【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于木質素處理技術及應用領域，具體涉及一種木質素阻燃劑及其制備方法和在酚醛泡沫中的應用。
技術介紹
1、酚醛泡沫因兼具優異的保溫性能和阻燃性能在工程領域得到廣泛應用。但其經高溫燃燒后質量殘留率很低，炭層疏松、強度低，離開火焰后還易出現陰燃現象。而且，苯酚作為生產酚醛泡沫的主要原料之一，95％都來自于不可再生的石油資源。由于化石資源的過度消耗、氣候變化和溫室氣體大量排放的問題日益嚴重，如何在優化泡沫性能的基礎上，用可再生資源代替石油基產品制備酚醛泡沫成為研究的方向。
2、木質素是僅次于纖維素的第二大常見天然聚合物，是植物界第二大資源的生物質材料，全球每年產量約5000萬噸。但是，目前大部分木質素作為一種低成本的燃料，通過直接燃燒產生熱量。因此，木質素的綜合利用目前面臨著巨大的挑戰。木質素中擁有苯環結構，這也使木質素擁有比其他天然大分子更好的剛性鏈結構，剛性結構也使其熱分解溫度提高從而具有較好的耐熱性和較好的成碳能力，所以木質素可以作為大部分聚合物的阻燃添加劑。木質素是一種由對羥基苯丙醇、愈創木酰基丙醇和紫丁香基丙醇三種苯丙醇組成的芳香族聚合物，是一種很有前途的酚類、芳香族和多元醇的來源。更重要的是，木質素具有與石油酚類化合物相似的結構，是酚醛泡沫中替代苯酚的理想再生資源。在過去的十年中，一些研究人員成功地用木質素代替苯酚制備了木質素基酚醛泡沫，但部分酚醛泡沫在改性之后的阻燃性和抗壓強度往往受到一些負面的影響。隨著各領域對酚醛泡沫性能的要求越來越高，在不降低其抗壓強度等性能的前提下，提高酚醛泡沫阻燃性能的方法越
3、在此基礎上，為了同時改善木質素基酚醛泡沫的機械性能和阻燃性能，我們通過側鏈改性設計合成了一種含氮磷硅的本征型木質素基阻燃劑，該阻燃劑較dopo價格低廉；而且其酚類結構可進一步參與酚醛縮合反應，從而將阻燃元素引入到酚醛樹脂中，具有不易遷出和滲出的特點；此外，在側鏈中引入含氮、磷和硅元素的烷基長鏈，可以同時提高酚醛泡沫的阻燃性能和力學性能。
技術實現思路
1、解決的技術問題：本專利技術提供一種含氮磷硅木質素阻燃劑及其制備方法和應用，通過側鏈改性制備含氮磷硅的本征型木質素阻燃劑，其價格低廉，而且阻燃元素引入大分子結構阻燃元素與大分子結構的緊密結合，減少了遷移和滲出的風險，從而提升了整體性能的穩定性和分散性；另外，通過引入含氮磷硅阻燃元素的烷基長鏈，酚醛泡沫的阻燃性能和力學性能均得到了顯著的提升。研究表明，在改性酚醛泡沫的應用中，阻燃性性能和力學性能都顯著提高，從而為木質素的高附加值利用提供了理論依據。
2、技術方案：一種含氮磷硅木質素阻燃劑的制備方法，步驟為：按比例，把2.7g木質素、3-4g?1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、3.5-4.5g?dopo(9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物)和1.03g芳醛懸浮于50-100ml乙醇中，在80℃下，微波反應器中反應10min，將反應液倒入naoh溶液中，向其中滴加濃hcl使其沉淀下來，用10％乙醇洗滌、干燥得到含氮磷硅的本征型木質素基阻燃劑。
3、上述木質素為kraft木質素、有機溶劑型木質素或酶解木質素中的至少一種。
4、上述芳醛為苯甲醛、4-甲基苯甲醛、4-乙基苯甲醛、4-甲氧基苯甲醛或對羥基苯甲醛。
5、優選的制備方法為，把2.7g?kraft木質素、4g?1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、4.5g?dopo(9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物)和1.03g苯甲醛懸浮于90ml乙醇中，利用微波反應器，在80℃條件下反應10min，反應完成后將反應液倒入40wt.％naoh溶液中，向其中滴加38wt.％濃hcl使其沉淀下來，用10wt.％乙醇洗滌、干燥得到木質素基阻燃劑。
6、上述制備方法制得的含氮磷硅木質素阻燃劑。
7、上述含氮磷硅木質素阻燃劑在制備酚醛泡沫中的應用。
8、具體應用方法為，用木質素阻燃劑取代10％苯酚，按苯酚/甲醛摩爾比1:1.7制備酚醛泡沫；將28g木質素阻燃劑、252g苯酚和12.4g去離子水，置于65℃水浴中，每15分鐘分四次加入120g多聚甲醛，用30wt.％naoh溶液調整混合物的ph值為8-9；然后在70℃下反應2.5h，之后升溫至92℃保持10min，當溫度降至85℃時，加入18.6g三聚氰胺，得到改性酚醛樹脂；再將得到的酚醛樹脂、4g表面活性劑和10.5g發泡劑放入塑料容器中，在劇烈攪拌下加入28g由水、硫酸和磷酸按質量比1:1:1組成的混合酸，形成均勻的混合物，將得到的混合物快速倒入模具中，在75℃預熱的烤箱中加熱3小時，完成固化和發泡過程。
9、有益效果：①通過側鏈改性制備含氮磷硅的本征型木質素阻燃劑，阻燃元素引入大分子結構不易遷移和滲出，性能更穩定、分散性更好；②通過引入含氮磷硅阻燃元素的烷基長鏈，可以起到增韌和阻燃的效果；③改性酚醛泡沫的阻燃性性能和力學性能顯著提高。
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1.一種含氮磷硅木質素阻燃劑的制備方法，其特征在于，步驟為：按比例，把2.7?g木質素、3-4?g?1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、3.5-4.5?g?DOPO(9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物)和1.03?g芳醛懸浮于50-100?mL乙醇中，在80℃下，微波反應器中反應8-12min，將反應液倒入NaOH溶液中，向其中滴加HCl使其沉淀下來，用乙醇洗滌、干燥得到含氮磷硅的本征型木質素基阻燃劑。
2.根據權利要求1所述含氮磷硅木質素阻燃劑的制備方法，其特征在于，所述木質素為Kraft木質素、有機溶劑型木質素或酶解木質素中的至少一種。
3.根據權利要求1所述含氮磷硅木質素阻燃劑的制備方法，其特征在于，所述芳醛為苯甲醛、4-甲基苯甲醛、4-乙基苯甲醛、4-甲氧基苯甲醛或對羥基苯甲醛。
4.根據權利要求1所述含氮磷硅木質素阻燃劑的制備方法，其特征在于，具體步驟為：把2.7g?Kraft木質素、4?g?1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、4.5?g?DOPO(9,10-二氫-9-
5.權利要求1-4任一所述制備方法制得的含氮磷硅木質素阻燃劑。
6.權利要求5所述含氮磷硅木質素阻燃劑在制備酚醛泡沫中的應用。
7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于，用木質素阻燃劑取代10%苯酚，按苯酚/甲醛摩爾比1:1.7制備酚醛泡沫；將28g木質素阻燃劑、252g苯酚和12.4?g去離子水，置于65℃水浴中，每15分鐘分四次加入120?g多聚甲醛，用30?wt.%?NaOH溶液調整混合物的pH值為8-9；然后在70℃下反應2.5?h，之后升溫至92℃保持10?min，當溫度降至85℃時，加入18.6?g三聚氰胺，得到改性酚醛樹脂；再將得到的酚醛樹脂、4g表面活性劑和10.5g發泡劑放入塑料容器中，在攪拌下加入28g由水、硫酸和磷酸按質量比1:1:1組成的混合酸，形成均勻的混合物，將得到的混合物倒入模具中，在75℃加熱3小時，完成固化和發泡過程。
...【技術特征摘要】
1.一種含氮磷硅木質素阻燃劑的制備方法，其特征在于，步驟為：按比例，把2.7?g木質素、3-4?g?1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、3.5-4.5?g?dopo(9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物)和1.03?g芳醛懸浮于50-100?ml乙醇中，在80℃下，微波反應器中反應8-12min，將反應液倒入naoh溶液中，向其中滴加hcl使其沉淀下來，用乙醇洗滌、干燥得到含氮磷硅的本征型木質素基阻燃劑。
2.根據權利要求1所述含氮磷硅木質素阻燃劑的制備方法，其特征在于，所述木質素為kraft木質素、有機溶劑型木質素或酶解木質素中的至少一種。
3.根據權利要求1所述含氮磷硅木質素阻燃劑的制備方法，其特征在于，所述芳醛為苯甲醛、4-甲基苯甲醛、4-乙基苯甲醛、4-甲氧基苯甲醛或對羥基苯甲醛。
4.根據權利要求1所述含氮磷硅木質素阻燃劑的制備方法，其特征在于，具體步驟為：把2.7g?kraft木質素、4?g?1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、4.5?g?dopo(9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物)和...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周永紅，李韻同，楊曉慧，周銘昊，景菲，李龍，胡立紅，尚倩倩，薄采穎，曾憲海，杜風光，張慧，
申請(專利權)人：中國林業科學研究院林產化學工業研究所，
類型：發明
國別省市：
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