本发明专利技术涉及一种核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂，它是以木质素为核、以尿素和甲醛聚合得到的脲醛树脂为壳层包覆在木质素表面形成的粉末状固体。本发明专利技术还涉及该成炭剂的制备方法：先在碱性条件下，将尿素和甲醛聚合成脲醛树脂预聚体水溶液，再往其中加入重量为尿素和甲醛两者总重2~9倍的木质素和重量为木质素重量0.5%~10%的表面活性剂，在温度65℃-85℃的酸性条件下制得所述成炭剂产物。本发明专利技术制备工艺简单，容易实施，所得成炭剂耐水性好，与酸源复配成膨胀型阻燃剂应用于聚乳酸基体中时，能够提高阻燃稳定性和阻燃效率，同时与聚合物基体的相容性好，能够减小阻燃剂对材料物理性能的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于阻燃剂制备
，具体涉及一种，该成炭剂能够与酸源复配形成新的膨胀型阻燃剂。
技术介绍
随着科技的进步和人民生活水平的提高，高分子材料的应用越来越广泛，同时也带动了阻燃材料的快速发展，阻燃剂已经成为目前塑料助剂中的第二大助剂。但现有的含卤阻燃剂由于燃烧时会产生大量有毒烟雾，其应用正受到越来越大的限制，而无机阻燃剂如金属氢氧化物则阻燃效率低，对材料的力学性能等影响较大，也使其在很多领域难以满足要求。膨胀型阻燃剂(IFR)是近年来受到广泛关注的一种无卤阻燃剂，它是由炭源、酸源和气源三部分组成。由于IFR阻燃的聚合物燃烧时表面会形成外层致密、内部疏松多孔的膨胀炭层，该膨胀炭层因具有隔热、隔氧的作用，从而可赋予聚合物高阻燃性，耐滴落性等优点。传统的膨胀型阻燃体系中使用的成炭剂如季戊四醇(PER)、甘露醇(marmitol)和山梨醇(sorbitol)等(或称之为第一代成炭剂)，其共同缺点在于这些成炭剂均来源于昂贵的石油，因此不符合环保要求且成本高，需要找到替代物。木质素就是一种常见的替代季戊四醇充当炭源的天然高分子。但是，由于木质素这类成炭剂一般都富含羟基，所以当应用于塑料基体中时仍然存在与塑料的相容性差、易渗出、易吸潮、耐水性差等缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂。本专利技术还要提供一种上述核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂的制备方法。为解决以上技术问题，本专利技术采取如下技术方案一种核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂，它是以木质素为核、以尿素和甲醛聚合得到的脲醛树脂为壳层包覆在木质素表面形成的粉末状固体。优选地，所述核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂中木质素与脲醛树脂的重量比为1.5 9:1 (可通过X射线光电子能谱，即XPS测定)。一种核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂的制备方法，包括如下步骤(1 )、将尿素和甲醛按摩尔比1 1溶于重量为尿素和甲醛两者总重Γ20倍的水中，调节溶液PH值至8 12之间，搅拌条件下升温至65°C -85°C，继续反应15 45分钟，得到透明的脲醛预聚体水溶液；(2)、往步骤(1)所得的脲醛预聚体水溶液中加入重量为尿素和甲醛两者总重2、倍的木质素和重量为木质素重量0. 59TlO%的表面活性剂，并调节体系ρΗ值至广5，搅拌条件下升温至65°C _85°C，继续反应2飞小时，然后降温、抽滤，抽滤所得固体产物再经洗涤、干燥， 即得所述核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂。优选地，上述制备方法中水与木质素的重量比在圹5:1之间。优选地，步骤(1)中，搅拌升温前调节尿素和甲醛水溶液的pH值至纩11之间；步骤(2 )中，加入木质素和表面活性剂后调节体系pH值至2、之间。优选地，步骤(2)中木质素的加入量是尿素和甲醛两者总重的3、倍。若尿素和甲醛的用量过低，木质素会因包覆不完全而导致部分颗粒裸露，不仅会影响阻燃效果，而且也会容易发生吸潮；而尿素和甲醛若用量过多，则会使木质素表面包覆层过厚而使得成本提尚。优选地，所述表面活性剂的加入量为木质素重量的19Γ5%。表面活性剂的用量不能太低，否则会使木质素分散性下降，形成团聚，影响最终包覆效果。优选地，所述表面活性剂为脂肪族聚氧乙烯类化合物或4-20个碳原子的脂肪族离子化合物。进一步地，所述脂肪族聚氧乙烯类化合物包括烷基酚聚氧乙烯醚(如0Ρ-10)、脂肪酸聚氧乙烯醚(如平平加)、羧酸聚氧乙烯酯或聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物；所述脂肪族离子化合物包括十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、三辛基三甲基氯化铵、三壬基甲基氯化铵、双十烷基二甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、双十四烷基二甲基氯化铵、双十六烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵或十六烷基硫酸钠。本专利技术方法所制得的核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂与未包覆过的木质素相比，平均粒径没有明显增大，但颗粒表面致密、均勻，未发现单个木质素颗粒裸露的现象，且经包覆后的木质素颗粒水溶性大为降低，耐水性得到显著提高，不存在吸潮现象。上述制备而得的核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂能够作为炭源应用于膨胀型阻燃体系中。一种具体的应用是将上述核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂与酸源按质量比1:广5构成膨胀型阻燃剂应用于聚乳酸基体中，其中酸源为磷酸盐、磷酸酯或9，10- 二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(商业名D0P0)及其衍生物中的任一种。由于以上技术方案的实施，本专利技术与现有技术相比具有如下优点本专利技术依据膨胀阻燃剂的协同阻燃原理和脲醛树脂本身可作为气源的化学性质，采用原位聚合的方法，在尿素和甲醛合成脲醛树脂的过程中加入木质素，以脲醛树脂作为囊壁材料(即壳层)包覆在木质素颗粒表面，制备工艺简单，容易实施，能够在较大范围内调节壳层与核层间的质量比，获得耐水性和阻燃性很好的成炭剂。本专利技术木质素膨胀阻燃成炭剂能够与酸源共同构成膨胀型阻燃剂，提高膨胀型阻燃剂的稳定性和阻燃效率，且本专利技术木质素成炭剂与聚合物的相容性好，能够减少对聚合物基体物理性能的影响。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。实施例1在装有搅拌及回流装置的反应釜中，加入20g尿素和IOg甲醛，溶于300毫升水中，用氢氧化钠溶液调节PH值为纩11。升温至80°C，搅拌下保温反应30分钟，得到透明的脲醛预聚体水溶液。再往该脲醛预聚体水溶液中加入100克木质素和2. 5克0P-10，用盐酸溶液调节PH值为2-4 ；缓慢加热至80°C，并在此温度下继续保温反应4小时。然后搅拌降温、抽滤，抽滤所得固体产物再经洗涤、干燥，即得到核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂125克。所得产物在50°C时的溶解度为0. 023g/100mlH20。实施例2在装有搅拌及回流装置的反应釜中，加入30g尿素和15g甲醛，溶于200毫升水中，用氢氧化钠溶液调节PH值为纩11。升温至80°C，搅拌下保温反应30分钟，得到透明的脲醛预聚体水溶液。再往该脲醛预聚体水溶液中加入100克木质素和2. 5克0P-10，用盐酸溶液调节PH值为2、；缓慢加热至80°C，并在此温度下继续保温反应3小时。然后搅拌降温、 抽滤，抽滤所得固体产物再经洗涤、干燥，即得到核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂 140 克。所得产物在50°C时的溶解度为0. 012g/100mlH20。实施例3在装有搅拌及回流装置的反应釜中，加入20g尿素和IOg甲醛，溶于500毫升水中，用氢氧化钠溶液调节PH值为纩11。升温至80°C，搅拌下保温反应30分钟，得到透明的脲醛预聚体水溶液。再往该脲醛预聚体水溶液中加入100克木质素和2. 5克0P-10，用盐酸溶液调节PH值为2-4 ；缓慢加热至85°C，并在此温度下继续保温反应4小时。然后搅拌降温、 抽滤，抽滤所得固体产物再经洗涤、干燥，即得到核-壳型脲醛改性木质素膨胀阻燃成炭剂 123 克。所得产物在50°C时的溶解度为0. 025g/100mlH20。在其他条件不变的情况下，如果将上述实施例中的水与木质素的质量比保持在 3飞1之间，均可得到123g左右本专利技术的核-壳型脲醛改性本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张蕤，肖锡福，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：
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