溶劑型木質素－氰胺衍生物阻燃劑的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種溶劑型木質素－氰胺衍生物阻燃劑的制備方法，該方法是將溶劑型木質素經過羥甲基化反應后與氰胺、尿素發生縮聚反應，制備得到所述的溶劑型木質素-氰胺衍生物阻燃劑。該阻燃劑高效無鹵,低成本，制備方法簡單，具有良好的阻燃效果，可廣泛應用于橡膠,塑料等高分子材料的改性領域，具有良好的經濟效益和社會效益。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于新材料開發領域，更具體而言涉及制備一種生物質新材料一溶劑型木質素-氰胺衍生物阻燃劑的制備方法。
技術介紹
隨著高分子科學的不斷發展，塑料、橡膠，纖維三大高分子材料已經在生活中有了廣泛的應用。然而，我們在享受高分子材料的獨特優勢的同時，也面臨著全新的挑戰。高分子材料易燃的特點，大大限制了其使用的范圍和安全性。據統計在歐洲和美國每年大約有 1萬人死于各種各樣的火災，這些火災造成的直接經濟損失大約為該地區GDP的0. 2%，間接經濟損失甚至達到了⑶P的1%。而在這些火災中，大約有40%都跟高分子材料有分不開的關系，可見高分子材料成為了造成火災的一個重要原因。為了提高材料的燃燒和熱穩定性能，高分子阻燃劑應運而生。阻燃劑是通過各種阻燃機制，阻止高分子材料被點燃或者起到抑制火焰傳播的助劑，目前已經成為除了增塑劑以外的最大使用量助劑。火災一旦發生，火勢四處蔓延，使得周邊的溫度不斷上升，從而造成了高分子材料的分解，進而產生可燃性氣體。已經燃燒的物質的火焰點燃了這些可燃性氣體，使得燃燒進一步持續，進入完全著火階段，這時，溫度可達1200°C，很容易使火災得到進一步蔓延。如果材料在加工成型的過程中，就加入了阻燃劑的組分，一旦遇到外界火源，阻燃劑能夠有效地阻止、延緩甚至終止火焰的傳播，從而可以很好地起到阻燃的效果。 阻燃劑的分類根據劃分標準的不同而各有不同按照使用方法分類，可分為添加型和反應型。其中添加型阻燃劑是通過在加工過程中，往可燃高聚物中加入阻燃劑，制得的產品具有阻燃作用的一類阻燃劑。另外一類反應型阻燃劑則是通過化學反應，在高分子的鏈段中引入阻燃基團，進而提高材料的燃燒性能，起到阻燃或者抑制火焰蔓延的目的；按阻燃劑中所含阻燃元素的不同，可以分為為鹵系阻燃劑、氮系阻燃劑、磷系阻燃劑、磷一氮系阻燃劑、 磷一鹵系阻燃劑等；按照阻燃劑成分的不同可分為無機鹽類阻燃劑、有機阻燃劑和有機、無機混合阻燃劑三種。20世界80年代，膨脹型阻燃劑(IFR)的研究開發是阻燃劑研究上的一個突破，這種阻燃劑在受熱到一定溫度時，能夠催化高聚物的骨架裂解為炭層。由此，不僅可以使材料達到規定的阻燃級別，同時減少燃燒釋放的煙霧和有毒氣體，在近幾十年中發展迅速。膨脹型阻燃劑是以磷_氮體系的無鹵阻燃劑。膨脹阻燃體系具有燃燒過程發煙量少、不產生毒氣和無滴落等優點。膨脹型阻燃劑主要由三部分組成碳化劑(碳源、含碳豐富)、碳化催化劑(酸源、脫水劑)和膨脹劑(氣源)。碳化劑是能生成多孔炭層的物質，一般是含炭豐富的多官能團(如-0H)有機物成碳劑。燃燒時各組分間發生化學反應生成多孔膨脹炭層，該炭層能起到隔氧、隔熱、抑煙和防熔滴作用，從而達到阻燃的目的。膨脹型阻燃劑的作用機理是受熱時，炭化劑在炭化催化劑作用下脫水成炭，碳化物在膨脹劑分解的氣體作用下形成蓬松有孔封閉結構的炭層，因其本身不燃并且可削弱聚合物與熱源間的熱傳導，阻止氣體擴散，因此一旦燃燒得不到足夠的燃料和氧氣，燃燒的聚合物便會自熄。膨脹型阻燃劑可分為單組分大分子型膨脹阻燃劑和混合型膨脹阻燃劑。其中單組分大分子型膨脹阻燃劑是將酸源、碳源和氣源以化學反應合成的方式集結到一個大分子上，相對于混合膨脹型阻燃劑而言，它具有更為優異的熱穩定性。混合型膨脹阻燃劑是通過不同磷氮系阻燃劑之間的復配和調節其配比，組成具有不同的阻燃效果。木質素是一種結構復雜，可降解的天然高分子材料，應用范圍廣泛。木質素具有無毒、耐侯、優良的熱和光穩定性及抗微生物等優點，利用其高度交聯的超分子結構和分子間的強氫鍵作用，與不同合成高分子共混得到單一高聚物所不具備的良好綜合性能和加工性。木質素與合成高分子共混的意義在與能代替部分合成樹脂降低生產成本且具有可再生性，另外，它能改善合成高分子材料的耐油、耐老化性能。木質素分子有大量的苯環，因此含碳量很高，從分子設計的角度來看，木質素可以作為阻燃劑的碳源。溶劑型木質素具有較高的化學活性，在一定條件下，可以發生接枝、縮聚反應，接上含氮(氮源)的功能性基團，制備新型阻燃劑。本專利技術以溶劑型木質素為原料經過與醛類化合物的羥甲基化反應，再與氰胺， 尿素等縮聚反應，得到木質素-氰胺衍生物，最后再與無機阻燃劑復合，得到溶劑型木質素-氰胺衍生物阻燃劑。這種阻燃劑是一種高效無鹵，低成本，可廣泛應用于橡膠，塑料等高分子材料的改性領域，具有良好的經濟效益和社會效益。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供了一種溶劑型木質素一氰胺衍生物阻燃劑的制備方法，所制備的阻燃劑高效無鹵，低成本，可廣泛應用于橡膠，塑料等高分子材料的改性領域，具有良好的經濟效益和社會效益。本專利技術是通過如下技術方案實施的一種溶劑型木質素一氰胺衍生物阻燃劑的制備方法，是將溶劑型木質素經過羥甲基化反應后與氰胺、尿素發生縮聚反應，制備得到所述的溶劑型木質素-氰胺衍生物阻燃劑。該阻燃劑也可與無機阻燃劑復合，制備性能更加優良的阻燃材料。所述的溶劑型木質素是采用溶劑法從含有木質素組分的生物質原料直接提取或從木片，竹子，草木秸稈發酵制備乙醇、功能性多糖或生物天然氣等生物煉制的殘渣中提取得到的新型天然高分子材料。所述的羥甲基化反應是將溶劑型木質素在堿的水溶液的催化下與醛發生的羥甲基化反應。所述的堿選自氫氧化鈉、氫氧化劑和氨水；所述氫氧化鈉、氫氧化鉀的水溶液的質量濃度為0. 5_3%。所述醛選自甲醛，乙醛，糠醛和聚甲醛。所述氰胺選自三聚氰胺、二聚氰胺。一種溶劑型木質素-氰胺衍生物阻燃劑的制備方法包括如下步驟1)羥甲基化反應在裝有10-15份溶劑型木質素的反應容器中加入IOOmL質量濃度為 0. 5-3. 0%的堿的水溶液或20-25mL氨水配制的水溶液，再添加15_30mL質量濃度為37%的醛溶液，在80-95°C溫度下反應1. 0-3. 0小時；2)縮聚反應將6-20份氰胺、尿素加入反應容器中，在80-95°C溫度下攪拌，繼續反應1. 0-2. 5小時，加入質量濃度為35%的鹽酸溶液10份中和，使溶液的PH值為2_3，木質素氰胺衍生物沉淀析出，用水清洗沉淀3次后在80°C下烘干2. 0小時，得到所述的溶劑型木質素-氰胺衍生物阻燃劑。本專利技術的顯著優點是(1)本專利技術采用的溶劑型木質素是從生物質原料中，用溶劑法提取或從生物煉制制備生物天然氣、功能性多糖或生物酒精的殘渣中采用溶劑法分離提取的木質素，提取過程沒有經過高溫、高壓等工序，較好地保留了天然木質素的化學活性，得到的木質素純度高，其灰分含量小于3%，遠遠低于造紙工業得到的木質素磺酸鈣或堿木素。溶劑型木質素的原料利用農林廢棄物或生物質煉制產業的廢棄殘渣，制造成本較低，同時又能有效利用這些廢棄物，有利于環境保護。(2)由于溶劑型木質素較好地保留了天然木質素的化學活性。在本專利技術提出的合成條件下，溶劑型木質素可以在羥甲基化后與氰胺發生接枝、縮聚反應，形成既有含碳量較高的木質素基團，又連上具有豐富氮源的氰胺的極性結構，不僅形成碳源、氮源豐富的阻燃劑材料而且可與其他無機阻燃劑或高分子材料復合，形成具有良好的相容性，阻燃性更加優良的木質素-氰胺衍生物阻燃材料，在高分子材料改性領域具有廣泛的應用前景。(3)溶劑型木質素一氰胺衍生物作為阻燃劑用于高分子材料領域成本較低，又可以減少石油化工產品的用量，可以充分利用生物質可再生資源本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種溶劑型木質素－氰胺衍生物阻燃劑的制備方法，其特征在于：所述制備方法是將溶劑型木質素經過羥甲基化反應后與氰胺、尿素發生縮聚反應，制備得到所述的溶劑型木質素－氰胺衍生物阻燃劑。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：程賢甦，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：35