五種聚乳酸常用的改性阻燃劑

磷系阻燃劑磷系阻燃劑是應(yīng)用廣泛、具有較好實(shí)用性的環(huán)保型阻燃劑。磷系阻燃劑按照不同的組成與結(jié)構(gòu)可分成有機(jī)磷系阻燃劑和無(wú)機(jī)磷系阻燃劑，有機(jī)磷系阻燃劑主要包括磷酸酯、9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)等有機(jī)磷化合物。無(wú)機(jī)磷系阻燃劑主要有紅磷、聚磷酸銨、磷酸鹽等；磷系阻燃劑還可按照使用方式不同，分為添加型和反應(yīng)型兩類(lèi)。添加型磷系阻燃劑是將阻燃劑直接與高分子材料進(jìn)行物理混合，然后加工成復(fù)合阻燃功能材料，反應(yīng)型磷系阻燃劑則是將阻燃基團(tuán)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方式鍵合到高分子材料上實(shí)現(xiàn)阻燃的目的。研究表明，磷系阻燃劑的阻燃機(jī)理為，阻燃劑在高溫時(shí)會(huì)發(fā)生熱解，產(chǎn)生酸性物質(zhì)，酸性物質(zhì)有利于聚乳酸(PLA)聚合物降解形成炭層，阻止熱量向聚合物基體傳遞，并且磷系阻燃劑燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的含磷自由基也可淬滅PLA熱解時(shí)產(chǎn)生的自由基，并可與聚合物基體形成熱穩(wěn)定性很高的聚合物網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)阻燃效果。磷系阻燃劑已廣泛應(yīng)用于PLA等高分子材料的阻燃改性中。目前報(bào)道的用于PLA磷系阻燃劑主要是DOPO與其他化合物反應(yīng)生成的衍生物，如DOPO與環(huán)氧化聚丁二烯、DOPO與肉桂酰胺、DOPO與甲醛等。另外一種磷系阻燃劑是基于聚磷酸銨(APP)的復(fù)配阻燃劑，如將含有聚己內(nèi)酯(PCL)鏈段、PLA鏈段以及苯基次磷酸鹽的離子共聚物與APP復(fù)合，或者將植酸鎳(PA-Ni)、葡甲胺(N)與APP相結(jié)合。這些磷系阻燃劑均能使PLA獲得優(yōu)異的阻燃性能。氮系阻燃劑含氮阻燃劑是一種無(wú)鹵阻燃劑，契合了當(dāng)下阻燃劑綠色環(huán)保的發(fā)展理念。氮系阻燃劑具有低毒、低煙的優(yōu)點(diǎn)，目前比較普遍的有三聚氰胺、雙氰胺、胍鹽及其衍生物等。當(dāng)達(dá)到分解溫度時(shí)，氮系阻燃劑產(chǎn)生的CO2，NH3，N2等不燃性氣體，可稀釋PLA化合物受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體及聚合物周?chē)腛2，同時(shí)由于阻燃劑的分解會(huì)吸收熱量，有效降低了PLA的表面溫度，從而達(dá)到了阻燃的目的。由于在實(shí)際阻燃改性中單獨(dú)使用氮系阻燃劑的阻燃效率低，因此常將氮系阻燃劑與其他類(lèi)型阻燃劑共同使用，利用協(xié)效作用達(dá)到良好的阻燃效果。硅系阻燃劑硅系阻燃劑是含有硅元素的無(wú)鹵環(huán)保型阻燃的材料，不僅可以改善材料的阻燃性能，還可改善材料的力學(xué)性能、加工性能以及耐熱性能等?；诠柘底枞紕┑谋姸鄡?yōu)點(diǎn)，其成為了目前研究的熱點(diǎn)。研究表明，硅系阻燃劑可以在凝聚相中延緩甚至中斷材料的熱分解，從而達(dá)到良好的阻燃效果。硅系阻燃劑產(chǎn)煙量低、安全性高，但單獨(dú)使用時(shí)阻燃效果不佳，一定程度上限制了硅系阻燃劑在阻燃PLA中的應(yīng)用?？蓪⒐柘底枞紕┡c其他阻燃劑復(fù)配進(jìn)行協(xié)效阻燃，所以開(kāi)發(fā)硅系阻燃劑的高效協(xié)同阻燃體系具有非常廣闊的發(fā)展前景。無(wú)機(jī)納米阻燃劑無(wú)機(jī)納米阻燃劑因其特殊的尺寸特征，與普通無(wú)機(jī)粒子相比具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為制備阻燃材料提供了新思路。但無(wú)機(jī)納米粒子單獨(dú)作為阻燃劑使用時(shí)存在添加量大的缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中，通常將無(wú)機(jī)粒子和其它類(lèi)型阻燃劑進(jìn)行復(fù)配以提高阻燃效果。納米鎂鋁水滑石可用于PLA的阻燃，一般采用插層劑對(duì)其插層，制備出氨基磺酸插層水滑石、磷鎢酸插層改性鎂鋁水滑石等，再與膨脹阻燃劑(IFR)復(fù)合，用于阻燃改性PLA，提升PLA的阻燃性能。另外，有機(jī)插層納米蒙脫土有明顯的抑煙作用，可以使PLA/麥秸纖維復(fù)合材料的阻燃性能得到有效改善。近年來(lái)新型納米阻燃劑碳納米管(CNTs)在PLA阻燃領(lǐng)域也有應(yīng)用。例如可將10-羥基-9，10-二氫-9-氧雜-10-膦菲10氧化物(DOPO-OH)共價(jià)嵌至多壁碳納米管(MWCNT)的表面，制備得到DOPO官能化的MWCNT(MWCNT-DOPO-OH)，并通過(guò)熔融共混引入至PLA/磷酸鋁(AHP)體系中，進(jìn)而提高PLA/AHP的阻燃性能。膨脹阻燃劑膨脹阻燃劑(IFR)是一類(lèi)無(wú)毒高效的綠色環(huán)保阻燃劑，IFR以磷、氮、碳三種元素為主要組分，由酸源、氣源和碳源三部分構(gòu)成。目前，用于PLA阻燃改性的膨脹型阻燃體系中，酸源主要是APP；氣源主要有三聚氰胺(MA)、三嗪衍生物、尿素等；碳源有多羥基聚合物淀粉(ST)、木質(zhì)素(LIG)、纖維素等。IFR可以提高PLA的成炭量，有效降低燃燒熔滴現(xiàn)象。IFR阻燃PLA的阻燃機(jī)理為，PLA在燃燒時(shí)其表面的炭和泡沫會(huì)進(jìn)行膨脹，產(chǎn)生多泡沫炭層，表面的多泡沫炭層阻礙下層材料燃燒。由于IFR具有良好的隔熱抑煙效果，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。生物質(zhì)阻燃劑近幾年，隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益提高，人們開(kāi)始逐漸將研究方向轉(zhuǎn)移到利用生物質(zhì)阻燃劑來(lái)改善PLA的阻燃性能。常見(jiàn)的生物質(zhì)阻燃劑包括淀粉、纖維素、環(huán)糊精等。生物質(zhì)阻燃劑因含大量活性羥基，加入PLA后在燃燒時(shí)交聯(lián)成炭，形成多孔炭層，從而達(dá)到阻燃的目的。但生物質(zhì)材料單獨(dú)使用同樣存在添加量大、相容性差等問(wèn)題，因此對(duì)生物質(zhì)材料進(jìn)行改性具有重大意義。生物質(zhì)阻燃劑一般與其他阻燃劑復(fù)配使用：例如可采用五氧化二磷、甲磺酸、三聚氰胺對(duì)生物質(zhì)阻燃劑殼聚糖進(jìn)行改性，然后將改性殼聚糖和三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)復(fù)配，形成IFR；將磷系阻燃劑二乙基