聚乳酸阻燃发泡材料的研究

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聚乳酸(Polylactic acid,PLA)作为一种以生物资源为原料人工合成的生物可降解高分子材料,最有可能替代传统石油基聚合物的生物基材料,引起了广泛的研究关注。采用超临界二氧化碳发泡技术制备PLA微孔发泡聚合物材料能有效改善PLA的韧性,拓宽PLA的应用。然而聚乳酸和其它高分子材料一样,易于燃烧,阻燃性能只有UL-94HB级,极限氧指数(LOI)为19.0%,且熔滴现象严重。随着人们对安全的重视,聚乳酸阻燃性能的提高已经成为其应用领域扩大必须解决的问题之一。大量研究表明,膨胀体系阻燃效率基本上都需要添加25%以上,才能使材料达到UL-94V0级别,这将加大聚乳酸发泡的难度。如何在大幅提高聚乳酸的阻燃性的同时还能得到很好的发泡效果是本文的研究目的。本文采用熔融共混技术,将一种商用无卤膨胀型阻燃剂(FR,100D)和三种不同的协效剂(石墨烯,淀粉,PTFE)进行复合用于聚乳酸(PLA)阻燃,期望在较少的阻燃剂添加量时获得高效阻燃的效果,提高抗熔滴性,同时获得良好的发泡效果。结果表明:(1)无卤膨胀型阻燃剂(FR,100D)在聚乳酸基体中分散均匀,阻燃效果明显,在添加量为5wt%时,PLA/FR复合材料的阻燃性能就达到UL-94V0级,且在阻燃剂的添加量为10wt%时,得到的发泡材料的膨胀倍率达到了28,同时改善了聚乳酸的泡孔形态,得到了良好的发泡效果,但FR(100D)成炭性能较差,PLA/FR体系的抗熔滴性能没有太大提高。无机成炭剂石墨烯的加入能够明显改善体系的成炭性,提高体系的抗熔滴能力,但是对PLA体系的发泡行为具有较明显的负面影响,加大了体系的发泡难度。(2)天然高分子成炭剂淀粉的加入,提高了PLA复合材料的热稳定性能,显著改善PLA/FR体系的成炭能力和碳层质量,PLA复合材料体系的LOI值达到了30.6%,同时得到了膨胀倍率和泡孔形态优异的发泡材料。(3)高聚物抗滴落剂PTFE的加入,在加工过程中形成的短纤维结构提高了PLA复合材料体系的熔体强度,进而提高了PLA/FR体系的成炭能力和碳层质量,体系的抗熔滴性能也略有提高,同时得到了泡孔形态良好的复合材料,但是发泡材料整体的泡孔膨胀倍率不高。
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