專利名稱：硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑及其制備方法，以及該成炭劑作為膨脹型阻燃劑中的炭源在聚乳酸基體中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步和人民生活水平的提高，高分子材料的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)也帶動(dòng)了阻燃材料的快速發(fā)展，阻燃劑已經(jīng)成為目前塑料助劑中的第二大助劑。但現(xiàn)有的含鹵阻燃劑由于燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量有毒煙霧，其應(yīng)用正受到越來越大的限制，而無機(jī)阻燃劑如金屬氫氧化物則阻燃效率低，對(duì)材料的力學(xué)性能等影響較大，也使其在很多領(lǐng)域難以滿足要求。
膨脹型阻燃劑(IFR)是近年來受到廣泛關(guān)注的一種無鹵阻燃劑，它是由炭源、酸源和氣源三部分組成。由于IFR阻燃的聚合物燃燒時(shí)表面會(huì)形成外層致密、內(nèi)部疏松多孔的膨脹炭層，該膨脹炭層因具有隔熱、隔氧的作用，從而可賦予聚合物高阻燃性，耐滴落性等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的膨脹型阻燃體系中使用的成炭劑如季戊四醇(PER)、甘露醇(marmitol)和山梨醇(sorbitol)等(或稱之為第一代成炭劑)，其共同缺點(diǎn)在于這些成炭劑均來源于昂貴的石油，因此需要找到其替代物。木質(zhì)素就是一種常見的替代季戊四醇充當(dāng)炭源的天然高分子。
此外，單純使用膨脹阻燃體系如聚磷酸銨-季戊四醇、聚磷酸銨-磷酸苯酯、季戊四醇磷酸酯以及聚磷酸銨-木質(zhì)素等，仍然存在阻燃效率不夠高、與高聚物的相容性差、易遷移、易吸潮等缺點(diǎn)。因此需要其他協(xié)效劑來與之復(fù)配。硅類化合物是近年發(fā)展起來的一種新型、高效、低毒的環(huán)境友好型無鹵阻燃劑，也是一種成炭型的抑煙劑，能夠促進(jìn)炭層的形成，提高炭層的穩(wěn)定性和改善炭層結(jié)構(gòu)。含硅協(xié)同阻燃體系集催化阻燃作用、抑制凝聚相的氧化反應(yīng)和形成有效的焦炭層或含其他阻燃元素(如硅、磷等阻燃元素)的焦炭層等多種特征于一體，是阻燃技術(shù)發(fā)展的重要方向。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑。
本發(fā)明還要提供一種上述硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑的制備方法。
本發(fā)明第三個(gè)目的是將上述硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑作為炭源應(yīng)用于膨脹型阻燃劑體系中。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案一種硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑，采用酸性條件下的溶膠-凝膠法制備而成，是以有機(jī)硅氧化合物在酸性條件下產(chǎn)生的有機(jī)硅氧聚合物包覆在木質(zhì)素表面形成的粉末狀固體。
優(yōu)選地，所述硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑中木質(zhì)素與有機(jī)硅氧聚合物的重量比為2. 5^21 1 (可通過X射線光電子能譜，即XPS測(cè)定)。
一種硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑的制備方法，采用酸性條件下的溶膠-凝膠法制備所述硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑，具體過程如下按乙醇與水重量比為2. 9飛.2:1配制乙醇水溶液，將重量為乙醇水溶液209Γ30%的木質(zhì)素加入到所述乙醇水溶液中，在30°C-90°C下調(diào)節(jié)ρΗ值至1-5，再加入重量為木質(zhì)素重量 0. 59TlO%的表面活性劑，攪拌均勻；然后以1. 2-10毫升/分鐘的速度向上述溶液中緩慢滴加重量為木質(zhì)素重量59Γ35%的有機(jī)硅氧化合物，反應(yīng)3飛小時(shí)，反應(yīng)液經(jīng)冷卻、過濾，過濾所得固體產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥后，即得所述硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑。
優(yōu)選地，表面活性劑加入前調(diào)節(jié)所述乙醇水溶液的ρΗ值至2 4。
優(yōu)選地，所述表面活性劑的加入量為木質(zhì)素重量的19Γ5%。
優(yōu)選地，所述表面活性劑為脂肪族聚氧乙烯類化合物或4-20個(gè)碳原子的脂肪族離子化合物。
進(jìn)一步地，所述脂肪族聚氧乙烯類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；所述脂肪族離子化合物包括十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、三辛基三甲基氯化銨、三壬基甲基氯化銨、雙十烷基二甲基氯化銨、雙十二烷基二甲基氯化銨、雙十四烷基二甲基氯化銨、雙十六烷基二甲基氯化銨、雙十八烷基二甲基氯化銨或十六烷基硫酸鈉。
優(yōu)選地，所述有機(jī)硅氧化合物的加入量為木質(zhì)素重量的109Γ20%。
優(yōu)選地，所述有機(jī)硅氧化合物的結(jié)構(gòu)式為如下的式(1)、式(2)、式(3)或式(4)所示
權(quán)利要求
1.一種硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑，其特征在于所述硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑采用酸性條件下的溶膠-凝膠法制備而成，是以有機(jī)硅氧化合物在酸性條件下產(chǎn)生的有機(jī)硅氧聚合物包覆在木質(zhì)素表面形成的粉末狀固體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑，其特征在于所述硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑中木質(zhì)素與有機(jī)硅氧聚合物的重量比為2. 5 21:1。
3.—種硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑的制備方法，其特征在于采用酸性條件下的溶膠-凝膠法制備所述硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑，具體過程如下按乙醇與水重量比為2. 9飛.2:1配制乙醇水溶液，將重量為乙醇水溶液209Γ30%的木質(zhì)素加入到所述乙醇水溶液中，在30°C-90°C下調(diào)節(jié)ρΗ值至1-5，再加入重量為木質(zhì)素重量 0. 59TlO%的表面活性劑，攪拌均勻；然后以1. 2-10毫升/分鐘的速度向上述溶液中緩慢滴加重量為木質(zhì)素重量59Γ35%的有機(jī)硅氧化合物，反應(yīng)3飛小時(shí)，反應(yīng)液經(jīng)冷卻、過濾，過濾所得固體產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥后，即得所述硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于在加入表面活性劑前調(diào)節(jié)所述乙醇水溶液的PH值至2 4。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述表面活性劑的加入量為木質(zhì)素重量的1°/Γ5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述表面活性劑為脂肪族聚氧乙烯類化合物或4-20個(gè)碳原子的脂肪族離子化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述脂肪族聚氧乙烯類化合物包括烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、羧酸聚氧乙烯酯或聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物；所述脂肪族離子化合物包括十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、三辛基三甲基氯化銨、三壬基甲基氯化銨、雙十烷基二甲基氯化銨、雙十二烷基二甲基氯化銨、雙十四烷基二甲基氯化銨、雙十六烷基二甲基氯化銨、雙十八烷基二甲基氯化銨或十六烷基硫酸鈉。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述有機(jī)硅氧化合物的加入量為木質(zhì)素重量的10% 20%。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述有機(jī)硅氧化合物的結(jié)構(gòu)式為如下的式(1)、式(2)、式(3)或式(4)所示
10.將權(quán)利要求;Γ9中任一項(xiàng)制備方法所制得的硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑與酸源按質(zhì)量比1:廣5構(gòu)成膨脹型阻燃劑應(yīng)用于聚乳酸基體中，其中酸源為磷酸鹽、磷酸酯或 9，10- 二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物及其衍生物中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅改性木質(zhì)素膨脹阻燃成炭劑及其制備方法，具體過程是在酸性條件下，將木質(zhì)素在乙醇水溶液中用表面活性劑分散，再將占木質(zhì)素重量5%~35%的有機(jī)硅氧化合物加入到上述溶液中，反應(yīng)3~6小時(shí)，經(jīng)過濾、洗滌和干燥，得到木質(zhì)素表面包覆有聚有機(jī)硅氧化合物的粉末狀顆粒產(chǎn)物。本發(fā)明成炭劑以可再生資源木質(zhì)素為主要成分，更為環(huán)保，并可降低阻燃劑的成本，且制備工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)施；本發(fā)明成炭劑可與多種酸源進(jìn)行復(fù)配應(yīng)用于膨脹阻燃體系中，能夠提高阻燃劑在基體中的穩(wěn)定性和阻燃效率，且特別適合應(yīng)用于聚乳酸的阻燃。
文檔編號(hào)C08L97/00GK102516786SQ20111042598
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者張蕤, 肖錫福 申請(qǐng)人:南京林業(yè)大學(xué)