CN110643148A - 一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法，涉及一种生物基阻燃剂的制备方法。本发明方法成功的将植酸独特的热分解特性赋予其阻燃、抑烟特性与精氨酸作为天然的气源，可以稀释周围氧气的特点相结合。在阻燃应用过程中不仅在材料表面形成一层焦炭层，使热难以穿透凝聚相，阻止氧气进入燃烧区域，防止降解生成的气态或者液态产物溢出材料表面，加之精氨酸含有大量的氮元素作为天然的气源，稀释周围氧气，进一步提高阻燃效果。与此同时植酸与精氨酸表面含有大量的羟基、氨基基团与环氧树脂发生界面反应，提高填料与基体之间相容性。该方法克服了目前环氧复合材料中普遍存在的阻燃效率低、阻燃应用过程有污染、与基体相容性差的缺点，大幅度提高复合材料的阻燃能力。

Description

一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻燃材料的制备方法，特别是涉及一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法。
背景技术
近年来，由于人们对环境保护的日益关注，许多国家相继颁发了有关控制挥发性有机化合物（VOC）的法令。环保法规不断强化，促使各行业加速向绿色环保无污染的方向发展。
环氧树脂系复合材料具有很高的附着力，且低污染物理机械性能好等优点得到广泛应用。但同时也存在易燃烧、与填料相容性差等缺点限制其使用。因而急需开发一种新的环氧复合材料。
植酸,又被叫做肌醇六磷酸，在多种植物组织中作为磷的主要储存形式，尤其是在米糠和种子中。植酸的结构是肌醇中的六个羟基均被磷酸酯化形成的肌醇衍生物，含有六个磷酸基团，为基体成碳提高良好的酸源，在材料表面形成焦炭层，使热难于穿透凝聚相，阻止氧气进入燃烧区域，防止降解生成的气态或液态产物溢出材料表面。
精氨酸,又被叫做蛋白氨基酸，属于氨基酸类的化合物，构成蛋白质的基本单位，是组成人体蛋白质的21种氨基酸之一，精氨酸含有浓度较高的氨离子，有助于改善正肝性脑病时的酸碱平衡。同时精氨酸含有大量的氮元素在阻燃剂中可以作为气源，稀释周围的氧气，抑制燃烧反应，起到阻燃作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法，该方法在稳定剂存在的条件下将植酸与精氨酸一体化。提供一种绿色环保无污染的高效阻燃剂，同时其表面含有的大量氨基和羟基基团增强与基体的相容性，使得环氧树脂的阻燃性、稳定性、强度得到大幅度提高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法，所述方法在稳定剂存在条件下将植酸精氨酸一体化后再与环氧树脂复合而成，具体合成步骤如下：
a植酸与精氨酸一体化：称取5-10g L-精氨酸放入200-400ml蒸馏水中搅拌至溶解，然后加入4-8ml植酸溶液，溶液呈暗粉色，升温至50℃，十分钟后加入稳定剂1-3g，持续搅拌6h；反应结束后，将反应物倒入旋转蒸发仪中，将稳定剂和大部分蒸馏水蒸出；将得到的反应物放入烘箱至完全干燥；
b.取 10-40 份上述一体化后的植酸与精氨酸作为填料，加入到 100-200 份树脂中，在球磨机中分散 1-2h，即得环氧复合生物基材料的母液 ；
c.取25-50份固化剂与环氧复合材料的母液按 1 ：3-4 的比例混合即可。
所述的一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法，所述步骤a中加入的稳定剂为三乙胺、甲胺、正丁胺、烯丙胺。
所述的一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法，所述步骤a中的环氧树脂为E-51环氧树脂或E-44环氧树脂、E-20环氧树脂、616环氧树脂、828环氧树脂、862环氧树脂、3522-W-60A环氧树脂、3540-WY-55A环氧树脂。
所述的一种环氧复合生物基材料的制备方法，所述步骤a中的固化剂为 Aq419或H228B、W651、W650。
本发明的优点与效果是：
1. 本发明制备环氧复合生物基阻燃材料成功的将植酸独特的热分解特性赋予其阻燃、抑烟的特点与精氨酸天然的气源很好的相结合，相辅相成，二者之间的协效作用进一步的提高其环氧复合材料的阻燃性及其抑烟性。
2. 本发明中采用一体化的植酸与精氨酸作为阻燃填料，其表面丰富的羟基和氨基基团与环氧树脂发生界面反应，增强填料与基体的相容性，进而提高复合材料的机械性能。
3. 本发明中所采用的植酸、精氨酸均为生物基材料，来源广泛，绿色安全环保，符合有关环保法规条令，适应如今绿色环保大潮。
附图说明
图1为植酸、精氨酸一体化的方法式。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
以下通过实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。
实施例1
（1）植酸与精氨酸一体化：称取5.23g L-精氨酸放入200ml蒸馏水中搅拌至溶解，然后加入4.7ml植酸溶液，溶液呈暗粉色，升温至50℃，十分钟后加入稳定剂1.5g，持续搅拌6h。反应结束后，将反应物倒入旋转蒸发仪中，将稳定剂和大部分蒸馏水蒸出。将得到的反应物放入烘箱至完全干燥。
（2）取 30 份上述 一体化后的植酸与精氨酸作为填料，加入到 100 份树脂中，在球磨机中分散 1h，即得环氧复合生物基阻燃材料的母液 ；
（3）取50份固化剂与环氧复合材料的母液按 1 ：4 的比例混合即可；
实施例2
（1）植酸与精氨酸一体化：称取5.23g L-精氨酸放入200ml蒸馏水中搅拌至溶解，然后加入4.7ml植酸溶液，溶液呈暗粉色，升温至50℃，十分钟后加入稳定剂1.5g，持续搅拌6h。反应结束后，将反应物倒入旋转蒸发仪中，将稳定剂和大部分蒸馏水蒸出。将得到的反应物放入烘箱至完全干燥。
（2）取 25 份上述 一体化后的植酸与精氨酸作为填料，加入到 100 份树脂中，在球磨机中分散 1h，即得环氧复合生物基阻燃材料的母液 ；
（3）取50份固化剂与环氧复合材料的母液按 1 ：4 的比例混合即可；
实施例3
（1）植酸与精氨酸一体化：称取5.23g L-精氨酸放入200ml蒸馏水中搅拌至溶解，然后加入4.7ml植酸溶液，溶液呈暗粉色，升温至50℃，十分钟后加入稳定剂1.5g，持续搅拌6h。反应结束后，将反应物倒入旋转蒸发仪中，将稳定剂和大部分蒸馏水蒸出。将得到的反应物放入烘箱至完全干燥。
（2）取17份上述 一体化后的植酸与精氨酸作为填料，加入到 100 份树脂中，在球磨机中分散 1h，即得环氧复合生物基阻燃材料的母液 ；
（3）取50份固化剂与环氧复合材料的母液按 1 ：4 的比例混合即可；
实施例4
（1）植酸与精氨酸一体化：称取5.23g L-精氨酸放入200ml蒸馏水中搅拌至溶解，然后加入2.4ml植酸溶液，溶液呈暗粉色，升温至50℃，十分钟后加入稳定剂0.75g，持续搅拌6h。反应结束后，将反应物倒入旋转蒸发仪中，将稳定剂和大部分蒸馏水蒸出。将得到的反应物放入烘箱至完全干燥。
（2）取25 份上述 一体化后的植酸与精氨酸作为填料，加入到 100 份树脂中，在球磨机中分散 1h，即得环氧复合生物基阻燃材料的母液 ；
（3）取50份固化剂与环氧复合材料的母液按 1 ：4 的比例混合即可；
表1所列是将一体化植酸、精氨酸阻燃环氧树脂复合材料的阻燃及物理机械性能，由表可以看出本发明的一体化植酸、精氨酸阻燃环氧树脂复合材料不仅表现出优异的阻燃性能，还具有良好的物理机械性能。本发明在稳定剂存在条件下将植酸与精氨酸一体化，在将一体化的植酸与精氨酸填充到环氧树脂中制得环氧复合生物基阻燃材料。该方法成功的将植酸独特的热分解特性赋予其阻燃、抑烟特性与精氨酸天然的气源，稀释周围氧气的特点相结合。在阻燃应用过程中不仅可以在材料表面形成一层焦炭层，使热难以穿透凝聚相，防止氧气进入燃烧区域，阻止降解生成的气态或者液态产物溢出材料表面，加之精氨酸含有大量的氮元素作为天然的气源，稀释周围氧气，进一步提高阻燃效果。与此同时植酸与精氨酸表面含有大量的羟基、氨基基团与环氧树脂发生界面反应，提高填料与基体之间相容性。该方法克服了目前环氧树脂阻燃中普遍存在的阻燃效率低、阻燃应用过程有污染、与基体相容性差的缺点，大幅度提高环氧复合材料的阻燃能力。这对于生物基阻燃材料的发展具有非常重要的应用价值。
表1 一体化植酸和精氨酸阻燃环氧树脂的阻燃及机械性能
性能 测试方法 单位 环氧复合阻燃材料1 环氧复合阻燃材料2 环氧复合阻燃材料3 环氧复合阻燃材料4
阻燃剂 实施例1产品 实施例2产品 实施例3产品 实施例4产品
阻燃性能 UL-94 3.2mm V-0 V-0 V-0 V-0
极限氧指数 3.2mm 27.2 29.6 28.3 29.1
拉伸强度 GB/T1040-1992 MPa 85 87 83 86
冲击强度 GB/T1043.1-2008 % 8.7 9.6 8.5 9.3

Claims (4)

1.一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述方法在稳定剂存在条件下将植酸精氨酸一体化后再与环氧树脂复合而成，具体合成步骤如下：
a植酸与精氨酸一体化：称取5-10g L-精氨酸放入200-400ml蒸馏水中搅拌至溶解，然后加入4-8ml植酸溶液，溶液呈暗粉色，升温至50℃，十分钟后加入稳定剂1-3g，持续搅拌6h；反应结束后，将反应物倒入旋转蒸发仪中，将稳定剂和大部分蒸馏水蒸出；将得到的反应物放入烘箱至完全干燥；
b.取 10-40 份上述一体化后的植酸与精氨酸作为填料，加入到 100-200 份树脂中，在球磨机中分散 1-2h，即得环氧复合生物基材料的母液 ；
c.取25-50份固化剂与环氧复合材料的母液按 1 ：3-4 的比例混合即可。
2.根据权利要求 1 所述的一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中加入的稳定剂为三乙胺、甲胺、正丁胺、烯丙胺。
3.根据权利要求 1 所述的一种环氧复合生物基阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中的环氧树脂为E-51环氧树脂或E-44环氧树脂、E-20环氧树脂、616环氧树脂、828环氧树脂、862环氧树脂、3522-W-60A环氧树脂、3540-WY-55A环氧树脂。
4.根据权利要求 1 所述的一种环氧复合生物基材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中的固化剂为 Aq419或H228B、W651、W650。
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