阻燃性热塑性淀粉材料、生质复材及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种阻燃性热塑性淀粉材料，包括：（A1）100重量份的淀粉；（A2）5~75重量份的可塑剂；以及（A3）5~30重量份的有机磷系难燃剂，其中上述有机磷系难燃剂具有式I所示的结构，式I其中X是具有3至12个碳的三价脂肪族碳氢基，R1、R2为各自独立C1~C8的烷基；n为0或1。本发明专利技术亦提供一种阻燃性热塑性淀粉基生质复材及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
阻燃性热塑性淀粉材料、生质复材及其制备方法
本专利技术是有关于一种阻燃性热塑性淀粉（Flame-retardantthermoplasticstarchmaterial）、其生质复材（bio-composite）以及上述生质复材的制备方法。
技术介绍
淀粉是植物储存能量主要形式，存在于谷类、豆类和块茎中。具有价格便宜且为地球蕴含量丰富的天然素材之一，已广泛使用在不同工业应用领域如食品、造纸、纺织以及胶粘剂。原淀粉为部份结晶的微米级颗粒，此颗粒由淀粉分子间存在的庞大氢键作用力形成扩展的网状胶束构成庞大聚集，使其难以进行熔融加工，因而无法如同一般可塑性塑料材料使用热塑加工。过去淀粉常当作塑料的填充剂（Filler），用于添加于一般塑料来降低成本和增加材料的刚性。通过导入多醇（Poly-ol）如甘油（Glycerol）、山梨醇（Sorbitol）、聚氧化乙烯（polyethyleneoxide，PEO）等多醇塑化剂，可破坏淀粉的氢键，使淀粉分子具分子链缠结（ChainEntanglement）以及链运动（ChainMotion）达到热可塑化的特性。此热塑性淀粉（ThermoplasticStarch）就如同其它合成高分子具流动特性，故可适用于一般热塑性塑料的成型与挤出加工技术。其相关专利与论文最早在1980年末被揭露，然而纯的热塑性淀粉材料其机械性能不足，使其在终端应用受限。故之后发展共混体系，主要有热塑性淀粉/可生物降解高分子共混以及热塑性淀粉/聚烯烃共混。台湾地区每年于用于3C及其外围产品的外壳塑料材料超过150万吨，若能发展符合日本生物塑料协会（JBPA）的BiomassPla标章（生物质含量≥25%）的新环保材料，每年将可减少40万吨石化基材料的消耗。在汽车内装件、家用电汽产品以及一些高阶集成电路测试器产品（如手机机壳、Note-PC）对其材料皆有耐燃的需求。由于热塑性淀粉（ThermoplasticStarch）具有容易燃烧和熔融滴落（Meltdripping）的特性，故发展难燃机能性的淀粉基生质复材技术困难度高，需开发符合经济效益的耐燃淀粉基热塑性复合材料，用来取代目前市场主流以耐冲击性聚苯乙烯（HighImpactPolystyrene）、丙烯腈丁二烯苯乙烯（AcrylonitrileButadieneStyrene，ABS）、聚碳酸酯（Polycarbonate,PC）/ABS等石油基工程塑料为材料的汽车内装件、家用电汽产品以及一些高阶集成电路测试器产品的塑件。目前针对耐燃淀粉基复合材料体系的研究的专利及学术论文，例如，CN101851353A、JP2007204656A、Ind.Eng.Chem.Res.2009,48,3150-3157、PolymerDegradationandStability88(2005)138-145、JP2009062450A、JP200929897A、JP2000103970A等，上述研究所使用的阻然剂包括：氢氧化铝（ATH）、氢氧化镁、二氰胺、三聚、氰胺、磷酸胍芳香族磷酸金属盐、芳香族、磷酸酯系（例如间苯二酚双二二甲苯磷酸酯(Resorcinolbis(dixylenylphosphate))、磷酸三苯酯(TPP)、环磷化合物(9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenan-threne-10-oxide，DOPO)）、三氮杂苯（triazin）系、芳香族磷酸酯系、氢氧化铝等化合物的单独或混合使用。上述技术所使用的阻燃剂具有不耐高温操作环境而膨胀爆炸或变质、或是加工性不佳等问题，而磷酸酯系虽可耐高温却存在无法成型的问题。有鉴于此，业界亟需一种具难燃（Flame-retardant，FR）机能性的热塑性淀粉，一方面可减少可塑剂的用量，一方面可达到具有难燃机能功能性的生质复材材料，以提供良好的成型特性与优良的机械性能以及阻燃特性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种兼具阻燃特性和良好的成型特性、机械性能的阻燃性热塑性淀粉材料。本专利技术提供一种阻燃性热塑性淀粉材料，包括：（A1）100重量份的淀粉；（A2）5~75重量份的可塑剂；以及（A3）5~30重量份的有机磷系难燃剂，其中上述有机磷系难燃剂具有式I所示的结构：式I其中X是具有3至12个碳的三价脂肪族碳氢基(trivalentaliphalichydrocarbonradical)，R1、R2为各自独立C1~C8的烷基；n为0或1。本专利技术更提供一种阻燃性热塑性淀粉基生质复材，包括：（A）5~40重量份的上述阻燃性热塑性淀粉；（B）60~90重量份的热塑性高分子；以及（C）3~10重量份的增韧剂。本专利技术尚提供一种阻燃性热塑性淀粉基生质复材的制备方法，包括：将（A1）100重量份的淀粉、（A2）5~75重量份的可塑剂、以及（A3）5~30重量份的有机磷系难燃剂混合并进行一捏合塑化制程，以形成一阻燃性热塑性淀粉（A），其中上述有机磷系难燃剂具有式I所示的结构：式I其中X是具有3至12个碳的三价脂肪族碳氢基，R1、R2为各自独立C1~C8的烷基；n为0或1；以及将（A）5~40重量份的上述阻燃性热塑性淀粉、（B）60~90重量份的热塑性高分子、以及（C）3~10重量份的增韧剂进行一混炼制程，以形成一阻燃性热塑性淀粉基生质复材。本专利技术的优点在于：本专利技术将难燃机能性的热塑性淀粉导入聚碳酸酯基材并加入淀粉兼容的增韧剂，除了可以增加复材基材的韧性，因为具增容效应，经最适化协同组成份的调控，可提升复材的整体物性并达到UL-94V0的阻燃性。因此，本专利技术的耐燃淀粉热塑性复合材料可耐高温加工，并具有良好的成型特性与优良的机械性能以及阻燃特性，可以应用于汽车内装件、家用电器及电子产品等领域，为一种环境友善高强度的耐燃淀粉热塑性复合材料。为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，作详细说明如下：具体实施方式以下是藉由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的优点及功效。本专利技术亦可藉由其它不同的实施方式加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本专利技术所揭示的精神下赋予不同的修饰与变更。本专利技术提供一种阻燃性热塑性淀粉材料（A）包括：（A1）100重量份的淀粉；（A2）5~75重量份，较佳20～45重量份的可塑剂；以及（A3）5~30重量份，较佳10~20重量份的有机磷系难燃剂。在一较佳实施例中，本专利技术所使用的淀粉（A1）可包括但不限于：玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、或上述的组合。本专利技术的阻燃性热塑性淀粉材料所使用的可塑剂（A2）可包括但不限于：水、多醇、或上述的组合。上述多醇（Poly-ol）可例如但不限于：甘油（Glycerol）、山梨醇（Sorbitol）、聚氧化乙烯（polyethyleneoxide，PEO）等多醇塑化剂，可破坏淀粉的氢键，使淀粉分子具分子链缠结（ChainEntanglement）以及链运动（ChainMotion）达到热可塑化的特性。本专利技术的有机磷系难燃剂（A3）具有式I所示的结构：式I其中X是具有3至12个碳的三价脂肪族碳氢基，R1、R2为各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃性热塑性淀粉材料，包括：（A1）100重量份的淀粉；（A2）5~75重量份的可塑剂；以及（A3）5~30重量份的有机磷系难燃剂，其中所述有机磷系难燃剂具有式I所示的结构：式I其中X是具有3至12个碳的三价脂肪族碳氢基，R1、R2为各自独立C1～C8的烷基；n为0或1。FDA00001958711800011.jpg

【技术特征摘要】
2012.06.27 TW 1011229301.一种阻燃性热塑性淀粉基生质复材，包括：(A)5～40重量份的阻燃性热塑性淀粉材料；所述阻燃性热塑性淀粉材料(A)是通过将(A1)100重量份的淀粉、(A2)5～75重量份的可塑剂、以及(A3)5～30重量份的有机磷系难燃剂混合并进行一捏合塑化制程而形成，其中该有机磷系难燃剂具有式I所示的结构：其中X是具有3至12个碳的三价脂肪族碳氢基，R1、R2为各自独立C1～C8的烷基；n为0或1；(B)60～90重量份的热塑性高分子，其中所述热塑性高分子为：聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、或上述的组合；以及(C)3～10重量份的增韧剂。2.如权利要求1所述的阻燃性热塑性淀粉基生质复材，其中所述增韧剂为具有一核壳结构的橡胶系统，且该橡胶系统的壳层部分为聚甲基丙烯酸甲酯；以及该橡胶系统的核心部分为：丙烯酸橡胶、硅丙烯酸橡胶、或上述的组合。3.如权利要求1所述的阻燃性热塑性淀粉基生质复材，是用于汽车内装件、家用电器、或电子产品。4.一种阻燃性热塑性淀粉基生质复材的制备方法，包括：将(A1)100重量份的淀粉、(A2)5～75重量份的可塑剂、以及(A3)5～30重量份的有机磷系难燃剂混合并进行一捏合...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖圣茹，张志仁，钟曜竹，简福明，陈建明，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：