[發明專利]一種木質素基阻燃劑的制備及其應用方法

有效

• 申請號: 201710437107.6
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107245138B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 呼微;張玉美;韓爽;閆茹;趙麒;倪闖將;張明耀
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: C08G18/64
• 分類號: C08G18/64;C08G18/65;C08G18/32;C08G18/73;C08L75/04
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本發明提供了一種木質素基阻燃劑的制備及其應用方法，涉及阻燃劑。該阻燃劑由下述原料制備得到：木質素、異氰酸酯、9,10?二氫?9?氧雜菲?10?氧化物(DOPO)。具體制備方法：先將木質素與異氰酸酯在一定溫度下反應；再與DOPO在一定溫度下反應；最后，在真空干燥箱中干燥，粉碎得到。該阻燃劑利用木質素上的羥基與異氰酸酯反應，同時該阻燃劑含有磷酸酯結構，具有優良的阻燃效果；木質素及DOPO中含有的苯環結構可以增強材料的力學性能。本發明還提供了一種阻燃聚氨酯的制備方法。該方法是將多元醇與異氰酸酯在一定溫度下反應至體系粘稠，加入上述含磷木質素基阻燃劑和其他助劑，然后進行熱固化成型；得到的阻燃聚氨酯可以用作膠黏劑、涂料、發泡材料、地坪材料等。

技術領域

本發明屬于有機膦阻燃劑制備及應用技術領域，具體涉及一種含磷木質素基阻燃劑的制備及將其應用于聚氨酯中制備木質素基阻燃聚氨酯。

背景技術

木質素與纖維素、半纖維素粘結在一起形成植物的主要支撐結構，是植物界中僅次于纖維素含量的第二豐富且唯一含有芳環結構的天然高分子材料。木質素是以苯丙烷為結構單元，通過碳-碳鍵、醚鍵等連接起來的三維網狀聚合物；根據甲氧基的數量和位置的不同可分為對羥基苯基型 (H)、愈瘡木基型 (G) 和紫丁香基型 (S)。木質素憑借其天然的可再生性、可生物降解性、無毒等優點，且來源于造紙工業副產物-工業木質素具有成本低廉的優勢，被作為優良的生物質化工原料，在材料綜合利用領域受到廣泛的關注。目前，木質素已經被廣泛應用于制備酚醛樹脂、聚氨酯、環氧樹脂等材料，作為填料可改性橡膠、聚酯、聚醚、聚烯烴、淀粉、蛋白質等化石資源基和生物基高分子材料。

木質素包含的官能基團主要包括羥基(醇羥基和酚羥基)、羰基、甲氧基、磺酸基等。其中羥基是木質素中含量相對較多的官能團，其在木質素改性制備功能材料方面起到重要的作用，如可以作為多元醇改性聚氨酯體系，主要就是基于木質素上活性的羥基和異氰酸酯在有機溶劑中能夠發生化學反應；可用于制備工程塑料、彈性體及各種軟質、半硬質、硬質泡沫材料等。

聚氨酯一般由二元或多元有機異氰酸酯與聚醚/聚酯多元醇化合物相互作用而得的主鏈中含有氨基甲酸酯特征單元的高分子化合物。根據結構和性質的不同，可以制成泡沫、橡膠、合成革、粘合劑以及涂料等。聚氨酯具有耐溫、加工性能好、可降解、耐沖擊性好等優點，廣泛的應用于汽車、建筑、機電、航空、醫療、交通等許多領域。然而聚氨酯的極限氧指數只有17%左右，極易燃燒，且燃燒時會釋放大量有毒煙霧，具有極大的潛在火災危險，因此聚氨酯材料的阻燃研究是具有重大意義的課題。

聚合物的阻燃方法包括在聚合物中添加阻燃劑和通過化學反應將阻燃元素，如硅、磷、氮等連接到聚合物主鏈或側鏈，使聚合物具有阻燃性質。傳統的鹵系阻燃劑具有阻燃效果好、添加量低、對材料力學性能影響小等優點，但是鹵系阻燃劑燃燒時會釋放出大量的有毒氣體，對人體健康和環境造成極大的危害，因此鹵系阻燃劑已經被禁用。其他的阻燃劑還包括金屬化合物阻燃劑，主要有氫氧化鋁、氫氧化鎂、鈣化物等；氮系阻燃劑氮系阻燃劑主要是三嗪類化合物，其中包含雙氰胺、胍鹽、聯二脲、三聚氰胺及其鹽類等；磷系阻燃劑種類很多，其中包括磷酸酯、磷腈、磷化物和氧化磷等。膨脹型阻燃劑是目前研究的熱點，典型的膨脹阻燃劑由三個組分組成，分別是酸源、碳源、氣源。酸源，又叫作脫水劑，燃燒過程中使材料表面脫水生成酸，可以使碳源交聯并生成熱穩定性的碳層；氣源，又叫作發泡劑，燃燒過程中生成不燃性氣體，能使碳源發泡膨脹；碳源，又叫作成炭劑，通常為含有豐富的碳的多官能團化合物。目前，使用的最多的膨脹阻燃體系中的酸源是APP；氣源包括三聚氰胺、尿素以及合成的新型的含氮化合物等；碳源包括季戊四醇、纖維素、淀粉、木質素等。