一種沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜及其制備方法。本發明的聚乳酸薄膜由聚乳酸基體樹脂與沸石咪唑酯骨架材料ZIF?8組成。沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜采用溶液共混的方法將聚乳酸的三氯甲烷溶液與ZIF?8的三氯甲烷分散液按照一定的配比進行共混，利用自動涂膜機將混合液于干凈的玻璃板上涂膜，室溫下待三氯甲烷揮發完全后制得。本發明的增強阻燃聚乳酸薄膜組分簡單，可生物降解，以沸石咪唑酯骨架材料ZIF?8為阻燃劑，在添加較少增強材料的條件下，顯著增強了聚乳酸薄膜的阻燃性能，同時拉伸強度有所提高，而且能夠以透明薄膜的形式存在，滿足不同的生產需要。
【專利說明】
一種沸石咪唑酯骨架材料増強阻燃聚乳酸薄膜及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及聚乳酸材料的阻燃和增強技術領域，具體涉及一種沸石咪唑酯骨架材 料增強阻燃聚乳酸薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚乳酸(PLA)來源充分，生產過程無污染，可生物降解，具有良好的物理性能和生 物相容性，受到廣泛關注。但是PLA由于脆性高，熱變形溫度低，抗沖擊性差等缺陷，限制了 其進一步的發展應用。
[0003] 阻燃增強聚乳酸一般是在聚乳酸中加入阻燃劑。納米級多孔材料具有納米效應、 較大的比表面積、良好的分散性、較強的界面結構效應等其他填料無法比擬的優點。復合無 機納米材料的聚乳酸，其結晶性、機械性能、熱性能和阻燃性能均有提高。Hapuar a ch ch i和 Pei js在PLA基體中添加海泡石納米纖維(Sep)，Sep起到了隔熱作用，并促進成碳，使得PLA 的熱分解溫度略有升高，此外Sep同碳納米管混合后添加到PLA基體中，能夠有效地降低復 合材料的最大熱釋放速率，提高了 PLA的阻燃性能（Hapuarachchi T D和Peijs T.， Composites Part A:Applied Science and Manufacturing，2010，41(8)，954-963·)〇 Gaelic和Serge研究了碳納米管(MWNTs)與膨脹系阻燃劑協同阻燃聚乳酸的性能，發現當聚 磷酸銨(APP)/三聚氰胺(MA)/MWNTs的質量比為25/5/1時，聚乳酸復合材料的極限氧指數可 達到32%，且燃燒過程中無恪滴，阻燃性能優異（Gae丨丨eF和Serge B.，Journal of Applied Polymer Science，2009，113(6)，3860-3865·)〇
[0004] 金屬有機骨架材料(MOFs)具有獨特的孔道結構、表面積較大、結構可調控、種類多 樣等優點，現已被廣泛應用于吸附、分離、催化等領域。MOFs常被作為添加劑用于增強PLA的 機械性能（Elangovan D等，Polymer International ,2012,61(1)，30_37)。沸石咪唑酯骨架 材料(ZIF-8)是MOFs的一種，是以鋅為配位中心，二甲基咪唑為配體組成的一種新型的具有 沸石拓撲結構的納米級多孔材料。將ZIF-8作為阻燃劑與聚乳酸復合，增強聚乳酸的阻燃性 能未見報道。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜及其制備方 法。該聚乳酸薄膜以沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)為阻燃劑，由聚乳酸基體樹脂與ZIF-8組 成，不僅能夠在添加較少增強材料的條件下提高材料的阻燃和力學性能，而且以透明薄膜 的形式存在，滿足不同的生產需要。
[0006] 為實現上述目的，本發明的技術解決方案為：
[0007] -種沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜，所述的沸石咪唑酯骨架材料增強 阻燃聚乳酸薄膜由聚乳酸基體樹脂與沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8組成，所述的聚乳酸基體 樹脂與ZIF-8的質量比為(99.8~97) :(0.2~3)。
[0008] 本發明還提供上述沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜的制備方法，具體步 驟如下：將聚乳酸置于三氯甲烷中攪拌至完全溶解，ZIF-8置于三氯甲烷中超聲分散，將聚 乳酸溶液與ZIF-8超聲分散液混合并攪拌均勻，之后在玻璃板上鋪膜，干燥使三氯甲烷揮發 完全，最后脫模，即制得沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜。
[0009]本發明中，沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8按已有的方法制備，可參考文獻【龔金華，王 臣輝，卞子君，等.多孔材料表面修飾聚酰亞胺非對稱混合基質膜對〇)2/犯和〇)2/〇1 4的氣體 分離[J].物理化學學報，2015,31(10): 1963-1970.】制備，即以甲醛為溶劑，利用硝酸鋅與 二甲基咪唑制得。
[0010]為使聚乳酸溶解完全，聚乳酸在三氯甲烷中的攪拌時間不少于2h。
[0011] ZIF-8在三氯甲烷中不易分散，其在三氯甲烷中的超聲分散時間不少于30min。
[0012] 在將聚乳酸溶液與ZIF-8超聲分散液混合時，為實現二者的均勻混合，其攪拌時間 不少于4h。
[0013] 為保證最終制得的聚乳酸薄膜優異的透明性，在涂膜過程中，控制涂膜厚度為1~ 2mm 〇
[0014] 本發明首次將沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8作為阻燃劑，添加到聚乳酸基體樹脂中， 意外地發現在聚乳酸中添加少量的ZIF-8，其力學性能提高的同時，復合材料的阻燃性能也 顯著增強，并且ZIF-8為無鹵阻燃劑，綠色環保。本發明的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚 乳酸薄膜透明性良好，制備工藝簡單，易操作。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合實施例對本發明作進一步詳述。
[0016] 實施例1
[0017]稱取9.98g聚乳酸溶解于40mL三氯甲烷中，磁力攪拌2h使其充分溶解。稱取0.02g ZIF-8分散于20mL三氯甲烷中，超聲2h使之分散均勻。隨后將兩分散液混合攪拌，共混4h。用 自動涂膜機將混合溶液于玻璃板上涂成l_2mm的薄膜，隨后在室溫下令三氯甲烷自然揮發 24h，用溫水脫模后于60°C下真空干燥48h，制得本發明的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚 乳酸薄膜。按GB/T2863-2010標準實驗方法測定，極限氧指數為23.5，按GB/T1040.3-2006標 準實驗方法測定拉伸強度為57.32MPa。
[0018] 實施例2
[0019] 稱取9.95g聚乳酸溶解于40mL三氯甲烷中，磁力攪拌2h使其充分溶解。稱取0.05g ZIF-8分散于20mL三氯甲烷中，超聲2h使之分散均勻。隨后將兩分散液混合攪拌，共混4h。用 自動涂膜機將混合溶液于玻璃板上涂成l_2mm的薄膜，隨后在室溫下令三氯甲烷自然揮發 24h，用溫水脫模后于60°C下真空干燥48h，制得本發明的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚 乳酸薄膜。按GB/T2863-2010標準實驗方法測定，極限氧指數為24.5，按GB/T1040.3-2006標 準實驗方法測定拉伸強度為58.25MPa。
[0020] 實施例3
[0021]稱取9.9g聚乳酸溶解于40mL三氯甲烷中，磁力攪拌2h使其充分溶解。稱取O.lg ZIF-8分散于20mL三氯甲烷中，超聲2h使之分散均勻。隨后將兩分散液混合攪拌，共混4h。用 自動涂膜機將混合溶液于玻璃板上涂成l_2mm的薄膜，隨后在室溫下令三氯甲烷自然揮發 24h，用溫水脫模后于60°C下真空干燥48h，制得本發明的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚 乳酸薄膜。按GB/T2863-2010標準實驗方法測定，極限氧指數為26.0，按GB/T1040.3-2006標 準實驗方法測定拉伸強度為56.83MPa。
[0022] 實施例4
[0023]稱取9.7g聚乳酸溶解于40mL三氯甲烷中，磁力攪拌2h使其充分溶解。稱取0.3g ZIF-8分散于20mL三氯甲烷中，超聲2h使之分散均勻。隨后將兩分散液混合攪拌，共混4h。用 自動涂膜機將混合溶液于玻璃板上涂成l_2mm的薄膜，隨后在室溫下令三氯甲烷自然揮發 24h，用溫水脫模后于60°C下真空干燥48h，制得本發明的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚 乳酸薄膜。按GB/T2863-2010標準實驗方法測定，極限氧指數為22.5，按GB/T1040.3-2006標 準實驗方法測定拉伸強度為51.99MPa。
[0024] 對比例1
[0025]稱取10g聚乳酸溶解于60mL三氯甲烷中，磁力攪拌6h使其充分溶解。用自動涂膜機 將溶液于玻璃板上涂成1.5mm的薄膜，隨后在室溫下令三氯甲烷自然揮發24h，用溫水脫模 后于60°C下真空干燥48h，制得純聚乳酸薄膜。按GB/T2863-2010標準實驗方法測定，極限氧 指數為20.5，按GB/T1040.3-2006標準實驗方法測定拉伸強度為53.15MPa。
[0026] 對比例2
[0027]稱取9.5g聚乳酸溶解于40mL三氯甲烷中，磁力攪拌2h使其充分溶解。稱取0.5g ZIF-8分散于20mL三氯甲烷中，超聲2h使之分散均勻。隨后將兩分散液混合攪拌，共混4h。用 自動涂膜機將混合溶液于玻璃板上涂成l_2mm的薄膜，隨后在室溫下令三氯甲烷自然揮發 24h，用溫水脫模后于60°C下真空干燥48h，制得本發明的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚 乳酸薄膜。按GB/T2863-2010標準實驗方法測定，極限氧指數為21.5,按GB/T1040.3-2006標 準實驗方法測定拉伸強度為41.25MPa。
[0028]通過比較實施例1~4和對比例1可知，ZIF-8的加入提高了聚乳酸薄膜的極限氧指 數，可顯著增強聚乳酸薄膜的阻燃性能。通過比較實施例1~4和對比例2可知，聚乳酸基體 樹脂與ZIF-8的質量比為(99.8~97) :(0.2~3)時，聚乳酸薄膜的阻燃性能增強的同時，拉 伸強度也顯著提升。綜上所述，沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8作為阻燃劑，與聚乳酸復合，當聚 乳酸與ZIF-8的質量比在本發明范圍內，聚乳酸薄膜的力學性能有效提高的同時，復合材料 的阻燃性能也顯著增強，并保持了良好的透明性。
【主權項】
1. 一種沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜，其特征在于，所述的沸石咪唑酯骨 架材料增強阻燃聚乳酸薄膜由聚乳酸基體樹脂與沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8按質量比為 (99.8 ~97):(0.2 ~3)組成。2. 根據權利要求1所述的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜的制備方法，其特 征在于，具體步驟如下：將聚乳酸置于三氯甲烷中攪拌至完全溶解，ZIF-8置于三氯甲烷中 超聲分散，將聚乳酸溶液與ZIF-8超聲分散液混合并攪拌均勻，之后在玻璃板上鋪膜，干燥 使三氯甲烷揮發完全，最后脫模，即制得沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜。3. 根據權利要求2所述的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜的制備方法，其特 征在于，聚乳酸在三氯甲烷中的攪拌時間不少于2h。4. 根據權利要求2所述的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜的制備方法，其特 征在于，ZIF-8在三氯甲烷中的超聲分散時間不少于30min。5. 根據權利要求2所述的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜的制備方法，其特 征在于，聚乳酸溶液與ZIF-8超聲分散液混合時，攪拌時間不少于4h。6. 根據權利要求2所述的沸石咪唑酯骨架材料增強阻燃聚乳酸薄膜的制備方法，其特 征在于，涂膜厚度為1~2mm。
【文檔編號】C08J5/18GK105885372SQ201610305976
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】王新龍, 石小衛, 代秀, 曹雨, 李嘉瑋, 霍長安
【申請人】南京理工大學