[发明专利]一种木质素基阻燃剂的制备及其应用方法

说明书

本发明提供了一种木质素基阻燃剂的制备及其应用方法，涉及阻燃剂。该阻燃剂由下述原料制备得到：木质素、异氰酸酯、9,10‑二氢‑9‑氧杂菲‑10‑氧化物(DOPO)。具体制备方法：先将木质素与异氰酸酯在一定温度下反应；再与DOPO在一定温度下反应；最后，在真空干燥箱中干燥，粉碎得到。该阻燃剂利用木质素上的羟基与异氰酸酯反应，同时该阻燃剂含有磷酸酯结构，具有优良的阻燃效果；木质素及DOPO中含有的苯环结构可以增强材料的力学性能。本发明还提供了一种阻燃聚氨酯的制备方法。该方法是将多元醇与异氰酸酯在一定温度下反应至体系粘稠，加入上述含磷木质素基阻燃剂和其他助剂，然后进行热固化成型；得到的阻燃聚氨酯可以用作胶黏剂、涂料、发泡材料、地坪材料等。

技术领域

本发明属于有机膦阻燃剂制备及应用技术领域，具体涉及一种含磷木质素基阻燃剂的制备及将其应用于聚氨酯中制备木质素基阻燃聚氨酯。

背景技术

木质素与纤维素、半纤维素粘结在一起形成植物的主要支撑结构，是植物界中仅次于纤维素含量的第二丰富且唯一含有芳环结构的天然高分子材料。木质素是以苯丙烷为结构单元，通过碳-碳键、醚键等连接起来的三维网状聚合物；根据甲氧基的数量和位置的不同可分为对羟基苯基型 (H)、愈疮木基型 (G) 和紫丁香基型 (S)。木质素凭借其天然的可再生性、可生物降解性、无毒等优点，且来源于造纸工业副产物-工业木质素具有成本低廉的优势，被作为优良的生物质化工原料，在材料综合利用领域受到广泛的关注。目前，木质素已经被广泛应用于制备酚醛树脂、聚氨酯、环氧树脂等材料，作为填料可改性橡胶、聚酯、聚醚、聚烯烃、淀粉、蛋白质等化石资源基和生物基高分子材料。

木质素包含的官能基团主要包括羟基(醇羟基和酚羟基)、羰基、甲氧基、磺酸基等。其中羟基是木质素中含量相对较多的官能团，其在木质素改性制备功能材料方面起到重要的作用，如可以作为多元醇改性聚氨酯体系，主要就是基于木质素上活性的羟基和异氰酸酯在有机溶剂中能够发生化学反应；可用于制备工程塑料、弹性体及各种软质、半硬质、硬质泡沫材料等。

聚氨酯一般由二元或多元有机异氰酸酯与聚醚/聚酯多元醇化合物相互作用而得的主链中含有氨基甲酸酯特征单元的高分子化合物。根据结构和性质的不同，可以制成泡沫、橡胶、合成革、粘合剂以及涂料等。聚氨酯具有耐温、加工性能好、可降解、耐冲击性好等优点，广泛的应用于汽车、建筑、机电、航空、医疗、交通等许多领域。然而聚氨酯的极限氧指数只有17%左右，极易燃烧，且燃烧时会释放大量有毒烟雾，具有极大的潜在火灾危险，因此聚氨酯材料的阻燃研究是具有重大意义的课题。

聚合物的阻燃方法包括在聚合物中添加阻燃剂和通过化学反应将阻燃元素，如硅、磷、氮等连接到聚合物主链或侧链，使聚合物具有阻燃性质。传统的卤系阻燃剂具有阻燃效果好、添加量低、对材料力学性能影响小等优点，但是卤系阻燃剂燃烧时会释放出大量的有毒气体，对人体健康和环境造成极大的危害，因此卤系阻燃剂已经被禁用。其他的阻燃剂还包括金属化合物阻燃剂，主要有氢氧化铝、氢氧化镁、钙化物等；氮系阻燃剂氮系阻燃剂主要是三嗪类化合物，其中包含双氰胺、胍盐、联二脲、三聚氰胺及其盐类等；磷系阻燃剂种类很多，其中包括磷酸酯、磷腈、磷化物和氧化磷等。膨胀型阻燃剂是目前研究的热点，典型的膨胀阻燃剂由三个组分组成，分别是酸源、碳源、气源。酸源，又叫作脱水剂，燃烧过程中使材料表面脱水生成酸，可以使碳源交联并生成热稳定性的碳层；气源，又叫作发泡剂，燃烧过程中生成不燃性气体，能使碳源发泡膨胀；碳源，又叫作成炭剂，通常为含有丰富的碳的多官能团化合物。目前，使用的最多的膨胀阻燃体系中的酸源是APP；气源包括三聚氰胺、尿素以及合成的新型的含氮化合物等；碳源包括季戊四醇、纤维素、淀粉、木质素等。