一种MXenes基阻燃剂、制备MXenes基阻燃剂的阻燃化合物及其应用

摘要

本发明涉及一种MXenes基阻燃剂、制备MXenes基阻燃剂的阻燃化合物及其应用，所述MXenes基阻燃剂的制备方法，利用硅烷偶联剂对多层MXenes进行处理后，与阻燃化合物作用，即得所述MXenes基阻燃剂。所述阻燃化合物为聚磷酸铵、阻燃小分子或阻燃化合物L‑2中的一种；其中所述阻燃化合物L‑2的结构式为：

说明书

技术领域

本发明属于环保、阻燃剂、阻燃人造板领域，具体涉及一种MXenes基阻燃剂、制备MXenes基阻燃剂的阻燃化合物及其应用。

背景技术

随着人们对美好生活的向往和对高生活品质的需求，对于家居环境的安全和环保要求越来越高。人造板是木材的最佳替代品，广泛运用于建材、家具、室内装饰装修等，是一种质优价廉的多种用途新型材料。目前，人造板工业使用的主要胶黏剂是三醛胶(脲醛胶、酚醛胶和三聚氰胺缩甲醛胶)，由于三醛胶在生产中大多采用甲醛、苯酚和苯等有毒有害成分为原料，其三醛木材胶黏剂的成品中存在含量较高的游离甲醛，对环境和人体造成很大的危害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MXenes基阻燃剂、MXenes基阻燃剂的制备方法、MXenes基阻燃剂的应用、制备MXenes基阻燃剂的阻燃化合物及其应用。本发明的另一个目的就是在于提供绿色无醛阻燃人造板的制备方法。探索满足现代家居装修等对无醛、高阻燃性要求的环境友好型人造板的制备途径。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种MXenes基阻燃剂的制备方法，利用硅烷偶联剂对多层MXenes进行处理后，与阻燃化合物作用，即得所述MXenes基阻燃剂。

所述的MXenes基阻燃剂的制备方法，它包括以下具体步骤：

按重量份数比计：将由1～3份MAX经刻蚀剂刻蚀后的多层MXenes在干燥的溶剂A中超声分散20～40分钟；再在惰性气体保护下，逐滴滴入3～10份硅烷偶联剂，于70℃度反应1～2h后，加入3～10份阻燃化合物，继续反应4～5h；反应结束后离心、用溶剂B洗涤3～4次，再在50～70℃度干燥箱中干燥1～3h，即得所述MXenes基阻燃剂；

其中，所述MAX为分子式为M

所述刻蚀剂为：HF酸或氟盐+盐酸中的一种。所述HF酸浓度为：20％～50％， MAX与其的用量比为：1g：(5～30mL)。所述氟盐为：LiF、NaF、KF、NH

所述惰性气体为：氦气、氩气、氮气中的一种。

所述硅烷偶联剂为：氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种。

所述溶剂A为DMSO、DMF、丙酮中的一种。

所述溶剂B为：二氯甲烷、氯仿、丙酮、乙腈、乙醇、甲醇中的一种。

所述阻燃化合物为聚磷酸铵、阻燃小分子或阻燃化合物L-2中的一种；

所述阻燃小分子的结构式为：

所述阻燃化合物L-2的结构式为：

其中，a＝10～100，b＝10～100。

所述聚磷酸铵聚合度为：10～100。

一种所述制备方法制得的MXenes基阻燃剂。

所述的MXenes基阻燃剂在制备无醛阻燃人造板胶黏剂中的应用。

一种无醛阻燃人造板胶黏剂，它包括按重量份数比计的以下组分：2～10份所述的MXenes基阻燃剂、30-40份多元醇、30-40份异氰酸酯以及0.005～0.05 份催化剂。

所述多元醇为：聚醚多元醇(分子量为：800～2000)、聚酯多元醇(分子量为：400～2000)。

所述异氰酸酯为：甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯中的一种。

所述催化剂为：N,N-二甲基环己胺、N-乙基吗啉、二丁基锡二月桂酸酯、三乙醇胺中的一种。

一种所述无醛阻燃人造板胶黏剂的制备方法，它包括以下步骤：按重量份数比计，将2～10份所述MXenes基阻燃剂与30-40份多元醇共混后，得A组分，将30-40份异氰酸酯与0.005～0.05份催化剂，搅拌混合20-30min，得B组分。所述无醛阻燃人造板胶黏剂为A组分与B组分混合后所得的产物，使用时将A 组分与B组分混合即可。

所述的无醛阻燃人造板胶黏剂在制备无醛阻燃人造板中的应用。

所述无醛阻燃人造板的制备方法，具体包括以下步骤：在20分钟内将制得的无醛阻燃人造板胶黏剂A组分、B组分添加至木屑中，并在高速搅拌器中混合均匀；其中，每100份干燥的木屑中加入32-50份A组分、30～41份B组分；然后，在平板硫化仪50～100℃下预热5～20min后，热压成型；其中，热压参数为：温度40～70℃，压力5～30MPa，时间10～40分钟。

一种阻燃化合物L-2，其结构式为：

其中，a＝10～100，b＝10～100。

所述的阻燃化合物L-2的制备方法，它包括以下步骤：

将单体1、单体2和引发剂溶于溶剂THF中，经脱气操作后在氩气保护下进行自由基聚合，70℃反应4-8h。结束后用甲醇作为沉淀剂提纯聚合物。通过调控单体1和单体2的比例可制备一系列含不同a:b比例的共聚物。

所述单体1为：

所述单体2为：

所述引发剂为：过氧化二苯甲酰BPO或偶氮二异丁腈AIBN等。

所述的阻燃化合物L-2在制备阻燃剂中的应用。

所述阻燃剂为MXenes基阻燃剂，所述MXenes基阻燃剂的制备方法为：利用硅烷偶联剂对多层MXenes进行处理后，与所述阻燃化合物L-2作用，即得所述MXenes基阻燃剂。

MXenes基阻燃剂的具体制备方法为：按重量份数比计：将由1～3份MAX 经刻蚀剂刻蚀后的多层MXenes在干燥的溶剂A中超声分散20～40分钟；再在惰性气体保护下，逐滴滴入3～10份硅烷偶联剂，于70℃度反应1～2h后，加入 3～10份阻燃化合物L-2，继续反应4～5h；反应结束后离心、用溶剂B洗涤3～4 次，再在50～70℃度干燥箱中干燥1～3h，即得所述MXenes基阻燃剂。

其中，所述MAX为分子式为M

所述刻蚀剂为：HF酸或氟盐+盐酸中的一种。所述HF酸浓度为：20％～50％， MAX与其的用量比为：1g：(5～30mL)。所述氟盐为：LiF、NaF、KF、NH

所述惰性气体为：氦气、氩气、氮气中的一种。

所述硅烷偶联剂为：氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种。

所述溶剂A为DMSO、DMF、丙酮中的一种。

所述溶剂B为：二氯甲烷、氯仿、丙酮、乙腈、乙醇、甲醇中的一种。

所述的阻燃化合物L-2在制备无醛阻燃人造板胶黏剂中的应用。

所述的阻燃化合物L-2在制备无醛阻燃人造板中的应用。

较之现有技术而言，本发明的优点在于：

1.本发明采用聚氨酯作为胶黏剂，可有效避免甲醛气体的释放，更加绿色环保；本发明以二维MXenes为基体，通过与含阻燃元素硅、氮和磷的硅烷偶联剂、阻燃化合物作用，可实现多元素协同阻燃，效果更好；有机的阻燃化合物对MXenes表面进行改性后可增加MXenes在树脂中的分散性，防止聚集；二维纳米材料的引入可提高胶黏剂的强度，在胶黏剂的制备时，反应条件温和，制备简便，转化率高，适合扩大生产。

2.本发明所得的MXenes基阻燃剂能够与聚氨酯结合用于无醛阻燃人造板胶黏剂的制备，该无醛阻燃人造板胶黏剂能有效解决现有人造板易燃和甲醛释放的问题，取代会释放甲醛的密胺树脂和酚醛树脂等。同时，本发明采用一种多元素有机-无机杂化二维纳米复合阻燃剂(MXenes基阻燃剂)制备无醛的人造板胶黏剂，所述的MXenes基阻燃剂能够与树脂基体完全相容，克服传统无机阻燃剂相容性差、添加量大的缺点，最终制备出高阻燃性的环保阻燃人造板。

3.本发明制得的无醛阻燃人造板(如PU+MXenes基阻燃剂L-1、PU+MXenes 基阻燃剂L-2)具有良好的阻燃性能。

附图说明

图1是本发明阻燃化合物L-2的红外谱图。

图2是本发明所得的无醛阻燃人造板的阻燃性能测试结果图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：

实施例1：

1.1一种MXenes基阻燃剂L-1的制备：

将2g由Ti

1.2一种无醛阻燃人造板胶黏剂：它包括按重量份数比计的以下组分：2份所述的MXenes基阻燃剂L-1、30份多元醇、30份异氰酸酯以及0.005份催化剂。

所述多元醇为聚醚多元醇；

所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯；

所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。

所述无醛阻燃人造板胶黏剂的具体制备方法如下：

使用上述制备的MXenes基阻燃剂L-1 2g与聚醚多元醇30g混合均匀得胶黏剂A组分。将30g异氰酸酯HDI、0.005g二丁基锡二月桂酸酯搅拌混合20min，即得胶黏剂B组分。

1.3一种无醛阻燃人造板的制备方法，具体包括以下步骤：

在20分钟内将上述制得的无醛阻燃人造板胶黏剂A、B组分添加至100g 木屑中，并在高速搅拌器中混合均匀；然后，在平板硫化仪70℃下预热10min 后，热压成型；其中，热压参数为：温度65℃，压力20MPa，时间30分钟。将所得样品(PU+MXenes基阻燃剂L-1)通过JF-3型氧指数仪测试阻燃性能。

实施例2

2.1一种MXenes基阻燃剂的制备方法：

将2g由Ti

2.2一种无醛阻燃人造板胶黏剂：它包括按重量份数比计的以下组分：2份所述的MXenes基阻燃剂、30份多元醇、30份异氰酸酯以及0.05份催化剂。

所述多元醇为聚醚多元醇；

所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯；

所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。

所述无醛阻燃人造板胶黏剂的具体制备方法如下：

使用上述制备的MXenes基阻燃剂2g与聚醚多元醇30g混合均匀得到胶黏剂A组分。将30g异氰酸酯HDI、0.05g二丁基锡二月桂酸酯搅拌混合20min，即得胶黏剂B组分。

2.3一种无醛阻燃人造板的制备方法，具体包括以下步骤：

在20分钟内将上述制得的无醛阻燃人造板胶黏剂A、B组分添加至100g木屑中，并在高速搅拌器中混合均匀；然后，在平板硫化仪70℃下预热10min后，热压成型；其中，热压参数为：温度65℃，压力20MPa，时间30分钟。

实施例3

3.1一种MXenes基阻燃剂的制备方法：

将2g由Ti

3.2一种无醛阻燃人造板胶黏剂：它包括按重量份数比计的以下组分：2份所述的MXenes基阻燃剂、30份多元醇、30份异氰酸酯以及0.05份催化剂。

所述多元醇为聚酯多元醇；

所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)；

所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。

所述无醛阻燃人造板胶黏剂的具体制备方法如下：

使用上述制备的MXenes基阻燃剂2g与聚酯多元醇30g混合均匀得胶黏剂 A组分。将30g异氰酸酯MDI、0.05g二丁基锡二月桂酸酯搅拌混合20min，即得胶黏剂B组分。

3.3一种无醛阻燃人造板的制备方法，具体包括以下步骤：

在20分钟内将上述制得的无醛阻燃人造板胶黏剂A、B组分添加至100g 木屑中，并在高速搅拌器中混合均匀；然后，在平板硫化仪70℃预热10分钟后热压成型。其中，热压参数为：温度65℃，压力20MPa，时间30分钟。

实施例4

4.1一种MXenes基阻燃剂的制备方法：

将2g由Ti

4.2一种无醛阻燃人造板胶黏剂：它包括按重量份数比计的以下组分：2份所述的MXenes基阻燃剂、30份多元醇、30份异氰酸酯以及0.05份催化剂。

所述多元醇为聚酯多元醇；

所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)；

所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。

所述无醛阻燃人造板胶黏剂的具体制备方法如下：

使用上述所制备的MXenes基阻燃剂2g与聚酯多元醇30g混合均匀得胶黏剂A组分。将30g异氰酸酯IPDI、0.05g二丁基锡二月桂酸酯搅拌混合20min，即得胶黏剂B组分。

4.3一种无醛阻燃人造板的制备方法，具体包括以下步骤：

在20分钟内将上述制得的无醛阻燃人造板胶黏剂A、B组分添加到100g 干燥的木屑中，并在高速搅拌器中混合均匀，然后在平板硫化仪70℃预热10分钟后热压成型。其中，热压参数为：温度65℃，压力20MPa，时间30分钟。

实施例5

5.1一种阻燃化合物L-2，其结构式为：

其中，a＝10～100，b＝10～100。

所述的阻燃化合物L-2的制备方法，包括以下步骤：

将单体1、单体2和引发剂溶于溶剂THF中，经脱气操作后在氩气保护下进行自由基聚合，70℃反应6h。结束后用甲醇作为沉淀剂提纯聚合物，即得所述阻燃化合物L-2，该阻燃化合物L-2的红外谱图如图1所示。其中，单体1与单体2的摩尔比为5：1，单体1与单体2的结构式如下：

所述单体1为：

所述单体2为：

所述引发剂为：BPO。

5.2一种由所述阻燃化合物L-2制得的MXenes基阻燃剂L-2，其制备方法为：

将2g由Ti

5.3一种无醛阻燃人造板胶黏剂：它包括按重量份数比计的以下组分：2份上述制得的MXenes基阻燃剂L-2、30份多元醇、30份异氰酸酯以及0.05份催化剂。

所述多元醇为聚醚多元醇；

所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯；

所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。

所述无醛阻燃人造板胶黏剂的具体制备方法如下：

使用上述制备的MXenes基阻燃剂L-2 2g与聚醚多元醇30g混合均匀得胶黏剂A组分。将30g异氰酸酯HDI、0.05g二丁基锡二月桂酸酯搅拌混合 20min，即得胶黏剂B组分。

5.4一种无醛阻燃人造板的制备方法，具体包括以下步骤：

在20分钟内将上述制得的无醛阻燃人造板胶黏剂A、B组分添加至100g 木屑中，并在高速搅拌器中混合均匀；然后，在平板硫化仪70℃下预热10min 后，热压成型；其中，热压参数为：温度65℃，压力20MPa，时间30分钟。所得样品(PU+MXenes基阻燃剂L-2)通过JF-3型氧指数仪测试阻燃性能。其中，本发明各样品阻燃性能对比图如图2所示。

在进行本发明无醛阻燃人造板的阻燃性能测试时，本发明的发明人对3个对照样品(对照样品PU、对照样品PU-MXenes、对照样品PU-APP)也分别进行了阻燃性能测试。其中，对照样品PU所用的胶黏剂为多元醇、异氰酸酯、催化剂搅拌反应后的产物即聚氨酯。将聚氨酯与木屑混合后，按上述人造板的制备方法制得所述对照样品PU。所述对照样品PU-MXenes所用的胶黏剂为由 MAX经刻蚀剂刻蚀后的多层MXenes、多元醇、异氰酸酯、催化剂搅拌反应后的产物，即聚氨酯+MXenes。将该胶黏剂与木屑混合后，按上述人造板的制备方法制得所述对照样品PU-MXenes。所述对照样品PU-APP所用的胶黏剂为聚磷酸铵、多元醇、异氰酸酯、催化剂搅拌反应后的产物，即聚氨酯+聚磷酸铵。将该胶黏剂与木屑混合后，按上述人造板的制备方法制得所述对照样品 PU-APP。

如图2所示：胶黏剂中单纯加入MXenes的样品(即对照样品PU-MXenes) 氧指数值为24，加入APP的样品(即对照样品PU-APP)氧指数值为29，本发明实施例1所得的样品(PU+MXenes基阻燃剂L-1)，其氧指数值为31，均高于纯PU。本发明实施例5所得的样品PU+MXenes基阻燃剂L-2，其氧指数值为33，由此可见，本发明制得的无醛阻燃人造板具有良好的阻燃性能。

实施例6

6.1一种阻燃小分子，其结构式为：

所述阻燃小分子的制备方法，包括以下步骤：

将1g氨基丙基倍半硅氧烷、0.09g多聚甲醛和0.6gDOPO溶于氯仿中，于 70℃反应6h后，产物用甲醇沉淀后，收集沉淀物即得阻燃小分子。

6.2一种由所述阻燃小分子制得的MXenes基阻燃剂L-3，其制备方法为：

将2g由Ti

6.3一种无醛阻燃人造板胶黏剂：它包括按重量份数比计的以下组分：2份上述制得的MXenes基阻燃剂L-3、30份多元醇、30份异氰酸酯以及0.05份催化剂。

所述多元醇为聚醚多元醇；

所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯；

所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。

所述无醛阻燃人造板胶黏剂的具体制备方法如下：

使用上述制备的MXenes基阻燃剂L-3 2g与聚醚多元醇30g混合均匀得胶黏剂A组分。将30g异氰酸酯HDI、0.05g二丁基锡二月桂酸酯搅拌混合20min，即得胶黏剂B组分。

6.4一种无醛阻燃人造板的制备方法，具体包括以下步骤：

在20分钟内将上述制得的无醛阻燃人造板胶黏剂A、B组分添加至100g 木屑中，并在高速搅拌器中混合均匀；然后，在平板硫化仪70℃下预热10min 后，热压成型；其中，热压参数为：温度65℃，压力20MPa，时间30分钟。所得样品(PU+MXenes基阻燃剂L-3)通过JF-3型氧指数仪测试阻燃性能。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。