一種木素鋁阻燃劑及其制備方法與應用技術

本發明專利技術提出一種木素鋁阻燃劑及其制備方法與應用，該木素鋁阻燃劑是以木質素裂解產物為骨架，在其分子鏈上具有反應活性官能團的部位接枝有三價鋁離子，還接枝有各類阻燃性無機酸基團和/或胺基。該阻燃劑和傳統的酚醛阻燃保溫材料相比，可利用木質素自身的高活性官能團將亞磷酸基、磺酸鹽、硅酸鹽、焦銻酸鹽、三價鋁及多元胺等具高阻燃效果的基團引入其分子鏈中，形成含有高阻燃基鋁鹽和多元胺鹽復合的阻燃劑，比傳統的酚醛樹脂具有更高的阻燃性能。由于大量使用低成本天然大分子的木質素，其制備的木素鋁阻燃劑及其制備的阻燃保溫材料具有很強的市場競爭力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于阻燃保溫材料的制備
，具體涉及一種木素鋁阻燃劑、制備方法及其在阻燃保溫材料上的應用。
技術介紹
建筑及航空航天等行業用隔熱保溫材料的防火性能，直接影響著人們的生命和財產安全。特別是進入21世紀以來，建筑起火愈來愈多，后果越來越嚴重，給國家和人民的生命財產帶來不可挽回的損失(如2009年的中央電視臺新址的大火、2010年上海教師宿舍的大火等)。因此高層建筑如何防火、保溫，保護環境和人民的生命財產，已成為世界性的問題。研究環保型防火保溫材料，也成為科研部門和工業界的當務之急。根據參考文獻1: 王曉英，畢成良，李莉莉，張寶貴，新型環保阻燃劑的研究進展天津化工2009，23 (1)，8-11 記載，目前廣泛應用的泡沫材料如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、尿醛樹脂 (UF)、發泡聚烯烴和發泡環氧樹脂(epoxy)等作為隔熱保溫材料已被應用，但因其耐熱差、 生產工藝復雜、力學性能不高或導熱系數不夠低，且有易燃燒或燃燒時發煙等缺點，限制其在許多領域(特別是高層建筑、高溫隔熱、超低溫保冷材料、航空工業、太空保溫技術等)上的應用(詳見參考文獻1 王曉英，畢成良，李莉莉，張寶貴，新型環保阻燃劑的研究進展天津化工2009，23(1)，8-11;參考文獻2:鹿海軍馬曉燕顏紅俠，磷系阻燃劑研究新進展，化工新型材料，200129 (12)；參考文獻3:李富生胡星琪等，阻燃高分子材料及其阻燃劑研究進展，工程塑料應用，2002，30 (9) 56-59 ；參考文獻4 孟現燕，唐建華，葉玲，李忠明，聚氨酯泡沫塑料阻燃研究現狀，化學工程與裝備，2008，5，63-67 ；參考文獻5 梁誠，我國阻燃劑生產現狀與發展趨勢，精細石油化工進展，2001,2 (2)，38-41)。相比之下，酚醛泡沫塑料兼備了有機和無機保溫材料的優點，具有質輕、低吸水率、高尺寸穩定性和機械強度、高耐熱、低導熱系數、高隔熱性和寬頻隔聲以及優異的阻燃性能等性能，特別在耐熱、阻燃和毒性方面獨具特色①難燃、自熄、低煙霧、耐火焰穿透、遇火無滴落物、基本無毒氣排放，氧指數一般為35 40，是有機泡沫之冠；②耐熱性好，長期使用溫度范圍可從_150°C -600C到150°C 200°C，其最高使用溫度比聚氨酯硬泡沫 高出 40°C 90°C ；③導熱系數一般為0. 022 0. 04ff/m · K，接近于導熱系數最低的聚氨酯硬泡沫，優于目前建筑業中廣泛使用的聚苯泡沫等保溫材料，而且在低溫下的收縮性小及不脆化，可用于200°C左右的保溫絕熱材料和用做液化天然氣的輸送貯藏容器的超低溫保冷材料。根據參考文獻6:6.李雪娟，宋文生，聚氨酯RIM彈性體/乙二醇銻復合材料研究，塑料，2008，37 (1)，74-77的記載，酚醛泡沫塑料的耐燃性，尤其是燃燒時的低發煙性引起了人們的關注，并重新認識到利用酚醛泡沫塑料的不燃性作絕熱保溫材料在建筑、高溫隔熱、超低溫保冷材料上具有的實用價值，因而具有廣闊的市場前景，而且其作為理想的隔熱保溫材料將會得到更為廣闊的發展。國際上法國、美國和北歐等有關建筑部門的專家認為，在現有的泡沫塑料中，只有酚醛泡沫塑料具有可靠的防火性，遇大火燃燒釋放出的毒性煙霧在所有泡沫材料中是最小的，對環境的污染也是最小的。前蘇聯和東歐在公共建筑中已廣泛采用酚醛泡沫塑料，西歐及中東規定在新建工程中優先采用酚醛泡沫作保溫材料，法國將酚醛泡沫塑料作為封閉與控制火勢的材料。近幾年，日本也開始大量應用酚醛泡沫塑料，日本建設省已頒布《酚醛泡沫塑料作為標準建筑物耐燃材料》的法令。但是為滿足目前更高的耐火保溫要求并且具有環境友好的功能(如隔音，綠色、 無甲醛釋放等)，同時在性價比上具有更高的市場競爭力，目前對通用的酚醛泡沫保溫材料而言，仍有以下幾個科學和市場問題需要解決(1)在耐火保溫性能上，耐火性仍需要進一步提高，最好不燃或具有更高的阻燃溫度及快速自熄性；具有更低的導熱系數，最好低于 0. 02W/(0C-Hi)；低的線膨脹系數，小于2%/°C，以滿足大溫差變化范圍的應用。(2)在力學性能上，需要進一步提高其韌性，在同等密度下提高其耐壓強度，根據國標GB/T8813-2008 制得的樣件，其抗壓強度不低于1. IMPa，另外必須解決其使用過程中的脆性開裂和掉渣等問題。(3)制備酚醛泡沫的主要原材料均依賴不可再生的化石資源。在價格上，如果和目前的用量較大的泡沫PS板進行競爭，除了酚醛泡沫具有比PS板高的多的耐火性和抗壓強度夕卜，其價格仍需要比現有的價格(如800元/立方)要降低50%，其保溫性能上的性價比方具市場競爭優勢。
技術實現思路
針對現有技術中存在的問題，本專利技術提出一種木素鋁阻燃劑及其制備方法與應用。該木素鋁阻燃劑和傳統的酚醛阻燃保溫材料相比，可利用木質素自身的高活性官能團將亞磷酸基、磺酸鹽、硅酸鹽、焦銻酸鹽、三價鋁及多元胺等具高阻燃效果的基團引入其分子鏈中，形成含有高阻燃基鋁鹽和多元胺鹽復合的阻燃劑，比傳統的酚醛樹脂具有更高的阻燃性能。由于大量使用低成本天然大分子的木質素，其制備的木質素鋁胺阻燃劑及其制備的阻燃保溫材料具有很強的市場競爭力。本專利技術提出的一種木素鋁阻燃劑的制備方法，包括以下幾個步驟步驟一木質素催化斷鏈反應將1000克純度大于等于60%木質素加入復合催化劑溶液中，并調整溶液的PH值大于等于9，在50 140°C條件下，不斷通入流速大于等于40mL/min的空氣，進行催化氧化斷鏈反應2 4小時，獲得含有高酚基、醛基、羧基和羥基的分子量小于等于5000的木質素裂解產物，其 分子鏈上的芳香環和甲氧基被激活的活化木質素。復合催化劑溶液的加入量滿足復合催化劑中的起催化作用的金屬陽離子濃度占木質素總量的質量百分比為0. 05 5wt. %。步驟二 阻燃性無機酸基團和/或胺基接枝反應將得到全部木質素裂解產物在溫度為50 95°C的條件下，加入重量比為 0. 1% 1 60% 1(優選為5% 1 20% 1)阻燃性無機酸和/或胺鹽，繼續在溫度為50 95°C的條件下，滴加與全部木質素裂解產物物質摩爾比為1 0. 1 1 3(優選為1 1.5)的濃度為37%糠醛或其它醛類，反應30min 2h后，得到阻燃性無機酸基團和 /或胺基接枝的木質素溶液。步驟三三價鋁離子接枝反應在阻燃性無機酸基團和/或胺基接枝的木質素溶液中加入鋁鹽(含有三價鋁離子)，阻燃性無機酸基團和/或胺基接枝的木質素溶液與鋁鹽的摩爾比為0.1 1 5 1， 反應0. 5 2小時，獲得木素鋁水溶液，并調整溶液的pH值為5 7，將木素鋁沉淀下來，通過多次離心分離和洗滌，獲得純化后的木素鋁阻燃劑。本專利技術還提出一種利用木素鋁阻燃劑改性阻燃保溫材料即制備酚醛硬質泡沫保溫材料的制備工藝，具體包括以下幾個過程步驟一酚醛樹脂預聚體的制備 將IOOOg苯酚(固體，純度為> 95% )加入反應釜內，加入10 1500g固體甲醛(純度為> 95 % )，攪拌升溫到50 80°C，充分混合2 20分鐘，然后加入2 IOOgNaOH(固體，純度為> 95% )和2 500g水反應5 100分鐘，再在溫度80 100°C 下反應20 120分鐘，然后降溫至30 7本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種木素鋁阻燃劑，其特征在于：所述的木素鋁阻燃劑是以木質素裂解產物為骨架，在其分子鏈上具有反應活性官能團的部位接枝有三價鋁離子，還接枝有各類阻燃性無機酸基團和／或胺基，阻燃性無機酸基團、三價鋁離子和胺基基團的接枝個數總和為１～１０００。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋玉軍，
申請(專利權)人：宋玉軍，
類型：發明
國別省市：11