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

说明书

本发明公开了一种哌嗪改性木质素/氢氧化镁铝双重包覆红磷阻燃剂及其在PP中的应用，属于聚合物材料阻燃添加剂领域。以木质素作为阻燃剂的炭源，哌嗪作为阻燃剂的气源，红磷作为阻燃剂的酸源，氢氧化镁和氢氧化铝作为无机协效剂，制得所述的哌嗪改性木质素/氢氧化镁铝双重包覆红磷阻燃剂。本发明将可再生生物质木质素作为阻燃剂原料，实现了木质素在阻燃剂领域的应用，同时将红磷进行表面包覆可有效提高红磷的稳定性。本发明所制得的阻燃剂粒径小、尺寸稳定性好，可以改善阻燃剂与基体材料间的相容性。与此同时，哌嗪改性木质素/氢氧化镁铝双重包覆红磷阻燃剂用于聚丙烯树脂中，具有添加量少且阻燃效率高的优势。

技术领域

本发明属于高分子材料阻燃添加剂技术领域，具体涉及一种哌嗪改性木质素/氢氧化镁铝双重包覆红磷阻燃剂及其在PP中的应用。

背景技术

聚丙烯（PP）由于其良好的化学稳定性、电阻性和优异的机械性能而在现代工业中广泛使用，然而，大部分聚合物都有一个致命的弱点，那就是在火灾中极易燃烧和在燃烧过程中释放出大量的浓烟，严重威胁到人民安全。因此，使用阻燃剂降低燃烧性并抑制点火后聚合物产生的烟或毒烟至关重要，性能优异的阻燃剂可以大大减少或避免火灾危害。

阻燃剂主要由无机和有机阻燃剂组成。不幸的是，大多数阻燃剂体系存在一些问题，如耐水性差、与聚合物基质的相容性差、毒性、腐蚀性、热降解差等，这些缺点将导致聚合物复合材料性能下降。为了解决上述问题，科研工作者提出了多种改善方法，如超细加工、用偶联剂进行表面改性和用不溶于水的聚合物进行微胶囊化等。近年来，人们发现微胶囊化是一种有效的方法。微胶囊的阻燃性能是多样的，但一般来说，微胶囊由芯和壳两部分组成，天然聚合物、合成聚合物和无机材料均可用作壳。通常，芯材料本身具备优异的阻燃性能，但是由于其在单独使用时对环境和存储的要求较高，严重限制了其在材料中的运用。

红磷是一种传统且高效的无卤阻燃剂。然而，红磷的主要缺点是会与空气中的水汽发生反应产生高毒性磷化氢、热稳定性差，与合成树脂缺乏相容性也影响了其使用。目前提高红磷稳定性的方法，主要是将红磷微粉用有机和无机物对其进行表面包封形成微胶囊化红磷以便隔绝湿气。微胶囊化红磷具有很高的抗潮湿性、较好的流动性、可延长存储时间和减少磷化氢的形成。微胶囊化红磷的制备过程中，适宜的壳材料是决定阻燃性能的重要因素。可再生的生物质材料通常含炭量也较高，引起了研究者广泛的兴趣，其中最具有代表性的就是木质素。木质素结构中含有的大量活性基团（如羟基、甲氧基和醚键等）不仅使其便于进行化学改性，同时在燃烧过程中会生成致密的炭层。因此，将木质素作为无卤膨胀型阻燃剂的炭源，通过Mannich反应与哌嗪分子接枝形成三维网络状结构将红磷微粉包覆；在包裹过程中引入氢氧化镁铝，可以有效的提高氢氧化铝的使用温度，有效的利用了氢氧化镁和氢氧化铝的协效作用，促进阻燃速率和降低烟密度。

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/氢氧化镁铝双重包覆红磷阻燃剂及其制备方法和在PP中的应用，该生物质基阻燃剂可以替代目前阻燃技术所用的化石来源的化学品，且具有原料廉价易得，制备工艺安全简便、成本低廉、性能稳定、存储安全，阻燃剂颗粒尺寸小、相容性好等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种哌嗪改性木质素/氢氧化镁铝双重包覆红磷阻燃剂的制备方法，是以木质素作为阻燃剂的炭源，哌嗪作为阻燃剂的气源，红磷作为阻燃剂的酸源，氢氧化镁和氢氧化铝作为无机协效剂，形成一种多组分协效阻燃的微胶囊化红磷，其制备包括以下步骤：

（1）将木质素溶解于碱溶液中，并加入醛溶液，置于三口圆底烧瓶中，在60-90 ℃条件下搅拌反应1-2 h；

（2）加入哌嗪，温度保持在60-90 ℃，继续搅拌反应2-3 h；