本發(fā)明涉及阻燃劑合成領(lǐng)域，具體涉及一種通過納米纖維素制備膨脹型阻燃劑的方法。

背景技術(shù)：

膨脹阻燃體系是一個(gè)以碳、氮、磷為核心成分的阻燃體系，主要由酸源、炭源、氣源三部分組成。酸源又稱脫水劑或炭化促進(jìn)劑，一般是無機(jī)酸或燃燒中能原位生成酸的化合物，如磷酸、硼酸、硫酸和磷酸酯等；炭源也叫成炭劑，它是形成泡沫炭化層的基礎(chǔ)，主要是一些含碳量高的多羥基化合物，如淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙二醇、酚醛樹脂等；氣源也叫發(fā)泡源，是含氮化合物，如尿素、三聚氰胺、聚酰胺等。其中酸源在燃燒時(shí)產(chǎn)生酸，作為脫水劑與炭源反應(yīng)生成炭層，氣源釋放氣體使炭層膨脹，從而阻隔熱量傳遞和隔絕氧氣，實(shí)現(xiàn)阻燃的目的。在現(xiàn)有的膨脹型阻燃體系中，大多由酸源、氣源、碳源復(fù)配而成，比如聚磷酸銨/三聚氰胺/季戊四醇復(fù)配組合形成膨脹型阻燃體系。簡(jiǎn)單的復(fù)配造成三要素的協(xié)同作用效果減弱，使其阻燃效率提升不明顯。

納米纖維素(nanocellulose)是直徑為1～100nm，長(zhǎng)度為幾十納米到幾微米的超微細(xì)纖維的統(tǒng)稱，是纖維素的最小物理結(jié)構(gòu)單元。與普通纖維素相比，納米纖維素具備高純度、高結(jié)晶度、高比表面積、高楊氏模量、高強(qiáng)度的特性，同時(shí)具有多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)、其表面含有多個(gè)可反應(yīng)的羥基，易于接枝硅氧基、氨基、吸附電子等，因此在材料合成上展示出了優(yōu)異的模板效應(yīng)。近年來，應(yīng)用納米纖維素作為模板合成阻燃劑逐漸受到關(guān)注。公開發(fā)明專利cn104830022b報(bào)道了一種靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑及其制備方法與應(yīng)用，其以酸源聚磷酸銨為內(nèi)核，內(nèi)核的表面包覆著一層雙氰胺甲醛樹脂作為氣源，雙氰胺甲醛樹脂外層吸附著一層納米纖維素作為炭源。公開發(fā)明專利cn105034108b采用納米晶態(tài)纖維素為分散相制備高分散性聚磷酸銨膠體。與單獨(dú)采用聚磷酸銨相比，改性后聚磷酸銨分散性提高，但是，無法解決膠體吸濕性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性下降和阻燃效率下降的問題。公開發(fā)明專利cn106003887a采用層層自組裝技術(shù)，以納米晶態(tài)纖維素為基體制備膨脹型復(fù)合阻燃膜。然而，膨脹型阻燃膜的效果往往是建立在高質(zhì)量含量基礎(chǔ)上的，進(jìn)一步提高阻燃效率，降低質(zhì)量含量，改善與基體材料的相容性是追求的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：提供一種利用納米纖維素為模板制備膨脹型阻燃劑的方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：將納米纖維素原料分散至去離子水中，超聲分散至均勻，調(diào)節(jié)納米纖維素膠體ph值至7。在納米纖維素膠體中加入含氮化合物乙二胺、尿素，充分?jǐn)嚢?，然后加入含磷化合物磷酸二乙酯、磷酸二氫銨，充分?jǐn)嚢瑁苽涞玫脚蛎浶妥枞紕?/p>

一種納米纖維素模板制備膨脹型阻燃劑的具體制備方法如下：

(1)按質(zhì)量比(1～5)∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進(jìn)行超聲分散，功率為800～1000w，時(shí)間為10～30min，得到納米纖維素膠體，調(diào)節(jié)納米纖維素膠體的ph值至7；

(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入含氮化合物，使得含氮化合物∶納米纖維素的質(zhì)量比為(1.8～5.5)∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～6h，得到含氮納米纖維素膠體；

(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入含磷化合物，使得含磷化合物∶納米纖維素的質(zhì)量比為(2～5)∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～5h，得到膨脹型阻燃劑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明利用納米纖維素的高比表面積，引入阻燃體系中作為炭源。

(2)本發(fā)明利用納米纖維素的高分散性、高反應(yīng)活性，促進(jìn)氮、磷的均分分散，同時(shí)克服了膨脹型阻燃體系簡(jiǎn)單復(fù)配時(shí)阻燃效率的不足。

(3)本發(fā)明制備的膨脹型阻燃劑集炭源、酸源、氣源于一體，具有良好的阻燃性能。性能測(cè)試表明：以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理，木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)提高了25～42％。

(4)合成過程中綠色環(huán)保、操作簡(jiǎn)便，可用于工業(yè)化批量生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，

(1)按質(zhì)量比1∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進(jìn)行超聲分散，超聲功率800w，超聲時(shí)間10min，得到1％的納米纖維素膠體，調(diào)節(jié)納米纖維素膠體的ph值至7；

(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入尿素，使得尿素∶納米纖維素的質(zhì)量比為1.8∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～6h，得到含氮納米纖維素膠體；

(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入磷酸二乙酯，使得磷酸二乙酯∶納米纖維素的質(zhì)量比為2∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～5h，得到膨脹型阻燃劑。

以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理，經(jīng)測(cè)試，木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)提高了25％。

實(shí)施例2，

(1)按質(zhì)量比3∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進(jìn)行超聲分散，超聲功率1000w，超聲時(shí)間30min，得到3％的納米纖維素膠體，調(diào)節(jié)納米纖維素膠體的ph值至7；

(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入尿素，使得尿素∶納米纖維素的質(zhì)量比為3.5∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～6h，得到含氮納米纖維素膠體；

(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入磷酸二氫銨，使得磷酸二氫銨∶納米纖維素的質(zhì)量比為3∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～5h，得到膨脹型阻燃劑。

以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理，經(jīng)測(cè)試，木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)提高了37％。

實(shí)施例3，

(1)按質(zhì)量比5∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進(jìn)行超聲分散，超聲功率800w，超聲時(shí)間10min，得到5％的納米纖維素膠體，調(diào)節(jié)納米纖維素膠體的ph值至7；

(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入乙二胺，使得乙二胺∶納米纖維素的質(zhì)量比為2.5∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～6h，得到含氮納米纖維素膠體；

(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入磷酸二乙酯，使得磷酸二乙酯∶納米纖維素的質(zhì)量比為5∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～5h，得到膨脹型阻燃劑。

以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理，經(jīng)測(cè)試，木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)提高了42％。

實(shí)施例4，

(1)按質(zhì)量比3∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進(jìn)行超聲分散，超聲功率1000w，超聲時(shí)間30min，得到3％的納米纖維素膠體，調(diào)節(jié)納米纖維素膠體的ph值至7；

(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入乙二胺，使得乙二胺∶納米纖維素的質(zhì)量比為5.5∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～6h，得到含氮納米纖維素膠體；

(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入磷酸二氫銨，使得磷酸二氫銨∶納米纖維素的質(zhì)量比為4∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至50～70℃，充分?jǐn)嚢?～5h，得到膨脹型阻燃劑。

以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理，經(jīng)測(cè)試，木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)提高了31％。