酶解木质素阻燃剂的制备及其对TPO阻燃性能的影响

酶解木质素阻燃剂的制备及其对TPO阻燃性能的影响

王栖桐;冯钠;刘俐;王志超;曲敏杰;张红;温艳慧

【摘要】Enzymatic hydrolysis lignin (Lig)was used as char-forming agent to prepare a Lig-based intumescent flame retardant,phosphorus-nitrogen grated Lig (PN-Lig)via grafting.The structure of PN-Lig was characterized.Then it was combined with thermoplastic polyolefin elastomers (TPO)to prepare TPO/PN-Lig,whose impacts on flame resistance of TPO,chemical composition,microstructure,and thermal stability of char layer of carbon residue after burning TPO were investigated.The results show that P and N have been grafted to Lig and 45.10％ of C,29.68％ of P and 0.52％ of N in mass fraction are in PN-Lig,which meets the demand of intumescent flame retardant.The limiting oxygen index of TPO/PN-Lig composites is up to 27.4％ and the vertical burning of the composites passes Ⅴ-0 rating.The phosphate bond in PN-Lig causes carbon resource dehydrating and form char layer that is complete,fluffy and porous.The residual carbon in TPO/PN-Lig reaches 23.16％at 700℃,which repres ents higher thermal stability.%以酶解木质素(Lig)为炭源,采用化学接枝法制备了Lig基膨胀阻燃剂——磷氮接枝改性Lig(PN-Lig),并对其结构进行分析和表征.将PN-Lig与聚烯烃热塑性弹性体(TPO)复合制备TPO/PN-Lig复合材料,研究其对TPO阻燃性能、燃烧后残炭炭层的化学组成、微观结构和热稳定性的影响.结果表明:P元素和N元素成功接枝到Lig上;PN-Lig中的C,P,N三种元素的质量分数分别为45.10％,29.68％和0.52％,达到了膨胀阻燃剂元素含量的要求;TPO/PN-Lig复合材料的极限氧指数达到27.4％,垂直燃烧等级

达到Ⅴ-0级;PN-Lig中的磷酸酯键使炭源脱水成炭,炭层完整且蓬松多孔,成炭效果明显;TPO/PN-Lig复合材料在700℃时的残炭率达到23.16％,热稳定性明显改善.【期刊名称】《合成树脂及塑料》

【年(卷),期】2017(034)001

【总页数】5页(P6-10)

【关键词】聚烯烃热塑性弹性体;膨胀型阻燃剂;复合材料;酶解木质素;阻燃性能【作者】王栖桐;冯钠;刘俐;王志超;曲敏杰;张红;温艳慧

【作者单位】大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁省大连市116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁省大连市116034;大连工业大学信息科学与工程学院,辽宁省大连市116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁省大连市116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁省大连市116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁省大连市116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁省大连市116034

【正文语种】中文

【中图分类】TQ325.1

聚烯烃热塑性弹性体（TPO）由橡胶和聚烯烃两部分构成，它既具有橡胶的特性，又具有热塑性塑料的性能，是可以回收的热塑性弹性体，完全满足环保要求。TPO 制品可广泛应用于汽车部件、电子电气、电线电缆、建筑密封、运动器械、机械行业等领域［1］。TPO具有原料丰富、价格低廉、流动性好、易于加工等特点，可用于注射、压延、挤出、模压等方法成型；但TPO具有可燃性，极限氧指数（LOI）较低，仅为18.0%，存在极易燃烧的严重缺陷，并且在燃烧过程中有滴落

和发烟的现象，极大地限制了TPO的使用范围。因此，研究绿色环保的高性能阻

燃TPO复合材料具有重要的意义。

高分子“三源一体”膨胀阻燃剂是集炭源、酸源和气源于一体的新型膨胀阻燃剂，它具有阻燃效果良好、低烟、低毒、低添加量、与高分子材料相容性较好的特点［2-5］。近几年常用的是三聚氰胺磷酸盐、季戊四醇磷酸盐以及一些新型的分子（如2,4,8,10-四氧代-3,9-二磷基［5,5］-十一烷-3,9-二氧代-乙酰胺-N,N-二甲基-N-十六烷-溴化铵）等［6］。国内的“三源一体”膨胀阻燃剂还处于研究阶段，目前，以聚磷酸铵、季戊四醇为主要原料的大分子膨胀阻燃剂应用最广［7-12］。作为优良炭源，酶解木质素（Lig）是一种可再生且具有很大应用潜能的天然材料。Lig的分子结构中含有大量的芳香核、酚羟基、羟基等基团，是具有巨大网状空间结构的非晶形高分子。由于Lig的基本结构单元是苯环，苯环和直链上含有较多的酚羟基官能团，含碳量较高，能够满足“三源一体”膨胀阻燃剂要求，以及炭源富含碳元素和羟基的要求［13-16］；但目前以Lig为炭源制备膨胀阻燃剂的研究报道较少。本工作采用Lig作为炭源，磷酸和三聚氰胺分别为酸源和气源，采用化学接枝法制备“三源一体”的高分子膨胀型阻燃剂——磷氮接枝改性Lig（PN-Lig），采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和能谱定量分析（EDS）对其进行分析

与表征，并研究了其对TPO阻燃性能的影响。

1.1 主要原料

TPO，非动态硫化型6365N，南京金陵奥普特高分子材料有限公司生产。Lig，山东龙力生物科技股份有限公司生产。磷酸，氨水，三乙胺，均为分析纯；三聚氰胺，液体石蜡：天津市光复科技化工研究所生产。甲醛，二甲基甲酰胺，甲醇：均为分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司生产。三氯氧磷，济南银菊化工有限公司生产。

1.2 PN-Lig的合成

1.2.1 羟甲基化Lig的制备