【摘要】：木質(zhì)素是一種在自然界儲量第二的可降解可再生的高分子化合物,含有大量苯環(huán)且富含羥基,可用作環(huán)保聚合物的原材料,比如聚氨酯、聚酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。此外,由于木質(zhì)素的高炭化能力,可將其作為碳源,應用于聚合物阻燃。本文利用未經(jīng)處理的工業(yè)級木質(zhì)素作為反應原料,對其在阻燃聚氨酯中的應用進行了探索。一方面采用異氰酸酯和木質(zhì)素以及阻燃劑中間體9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)合成了同時含有成炭劑和高效阻燃元素磷的木質(zhì)素基阻燃劑;另一方面,利用木質(zhì)素上大量的羥基基團,代替部分的石油基多元醇與異氰酸酯反應制備更容易降解,成本更低的木質(zhì)素基聚氨酯漆膜材料。本論文首先通過原位復合的方法將不同含量(5%,10%,15%)未經(jīng)處理的工業(yè)級有機溶劑木質(zhì)素(Lignin)與六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和DOPO反應,制備出高效環(huán)保的木質(zhì)素基阻燃劑(LHD)。然后用木質(zhì)素代替部分的聚乙二醇200(PEG200)與HDI反應,制備出木質(zhì)素基聚氨酯(LPU1),將LPU1作為基體材料加入LHD制備高效阻燃且環(huán)保的阻燃木質(zhì)素基聚氨酯漆膜(FLPU1),對漆膜的阻燃性能、熱穩(wěn)定性、漆膜性能及阻燃機理進行研究分析。結(jié)果表明,加入木質(zhì)素之后,木質(zhì)素基聚氨酯漆膜LPU1材料的硬度可以達到3H,柔韌性為2 mm,附著力達到0等級,耐沖擊性達到100 cm/1000g;對于FLPU1,當L15HD(木質(zhì)素含量為15%的木質(zhì)素基阻燃劑)含量為25%時,漆膜硬度達到4H,其他性能也有所提高,極限氧指數(shù)(LOI)值為30.2%,達到不燃的程度,得到綜合性能優(yōu)異的漆膜材料。本論文也從實用性和成本方面考慮,選用工業(yè)上常用的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)與DOPO和木質(zhì)素進行原位合成,制備木質(zhì)素基阻燃劑(LMD)。然后利用木質(zhì)素代替部分聚醚多元醇與MDI反應,加入聚乙二醇2000(PEG2000)調(diào)節(jié)聚氨酯漆膜的柔韌性,制備成本更低、更具有實用價值的木質(zhì)素基聚氨酯(LPU2),將制備的LMD加入到LPU2中得到阻燃的木質(zhì)素基聚氨酯(FLPU2),對其阻燃性、熱穩(wěn)定、漆膜性能等進行分析研究。結(jié)果表明,當木質(zhì)素的添加量為15%時,漆膜性能達到了比較好的平衡,硬度為HB,附著力為0等級,柔韌性為2 mm,耐沖擊性大于100cm/1000g;隨著LMD含量的增加,FLPU2的硬度也逐漸增強,當L20MD的添加量大于20%時,漆膜的柔韌性和耐沖擊性有所降低,因此LMD添加量為20%時漆膜綜合性能最好,LOI值為27.5%,能夠達到難燃的程度。以上研究結(jié)果表明,通過原位復合反應可將木質(zhì)素直接應用于木質(zhì)素基阻燃劑和阻燃木質(zhì)素基聚氨酯的制備及其改性,通過木質(zhì)素及氨基甲酸酯的相似結(jié)構(gòu),及木質(zhì)素基阻燃劑與木質(zhì)素基聚氨酯預聚物的共固化,可以增強漆膜材料的綜合性能,降低成本,減小環(huán)境污染,從經(jīng)濟效益和社會效益來說都具有重要的意義。
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ323.8
【圖文】：

或非水溶液電位滴定法、NMR 測定法、化學顯色法等。除羥基外，木質(zhì)素中含有的其它基團對木質(zhì)素的改性及應用也有一定的作用。圖1-1 木質(zhì)素中存在的3種基本結(jié)構(gòu)單元: (a) 對羥基苯基苯丙烷(H)；(b) 愈創(chuàng)木基苯丙烷(G)；(c) 紫丁香基苯丙烷(S).1.2.4 木質(zhì)素的物理性質(zhì)木質(zhì)素的表觀顏色是由一系列的發(fā)色基團造成的，如硫酸鹽法和亞硫酸鹽法提取得到的木質(zhì)素中含有多種發(fā)色基團，會呈現(xiàn)棕色或紅棕色。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中存在許多極性基團，羥基含量較高，會在分子間和分子內(nèi)形成氫鍵，影響其溶解性能。木質(zhì)素的溶解性與其提取分離方法有關(guān)，主要是由其分子量和溶劑的極性決定的，一般可分為 3 種類型：(1)溶于水的木質(zhì)素，如木質(zhì)素磺酸鹽；(2)溶于乙醇、甲醇、苯酚和二氧六環(huán)等有機溶劑的木質(zhì)素，如有機溶劑木質(zhì)素；(3)在水和有機溶劑中均不溶解的木質(zhì)素

4 聚氨酯的阻燃性能研究現(xiàn)狀概述4.1 聚氨酯的燃燒過程聚合物燃燒過程伴隨著光、熱、煙的釋放，是一個相對復雜的放熱氧合物的燃燒一般經(jīng)歷五個階段：受熱分解、點燃、燃燒傳播及加速、充分、燃燒衰減[62,63]。當聚合物受到的外部熱源的熱量增加時，聚合物內(nèi)部過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，聚合物鏈段中的化學鍵斷裂，發(fā)生降解產(chǎn)生揮發(fā)性。聚合物繼續(xù)受熱達到燃點且有氧氣存在時，可燃性揮發(fā)物質(zhì)開始燃燒，發(fā)三階段，聚合物燃燒釋放的熱量傳遞，致使火焰迅速蔓延，聚合物化學鍵提供燃料，燃燒加速。第四階段，聚合物燃燒進行到一定程度，燃燒放出解產(chǎn)物升至足夠高的溫度，增大傳熱量，進入充分及穩(wěn)定燃燒階段。最后表面熱量減少后，化學鍵裂解速率下降，揮發(fā)性可燃物濃度降低，燃燒衰合物燃燒完畢[64-67]。圖 2 為聚合物的燃燒過程模型[68]。聚氨酯中含有大燃燒過程基本符合五個燃燒階段的理論。

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本文編號：2730401