一种生物基阻燃可降解组合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及阻燃可降解领域，特别涉及一种生物基阻燃可降解组合物及其制备方法。其中，所述一种生物基阻燃可降解组合物包括以下制备原料：PCL树脂、PLA树脂、变性淀粉、生物基阻燃剂、相容剂、增韧剂、抗氧化剂，与现有技术相比，本发明专利技术通过利用竹纤维素微晶独特的棒状纳米材料，通过表面改性和负载相结合处理方法，制备竹纤维素微晶负载苯基磷酸

【技术实现步骤摘要】
一种生物基阻燃可降解组合物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及阻燃可降解领域，尤其涉及一种生物基阻燃可降解组合物及其制备方法。

技术介绍

[0002]日常生活中，塑料存在于我们生活的方方面面，为我们带来各种便利。由于近年来石油资源的消耗以及石油基聚合物的生物降解问题，作为可降解和可再生材料生物基材料的需求日益增加。
[0003]生物基高分子材料作为一种具备可再生、可降解特性的高分子材料。因其具有良好的生物相容性、加工性能，在汽车行业、电子产品等领域得到广泛的应用，是理想的石油基高分子的替代材料。但生物基高分子材料与传统的石油基高分子材料也一样，非常容易燃烧，很大程度上限制了应用领域，因此需要加入阻燃剂以提高阻燃性能。目前阻燃剂大多不可再生且不可降解，这与生物基高分子材料的可再生、可降解的优势相矛盾。

技术实现思路

[0004]为解决上述
技术介绍
中提及的阻燃和可降解相矛盾问题，本专利技术的目的在于开发一种生物基阻燃可降解组合物，包括以下制备原料：PCL树脂、PLA树脂、变性淀粉、生物基阻燃剂、相容剂、增韧剂、抗氧化剂。在提高材料阻燃目的的同时阻燃保持材料可再生、可降解的优势，拓宽应用领域。
[0005]在上述方案的基础上，进一步地，包括以下重量份的原料：
[0006][0007]在上述方案的基础上，进一步地，所述生物基阻燃剂的制备方法为：
[0008](1)配置浓度为1～2mol/L的苯基磷酸
‑
牛磺酸(PHPA
‑
PA)溶液，添加碱性调节剂调节溶液的酸碱值至7～7.5左右，得到溶液A；
[0009](2)往溶液A中加入表面改性竹纤维素微晶，边搅拌边加热至50～70℃，使其充分反应，反应时间为12～24h，反应完成后得到产物B；
[0010](3)将产物B进行离心、烘干、研磨处理，最后得到生物基阻燃剂。
[0011]在上述方案的基础上，进一步地，所述苯基磷酸
‑
牛磺酸(PHPA
‑
PA)溶液的制备方
法为：
[0012](1)将20g的60％的苯基磷酸溶液加入装有100mL去离子水烧瓶中，加入氨水调节溶液的PH值至4～5，得到溶液A；
[0013](2)称取3g的牛磺酸加入到溶液A中，加热至80～100℃，充分搅拌反应6～12h，得到反应液体B；
[0014](3)将反应液体用旋转蒸发仪在80～100℃温度下除去去离子水，待浓缩的反应液体冷却至室温后，计入300～500mL的乙醇中，产物在乙醇中以沉淀的形式析出。过滤，乙醇洗涤3～5次后置于60～80℃的真空烘箱中干燥24～48h，得到苯基磷酸
‑
牛磺酸(PHPA
‑
PA)溶液，产率为78.2％。
[0015]在上述方案的基础上，进一步地，所述表面改性竹纤维素微晶的制备方法为：
[0016](1)在烧杯中配置乙醇/纯净水比例为70/30(质量分数)的乙醇溶液，向乙醇水溶液中加入偶联剂，缓慢加入醋酸调节溶液的pH值至4～6，得到溶液A；
[0017](2)将竹纤维素微晶加入溶液A中，在50～65℃温度条件下反应1～5h，反应结束后经离心机离心20～60min，离心转速为2000～4000r/min，得到表面改性竹纤维素微晶初产物；
[0018](3)将表面改性竹纤维素微晶初产物进行烘干后用去离子水和无水乙醇清洗3～5次，最后真空干燥得到表面改性竹纤维素微晶。
[0019]在上述方案的基础上，进一步地，在所述步骤(2)中所述偶联剂为硅烷偶联剂KH
‑
550、KH
‑
560和KH
‑
570中至少一种。
[0020]在上述方案的基础上，进一步地，所述PCL树脂为聚己内酯树脂，熔体流动速率(160℃/2.16kg)：5～7g/10min；PLA树脂为聚乳酸树脂，熔体流动速率(190℃/2.16kg)：15～30g/10min。
[0021]在上述方案的基础上，进一步地，所述变性淀粉制备方法为：称取一定量淀粉和水加入反应容器内搅拌，边搅拌边加热至40～60℃后依次加入醋酸酐和甲苯
‑4‑
磺酸反应，加入pH调节液调节pH值至7～8，最后加入交联剂进行反应后调节pH至中性，经洗涤、烘干、粉碎处理后得到变性淀粉。
[0022]在上述方案的基础上，进一步地，所述相容剂为POE
‑
g
‑
MAH、EAA
‑
g
‑
MAH和EVA
‑
g
‑
MAH中的至少一种；所述增韧剂为POE、EVA和EAA中的至少一种；所述抗氧化剂168和1010的重量比为1:(1～5)。
[0023]本专利技术提供一种所述的生物基阻燃可降解组合物的制备方法，包括以下步骤：
[0024]步骤一、将PCL树脂、PLA树脂、变性淀粉、生物基阻燃剂、相容剂、增韧剂、抗氧化剂混合并出料，得到生物基阻燃可降解组合物混合料；
[0025]步骤二、将所述生物基阻燃可降解组合物混合料经双螺杆挤出机种进行熔融挤出，得到生物基阻燃可降解组合物改性料。
[0026]在上述方案的基础上，进一步地，在所述步骤二中，所述双螺杆挤出机的工作参数为：一区温度为45～60℃，二区温度为110～150℃，三区温度为150～170℃，四区温度为170～190℃，五区温度为160～180℃，模头温度为110～130℃，喂料速度为100～200r/min，螺杆转速为200～300r/min。
[0027]本专利技术提供的一种生物基阻燃可降解组合物及其制备方法，与现有技术相比，具
有以下技术原理和有益效果：
[0028]传统的阻燃剂多为化工原料经过复杂的反应制备而成，尽管拥有较好的阻燃的效果，但是这个制备过程往往涉及到大量不可再生的化工原料，甚至要涉及到大量有机溶剂，并不是完全意义上的可再生、可降解的生物质，并不能真正实现可再生、可降解的可持续发展，而目前多数生物基阻燃剂来源于大自然，但需要经过复杂的后处理、提纯等加工过程的，生产成本高且普遍存在热稳定性能差的问题，容易在聚合物加工过程中出现降解、变黑等现象，影响实际应用价值，
[0029]本专利技术通过利用竹纤维素微晶独特的棒状纳米材料，具有高的比表面积、吸附能力强、反应活性高、杨氏模量大等特点，通过表面改性和负载相结合处理方法，制备竹纤维素微晶负载苯基磷酸
‑
牛磺酸(PHPA
‑
PA)，形成高效阻燃酸源，同时，通过对淀粉进行变性处理，采用醋酸酐对淀粉羟基发生取代反应，减弱淀粉分子间氢键作用，从而降低了淀粉的熔融温度，提高淀粉的热塑性和疏水性和热熔加工性能，解决传统淀粉粘度高、亲水能力强、容易糊化等缺点，以变性淀粉作为碳源，复配PCL、PLA树脂及其他加工助剂，开发出一种生物基阻燃可降解组合物，解决传统的生物基材料阻燃性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基阻燃可降解组合物，其特征在于，包括按重量份数计的如下组分：PCL树脂
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20~30份；PLA树脂
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20~35份；变性淀粉
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5~15份；生物基阻燃剂
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5~10份；相容剂
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2~6份；增韧剂
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5~15份；抗氧化剂
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0.2~1份；所述生物基阻燃剂的制备方法为：（1）配置浓度为1～2mol/L的苯基磷酸
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牛磺酸(PHPA
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PA)溶液，添加碱性调节剂调节溶液的酸碱值至7～7.5左右，得到溶液A；（2）往溶液A中加入表面改性竹纤维素微晶，边搅拌边加热至50～70℃，使其充分反应，反应时间为12～24h，反应完成后得到产物B；（3）将产物B进行离心、烘干、研磨处理，最后得到生物基阻燃剂。2.根据权利要求1所述的一种生物基阻燃可降解组合物，其特征在于：所述苯基磷酸
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牛磺酸(PHPA
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PA)溶液的制备方法为：（1）将20 g的60%的苯基磷酸溶液加入装有100mL去离子水烧瓶中，加入氨水调节溶液的pH值至4～5，得到溶液A；（2）称取3g的牛磺酸加入到溶液A中，加热至80～100 ℃，充分搅拌反应6～12h，得到反应液体B；（3）将反应液体用旋转蒸发仪在80～100℃温度下除去去离子水，待浓缩的反应液体冷却至室温后，计入300～500mL的乙醇中，产物在乙醇中以沉淀的形式析出，过滤，乙醇洗涤3～5次后置于60～80 ℃的真空烘箱中干燥24～48 h，得到苯基磷酸
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牛磺酸(P...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴惠民，力伟，余丽玲，林宇霖，彭超，林栋梁，
申请(专利权)人：福州市福塑科学技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：