一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料及其制备方法技术

一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。是将含磷木质素基阻燃剂与木粉、聚乳酸及其他助剂熔融共混，再热压成型得到。所述的木质素基阻燃剂是将木质素溶于溶剂N,N‑二甲基甲酰胺中，再加入二苯基甲烷二异氰酸酯和9,10‑二氢‑9‑氧杂菲‑10‑氧化物及催化剂在一定温度下反应一定时间，再烘干粉碎得到。本发明专利技术利用完全可降解的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯对聚乳酸木塑复合材料进行增韧，还利用1,3,5‑三缩水甘油‑三嗪三酮中含有的环氧基团与木粉和聚乳酸中的羟基反应改善阻燃聚乳酸木塑复合材料的相容性，同时其与制备的含磷阻燃剂形成氮磷协同阻燃的作用，得到综合性能优异的阻燃聚乳酸木塑复合材料。

Halogen free flame retardant polylactic acid wood plastic composite material and preparation method thereof

A halogen free flame retardant polylactic acid wood plastic composite material and a preparation method thereof belong to the technical field of composite materials. The phosphorous lignin-based flame retardant is melted and blended with wood flour, polylactic acid and other additives, and then hot-pressed. The lignin-based flame retardant is prepared by dissolving lignin in solvent N, N dimethylformamide, adding diphenylmethane diisocyanate and 9,10 dihydro 9 oxyphenanthrene 10 oxide and catalyst, reacting for a certain time at a certain temperature, then drying and crushing. The invention uses fully degradable polyadipic acid/butylene terephthalate to toughen the polylactic acid wood-plastic composite material, and uses the epoxy group contained in 1,3,5 triglycidyl triazine trianone to react with hydroxyl groups in wood flour and polylactic acid to improve the compatibility of the flame-retardant polylactic acid wood-plastic composite material, and at the same time to prepare the flame-retardant polylactic acid wood-plastic composite material. The phosphorus-containing flame retardant formed synergistic effect of nitrogen and phosphorus, and obtained flame-retardant polylactic acid wood-plastic composites with excellent comprehensive properties.

【技术实现步骤摘要】
一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料及其制备方法。
技术介绍
木塑复合材料(Wood-plasticcomposites，简称WPC)通常是将木材加工剩余物、森林抚育剩余物、废旧木材、农作物秸秆等木质纤维材料和热塑性塑料为主要原料，通过共混经挤出或热压成型制备的。木塑复合材料因兼具原木材料和高分子材料的优点，力学强度高、尺寸稳定性好而得以快速发展，在航天、汽车内饰、建筑结构材料、物流、园林、室内装潢等方面得到了广泛的应用。但是传统的木塑复合材料大多数依赖石油基高分子材料，随着石油资源的日益减少以及循环、再生、可降解理念越来越深入人心，生物基木塑复合材料得到各类材料行业的重视，聚乳酸(PLA)作为一种绿色可完全降解的塑料，其应用前景巨大。木粉是木塑复合材料的主要原料之一。目前每年产生的几百万吨木粉，只有一小部分得到了利用，大部分都被丢弃，造成了环境的污染和资源的浪费。因此，研究木塑复合材料的生产、应用及改性，不仅可以为国民经济建设增加一种价廉而又具有广阔应用前景的新材料，而且为提高木材的综合利用、减小经济污染开辟了新途径。聚乳酸(PLA)是一种可再生且可完全生物降解的脂肪族聚酯类化合物，具有来源广泛、生物相容性好、强度高、可塑性加工等优点；同时也有质脆、易燃、融滴严重、生产成本高等缺陷，因此，对聚乳酸进行增韧、阻燃、降低成本等研究具有重要的经济意义和社会意义。木粉也是一种可再生的绿色资源，质轻、价廉、来源广泛，将其与聚乳酸共混制备聚乳酸木塑复合材料，可实现完全生物降解，缓解环境污染压力，有效降低聚乳酸产品的生产成本，还可以提高其强度。然而，由于木粉表面存在大量的羟基而表现出较强的极性，与非极性的PLA之间存在界面相容性差的问题。因此，需要在木粉/聚乳酸体系中加入相容剂以改善两者的界面相容性。目前改善聚乳酸木塑复合材料界面相容性的方法主要包括物理方法如丝光加工高能辐射法和等离子体加工法，此方法虽然有效，但是操作工艺复杂，成本高。化学方法主要是添加可以改善界面的相容剂，此方法简单易行，适合大多数的高分子材料。相容剂剂的类型主要有增容剂或化学偶联剂。增容剂作用于共混物两相界面处，使分散相颗粒微小均匀分布，阻止了分散相的团聚；同时加强共混物两相间的粘合力，使应力在不同相间能更好地传递，增大了复合材料内的相容性。偶联剂是一类多官能团的有机化合物，一端可与木粉纤维相连，另一端可溶解扩散于界面区的树脂中。运用最广泛的是硅烷偶联剂，硅烷偶联剂中的有机非极性基团可以和PLA结合反应生成化学键；同时极性的无机基团可以水解生成硅醇，硅醇与木粉表面的羟基反应，产生烷氧基团的同时脱去水形成牢固的化学键，加强了木粉和PLA之间粘合作用，提高了PLA与木粉的相容性。宋丽贤等(宋丽贤，姚妮娜，宋英泽，丁涌，杨松，木粉／聚乳酸可降解复合材料性能研究，《功能材料》，2014,45(5):5037-5040.)利用γ-丙基三乙氧基硅烷(KH-570)对桉木木粉进行改性，再将其与聚乳酸共混，制备木粉/聚乳酸木塑复合材料。结果表明，改性后的木粉在聚乳酸集体中均匀分散，有利于聚乳酸复合材料热稳定性的提高，木粉对聚乳酸的力学性能有增强作用，当木粉添加质量分数为50%时，复合材料的拉伸强度达到29.9MPa。张桂新等(张桂新，李冰，钱建华，曹二平，于云安，郭卫红，聚乳酸-木粉-甲基丙烯酸缩水甘油接枝乙烯辛烯共聚物复合材料的制备及性能，2013,26(1),50-54.)采用弹性体甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯辛烯共聚物(POE-GMA)作为增容剂，以提高木粉和聚乳酸的相容性。POE-GMA的加入，使木粉纤维分散性能提高，同时增强了冲击强度和韧性，当POE-GMA的质量分数为20%时，PLA与木粉复合材料获得了最佳的相容性。另外，聚乳酸作为一种有机高分子材料，具有明显的易燃性，严重影响了其在特定领域的应用，因此，对聚乳酸进行阻燃处理，消除其安全隐患非常有必要。专利CN104250434A中，采用具有磷杂菲-三嗪双基协效机制的三-(3-DOPO-2-羟基-1-丙基)-三嗪三酮(TGIC-DOPO)和六苯氧基环三磷睛(HPCP)为阻燃剂，与聚乳酸复配制得无卤阻燃聚乳酸材料，复合材料的极限氧指数达到了26.9%。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料及其制备方法，该复合材料具有优异的阻燃性能，同时能够保持自身的良好力学性能，有很好的应用前景。本专利技术首先提供了一种木质素基阻燃剂，其是将木质素与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、9,10-二氢-9-氧杂菲-10-氧化物(DOPO)及催化剂，在N,N-二甲基甲酰胺中，在一定温度下反应一定时间，再烘干，粉碎后得到。所述木质素没有特别限制，可以是工业级纯度不高的木质素，也可以是纯度较高的木质素；木质素本身可以是有机溶剂木质素、碱木质素、磺酸盐木质素等。所述催化剂没有特别限制，可以是N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺、N,N-二甲基苄胺、三乙基二胺或五甲基二亚乙基三胺等。具体的，所述木质素基阻燃剂的制备条件为：将木质素均匀分散在溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，再加入9,10-二氢-9-氧杂菲-10-氧化物(DOPO)及催化剂三乙胺(TEA)，在70-90℃下反应12-15小时，反应产物烘干粉碎后得到木质素基阻燃剂；其中，在DMF中木质素的质量浓度为0.12-0.2g/mL，木质素、MDI、DOPO、催化剂按照质量份数计，为木质素10-20份，MDI36.2-37.2份，DOPO43.7-52.4份，催化剂0.1-0.5份。本专利技术还提供了一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料的制备方法，该复合材料是将制备得到的木质素基阻燃剂与木粉、聚乳酸及其他助剂先熔融共混，再进行热压成型得到的。所述其它助剂包括增韧剂、相容剂。所述聚乳酸、木质素基阻燃剂、木粉、其他助剂按照质量份数计，为：聚乳酸16.8-52份，木质素基阻燃剂5-30份，木粉30-40份，增韧剂5.4-13份，相容剂2-8份。所述木粉没有特别限制，可以为木粉为杨木粉、柳木粉、桦木粉、泡桐木粉、桉木粉、洋麻粉、黄麻粉、亚麻粉、剑麻粉、稻壳粉、椰壳粉、农作物秸秆粉、竹材粉或棉纤维粉等。所述木粉粒径的大小没有特别限制，可以为20-120目的木粉。其中，所述增韧剂没有特别限制，可以为聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚乙烯-乙酸乙烯酯、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸-戊二酸-己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚3-羟基丁酸酯(PHB)、聚氧化乙烯(PEO)。所述的相容剂没有特别限制，可以为乙二醇、甘油、聚乙二醇、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、乙烯/丙烯酸酯/缩水甘油基异丁酸酯三元无规共聚物(NAX)、马来酸酐接枝聚乳酸(MAPLA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯辛烯共聚物、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料的制备方法，其特征在于：是将木质素基阻燃剂与木粉、聚乳酸及其他助剂先熔融共混，再进行热压成型得到的，所述其它助剂为增韧剂和相容剂；所述聚乳酸、木质素基阻燃剂、木粉、其他助剂按照质量份数计，为聚乳酸16.8‑52份，木质素基阻燃剂5‑30份，木粉30‑40份，增韧剂5.4‑13份，相容剂2‑8份。

【技术特征摘要】
1.一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料的制备方法，其特征在于：是将木质素基阻燃剂与木粉、聚乳酸及其他助剂先熔融共混，再进行热压成型得到的，所述其它助剂为增韧剂和相容剂；所述聚乳酸、木质素基阻燃剂、木粉、其他助剂按照质量份数计，为聚乳酸16.8-52份，木质素基阻燃剂5-30份，木粉30-40份，增韧剂5.4-13份，相容剂2-8份。2.如权利要求1所述的一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料的制备方法，其特征在于：木粉为杨木粉、柳木粉、桦木粉、泡桐木粉、桉木粉、洋麻粉、黄麻粉、亚麻粉、剑麻粉、稻壳粉、椰壳粉、农作物秸秆粉、竹材粉或棉纤维粉，目数为20-120目。3.如权利要求1所述的一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料的制备方法，其特征在于：增韧剂为聚己内酯、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚乙烯-乙酸乙烯酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚丁二酸-戊二酸-己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚3-羟基丁酸酯或聚氧化乙烯。4.如权利要求1所述的一种无卤阻燃聚乳酸木塑复合材料的制备方法，其特征在于：相容剂为乙二醇、甘油、聚乙二醇、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、乙烯/丙烯酸酯/缩水甘油基异丁酸酯三元无规共聚物、马来酸酐接枝聚乳酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯辛烯共聚物、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、γ-丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三...

【专利技术属性】
技术研发人员：呼微，张玉美，戚云霞，段金炽，张佳，赵麒，刘佰军，徐义全，张袅娜，
申请(专利权)人：长春工业大学，中科英华长春高技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22