[发明专利]一种复配型植物纤维阻燃改性剂及其应用

说明书

本发明公开了一种复配型植物纤维阻燃改性剂及其应用，属于复合材料技术领域，该复配型植物纤维阻燃改性剂组分包括以熊果苷为原料制备的水溶性苯并噁嗪和植酸，水溶性苯并噁嗪与植酸的质量比为1：0.2～2.5。利用该复配型植物纤维阻燃改性剂改性植物纤维得到的阻燃型植物纤维在垂直燃烧时可实现离火自熄，极限氧指数为22.0～38.0％，进一步制备得到的阻燃型植物纤维增强环氧树脂复合材料阻燃性能优异，达到UL‑94V0级以上，界面性能好，层间剪切强度为24.6MPa以上。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种复配型植物纤维阻燃改性剂及其应用。

背景技术

随着人们对环境保护和资源危机的日益重视，天然纤维由于具有价廉质轻，比强度和比刚度高，可自然降解，可作为增强体材料来制备环境友好的绿色复合材料等优良特性越来越受到人们的青睐，广泛应用于汽车，航空，建筑材料，体育用品等领域，如某些轿车使用麻纤维制造了32种部件，及大地减轻了车身重量。然而由于普通植物纤维氧指数低，极容易引发火灾，极大地阻碍了其应用和发展，所以阻燃型植物纤维的开发是发展这一产业亟待解决的问题之一。

植物纤维常用的阻燃剂可分为无机阻燃剂、有机卤系、有机磷系、有机硅系等几类。随着卤素系阻燃剂的逐步禁用，磷系阻燃剂因其环境友好性和优异的阻燃性而成为卤素系防火剂的潜在替代品，例如，N-羟甲基二甲基膦酰丙胺(Pyrovatex CP)和氨固化缩聚四(羟甲基)鏻脲衍生物(PROBN)由于其高效的阻燃性和耐久性，已经成为阻燃纤维素产品工业生产的代表性阻燃剂。遗憾的是，两种阻燃剂中的羟甲基在加工和使用过程中不可避免地会释放甲醛，会对人类具有致癌作用以及对环境和生物产生恶劣的影响。

苯并噁嗪树脂由酚醛树脂发展而来，原料价格低、具有电气绝缘性、高残碳率，阻燃性能佳等传统酚醛树脂的优点，然而，通常苯并噁嗪是疏水的，与亲水的植物纤维相容性较差。

公开号为CN102250383A的中国专利文献公开了一种含苯并噁嗪的无卤阻燃剂，该无卤阻燃剂由苯并噁嗪树脂、红磷和金属氧化物或金属氢氧化物组成，可用于聚合物及其制品的阻燃，但红磷有毒、易燃，存在安全性隐患。

公开号为CN104018344A的中国专利文献公开了一种定型-阻燃双功能织物，该发明利用芳香二胺型苯并噁嗪树脂和阻燃剂制备苯并噁嗪/阻燃剂共混物，高温预聚后冷却研磨得到定型-阻燃双功能定型剂；进一步将定型-阻燃双功能定型剂通过机械振动筛均匀撒布在纤维织物表面，再经过红外烘房烘烤后形成黏附于纤维织物表面的小微粒，从而制备得到定型-阻燃双功能织物，但是上述方法的修饰效果有待提升。

发明内容

本发明提供了一种复配型植物纤维阻燃改性剂，包括水溶性苯并噁嗪和植酸，该复配型植物纤维阻燃改性剂与植物纤维相容性好，进一步制备得到的阻燃型植物纤维增强环氧树脂复合材料阻燃性能优异，同时，水溶性苯并噁嗪本身可以参与环氧树脂开环，使得该复合材料拥有了更好的界面性能。

具体采用的技术方案如下：

一种复配型植物纤维阻燃改性剂，组分包括以熊果苷为原料制备的水溶性苯并噁嗪和植酸，水溶性苯并噁嗪与植酸的质量比为1：0.2～2.5。

本发明利用苯并噁嗪本身良好的成炭性能，与植酸复配使用，通过凝聚相和气相共同作用，实现阻燃效果，苯并噁嗪作为炭源和气源，当被改性的材料受热时，由酸源(植酸)释放无机酸，无机酸与炭源发生酯化反应，炭源脱水成炭，气源可以产生不燃性气体，这些气体填充到炭层中，使炭层膨胀发泡，形成多孔泡沫炭层，发挥成炭阻隔效应，隔热隔氧，有效地保护炭层下面的材料不被燃烧，另外，植酸裂解还可能产生PO·和PO₂·等自由基，起到气相淬灭作用。

优选的，所述水溶性苯并噁嗪具有如式(I)和/或式(Ⅱ)所示结构：