及一种高效阻燃抗熔滴核壳粒子的制备及聚乳酸材料。

背景技术：

聚乳酸(PLA)是一种环保型高分子材料，具有良好的生物相容性和可降解性，被认为是具有广阔发展前景的绿色生物基材料。但是PLA的元素组成(碳、氢、氧)与分子链结构(酯键高温下易被破坏，生成挥发性可燃物)决定了其与通用高分子一样存在着易燃烧的缺陷。且聚乳酸作为一种热塑性材料，燃烧且伴有严重的熔滴现象，易引起二次火灾造成惨重的人身财产损失，因此提高聚乳酸的阻燃抗熔滴性对扩大聚乳酸应用范围、提高聚乳酸产品的附加值意义重大。

为提高PLA的阻燃性能，科研人员开展了大量的研究，如采用聚磷酸铵、次磷酸铝、磷腈、DOPO(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)等含磷阻燃剂及其复配阻燃体系或以此作为酸源制备膨胀阻燃体系，合成新型磷氮类阻燃剂，采用含磷的生物基阻燃剂以及纳米阻燃剂等。然而现有研究中很少有针对PLA阻燃抗熔滴的解决方案，并且常规采用共混法将阻燃剂添加到PLA材料中，会给PLA物理机械性能带来负面影响。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高效的兼具阻燃抗熔滴功能且能对PLA起到增韧作用的核壳粒子，并将其应用于制备阻燃抗熔滴PLA材料。

本发明选用DOPO为含磷阻燃组分，乙烯基硅氧烷为不饱和含硅前驱体，乙烯基硅氧烷与DOPO反应得到含磷硅杂化阻燃剂，将含磷硅杂化阻燃剂作为核层材料，利用DOPO高效的阻燃作用和硅氧烷高效的抑制熔滴作用，获得良好的阻燃抗熔滴效果；壳层材料选用植酸，植酸富含磷元素，是一种环保的生物质阻燃剂，可进一步增强阻燃效果，且植酸具有刚性的六元环结构，正好与柔性的核层硅氧烷结构互补，得到具有软核硬壳结构的核壳粒子，在阻燃抗熔滴的同时具有增韧效果。

本发明的第一个目的是提供一种阻燃抗熔滴核壳粒子的制备方法，包括以下步骤：

(1)向反应釜中加入溶剂、DOPO和乙烯基硅氧烷，并通入氮气保护，待氮气饱和后升温搅拌，直至DOPO完全溶解；

(2)将引发剂预先溶解在溶剂中，然后缓慢滴加到上述DOPO与乙烯基硅烷的混合溶液中，升温反应，反应结束后，降至室温，除去溶剂和未反应的乙烯基硅氧烷，得到磷硅杂化单体阻燃剂；

(3)向上述制备的磷硅杂化单体阻燃剂中边搅拌边依次滴加乙醇和水，滴加完毕，采用pH调节剂调节溶液pH值，升温反应，得到磷硅杂化聚合阻燃剂；

(4)将植酸加入水中，采用pH调节剂调节溶液pH值，搅拌溶解；然后将植酸水溶液滴加到上述磷硅杂化聚合阻燃剂中，升温反应，反应结束后，过滤、洗涤、干燥，得到阻燃抗熔滴核壳粒子。

步骤(1)中，所述乙烯基硅氧烷为乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷；所述溶剂为三氯甲烷、异丙醇或乙酸乙酯，用量为溶剂总用量的2/3～4/5，所述DOPO与溶剂的质量比为1:8～1:4；所述DOPO与乙烯基硅烷的摩尔比为1:1～1:1.3。

步骤(2)中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，用量为DOPO质量的0.5～1％；所述溶剂为三氯甲烷、异丙醇或乙酸乙酯，用量为溶剂总用量的1/5～1/3；所述升温反应的温度为60～80℃，时间为8～12h。