[發(fā)明專利]一種木質素基膨脹型阻燃劑的制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104371116A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設計）人: 張蕤;王堅劍;蘇天翔
• 申請（專利權）人: 南京林業(yè)大學
• 主分類號: C08H7/00
• 分類號: C08H7/00;C08L67/04;C08L97/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 田媛;靳靜

技術領域

本發(fā)明屬于阻燃劑制備技術和高分子材料改性技術領域，具體涉及一種木質素基膨脹型阻燃劑的制備方法，以及該阻燃劑單獨或與其他阻燃劑復配在聚(3-羥基丁酸酯-co-4-羥基丁酸酯)【P(3,4)HB】材料中的應用。

背景技術

隨著高分子材料應用范圍的日益擴大，全球安全環(huán)保意識的日益加強，人們對高分子材料制品阻燃的要求越來越高，無鹵，低毒，低煙，高耐熱性的環(huán)保阻燃劑已開始成為人們追求的目標。

膨脹型阻燃劑（IFR）起源于20世紀30年代，主要由三部分組成，即酸源（主要是含磷化合物），氣源（主要是含氮化合物）和炭源（主要是多羥基化合物）。其作用機理是：IFR在受熱時，成炭劑在酸源作用下脫水，生成酯類化合物；隨后酯類化合物脫水交聯(lián)形成炭，碳化物在氣源分解氣體的作用下，形成蓬松封閉發(fā)泡結構的炭層。該炭層為無定型碳結構，一旦形成，其本身不燃，并可阻止聚合物與熱源間的熱傳導，提高聚合物的熱降解溫度。另外，多孔炭層既可以阻止熱解產(chǎn)生的氣體擴散，也可以阻止外部氧氣擴散到未裂解聚合物表面。當燃燒得不到足夠的氧氣和熱能時，燃燒的聚合物就會自熄。然而常見的IFR多為復配型阻燃劑，其往往與基體相容性差，并且容易吸潮，而且其中作為主要成分的碳源一般來源于石油裂解產(chǎn)生的含碳豐富的多羥基化合物，不僅成本高也不符合環(huán)保要求。

木質素是自然界中含量僅次于纖維素的天然高分子，有效的利用木質素對環(huán)境和經(jīng)濟都有積極地意義。木質素分子中含有大量的苯環(huán)和羥基，含碳量高，熱穩(wěn)定性也好，可作為天然的成炭劑。現(xiàn)有技術中，木質素基阻燃劑的研究開發(fā)較少，有人用三氯氧磷和咪唑與木質素反應來制備木質素基阻燃劑，但是三氯氧磷毒性大，反應工藝條件十分苛刻，同時原料昂貴，難以有工業(yè)應用價值。

生物聚酯P(3,4)HB是一種可降解的聚酯材料，十分易燃，熱穩(wěn)定性和力學強度較差，就目前常用的APP類阻燃劑等，對P(3,4)HB材料都難以起到很好的阻燃作用，通常在燃燒時阻燃劑還未降解，基體材料就已開始降解，且普通的APP類阻燃劑還普遍存在著與基體材料相容性差，容易析出的問題。因此找到一種適合P(3,4)HB材料的阻燃劑具有重大的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種木質素基膨脹型阻燃劑的制備方法。

本發(fā)明的另一目的是提供上述方法制備的木質素基膨脹型阻燃劑在生物聚酯P(3,4)HB中的應用，獲得阻燃P(3,4)HB材料。

為解決以上技術問題，本發(fā)明采取的技術方案是：

一種木質素基膨脹型阻燃劑的制備方法，包括如下步驟：

（1）將木質素溶解于有機溶劑中，得到木質素溶液，所述有機溶劑為二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜，所述木質素的質量與有機溶劑的體積比為1:4g/ml~1:8g/ml；

（2）向步驟（1）所得的木質素溶液中加入磷酸酐，并在90℃~130℃下反應1~5小時，所加入的磷酸酐與木質素的質量比在1.5:1~2.5:1之間；

（3）將三聚氰胺溶解于有機溶劑中，得到三聚氰胺溶液，所述有機溶劑為二甲基酰胺或者二甲基亞砜，所述三聚氰胺的質量與有機溶劑的體積比為1:1g/ml~1:3g/ml；

（4）向經(jīng)過步驟（2）的反應體系中加入步驟（3）所得的三聚氰胺溶液，在110℃~140℃下繼續(xù)反應2~6小時，所加入的三聚氰胺與磷酸酐的摩爾比在1:1~2:1之間;

（5）步驟（4）所得反應液經(jīng)冷卻、洗滌、抽濾、干燥后，得到棕色粉末，即為所述木質素基膨脹型阻燃劑。

優(yōu)選地，所述磷酸酐為五氧化二磷或三氧化二磷或兩者的混合。

進一步優(yōu)選地，所述磷酸酐為五氧化二磷。五氧化二磷不但便宜易得，毒性低，且在步驟（2）的酯化反應中，能充當吸水劑，使反應更易正向進行，提高含磷基團在木質素中的接枝效率。

優(yōu)選地，步驟（1）中，所述木質素的質量與有機溶劑的體積比為1:6g/ml~1:8g/ml。

優(yōu)選地，步驟（3）中，所述三聚氰胺的質量與有機溶劑的體積比為1:1.5g/ml~1:2.5g/ml。