[发明专利]一种纳米纤维素模板制备膨胀型阻燃剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃剂合成领域，具体涉及一种通过纳米纤维素制备膨胀型阻燃剂的方法。

背景技术

膨胀阻燃体系是一个以碳、氮、磷为核心成分的阻燃体系，主要由酸源、炭源、气源三部分组成。酸源又称脱水剂或炭化促进剂，一般是无机酸或燃烧中能原位生成酸的化合物，如磷酸、硼酸、硫酸和磷酸酯等；炭源也叫成炭剂，它是形成泡沫炭化层的基础，主要是一些含碳量高的多羟基化合物，如淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙二醇、酚醛树脂等；气源也叫发泡源，是含氮化合物，如尿素、三聚氰胺、聚酰胺等。其中酸源在燃烧时产生酸，作为脱水剂与炭源反应生成炭层，气源释放气体使炭层膨胀，从而阻隔热量传递和隔绝氧气，实现阻燃的目的。在现有的膨胀型阻燃体系中，大多由酸源、气源、碳源复配而成，比如聚磷酸铵/三聚氰胺/季戊四醇复配组合形成膨胀型阻燃体系。简单的复配造成三要素的协同作用效果减弱，使其阻燃效率提升不明显。

纳米纤维素(nanocellulose)是直径为1～100nm，长度为几十纳米到几微米的超微细纤维的统称，是纤维素的最小物理结构单元。与普通纤维素相比，纳米纤维素具备高纯度、高结晶度、高比表面积、高杨氏模量、高强度的特性，同时具有多级孔道结构、其表面含有多个可反应的羟基，易于接枝硅氧基、氨基、吸附电子等，因此在材料合成上展示出了优异的模板效应。近年来，应用纳米纤维素作为模板合成阻燃剂逐渐受到关注。公开发明专利CN 104830022 B报道了一种静电絮凝制备的膨胀型阻燃剂及其制备方法与应用，其以酸源聚磷酸铵为内核，内核的表面包覆着一层双氰胺甲醛树脂作为气源，双氰胺甲醛树脂外层吸附着一层纳米纤维素作为炭源。公开发明专利CN 105034108 B采用纳米晶态纤维素为分散相制备高分散性聚磷酸铵胶体。与单独采用聚磷酸铵相比，改性后聚磷酸铵分散性提高，但是，无法解决胶体吸湿性强、热稳定性下降和阻燃效率下降的问题。公开发明专利CN 106003887 A采用层层自组装技术，以纳米晶态纤维素为基体制备膨胀型复合阻燃膜。然而，膨胀型阻燃膜的效果往往是建立在高质量含量基础上的，进一步提高阻燃效率，降低质量含量，改善与基体材料的相容性是追求的目标。

发明内容

本发明的目的：提供一种利用纳米纤维素为模板制备膨胀型阻燃剂的方法。

本发明的技术解决方案：将纳米纤维素原料分散至去离子水中，超声分散至均匀，调节纳米纤维素胶体pH值至7。在纳米纤维素胶体中加入含氮化合物乙二胺、尿素，充分搅拌，然后加入含磷化合物磷酸二乙酯、磷酸二氢铵，充分搅拌，制备得到膨胀型阻燃剂。

一种纳米纤维素模板制备膨胀型阻燃剂的具体制备方法如下：

(1)按质量比(1～5)∶100称取纳米纤维素、去离子水，在冰水浴中进行超声分散，功率为800～1000w，时间为10～30min，得到纳米纤维素胶体，调节纳米纤维素胶体的pH值至7；

(2)在步骤(1)制得的纳米纤维素胶体中加入含氮化合物，使得含氮化合物∶纳米纤维素的质量比为(1.8～5.5)∶1，在氮气保护下升温至50～70℃，充分搅拌4～6h，得到含氮纳米纤维素胶体；

(3)在步骤(2)制得的含氮纳米纤维素胶体中加入含磷化合物，使得含磷化合物∶纳米纤维素的质量比为(2～5)∶1，在氮气保护下升温至50～70℃，充分搅拌3～5h，得到膨胀型阻燃剂。

本发明的优点：

(1)本发明利用纳米纤维素的高比表面积，引入阻燃体系中作为炭源。

(2)本发明利用纳米纤维素的高分散性、高反应活性，促进氮、磷的均分分散，同时克服了膨胀型阻燃体系简单复配时阻燃效率的不足。

(3)本发明制备的膨胀型阻燃剂集炭源、酸源、气源于一体，具有良好的阻燃性能。性能测试表明：以纳米纤维素模板制备得到的膨胀型阻燃剂对木塑复合材料进行处理，木塑复合材料的氧指数提高了25～42％。

(4)合成过程中绿色环保、操作简便，可用于工业化批量生产。

具体实施方式

实施例1，

(1)按质量比1∶100称取纳米纤维素、去离子水，在冰水浴中进行超声分散，超声功率800w，超声时间10min，得到1％的纳米纤维素胶体，调节纳米纤维素胶体的pH值至7；

(2)在步骤(1)制得的纳米纤维素胶体中加入尿素，使得尿素∶纳米纤维素的质量比为1.8∶1，在氮气保护下升温至50～70℃，充分搅拌4～6h，得到含氮纳米纤维素胶体；