本發(fā)明涉及聚合物材料領(lǐng)域，尤其涉及一種超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃聚烯烴及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚烯烴材料為無色半透明的熱塑性輕質(zhì)通用塑料主要包括聚丙烯(pp)，低密度聚乙烯(ldpe)等。具有耐化學(xué)性、耐熱性、電絕緣性、高強(qiáng)度機(jī)械性能和良好的高耐磨加工性能等，使聚烯烴迅速在機(jī)械、汽車、電子電器、建筑、農(nóng)林漁業(yè)和食品工業(yè)等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。另外，因?yàn)槠渚哂幸欢ǖ目伤苄?，聚烯烴材料正逐步替代木制產(chǎn)品，高強(qiáng)度韌性和高耐磨性能已逐步取代金屬的機(jī)械功能。另一方面，聚烯烴具有良好的接枝和復(fù)合功能，在混凝土、紡織、包裝和農(nóng)林漁業(yè)方面具有巨大的應(yīng)用空間。

2、在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，聚烯烴材料的應(yīng)用十分廣泛，汽車內(nèi)外飾件，家居裝修等，但伴隨應(yīng)用聚丙烯的巨大市場，聚丙烯的易燃性同樣也是亟待解決的一大問題。聚丙烯的阻燃主要是通過引入阻燃作用的組分實(shí)現(xiàn)阻燃，即添加型阻燃技術(shù)，添加的阻燃組分稱為添加型阻燃劑。將其均勻分散在聚烯烴基體中阻止燃燒的發(fā)生，也可以是在原料中添加含氮磷或鹵素等阻燃元素的物質(zhì)，部分或全部參與燃燒，生成的物質(zhì)起到氣相和凝聚相阻燃作用。聚烯烴常用阻燃劑按照阻燃組分可分為鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、無機(jī)阻燃劑和膨脹型阻燃劑等。

3、木質(zhì)素中含有多種官能團(tuán)，如醇羥基、酚羥基、羰基、羧基和大量的芳香結(jié)構(gòu)等。木質(zhì)素在植物成分中占了相當(dāng)大比例，是一種天然的可再生高分子材料。制漿工藝產(chǎn)生的廢水中含有大量的木質(zhì)素，通過對這部分木質(zhì)素的綜合利用，消除對生態(tài)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)低成本的高效利用。

4、基于以上，開發(fā)一種高效增強(qiáng)隔熱抑煙和阻燃性一體的木質(zhì)素基綠色阻燃劑，同時(shí)滿足聚烯烴材料阻燃性能，熔滴性能與力學(xué)性能，已成為亟需解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)難題，一種超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃聚丙烯及其制備方法，包括如下步驟：

2、(1)將16.50～17.85g哌嗪溶解于65～75ml去離子水中，等得到哌嗪水溶液。

3、(2)取25～32ml甲醛溶液加入到步驟(1)中的哌嗪水溶液中，50～60℃反應(yīng)0.5～0.8h。

4、(3)將5g木質(zhì)素溶解在ph在8.5～9.5的水中，溶解后加入到步驟(2)反應(yīng)后的溶液中，55～65℃反應(yīng)4～5h。

5、(4)反應(yīng)結(jié)束后，將步驟(3)反應(yīng)得到的產(chǎn)物，靜置，冷卻至4～10℃。

6、(5)向步驟(4)靜置后得到的反應(yīng)液中加入25～30ml?2m的鹽酸，使體系的ph值在3～4范圍內(nèi)，得到黃棕色的溶液。

7、(6)加入去離子水使體系的ph值在6～7范圍內(nèi)，抽濾，70～75℃下真空干燥箱干燥，粉碎得到含氮木質(zhì)素基中間產(chǎn)物lpi粉末。

8、(7)取5～10g含氮木質(zhì)素基中間產(chǎn)物lpi粉末，溶解在含有5～8ml乙酸的100～120ml水中，25～30℃下攪拌0.5～1h。

9、(8)向步驟(7)中得到的lpi溶液中加入85％濃度的磷酸溶液85～100ml，在50～60℃下繼續(xù)反應(yīng)3～5h。

10、(9)將步驟(8)中得到的預(yù)產(chǎn)物加入到乙醇中，使產(chǎn)物析出得到棕色絮狀物，經(jīng)過乙醇多次洗滌后，在60～75℃下烘干15～24h。粉碎后得到一種超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑(lpip)。

11、進(jìn)一步地，所述的木質(zhì)素為酶解木質(zhì)素，有機(jī)溶劑木質(zhì)素，堿木質(zhì)素和木質(zhì)素磺酸鈉的任意一種。

12、本發(fā)明另外還提供一種阻燃聚烯烴，所述阻燃聚烯烴中含有前述超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑(lpip)。

13、本發(fā)明另外也提供一種阻燃聚烯烴的制備方法，所述阻燃聚烯烴通過將聚烯烴與前述超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑(lpip)熔融復(fù)合制備得到。所述制備方法具體包括：將超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑(lpip)、聚烯烴及偶聯(lián)劑加入到雙螺桿擠出機(jī)中混合熔融擠出、造粒，注塑后得到阻燃聚烯烴材料。

14、本發(fā)明最后還提供所述超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑(lpip)在阻燃聚烯烴中的應(yīng)用。

15、進(jìn)一步地，所述的偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh-570)、馬來酸酐接枝聚丙烯(mapp)中的任意一種。

16、進(jìn)一步地，所述的聚烯烴、木質(zhì)素基三聚氰胺含磷阻燃劑、硅烷偶聯(lián)劑重量比為74～80:16～22:4。

17、本發(fā)明的有益效果

18、本發(fā)明中提供了超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃聚烯烴及其制備方法。本發(fā)明的超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑(lpip)，為無鹵阻燃劑，所用到的磷元素與哌嗪中的氮元素相較于鹵素阻燃劑來說都是綠色的。本發(fā)明利用哌嗪，甲醛利用曼尼希反應(yīng)與木質(zhì)素接枝在進(jìn)行磷酸化，最后獲得含氮磷協(xié)同作用的無鹵木質(zhì)素基阻燃劑。因?yàn)槟举|(zhì)素是非常優(yōu)良的成炭劑，對協(xié)同阻燃有很好的效果，從而形成膨脹型阻燃劑成炭劑，而哌嗪和膦酸為體系提供磷源和氮源，在三者的協(xié)同作用下，從而得到最優(yōu)的阻燃效果。較傳統(tǒng)阻燃劑來說，木質(zhì)素的加入使得阻燃劑的成本大幅度降低。將本發(fā)明制備得到的木質(zhì)素基阻燃劑應(yīng)用于聚烯烴中，可得到性能優(yōu)異的低成本阻燃聚烯烴材料。另外，所得阻燃劑對于聚乙烯、聚丙烯類非極性聚烯烴具有很好的阻燃性，對其力學(xué)性能有增強(qiáng)作用。因而，所得阻燃劑具有寬廣的適用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑，其由木質(zhì)素，哌嗪和磷酸反應(yīng)制備得到。

2.權(quán)利要求1所述的超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑的制備方法，其特征在與，它是由如下方法制備的：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑，其特征在于：所述的木質(zhì)素為酶解木質(zhì)素，有機(jī)溶劑木質(zhì)素，堿木質(zhì)素和木質(zhì)素磺酸鈉的任意一種。

4.權(quán)利要求1或2所述超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑或權(quán)利要求3任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃劑在聚烯烴中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種超支化木質(zhì)素基哌嗪含磷阻燃聚烯烴及其制備方法，它包括：將木質(zhì)素，哌嗪和磷酸反應(yīng)得到膨脹型協(xié)效阻燃劑；將阻燃劑與聚烯烴熔融擠出復(fù)合制備阻燃聚烯烴。本發(fā)明阻燃劑含有木質(zhì)素和磷氮元素，具有優(yōu)良的成炭和阻燃效果；并且含有氮元素，可提供阻燃劑中的氮源；形成具有協(xié)同作用的高效阻燃劑。增加木質(zhì)素的利用率的同時(shí)木質(zhì)素成炭可以增強(qiáng)材料的阻隔效應(yīng)，同時(shí)提升材料的力學(xué)性能。本發(fā)明利用木質(zhì)素合成的阻燃劑成本低，環(huán)保，阻燃聚烯烴復(fù)合材料綜合性能優(yōu)良。

技術(shù)研發(fā)人員：呼微,劉昱含,景明,宗欣怡,劉佰軍,姜春竹,王寒冰,張亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長春工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10