[发明专利]一种含氮和磷的木质素基阻燃剂、制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种含氮和磷的木质素基阻燃剂、制备方法及其应用。阻燃剂是由如下方法制备的：将9,10‑二氢‑9‑氧杂菲‑10‑氧化物(DOPO)与三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）在一定温度下反应，再加入木质素在一定温度下反应后，再经真空干燥、粉碎获得阻燃剂。本发明的阻燃剂含有磷酸酯结构，具有优良的阻燃效果；并且含有N元素，可提供膨胀型阻燃剂中的氮源；结合木质素作为成炭剂，形成具有协同作用的高效阻燃剂。不仅能够增加木质素的利用率，同时木质素中含有的苯环结构可以增强材料的力学性能。本发明还提供了上述阻燃剂的应用：将阻燃剂，多元醇、异氰酸酯和其他助剂进行混合用于制备阻燃聚氨酯泡沫，获得的阻燃聚氨酯泡沫可用作汽车和客车的内外饰和建筑等领域。

技术领域

本发明属于阻燃剂领域，具体涉及一种含氮和磷的木质素基阻燃剂、制备方法及其应用。

背景技术

聚氨酯(polyurethane，简称PU)是聚氨基甲酸酯的简称，是指由多元异氰酸酯和多元羟基化合物通过逐步加成得到的具有氨基甲酸酯基团重复结构单元的聚合物。从聚氨酯大分子主链结构看，它是由玻璃化温度低于室温的柔性链段和玻璃化温度高于室温的刚性链段组成，其中低聚物多元醇(如聚醚、聚酯等)构成柔性链段，异氰酸酯和小分子扩链剂构成刚性链段。正是由于其分子链中同时含有玻璃化温度高于室温的链段和玻璃化温度高于室温的链段，所以这种材料既能适用于柔性材料，也能适用于刚性材料，性能可控性好。通过分子设计，可以制造不同性能的材料，满足不同领域的需要。聚氨酯树脂具有可发泡性、高弹性、耐磨性、高黏结性、耐低温性、耐溶剂性以及良好的绝缘性，是涂料、粘合剂、塑料、纤维、橡胶等的重要品种。优良的性能，广泛的用途，使聚氨酯树脂成为世界重点发展的六大合成材料之一。

泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一，它的主要特征是具有多孔性，因而相对密度小，比强度高。根据所用的原料不同和配方的变化，聚氨酯泡沫塑料可以分为软质、半硬质和硬质等聚氨酯泡沫，按所用的多元醇品种又可分为聚酯型、聚醚型和蓖麻油型等，按发泡方法又可分为块状、模塑和喷涂聚氨酯泡沫塑料等多种类型。

在现代生产生活中，聚氨酯的应用十分广泛，汽车内外饰件，家居装修，但伴随应用聚氨酯的巨大市场，聚氨酯的易燃性同样也是有待解决的一大问题。聚氨酯泡沫（PUF）的阻燃主要是通过引入阻燃组分实现的，引入阻燃组分的形式主要有两种：一种是结构型阻燃技术，添加的阻燃组分称为结构型阻燃剂。将结构型阻燃剂（如异氰尿酸酯或碳化二亚胺等）直接接枝在反应原料（如多元醇或异氰酸酯）上，制备泡沫材料。另一种是添加型阻燃技术，添加的阻燃组分称为添加型阻燃剂。这种阻燃剂可以是不具有反应活性但有阻燃作用的物质，将其均匀分散在PUF基体中阻止燃烧发生，也可以是在原料中添加含氯、溴、磷等阻燃元素的物质，部分或全部参与燃烧，生成的物质起到阻燃作用。聚氨酯泡沫所用阻燃剂按照阻燃组分可分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硼系阻燃剂、填充型阻燃剂和膨胀型阻燃剂。

木质素中含有多种官能团，如醇羟基、酚羟基、羰基、甲氧基、羧基等。酶解木质素相较于一般木质素来说有更高的羟基含量，具有更高的反应活性，可作为性能优良的成炭剂，对协同阻燃具有较好的效果。木质素在植物成分中占了相当大比例，是植物界中储量仅次于纤维素的含有苯环的天然大分子。制浆工艺产生的废水中含有大量的木质素，通过对这部分木质素的综合利用，消除对生态环境的破坏，创造环境友好，自然和谐的发展之路。

因此，如何将上述木质素用于阻燃体系，并进一步提高聚氨酯泡沫的阻燃性能，已经成为业内生产厂商亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种含氮和磷的无卤素木质素基阻燃剂，并将其应用于阻燃聚氨酯泡沫的制备，可有效提高聚氨酯泡沫的阻燃性能，同时提高了聚氨酯的力学性能，在实际应用中具有广阔前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：