用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，按质量百分比计，包括以下组分，聚乳酸：33～73.6％，聚碳酸酯：10‑40％，相容剂：1～5％，磷氮复合无卤阻燃剂：15‑20％，抗氧剂：0.2～1％，润滑剂：0.2～1％。本发明专利技术所提供的用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，通过采用包覆无机次磷酸盐与三聚氰胺盐的混合物作为磷氮复配阻燃剂，大大提高了阻燃效果，阻燃等级可达到V0，同时能降低次磷酸盐中气味性物质的释放，能同时满足3D打印材料对阻燃效果及气味的要求，降低了成本并具有良好的耐热性、韧性和加工性，环保无毒。还提供了PLA/PC材料的制备方法，操作简便、工艺条件可控性强，非常适合于大规模的工业生产。

【技术实现步骤摘要】
用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料及其制备方法
本专利技术涉及用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料领域，具体涉及用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料及其制备方法。
技术介绍
3D打印技术，是以计算机三维设计模型为基础，通过分层软件和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型制造出实体产品。聚乳酸(PLA)作为一种新型优良生物高分子材料，具有无毒、无刺激性、生物相容性好、强度高和可生物降解及吸收等特点，是目前最有发展前途的可生物降解高分子材料。但聚乳酸物性脆，耐热性差等缺陷限制了聚乳酸的在3D打印技术中的应用，而聚碳酸酯(PC)具有高刚性，高韧性，耐温性好，尺寸稳定性优等特点，用聚碳酸酯改性聚乳酸可以提高聚乳酸的韧性及耐温性，提升聚乳酸材料的物理加工性能。同时聚乳酸及其改性物等高分子材料因具有易燃性，在应用过程中存在安全隐患，需要进行阻燃化处理，高分子材料的燃烧主要分为受热分解、点燃、燃烧加速、稳定燃烧、燃烧衰减及媳灭等五个主要阶段，添加阻燃剂是聚合物阻燃处理最直接有效的方法，根据阻燃剂的组分不同可分为卤系阻燃剂，有机磷氮类阻燃剂，膨胀型阻燃剂和无机阻燃剂等，卤系阻燃剂随着RoHs和WEEE等相关法律法规的颁布其应用受到一定制约，用于聚乳酸的无卤阻燃剂主要以添加型阻燃剂为主，目前有：石墨，有机膦，磷酸酯，聚磷酸铵及其复配物，次磷酸盐等。其中有机磷氮类阻燃剂因高效无毒越来越受到重用，而由于打印温度高，材料的加工流动性差，以及耐热性差尤其是添加型阻燃剂如次磷酸盐会导致塑料在打印过程中会散发出一些气味限制了聚乳酸在3D打印领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种韧性好和冲击强度高，且耐热性和加工性能好又环保用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料以解决现有问题中的不足。本专利技术的另一目的是提供一种用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料的制备方法。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，按质量百分比计，包括以下组分，聚乳酸：33～73.6％，聚碳酸酯：10-40％，相容剂：1～5％，磷氮复合无卤阻燃剂：15-20％，抗氧剂：0.2～1％，润滑剂：0.2～1％。上述技术方案中，利用聚乳酸良好的的生物相容性、高强度以及生物可降解性以及聚碳酸酯良好的韧性和耐温性，并使相容剂、磷氮复合无卤阻燃剂、抗氧剂和润滑剂的加入量均控制在合理范围内，大提高了复合材料作为3D打印材料的耐温性和韧性，其中磷氮复合无卤阻燃剂主要为凝聚相阻燃机理发挥作用，可以在凝聚相中形成P-N交联网状结构起到隔热隔氧作用，避免了无机次磷酸盐在热降解过程中容易以P2O5等氧化物的形式挥发丧失阻燃作用，提高了复合材料在打印过程中的加工性能并降低了气味更加环保。上述PLA的重量百分数为33-73.6％，例如35％、38％，40％，43％，45％，48％，50％，55％，58％，60％，62％，65％，67％，70％和72％；上述PC的重量百分数为10-40％，例如12％，15％，18％，20％，22％，25％，28％，30％，32％，35％，38％和40％；上述相容剂的重量份为1～5％，例如1.2％，1.5％，1.7％，2.0％，2.3％，2.5％，2.8％，3.0％，3.2％，3.4％，3.7％，4.0％，4.2％，4.5％和4.7％；上述磷氮复合无卤阻燃剂的重量百分数为15-20％，例如15.3％，15.6％，15.8％，16.0％，16.5％，17.0％，17.3％，17.6％，18％，18.5％，19.0％，19.2％和19.6％；上述抗氧剂的重量百分数为0.2～1％，例如0.4％，0.5％，0.6％和0.8％；上述润滑剂的重量百分数为0.2～1％，例如0.3％，0.5％，0.7％和0.9％。进一步地，所述磷氮复合无卤阻燃剂为包覆无机次磷酸盐与三聚氰胺盐的混合物。上述技术方案中，三聚氰胺盐可以与无机次磷酸盐发挥协同作用，避免无机次磷酸盐在凝聚相中易以氧化物的形式挥发从而难发挥其作用，另外三聚氰胺盐对无机次磷酸盐进行包覆改性可以提高无机次磷酸盐的稳定性，加强磷的氧化，延缓其挥发过程，并且无机次磷酸盐包覆后的含氮化合物在燃烧过程中的氨化合物等惰性气体的释放能稀释可燃性气体浓度，从而发挥阻燃作用，大大提高了阻燃效果，可达到V0的阻燃等级。进一步地，所述包覆无机次磷酸盐与三聚氰胺盐的质量百分比分别为50-80％和20-50％，所述包覆无机次磷酸盐为三聚氰胺氰尿酸盐包覆无机次磷酸铝或三聚氰胺氰尿酸盐包覆无机次磷酸钙。上述技术方案中，通过对无机次磷酸盐表面包覆改性，降低次磷酸盐的表面摩擦，降低次磷酸盐中气味性物质的释放，同时通过复配三聚氰胺盐可以降低次磷酸盐的比例，因此，以磷氮复配的方式满足阻燃，且能大大降低次磷酸盐的气味。上述包覆无机次磷酸盐在磷氮复合无卤阻燃剂混合物中的质量百分比为50-80％，例如，52％，55％，58％，60％，63％，65％，68％，70％，72％，75％和78％；上述在磷氮复合无卤阻燃剂混合物中的质量百分比为20-50％，例如25％，28％，30％，33％，36％，38％，40％，42％，46％和48％。将包覆无机次磷酸盐与三聚氰胺盐的质量百分比分别控制在合理的范围，即能保证复合材料的阻燃效果可以达到V0，同时又能降低气味满足环保要求。进一步地，所述三聚氰胺盐为三聚氰胺氰尿酸(MCA)、三聚氰胺焦磷酸盐(MPP)、正磷酸三聚氰胺(MMP)或正磷酸二三聚氰胺(DMPY)中的任一种或几种。由此，这些三聚氰胺盐对无机次磷酸盐的表面包覆后在燃烧过程中通过吸热生成惰性气体、促进成炭且大多为膨胀隔离层的形成，能捕捉燃烧活性自由基，大大提高复合材料的阻燃等级，具有良好的耐热性和加工性，使其更适合3D打印材料方面的应用。进一步地，所述聚乳酸的熔融指数MI为8g/10min(190℃.2.16Kg)。由于聚乳酸熔融指数太低，分子量大熔融黏度大，影响挤出及打印速度；聚乳酸熔融指数太高，分子量低影响改性材料的韧性、强度等力学性能，因此选用适中的熔融指数以使改性后的材料具有合适的熔融黏度和挤出打印速度的同时，保证3D打印所需的韧性、强度等力学性能。进一步地，所述聚碳酸酯为双酚A型芳香族聚碳酸酯且MI为10g/10min(300℃.0.3Kg)。由此，选用适中的熔融指数，同时双酚A型芳香族聚碳酸酯中含有刚性苯环，苯环上极性的羟基能够与聚乳酸的端羧基反应，形成网状交联结构，能够明显改善复合材料的耐冲击性，耐热性能和韧性。进一步地，所述相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、或乙烯-丙烯酸丁酯中的任一种或几种。由此，可以改善聚乳酸和聚碳酸酯之间的界面结合力，使复合材料的分散性更好，改性复合材料的机械性能。进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂B215或抗氧剂B225中的任一种或几种。由于酚类抗氧剂具有毒性低，不变色及良好的耐热性可延长复合材料制品的使用寿命。进一步地，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分，聚乳酸：33～73.6％，聚碳酸酯：10‑40％，相容剂：1～5％，磷氮复合无卤阻燃剂：15‑20％，抗氧剂：0.2～1％，润滑剂：0.2～1％。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分，聚乳酸：33～73.6％，聚碳酸酯：10-40％，相容剂：1～5％，磷氮复合无卤阻燃剂：15-20％，抗氧剂：0.2～1％，润滑剂：0.2～1％。2.根据权利要求1所述的用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，其特征在于，所述磷氮复合无卤阻燃剂为包覆无机次磷酸盐与三聚氰胺盐的混合物。3.根据权利要求2所述的用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，其特征在于，所述包覆无机次磷酸盐与三聚氰胺盐的质量百分比分别为50-80％和20-50％，所述包覆无机次磷酸盐为三聚氰胺氰尿酸盐包覆无机次磷酸铝或三聚氰胺氰尿酸盐包覆无机次磷酸钙。4.根据权利要求2所述的用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，其特征在于，所述三聚氰胺盐为三聚氰胺氰尿酸(MCA)、三聚氰胺焦磷酸盐(MPP)、正磷酸三聚氰胺(MMP)或正磷酸二三聚氰胺(DMPY)中的任一种或几种。5.根据权利要求1所述的用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，其特征在于，所述聚乳酸的熔融指数MI为8g/10min(190℃.2.16Kg)。6.根据权利要求1所述的用于3D打印的低气味无卤阻燃PLA/PC材料，其特征在于，所述聚碳酸酯为双酚A型芳香族聚碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘德群，
申请(专利权)人：广东顺德优线三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44