一种核-壳结构阻燃剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种核

【技术实现步骤摘要】
一种核
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壳结构阻燃剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于阻燃剂的设计合成及应用领域，具体涉及一种高效核
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壳结构阻燃剂及其制备方法与其在阻燃改性聚乳酸(PLA)中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，环保意识日渐深入人心，由不可降解塑料引发的白色污染也越来越严重，可降解塑料逐渐走入日常的生活。其中PLA作为生物可降解聚合物在包装工程、纺织制造和电力工业等多个领域得到了广泛的应用。然而，PLA作为线性脂肪族聚酯，其自身在燃烧过程中释放出大量的热，基体降解和熔体滴落严重，且没有残炭形成，极大地限制了其应用领域。因此，PLA的阻燃改性研究需求迫切。
[0003]对于PLA的阻燃改性，最常见且易操作的就是物理添加阻燃剂，通过熔融共混的方式得到阻燃PLA复合材料。常用的阻燃剂分为卤系、硅系、有机磷系以及无机阻燃剂。然而这四类阻燃剂在实际应用中都存在问题，卤系阻燃剂因为燃烧时释放大量毒气而被禁用；无机阻燃剂虽然无毒，但达到阻燃效果所需的添加量大，极大地降低了PLA的力学性能。有机磷系阻燃剂因其阻燃效率高，添加量少而备受关注，但在燃烧时通常是以熔滴的形式带走热量，而熔滴也存在着引发火灾的可能。所以研发一种高效阻燃性能的阻燃剂具有重大意义。
[0004]近年来，有学者尝试通过增加凝聚相阻燃效果好的阻燃剂来提高聚乳酸的阻燃能力。中国专利文献上公开了“一种聚乳酸用阻燃剂及其制备方法”，其公告号为CN107298772A，该专利技术报道了淀粉粉酯为碳源，聚磷酸铵为酸源，三聚氰胺氰尿酸为气源，制备一种高效膨胀剂型阻燃剂，虽然很好的提高了聚乳酸的阻燃性能，但是聚磷酸铵由于与聚合物基体相容性较差等，会降低复合材料的阻燃和力学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服现有PLA阻燃剂存在不环保、添加量高而导致PLA性能下降的问题，设计制备了一种核
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壳结构、高效阻燃的阻燃剂。
[0006]本专利技术还提供了一种高效阻燃的聚乳酸基复合材料的制备方法，该方法反应条件温和，对设备无特殊要求，有利于实现大规模产业化生产。
[0007]本专利技术还提供了一种包含上述阻燃剂的阻燃PLA复合材料，由于阻燃剂中络合了金属离子，在燃烧时有助于基体形成致密的炭层，减少了燃烧时的熔滴现象，具有优异的阻燃效果。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种核
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壳结构阻燃剂，所述核
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壳结构阻燃剂按如下方法制备：
[0010](1)将聚磷酸铵(APP)均匀分散在去离子水A中，得到聚磷酸铵分散液；将生物多糖溶于质量分数为0.5％～3％(优选1％)的乙酸水溶液，得到生物多糖溶液；常温搅拌下，将所述生物多糖溶液滴加到所述聚磷酸铵的分散液中，所得反应液A经后处理A，得到APP@CS；
所述聚磷酸铵与所述生物多糖的质量比为20
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5：1(优选10：1)；所述生物多糖为壳聚糖；
[0011](2)将步骤(1)所得的APP@CS均匀分散在去离子水B中，得到APP@CS分散液；将多酚化合物溶解于去离子水C中，得到多酚溶液；常温搅拌下，将所述多酚溶液滴加到所述APP@CS分散液中，所得反应液B经后处理B，得到APP@CS@TA；步骤(1)中所述聚磷酸铵与步骤(2)中所述多酚化合物的质量比为10
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30：1(优选20：1)；
[0012](3)将步骤(2)所述的APP@CS依次重复步骤(1)、(2)的操作，得到二次包覆的APP@CS@TA；将所述的二次包覆的APP@CS@TA均匀分散在去离子水D中，常温搅拌下，滴入质量浓度为0.5％～2％(优选1％)的过渡金属盐的水溶液，所得反应液C经后处理C，得到所述核
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壳结构阻燃剂；所述过渡金属盐的水溶液所含过渡金属盐与步骤(2)中所述多酚化合物的质量比为0.5
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2：1(优选1：1)。
[0013]此反应过程中，壳聚糖(CS)与聚磷酸铵(APP)发生阳离子交换反应以及二者表面的正负电荷吸引，形成初步的核
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壳结构APP@CS；加入单宁酸(TA)后，由于单宁酸表面带有负电荷，与APP@CS表面的正电荷互相吸引，形成二层的核
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壳结构APP@CS@TA；最后加入金属盐溶液，金属离子能够与多酚化合物表面的羟基形成稳定的螯合物，并且在燃烧时带有金属螯合物的阻燃剂能够催化基体脱水成炭，有助于阻燃效率的提高。
[0014]步骤(1)中，所述去离子水A的体积以所述聚磷酸铵的质量计为5
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20mL/g(优选10mL/g)。
[0015]步骤(1)中，所述乙酸水溶液的体积以所述生物多糖的质量计为25
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80mL/g(优选50mL/g)。
[0016]步骤(1)中，所述滴加的平均速率为0.56
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3.3mL/min(优选为0.83mL/min)。
[0017]步骤(1)中，所述后处理A为：将所述反应液A离心，所得沉淀用去离子水离心洗涤(三次)，得到所述APP@CS。
[0018]进一步，步骤(2)中，所述多酚化合物为单宁酸、没食子酸中的一种或两种的混合物(优选为单宁酸)。
[0019]步骤(2)中，所述去离子水B的体积以步骤(1)中所述聚磷酸铵的质量计为5
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20mL/g(优选10mL/g)。
[0020]步骤(2)中，所述去离子水C的体积以所述多酚化合物的质量计为50
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200mL/g(优选100mL/g)。
[0021]步骤(2)中，所述滴加的平均速率为0.56
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3.3mL/min(优选为0.83mL/min)。
[0022]步骤(2)中，所述后处理B为：将所述反应液B离心，所得沉淀用去离子水离心洗涤(三次)，得到所述APP@CS。
[0023]进一步，步骤(3)中，所述过渡金属盐的水溶液所含过渡金属盐为铁盐、钙盐、锌盐中的一种或两种的混合物(优选为铁盐)，进一步优选为氯化铁、氯化钙、氯化锌中的一种或两种的混合物(优选为氯化铁)。
[0024]步骤(3)中，所述去离子水D的体积以步骤(1)中所述聚磷酸铵的质量计为5
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20mL/g(优选10mL/g)。
[0025]步骤(3)中，所述滴加的平均速率为0.56
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3.3mL/min(优选为0.83mL/min)。
[0026]步骤(3)中，所述后处理C为：将所述反应液C离心，所得沉淀用去离子水离心洗涤(三次)，烘干，得到所述核
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壳结构阻燃剂。
[0027]最后，本专利技术还提供一种上述核
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壳结构阻燃剂在制备阻燃聚乳酸复合材料中的应用。
[0028]具体地，所述应用为：所述阻燃聚乳酸复合材料由以下质量分数的各组分组成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核
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壳结构阻燃剂，其特征在于所述核
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壳结构阻燃剂按如下方法制备：(1)将聚磷酸铵均匀分散在去离子水A中，得到聚磷酸铵分散液；将生物多糖溶于质量分数为0.5％～3％的乙酸水溶液，得到生物多糖溶液；常温搅拌下，将所述生物多糖溶液滴加到所述聚磷酸铵的分散液中，所得反应液A经后处理A，得到APP@CS；所述聚磷酸铵与所述生物多糖的质量比为20
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5：1；所述生物多糖为壳聚糖；(2)将步骤(1)所得的APP@CS均匀分散在去离子水B中，得到APP@CS分散液；将多酚化合物溶解于去离子水C中，得到多酚溶液；常温搅拌下，将所述多酚溶液滴加到所述APP@CS分散液中，所得反应液B经后处理B，得到APP@CS@TA；步骤(1)中所述聚磷酸铵与步骤(2)中所述多酚化合物的质量比为10
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30：1；(3)将步骤(2)所述的APP@CS依次重复步骤(1)、(2)的操作，得到二次包覆的APP@CS@TA；将所述的二次包覆的APP@CS@TA均匀分散在去离子水D中，常温搅拌下，滴入质量浓度为0.5％～2％的过渡金属盐的水溶液，所得反应液C经后处理C，得到所述核
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壳结构阻燃剂；所述过渡金属盐的水溶液所含过渡金属盐与步骤(2)中所述多酚化合物的质量比为0.5
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2：1。2.如权利要求1所述的核
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壳结构阻燃剂，其特征在于：步骤(1)中，所述去离子水A的体积以所述聚磷酸铵的质量计为5
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20mL/g；所述乙酸水溶液的体积以所述生物多糖的质量计为25
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80mL/g；所述滴加的平均速率为0.56
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3.3mL/min；所述后处理A为：将所述反应液A离心，所得沉淀用去离子水离心洗涤，得到所述APP@CS。3.如权利要求1所述的核
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壳结构阻燃剂，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马猛，蒋兆亮，王旭，陈思，施燕琴，何荟文，
申请(专利权)人：平湖市浙江工业大学新材料研究院，
类型：发明
国别省市：