一种具有核-壳结构的壳聚糖微球生物基阻燃剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种具有核

【技术实现步骤摘要】
一种具有核-壳结构的壳聚糖微球生物基阻燃剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及聚合物阻燃领域。更具体地，涉及一种具有核-壳结构的壳聚糖微球生物基阻燃剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]阻燃剂作为一种改善聚合物材料燃烧性能的助剂，在日常生活制品、电子电器制品等产品中应用广泛。传统的阻燃剂阻燃效率高、成本低，但可能会对环境造成不良影响，且其通常来自石化资源。随着全球环境的日益恶化，不可再生的石化资源的枯竭，因此开发环境友好的绿色阻燃剂已成为阻燃剂发展的一个重要方向。生物基化合物以其环保、安全、来源丰富而越来越受到关注，其中已经报道的可以用于聚合物阻燃的天然物质包括壳聚糖、异山梨醇、单宁酸、植酸、木质素等。
[0003]聚乳酸是一种生物可降解聚合物，来源于在自然环境中可完全降解，是一种公认的环境友好型材料。而目前常用于阻燃聚乳酸的阻燃剂包括磷氮类、膨胀型阻燃体系等，其成分大多来源于石油基资源，并且破坏了聚乳酸的环境友好性。近年来，一些生物质阻燃剂备受关注，其中壳聚糖、植酸、蛋白质、氨基酸、海藻酸钠等已经被证实可用于聚合物阻燃。生物基阻燃剂来源于天然的动植物，并且在自然环境下可降解，具有价格低廉、易得、环境友好的优点。

技术实现思路

[0004]基于以上现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种具有核-壳结构的壳聚糖微球生物基阻燃剂，该阻燃剂特有的结构及组成使得其具有环境友好、好的阻燃性以及物理机械性能。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种具有核-壳结构的壳聚糖微球生物基阻燃剂的制备方法。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种具有核-壳结构的壳聚糖微球生物基阻燃剂的应用。
[0007]为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0008]一种具有核-壳结构的壳聚糖微球生物基阻燃剂，所述阻燃剂的结构中包含壳聚糖微球以及包覆在所述壳聚糖微球表面的植酸。
[0009]进一步地，所述阻燃剂的粒径分布在2-6μm之间。
[0010]进一步地，所述壳聚糖微球与植酸间静电吸附。
[0011]进一步地，所述壳聚糖微球与植酸的质量比为1:1-1:5。
[0012]进一步地，所述壳聚糖微球为通过将壳聚糖乳化、交联后，离心、洗涤得到。
[0013]进一步地，所述乳化的方法为：将液体石蜡、壳聚糖溶液、乳化剂混合，搅拌均匀。
[0014]进一步地，所述壳聚糖溶液和液体石蜡的体积比为1:2-1:6，所述壳聚糖溶液与乳
化剂的体积比为6:1-12:1。
[0015]进一步地，所述搅拌的转速为300r/min-900r/min。
[0016]进一步地，所述乳化的时间为1-5小时。
[0017]进一步地，所述交联采用的交联剂选自戊二醛、乙二醛、京尼平中的一种或几种。
[0018]进一步地，所述壳聚糖溶液与交联剂的体积比3:1-6:1。
[0019]进一步地，所述交联的温度为40℃-90℃，时间为3-15小时。
[0020]进一步地，所述壳聚糖溶液中，溶剂为冰醋酸与去离子水按体积比2％-5％的混合。
[0021]进一步地，所述壳聚糖溶液的浓度为3mg/L-10mg/L。
[0022]进一步地，所述离心的转速为6000r/min-10000r/min。
[0023]进一步地，所述洗涤使用的洗涤液为石油醚、异丙醇；其中，石油醚和异丙醇洗涤转速5000r/min-8000r/min。
[0024]进一步地，所述乳化剂为Span80。
[0025]为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0026]一种具有核-壳结构的壳聚糖微球生物基阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
[0027]将所述壳聚糖微球分散在去离子水中，得壳聚糖微球的水溶液；
[0028]向所述壳聚糖微球的水溶液中加入植酸的水溶液，反应后，真空抽滤、洗涤、干燥，得所述阻燃剂。
[0029]进一步地，所述壳聚糖微球的水溶液中，壳聚糖微球的浓度为2.5wt％-12.5wt％。
[0030]进一步地，所述植酸的水溶液中，植酸的浓度为3.5wt％-14wt％。
[0031]进一步地，所述干燥的方式为冷冻干燥或在30-80℃温度真空干燥。
[0032]为达到上述第三个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0033]如上第一个目的所述的阻燃剂在制备塑料制品中的应用。
[0034]进一步地，所述塑料制品的基体材料为聚乳酸。
[0035]进一步地，所述阻燃剂在所述基体材料中的添加量为1-15wt％。
[0036]本专利技术的有益效果如下：
[0037]本专利技术提供的阻燃剂中，壳聚糖、植酸来自生物质，其储备丰富且可再生，并且对环境不会造成污染；阻燃剂中植酸包覆在壳聚糖表面，形成核壳结构，且壳聚糖和植酸之间进一步通过静电力作用结合在一起，合成条件温和且效率高；所得到的阻燃剂直径分布在2-6微米之间，且该阻燃剂特定的结构和组成赋予了其具有好的阻燃性和更高的力学性能。此外，将该阻燃剂用于诸如聚乳酸的基体中可以作为成核剂提高材料结晶度，解决了阻燃剂添加量较大而引起的力学性能下降的问题。
附图说明
[0038]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0039]图1示出实施例1制备得到的阻燃剂的红外谱图。
[0040]图2示出实施例1制备得到的壳聚糖微球(a)、阻燃剂(b)的SEM图。
具体实施方式
[0041]为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。
[0042]实施例1
[0043]三口烧瓶中加入540mL液体石蜡、18mLSpan80、180mL浓度为4mg/L的壳聚糖醋酸溶液，其中醋酸的体积浓度为2％(V/V)，固定搅拌速度为400r/min，常温下乳化1小时；升温至60℃，然后加入36mL浓度为25％的戊二醛溶液，反应6小时。将产物在8000r/min下离心破乳，6000r/min下石油醚洗涤两次，5000r/min下异丙醇洗涤两次，得到黄色固体壳聚糖微球。将黄的固体分散于去离子水溶液中，其质量浓度为2.5wt％；向其中滴加100mL浓度为3.5％的植酸溶液，充分反应后经抽滤洗涤得到阻燃剂。
[0044]该阻燃剂的红外谱图如图1所示，其中CHTM为壳聚糖微球的红外曲线，PA为植酸的红外曲线，PA@CHTM为植酸包覆壳聚糖微球阻燃剂的红外曲线。
[0045]得到的壳聚糖微球的SEM图如图2中a所示，得到的阻燃剂的SEM图如图2中b所示。
[0046]实施例2
[0047]三口烧瓶中加入540mL液体石蜡、18mLSpan80、180mL浓度为6mg/L的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有核-壳结构的壳聚糖微球生物基阻燃剂，其特征在于，所述阻燃剂的结构中包含壳聚糖微球以及包覆在所述壳聚糖微球表面的植酸。2.根据权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于，所述阻燃剂的粒径分布在2-6μm之间；优选地，所述壳聚糖微球与植酸间静电吸附；优选地，所述壳聚糖微球与植酸的质量比为1:1-1:5。3.根据权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于，所述壳聚糖微球为通过将壳聚糖乳化、交联后，离心、洗涤得到。4.根据权利要求3所述的阻燃剂，其特征在于，所述乳化的方法为：将液体石蜡、壳聚糖溶液、乳化剂混合，搅拌均匀；优选地，所述壳聚糖溶液和液体石蜡的体积比为1:2-1:6，所述壳聚糖溶液与乳化剂的体积比为6:1-12:1；优选地，所述搅拌的转速为300r/min-900r/min；优选地，所述乳化的时间为1-5小时。5.根据权利要求3所述的阻燃剂，其特征在于，所述交联采用的交联剂选自戊二醛、乙二醛、京尼平中的一种或几种；优选地，所述壳聚糖溶液与交联剂的体积比3:1-6:1；优选地，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军，任亚静，张胜，谷晓昱，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：