[发明专利]一种哌嗪改性木质素/氢氧化铝双重包覆红磷阻燃剂及其在EVA中的应用

说明书

本发明公开了一种哌嗪改性木质素/氢氧化铝双重包覆红磷阻燃剂及其在EVA中的应用，属于高分子材料添加剂领域。按各组分的质量百分比计，阻燃剂中芯材15%‑35%，壳材65%‑85%；芯材为红磷（10‑30%），壳材为L‑P（45‑65%）和氢氧化铝（10‑30%）。本发明以生物质材料木质素为阻燃剂的炭源原料，哌嗪为阻燃剂的气源原料，通过Mannich反应将哌嗪接枝到木质素分子上形成网络状大分子；随后在溶液中加入红磷作为阻燃剂的气源以及铝盐发生反向共沉淀作用，制得所述的哌嗪改性木质素/氢氧化铝双重包覆红磷阻燃剂。本发明所制得的阻燃剂粒径较小、尺寸稳定性好，可有效改善阻燃剂与基体材料间的相容性。

技术领域

本发明属于高分子材料添加剂技术领域，具体涉及一种哌嗪改性木质素/氢氧化铝双重包覆红磷阻燃剂及其在EVA中的应用。

背景技术

近年来，含卤阻燃剂的大量使用严重危害了环境安全以及人类健康，越来越多的科研工作者致力于开发新型无卤阻燃剂。红磷是一种传统且高效的无卤阻燃剂。然而，未经过表面处理的红磷在空气中极为不稳定，会与水汽发生反应产生高毒性的PH₃，而且与基体材料的相容性差、加工困难。目前的解决办法主要是将红磷微粉用有机和无机物对其进行表面包封以便隔绝湿气提高相容性。这种微胶囊化红磷具有很高的抗潮湿性、较好的流动性、较长的存储时间和较少的PH₃产生。微胶囊化红磷的制备过程中，适宜的壳材料是决定阻燃性能的重要因素。生物质材料可再生、含炭量高，引起了研究者的关注。在植物中普遍存在的木质素，结构中含有大量的活性基团，如羟基、甲氧基和醚键等，不仅使得木质素具备了多种化学改性的可能，而且在燃烧过程中会生成致密的炭层。

一些金属氢氧化物如氢氧化镁和三水合铝等作为无卤阻燃剂也已被深入研究。这些无机金属氢氧化物可以在凝聚相和气相中发挥作用，并在吸热反应后分解，降低高分子材料的加热速率并将水汽释放到气相中，稀释燃烧区域的氧气浓度从而延缓了燃烧。此外，燃烧产生的金属氢氧化物冷却后凝结在聚合物材料表面，形成隔绝性的保护层，这也有助于高分子阻燃。尤其是三水合铝作为一种无酸、无卤、抑烟阻燃剂引起了更多的关注。但是，三水合铝在单独使用时添加量超过60 wt％才能达到理想的阻燃等级。因此，将木质素作为无卤膨胀型阻燃剂的炭源，通过Mannich反应与哌嗪分子接枝形成三维网络状结构并包覆红磷微粉，制备出新型木质素基微胶囊红磷阻燃剂，同时在制备过程中引入氢氧化铝作为无机物囊材和阻燃协效剂，达到有机-无机双重包覆红磷的效果，可充分发挥各组分的优势，相互补充，起到协同作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种哌嗪改性木质素/氢氧化铝双重包覆红磷阻燃剂及其在EVA中的应用，以生物质材料木质素为阻燃剂的炭源原料，哌嗪为阻燃剂的气源原料，通过Mannich反应将哌嗪接枝到木质素分子上形成网络状大分子；随后在溶液中加入红磷作为阻燃剂的气源以及铝盐发生反向共沉淀作用，制得所述的哌嗪改性木质素/氢氧化铝双重包覆红磷阻燃剂。可有效解决目前无卤阻燃剂在EVA的技术问题，为微胶囊化红磷技术提供一种原料绿色、制备成本低廉、阻燃效率高、成炭速率快的制备方法。

一种哌嗪改性木质素/氢氧化铝双重包覆红磷阻燃剂，阻燃剂结构包括红磷原粉组成的芯材以及无机材料氢氧化铝和哌嗪改性木质素聚合物（L-P）组成的壳材，按各组分间的质量百分比计，阻燃剂中芯材15 %-35 %，壳材65 %-85 %。其中壳材是以木质素作为初始原料，随后经过羟甲基化和Mannich反应将哌嗪分子接枝到木质素分子上，最后利用反向共沉淀的过程引入氢氧化铝分子，形成一种多组分协效阻燃的微胶囊化红磷。

其中L-P的结构如下：

阻燃剂组分为：

L-P 45-65 wt%；

氢氧化铝 10-30 wt%；