阻燃性熱塑性淀粉材料、生質(zhì)復(fù)材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種阻燃性熱塑性淀粉材料，包括：（A1）100重量份的淀粉；（A2）5~75重量份的可塑劑；以及（A3）5~30重量份的有機磷系難燃劑，其中上述有機磷系難燃劑具有式I所示的結(jié)構(gòu)，式I其中X是具有3至12個碳的三價脂肪族碳氫基，R1、R2為各自獨立C1~C8的烷基；n為0或1。本發(fā)明亦提供一種阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材及其制備方法。
【專利說明】阻燃性熱塑性淀粉材料、生質(zhì)復(fù)材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種阻燃性熱塑性淀粉(Flame-retardant thermo plasticstarch material )、其生質(zhì)復(fù)材(bio-composite)以及上述生質(zhì)復(fù)材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]淀粉是植物儲存能量主要形式，存在于谷類、豆類和塊莖中。具有價格便宜且為地球蘊含量豐富的天然素材之一，已廣泛使用在不同工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域如食品、造紙、紡織以及膠粘劑。原淀粉為部份結(jié)晶的微米級顆粒，此顆粒由淀粉分子間存在的龐大氫鍵作用力形成擴展的網(wǎng)狀膠束構(gòu)成龐大聚集，使其難以進行熔融加工，因而無法如同一般可塑性塑料材料使用熱塑加工。過去淀粉常當作塑料的填充劑(Filler)，用于添加于一般塑料來降低成本和增加材料的剛性。
[0003]通過導(dǎo)入多醇(Poly-ol)如甘油(Glycerol)、山梨醇(Sorbitol)、聚氧化乙烯(polyethylene oxide, PEO)等多醇塑化劑,可破壞淀粉的氫鍵,使淀粉分子具分子鏈纏結(jié)(Chain Entanglement)以及鏈運動(Chain Motion)達到熱可塑化的特性。此熱塑性淀粉(Thermoplastic Starch)就如同其它合成高分子具流動特性,故可適用于一般熱塑性塑料的成型與擠出加工技術(shù)。其相關(guān)專利與論文最早在1980年末被揭露，然而純的熱塑性淀粉材料其機械性能不足，使其在終端應(yīng)用受限。故之后發(fā)展共混體系，主要有熱塑性淀粉/可生物降解高分子共混以及熱塑性淀粉/聚烯烴共混。
[0004]臺灣地區(qū)每年于用于3C及其外圍產(chǎn)品的外殼塑料材料超過150萬噸，若能發(fā)展符合日本生物塑料協(xié)會(JBPA)的BiomassPla標章(生物質(zhì)含量≥25%)的新環(huán)保材料,每年將可減少40萬噸石化基材料的消耗。在汽車內(nèi)裝件、家用電汽產(chǎn)品以及一些高階集成電路測試器產(chǎn)品(如手機機殼、Note-PC)對其材料皆有耐燃的需求。
[0005]由于熱塑性淀粉(Thermoplastic Starch)具有容易燃燒和熔融滴落(Meltdripping)的特性,故發(fā)展難燃機能性的淀粉基生質(zhì)復(fù)材技術(shù)困難度高,需開發(fā)符合經(jīng)濟效益的耐燃淀粉基熱塑性復(fù)合材料，用來取代目前市場主流以耐沖擊性聚苯乙烯(HighImpact Polystyrene)、丙烯臆丁二烯苯乙烯(Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS)>聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)/ABS等石油基工程塑料為材料的汽車內(nèi)裝件、家用電汽產(chǎn)品以及一些高階集成電路測試器產(chǎn)品的塑件。
[0006]目前針對耐燃淀粉基復(fù)合材料體系的研究的專利及學(xué)術(shù)論文，例如，CN101851353A、JP2007204656A、Ind.Eng.Chem.Res.2009, 48，3150-3157、PolymerDegradation and Stability 88 (2005) 138-145、JP2009062450A、JP200929897A、JP2000103970A等，上述研究所使用的阻然劑包括:氫氧化鋁(ATH)、氫氧化鎂、二氰胺、三聚、氰胺、磷酸胍芳香族磷酸金屬鹽、芳香族、磷酸酯系(例如間苯二酚雙二二甲苯磷酸酯(Resorcinol bis (dixylenyl phosphate))、憐酸三苯酯(TPP)、環(huán)憐化合物(9，10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenan-threne-10-oxide,D0P0))、三氮雜苯(triazin)系、芳香族憐酸酯系、氫氧化鋁等化合物的單獨或混合使用。上述技術(shù)所使用的阻燃劑具有不耐高溫操作環(huán)境而膨脹爆炸或變質(zhì)、或是加工性不佳等問題，而磷酸酯系雖可耐高溫卻存在無法成型的問題。
[0007]有鑒于此,業(yè)界亟需一種具難燃(Flame-retardant, FR)機能性的熱塑性淀粉,一方面可減少可塑劑的用量，一方面可達到具有難燃機能功能性的生質(zhì)復(fù)材材料，以提供良好的成型特性與優(yōu)良的機械性能以及阻燃特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的之一在于提供一種兼具阻燃特性和良好的成型特性、機械性能的阻燃性熱塑性淀粉材料。
[0009]本發(fā)明提供一種阻燃性熱塑性淀粉材料，包括:(Al)IOO重量份的淀粉；(A2)5~75重量份的可塑劑；以及(A3) 5^30重量份的有機磷系難燃劑，其中上述有機磷系難燃劑具有式I所示的結(jié)構(gòu):
【權(quán)利要求】
1.一種阻燃性熱塑性淀粉材料，包括: (Al) 100重量份的淀粉； (A2) 5^75重量份的可塑劑；以及 (A3) 5^30重量份的有機磷系難燃劑，其中所述有機磷系難燃劑具有式I所示的結(jié)構(gòu):
2.如權(quán)利要求1所述的阻燃性熱塑性淀粉材料，其中所述三價脂肪族碳氫基具有式I所示的結(jié)構(gòu):
3.如權(quán)利要求1所述的阻燃性熱塑性淀粉材料，其中所述可塑劑為:水、多醇、或上述的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的阻燃性熱塑性淀粉材料，其中所述淀粉為:玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、或上述的組合。
5.一種阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材，包括: (A)5^40重量份的如權(quán)利要求1所述的阻燃性熱塑性淀粉材料； (B)60-90重量份的熱塑性高分子；以及 (C)3~10重量份的增韌劑。
6.如權(quán)利要求5所述的阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材，其中所述熱塑性高分子為--聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚對苯二甲酸、或上述的組合。
7.如權(quán)利要求5所述的阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材，其中所述增韌劑為具有一核殼結(jié)構(gòu)的橡膠系統(tǒng)，且該橡膠系統(tǒng)的殼層部分為聚甲基丙烯酸甲酯；以及該橡膠系統(tǒng)的核心部分為:丙烯酸橡膠、硅丙烯酸橡膠、或上述的組合。
8.如權(quán)利要求5所述的阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材，是用于汽車內(nèi)裝件、家用電器、或電子產(chǎn)品。
9.一種阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材的制備方法，包括: 將(Al) 100重量份的淀粉、(A2) 5^75重量份的可塑劑、以及(A3) 5^30重量份的有機磷系難燃劑混合并進行一捏合塑化制程，以形成一阻燃性熱塑性淀粉(A)，其中該有機磷系難燃劑具有式I所示的結(jié)構(gòu):
10.如權(quán)利要求9所述的阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材的制備方法，其中所述捏合塑化制程的溫度范圍介于6(noo°c。
11.如權(quán)利要求9所述的阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材的制備方法，其中所述混煉制程的溫度范圍介于17(T260°C。
12.如權(quán)利要求9所述的阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材的制備方法，其中所述可塑劑為:水、多醇、或上述的組合。
13.如權(quán)利要求9所述的阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材的制備方法，其中所述淀粉擇自:玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、或上述的組合。
14.如權(quán)利要求9所述的阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材的制備方法，其中所述熱塑性高分子為:聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚對苯二甲酸、或上述的組合。
15.如權(quán)利要求9所述的阻燃性熱塑性淀粉基生質(zhì)復(fù)材的制備方法，其中所述增韌劑為具有一核殼結(jié)構(gòu)的橡膠系統(tǒng)，且該橡膠系統(tǒng)的殼層部分為聚甲基丙烯酸甲酯；以及該橡膠系統(tǒng)的核心部分為:丙烯酸橡膠、硅丙烯酸橡膠、或上述的組合。
【文檔編號】C08L3/02GK103509208SQ201210270266
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】廖圣茹, 張志仁, 鐘曜竹, 簡福明, 陳建明 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院