[发明专利]一种哌嗪改性木质素/氢氧化镁双重包覆红磷阻燃剂及其在ABS中的应用

说明书

本发明公开了一种哌嗪改性木质素/氢氧化镁双重包覆红磷阻燃剂及其在ABS中的应用，属于高聚物添加剂领域。本发明以木质素为初始原料，通过羟甲基化改性和Mannich反应将哌嗪分子接枝到木质素分子上，采用反向共沉淀法制备哌嗪改性木质素/氢氧化镁双重包覆红磷阻燃剂。本发明制得的复合阻燃剂能有效地改善红磷在空气中的不稳定性，提高与高分子材料的相容性，充分利用红磷优异的阻燃性能；制备工艺简便，所用木质素是可再生的生物质材料，成本低廉；同时，阻燃剂各组分间显示了良好的阻燃协同效应。

技术领域

本发明涉及一种哌嗪改性木质素/氢氧化镁双重包覆红磷阻燃剂及其在ABS中的应用，属于微胶囊化红磷膨胀型阻燃剂的制备及应用领域。

背景技术

ABS树脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）成本低、易成型、耐酸碱、质量轻、绝缘性好，在人们的日常生活生产中得到广泛的应用。对于其大多数应用来说，阻燃性是不可或缺的属性，主要是需要通过添加阻燃剂来实现阻燃。传统卤素阻燃剂，由于材料中引入这些含卤素的阻燃剂，燃烧时产生有毒气体和浓烟，这些物质会严重污染环境而被禁用。因此，开发无卤阻燃剂势在必行。

在各种无卤阻燃剂添加剂中，微胶囊化红磷阻燃是膨胀型阻燃剂体系中研究最多、应用最广的高效阻燃剂。主要是由于其具有高含磷量、相容性好和多重组分协效作用等优势，在聚苯乙烯系列的材料具有高效的阻燃性能。目前，对红磷粉料包覆的材料众多，可分为有机包覆如酚醛树脂包覆红磷，无机包覆如氢氧化镁包覆红磷。但是，当前研究的原料多数来源于石化产品，与此同时，无机包覆红磷的添加量较大，这会严重降低高分子材料的力学性能。有研究表明，生物质材料在高分子材料的阻燃方面有良好的阻燃效果；与此同时，氢氧化镁具有热稳定性高，催化成炭能力强得到广大研究者的青睐。这种阻燃剂在PP、PE等材料中少量添加时具有优异的阻燃抑烟作用，然而，在ABS材料中的阻燃性能却不尽如人意。因此，开发出一种高效的改性生物质材料包覆红磷阻燃剂，既可以充分利用生物质材料的可再生性，又能有效改善红磷粉料的不稳定性，是目前一种较为理想的红磷包覆方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种哌嗪改性木质素/氢氧化镁双重包覆红磷阻燃剂及其制备方法和在ABS中的应用。本发明将哌嗪改性木质素和氢氧化镁作为囊材，红磷和分散剂作为芯材，制备出一种有机-无机双重包覆红磷阻燃剂，充分利用了有机包覆的连续性和氢氧化镁的高效催化成炭的能力，阻燃剂中各个组分间具有优异的协效作用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种哌嗪改性木质素/氢氧化镁双重包覆红磷阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）原料的配备：主要原料为碱、木质素、哌嗪、镁盐；称取一定量的碱溶于去离子水中配制出一定浓度的碱溶液；再称取一定量的镁盐溶解在去离子水中配制成镁盐溶液；

OH^-浓度：2-10 wt%；

Mg²⁺用量：1/2 mol/mol OH^-；

（2）哌嗪改性木质素的制备：哌嗪改性木质素采用Mannich反应原理制备，具体步骤如下：将木质素溶于步骤（1）配备的碱溶液中，在搅拌下进行油浴并升高到预定温度，缓慢加入一定量醛，搅拌反应1-2 h；然后缓慢加入一定配比的哌嗪，继续保温搅拌反应2-4 h；其反应条件为：

木质素用量：20-100 g/mol OH^-；

醛用量：0.1-0.2 mol/10 g木质素；

哌嗪用量：0.05-0.1molg/10 g木质素；

温度：80-100 ℃；

气氛：空气；

搅拌速度：200-400 rpm；