一种复配型植物纤维阻燃改性剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种复配型植物纤维阻燃改性剂及其应用，属于复合材料技术领域，该复配型植物纤维阻燃改性剂组分包括以熊果苷为原料制备的水溶性苯并噁嗪和植酸，水溶性苯并噁嗪与植酸的质量比为1：0.2～2.5。利用该复配型植物纤维阻燃改性剂改性植物纤维得到的阻燃型植物纤维在垂直燃烧时可实现离火自熄，极限氧指数为22.0～38.0％，进一步制备得到的阻燃型植物纤维增强环氧树脂复合材料阻燃性能优异，达到UL

【技术实现步骤摘要】
一种复配型植物纤维阻燃改性剂及其应用


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种复配型植物纤维阻燃改性剂及其应用。

技术介绍

[0002]随着人们对环境保护和资源危机的日益重视，天然纤维由于具有价廉质轻，比强度和比刚度高，可自然降解，可作为增强体材料来制备环境友好的绿色复合材料等优良特性越来越受到人们的青睐，广泛应用于汽车，航空，建筑材料，体育用品等领域，如某些轿车使用麻纤维制造了32种部件，及大地减轻了车身重量。然而由于普通植物纤维氧指数低，极容易引发火灾，极大地阻碍了其应用和发展，所以阻燃型植物纤维的开发是发展这一产业亟待解决的问题之一。
[0003]植物纤维常用的阻燃剂可分为无机阻燃剂、有机卤系、有机磷系、有机硅系等几类。随着卤素系阻燃剂的逐步禁用，磷系阻燃剂因其环境友好性和优异的阻燃性而成为卤素系防火剂的潜在替代品，例如，N
‑
羟甲基二甲基膦酰丙胺(Pyrovatex CP)和氨固化缩聚四(羟甲基)鏻脲衍生物(PROBN)由于其高效的阻燃性和耐久性，已经成为阻燃纤维素产品工业生产的代表性阻燃剂。遗憾的是，两种阻燃剂中的羟甲基在加工和使用过程中不可避免地会释放甲醛，会对人类具有致癌作用以及对环境和生物产生恶劣的影响。
[0004]苯并噁嗪树脂由酚醛树脂发展而来，原料价格低、具有电气绝缘性、高残碳率，阻燃性能佳等传统酚醛树脂的优点，然而，通常苯并噁嗪是疏水的，与亲水的植物纤维相容性较差。
[0005]公开号为CN102250383A的中国专利文献公开了一种含苯并噁嗪的无卤阻燃剂，该无卤阻燃剂由苯并噁嗪树脂、红磷和金属氧化物或金属氢氧化物组成，可用于聚合物及其制品的阻燃，但红磷有毒、易燃，存在安全性隐患。
[0006]公开号为CN104018344A的中国专利文献公开了一种定型
‑
阻燃双功能织物，该专利技术利用芳香二胺型苯并噁嗪树脂和阻燃剂制备苯并噁嗪/阻燃剂共混物，高温预聚后冷却研磨得到定型
‑
阻燃双功能定型剂；进一步将定型
‑
阻燃双功能定型剂通过机械振动筛均匀撒布在纤维织物表面，再经过红外烘房烘烤后形成黏附于纤维织物表面的小微粒，从而制备得到定型
‑
阻燃双功能织物，但是上述方法的修饰效果有待提升。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种复配型植物纤维阻燃改性剂，包括水溶性苯并噁嗪和植酸，该复配型植物纤维阻燃改性剂与植物纤维相容性好，进一步制备得到的阻燃型植物纤维增强环氧树脂复合材料阻燃性能优异，同时，水溶性苯并噁嗪本身可以参与环氧树脂开环，使得该复合材料拥有了更好的界面性能。
[0008]具体采用的技术方案如下：
[0009]一种复配型植物纤维阻燃改性剂，组分包括以熊果苷为原料制备的水溶性苯并噁
嗪和植酸，水溶性苯并噁嗪与植酸的质量比为1：0.2～2.5。
[0010]本专利技术利用苯并噁嗪本身良好的成炭性能，与植酸复配使用，通过凝聚相和气相共同作用，实现阻燃效果，苯并噁嗪作为炭源和气源，当被改性的材料受热时，由酸源(植酸)释放无机酸，无机酸与炭源发生酯化反应，炭源脱水成炭，气源可以产生不燃性气体，这些气体填充到炭层中，使炭层膨胀发泡，形成多孔泡沫炭层，发挥成炭阻隔效应，隔热隔氧，有效地保护炭层下面的材料不被燃烧，另外，植酸裂解还可能产生PO
·
和PO2·
等自由基，起到气相淬灭作用。
[0011]优选的，所述水溶性苯并噁嗪具有如式(I)和/或式(Ⅱ)所示结构：
[0012][0013]其中，R1选自苯基、
‑
CH2CH3或R2选自
‑
CH2CH2CH2‑
、
‑
CH2CH2‑
、*表示连接位置。
[0014]所述水溶性苯并噁嗪的制备方法优选为：将熊果苷、胺类化合物和多聚甲醛的混合物溶于有机溶剂中反应得到所述水溶性苯并噁嗪。
[0015]熊果苷，化学式为C
12
H
16
O7，是一种由杜鹃花科植物熊果叶中萃取出的成分，植酸，分子式C6H
18
O
24
P6，是从植物种籽中提取的一种有机磷类化合物，均属于可再生资源。
[0016]本专利技术还提供了一种阻燃型植物纤维，利用所述复配型植物纤维阻燃改性剂改性植物纤维得到。
[0017]所述植物纤维可选用任意市售植物纤维，包括苎麻纤维、黄麻纤维、竹纤维、纤维素纤维等。
[0018]优选的，所述阻燃型植物纤维的制备方法包括以下步骤：将植物纤维浸泡在所述复配型植物纤维阻燃改性剂溶液中，烘干后制备得到所述阻燃型植物纤维；其中，复配型植物纤维阻燃改性剂溶液的浓度为2
‑
100mg/mL。
[0019]本专利技术利用苯并噁嗪自身良好的成炭性能，与植酸共同构建复配型阻燃剂，用于植物纤维的阻燃改性，水溶性苯并噁嗪与植物纤维相容性好，改性效果好，改性剂与植物纤
维之间的结合力强。
[0020]优选的，植物纤维在80～250℃下浸泡在所述复配型植物纤维阻燃改性剂溶液中30～120min。
[0021]优选的，所述阻燃型植物纤维在垂直燃烧时可实现离火自熄，极限氧指数为22.0％～38.0％。
[0022]本专利技术还提供了一种阻燃型植物纤维增强环氧树脂复合材料，包括所述阻燃型植物纤维、环氧树脂和固化剂。
[0023]优选的，所述的阻燃型植物纤维增强环氧树脂复合材料中，所述阻燃型植物纤维、环氧树脂和固化剂的质量份数之比为100
‑
200：100
‑
120：10
‑
50。
[0024]优选的，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂中的至少一种。
[0025]优选的，所述固化剂选自多元胺类固化剂、酸酐类固化剂、多元酚类固化剂、聚硫醇类固化剂中的至少一种。
[0026]优选的，所述阻燃型植物纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法为：将所述阻燃型植物纤维、环氧树脂和固化剂共混，80～250℃固化3～10h，得到所述阻燃型植物纤维增强环氧树脂复合材料。
[0027]优选的，所述阻燃型植物纤维增强环氧树脂复合材料的层间剪切强度为24.6MPa以上，阻燃性能为UL
‑
94V0级以上。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0029](1)本专利技术以生物质原料熊果苷制备生物基苯并噁嗪，制备流程简单，可控制好，易于实施，并进一步将生物基苯并噁嗪与另一种生物质原料植酸复配用作阻燃改性剂，原料来源广，易于获取，便于大规模工业化生产。
[0030](2)本专利技术以熊果苷为原料制备的生物基苯并噁嗪具有水溶性，同时具有大量羟基，是良好的成炭剂，配合生物基植酸提供大量的P元素，构建阻燃效果良好的生物基复配型阻燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复配型植物纤维阻燃改性剂，其特征在于，组分包括以熊果苷为原料制备的水溶性苯并噁嗪和植酸，水溶性苯并噁嗪与植酸的质量比为1：0.2～2.5。2.根据权利要求1所述复配型植物纤维阻燃改性剂，其特征在于，所述水溶性苯并噁嗪具有如式(I)和/或式(Ⅱ)所示结构：其中，R1选自苯基、
‑
CH2CH3或R2选自
‑
CH2CH2CH2‑
、
‑
CH2CH2‑
、*表示连接位置。3.一种阻燃型植物纤维，其特征在于，利用权利要求1或2所述复配型植物纤维阻燃改性剂改性植物纤维得到。4.根据权利要求3所述阻燃型植物纤维，其特征在于，所述植物纤维包括苎麻纤维、黄麻纤维、竹纤维或纤维素纤维。5.根据权利要求3所述阻燃型植物纤维，其特征在于，所述阻燃型植物纤维的制备方法包括以下步骤：将植物纤维浸泡在所述复配型植物纤维阻燃改性剂溶液中，烘干后制备得到所述阻燃型植物纤维，其中，复配型植物纤维阻燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小青，张力月，代金月，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：