一種改性木質(zhì)素基成碳劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種木質(zhì)素基成碳劑及其制備方法，屬于技術(shù)材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，膨脹型阻燃劑因其高效、無鹵、環(huán)境友好等特點，被譽為最有發(fā)展前景的 阻燃劑之一，已引起人們廣泛的關(guān)注。膨脹型阻燃劑主要由酸源、碳源和氣源組成，其中成 炭劑尤為重要，直接影響著高分子材料炭層的形成及其質(zhì)量。為了克服傳統(tǒng)低分子量成炭 劑存在熔點低、水溶性較大、與基體樹脂相容性差以及在材料加工或使用過程中易滲出等 問題，高分子成炭劑日益成為人們研究的熱點之一。
[0003] 目前，文獻廣泛應用的高分子成炭劑主要有聚酰胺類、線性酚醛樹脂（NA)、熱塑性 聚氨酯等，主要是以石油基單體通過縮合反應而制得的，對石油資源具有強烈的依賴性。當 前，在石油資源日益枯竭、石油價格日益上漲的條件下，依賴于石油為原料的高分子材料的 發(fā)展受到了嚴重的限制。此外，全球環(huán)保的呼聲日益高漲。因此，人們對未來成碳劑的發(fā)展 提出了更高的要求，在滿足阻燃性能的前提下，提出了材料可持續(xù)性發(fā)展的要求。為了滿足 成碳劑可持續(xù)發(fā)展的要求，以及順應阻燃高分子材料的發(fā)展趨勢，人們將環(huán)境友好且可持 續(xù)性發(fā)展的成炭劑作為關(guān)注的熱點之一。天然高分子材料具有來源廣泛、可再生、生物可降 解等特點成為首選，而天然高分子--木質(zhì)素則成為最佳候選材料。一方面因為木質(zhì)素在 自然界的存儲量較為豐富，僅次于纖維素；另一方面主要是由木質(zhì)素獨特的組成及結(jié)構(gòu)特 點所決定，它是一種具有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的天然高分子，主要為含苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元聚合物 的混合物，除了含有大量的苯環(huán)結(jié)構(gòu)外，還含有許多活性基團，如羥基(包括脂肪族仲羥基 和酚羥基)、羧基、甲氧基等，決定了其具有獨特的成炭能力、抗氧化性能、熱穩(wěn)定性能等。然 而，有關(guān)木質(zhì)素的利用率較低，每年僅有約2%的木質(zhì)素被商業(yè)化應用，主要用于生產(chǎn)添加 齊IJ、分散劑、粘合劑和表面活性劑，其它絕大部分都被用作燃料或直接當做廢棄物被焚燒或 隨著廢水被排放到環(huán)境中。這樣既大大浪費了天然生物資源，又對環(huán)境造成了污染。目前， 木質(zhì)素是自然界唯一沒有被充分利用的可再生有機資源，因此對于木質(zhì)素進行研發(fā)以提高 其應用附加值的任務尤為必要和迫切。然而，未改性木質(zhì)素具有自身所無法克服的缺點， 如與聚合物基體材料相容性差，在空氣中的成炭能力不理想，無法滿足阻燃材料使用的要 求。因而，需對木質(zhì)素進行改性，從而彌補上述不足。已報道的改性方法通常采用三步法， 將阻燃元素--磷引入木質(zhì)素中，步驟繁多，后處理復雜，從而間接降低了對木質(zhì)素的利用 效率。然而，通過一步法將磷元素引入木質(zhì)素，尤其是軟木質(zhì)素，尚未見有相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明通過一步法對木質(zhì)素進行改性，大大簡化了改性步驟，并在其結(jié)構(gòu)中引入 阻燃元素一磷，從而提高了其在空氣中的成炭能力，并改善了木質(zhì)素與聚合物基體樹脂 的相容性。
[0005] 本發(fā)明提供了一種改性木質(zhì)素基成炭劑，所述成炭劑具有式I的結(jié)構(gòu)：
【主權(quán)項】
1. 一種改性木質(zhì)素基成炭劑，其特征在于所述成炭劑具有式I的結(jié)構(gòu)：
根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性木質(zhì)素基成炭劑，其特征在于所述Lignin為木質(zhì)素， 所述R為苯基或苯氧基。
2. 權(quán)利要求1所述的一種改性木質(zhì)素基成炭劑制備方法，其特征在于按照下述步驟進 行：將木質(zhì)素和縛酸劑三乙胺加入裝有溶劑的三頸燒瓶中，攪拌使體系分散均勻，然后滴加 磷酰氯溶液，〇. 5~1. 5hr滴完，升溫至67~90 °C，保溫反應6~12 hr，然后加入沉淀劑甲醇，洗 漆、干燥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改性木質(zhì)素基成炭劑制備方法，其特征在于所述木質(zhì)素 與磷酰氯的摩爾比為1:1~3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改性木質(zhì)素基成炭劑制備方法，其特征在于所述磷酰氯 與縛酸劑的摩爾比為3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改性木質(zhì)素基成炭劑制備方法，其特征在于所述溶劑 為四氫呋喃或N，N-二甲基甲酰胺，溶劑與反應物的質(zhì)量比為5:1，使用與反應物質(zhì)量比為 25:1的甲醇沉淀劑，洗滌沉淀三次。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改性木質(zhì)素基成炭劑制備方法，其特征在于所述的木質(zhì) 素為軟木質(zhì)素或堿木質(zhì)素。
【專利摘要】本發(fā)明一種改性木質(zhì)素基成碳劑及其制備方法，屬于技術(shù)材料領(lǐng)域，所述成碳劑具有式的結(jié)構(gòu)，主要原料易得、價廉、可再生；本成碳劑采用一步法制得，制備工藝簡單、易行，成本低，本發(fā)明有益效果為采用一步法制得改性木質(zhì)素基成碳劑，將阻燃元素磷引入到木質(zhì)素分子上，提高其成碳能力以及與聚合物之間的相容性;式中R可為苯基或苯氧基。
【IPC分類】C08H7-00
【公開號】CN104761729
【申請?zhí)枴緾N201510141566
【發(fā)明人】宋艷, 李錦春, 張鑫, 蔣明訪
【申請人】常州大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月27日