[发明专利]一种阻燃的环氧树脂/木质素/有机硅复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种阻燃的环氧树脂/木质素/有机硅复合材料及其制备方法。

背景技术

木质素是自然界中含量仅次于纤维素的第二大可再生资源。在造纸工业中，会产生大量的木质素，不管是随造纸厂废液一起排入河道还是浓缩后烧掉，都造成资源的极大浪费和对环境产生严重的污染。开发利用木质素资源，不仅有利于减少对石化资源的消耗，同时也有利于减少对环境的污染。

在高分子领域特别是在环氧树脂相关领域，对于木质素的利用主要是用作反应原料和填料。木质素由于刚性及庞大的结构，导致合成的环氧树脂活性很低，并且由于木质素结构的复杂性，不同生物来源及不同地区同种生物来源的木质素结构都不一样，导致合成的环氧树脂不稳定。在木质素的降解没有工业化之前，木质素作为原料合成的环氧树脂很难得到应用。

木质素如果作为填料，申请公布号为CN102585531A（申请号为201110417428.2）的中国发明专利申请公开了一种通过预压及热压固化成型的木质素/环氧树脂复合材料，按质量份数比由100份的环氧树脂、100～400份的木质素、60～120份的固化剂、0～40份的增强剂和0～20份的增韧剂制成。虽然这种复合材料的木质素的添加量可以达到50%以上，但它只是作为一种填料，附加值不高，同时复合材料的力学性能相对纯的环氧树脂固化物降低了很多。

申请公布号为CN102753626A（申请号为201180008891.X）的中国发明专利申请公开了一种树脂组合物，为含有木质素和固化剂的树脂组合物，木质素可溶于有机溶剂，并且含有10～90质量%的木质素。如实施例1中，向100g的木质素中，添加72g的双酚F型环氧树脂（固化剂）和1g1-氰基乙基-2-苯基咪唑（固化促进剂），并使用150℃的加热辊混炼5分钟。使用粉碎机粉碎所得的混炼物，并经过网眼为1mm的筛子，得到平均粒径为0.6粒子树脂组合物。经固化成型后测试成型体的力学性能，其弯曲强度为202MPa，弯曲弹性模量为4.7GPa，其阻燃性能为HB等级（阻燃性的大小依次被分为V-0、V-1、V-2、HB等级，等级依次递减）。虽然其具有良好的力学性能，但是其阻燃性能较差。

如何将木质素作为填料的同时又能提高它的附加值（如阻燃性）并且保持复合材料的力学性能是木质素/聚合物复合材料的一个发展方向。

发明内容

本发明提供了一种阻燃的环氧树脂/木质素/有机硅复合材料，在保证其良好力学性能的前提下，能够提高其阻燃性。

一种阻燃的环氧树脂/木质素/有机硅复合材料，由下述按质量份数计的组分制备而成：

所述的环氧基有机硅杂化物通过硅烷化合物与环氧烷基硅烷偶联剂水解缩聚反应而成。

本发明中，通过水解缩聚反应得到的环氧基有机硅杂化物，残留大量的硅羟基，在复合材料固化时，硅羟基易与木质素表面反应，环氧基团参与环氧固化，相对硅烷偶联剂更容易起到分散木质素的作用。环氧基有机硅杂化物本身是一种多支化的Si-O-Si结构，在燃烧过程中与木质素一起可以形成一层坚固的炭层，起到阻碍复合材料的进一步燃烧，提高阻燃性，环氧基有机硅杂化物和木质素起到了协同阻燃的作用。相对于单独的有机硅或木质素填充的环氧树脂，阻燃效果更好。同时，环氧基有机硅杂化物的引入可以改善环氧树脂固化物的抗冲击性能。

环氧树脂可采用现有技术，可采用市售产品。作为优选，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或两种以上（包含两种）。选用上述的环氧树脂作为基体材料，能够使得本发明阻燃的环氧树脂/木质素/有机硅复合材料具有良好的力学性能。

木质素可采用现有技术，可采用市售产品。作为优选，所述的木质素为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、碱木质素、木质素硫酸钠、木质素硫酸钙或酶解木质素。选用上述的木质素，不但能够起到填料的作用，而且，还能够在燃烧过程中与环氧基有机硅杂化物一起可以形成一层坚固的炭层，起到阻碍复合材料的进一步燃烧和提高阻燃性的作用。

作为优选，所述的硅烷化合物为甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷、甲基三氯硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的一种或两种以上（包括两种）。

作为优选，所述的环氧烷基硅烷偶联剂为式I结构、式II结构中的一种或两种；