一种生物质基增强型阻燃剂及其制备方法与应用技术

本申请公开了一种生物质基增强型阻燃剂及其制备方法与应用。以农产品废弃物花生壳为原料，加入浓硫酸中碳化，烘干磨粉后再与环氧氯丙烷反应，然后再与氨基硅氧烷、9，10

【技术实现步骤摘要】
一种生物质基增强型阻燃剂及其制备方法与应用


[0001]本申请涉及阻燃剂材料制备
，具体涉及一种生物质基增强型阻燃剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着人们防火意识的提高，对材料的阻燃性能的要求也随之提高，无毒、无卤、环境友好型的阻燃体系受到人们的广泛关注。传统的磷酸酯阻燃剂不带有反应性基团，当用于制备阻燃高分子材料时，存在挥发性大、相容性不佳等问题，通常会导致基体材料的抗拉强度会有一定程度的下降。
[0003]生物质高分子材料是利用可再生生物质，通过生物、物理或化学等方法合成的新型材料，以其绿色、环境友好、可再生和生物可降解等特性，受到阻燃领域的广泛关注。许多生物质材料是天然的炭源，可替代传统膨胀型阻燃体系中的季戊四醇等，构成新型膨胀阻燃体系。因此，通过引入环境友好生物质基增强型的新型阻燃剂来提高聚合物材料的力学性能是目前研究的热点。
[0004]中国专利CN105219038A公开了一种b
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环糊精为炭源的膨胀型阻燃剂的热塑性弹性体聚醚酯及其制备方法，其所述膨胀型阻燃体系中由有机次磷酸盐阻燃剂(酸源)、三聚氰胺类阻燃剂(气源)以及b
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环糊精(碳源)组成，该法使用多种阻燃剂共混配方体系，容易导致相容性的问题。中国专利CN104559100A公布了一种功能化环糊精阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法，然而该法所专利技术的阻燃剂结构中仅含有适合做酸源的含磷基团，缺乏含氮基团的气源结构，因此阻燃效率较低。
[0005]近年来，从植物中分离的纤维素纳米纤维(CNF)因其优异的机械强度和刚度以及高的长径比而被认为是最有潜力的聚合物增强材料之一。花生壳是一种农产品废弃物，在花生壳成分中，纤维素是重要组成部分，由于纳米纤维素优越的性能，它在食品包装材料，生物燃料和制药等领域有着广泛的应用。然而，目前尚未有采用花生壳作为原料的生物质基增强型阻燃剂的报道。

技术实现思路

[0006]解决的技术问题：现有技术中传统的磷酸酯阻燃剂不带有反应性基团，当用于制备阻燃高分子材料时，存在挥发性大、相容性不佳、环境不友好等问题，因此本申请采用花生壳为原料，提供一种环境友好型的生物质基增强型的阻燃剂及其制备方法，结合花生壳组分中纤维素的反应性能、成碳性能、结构强度和磷、氮、硅多元素的阻燃优点，可以独立作为膨胀型阻燃剂使用，同时由于分子羟基、硅氧基、氨基和纤维素骨架的存在，使其既可作为一种相容性很好的添加型、反应型阻燃剂，还可以做为一种理想的机械强度增强型阻燃剂。
[0007]技术方案：
[0008]具体来说，本专利技术提供了以下技术方案：
[0009]一种生物质基增强型阻燃剂，所述生物质基增强型阻燃剂DSP的化学结构式为:
[0010][0011]一种生物质基增强型阻燃剂的制备方法，包含以下具体步骤：
[0012](1)将花生壳烘干后进行机械粉碎，筛选出粒径小于2.0mm的颗粒加入浓硫酸中，在高温条件下，进行充分的磁力搅拌，将反应产物用水洗涤至中性，烘干至恒重，磨粉至粒径小于2mm得到产物PS，其结构式如下：
[0013][0014](2)将步骤(1)得到的产物PS分散到去离子水中，加入溶剂，调整溶液pH值至12，加热后，加入环氧氯丙烷(ECH)进行反应，离心分离后用去离子水洗涤，真空干燥得到产物E
‑
PS，具体合成路线为：
[0015][0016](3)将步骤(2)得到的产物E
‑
PS溶解在N,N
‑
二甲基乙酰胺(DMAc)中，加热后，加入DOPO搅拌反应3～5h，冷却后，在惰性气体保护下加入3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES,M
n
＝221)搅拌反应12h，离心分离后依次采用甲醇、蒸馏水洗涤，在真空条件下高温干燥后，得到一种生物质基增强型阻燃剂。
[0017]进一步地，上述生物质基增强型阻燃剂的制备方法，其中，所述步骤(1)中浓硫酸与花生壳的液固比例为(5～10):1mL/g，浓硫酸浓度为60～98wt％，高温反应温度为80～100℃，磁力搅拌转速为 5000
‑
8000rpm，搅拌时间为10～24h。
[0018]进一步地，上述生物质基增强型阻燃剂的制备方法，其中，所述步骤(2)中PS分散液的浓度为1.0wt％，溶剂为浓度为1.0mol/L的NaOH溶液，加热反应温度为60～100℃,ECH与PS的质量比例10～15:1，反应时间为10～24h。
[0019]进一步地，上述生物质基增强型阻燃剂的制备方法，其中，所述步骤(3)中DMAc与E
‑
PS液固比为 8～15:1mL/g，溶液加热反应温度为：150℃，DOPO与E
‑
PS的质量比例为5:1，DOPO与APTES的摩尔量比例为2：1，冷却温度为30℃，惰性气体为氮气，真空条件下干燥温度为60℃，干燥时间为24h。
[0020]本申请还公开了一种生物质基增强型阻燃剂在聚氨酯、尼龙6、聚碳酸酯、聚乳酸和环氧树脂材料中的应用。
[0021]有益效果：
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0023]1、本申请提供的是一种基于生物质含磷、氮、硅多元素膨胀型阻燃剂，结合花生壳组分中纤维素的反应性能、成碳性能、结构强度和磷、氮、硅多元素的阻燃优点，可以独立作为膨胀型阻燃剂使用，同时由于分子羟基、硅氧基、氨基和纤维素骨架的存在，使其既可作为一种相容性很好的添加型、反应型阻燃剂，还可以做为一种理想的机械强度增强型阻燃剂。
[0024]2、现有技术多种组分混合构成的阻燃剂会存在每种组分分散不均匀、每种组分与基体材料的相容性不匹配等限制，而本专利技术这种将多元素整合在一个分子内部的阻燃剂，则只需考虑一种阻燃剂与基体材料的相容性即可，相对来说，可操作性更强。
[0025]3、本申请提供的是一种基于生物质资源的增强型多元素协同膨胀型阻燃剂，相比于来源于不可再生的石化资源的阻燃剂，具有更好市场前景和可持续发展优势。
[0026]4、本申请的阻燃剂里存在羟基、硅氧基团，特别适用于聚乳酸、环氧树脂及其类似体系，阻燃性能更好。
附图说明
[0027]图1为本申请阻燃剂的红外光谱图；
[0028]图2为本申请阻燃剂的X射线光电子能谱图(XPS)；
[0029]图3为环氧树脂和添加阻燃剂树脂燃烧后的数码照片(a1,b1)和电子扫面电镜(a2,b2)；
[0030]图4为添加阻燃剂环氧树脂的拉伸强度和断裂伸长率。
具体实施方式
[0031]下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0032]实施例1
[0033]一种生物质基增强型阻燃剂的制备方法，包含以下具体步骤：
[0034](1)将花生壳烘干进行机械粉碎，筛选出粒径小于2.0mm的颗粒2g加入10mL 60％硫酸中，溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质基增强型阻燃剂，其特征在于，所述生物质基增强型阻燃剂（DSP）的化学结构式为：。2.一种生物质基增强型阻燃剂的制备方法，其特征在于，包含以下具体步骤：（1）将花生壳烘干进行机械粉碎，筛选出粒径小于2.0mm的颗粒加入浓硫酸中，在高温条件下，进行充分的磁力搅拌，将反应产物用水洗涤至中性，烘干至恒重，磨粉至粒径小于2mm得到产物PS，其结构式如下：；（2）将步骤（1）得到的产物PS分散到去离子水中，加入溶剂，调整溶液pH值至12，加热后，加入环氧氯丙烷（ECH）进行反应，离心分离后用去离子水洗涤，真空干燥得到产物E
‑
PS，具体合成路线为：；（3）将步骤（2）得到的产物E
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PS溶解在N,N
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二甲基乙酰胺（DMAc）中，加热后，加入DOPO搅拌反应3 ~ 5h，冷却后，在惰性气体保护下加入3
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氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES, M
n
=221)搅拌反应12 h，离心分离后依次采用甲醇、蒸馏水洗涤，在真空条件下高温干燥后，得到一种生物质基增强型阻燃剂。3.根据权利要求2所述的一种生物质基增...

【专利技术属性】
技术研发人员：张怀红，徐慧琳，刘娜，刘莉莉，俞凡，仓辉，蔡照胜，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：