一种改性木质素基成碳剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种木质素基成碳剂及其制备方法，属于技术材料领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，膨胀型阻燃剂因其高效、无卤、环境友好等特点，被誉为最有发展前景的 阻燃剂之一，已引起人们广泛的关注。膨胀型阻燃剂主要由酸源、碳源和气源组成，其中成 炭剂尤为重要，直接影响着高分子材料炭层的形成及其质量。为了克服传统低分子量成炭 剂存在熔点低、水溶性较大、与基体树脂相容性差以及在材料加工或使用过程中易渗出等 问题，高分子成炭剂日益成为人们研究的热点之一。
[0003] 目前，文献广泛应用的高分子成炭剂主要有聚酰胺类、线性酚醛树脂（NA)、热塑性 聚氨酯等，主要是以石油基单体通过缩合反应而制得的，对石油资源具有强烈的依赖性。当 前，在石油资源日益枯竭、石油价格日益上涨的条件下，依赖于石油为原料的高分子材料的 发展受到了严重的限制。此外，全球环保的呼声日益高涨。因此，人们对未来成碳剂的发展 提出了更高的要求，在满足阻燃性能的前提下，提出了材料可持续性发展的要求。为了满足 成碳剂可持续发展的要求，以及顺应阻燃高分子材料的发展趋势，人们将环境友好且可持 续性发展的成炭剂作为关注的热点之一。天然高分子材料具有来源广泛、可再生、生物可降 解等特点成为首选，而天然高分子--木质素则成为最佳候选材料。一方面因为木质素在 自然界的存储量较为丰富，仅次于纤维素；另一方面主要是由木质素独特的组成及结构特 点所决定，它是一种具有三维网络结构的天然高分子，主要为含苯基丙烷结构单元聚合物 的混合物，除了含有大量的苯环结构外，还含有许多活性基团，如羟基(包括脂肪族仲羟基 和酚羟基)、羧基、甲氧基等，决定了其具有独特的成炭能力、抗氧化性能、热稳定性能等。然 而，有关木质素的利用率较低，每年仅有约2%的木质素被商业化应用，主要用于生产添加 齐IJ、分散剂、粘合剂和表面活性剂，其它绝大部分都被用作燃料或直接当做废弃物被焚烧或 随着废水被排放到环境中。这样既大大浪费了天然生物资源，又对环境造成了污染。目前， 木质素是自然界唯一没有被充分利用的可再生有机资源，因此对于木质素进行研发以提高 其应用附加值的任务尤为必要和迫切。然而，未改性木质素具有自身所无法克服的缺点， 如与聚合物基体材料相容性差，在空气中的成炭能力不理想，无法满足阻燃材料使用的要 求。因而，需对木质素进行改性，从而弥补上述不足。已报道的改性方法通常采用三步法， 将阻燃元素--磷引入木质素中，步骤繁多，后处理复杂，从而间接降低了对木质素的利用 效率。然而，通过一步法将磷元素引入木质素，尤其是软木质素，尚未见有相关报道。
【发明内容】
[0004] 本发明通过一步法对木质素进行改性，大大简化了改性步骤，并在其结构中引入 阻燃元素一磷，从而提高了其在空气中的成炭能力，并改善了木质素与聚合物基体树脂 的相容性。
[0005] 本发明提供了一种改性木质素基成炭剂，所述成炭剂具有式I的结构：
【主权项】
1. 一种改性木质素基成炭剂，其特征在于所述成炭剂具有式I的结构：
根据权利要求1所述的一种改性木质素基成炭剂，其特征在于所述Lignin为木质素， 所述R为苯基或苯氧基。
2. 权利要求1所述的一种改性木质素基成炭剂制备方法，其特征在于按照下述步骤进 行：将木质素和缚酸剂三乙胺加入装有溶剂的三颈烧瓶中，搅拌使体系分散均匀，然后滴加 磷酰氯溶液，〇. 5~1. 5hr滴完，升温至67~90 °C，保温反应6~12 hr，然后加入沉淀剂甲醇，洗 漆、干燥。
3. 根据权利要求2所述的一种改性木质素基成炭剂制备方法，其特征在于所述木质素 与磷酰氯的摩尔比为1:1~3。
4. 根据权利要求2所述的一种改性木质素基成炭剂制备方法，其特征在于所述磷酰氯 与缚酸剂的摩尔比为3。
5. 根据权利要求2所述的一种改性木质素基成炭剂制备方法，其特征在于所述溶剂 为四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺，溶剂与反应物的质量比为5:1，使用与反应物质量比为 25:1的甲醇沉淀剂，洗涤沉淀三次。
6. 根据权利要求2所述的一种改性木质素基成炭剂制备方法，其特征在于所述的木质 素为软木质素或碱木质素。
【专利摘要】本发明一种改性木质素基成碳剂及其制备方法，属于技术材料领域，所述成碳剂具有式的结构，主要原料易得、价廉、可再生；本成碳剂采用一步法制得，制备工艺简单、易行，成本低，本发明有益效果为采用一步法制得改性木质素基成碳剂，将阻燃元素磷引入到木质素分子上，提高其成碳能力以及与聚合物之间的相容性;式中R可为苯基或苯氧基。
【IPC分类】C08H7-00
【公开号】CN104761729
【申请号】CN201510141566
【发明人】宋艳, 李锦春, 张鑫, 蒋明访
【申请人】常州大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月27日