CN112574584A - 一种植物生物质基热塑性阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种植物生物质基热塑性阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将植物生物质原料与1‑乙基‑3‑甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]混合，并在保护气氛下加热至150～180℃进行反应3～4h；(2)将步骤(1)得到的反应产物进行稀释，然后进行透析，透析后进行过滤，滤液真空干燥后进行热压成型，得到植物生物质基热塑性阻燃材料。本发明通过异质反应直接将[C2mim][(MeO)(H)PO2]的阴离子共价引入植物生物质原料中的纤维素、半纤维素及木质素的羟基中，最终得到的材料具有热塑性，且具备较好的阻燃性。

Description

一种植物生物质基热塑性阻燃材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种植物生物质基热塑性阻燃材料及其制备方法。
背景技术
食品及其他制造业中产生了大量的植物生物质废料，例如：甘蔗渣、椰壳渣和木屑等。近年来，这些生物质废料作为可再生资源引起了广泛关注。但是，由于植物生物质废料的溶解性差，因此很难对这些生物质资源直接利用。目前，常用的方法是先对这些生物质废料进行分离和提纯，以提取出纤维素、半纤维素和木质素，从而进一步利用。但这种分离和提纯的方法十分复杂，生产成本较高，且获得产品的纯度和回收率较低。例如：通过先碱处理后漂白的方法提取纤维素时，会引起木质素碳水化合物的变性和分解。因此，如何对这些植物生物质废料直接利用具有重要的现实意义和经济价值。
溶解性差是限制植物生物质废料开发利用的主要问题之一，尽管一些特定的溶剂，例如：二甲基亚砜DMSO、氯化锂LiCl和DMSO、四丁基氟化铵等，可以溶解木屑；然而，溶解的前提是需要对木屑进行球磨预处理，不仅提高了生产成本，溶剂的去除也成了产品进一步开发利用中的难题。
现有研究表明，某些离子液体无需任何预处理即可溶解植物生物质。与典型的有机溶剂不同，离子液体一般不会成为蒸汽，所以不会产生对大气造成污染的有害气体，而且使用方便，更重要的是，离子液体可以反复多次使用。目前，离子液体已经在聚合反应、酰基化反应、选择性烷基化和胺化反应、酯化反应、室温和常压下的催化加氢反应、烯烃的环氧化反应、电化学合成、支链脂肪酸的制备等方面得到应用，并显示出反应速率快、转化率高等优点。因此，离子液体作为一种绿色溶剂，对于新的功能材料的生产具有潜在的应用前景。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种植物生物质基热塑性阻燃材料及其制备方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种植物生物质基热塑性阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物生物质原料与1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]混合，并在保护气氛下加热至150～180℃进行反应3～4h；
(2)将步骤(1)得到的反应产物进行稀释，然后进行透析，透析后进行过滤，滤液真空干燥后进行热压成型，得到植物生物质基热塑性阻燃材料。
作为优选方案，所述植物生物质原料与1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]的质量比为1：8～12。
作为优选方案，所述步骤(1)之前，还包括：将植物生物质原料溶解于1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐[C2mim][OAc]。
作为优选方案，所述植物生物质原料与1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐[C2mim][OAc]的质量比为1：8～12。
作为优选方案，所述植物生物质原料的颗粒尺寸小于600μm。
作为优选方案，所述植物生物质原料为甘蔗渣、椰壳渣、木屑、棉秆皮中的一种或多种。
作为优选方案，所述保护气氛为氩气或氮气。
作为优选方案，所述真空干燥的温度为100～120℃。
作为优选方案，所述热压成型的温度为140～160℃。
本发明还提供如上任一项方案所述制备方法制得的植物生物质基热塑性阻燃材料，极限氧指数不小于27％。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
(1)本发明通过异质反应直接将1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]的阴离子共价引入植物生物质原料中的纤维素、半纤维素及木质素的羟基中，且植物生物质原料中纤维素、半纤维素或木质素的羟被[C2mim][(MeO)(H)PO2]取代的取代率可以根据植物生物质原料和[C2mim][(MeO)(H)PO2]的用量调整。
(2)无需对生物质原料进行分离和提纯或球磨等预处理，而是直接将[C2mim][(MeO)(H)PO2]的阴离子共价引入植物生物质原料中纤维素、半纤维素及木质素的羟基中，生产工艺简单，绿色环保。
(3)本发明实现了植物生物质原料的直接利用，可以消耗大量的植物生物质原料，且最终得到的材料具有热塑性，可适应多种热加工成形，且同时具备较好的阻燃性。
(4)本发明可以保留植物生物质原料中的部分羟基，可通过进一步功能化赋予材料的其他性能(例如粘度、溶解度、机械性能等)，具有较大的发展潜力。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。
实施例1：
本实施例的甘蔗渣基热塑性阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1g甘蔗渣(粒径250～500μm)与10g 1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐[C2mim][OAc]混合后搅拌均匀，在120℃条件下加热2h，使甘蔗渣溶解；
(2)加入10g 1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]混合，并在氩气的保护气氛下加热至160℃，反应保持3h；
(3)向步骤(2)得到的反应产物中加入40mL的水进行稀释，然后用500mL的水进行透析48h，每8h更换一次水，以除去未反应的离子液体；
(4)过滤，将滤液在100℃下真空干燥6h；
(5)将干燥后的物料通过热压机在160℃下热压成型，得到甘蔗渣基热塑性阻燃材料。
本实施例的甘蔗渣基热塑性阻燃材料为棕色透明的软质膜，热分解温度为230℃，极限氧指数为31％，燃烧后生成膨胀炭层。
实施例2：
本实施例的松木屑基热塑性阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1g松木屑(粒径300～600μm)与10g 1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐[C2mim][OAc]混合后搅拌均匀，在120℃条件下加热3h，使松木屑溶解；
(2)加入10g 1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]混合，并在氩气的保护气氛下加热至160℃，反应保持3h；
(3)向步骤(2)得到的反应产物中加入40mL的水进行稀释，然后用500mL的水进行透析48h，每8h更换一次水，以除去未反应的离子液体；
(4)过滤，将滤液在100℃下真空干燥6h；
(5)将干燥后的物料通过热压机在140℃下热压成型，得到松木屑基热塑性阻燃材料。
本实施例的松木屑基热塑性阻燃材料为棕色透明的软质膜，热分解温度为235℃，极限氧指数为28％，燃烧后生成膨胀炭层。
实施例3：
本实施例的松木屑基热塑性阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1g松木屑(粒径300～600μm)加入12g 1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]混合，并在氩气的保护气氛下加热至160℃，反应保持3h；
(2)向步骤(2)得到的反应产物中加入40mL的水进行稀释，然后用500mL的水进行透析48h，每8h更换一次水，以除去未反应的离子液体；
(3)过滤，将滤液在100℃下真空干燥6h；
(4)将干燥后的物料通过热压机在140℃下热压成型，得到松木屑基热塑性阻燃材料。
本实施例的松木屑基热塑性阻燃材料为棕色透明的软质膜，极限氧指数为27％，这是因为松木屑与1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]反应不彻底导致的。
上述各实施例的离子液体还可以回收进行重复利用。
以实施例1为基准，研究甘蔗渣与1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]的质量比对阻燃材料的阻燃性的影响，如表1所示。
表1甘蔗渣与[C2mim][(MeO)(H)PO2]的质量比对阻燃材料的阻燃性的影响
质量比 极限氧指数(％)
1：8 28
1：9 29.5
1：10 31
1：11 31
1：12 30.5
在上述实施例及其替代方案中，植物生物质原料(例如：甘蔗渣、椰壳渣、木屑、棉秆皮)与1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐[C2mim][OAc]的质量比还可以为1：8、1：9、1：11、1：12等。
在上述实施例及其替代方案中，步骤(2)中的反应温度还可以为150℃、155℃、165℃、170℃、175℃、180℃等，反应时间还可以为3.5h、4h等。
在上述实施例及其替代方案中，植物生物质原料不限于上述甘蔗渣和松木屑，还可以为椰壳渣或棉秆皮，还可以为甘蔗渣、椰壳渣、木屑、棉秆皮中的至少两种。
在上述实施例及其替代方案中，保护气氛还可以为氮气气氛。
在上述实施例及其替代方案中，真空干燥的温度还可以为110℃、115℃、120℃等。
在上述实施例及其替代方案中，热压成型的温度还可以为145℃、150℃、155℃等。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种植物生物质基热塑性阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将植物生物质原料与1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]混合，并在保护气氛下加热至150～180℃进行反应3～4h；
(2)将步骤(1)得到的反应产物进行稀释，然后进行透析，透析后进行过滤，滤液真空干燥后进行热压成型，得到植物生物质基热塑性阻燃材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物生物质原料与1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基膦酸酯[C2mim][(MeO)(H)PO2]的质量比为1：8～12。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)之前，还包括：将植物生物质原料溶解于1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐[C2mim][OAc]。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述植物生物质原料与1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐[C2mim][OAc]的质量比为1：8～12。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物生物质原料的颗粒尺寸小于600μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物生物质原料为甘蔗渣、椰壳渣、木屑、棉秆皮中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护气氛为氩气或氮气。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为100～120℃。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压成型的温度为140～160℃。
10.如权利要求1-9任一项所述制备方法制得的植物生物质基热塑性阻燃材料，其特征在于，极限氧指数不小于27％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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RYUNOSUKE NISHITA等: "Flame-retardant plant thermoplastics directly prepared by single ionic liquid substitution", 《POLYMER JOURNAL》 *

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