一种含氮和磷的木质素基阻燃剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种含氮和磷的木质素基阻燃剂、制备方法及其应用。阻燃剂是由如下方法制备的：将9,10

【技术实现步骤摘要】
一种含氮和磷的木质素基阻燃剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于阻燃剂领域，具体涉及一种含氮和磷的木质素基阻燃剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]聚氨酯(polyurethane，简称PU)是聚氨基甲酸酯的简称，是指由多元异氰酸酯和多元羟基化合物通过逐步加成得到的具有氨基甲酸酯基团重复结构单元的聚合物。从聚氨酯大分子主链结构看，它是由玻璃化温度低于室温的柔性链段和玻璃化温度高于室温的刚性链段组成，其中低聚物多元醇(如聚醚、聚酯等)构成柔性链段，异氰酸酯和小分子扩链剂构成刚性链段。正是由于其分子链中同时含有玻璃化温度高于室温的链段和玻璃化温度高于室温的链段，所以这种材料既能适用于柔性材料，也能适用于刚性材料，性能可控性好。通过分子设计，可以制造不同性能的材料，满足不同领域的需要。聚氨酯树脂具有可发泡性、高弹性、耐磨性、高黏结性、耐低温性、耐溶剂性以及良好的绝缘性，是涂料、粘合剂、塑料、纤维、橡胶等的重要品种。优良的性能，广泛的用途，使聚氨酯树脂成为世界重点发展的六大合成材料之一。
[0003]泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一，它的主要特征是具有多孔性，因而相对密度小，比强度高。根据所用的原料不同和配方的变化，聚氨酯泡沫塑料可以分为软质、半硬质和硬质等聚氨酯泡沫，按所用的多元醇品种又可分为聚酯型、聚醚型和蓖麻油型等，按发泡方法又可分为块状、模塑和喷涂聚氨酯泡沫塑料等多种类型。
[0004]在现代生产生活中，聚氨酯的应用十分广泛，汽车内外饰件，家居装修，但伴随应用聚氨酯的巨大市场，聚氨酯的易燃性同样也是有待解决的一大问题。聚氨酯泡沫（PUF）的阻燃主要是通过引入阻燃组分实现的，引入阻燃组分的形式主要有两种：一种是结构型阻燃技术，添加的阻燃组分称为结构型阻燃剂。将结构型阻燃剂（如异氰尿酸酯或碳化二亚胺等）直接接枝在反应原料（如多元醇或异氰酸酯）上，制备泡沫材料。另一种是添加型阻燃技术，添加的阻燃组分称为添加型阻燃剂。这种阻燃剂可以是不具有反应活性但有阻燃作用的物质，将其均匀分散在PUF基体中阻止燃烧发生，也可以是在原料中添加含氯、溴、磷等阻燃元素的物质，部分或全部参与燃烧，生成的物质起到阻燃作用。聚氨酯泡沫所用阻燃剂按照阻燃组分可分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硼系阻燃剂、填充型阻燃剂和膨胀型阻燃剂。
[0005]木质素中含有多种官能团，如醇羟基、酚羟基、羰基、甲氧基、羧基等。酶解木质素相较于一般木质素来说有更高的羟基含量，具有更高的反应活性，可作为性能优良的成炭剂，对协同阻燃具有较好的效果。木质素在植物成分中占了相当大比例，是植物界中储量仅次于纤维素的含有苯环的天然大分子。制浆工艺产生的废水中含有大量的木质素，通过对这部分木质素的综合利用，消除对生态环境的破坏，创造环境友好，自然和谐的发展之路。
[0006]因此，如何将上述木质素用于阻燃体系，并进一步提高聚氨酯泡沫的阻燃性能，已经成为业内生产厂商亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题是提供一种含氮和磷的无卤素木质素基阻燃剂，并将其应用于阻燃聚氨酯泡沫的制备，可有效提高聚氨酯泡沫的阻燃性能，同时提高了聚氨酯的力学性能，在实际应用中具有广阔前景。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含氮和磷的木质素基阻燃剂（LTD），它的制备方法如下：将三烯丙基异三聚氰酸酯加热至80~90 ℃后加入9,10
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二氢
‑9‑
氧杂菲
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10
‑
氧化物，然后升温至145~155 ℃反应3~5 h后再降温至90~100 ℃，再加入木质素的 N,N
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二甲基甲酰胺溶液反应5~8 h后获得产物，再将产物用乙醇洗脱、烘干和粉碎处理后获得含氮和磷的木质素基阻燃剂。
[0009]所述的烘干温度为50~70 ℃，时间为16~20 h。
[0010]所述的木质素为酶解木质素、有机溶剂木质素、碱木质素、磺酸盐木质素中的任一一种。
[0011]所述的三烯丙基异三聚氰酸酯、9,10
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二氢
‑9‑
氧杂菲
‑
10
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氧化物和木质素重量比为 2～5:6～14:1～4。含氮和磷的木质素基阻燃剂的合成反应方程式如下：一种含氮和磷的木质素基阻燃剂在阻燃聚氨酯泡沫的应用，包括如下步骤：将聚醚多元醇、有机硅稳定剂、去离子水、催化剂、含氮和磷的木质素基阻燃剂和异氰酸酯 混合搅拌均匀后放入60～100℃的密闭模具中发泡，经5～15min脱模后获得阻燃型聚氨酯泡 沫。
[0012]所述的聚醚多元醇为聚醚多元醇330N、聚醚多元醇3628、聚醚多元醇4110、聚醚多元醇403、聚醚三醇中的任一一种。
[0013]所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,4
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环己烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、三甲基
‑
1,6
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六亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯中的任一一种。
[0014]所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、油酸亚锡、二
‑2‑
乙基己酸二丁基锡、氯化三丁基锡、三氯化丁基锡中的任一一种。
[0015]所述的发泡剂为去离子水、二氧化碳、氮气中的任一一种。
[0016]所述的聚醚多元醇、有机硅稳定剂、发泡剂、催化剂、含氮和磷的木质素基阻燃剂和异氰酸酯重量比为100 : 1~1.25 : 2.5~3 : 1~1.25 :5~20 : 40~42。
[0017]本专利技术的有益效果
本专利技术中提供了一种含氮和磷的木质素基阻燃剂、制备方法及其在阻燃聚氨酯泡沫的应用。本专利技术的含氮和磷的木质素基阻燃剂为无卤阻燃剂，所用到的磷元素与氮元素相较于卤素阻燃剂来说都是环境友好的。本专利技术利用三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）中的双键与9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂菲
‑
10
‑
氧化物(DOPO)中的P
‑ꢀ
H键进行反应，然后再利用三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）中的双键与木质素中的羟基反应，最后获得含氮和磷的无卤木质素基阻燃剂。因为木质素是非常优良的成炭剂，对协同阻燃有很好的效果，从而形成膨胀型阻燃剂成炭剂、酸源和N源的协同作用，从而得到最优的阻燃效果。较传统阻燃剂来说，木质素的加入使得阻燃剂的成本大幅度降低。将本专利技术制备得到的木质素基阻燃剂应用于聚氨酯发泡中，可得到性能优异的低成本阻燃聚氨酯泡沫。
附图说明
[0018]图1为实施例1～3制备的木质素基阻燃剂红外光谱图。
[0019]图2为对比例1、实施例4~9的聚氨酯泡沫实物图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氮和磷的木质素基阻燃剂，其特征在于，它的制备方法如下：将三烯丙基异三聚氰酸酯加热至80~90℃后加入9,10
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二氢
‑9‑
氧杂菲
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10
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氧化物，然后升温至145~155℃反应3~5h后再降温至90~100℃，再加入木质素的 N,N
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二甲基甲酰胺溶液反应5~8h后获得产物，再将产物用乙醇洗脱、烘干和粉碎处理后获得含氮和磷的木质素基阻燃剂。2.根据权利要求1所述的一种含氮和磷的木质素基阻燃剂，其特征在于:所述的烘干温度为50~70℃，时间为16~20h。3.根据权利要求1所述的一种含氮和磷的木质素基阻燃剂，其特征在于:所述的木质素为酶解木质素、有机溶剂木质素、碱木质素、磺酸盐木质素中的任一一种。4.根据权利要求1所述的一种含氮和磷的木质素基阻燃剂，其特征在于:所述的三烯丙基异三聚氰酸酯、9,10
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二氢
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氧杂菲
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10
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氧化物和木质素重量比为2~5:6~14:1~4。5.如权利要求1所述的一种含氮和磷的木质素基阻燃剂在阻燃聚氨酯泡沫的应用，其特征在于,包括如下步骤：将权利要求1获得的含氮和磷的木质素基阻燃剂、聚醚多元醇、有机硅稳定剂、发泡剂、催化剂和异氰酸酯混合搅拌均匀后放入60~100℃的密闭模具中发泡，经5~15min脱模后获得阻燃型聚氨酯泡沫。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：呼微，刘碧莹，段金炽，刘佰军，徐义全，王艳淼，王寒冰，张亮，张袅娜，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：