本發(fā)明涉及一種聚生物質(zhì)板材的制備方法，尤其涉及一種具有優(yōu)異強度、韌性及優(yōu)異阻燃性的生物質(zhì)板材的制備方法。
背景技術：
塑料材料雖然擁有較優(yōu)異的性能和廣泛的適用性，但其來源于石油產(chǎn)品且無法降解，在資源危機和環(huán)境污染越發(fā)嚴重的今天，尋找性能優(yōu)良且可再生的替代材料則成為目前材料領域研究的重中之重?，F(xiàn)今的板材用量巨大，且基本仍為塑料板材，開發(fā)具有類似塑料性能的可降解板材將具有巨大的價值。
在目前的可降解材料中，生物質(zhì)來源于自然，且可實現(xiàn)全降解，是最具開發(fā)潛力的可降解材料。目前主要的生物質(zhì)材料品類為淀粉和聚乳酸，淀粉因其便宜的價格和廣泛的來源已被深入研究并通過改性與復合制備了多種生活與工業(yè)用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺陷，它的力學性能差，性能不穩(wěn)定，只能運用于對力學性能要求低的領域。而聚乳酸的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀。聚乳酸（PLA）是脂肪族聚酯，以乳酸（2-羥基丙酸）為基本結(jié)構單元。PLA可通過發(fā)酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸縮聚制得。PLA 及其終端產(chǎn)品可在堆肥條件下自然分解成為CO2和水，降低了固體廢棄物排放量，是一種綠色環(huán)保的生物來源材料。PLA具有類似于聚苯乙烯的力學特性，彎曲模量和拉伸強度較好，可用于作為制備板材的主料，但其熱穩(wěn)定性和抗沖擊性能差，在熱成型加工過程中存在熔體黏度低的缺陷，限制了它的應用。在改善了這些缺點后，PLA將可有望作為塑料材料的最佳替代品可被運用于工業(yè)、民用領域。在聚乳酸的增韌改性研究中，聚乳酸與多種材料復合以達到增韌效果，如淀粉、聚己內(nèi)酯、聚乙烯等，以上增韌方法已被廣泛研究，但由于共混材料本身的強度較低，且和聚乳酸相容性存在較大差異，故增韌效果有限，且嚴重影響聚乳酸復合材料的強度。除此以外，還有多種方法對聚乳酸進行增韌改性。如CN101333333公布的一種增韌型聚乳酸樹脂及其制備方法，該樹脂由聚乳酸基礎樹脂、增韌劑苯乙烯－丙烯酸丁酯－丙烯酸共聚物、抗氧劑B215組成；CN101935390A公布了一種通過將聚丁二酸丁二醇酯的端羥基引發(fā)丙交酯開環(huán)聚合反應后，經(jīng)提純得到所述聚乳酸增韌改性劑，后加入聚乳酸中進行增韌改性的復合材料的制備方法。但總體來看，聚乳酸為主體的材料尤其是以PLA為主的生物質(zhì)板材的力學性能問題仍未完全解決。
除此外，針對板材的使用，阻燃性也是必須考慮的一環(huán)。對于環(huán)保的生物質(zhì)，采用環(huán)保的阻燃方式才可保持材料本身的環(huán)保特性。目前，基于生物質(zhì)的板材主要以聚乳酸材料為主的情況，有關阻燃聚乳酸的研究受到更多關注。除不環(huán)保的鹵系阻燃劑外，多種無鹵、無機、納米阻燃劑均被運用于PLA中。近年來報道的新型阻燃劑包括磷系的磷酸酯、磷化合物等, 氮系的三聚氰胺及其鹽類等, 但單獨使用效果均較差, 而協(xié)同阻燃如磷-氮協(xié)效則可實現(xiàn)較好效果。納米阻燃劑如蒙脫土具有阻斷效應，且其納米尺度可降低復合材料密度、提高機械強度，但量大時容易團聚；膨脹系阻燃劑是效果較好的阻燃體系，其包含酸源(如磷酸銨鹽、磷酸酯等)、碳源(如季戊四醇等富碳多羥基化物)、氣源(胺或酰胺類化合物)3 個部分。不同的體系創(chuàng)新可得到更加適用于PLA的高效環(huán)保膨脹阻燃體系。如在傳統(tǒng)的APP/MA阻燃體系中加入納米填料協(xié)效阻燃, 將石油基成炭劑換成綠色來源的淀粉, 部分酸源由生物基材料等。除此外，新型納米材料如POSS，碳納米管也被用于PLA阻燃。但綜合來看，目前阻燃聚乳酸技術仍很難在阻燃性能、力學性能和環(huán)保性之間找到平衡，尤其是國內(nèi)在具有優(yōu)異性能的聚乳酸材料領域仍出于空白狀態(tài)。開發(fā)新型的具有優(yōu)異力學性能和阻燃性的PLA材料并制備具有優(yōu)異性能的生物質(zhì)板材迫在眉睫。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了生物質(zhì)板材力學性能較差且阻燃性不佳的缺陷，提供一種具有優(yōu)異力學性能和阻燃性能的生物質(zhì)板材。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
一種無鹵阻燃生物質(zhì)板材，由聚乳酸、塑化淀粉、SBS、植物纖維、端羥基聚乳酸、納米鈉基蒙脫土、9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、三聚氰胺氰尿、抗氧劑、抗紫外線劑組成。其中，各組分的質(zhì)量份數(shù)為：
聚乳酸：100份
塑化淀粉：20-40份
SBS：10-20份
植物纖維：5-10份
端羥基聚乳酸：5-10份
納米納基蒙脫土：3-6份
9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物：8-16份
三聚氰胺氰尿：4-8份
抗氧劑：2-4份
抗紫外線劑：2-4份。
進一步，本發(fā)明中所述的聚乳酸為聚L-乳酸，聚D-乳酸、或聚L、D-乳酸組合物，該聚乳酸的分子量最佳為300000-500000g/mol，再次為150000-300000g/mol，再次80000-150000g/mol。
進一步，本發(fā)明中所述的塑化淀粉為甘油塑化的玉米淀粉或木薯淀粉，用于塑化的甘油質(zhì)量為淀粉的20%-35%之間。
進一步，本發(fā)明所述植物纖維為經(jīng)物理或化學處理的竹纖維、木纖維、棉纖維、細菌纖維中的一種，其直徑介于200nm-2μm之間，長徑比介于20-500之間。物理方法可為機械破碎法、蒸汽閃爆法，化學方法可采用酸活化法或堿活化法。
進一步，本發(fā)明中所述的端羥基聚乳酸的分子量為30000-100000g/mol之間，端基中羥基比例占總端基摩爾比介于70-90%之間。
進一步，本發(fā)明所述的納米鈉基蒙脫土為片層粒子，其平均晶片厚度小于25nm，可采用市售納米鈉基蒙脫土，也可采用鈣基蒙脫土改性，改性可用NaCl乙醇溶液、碳酸鈉、焦磷酸鈉、多聚磷酸鈉作為改性劑交換鈣基蒙脫土為鈉基蒙脫土。
進一步，本發(fā)明所述9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物是有機磷類雜環(huán)化合物，具有較高的熱穩(wěn)定性，抗氧化性和優(yōu)良的耐水性，可采用市售產(chǎn)品。
進一步，本發(fā)明所述抗氧劑為抗氧劑BHT、抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑164中的一種或幾種任意比例混合。
進一步，本發(fā)明所述抗紫外線劑為紫外線吸收劑UV-531、UVP-327、UV-9、RMB中的一種或幾種任意比例混合。
進一步，本發(fā)明所述無鹵阻燃生物質(zhì)板材的加工工藝為：
（1）將所有原料均于50度下真空干燥24小時，備用；
（2）將所有原料于60度下于高速混合機內(nèi)共混5-10min, 轉(zhuǎn)速為100-200 rad/min；
（3）將共混后原料投入螺桿擠出機熔融擠出，其熔融擠出溫度為170-200度，螺桿轉(zhuǎn)速為150-250rad/min，停留時間為1-2分鐘。
進一步，此發(fā)明的有益效果是基于所有組分之間的相互作用，如端羥基聚乳酸可與聚乳酸、淀粉相互作用，端羥基聚乳酸在高溫擠出過程中可產(chǎn)生縮聚，促進體系相容性的提高，SBS在體系中起到增韌作用，植物纖維起到增強作用，9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、三聚氰胺氰尿分別作為化學膨脹類阻燃劑中的氣源和酸源，而淀粉既作為阻燃劑中的碳源，也作為板材體系中的降低成本組分，納米納基蒙脫土在其中起到阻隔熱源和增強的作用。
具體實施方式
以下將詳細描述本發(fā)明的示例性實施方法。但這些實施方法僅為示范性目的，而本發(fā)明不限于此。
實施例1
一種無鹵阻燃生物質(zhì)板材，由聚乳酸、塑化淀粉、SBS、植物纖維、端羥基聚乳酸、納米鈉基蒙脫土、9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、三聚氰胺氰尿、抗氧劑、抗紫外線劑組成。其中，各組分的質(zhì)量份數(shù)為：
聚乳酸：100份
塑化淀粉：32份
SBS：15份
植物纖維：8份
端羥基聚乳酸：8份
納米納基蒙脫土：5份
9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物：12份
三聚氰胺氰尿：6份
抗氧劑：3份
抗紫外線劑：3份。
所述的聚乳酸為聚L-乳酸，該聚乳酸的分子量為300000-500000g/mol。
所述的塑化淀粉為甘油塑化的木薯淀粉，用于塑化的甘油質(zhì)量為淀粉的30%。
所述植物纖維為經(jīng)物理處理的竹纖維，其直徑介于400nm-1um之間，長徑比介于20-500之間。所述物理方法可為機械破碎法配合蒸汽閃爆法。
所述的端羥基聚乳酸的分子量為50000-80000g/mol之間，端基中羥基比例占總端基摩爾比為85%。
所述的納米鈉基蒙脫土的平均晶片厚度小于25nm，采用市售納米鈉基蒙脫土。
所述9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物為采用市售產(chǎn)品。
所述抗氧劑為抗氧劑BHT。
所述抗紫外線劑為紫外線吸收劑UV-531。
所述無鹵阻燃生物質(zhì)板材的加工工藝為：
1）將所有原料均于50度下真空干燥24小時，備用；
2）將所有原料于60度下于高速混合機內(nèi)共混6min, 轉(zhuǎn)速為150rad/min；
3）將共混后原料投入螺桿擠出機熔融擠出，其熔融擠出溫度為170-200度，螺桿轉(zhuǎn)速為180rad/min，停留時間為1.5分鐘。
實施例2
一種無鹵阻燃生物質(zhì)板材，由聚乳酸、塑化淀粉、SBS、植物纖維、端羥基聚乳酸、納米鈉基蒙脫土、9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、三聚氰胺氰尿、抗氧劑、抗紫外線劑組成。其中，各組分的質(zhì)量份數(shù)為：
聚乳酸：100份
塑化淀粉：26份
SBS：18份
植物纖維：6份
端羥基聚乳酸：8.5份
納米納基蒙脫土：4份
9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物：10份
三聚氰胺氰尿：5份
抗氧劑：3份
抗紫外線劑：3份。
所述的聚乳酸為聚L-乳酸，該聚乳酸的分子量最佳為180000-400000g/mol。
所述的塑化淀粉為甘油塑化的玉米淀粉，用于塑化的甘油質(zhì)量為淀粉的30%。
所述植物纖維為經(jīng)化學處理的松木纖維，其直徑介于400nm-1.5um之間，長徑比介于20-500之間。所述化學方法為堿液活化后配合酸活化法。
所述的端羥基聚乳酸的分子量為40000-60000g/mol之間，端基中羥基比例占總端基摩爾比為80%。
所述的納米鈉基蒙脫土的平均晶片厚度小于25nm，采用市售納米鈉基蒙脫土。
所述9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物為采用市售產(chǎn)品。
所述抗氧劑為抗氧劑1010。
所述抗紫外線劑為紫外線吸收劑UVP-327。
所述無鹵阻燃生物質(zhì)板材的加工工藝為：
1）將所有原料均于50度下真空干燥24小時，備用；
2）將所有原料于60度下于高速混合機內(nèi)共混8min, 轉(zhuǎn)速為180rad/min；
3）將共混后原料投入螺桿擠出機熔融擠出，其熔融擠出溫度為180-200度，螺桿轉(zhuǎn)速為200rad/min，停留時間為1.5分鐘。
實施例1、2的具體性能數(shù)據(jù)如下：