一种生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高分子助剂领域，具体涉及一种生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂及其制备方法和应用。本发明专利技术的方法以L

【技术实现步骤摘要】
一种生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物基阻燃增塑剂领域，具体涉及一种生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚乳酸(PLA)作为全球主流发展的三大重要生物降解材料之一，是一种由可再生资源合成的商业聚合物，是聚苯乙烯和聚丙烯的潜在可降解替代品。PLA具有良好的机械强度、高透明度和优异的阻隔能力，但其脆性高、结晶速度慢、易燃等缺点，已成为拓展应用领域的瓶颈。通过共聚、接枝、共混、增塑等方法，可以获得综合性能优良的PLA，相关研究备受关注。其中，添加增塑剂是提高PLA综合性能的有效解决方案。但是现有增塑剂存在着易燃、塑化效率低、容易迁移等缺点。此外，随着石油资源的短缺和环境保护意识的增加，人们对增塑剂的的环保性能和功能性的要求也在不断提高。针对上述问题，近年来国内外开始研发具有阻燃和增塑功能的生物基阻燃增塑剂。
[0003]专利CN105541912A和CN113372550A制备了阻燃增塑剂用于聚氯乙烯树脂。虽然制备的阻燃增塑剂的阻燃效果好，但是燃烧与加热过程中会释放有害物质二噁英，严重威胁到人类身体的健康。同时所用原料皆为不可再生资源，不符合绿色环保的观念。专利CN115677547A和专利CN112480565A制备了用于聚氯乙烯的桐油基和蓖麻油基阻燃增塑剂及其制备方法，改性后的聚氯乙烯树脂的柔性和阻燃性能均有一定的提升。但是植物油与聚乳酸相容性差，不能有效塑化聚乳酸，因此，针对聚乳酸树脂，利用在可再生资源制备一种具有高阻燃、塑化效率的生物基阻燃增塑剂迫在眉睫。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对特定透明、阻燃和力学性能需求的聚乳酸材料改性需求，提供一种生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂及其制备方法和应用，本专利技术提供的增塑剂，可以克服传统增塑剂的不足之处，具有优异的增塑和阻燃性能，同时满足聚乳酸材料的透明度和力学性能需求。
[0005]本专利技术的技术方案，一种生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂的制备方法，使用L
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乳酸、巴豆酸、二乙二醇单丁醚和DOPO为主要原料，通过两步酯化反应和加成反应得到生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂，
[0006]具体步骤如下：
[0007](1)第一步酯化反应，巴豆酸乳酸酯的制备步骤：将L
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乳酸、巴豆酸和对甲苯磺酸一水合物加入到反应器中，加热反应；反应结束后纯化得巴豆酸乳酸酯；L
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乳酸、巴豆酸的摩尔比为1～3:1；对甲苯磺酸一水合物用量为L
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乳酸和巴豆酸总质量的0.6％～1.0％(优选0.7～0.9％)，反应时间至少3h(优选3～5小时)，反应温度110～140℃(优选120～140℃)。本方法一方面可以保证高效率获得巴豆酸乳酸酯，另一方面，具有更优增塑性能，且在聚乳酸制品中具有良好稳定性。
[0008]进一步的，纯化方法包括用乙酸乙酯萃取粗产物，再用去离子水洗至中性，通过旋蒸去乙酸乙酯及残留的水。(2)第二步酯化反应，二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯的制备步骤：将步骤(1)中得到的巴豆酸乳酸酯、二乙二醇单丁醚和对甲苯磺酸一水合物加入到反应器中，加热反应；反应结束后纯化得二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯。
[0009]进一步的，纯化方法包括用乙酸乙酯萃取粗产物，再用饱和碳酸氢钠溶液和去离子水洗至中性，通过旋蒸去乙酸乙酯及残留的水。
[0010]进一步地，为了保证更高收率，步骤(2)第二步酯化反应中，巴豆酸乳酸酯和二乙二醇单丁醚的摩尔比为1:1～2(更优选1:1～1.4)。
[0011]进一步的，为了保证更高收率，步骤(2)第二步酯化反应中，对甲苯磺酸一水合物为乳酸巴豆酸酯和二乙二醇单丁醚总质量的0.6％～1.0％(更优选0.8％)。
[0012]进一步地，为了保证更高收率，步骤(2)第二步酯化反应中，加热至110～140℃，反应3～5h。(3)第三步加成反应：将DOPO和步骤(2)中得到的二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯加入到反应器中，加热反应，反应结束后纯化(具体的，纯化方法包括：用乙酸乙酯萃取粗产物，去离子水洗至中性，通过旋蒸去乙酸乙酯及残留的水)，得到生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂；
[0013]进一步地，步骤(3)第三步加成反应中，DOPO和二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯的摩尔比为0.1～1.0:1(为了更好兼顾透明度和力学性能，更优选的，DOPO和二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯的摩尔比为0.6:1)。
[0014]进一步地，步骤(3)第三步加成反应中，加热至140～180℃，反应4～6h。
[0015]本专利技术还提供了基于上述方法制备的生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂。
[0016]本专利技术最后提供了上述方法制备的生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂在聚乳酸材料中的应用，目的是获得兼具透明、阻燃和力学性能需求的聚乳酸材料，聚乳酸材料与生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂的质量比为1:5。
[0017]进一步的，包括如下步骤：将生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂与聚乳酸热塑共混，热塑温度为150～180℃，转速为50～100rpm，加工时间为6min。
[0018]本专利技术中催化剂的用量并没有严格的限定，可根据反应原料的用量调整：催化剂的用量以能催化反应进行为准，以能促进反应向目标产物方向进行为准。
[0019]本专利技术所制备的生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂属于一种生物基环保阻燃增塑剂，与PLA具有很好的相容性，同时具备很好的增塑和阻燃效果，可作为聚乳酸主增塑剂使用。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术以可再生资源L
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乳酸和巴豆酸为主要原料，既避免了对石化原料的依赖，同时提高了对生物基原料的使用；，此方法所制备的生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂颜色呈淡黄色透明状，粘度低，与PLA相容性好，相较于商业增塑剂ATBC应用在PLA中，它具有更优异的塑化效率、耐迁移性及耐挥发性，同时赋予PLA优异的阻燃性能。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1～5的原料及产物红外谱图：1、乳酸；2、乳酸巴豆酸酯；3、二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯；4、实施例1；5、实施例2；6、实施例3；7、实施例4；8、实施例5。
[0023]图2为本专利技术实施例产物的热重分析TGA曲线图：1、二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯；2、实施例1；3、实施例2；4、实施例3；5、实施例4；6、实施例5。
[0024]图3为聚乳酸制品的拉伸应力
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应变曲线图；1、样品1；2、样品2；3、样品3；4、样品4；5、样品5；6、样品6；7、样品7；8、样品8。
[0025]图4为聚乳酸制品的TGA曲线图：1、纯聚乳酸；2、对比例1；3、对比例2；4、样品1；5、样品2；6、样品3；7、样品4；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂的制备方法，其特征在于，其特征是：包括如下步骤：(1)第一步酯化反应，巴豆酸乳酸酯的制备步骤：将L
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乳酸、巴豆酸和对甲苯磺酸一水合物加入到反应器中，加热反应；反应结束后纯化得巴豆酸乳酸酯；L
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乳酸、巴豆酸的摩尔比为1～3:1；对甲苯磺酸一水合物用量为L
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乳酸和巴豆酸总质量的0.6％～1.0％，反应时间至少3h，反应温度110～140℃；(2)第二步酯化反应，二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯的制备步骤：将步骤(1)中得到的巴豆酸乳酸酯、二乙二醇单丁醚和对甲苯磺酸一水合物加入到反应器中，加热反应；反应结束后纯化得二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯；(3)第三步加成反应：将DOPO和步骤(3)中得到的二乙二醇单丁醚
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巴豆酸乳酸酯加入到反应器中，加热反应，反应结束后纯化得到乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂。2.如权利要求1所述的生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂的制备方法，其特征是：步骤(1)中对甲苯磺酸一水合物用量为L
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乳酸和巴豆酸总质量的0.7～0.9％；和/或，步骤(1)中反应温度为120～140℃；和/或，步骤(1)中反应时间为3～5小时。3.如权利要求1所述的生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂的制备方法，其特征是：步骤(1)中纯化方法包括用乙酸乙酯萃取粗产物，再用去离子水洗至中性，通过旋蒸去乙酸乙酯及残留的水。4.如权利要求1所述的生物基乳酸巴豆酸酯阻燃增塑剂的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦春，侯博友，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：