高芳醚木质素纳米颗粒的制备及其在聚氨酯阻燃性能方面的研究.pdf

摘要

摘要

由于木质素化学结构的复杂性及其天然的抗降解特性，从木质纤维生物质中

/p-TsOH/EtOH

分离木质素极具挑战性。本文利用对甲苯磺酸乙醇（）溶剂体系对

杨木、松木和麦草进行组分分离，获得具有较高β-O-4含量的木质素，并将其转化

为高附加值的木质素纳米颗粒（LigninNanoParticle，LNP）。利用所制的LNP合

NanoLignin-basedflameretardantNanoFL-

成木质素基阻燃剂（，）和木质素高岭

土基（HMPACu/NanoLignin-basedflameretardant，HMPACu/NanoFL）阻燃剂，

应用于聚氨酯（PU）材料，研究其机械性能、阻燃性能和抑烟性能。基于以上研

究内容，结果如下：

（1）通过p-TsOH/EtOH溶剂体系下成功地分离出高芳醚含量木质素，结果表

明：在反应浓度为80%、反应时间为20min和反应温度为80℃时，酸性助溶体系

下分离杨木木质素的效果最好，木质素得率达59.4%。松木在反应浓度为80%，反

应时间为60min，反应温度为80℃，得率达34.4%。而麦草在反应浓度为80%，

反应温度为80℃下，反应时间为10min时，得率达84.0%。β-O-4含量分别为53.2%、

35.4%29.6%

和，且成功制备出纳米木质素球，具有较高的热稳定性和均一性。

（2）以LNP为原料，成功制备具有阻燃、力学性能和可再加工性能的木质素

基聚氨酯。FTIR和XPS的结果表明，NanoFL成功合成。热重结果表明，NanoFL

PU0.09wt%4.6wt%PU

的提前分解有助于促进基体炭化，残碳量从增加到，是

的51.1倍。当NanoFL的含量为20%时，NanoFL-PU的断裂伸长率为1250.8%，

拉伸应力高达到35MPa，是PU的7.1倍，与此同时，阻燃性能也得到提高，HRR

946.8kW/m2383.5kW/m259.5%THR86.9kW/m2

从下降到，下降了，由降至

222

28.4kW/m，降低了67.3%。SPR由0.16m/s降至0.06m/s，降低了62.5%。TSP

22

由12.6m降至7.2m，降低了42.8%。

3HMPACu

（）通过简单自组装方法成功合成阻燃剂，为了进一步地提升材

料的阻燃性和抑烟性，基于纳米复合协同阻燃技术，将HMPACu与NanoFL复配

使用，FTIR、XRD和XPS研究结果表明HMPACu阻燃剂制备成功，SEM分析证

HMPACu/NanoFLPUPU

实在基体中具有良好的分散性，提高了复合材料的热稳

定性和阻燃性。与NanoFL-PU相比，加入15wt%HMPACu使HRR、SPR和TSP

分别降低48.4%、63.6%和36.7%，CO排放量降低了75.1%，残碳量大大提高，是

NanoFL-PU的50.1倍。HMPACu/NanoFL-PU复合材料阻燃性能主要