[發明專利]一種N、P、Si型協效木質素基阻燃劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110602192.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113292737B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王鶴;趙盛欽;李建興;顏澤培;趙樹高
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08H7/00
• 分類號: C08H7/00;C08L9/06;C08L97/00
• 代理公司: 青島科通知橋知識產權代理事務所(普通合伙) 37273
• 代理人: 張曉

本發明提供一種N、P、Si型協效木質素基阻燃劑及其制備方法和應用，按照如下步驟制備：將阻燃劑中間體DOPO溶解于溶劑中，加入硅烷偶聯劑與縛酸劑，降溫攪拌至完全溶解，得到溶液A；將四氯化碳加入到溶液A中，控制反應溫度，得到溶液B；升高溶液B溫度并使其充分反應，洗滌反應產物至白色絮狀固體析出，將洗滌產物干燥，得到淡黃色產物C；取工業木質素與產物C溶于無水乙醇，控制反應溫度攪拌反應得到褐色產物D；對產物D進行抽濾，洗滌除去未反應物，得到褐色產物E；真空干燥產物E即可得到所述N、P、Si型協效木質素基阻燃劑。本發明主要原料木質素是儲量豐富的可再生資源，價格低廉，木質素的高值化利用有利于減輕對環境的污染，提高橡膠基復合材料的阻燃性能。

技術領域

本發明屬于阻燃劑制備技術領域，具體涉及一種N、P、Si型協效木質素基阻燃劑及其制備方法和應用。

背景技術

木質素作為植物細胞壁的重要組成部分，可以提高植物細胞壁的機械支撐能力和防水性能，約占地球上生物質材料總量的25％～30％，是自然界中豐度僅次于纖維素的、唯一可再生的芳香碳氫資源。工業木質素主要來源于制漿造紙工業的副產物，但超過95％的木質素以“廢棄物”形式直接排入江河或進行燃燒回收，不僅對環境造成嚴重污染，而且缺乏有效利用的手段使其高附加值化。木質素化學結構中含有大量的芳香環結構，使其在熱分解過程中可以獲得較高的殘炭率，但木質素熱穩定性較差，并且木質素由于其本身結構復雜多變和不同提取工藝造成的分子量不確定性，在空氣中殘炭量較低，如果直接將木質素作為成炭劑制備膨脹型阻燃劑，結果反而降低了阻燃效率，增加了阻燃劑的用量。因此，通常需要對木質素進行改性來提高阻燃成炭的能力和熱穩定性。木質素分子結構中含有多種活性基團，如酚羥基、甲氧基、醇羥基、羧基、雙鍵等，通過對木質素進行鹵化、硝化、硅烷化等反應可以向木質素中引入氯、氮、磷、硅等雜化元素，這些元素恰恰可以彌補木質素作為成炭劑單獨使用在阻燃效果上的不足，雜化元素與木質素形成配合體系，發揮協效阻燃效果，大大提升復合材料的阻燃效率，不僅可以解決廢棄木質素對環境造成的污染，實現木質素的高值化利用，而且木質素基阻燃劑無毒、無異味，符合現代社會對綠色阻燃劑的需求，符合環保、可持續發展的要求。另外，木質素用于橡膠生產粉塵污染小、生產方式環保、成本低廉，因此木質素基阻燃劑的應用研究兼具重要的理論意義和實踐價值。

專利CN201910281160.0將阻燃劑中間體DOPO進行氯化，然后與木質素結構上的酚羥基和/或醇羥基進行親核取代反應，得到的木質素基阻燃劑熱穩定性得到明顯提升，加入木質素基阻燃劑的環氧樹脂氧指數提升近4.1％，UL-94等級達到V-2級，但改性后的木質素基阻燃劑仍存在阻燃效率不高的缺點。專利CN201910281890.0將阻燃劑中間體DOPO進行氯化，與哌嗪或其衍生物進行取代反應，得到氮磷中間體，向所述氮磷中間體中加入甲醛改性后的羥甲基化木質素，利用兩者間的接枝反應得到木質素改性的氮磷協效膨脹型阻燃劑，其最大熱降解溫度提升近50℃，加入木質素膨脹型阻燃劑的環氧樹脂氧指數提高了3.2～3.6％，UL-94等級達到V-2級，但制備過程存在污染，不適合大規模生產。專利CN110483577A公開了一種N、P、Si三元雜化阻燃劑，通過4,4-二羥基二苯甲酮、9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、異氰酸丙基三乙氧基硅烷進行反應制備N、P、Si三元雜化阻燃劑，雖然具有高效協同阻燃作用，但是成本較高，制備工藝繁瑣且存在蒸干溶劑等操作，對環境有污染。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種能夠在橡膠復合材料中發揮高效阻燃效果的N、P、Si型協效木質素基阻燃劑。

本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現：一種N、P、Si型協效木質素基阻燃劑，其特征在于，其結構通式為：

其式中：n＝1～8，m＝1～8；

R¹為氫原子烷基(C1～8)、烷氧基(C1～8)、胺基(C1～8)、羥基、巰基、甲巰基、工業木質素中的一種；