本發(fā)明公開了一種生物基膨脹阻燃劑的制備方法，屬于阻燃材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

阻燃材料作為關(guān)乎社會安全和人們生命財產(chǎn)安全的材料，其研究和生產(chǎn)至關(guān)重要。在眾多的阻燃劑品種中，鹵素阻燃劑具有阻燃效果好、用量少，對材料的力學(xué)性能影響小等優(yōu)點，長期以來一直作為主要的有機阻燃劑品種使用，但由于鹵系阻燃劑自身的缺陷、工業(yè)界的推動以及成本因素，含鹵素阻燃劑的應(yīng)用將有所減少。無機阻燃劑如金屬氧化物、硅酸鹽等具有發(fā)煙量少、不產(chǎn)生毒氣的優(yōu)點，但是這類阻燃劑需要的添加量大，往往大于60%，這將會極大地影響到材料的力學(xué)性能。如今，以P、N、C為主要核心的膨脹型阻燃劑正在受到越來越多的關(guān)注。它具有高效、低煙、低毒、添加量少、無熔滴等優(yōu)點，在某些材料中具有比其他阻燃劑更加優(yōu)異的阻燃表現(xiàn)，因此也就被越來越多的應(yīng)用與各種復(fù)合材料中。并且膨脹型阻燃劑技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)年最活躍的阻燃研究領(lǐng)域之一，其研究應(yīng)用前景廣闊。

膨脹型阻燃劑通?？煞譃橛袡C含磷膨脹型阻燃劑和無機膨脹型石墨阻燃劑兩大類。膨脹阻燃劑體系一般由酸源、炭源和氣源3部分組成。其中酸源的功能是與炭源發(fā)生酯化反應(yīng)，使之脫水。氣源是指能夠在受熱分解時釋放大量無毒且不易燃氣體的化合物。炭源是膨脹型阻燃劑非常重要的一部分，是指在燃燒過程中能被脫水劑奪走水分而被炭化的物質(zhì)。膨脹型阻燃劑對潮濕十分敏感，各組分所需求的添加量大，造成一定的資源浪費，且成炭不穩(wěn)定，這些因素均會導(dǎo)致材料的阻燃性能或者力學(xué)性能下降，從而限制膨脹型阻燃劑的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對目前傳統(tǒng)的膨脹型阻燃劑存在受水分影響較大，成炭不穩(wěn)定的缺陷，導(dǎo)致材料的阻燃性能和力學(xué)性能下降的現(xiàn)象，本發(fā)明首先將茶葉籽粉碎后進行膨化處理，使部分茶葉籽油釋放出來，然后將膨化后的茶葉籽進行酶解，酶解結(jié)束后升溫滅酶，再加入鹽酸，使茶皂素沉淀，然后離心分離后，將下層沉淀溶于乙醇溶液后過濾，將濾液減壓蒸餾，得到茶皂素，將茶皂素溶于乙醇溶液后與氯化亞砜反應(yīng)生成酰胺，然后再與三聚氰胺、尿素反應(yīng)，得到產(chǎn)物，再用硅烷偶聯(lián)劑對產(chǎn)物改性、干燥后與氫氧化鎂等共同球磨，即可得到生物基膨脹阻燃劑。本發(fā)明中茶皂素反應(yīng)生成的酰胺物質(zhì)既可以與聚磷酸銨反應(yīng)也可以與尿素反應(yīng)，由于分子之間相互反應(yīng)得到立體結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚合物，這類聚合物阻燃劑與高分子材料有很好的相容性，并且不會產(chǎn)生吸濕現(xiàn)象。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

（1）稱取200～300g茶葉籽，并置于粉碎機中進行粉碎，隨后加入到螺桿擠壓膨化機中，在110～120℃、0.03～0.05MPa下膨化30～40min，得到膨化后的茶葉籽粉末，其中螺桿轉(zhuǎn)速為130～140r/min；

（2）將上述膨化后的茶葉籽粉末加入到酶解罐中，再加入600～700mL去離子水，攪拌10～20min后，再加入0.3～0.5g中性蛋白酶，在35～45℃下酶解2～3h，酶解結(jié)束后，升溫至100～110℃，攪拌10～20min，再加入50～60mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%鹽酸，攪拌5～10min，然后將酶解液置于離心機中，在5000～6000r/min下離心30～40min，除去上清液，得到下層沉淀；

（3）將下層沉淀加入到燒杯中再加入300～400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌10～20min，過濾，得到濾液，將濾液減壓蒸餾，得到茶皂素，取10～20g茶皂素溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置于水浴鍋中，升溫至80～90℃，再加入100～200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌10～20min，再加入5～8mL氯化亞砜，攪拌回流反應(yīng)3～4h，再加入8～12g聚磷酸銨，攪拌反應(yīng)2～3h，再依次加入1～3g尿素、0.3～0.5g氯化鐵，攪拌反應(yīng)1～2h，得到產(chǎn)物；

(4) 向上述產(chǎn)物中加入1～3g γ―氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌2～3h，然后置于烘箱中，在50～60℃干燥5～6h，然后自然冷卻至室溫，隨后轉(zhuǎn)移到球磨機中，再加入2～4g氫氧化鎂、3～5g氫氧化鋁、1～3g二茂鐵，球磨3～4h，得到混合粉末，即生物基膨脹阻燃劑。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：取20～25g本發(fā)明制得的生物基膨脹阻燃劑，70～75g聚丙烯置于雙輥塑煉機內(nèi)，在溫度170～180℃混煉10～12min，在平板硫化機上在150℃溫度下進行熱壓，常溫冷壓成型，在60～70℃老化7～8h，于萬能制樣機中制樣，樣品的拉伸強度26.5～28.5MPa，阻燃性能較佳。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明制備條件溫和、易于控制、重復(fù)性好、產(chǎn)率高、成本低，熱穩(wěn)定性提高，殘?zhí)苛恳灿兴岣撸?/p>

（2）將本發(fā)明制得的生物基膨脹阻燃劑應(yīng)用于聚丙烯阻燃體系，相容性提高，阻燃聚丙烯力學(xué)性能、阻燃性能等得到有效改善且適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

具體實施方式

首先稱取200～300g茶葉籽，并置于粉碎機中進行粉碎，隨后加入到螺桿擠壓膨化機中，在110～120℃、0.03～0.05MPa下膨化30～40min，得到膨化后的茶葉籽粉末，其中螺桿轉(zhuǎn)速為130～140r/min；將上述膨化后的茶葉籽粉末加入到酶解罐中，再加入600～700mL去離子水，攪拌10～20min后，再加入0.3～0.5g中性蛋白酶，在35～45℃下酶解2～3h，酶解結(jié)束后，升溫至100～110℃，攪拌10～20min，再加入50～60mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%鹽酸，攪拌5～10min，然后將酶解液置于離心機中，在5000～6000r/min下離心30～40min，除去上清液，得到下層沉淀；將下層沉淀加入到燒杯中再加入300～400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌10～20min，過濾，得到濾液，將濾液減壓蒸餾，得到茶皂素，取10～20g茶皂素溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置于水浴鍋中，升溫至80～90℃，再加入100～200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌10～20min，再加入5～8mL氯化亞砜，攪拌回流反應(yīng)3～4h，再加入8～12g聚磷酸銨，攪拌反應(yīng)2～3h，再依次加入1～3g尿素、0.3～0.5g氯化鐵，攪拌反應(yīng)1～2h，得到產(chǎn)物；向上述產(chǎn)物中加入1～3g γ―氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌2～3h，然后置于烘箱中，在50～60℃干燥5～6h，然后自然冷卻至室溫，隨后轉(zhuǎn)移到球磨機中，再加入2～4g氫氧化鎂、3～5g氫氧化鋁、1～3g二茂鐵，球磨3～4h，得到混合粉末，即生物基膨脹阻燃劑。

實例1

首先稱取200g茶葉籽，并置于粉碎機中進行粉碎，隨后加入到螺桿擠壓膨化機中，在110℃、0.03MPa下膨化30min，得到膨化后的茶葉籽粉末，其中螺桿轉(zhuǎn)速為130r/min；將上述膨化后的茶葉籽粉末加入到酶解罐中，再加入600mL去離子水，攪拌10min后，再加入0.3g中性蛋白酶，在35℃下酶解2h，酶解結(jié)束后，升溫至100℃，攪拌10min，再加入50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%鹽酸，攪拌5min，然后將酶解液置于離心機中，在5000r/min下離心30min，除去上清液，得到下層沉淀；將下層沉淀加入到燒杯中再加入300mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌10min，過濾，得到濾液，將濾液減壓蒸餾，得到茶皂素，取10g茶皂素溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置于水浴鍋中，升溫至80℃，再加入100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌10min，再加入5mL氯化亞砜，攪拌回流反應(yīng)3h，再加入8g聚磷酸銨，攪拌反應(yīng)2h，再依次加入1g尿素、0.3g氯化鐵，攪拌反應(yīng)1h，得到產(chǎn)物；向上述產(chǎn)物中加入1g γ―氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌2h，然后置于烘箱中，在50℃干燥5h，然后自然冷卻至室溫，隨后轉(zhuǎn)移到球磨機中，再加入2g氫氧化鎂、3g氫氧化鋁、1g二茂鐵，球磨3h，得到混合粉末，即生物基膨脹阻燃劑。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：取20g本發(fā)明制得的生物基膨脹阻燃劑，70g聚丙烯置于雙輥塑煉機內(nèi)，在溫度170℃混煉10min，在平板硫化機上在150℃溫度下進行熱壓，常溫冷壓成型，在60℃老化7h，于萬能制樣機中制樣，樣品的拉伸強度26.5MPa，阻燃性能較佳。

實例2

首先稱取250g茶葉籽，并置于粉碎機中進行粉碎，隨后加入到螺桿擠壓膨化機中，在115℃、0.04MPa下膨化35min，得到膨化后的茶葉籽粉末，其中螺桿轉(zhuǎn)速為135r/min；將上述膨化后的茶葉籽粉末加入到酶解罐中，再加入650mL去離子水，攪拌15min后，再加入0.4g中性蛋白酶，在40℃下酶解2.5h，酶解結(jié)束后，升溫至105℃，攪拌15min，再加入55mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%鹽酸，攪拌7min，然后將酶解液置于離心機中，在5500r/min下離心35min，除去上清液，得到下層沉淀；將下層沉淀加入到燒杯中再加入350mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌15min，過濾，得到濾液，將濾液減壓蒸餾，得到茶皂素，取15g茶皂素溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置于水浴鍋中，升溫至85℃，再加入150mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌15min，再加入7mL氯化亞砜，攪拌回流反應(yīng)3.5h，再加入10g聚磷酸銨，攪拌反應(yīng)2.5h，再依次加入2g尿素、0.4g氯化鐵，攪拌反應(yīng)1.5h，得到產(chǎn)物；向上述產(chǎn)物中加入2g γ―氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌2.5h，然后置于烘箱中，在55℃干燥5.5h，然后自然冷卻至室溫，隨后轉(zhuǎn)移到球磨機中，再加入3g氫氧化鎂、4g氫氧化鋁、2g二茂鐵，球磨3.5h，得到混合粉末，即生物基膨脹阻燃劑。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：取23g本發(fā)明制得的生物基膨脹阻燃劑，73g聚丙烯置于雙輥塑煉機內(nèi)，在溫度175℃混煉11min，在平板硫化機上在150℃溫度下進行熱壓，常溫冷壓成型，在65℃老化7.5h，于萬能制樣機中制樣，樣品拉伸強度27.5MPa，阻燃性能較佳。

實例3

首先稱取300g茶葉籽，并置于粉碎機中進行粉碎，隨后加入到螺桿擠壓膨化機中，在120℃、0.05MPa下膨化40min，得到膨化后的茶葉籽粉末，其中螺桿轉(zhuǎn)速為140r/min；將上述膨化后的茶葉籽粉末加入到酶解罐中，再加入700mL去離子水，攪拌20min后，再加入0.5g中性蛋白酶，在45℃下酶解3h，酶解結(jié)束后，升溫至110℃，攪拌20min，再加入60mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%鹽酸，攪拌10min，然后將酶解液置于離心機中，在6000r/min下離心40min，除去上清液，得到下層沉淀；將下層沉淀加入到燒杯中再加入400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌20min，過濾，得到濾液，將濾液減壓蒸餾，得到茶皂素，取20g茶皂素溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置于水浴鍋中，升溫至90℃，再加入200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%乙醇溶液，攪拌20min，再加入8mL氯化亞砜，攪拌回流反應(yīng)4h，再加入12g聚磷酸銨，攪拌反應(yīng)3h，再依次加入3g尿素、0.5g氯化鐵，攪拌反應(yīng)2h，得到產(chǎn)物；向上述產(chǎn)物中加入3g γ―氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌3h，然后置于烘箱中，在60℃干燥6h，然后自然冷卻至室溫，隨后轉(zhuǎn)移到球磨機中，再加入4g氫氧化鎂、5g氫氧化鋁、3g二茂鐵，球磨4h，得到混合粉末，即生物基膨脹阻燃劑。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：取25g本發(fā)明制得的生物基膨脹阻燃劑，75g聚丙烯置于雙輥塑煉機內(nèi)，在溫度180℃混煉12min，在平板硫化機上在150℃溫度下進行熱壓，常溫冷壓成型，在70℃老化8h，于萬能制樣機中制樣，樣品拉伸強度28.5MPa，阻燃性能較佳。