CN111040349A - 一种阻燃聚乙烯醇复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种阻燃聚乙烯醇复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种阻燃聚乙烯醇复合材料及其制备方法,属于阻燃材料领域。植酸胆碱阻燃剂制备方法:取氯化胆碱、氢氧化钠和溶剂,在‑10℃~60℃下反应1~8h后抽滤,得到氢氧化胆碱的滤液;向滤液中加入植酸溶液,植酸和胆碱的配比以季铵盐中氮原子与植酸中游离羟基的摩尔比计为0.8~2.0,反应1‑12h后,去除溶剂,干燥得到植酸胆碱阻燃剂。阻燃聚乙烯醇复合材料的制备方法是:聚乙烯醇100重量份,植酸胆碱5~160重量份,增塑剂5~40重量份,熔融共混或溶液混合制得。本发明制备的聚乙烯醇复合材料绿色环保,复合材料的阻燃效果明显,有效地扩展了各助剂和材料的应用范围,同时本发明的制备的方法简单,易大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于阻燃材料领域,具体涉及一种阻燃聚乙烯醇复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯醇(PVA)是一种综合性能优异的可由非石油路线大规模生产的高分子聚合物,价格低廉,其耐油、耐溶剂及气体阻隔性能出众,在食品、药品包装方面具有独特优势。但是聚乙烯醇的极限氧指数(LOI)低,极易燃烧,严重限制了其应用。常见含卤阻燃剂在燃烧过程中会分解生成刺激的卤化氢气体,其对人身安全的危害甚至大于火灾本身阻燃剂是提高材料阻燃性能的有效途径。目前所用的阻燃剂包括卤系、磷氮系、无机阻燃剂等。卤系的阻燃剂由于燃烧时会释放有毒有害气体,已经逐步被禁止;无机阻燃剂虽然可以达到良好的阻燃性能,但有添加量大、易析出、相容性差、基材性能恶化等缺点;磷氮阻燃剂具有较好的阻燃效果,毒性偏低,受到普遍的关注。
膨胀型阻燃剂(IFR)是一种以氮、磷为主要组成的复合阻燃剂。膨胀型阻燃剂有三个基本要素。即酸源、炭源和气源。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。
植酸又称肌酸,它主要存在于植物的种子、根干和茎中,其中以豆科植物的种子、谷物的麸皮和胚芽中含量最高,磷含量高达28%,是一种生物基酸源。以植酸作为阻燃剂酸源的研究逐渐被人们重视。专利CN 106519239 A采用植酸、三聚氰胺和溶剂制备了一种具有片状结构的含磷-氮-碳聚合型阻燃剂,该阻燃剂与聚丙烯、环氧树脂、不饱和聚酯、聚乙烯、尼龙或者丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物具有良好的相容性和阻燃性能。专利CN108047494 A公开了一种植酸铵阻燃剂的制备方法,仅仅需要5wt%就可以使其通过V-0级且氧指数可达到 25%。然而以上阻燃剂中仍然使用了三聚氰胺等有毒性的物质作为氮源。
氯化胆碱石维生素B属药物,用于肝炎、肝机能退化、早期肝硬化、恶性性贫血等,是一种规模化生产的化合物。然而氯化胆碱含卤素,可以作为增塑剂,作为阻燃剂不够环保。
发明内容
为解决现有技术中出现的问题,本发明提供了一种阻燃聚乙烯醇复合材料及其制备方法。植酸胆碱的增塑效果抑制了PVA的回生,具有来源绿色、可再生、合成简单等优势。阻燃聚乙烯醇的制备方法生产效率高、工艺简单、性能优良,同时该材料来源生无可降解,环境友好且容易实现工业化生产。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下:
一种阻燃聚乙烯醇复合材料,所述的阻燃聚乙烯醇复合材料是由聚乙烯醇、增塑剂和植酸胆碱阻燃剂共混而成;聚乙烯醇100重量份,植酸胆碱阻燃剂5~160重量份,增塑剂5~40 重量份;
所述的植酸胆碱阻燃剂的结构通式如下:
所述的植酸胆碱阻燃剂的制备步骤如下:
(1)将摩尔比为1:1的氯化胆碱和氢氧化钠加入到溶剂I中搅拌溶解,-10℃~60℃下反应1~8h后抽滤,得到氢氧化胆碱的滤液;
(2)将植酸溶解于溶剂II中,加入到步骤(1)所得氢氧化胆碱的滤液中,-10℃~40℃下反应1~24h后,去除溶剂I和II,干燥得到植酸胆碱阻燃剂;其中植酸和氢氧化胆碱的配比以季铵盐中氮原子与植酸中游离羟基的摩尔比计为0.8~2.0。
进一步的,所述的植酸和氢氧化胆碱的配比以季铵盐中氮原子与植酸中游离羟基的摩尔比计为1.0~1.8。
所述的溶剂I为甲醇、乙醇或丙酮;所述的溶剂II为水、甲醇、乙醇或丙酮。
所述步骤(1)中的反应温度为20℃~30℃,反应时间为2-4h;所述步骤(2)中的反应温度为20℃~30℃,反应时间为8-16h。
所述植酸来源于植物的种子、根干和茎。
所述增塑剂为水、二甲亚砜、乙二醇、丙二醇、甘油、缩水甘油、山梨醇、木糖醇、甘露醇、二缩三乙二醇、一缩二乙二醇、聚乙二醇、甲酰胺、乙酰胺、己内酰胺中的一种或两种以上组合。
一种阻燃聚乙烯醇复合材料的制备方法,具体过程为:
先分别将聚乙烯醇、非水类增塑剂、植酸胆碱阻燃剂于50℃真空烘箱中干燥,然后再按照比例称取各个组分,预混后加入密炼机中,于150~190℃的加工温度下熔融共混均匀;或将各组分放入蒸馏水中配置成均匀溶液后经搅拌混合均匀、干燥,即可制得阻燃聚乙烯醇复合材料;按质量份计,各个组分添加比例关系为:聚乙烯醇:增塑剂:植酸胆碱阻燃剂=100:5~40:5~160。
本领域普通技术人员还可根据需要添加可选的其他助剂来获得更佳的使用性能,这些助剂可选自抗老化剂、防腐剂、杀菌剂、抗静电剂交联剂、颜料、填料、香料等,可同时加入或单独加入。
本发明的有益效果:
1、由于本发明提供的阻燃剂是生物来源的植酸合成的,且所使用的胆碱产量大,可以作为维他命B属药物。因而使得合成的阻燃剂是环境友好型的阻燃剂,既减少了石化资源的消耗,又减轻了环境负担。
2、由于本发明提供的阻燃聚乳酸既具有阻燃性又环保,有效地扩大了其应用范围。
附图说明
图1是本发明合成的植酸胆碱阻燃剂的氢谱核磁图(CPA1的)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式,进一步阐明本发明,应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,若该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质调整和改进,仍属于本发明的保护范围。
实施例1:
一种植酸胆碱阻燃剂的制备方法,步骤为:
(1)将0.7mol氢氧化钠和0.7mol氯化胆碱分别溶解于300g和200g乙醇中,两种溶液混合并在常温下反应1h后,抽滤得到氢氧化胆碱的滤液;
(2)称取0.117mol植酸溶解于100g乙醇中,取步骤(1)得到的氢氧化胆碱的滤液进行混合,在常温下反应1h,去除上清液,再用乙醇多次洗涤至pH=7且不再变化,然后在温度80℃、压力-0.08MPa的条件下干燥10小时,得到植酸胆碱阻燃剂,记为CPA1。
实施例2:
一种绿色环保型阻燃剂的制备方法,步骤为:
(1)将0.7mol氢氧化钠和0.7mol氯化胆碱分别溶解于300g和200g甲醇中,在常温下反应8h后,抽滤得到氢氧化胆碱的滤液;
(2)称取0.1053mol植酸溶解于100g甲醇中,在常温下反应12h,取步骤(1)得到的氢氧化胆碱的滤液进行混合,去除上清液,再用乙醇多次洗涤至pH=7且不再变化,然后在温度80℃、压力-0.06MPa的条件下干燥10小时,得到植酸胆碱阻燃剂,记为CPA2。
实施例3:
一种绿色环保型阻燃剂的制备方法,步骤为:
(1)将0.7mol氢氧化钠和0.7mol氯化胆碱分别溶解于300g和200g甲醇中,在常温下反应3h后,抽滤得到氢氧化胆碱的滤液;
(2)称取0.0585mol植酸溶解于100g甲醇中,在常温下反应10h,取步骤(1)得到的氢氧化胆碱的滤液进行混合,去除上清液,再用乙醇多次洗涤至pH=7且不再变化,然后在温度80℃、压力-0.1MPa的条件下干燥10小时,得到植酸胆碱阻燃剂,记为CPA3。
实施例4:
一种绿色环保型阻燃剂的制备方法,步骤为:
(1)将0.7mol氢氧化钠和0.7mol氯化胆碱分别溶解于300g和200g甲醇中,在常温下反应6h后,抽滤得到氢氧化胆碱的滤液;
(2)称取0.117mol植酸溶解于100g甲醇中,在常温下反应8h,取步骤(1)得到的氢氧化胆碱的滤液进行混合,去除上清液,再用乙醇多次洗涤至pH=7且不再变化,然后在温度80℃、压力-0.06MPa的条件下干燥10小时,得到植酸胆碱阻燃剂,记为CPA4。
按照表1所列出的配方及工艺将实施例1-4所得的产物阻燃剂经过共混造粒得实施例 5-10的阻燃聚乙烯醇母粒。将实施例5-10所得母粒分别压片得到4mm样条测试极限氧指数 (LOI)和垂直燃烧。表2为对应的测试结果。
表1
PVA | CPA1 | CPA3 | 甘油 | 乙二醇 | 水 | 加工温度(℃) | |
对比例1 | 100 | 0 | 30 | 5 | 170 | ||
实施例5 | 100 | 5 | 25 | 15 | 160 | ||
实施例6 | 100 | 30 | 30 | 10 | 180 | ||
实施例7 | 100 | 10 | 35 | 5 | 160 | ||
实施例8 | 100 | 20 | 20 | 20 | 165 | ||
实施例9 | 100 | 25 | 30 | 10 | 160 | ||
实施例10 | 100 | 50 | 15 | 0 | 170 |
表2
LOI(%) | UL 94 | |
对比例1 | 20.5 | NC |
实施例5 | 22.5 | NC |
实施例6 | 33.5 | V0 |
实施例7 | 25.0 | V2 |
实施例8 | 29.0 | V0 |
实施例9 | 30.0 | V0 |
实施例10 | 38 | V0 |
所属领域的普通技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的一种阻燃聚乙烯醇复合材料,其特征在于,所述的植酸胆碱阻燃剂的制备步骤如下:
(1)将摩尔比为1:1的氯化胆碱和氢氧化钠加入到溶剂I中搅拌溶解,-10℃~60℃下反应1~8h后抽滤,得到氢氧化胆碱的滤液;
(2)将植酸溶解于溶剂II中,加入到步骤(1)所得氢氧化胆碱的滤液中,-10℃~40℃下反应1~24h后,去除溶剂I和II,干燥得到植酸胆碱阻燃剂;其中植酸和氢氧化胆碱的配比以季铵盐中氮原子与植酸中游离羟基的摩尔比计为0.8~2.0。
3.根据权利要求2所述的一种阻燃聚乙烯醇复合材料,其特征在于,所述的植酸和氢氧化胆碱的配比以季铵盐中氮原子与植酸中游离羟基的摩尔比计为1.0~1.8。
4.根据权利要求2或3所述的一种阻燃聚乙烯醇复合材料,其特征在于,所述的溶剂I为甲醇、乙醇或丙酮;所述的溶剂II为水、甲醇、乙醇或丙酮。
5.根据权利要求2或3所述的一种阻燃聚乙烯醇复合材料,其特征在于,所述步骤(1)中的反应温度为20℃~30℃,反应时间为2-4h;所述步骤(2)中的反应温度为20℃~30℃,反应时间为8-16h。
6.根据权利要求4所述的一种阻燃聚乙烯醇复合材料,其特征在于,所述步骤(1)中的反应温度为20℃~30℃,反应时间为2-4h;所述步骤(2)中的反应温度为20℃~30℃,反应时间为8-16h。
7.根据权利要求2、3或6所述的一种阻燃聚乙烯醇复合材料,其特征在于,所述植酸来源于植物的种子、根干和茎。
8.根据权利要求1、2、3或6所述的一种阻燃聚乙烯醇复合材料,其特征在于,增塑剂为水、二甲亚砜、乙二醇、丙二醇、甘油、缩水甘油、山梨醇、木糖醇、甘露醇、二缩三乙二醇、一缩二乙二醇、聚乙二醇、甲酰胺、乙酰胺、己内酰胺中的一种或两种以上组合。
9.根据权利要求7所述的一种阻燃聚乙烯醇复合材料,其特征在于,增塑剂为水、二甲亚砜、乙二醇、丙二醇、甘油、缩水甘油、山梨醇、木糖醇、甘露醇、二缩三乙二醇、一缩二乙二醇、聚乙二醇、甲酰胺、乙酰胺、己内酰胺中的一种或两种以上组合。
10.一种阻燃聚乙烯醇复合材料的制备方法,其特征在于,具体过程为:
先分别将聚乙烯醇、非水类增塑剂、植酸胆碱阻燃剂于50℃真空烘箱中干燥,然后再按照比例称取各个组分,预混后加入密炼机中,于150~190℃的加工温度下熔融共混均匀;或将各组分放入蒸馏水中配置成均匀溶液后经搅拌混合均匀、干燥,即可制得阻燃聚乙烯醇复合材料;按质量份计,各个组分添加比例关系为:聚乙烯醇:增塑剂:植酸胆碱阻燃剂=100:5~40:5~160。
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