[发明专利]一种含生物基成碳剂的阻燃聚丙烯材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，具体公开了一种含生物基成碳剂的阻燃聚丙烯材料及其制备方法，含生物基成碳剂的阻燃聚丙烯材料的配方组分按重量份数计为：聚丙烯70份，聚磷酸铵18份，生物基成碳剂与季戊四醇两者总重量份为12份，两者质量比为1：1.5～3。采用本发明配比制备的含生物基成碳剂的阻燃聚丙烯材料具有阻燃性能好，成碳剂可再生，价格低廉，生产工艺简单，易于工业化，符合材料的可持续发展趋势。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种含生物基成碳剂的阻燃聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

木质素(Lig)是一种具有三维网络结构的天然高分子材料，在自然界中的含量仅次于纤维素，属于第二大天然高分子。据统计，每年全世界由植物生长可产生1500亿t木质素。工业化木质素主要来源于造纸工业、生物乙醇生产工业的副产物。据报道仅有约2％的木质素被用作生产分散剂、粘合剂、表面活性剂等化工产品，绝大部分都被用作燃料或直接当做废弃物被焚烧或被自然排放。这样不仅浪费了大量的天然生物资源，又污染了环境。因此，对木质素的高附加值综合利用，具有重要的现实和经济意义。

此外，木质素其分子结构主要由紫丁香基丙烷(S)、愈疮木基丙烷(G)、对羟基苯基丙烷(H)三种苯基丙烷结构单元组成，结构中有大量的苯环结构，且含有羟基、羰基、羧基等极性基团，为其作为成碳剂提供了理论依据。但是，木质素直接作为成碳剂使用，因其成炭能力有限，使得阻燃高分子材料在实际应用中难以达到阻燃要求。

发明内容

为了能够充分利用造纸工业或生物乙醇生产工业的副产物木质素，提高其应用附加值，并解决木质素直接作为成碳剂使用，因其成炭能力有限，使得阻燃高分子材料在实际应用中难以达到阻燃要求的技术问题。本发明提供了一种含生物基成碳剂的阻燃聚丙烯材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种含生物基成碳剂的阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述含生物基成碳剂的阻燃聚丙烯材料的配方组分按重量份数计为：其组成为：聚丙烯70份，聚磷酸铵18份，生物基成碳剂与季戊四醇两者总重量份为12份，两者质量比为1：1.5～3。

本发明所用的生物基成碳剂为羟甲基化木质素，其中，羟甲基化木质素是由碱木质素、生物质丁醇木质素或生物质乙醇木质素的一种，通过羟甲基化改性制得；

羟甲基化木质素的制备方法为：将木质素、甲醛溶液和固体碱按照质量比加入到水热反应釜中，搅拌均匀，密封反应釜置于100℃进行反应120min冷却至室温，对产物进行洗涤、抽滤、干燥得羟甲基化木质素。

由于在木质素酚羟基的临位上引入了羟甲基，反应的同时存在着明显的水解反应，体系的酚羟基含量也会增多，使得羟甲基化木质素具有更高热稳定性能，同时具有较好的成炭能力。

本发明所用生物基成碳剂与季戊四醇的质量比为1：1.5-3；

生物基成碳剂与季戊四醇的质量比高于1:1.5时，阻燃级别难以达到阻燃性能指标；而低于1:3时均能满足阻燃级别的要求，但是随着时间的推迟，季戊四醇容易迁移至材料表面，且在达到相同阻燃效果的前提下，生物基成碳剂取代传统的成碳剂季戊四醇，有利于降低生产成本。因此，本发明生物基成碳剂与季戊四醇的质量比为1：1.5-3。

为了更好地实现发明目的，本发明还提供了一种含生物基成碳剂阻燃聚丙烯材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：按比例将羟甲基化木质素与季戊四醇、聚磷酸铵和聚丙烯混合均匀，通过密炼机熔融共混制得含生物基成碳剂的阻燃聚丙烯材料。

本发明的有益效果是：