[發(fā)明專利]一種哌嗪改性木質(zhì)素/氫氧化鋁雙重包覆紅磷阻燃劑及其在EVA中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810899929.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108997615B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 靳艷巧;鐘柔潮;熊雷;林修端;呂秋豐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): C08K9/10
• 分類號(hào): C08K9/10;C08K3/02;C08L23/08;C08H7/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊;林文弘

本發(fā)明公開(kāi)了一種哌嗪改性木質(zhì)素/氫氧化鋁雙重包覆紅磷阻燃劑及其在EVA中的應(yīng)用，屬于高分子材料添加劑領(lǐng)域。按各組分的質(zhì)量百分比計(jì)，阻燃劑中芯材15%?35%，殼材65%?85%；芯材為紅磷（10?30%），殼材為L(zhǎng)?P（45?65%）和氫氧化鋁（10?30%）。本發(fā)明以生物質(zhì)材料木質(zhì)素為阻燃劑的炭源原料，哌嗪為阻燃劑的氣源原料，通過(guò)Mannich反應(yīng)將哌嗪接枝到木質(zhì)素分子上形成網(wǎng)絡(luò)狀大分子；隨后在溶液中加入紅磷作為阻燃劑的氣源以及鋁鹽發(fā)生反向共沉淀作用，制得所述的哌嗪改性木質(zhì)素/氫氧化鋁雙重包覆紅磷阻燃劑。本發(fā)明所制得的阻燃劑粒徑較小、尺寸穩(wěn)定性好，可有效改善阻燃劑與基體材料間的相容性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料添加劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種哌嗪改性木質(zhì)素/氫氧化鋁雙重包覆紅磷阻燃劑及其在EVA中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來(lái)，含鹵阻燃劑的大量使用嚴(yán)重危害了環(huán)境安全以及人類健康，越來(lái)越多的科研工作者致力于開(kāi)發(fā)新型無(wú)鹵阻燃劑。紅磷是一種傳統(tǒng)且高效的無(wú)鹵阻燃劑。然而，未經(jīng)過(guò)表面處理的紅磷在空氣中極為不穩(wěn)定，會(huì)與水汽發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生高毒性的PH₃，而且與基體材料的相容性差、加工困難。目前的解決辦法主要是將紅磷微粉用有機(jī)和無(wú)機(jī)物對(duì)其進(jìn)行表面包封以便隔絕濕氣提高相容性。這種微膠囊化紅磷具有很高的抗潮濕性、較好的流動(dòng)性、較長(zhǎng)的存儲(chǔ)時(shí)間和較少的PH₃產(chǎn)生。微膠囊化紅磷的制備過(guò)程中，適宜的殼材料是決定阻燃性能的重要因素。生物質(zhì)材料可再生、含炭量高，引起了研究者的關(guān)注。在植物中普遍存在的木質(zhì)素，結(jié)構(gòu)中含有大量的活性基團(tuán)，如羥基、甲氧基和醚鍵等，不僅使得木質(zhì)素具備了多種化學(xué)改性的可能，而且在燃燒過(guò)程中會(huì)生成致密的炭層。

一些金屬氫氧化物如氫氧化鎂和三水合鋁等作為無(wú)鹵阻燃劑也已被深入研究。這些無(wú)機(jī)金屬氫氧化物可以在凝聚相和氣相中發(fā)揮作用，并在吸熱反應(yīng)后分解，降低高分子材料的加熱速率并將水汽釋放到氣相中，稀釋燃燒區(qū)域的氧氣濃度從而延緩了燃燒。此外，燃燒產(chǎn)生的金屬氫氧化物冷卻后凝結(jié)在聚合物材料表面，形成隔絕性的保護(hù)層，這也有助于高分子阻燃。尤其是三水合鋁作為一種無(wú)酸、無(wú)鹵、抑煙阻燃劑引起了更多的關(guān)注。但是，三水合鋁在單獨(dú)使用時(shí)添加量超過(guò)60 wt％才能達(dá)到理想的阻燃等級(jí)。因此，將木質(zhì)素作為無(wú)鹵膨脹型阻燃劑的炭源，通過(guò)Mannich反應(yīng)與哌嗪分子接枝形成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)并包覆紅磷微粉，制備出新型木質(zhì)素基微膠囊紅磷阻燃劑，同時(shí)在制備過(guò)程中引入氫氧化鋁作為無(wú)機(jī)物囊材和阻燃協(xié)效劑，達(dá)到有機(jī)-無(wú)機(jī)雙重包覆紅磷的效果，可充分發(fā)揮各組分的優(yōu)勢(shì)，相互補(bǔ)充，起到協(xié)同作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種哌嗪改性木質(zhì)素/氫氧化鋁雙重包覆紅磷阻燃劑及其在EVA中的應(yīng)用，以生物質(zhì)材料木質(zhì)素為阻燃劑的炭源原料，哌嗪為阻燃劑的氣源原料，通過(guò)Mannich反應(yīng)將哌嗪接枝到木質(zhì)素分子上形成網(wǎng)絡(luò)狀大分子；隨后在溶液中加入紅磷作為阻燃劑的氣源以及鋁鹽發(fā)生反向共沉淀作用，制得所述的哌嗪改性木質(zhì)素/氫氧化鋁雙重包覆紅磷阻燃劑。可有效解決目前無(wú)鹵阻燃劑在EVA的技術(shù)問(wèn)題，為微膠囊化紅磷技術(shù)提供一種原料綠色、制備成本低廉、阻燃效率高、成炭速率快的制備方法。

一種哌嗪改性木質(zhì)素/氫氧化鋁雙重包覆紅磷阻燃劑，阻燃劑結(jié)構(gòu)包括紅磷原粉組成的芯材以及無(wú)機(jī)材料氫氧化鋁和哌嗪改性木質(zhì)素聚合物（L-P）組成的殼材，按各組分間的質(zhì)量百分比計(jì)，阻燃劑中芯材15 %-35 %，殼材65 %-85 %。其中殼材是以木質(zhì)素作為初始原料，隨后經(jīng)過(guò)羥甲基化和Mannich反應(yīng)將哌嗪分子接枝到木質(zhì)素分子上，最后利用反向共沉淀的過(guò)程引入氫氧化鋁分子，形成一種多組分協(xié)效阻燃的微膠囊化紅磷。

其中L-P的結(jié)構(gòu)如下：

阻燃劑組分為：

L-P 45-65 wt%；

氫氧化鋁 10-30 wt%；