本發(fā)明涉及無鹵阻燃高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一步法制備的無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)，是低碳經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，可持續(xù)發(fā)展成為主題，環(huán)保理念深入人心，國(guó)家政策導(dǎo)向也開始將重點(diǎn)放在環(huán)保方面。汽車及塑料行業(yè)成為峰尖浪頭，2009年開始，我國(guó)成為了汽車及塑料的生產(chǎn)與消費(fèi)第一大國(guó)。在國(guó)際環(huán)保形勢(shì)壓力下，我國(guó)以開始大力發(fā)展易降解塑料生物塑料，聚乳酸行業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。無論在聚乳酸合成工業(yè)，還是加工改性行業(yè)，聚乳酸(PLA)技術(shù)日趨成熟。然而，聚乳酸屬于線性聚合物，因此在力學(xué)性能、耐熱性能及抗老化性等方面存在不足，而傳統(tǒng)改性方法無論是納米粒子填充、纖維增強(qiáng)或是彈性體填充都難以保證性能穩(wěn)定，同時(shí)大幅度降低了PLA材料原有的耐熱性，高剛性及易降解性；此外，聚乳酸材料結(jié)晶速度慢，成型周期長(zhǎng)，制品往往出現(xiàn)明顯的后收縮，如果應(yīng)用于汽車內(nèi)飾領(lǐng)域，會(huì)因?yàn)槌叽鐔栴}，在配件裝配及長(zhǎng)期使用過程中出現(xiàn)脫落、褪色，影響應(yīng)用范圍。另外，由于聚乳酸材料屬于脂肪族聚酯，端基含有大量的COOH及-OH基團(tuán)，活潑氫容易導(dǎo)致分子量降低，在光、熱及潮濕環(huán)境下容易發(fā)生材料降解，因此使用壽命也是限制PLA材料在汽車內(nèi)飾領(lǐng)域大范圍應(yīng)用的致命因素。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種力學(xué)性能好，強(qiáng)度高的一步法制備的無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種一步法制備的無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的組分制成：聚乳酸30-60、玻璃纖維20-40、DOPO(9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物)8-10、抗氧劑0.5、擴(kuò)鏈劑3-5、增韌劑5-10、三嗪成炭劑3-5、協(xié)效劑1-5、過氧化二異丙苯0.02-0.1、結(jié)晶促進(jìn)劑0.5-1、高分子成核劑0.5-1、增粘劑1-4、硫酸鈣晶須2-3、潤(rùn)滑劑0.5-2、納米碳化硅1-3、石墨烯微片0.01-0.05、鄰苯二甲酸二辛酯1-3。
所述的抗氧劑選用抗氧劑AS4500。
所述的擴(kuò)鏈劑選用SAG-008擴(kuò)鏈劑。
所述的增韌劑選用增韌劑POE。
所述的三嗪成炭劑選用CFA三嗪成炭劑。
所述的協(xié)效劑選用季磷鹽插層改性蒙脫土。
所述的結(jié)晶促進(jìn)劑選用聚乙二醇。
所述的高分子成核劑選用聚3-甲基丁烯-1、聚乙烯基環(huán)硅烷、聚乙烯基環(huán)烷、聚丙烷中的一種或幾種的混合物。
所述的增粘劑是由以下重量的組分制成：乙二醇80g、鉑化合物2g、硅烷偶聯(lián)劑2g、苯甲酸鈉鹽2g、瀝青5g、丙烯酸正丁酯3g、十二烷基硫醇3g、蟲膠樹脂4g、微晶蠟2g、納米級(jí)電氣石粉體3g、純丙乳液5g；該增粘劑專門針對(duì)再生PA6T熔體進(jìn)行配置，增粘速度快，效果好。
上述增粘劑的制備方法如下：
(1)按上述配方量稱取各組分，首先將乙二醇、丙烯酸正丁酯及十二烷基硫醇投入反應(yīng)釜中，加熱至50-60℃，于轉(zhuǎn)速120-135轉(zhuǎn)/分鐘，連續(xù)攪拌5-10分鐘，制得溶液a待用；
(2)將苯甲酸鈉鹽、瀝青、蟲膠樹脂、微晶蠟及納米級(jí)電氣石粉體加入到溶液a中，邊攪拌邊加熱，至溫度達(dá)到80-90℃保溫2小時(shí)，制得溶液b待用；
上述攪拌速度控制在90-110轉(zhuǎn)/分鐘。
(3)將純丙乳液投入溶液b中，攪拌均勻，攪拌速度保持在1200轉(zhuǎn)/分鐘左右，攪拌30分鐘，制得溶液c待用；
(4)將溶液c的溫度控制在40-45℃，然后加入鉑化合物和硅烷偶聯(lián)劑，攪拌均勻，冷卻至室溫，出釜得到增粘劑。
一步法制備無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料的方法，步驟如下：
(1)將玻璃纖維、三嗪成炭劑、協(xié)效劑、硫酸鈣晶須、納米碳化硅和石墨烯微片送入轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行混合攪拌，同時(shí)將轉(zhuǎn)鼓加溫至80-120℃，時(shí)間在40分鐘，壓力在150-200Mpa，取出得到混合料；
(2)將高分子類成核劑與聚乳酸混合均勻，然后依次加入結(jié)晶促進(jìn)劑、潤(rùn)滑劑、擴(kuò)鏈劑、DOPO、抗氧劑、增韌劑、過氧化二異丙苯、增粘劑和鄰苯二甲酸二辛酯，在高速混合機(jī)中混合2～8min，用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出造粒。
上述擠出機(jī)溫度設(shè)定為：250±5℃、260±5℃、265±5℃、265±5℃，螺桿轉(zhuǎn)速為90～150rpm，造粒各段螺桿溫度設(shè)置為：250±5℃、265±5℃、270±5℃、280±5℃。
高分子類成核劑和結(jié)晶促進(jìn)劑是促進(jìn)聚合物結(jié)晶并改善其晶粒結(jié)構(gòu)的新功能助劑，可使聚合物異相成核，改進(jìn)材料的剛度、耐磨性和加工性能，提高其結(jié)晶度和結(jié)晶速率，降低其晶粒尺寸，減小晶體缺陷，使結(jié)晶更完善，從而在一定程度上提高共混物的剛性、耐磨性和耐電性能，改善熔體流動(dòng)性，易于擠出、注塑成型加工。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明組分較為簡(jiǎn)單，配比合理，通過加入成核劑、增粘劑，可使聚合物異相成核，改進(jìn)材料的耐高溫性能、耐磨性和加工性能，從而改變聚酯的特性粘度、熔點(diǎn)及其分子鏈結(jié)構(gòu)，提高PLA的品質(zhì)，增強(qiáng)PLA材料的整體強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例1
一種一步法制備的無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料，由以下重量的組分制成：聚乳酸45kg、玻璃纖維30kg、DOPO 9kg、抗氧劑0.5kg、擴(kuò)鏈劑4kg、增韌劑7.5kg、三嗪成炭劑4kg、協(xié)效劑3.5kg、過氧化二異丙苯0.05kg、結(jié)晶促進(jìn)劑0.7kg、高分子成核劑0.75kg、增粘劑2.5kg、硫酸鈣晶須2.5kg、潤(rùn)滑劑0.8kg、納米碳化硅2kg、石墨烯微片0.03kg、鄰苯二甲酸二辛酯5kg。
所述的抗氧劑選用抗氧劑AS4500。
所述的擴(kuò)鏈劑選用SAG-008擴(kuò)鏈劑。
所述的增韌劑選用增韌劑POE。
所述的三嗪成炭劑選用CFA三嗪成炭劑。
所述的協(xié)效劑選用季磷鹽插層改性蒙脫土。
所述的結(jié)晶促進(jìn)劑選用聚乙二醇。
所述的高分子成核劑選用聚3-甲基丁烯-1。
所述的增粘劑是由以下重量的組分制成：乙二醇80g、鉑化合物2g、硅烷偶聯(lián)劑2g、苯甲酸鈉鹽2g、瀝青5g、丙烯酸正丁酯3g、十二烷基硫醇3g、蟲膠樹脂4g、微晶蠟2g、納米級(jí)電氣石粉體3g、純丙乳液5g；該增粘劑專門針對(duì)再生PA6T熔體進(jìn)行配置，增粘速度快，效果好。
上述增粘劑的制備方法如下：
(1)按上述配方量稱取各組分，首先將乙二醇、丙烯酸正丁酯及十二烷基硫醇投入反應(yīng)釜中，加熱至50-60℃，于轉(zhuǎn)速120-135轉(zhuǎn)/分鐘，連續(xù)攪拌5-10分鐘，制得溶液a待用；
(2)將苯甲酸鈉鹽、瀝青、蟲膠樹脂、微晶蠟及納米級(jí)電氣石粉體加入到溶液a中，邊攪拌邊加熱，至溫度達(dá)到80-90℃保溫2小時(shí)，制得溶液b待用；
上述攪拌速度控制在90-110轉(zhuǎn)/分鐘。
(3)將純丙乳液投入溶液b中，攪拌均勻，攪拌速度保持在1200轉(zhuǎn)/分鐘左右，攪拌30分鐘，制得溶液c待用；
(4)將溶液c的溫度控制在40-45℃，然后加入鉑化合物和硅烷偶聯(lián)劑，攪拌均勻，冷卻至室溫，出釜得到增粘劑。
一步法制備無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料的方法，步驟如下：
(1)將玻璃纖維、三嗪成炭劑、協(xié)效劑、硫酸鈣晶須、納米碳化硅和石墨烯微片送入轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行混合攪拌，同時(shí)將轉(zhuǎn)鼓加溫至80-120℃，時(shí)間在40分鐘，壓力在150-200Mpa，取出得到混合料；
(2)將高分子類成核劑與聚乳酸混合均勻，然后依次加入結(jié)晶促進(jìn)劑、潤(rùn)滑劑、擴(kuò)鏈劑、DOPO、抗氧劑、增韌劑、過氧化二異丙苯、增粘劑和鄰苯二甲酸二辛酯，在高速混合機(jī)中混合2～8min，用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出造粒。
上述擠出機(jī)溫度設(shè)定為：250±5℃、260±5℃、265±5℃、265±5℃，螺桿轉(zhuǎn)速為90～150rpm，造粒各段螺桿溫度設(shè)置為：250±5℃、265±5℃、270±5℃、280±5℃。
實(shí)施例2
一種一步法制備的無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料，由以下重量的組分制成：聚乳酸60kg、玻璃纖維20kg、DOPO 10kg、抗氧劑0.5kg、擴(kuò)鏈劑3kg、增韌劑10kg、三嗪成炭劑3kg、協(xié)效劑5kg、過氧化二異丙苯0.02kg、結(jié)晶促進(jìn)劑1kg、高分子成核劑0.5kg、增粘劑4kg、硫酸鈣晶須2kg、潤(rùn)滑劑2kg、納米碳化硅1kg、石墨烯微片0.05kg、鄰苯二甲酸二辛酯1kg。
所述的抗氧劑選用抗氧劑AS4500。
所述的擴(kuò)鏈劑選用SAG-008擴(kuò)鏈劑。
所述的增韌劑選用增韌劑POE。
所述的三嗪成炭劑選用CFA三嗪成炭劑。
所述的協(xié)效劑選用季磷鹽插層改性蒙脫土。
所述的結(jié)晶促進(jìn)劑選用聚乙二醇。
所述的高分子成核劑選用聚乙烯基環(huán)烷。
所述的增粘劑是由以下重量的組分制成：乙二醇80g、鉑化合物2g、硅烷偶聯(lián)劑2g、苯甲酸鈉鹽2g、瀝青5g、丙烯酸正丁酯3g、十二烷基硫醇3g、蟲膠樹脂4g、微晶蠟2g、納米級(jí)電氣石粉體3g、純丙乳液5g；該增粘劑專門針對(duì)再生PA6T熔體進(jìn)行配置，增粘速度快，效果好。
上述增粘劑的制備方法如下：
(1)按上述配方量稱取各組分，首先將乙二醇、丙烯酸正丁酯及十二烷基硫醇投入反應(yīng)釜中，加熱至50-60℃，于轉(zhuǎn)速120-135轉(zhuǎn)/分鐘，連續(xù)攪拌5-10分鐘，制得溶液a待用；
(2)將苯甲酸鈉鹽、瀝青、蟲膠樹脂、微晶蠟及納米級(jí)電氣石粉體加入到溶液a中，邊攪拌邊加熱，至溫度達(dá)到80-90℃保溫2小時(shí)，制得溶液b待用；
上述攪拌速度控制在90-110轉(zhuǎn)/分鐘。
(3)將純丙乳液投入溶液b中，攪拌均勻，攪拌速度保持在1200轉(zhuǎn)/分鐘左右，攪拌30分鐘，制得溶液c待用；
(4)將溶液c的溫度控制在40-45℃，然后加入鉑化合物和硅烷偶聯(lián)劑，攪拌均勻，冷卻至室溫，出釜得到增粘劑。
一步法制備無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料的方法，步驟如下：
(1)將玻璃纖維、三嗪成炭劑、協(xié)效劑、硫酸鈣晶須、納米碳化硅和石墨烯微片送入轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行混合攪拌，同時(shí)將轉(zhuǎn)鼓加溫至80-120℃，時(shí)間在40分鐘，壓力在150-200Mpa，取出得到混合料；
(2)將高分子類成核劑與聚乳酸混合均勻，然后依次加入結(jié)晶促進(jìn)劑、潤(rùn)滑劑、擴(kuò)鏈劑、DOPO、抗氧劑、增韌劑、過氧化二異丙苯、增粘劑和鄰苯二甲酸二辛酯，在高速混合機(jī)中混合2～8min，用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出造粒。
上述擠出機(jī)溫度設(shè)定為：250±5℃、260±5℃、265±5℃、265±5℃，螺桿轉(zhuǎn)速為90～150rpm，造粒各段螺桿溫度設(shè)置為：250±5℃、265±5℃、270±5℃、280±5℃。
實(shí)施例3
一種一步法制備的無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料，由以下重量的組分制成：聚乳酸30kg、玻璃纖維40kg、DOPO 8kg、抗氧劑0.5kg、擴(kuò)鏈劑5kg、增韌劑5kg、三嗪成炭劑5kg、協(xié)效劑1kg、過氧化二異丙苯0.1kg、結(jié)晶促進(jìn)劑0.5kg、高分子成核劑1kg、增粘劑1kg、硫酸鈣晶須3kg、潤(rùn)滑劑0.5kg、納米碳化硅3kg、石墨烯微片0.01kg、鄰苯二甲酸二辛酯3kg。
所述的抗氧劑選用抗氧劑AS4500。
所述的擴(kuò)鏈劑選用SAG-008擴(kuò)鏈劑。
所述的增韌劑選用增韌劑POE。
所述的三嗪成炭劑選用CFA三嗪成炭劑。
所述的協(xié)效劑選用季磷鹽插層改性蒙脫土。
所述的結(jié)晶促進(jìn)劑選用聚乙二醇。
所述的高分子成核劑選用聚乙烯基環(huán)硅烷。
所述的增粘劑是由以下重量的組分制成：乙二醇80g、鉑化合物2g、硅烷偶聯(lián)劑2g、苯甲酸鈉鹽2g、瀝青5g、丙烯酸正丁酯3g、十二烷基硫醇3g、蟲膠樹脂4g、微晶蠟2g、納米級(jí)電氣石粉體3g、純丙乳液5g；該增粘劑專門針對(duì)再生PA6T熔體進(jìn)行配置，增粘速度快，效果好。
上述增粘劑的制備方法如下：
(1)按上述配方量稱取各組分，首先將乙二醇、丙烯酸正丁酯及十二烷基硫醇投入反應(yīng)釜中，加熱至50-60℃，于轉(zhuǎn)速120-135轉(zhuǎn)/分鐘，連續(xù)攪拌5-10分鐘，制得溶液a待用；
(2)將苯甲酸鈉鹽、瀝青、蟲膠樹脂、微晶蠟及納米級(jí)電氣石粉體加入到溶液a中，邊攪拌邊加熱，至溫度達(dá)到80-90℃保溫2小時(shí)，制得溶液b待用；
上述攪拌速度控制在90-110轉(zhuǎn)/分鐘。
(3)將純丙乳液投入溶液b中，攪拌均勻，攪拌速度保持在1200轉(zhuǎn)/分鐘左右，攪拌30分鐘，制得溶液c待用；
(4)將溶液c的溫度控制在40-45℃，然后加入鉑化合物和硅烷偶聯(lián)劑，攪拌均勻，冷卻至室溫，出釜得到增粘劑。
一步法制備無鹵阻燃長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PLA復(fù)合材料的方法，步驟如下：
(1)將玻璃纖維、三嗪成炭劑、協(xié)效劑、硫酸鈣晶須、納米碳化硅和石墨烯微片送入轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行混合攪拌，同時(shí)將轉(zhuǎn)鼓加溫至80-120℃，時(shí)間在40分鐘，壓力在150-200Mpa，取出得到混合料；
(2)將高分子類成核劑與聚乳酸混合均勻，然后依次加入結(jié)晶促進(jìn)劑、潤(rùn)滑劑、擴(kuò)鏈劑、DOPO、抗氧劑、增韌劑、過氧化二異丙苯、增粘劑和鄰苯二甲酸二辛酯，在高速混合機(jī)中混合2～8min，用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出造粒。
上述擠出機(jī)溫度設(shè)定為：250±5℃、260±5℃、265±5℃、265±5℃，螺桿轉(zhuǎn)速為90～150rpm，造粒各段螺桿溫度設(shè)置為：250±5℃、265±5℃、270±5℃、280±5℃。
對(duì)實(shí)施例1-實(shí)施例3所得產(chǎn)品，采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其綜合力學(xué)性能和阻燃性能進(jìn)行檢測(cè)，包括拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、Izod缺口沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度。測(cè)試結(jié)果見下表1。
表1
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。