一种阻燃生物基聚酯及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种阻燃生物基聚酯及其制备方法，属于阻燃材料技术领域，按质量份数计，该阻燃生物基聚酯由如下组分组成：聚丁二酸丁二醇酯100份，多聚磷酸铵10‑15份，碳纳米管阻燃剂0.5‑2份。其中，聚丁二酸丁二醇酯作为基体材料，可完全生物降解；多聚磷酸铵为酸源和气源，受热分解产生聚偏磷酸，并同时产生惰性气体(氨气)，为碳层膨胀提供气源，膨胀碳层一定程度上可阻隔助燃物质(氧气)，从而达到阻燃效果；碳纳米管阻燃剂同时为酸源、碳源与气源，兼具抗熔滴及抑制“烛芯效应”的效果，该阻燃生物基聚酯阻燃效率高且对环境友好，通过双螺杆挤出机熔融共混造粒而得，其制备工艺简单，可适应于大规模工业化生产。

Flame retardant bio based polyester and preparation method thereof

The invention relates to a flame retardant bio-based polyester and a preparation method thereof, belonging to the technical field of flame retardant materials. The flame retardant bio-based polyester consists of 100 phr polybutylene succinate, 10_15 phr polyammonium phosphate and 0.5_2 phr carbon nanotube flame retardant according to the mass fraction. Among them, polybutylene succinate as the matrix material, can be completely biodegradable; ammonium polyphosphate as the acid source and gas source, thermal decomposition produces polymetaphosphate, and at the same time produces inert gas (ammonia), for the expansion of the carbon layer to provide gas source, the expansion of the carbon layer to a certain extent, flame retardant materials (oxygen), thus achieving flame retardant effect. Carbon nanotube flame retardant is an acid source, carbon source and gas source. It has the effect of anti-droplet and inhibiting \candle wick effect\. The flame retardant bio-based polyester has high flame retardant efficiency and is environmentally friendly. It is prepared by melt blending and granulating with twin-screw extruder. The preparation process is simple and can be used in large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃生物基聚酯及其制备方法
本专利技术属于阻燃材料
，具体涉及一种阻燃生物基聚酯及其制备方法。
技术介绍
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)可由玉米穗、农作物秸秆等生物废料经生物发酵而成，易被自然界的多种微生物分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料，具有良好的生物相容性，属于生物基聚酯。但是，生物质聚酯具有易燃性能，且易熔融滴落，致使其在工程领域的应用受到限制。现阶段对于PBS的阻燃研究主要集中石墨烯及气相二氧化硅阻燃方面，但因石墨烯容易团聚导致其在基材中分散不均匀，进而影响材料的阻燃效果，而气相二氧化硅是否会导致矽肺病仍旧存在争议。因此，急需一种环境友好型阻燃生物基聚酯。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种阻燃生物基聚酯；目的之二在于提供一种阻燃生物基聚酯的制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种阻燃生物基聚酯，按质量份数计，所述阻燃生物基聚酯由如下组分组成：聚丁二酸丁二醇酯100份，多聚磷酸铵10-15份，碳纳米管阻燃剂0.5-2份。进一步，所述多聚磷酸铵的聚合度大于1000，呈白色粉末状。进一步，所述碳纳米管阻燃剂的制备方法如下：(1)按质量体积比1:1-1:100将碳纳米管分散于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，制得碳纳米管分散液；(2)按质量体积比10:1-50:1将多聚磷酸铵分散于水溶液中，制得多聚磷酸铵分散液；(3)将步骤(2)中制备的多聚磷酸铵分散液滴加到步骤(1)中制备的碳纳米管分散液中，混匀后清洗、抽滤、干燥，制得碳纳米管阻燃剂；步骤(1)和步骤(2)中，所述质量体积比的单位为g:L。进一步，步骤(1)中，所述碳纳米管为氨基化碳纳米管。进一步，步骤(1)中，所述N,N-二甲基甲酰胺溶液中N,N-二甲基甲酰胺和水的体积比为2:1。进一步，步骤(1)中，所述碳纳米管分散于N,N-二甲基甲酰胺溶液中通过在100W下超声20min实现。进一步，步骤(2)中，所述多聚磷酸铵的聚合度大于1000，呈白色粉末状。进一步，步骤(2)中，所述多聚磷酸铵分散于水溶液中通过在100W下超声30min实现。进一步，步骤(3)中，所述滴加的速度为1-10mL/min。进一步，步骤(3)中，所述清洗具体为以水和乙醇交替清洗，各清洗2-3遍；所述干燥具体为在60-80℃下干燥2-6h。2、所述的一种阻燃生物基聚酯的制备方法，所述方法具体为：将聚丁二酸丁二醇酯、多聚磷酸铵和碳纳米管阻燃剂混匀后得混合料，将所述混合料置于双螺杆挤出机中进行熔融共混造粒。进一步，所述熔融共混造粒的工艺条件为：温度为110-130℃，螺杆转速为10-20转/min。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种阻燃生物基聚酯及其制备方法，该阻燃生物基聚酯由聚丁二酸丁二醇酯、多聚磷酸铵和碳纳米管阻燃剂组成，其中聚丁二酸丁二醇酯作为基体材料，可完全生物降解；多聚磷酸铵为酸源和气源，由于多聚磷酸铵富含磷元素及氮元素，材料在燃烧过程中多聚磷酸铵受热分解产生聚偏磷酸，聚偏磷酸具有催化成碳剂或含氧聚合物成碳之作用，并且还能够产生惰性气体(氨气)，故而为碳层膨胀提供气源，膨胀碳层一定程度上可阻隔助燃物质(氧气)，从而达到阻燃效果；利用碳纳米管构建纳米粒子网络，能够有效抑制线性聚合物燃烧过程中熔滴现象的产生，为了避免因碳纳米管良好导热性能而导致材料燃烧过程中出现“烛芯效应”，故在碳纳米管表面包覆多聚磷酸铵，利用多聚磷酸铵分解吸热效应，抑制碳纳米管的热传导，达到兼顾抗熔滴同时抑制“烛芯效应”的效果，同时碳纳米管所构建的纳米粒子网络可提高材料熔体黏度，利于闭孔膨胀碳层的形成，降低膨胀碳层的热传导，进一步达到阻燃效果。该阻燃生物基聚酯阻燃效率高且对环境友好，通过双螺杆挤出机熔融共混造粒而得，其制备工艺简单，可适应于大规模工业化生产。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为对比实施例1、2和实施例1、2和3中制备的生物基聚酯垂直燃烧后的残碳效果图(A、B、C、D、E依次为对比实施例1、2和实施例1、2和3中制备的生物基聚酯垂直燃烧后的残碳效果)。具体实施方式下面将对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例1制备一种阻燃生物基聚酯(1)将0.45g氨基化碳纳米管分散于0.45L的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，100W下超声20min，制得碳纳米管分散液，其中N,N-二甲基甲酰胺溶液中N,N-二甲基甲酰胺和水的体积比为2:1；(2)将4.5g聚合度大于1000，呈白色粉末状的多聚磷酸铵分散于0.45L去离子水中，100W下超声30min，制得多聚磷酸铵分散液；(3)将步骤(2)中制备的多聚磷酸铵分散液按10mL/min的速度滴加到步骤(1)中制备的碳纳米管分散液中，混匀后以水和乙醇交替清洗，各清洗3遍，抽滤后在60℃下干燥6h，制得碳纳米管阻燃剂；(4)将100份聚丁二酸丁二醇酯、15份聚合度大于1000，呈白色粉末状的多聚磷酸铵和0.5份步骤(3)制得的碳纳米管阻燃剂混匀后得混合料，将该混合料置于双螺杆挤出机中进行熔融共混造粒，熔融共混造粒的工艺条件为：温度为120℃，螺杆转速为10转/min。实施例2制备一种阻燃生物基聚酯(1)将0.45g氨基化碳纳米管分散于22.5L的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，100W下超声20min，制得碳纳米管分散液，其中N,N-二甲基甲酰胺溶液中N,N-二甲基甲酰胺和水的体积比为2:1；(2)将4.5g聚合度大于1000，呈白色粉末状的多聚磷酸铵分散于0.18L去离子水中，100W下超声30min，制得多聚磷酸铵分散液；(3)将步骤(2)中制备的多聚磷酸铵分散液按1mL/min的速度滴加到步骤(1)中制备的碳纳米管分散液中，混匀后以水和乙醇交替清洗，各清洗2遍，抽滤后在70℃下干燥4h，制得碳纳米管阻燃剂；(4)将100份聚丁二酸丁二醇酯、12份聚合度大于1000，呈白色粉末状的多聚磷酸铵和1份步骤(3)制得的碳纳米管阻燃剂混匀后得混合料，将该混合料置于双螺杆挤出机中进行熔融共混造粒，熔融共混造粒的工艺条件为：温度为130℃，螺杆转速为20转/min。实施例3制备一种阻燃生物基聚酯(1)将0.45g氨基化碳纳米管分散于45L的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，100W下超声20min，制得碳纳米管分散液，其中N,N-二甲基甲酰胺溶液中N,N-二甲基甲酰胺和水的体积比为2:1；(2)将4.5g聚合度大于1000，呈白色粉末状的多聚磷酸铵分散于0.09L去离子水中，100W下超声30min，制得多聚磷酸铵分散液；(3)将步骤(2)中制备的多聚磷酸铵分散液按5mL/min的速度滴加到步骤(1)中制备的碳纳米管分散液中，混匀后以水和乙醇交替清洗，各清洗3遍，抽滤后在80℃下干燥2h，制得碳纳米管阻燃剂；(4)将100份聚丁二酸丁二醇酯、10份聚合度大于1000，呈白色粉末状的多聚磷酸铵和2份步骤(3)制得的碳纳米管阻燃剂混匀后得混合料，将该混合料置于双螺杆挤出机中进行熔融共混造粒，熔融共混造粒的工艺条件为：温度为110℃，螺杆转速为15转/min。对比实施例1将100份聚丁二酸丁二醇酯置于双螺杆挤出机中进行熔融共混造粒，熔融共混造粒的工艺条件为：温度为12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃生物基聚酯，其特征在于，按质量份数计，所述阻燃生物基聚酯由如下组分组成：聚丁二酸丁二醇酯100份，多聚磷酸铵10‑15份，碳纳米管阻燃剂0.5‑2份。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃生物基聚酯，其特征在于，按质量份数计，所述阻燃生物基聚酯由如下组分组成：聚丁二酸丁二醇酯100份，多聚磷酸铵10-15份，碳纳米管阻燃剂0.5-2份。2.如权利要求1所述的一种阻燃生物基聚酯，其特征在于，所述多聚磷酸铵的聚合度大于1000，呈白色粉末状。3.如权利要求1所述的一种阻燃生物基聚酯，其特征在于，所述碳纳米管阻燃剂的制备方法如下：(1)按质量体积比1:1-1:100将碳纳米管分散于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，制得碳纳米管分散液；(2)按质量体积比10:1-50:1将多聚磷酸铵分散于水溶液中，制得多聚磷酸铵分散液；(3)将步骤(2)中制备的多聚磷酸铵分散液滴加到步骤(1)中制备的碳纳米管分散液中，混匀后清洗、抽滤、干燥，制得碳纳米管阻燃剂；步骤(1)和步骤(2)中，所述质量体积比的单位为g:L。4.如权利要求3所述的一种阻燃生物基聚酯，其特征在于，步骤(1)中，所述碳纳米管为氨基化碳纳米管。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄进，岳军锋，刘昌华，甘霖，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50