一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备及使用方法技术

本发明专利技术公开一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备方法，包括以下操作步骤：(1)将氯化镍溶解于去离子水中，加入钠基蒙脱土，持续搅拌，降温，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，干燥，研磨，焙烧，制得Ni‑交联蒙脱土；(2)将Ni‑交联蒙脱土加入至硫酸溶液中活化，制得酸活化的Ni‑交联蒙脱土；(3)将氯化铁、氯化锆、氯化镨加入至氢氧化钠溶液中，制得多核羟基金属阳离子交联剂；(4)将Ni‑交联蒙脱土和多核羟基金属阳离子交联剂混合后，78‑82℃下恒温搅拌3‑5h后，进行抽滤洗涤，干燥，研磨，最后在高温下焙烧，得到维持聚乳酸性能平衡的交联黏土。本发明专利技术制得的交联黏土，可以降低阻燃剂的添加量，降低阻燃剂对聚乳酸材料力学性能的影响。

Preparation and application of a cross-linked clay to maintain the performance balance of polylactic acid

【技术实现步骤摘要】
一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备及使用方法
本专利技术属于聚乳酸阻燃
，具体涉及一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备及使用方法。
技术介绍
石油基塑料的不可降解性导致了可生物降解塑料的需求。而在可生物降解高分子中，聚乳酸PLA得到了越来越广泛的关注，其原料--乳酸，能够从农作物中获取，而且，PLA具有优异的可降解性、高熔点，高透明度等特点，目前大量用于生物医学领域。PLA潜在的应用前景比较广泛，但PLA作为一种线性聚酯与其他热固性树脂相比具有较低的熔体粘度，这导致了PLA在燃烧时极易滴落，难以成炭。因此，如何改善PLA在燃烧中易燃、易熔滴的缺点，已经成为当前拓宽PLA应用范围的一个关键问题。鉴于PLA本身绿色环保的优点，阻燃剂也必然需要具备环保的特点。在现有的阻燃剂中，膨胀型阻燃剂IFR凭借其低烟、无毒、阻燃效果较好等特点成为近年来阻燃领域中研究的热点之一，以IFR为阻燃剂的阻燃PLA能够很好的符合环保要求。在此基础上，我们引入交联黏土与之复配。交联黏土催化剂是一类新型的人工合成的催化剂，又称作层柱黏土催化剂，这种催化剂具有很多的特点，如孔径大小分布均匀、能吸附和转化有机大分子等。它可以催化很多有机反应，如催化裂解，芳烃烷基化，歧化反应以及酯化等。基于交联黏土的特点，现有技术中将其用于协同IFR阻燃PLA材料中，一方面，交联黏土具有良好的催化酯化能力，可以协同IFR促进阻燃性能；另一方面，交联黏土可以在材料燃烧时迁移至炭层表面，形成坚固的陶瓷状保护层，阻隔热氧的传递，从而提高阻燃性能。但是现有技术中的制得的交联黏土，其与阻燃剂的协同阻燃性能有待进一步的提升，尤其在聚乳酸材料中，依然需要加入较多量的阻燃剂，才能达到较好的阻燃效果，因此为了降低阻燃剂对聚乳酸材料力学性能的影响，急需一种性能更为优异的交联黏土。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术提供一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备及使用方法，可以多途径复合调控膨胀炭层的形成和黏土的分散行为，调节材料阻燃性能和力学性能的平衡。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备方法，包括以下操作步骤：(1)按重量份计，将8-12份氯化镍溶解于280-320份去离子水中，加入10-15份钠基蒙脱土，78-82℃下持续搅拌3-5h，降温，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，干燥，研磨，焙烧，制得Ni-交联蒙脱土；(2)按重量份计，将10-15份Ni-交联蒙脱土加入至350-400份硫酸溶液中活化，制得酸活化的Ni-交联蒙脱土；(3)按重量份计，将15-20份氯化铁、7-10份氯化锆、0.1-0.5份氯化镨加入至250-300份氢氧化钠溶液中，制得多核羟基金属阳离子交联剂；(4)将多核羟基金属阳离子交联剂缓慢滴加到酸活化的Ni-交联蒙脱土中，其中Ni-交联蒙脱土和多核羟基金属阳离子交联剂的重量比为5-10∶1，78-82℃下恒温搅拌3-5h后，进行抽滤洗涤，干燥，研磨，最后在高温下焙烧，得到维持聚乳酸性能平衡的交联黏土。具体地，上述步骤(1)中，研磨至180-220目，焙烧的温度为480-520℃，焙烧的时间为2-4h。具体地，上述步骤(2)和步骤(3)中，硫酸溶液的质量分数为10％，氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.1mol/L。具体地，上述步骤(4)中，研磨后的粒径大小为250-300目，焙烧的温度为500-550℃，焙烧的时间为2-3小时。本专利技术还提供一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的使用方法，按重量份计，将90-100份聚乳酸颗粒、7-10份聚磷酸铵、1-3份季戊四醇、2-4份维持聚乳酸性能平衡的交联黏土、0.1-0.2份抗氧剂加入至转矩流变仪中，混炼后再依次进行热压、冷压处理，制得聚乳酸成品。具体地，上述混炼的温度为195-200℃，混炼的时间为8-12min，转矩流变仪的转速为60-70rpm。具体地，上述热压的时间为3-5min，热压的操作压力为10MPa，冷压的时间为5-7min，冷压的操作压力10MPa。由以上的技术方案可知，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术制得的维持聚乳酸性能平衡的交联黏土，比表面积可以达到260m2/g左右，比现有技术制得的交联黏土比表面大10％左右，提升了交联黏土的表面活性、表面吸附能力和催化能力，进而有效提升了其阻燃效果；(2)本专利技术制得的聚乳酸成品的氧指数可以达到36左右，阻燃性能优异；(3)本专利技术制得的交联黏土，有效的改善了聚乳酸易燃、易熔滴的缺点；(4)交联黏土中的锆、镨元素的添加，可有效的维持聚乳酸中高分子的空间力学结构，可有效得保证聚乳酸的力学性能不会因为交联黏土和阻燃剂的添加而降低。附图说明图1为交联黏土在空气中的热分解曲线。图2为实施例3和对比例3试样在氧指数测试后的照片。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备方法，包括以下操作步骤：(1)按重量份计，将8份氯化镍溶解于280份去离子水中，加入10份钠基蒙脱土，78℃下持续搅拌3h，降温，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，干燥，研磨，焙烧，制得Ni-交联蒙脱土；(2)按重量份计，将10份Ni-交联蒙脱土加入至350份硫酸溶液中活化，制得酸活化的Ni-交联蒙脱土；(3)按重量份计，将15份氯化铁、7份氯化锆、0.1份氯化镨加入至250份氢氧化钠溶液中，制得多核羟基金属阳离子交联剂；(4)将多核羟基金属阳离子交联剂缓慢滴加到酸活化的Ni-交联蒙脱土中，其中Ni-交联蒙脱土和多核羟基金属阳离子交联剂的重量比为5∶1，78℃下恒温搅拌3h后，进行抽滤洗涤，干燥，研磨，最后在高温下焙烧，得到维持聚乳酸性能平衡的交联黏土。具体地，上述步骤(1)中，研磨至180目，焙烧的温度为480℃，焙烧的时间为2h。具体地，上述步骤(2)和步骤(3)中，硫酸溶液的质量分数为10％，氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.1mol/L。具体地，上述步骤(4)中，研磨后的粒径大小为250目，焙烧的温度为50℃，焙烧的时间为2小时。实施例2一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备方法，包括以下操作步骤：(1)按重量份计，将12份氯化镍溶解于320份去离子水中，加入15份钠基蒙脱土，82℃下持续搅拌5h，降温，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，干燥，研磨，焙烧，制得Ni-交联蒙脱土；(2)按重量份计，将15份Ni-交联蒙脱土加入至400份硫酸溶液中活化，制得酸活化的Ni-交联蒙脱土；(3)按重量份计，将20份氯化铁、10份氯化锆、0.5份氯化镨加入至300份氢氧化钠溶液中，制得多核羟基金属阳离子交联剂；(4)将多核羟基金属阳离子交联剂缓慢滴加到酸活化的Ni-交联蒙脱土中，其中Ni-交联蒙脱土和多核羟基金属阳离子交联剂的重量比为10∶1，82℃下恒温搅拌5h后，进行抽滤洗涤，干燥，研磨，最后在高温下焙烧，得到维持聚乳酸性能平衡的交联黏土。具体地，上述步骤(1)中，研磨至220目，焙烧的温度为520℃，焙烧的时间为4h。具体地，上述步骤(2)和步骤(3)中，硫酸溶液的质量分数为10％，氢氧化钠溶液的摩尔浓度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：(1)按重量份计，将8‑12份氯化镍溶解于280‑320份去离子水中，加入10‑15份钠基蒙脱土，78‑82℃下持续搅拌3‑5h，降温，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，干燥，研磨，焙烧，制得Ni‑交联蒙脱土；(2)按重量份计，将10‑15份Ni‑交联蒙脱土加入至350‑400份硫酸溶液中活化，制得酸活化的Ni‑交联蒙脱土；(3)按重量份计，将15‑20份氯化铁、7‑10份氯化锆、0.1‑0.5份氯化镨加入至250‑300份氢氧化钠溶液中，制得多核羟基金属阳离子交联剂；(4)将多核羟基金属阳离子交联剂缓慢滴加到酸活化的Ni‑交联蒙脱土中，其中Ni‑交联蒙脱土和多核羟基金属阳离子交联剂的重量比为5‑10∶1，78‑82℃下恒温搅拌3‑5h后，进行抽滤洗涤，干燥，研磨，最后在高温下焙烧，得到维持聚乳酸性能平衡的交联黏土。

【技术特征摘要】
1.一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：(1)按重量份计，将8-12份氯化镍溶解于280-320份去离子水中，加入10-15份钠基蒙脱土，78-82℃下持续搅拌3-5h，降温，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，干燥，研磨，焙烧，制得Ni-交联蒙脱土；(2)按重量份计，将10-15份Ni-交联蒙脱土加入至350-400份硫酸溶液中活化，制得酸活化的Ni-交联蒙脱土；(3)按重量份计，将15-20份氯化铁、7-10份氯化锆、0.1-0.5份氯化镨加入至250-300份氢氧化钠溶液中，制得多核羟基金属阳离子交联剂；(4)将多核羟基金属阳离子交联剂缓慢滴加到酸活化的Ni-交联蒙脱土中，其中Ni-交联蒙脱土和多核羟基金属阳离子交联剂的重量比为5-10∶1，78-82℃下恒温搅拌3-5h后，进行抽滤洗涤，干燥，研磨，最后在高温下焙烧，得到维持聚乳酸性能平衡的交联黏土。2.根据权利要求1所述的一种维持聚乳酸性能平衡的交联黏土的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中，研磨至180-220目，焙烧的温度为480-520℃，焙烧的时间为2-4h。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：周旋，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北,13