一种直链淀粉成碳剂及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及直链淀粉成碳剂的合成，尤其适用提高直链淀粉高温成碳密度的成碳剂的生产。
[0002]
【背景技术】
[0003]各类建筑物与各种企业的建设，都有较高的防火、阻燃需求。通常生产建筑防火材料的方法是在有机物建设材料中添加阻燃剂，目前各类阻燃剂市场价格均在3-5万元/吨，成为企业的财务负担。为降低建筑防火材料的材料成本,提高放火性能,研究燃烧机理,并针对各燃烧阶段的特性，生产出针对不同燃烧阶段起阻燃作用的阻燃剂是必然趋势。
[0004]本发明的成碳剂产品作为辅助阻燃材料，具有原料来源丰富，容易加工，填充的高分子材料起到了良好的阻燃性能，由于直链淀粉价格较低，有效的降低了高分子材料的阻燃体系材料成本。本方法采用对直链淀粉疏水改性，对疏水直链淀粉活化，再对活化疏水直链淀粉表面包覆，产生了显著的技术效果，可广泛应用于聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等高分子材料产品的辅助阻燃加工。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:本方法获得的成碳剂在高温时迅速脱水成碳，有机防火材料表面快速形成密度较大的碳层，碳层逐渐堆积增厚，阻断氧气，降低继续燃烧的速度，是一种新型的辅助阻燃剂。
[0007]本发明的目的是这样实现的:一种直链淀粉成碳剂及其生产方法，原料以重量份数配制，分步骤实施；
步骤I直链淀粉疏水改性:将直链淀粉80-100份、甘油5-10份、硅油2-5份、甲基丙烯酸酯1.0-6.0份，依次置于反应釜中，常压常温下搅拌混合，再升温至80-110°C，常压下搅拌反应，时间20-30min，当直链淀粉吸水率降至15%以下，得疏水直链淀粉；
步骤2疏水直链淀粉活化处理:将疏水直链淀粉80-100份、白油0.1-3.0份、硅烷偶联剂2.0-5.0份，依次置于反应釜中，常温常压下搅拌混合，再升温至80-110°C，常压下搅拌反应，时间10-20min，得活化疏水直链淀粉；
步骤3活化直链淀粉的表面包覆:将聚磷酸铵1-10份，季戊四醇衍生物3-15份，活化疏水直链淀粉按80-100份，按比例搅拌混合，置于反应釜中，升温至80-110°C，常压反应10-20min,即得直链淀粉成碳剂。
[0008]用来生产本发明的组分其中:
直链淀粉:
直链淀粉是D-葡萄糖基以a-(l，4)糖苷键连接的多糖链，分子中有200个左右葡萄糖基，分子量I?2X105，聚合度990，空间构象卷曲成螺旋形，每一回转为6个葡萄糖基。支链淀粉分子中除有a- (1，4)糖苷键的糖链外，还有a- (1，6)糖苷键连接的分支，分子中含300?400个葡萄糖基，分子量>2 X 107，聚合度7200，各分支也都是卷曲成螺旋形。淀粉与碘呈颜色反应，直链淀粉为蓝色，支链淀粉为红褐色。
[0009]特性:
直链淀粉具有抗润胀性，水溶性较差，不溶于脂肪；直链淀粉不产生胰岛素抗性；
直链淀粉糊化温度较高，糯淀粉为73°C，而直链淀粉为81.350C ;直链淀粉的成膜性和强度很好，粘附性和稳定性较支链淀粉差；
直链淀粉具有近似纤维的性能，用直链淀粉制成的薄膜，具有好的透明度、柔韧性、抗张强度和水不溶性，可应用于密封材料、包装材料和耐水耐压材料的生产。
[0010]应用价值:
高直链玉米淀粉相对于一般淀粉具有独特的应用价值，但在国内，其应用价值迄今为止，尚未得到研究者及开发者的重视，高直链玉米淀粉主要在如下几个领域取得较显著的进展。食品工业、环境保护、医疗保健、轻工业、制药业、纺织工业、石油钻井。由于直链淀粉的特殊作用，高直链淀粉玉米在工业品市场上占有较稳定的地位。高直链淀粉玉米的研究和开发具有重要的意义。
[0011]甲基丙烯酸
甲基丙烯酸无色结晶或透明液体，有刺激性气味。可溶于热水，可溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂。易聚合成水溶性聚合物。可燃，遇高热、明火有燃烧危险，受热分解能产生有毒气体。
[0012]中文名甲基丙烯酸英文名 Methacrylic acid
别称异丁烯酸；ΜΑΑ; α -甲基丙烯酸'2-甲基丙烯酸
化学式C4H602分子量86.09熔点15°C沸点161°C
水溶性可溶于热水，可溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂外观无色结晶或透明液体，有刺激性气味闪点68°C 聚磷酸铵
聚磷酸铵又称多聚磷酸铵或缩聚磷酸铵(简称APP)。聚磷酸铵无毒无味，不产生腐蚀气体，吸湿性小，热稳定性高，是一种性能优良的非卤阻燃剂。
[0013]聚磷酸铵是一种含N和P的聚磷酸盐，按其聚合度可分为低聚、中聚以及高聚3种，其聚合度越高水溶性越小，反之则水溶性越大。按其结构可以分为结晶形和无定形，结晶态聚磷酸铵为长链状水不溶性盐。聚磷酸铵的分子通式为(NH4) (n+2)Pn0(3n+l)，当η为10?20时，为水溶性；当η大于20时，为难溶性。
[0014]季戊四醇
季戍四酉享 Pentaerythrite;Pentaerythritol 缩写:PER
结构式:C(CH20H)4分子式:C5H1204分子量:136.15
性状:白色结晶或粉末熔点:261~262°C沸点:276°C
相对密度:1.395g/cm3折射率:1.548
溶解性:15°C时Ig溶于18ml水。溶于乙醇、甘油、乙二醇、甲酰胺。不溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和石油醚等。
[0015]稳定性:在空气中很稳定,不易吸水。
[0016]其他物化性质:略有甜味，基本无毒。
[0017]制取方法:乙醛与甲醛在碱性条件下缩合后用氢气还原或者与甲醛在强碱条件下反应得到。
[0018]主要用途
季戊四醇主要用在涂料工业中，可用以制造醇酸树脂涂料，能使涂料膜的硬度、光泽和耐久性得以改善。它也用作色漆、清漆和印刷油墨等所需的松香脂的原料，并可制干性油、阴燃性涂料和舫空润滑油等。季戊四醇的脂肪酸酯是高效的润滑剂和聚氯乙烯增塑剂，其环氧衍生物则是生产非离生表面活性剂的原料。季戊四醇易与金属形成络合物，也在洗涤剂配方中作为硬水软化剂使用。此外，还用于医药、农药等生产。
[0019]本发明的技术原理:对直链淀粉进行疏水改性，降低直链淀粉吸水率；偶联活化处理，提高直链淀粉与高分子材料的相容性及加工流动性；加入季戊醇衍生物包覆，使得产品在200°C以下不变色；从而使得直链淀粉成碳剂产品熔程控制在较高较短的范围内，在与高分子材料熔融混合接枝反应时，提高了产品的热稳定性，防止产品热加工过程中黄化；疏水直链活化淀粉作为碳源，被季戊醇衍生物包覆后，可在高温时快速形成密度较大的碳层逐渐堆积增厚，阻断氧气，降低继续燃烧的速度。本产品使用效果突出，彰显技术进步。
[0020]本发明实现了在高温时迅速脱水成碳，在有机防火材料表面快速形成密度较大的碳层，碳层逐渐堆积增厚，阻断氧气，降低了继续燃烧的速度，是一种新型的辅助阻燃剂。
[0021]【附图说明】:
下面将结合附图对本发明作进一步的描述，图1为本发明的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0022]一种直链淀粉成碳剂及其生产方法，如图1所示。
[0023]实施例1
直链淀粉成碳剂的生产:以重量份数配制原料；
I)直链淀粉疏水改性:取直链淀粉100份，甘油5-8份、硅油2-3份、甲基丙烯酸酯1-3份常压热混合，混合温度80-110°C，混合时间15分钟，吸水率降低至14%以下。
[0024]2)疏水直链淀粉活化处理:白油2-3份、硅烷偶联剂1-3份，常温混合，再与疏水直链淀粉100份常压热混合，混合温度80-110°C，混合时间15分钟活化。
[0025]3)活化直链淀粉的表面包覆:取聚磷酸铵2-8份、季戊四醇衍生物3-8份，与活化疏水直链淀粉100份常压热混合，混合温度80-110°C，混合包覆时间10-15分钟，制得直链淀粉成碳剂。
[0026]实施例2
直链淀粉成碳剂的生产:以重量份数配制原料；
I)直链淀粉疏水改性:取直链淀粉100份，甘油7-10份、硅油3-5份、甲基丙烯酸酯4-6份常压热混合，混合温度80-110°C，混合时间15分钟，吸水率降低至14%以下。
[0027]2)疏水直链淀粉活化处理:白油1-2份、硅烷偶联剂3-5份，常温混合，再与疏水直链淀粉100份常压热混合，混合温度80-110°C，混合时间15分钟活化。
[0028]3)活化直链淀粉的表面包覆:取聚磷酸铵5-10份、季戊四醇衍生物10-15份，与活化疏水直链淀粉100份常压热混合，混合温度80-110°C，混合包覆时间10-15分钟，制得直链淀粉成碳剂。
[0029]本产品的应用效果:本公司生产的聚苯乙烯难燃专用料，在生产挤出聚苯乙烯外墙保温发泡板时添加8-12%，达到BI级阻燃技术指标。在聚苯乙烯难燃专用料配方中添加8-15% “直链淀粉成碳剂”，将制得的难燃专用料，添加8-12%到挤出聚苯乙烯外墙保温发泡板生产配方中，达到BI级阻燃技术指标。降低难燃专用料材料成本2000-3000元/吨。
[0030]本产品选用的原料的生产厂家:
直链淀粉:上海权旺生物科技有限公司甘油:新疆米东区甘油厂
甲基硅油:美国道康宁
甲基丙烯酸:威海金合思化工有限公司
白油:奎屯宇泰化工有限公司
硅烷偶联剂:南京曙光硅烷化工有限公司
聚磷酸铵:济南泰星精细化工有限公司
季戊四醇衍生物:江苏瑞阳化工股份公司
本产品为自主发明产品，尚无任何报备的标准。
【主权项】
1.一种直链淀粉成碳剂及其生产方法，其特征在于:原料以重量份数配制，分步骤实施； 步骤I直链淀粉疏水改性:将直链淀粉80-100份、甘油5-10份、硅油2-5份、甲基丙烯酸酯1.0-6.0份，依次置于反应釜中，常压常温下搅拌混合，再升温至80-110°C，常压下搅拌反应，时间20-30min，当直链淀粉吸水率降至15%以下，得疏水直链淀粉； 步骤2疏水直链淀粉活化处理:将疏水直链淀粉80-100份、白油0.1-3.0份、硅烷偶联剂2.0-5.0份，依次置于反应釜中，常温常压下搅拌混合，再升温至80-110°C，常压下搅拌反应，时间10-20min，得活化疏水直链淀粉； 步骤3活化直链淀粉的表面包覆:将聚磷酸铵1-10份，季戊四醇衍生物3-15份，活化疏水直链淀粉按80-100份，按比例搅拌混合，置于反应釜中，升温至80-110°C，常压反应10-20min,即得直链淀粉成碳剂。
【专利摘要】本发明公开了一种直链淀粉成碳剂及其生产方法，有如下步骤组成：步骤1直链淀粉疏水改性，将直链淀粉、甘油、硅油、甲基丙烯酸酯依次加入反应釜中，混合、升温得疏水直链淀粉，步骤2在疏水直链淀粉中加入白油、硅烷偶联剂，升温，搅拌混合，得活化疏水直链淀粉，步骤3在活化疏水直链淀粉中加入聚磷酸铵，季戊四醇衍生物，搅拌混合，置于反应釜中升温反应，即得直链淀粉成碳剂。其有机防火材料表面快速形成密度较大的碳层，碳层逐渐堆积增厚，阻断氧气，降低继续燃烧的速度，是一种新型的辅助阻燃剂。
【IPC分类】C08J7-06, C08L3-14, C08B33-00, C08L25-06
【公开号】CN104592405
【申请号】CN201410786619
【发明人】张晶
【申请人】新疆德美隆合成材料科技有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月18日