一种植物油基阻燃剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及阻燃材料，具体涉及一种植物油基阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、竹木材是传统的、无毒无害的建筑材料，被广泛地应用于房屋建筑以及室内装饰中。由于基材具有可燃性，燃烧产生的烟气往往是导致人员伤亡的首要原因，且对环境具有一定程度的不利影响，这给人们的日常生活和建筑消防带来了很大的安全隐患。因此，对木材进行阻燃和抑烟处理是十分必要的。众所周知，在竹木材内部或表面添加阻燃剂是达到阻燃抑烟目的的有效方式，然而传统的阻燃剂大多使用单一的物质或利用单一元素实现阻燃效果，比如卤素、氮、磷、硼等，上述阻燃剂依旧存在阻燃效率不高的缺陷。含卤素元素的阻燃剂，会给环境带来污染，并且对人的健康产生威胁。其中膨胀型阻燃剂被认为是有效，经济，环境友好的。膨胀型阻燃剂主要由三部分组成碳源(如季戊四醇)，酸源(如磷酸和有机磷酸盐)，以及气源(如尿素及三聚氰胺)。膨胀型阻燃剂主要由形成多层致密的碳层，阻止氧气，热量和物质转移，从而保护木竹材基材。

2、桐油在我国使用上千年，是世界上最大的桐油生产国，占世界桐油产量的80％左右和桐油国际贸易量的60％。桐油因具有特殊的共轭三烯结构，作为原料广泛应用于高分子材料领域。桐油具有天然的可持续，绿色，再生等特点，利用桐油为原料，开发竹木材阻燃保护剂，鲜有报道。根据膨胀型阻燃剂所需特点，设计桐油基阻燃剂，同时含炭源，酸源，添加气源的方式，可以实现无卤、无烟、无毒，不迁移，阻燃性能持久，体系稳定。其中炭源含有丰富的羟基，这十分有利于木竹材的附着与实际应用。

技术实现思路

1、本发明提供了一种植物油基阻燃剂及其制备方法和应用，用以解决目前现有阻燃剂阻燃效率不佳的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种植物油基阻燃剂，其分子式如式（1）所示：

4、。

5、基于同一技术构思，本发明还提供一种上述植物油基阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

6、（1）将桐油甲酯和双氧水在催化剂的催化条件下反应至完全，得到环氧化桐油甲酯；所述催化剂为磷钨酸基杂化类催化剂。

7、（2）将所述环氧化桐油甲酯与磷酸二乙酯在三苯基磷的催化条件下反应至完全，即得所述植物油基阻燃剂。

8、上述技术方案的设计思路在于，本发明采用磷钨酸基杂化类催化剂催化桐油甲酯的环氧化反应，并最终获得了植物油基阻燃剂，该环氧化反应为以超强固体酸为催化剂进行的sn1反应，由于上述催化剂为异相酸催化剂，具有易分离、不容易腐蚀设备、可循环使用的效果，同时催化剂与反应体系融合度高，能促进反应体系中底物的充分接触，从而提高催化效率和催化效果，且制备过程简单，有效提升了环氧化桐油甲酯的产率和制备效率，降低了生产成本和工艺设备要求。

9、作为上述技术方案的进一步优选，步骤（1）中所述桐油甲酯中的双键与双氧水的摩尔比为1:（1.1~5）；所述催化剂的质量为桐油甲酯质量的3%。

10、作为上述技术方案的进一步优选，步骤（1）中所述桐油甲酯和双氧水的反应温度为40~80℃，反应时间为3~6h。本发明对桐油甲酯的环氧化工艺条件参数进行优化，得到最佳的工艺条件。

11、作为上述技术方案的进一步优选，步骤（1）中所述桐油甲酯和双氧水反应完全后降温至0℃，离心分离得到残余双氧水和催化剂。

12、作为上述技术方案的进一步优选，步骤（1）中所述催化剂为磷钨酸吡啶和磷钨酸银中的至少一种；所述催化剂的制备方法为：称取28.0g磷钨酸完全溶解于70ml蒸馏水中，并加入30ml30wt%的h2o2，在室温下混合均匀得到混合溶液；将溶有0.2g硝酸银的溶液（溶液浓度控制在0.1m）或0.2g吡啶滴加到所述混合溶液中，继续搅拌5min，在40℃保持12h后过滤，将滤渣于60℃真空环境下干燥即得所述催化剂。

13、作为上述技术方案的进一步优选，步骤（2）中所述环氧化桐油甲酯中的环氧键与磷酸二乙酯的摩尔比为1：2；所述三苯基磷的质量为环氧化桐油甲酯质量的0.2%。

14、作为上述技术方案的进一步优选，步骤（2）中所述环氧化桐油甲酯与磷酸二乙酯的反应温度为40~80℃，反应时间为4~6h。

15、基于同一技术构思，本发明还提供一种植物油基阻燃剂，由上述技术方案的制备方法制得。本发明的植物油基膨胀型阻燃剂制作方便，生产成本相对较低，且含有丰富醇羟基，与竹木材相容性好，可有效提高阻燃剂的阻燃效率。

16、基于同一技术构思，本发明还提供一种上述技术方案的植物油基阻燃剂的应用，所述植物油基阻燃剂用于制备竹木膨胀型保护剂，所述竹木膨胀型保护剂包括以下质量份的组分：

17、50~100份植物油基阻燃剂、50~100份乙醇、50~100份水和0~30份三聚氰胺。

18、上述技术方案的设计思路在于，本技术方案利用植物油基阻燃剂提供碳源和酸源、利用三聚氰胺提供气源，组成了膨胀型阻燃保护体系，在竹木基材受热遇火时，基材表面形成碳制多层结构（焦），产生的物理屏障可有效隔绝氧、热以及物质的传递，实现对竹木材的阻燃隔热保护。

19、作为上述技术方案的进一步优选，所述竹木膨胀型保护剂的使用方法为，向植物油基阻燃剂中加入乙醇搅拌得到澄清溶液，再加入水和三聚氰胺形成药液，将竹木材料浸入药液加压浸渍2h后取出，于60℃下烘干12h。

20、与现有技术相比，本发明的优点在于：

21、本发明的植物油基阻燃剂制作方便，生产成本相对较低，且含有丰富醇羟基，与竹木材相容性好，可极大提高阻燃效率；采用本发明植物油基膨胀型阻燃剂可制得竹木膨胀型保护剂，该保护剂通过植物油基阻燃剂提供炭源、酸源，通过三聚氰胺提供气源，构成了膨胀型阻燃体系，可有效隔绝氧、热以及物质的传递，实现对竹木材的阻燃隔热保护。

技术特征：

1.一种植物油基阻燃剂，其特征在于，所述植物油基阻燃剂的分子式如式（1）所示：

2.一种权利要求1所述的植物油基阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的植物油基阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述桐油甲酯中的双键与双氧水的摩尔比为1:（1.1~5）；所述催化剂的质量为桐油甲酯质量的1~10%。

4.根据权利要求2所述的植物油基阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述桐油甲酯和双氧水的反应温度为40~80℃，反应时间为3~6h。

5.根据权利要求2所述的植物油基阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述桐油甲酯和双氧水反应完全后降温至0℃，离心分离得到残余双氧水和催化剂。

6. 根据权利要求2所述的植物油基阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述催化剂为磷钨酸吡啶和磷钨酸银中的至少一种；所述催化剂的制备方法为：称取10质量份磷钨酸完全溶解于蒸馏水中，并加入30质量份30wt%的h2o2，在室温下混合均匀得到混合溶液；将硝酸银溶液或吡啶滴加到所述混合溶液中，继续搅拌5 min，在40℃保持12h后过滤，将滤渣于60℃真空环境下干燥即得所述催化剂。

7.根据权利要求2所述的植物油基阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述环氧化桐油甲酯中的环氧键与磷酸二乙酯的摩尔比为1：（1.8~2）；所述三苯基磷的质量为环氧化桐油甲酯质量的0.2%~0.4%。

8.根据权利要求2-7任一项所述的植物油基阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述环氧化桐油甲酯与磷酸二乙酯的反应温度为40~80℃，反应时间为4~6h。

9.一种权利要求1所述的植物油基阻燃剂或权利要求2-7任一项所述的制备方法制得的植物油基阻燃剂的应用，其特征在于，所述植物油基阻燃剂用于制备竹木膨胀型保护剂，所述竹木膨胀型保护剂包括以下质量份的组分：

10.根据权利要求9所述的植物油基阻燃剂的应用，其特征在于，所述竹木膨胀型保护剂的使用方法为，向植物油基阻燃剂中加入乙醇溶液搅拌得到澄清溶液，再加入水和三聚氰胺形成药液，将竹木材料浸入药液加压浸渍2h后取出，于60℃下烘干12h；或所述竹木膨胀型保护剂的使用方法为，向植物油基阻燃剂中加入乙醇溶液搅拌得到澄清溶液，将竹木材料浸入澄清溶液加压浸渍2h后取出，再将竹木材料浸入三聚氰胺与乙醇的混合溶液中加压浸渍2h后取出，与60℃下干燥12h。

技术总结
本发明公开了一种植物油基阻燃剂及其制备方法和应用，植物油基阻燃剂可用于制备竹木膨胀型保护剂，由以下方法制得：（1）将桐油甲酯和双氧水在催化条件下反应，得到环氧化桐油甲酯；（2）将环氧化桐油甲酯与磷酸二乙酯在催化条件下反应，即得植物油基阻燃剂本发明的植物油基阻燃剂制作方便，生产成本相对较低，且含有丰富醇羟基，与竹木材相容性好，可极大提高阻燃效率；采用本发明植物油基膨胀型阻燃剂可制得竹木膨胀型保护剂，该保护剂通过植物油基阻燃剂提供炭源、酸源，通过三聚氰胺提供气源，构成了膨胀型阻燃体系，可有效隔绝氧、热以及物质的传递，实现对竹木材的阻燃隔热保护。

技术研发人员：杨守禄,王忠伟,丁访军,刘竹,卿彦,吴义强,黄安香,姬宁,李丹,裴学喜,何建林,李迅,姚连书
受保护的技术使用者：贵州省林业科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13