摘 要

木质素复配阻燃剂是以木质素为主且含有氮元和含有酸元等多种材料通过复配而形成。因为木质素可以提高环氧树脂材料的成炭能力，使其快速形成更加均一、致密的炭层；含氮源的材料在成炭性、热稳定性、良好的阻燃抑烟效果以及毒性低等方面有显著效果；含酸源的材料在环氧树脂中能够与酯化的羟基反应使聚合物脱水，含酸源的材料也可直接与环氧树脂中的羟基反应，从而进行脱氨脱水形成磷酸酯类化合物，最重要的是释放的氨气和水蒸气即可稀释可燃性气体也可降低氧气的浓度，材料表面的可燃气体浓度大大降低。

本文是以木质素、三聚氰胺和聚磷酸铵为主要阻燃原料，以N，N二氨基二苯甲烷为固化剂，利用一步法合成阻燃剂，通过控制环氧树脂质量不变的情况下，改变木质素含量，来研究木质素复配阻燃剂在环氧树脂中的各项性能。对其物理性能如木质素含量、密度、吸水率等进行测试分析，也对其化学性能如燃烧值热重分析等进行测试研究。

结果表明：随着木质素含量的增加，制备环氧树脂合成材料的阻燃性能得到很大提高。从垂直燃烧和热重分析研究中得到阻燃性能比例。0.8g木质素；4g三聚氰胺；4g聚磷酸铵；20g环氧树脂；可以在不改变环氧树脂本身性质下达到最佳的阻燃效果。

关键词：木质素；三聚氰胺；聚磷酸铵；环氧树脂；阻燃性能

APPLICATION OF LIGNIN COMPOUND FLAME RETARDANT IN EPOXY RESIN

ABSTRACT

Lignin flame retardant is composed of lignin, nitrogen and acid. Because lignin can improve the charring ability of epoxy resin materials and make them form more uniform and compact carbon layer quickly; Nitrogen-containing materials have remarkable effects on charring, thermal stability, good flame retardant and smoke suppression effect and low toxicity; acid-containing materials can react with esterified OH-in epoxy resin to dehydrate polymers, and acid-containing materials can also directly react with epoxy resin. OH-reaction in epoxy resin can dehydrate ammonia to form phosphate compounds. The most important thing is that ammonia and water vapor released can dilute the flammable gas and reduce the oxygen concentration. The flammable gas concentration on the surface of the material is greatly reduced.

In this paper, lignin, melamine and ammonium polyphosphate are used as main flame retardant materials, N, N diaminodiphenylmethane as curing agent, and one-step synthesis of flame retardant is used. By controlling the quality of epoxy resin unchanged, changing the lignin content, the properties of lignin composite flame retardant in epoxy resin are studied. The physical properties such as lignin content, density and water absorption were tested and analyzed, and the chemical properties such as combustion value thermogravimetric analysis were also studied.

The results showed that the flame retardancy of epoxy resin synthesized materials was greatly improved with the increase of lignin content. The ratio of flame retardancy was obtained from vertical combustion and thermogravimetric analysis. 0.8g lignin; 4G melamine; 4G ammonium polyphosphate; 20g epoxy resin; can achieve the best flame retardant effect without changing the properties of epoxy resin itself.

Key words: lignin; melamine; ammonium polyphosphate; epoxy resin; flame retardancy

目录

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 环氧树脂的发展史 1

1.3 国内外相关研究 2

1.3.1 木质素膨胀型阻燃研究 2

1.3.2 三聚氰胺含氮元型阻燃研究 3

1.3.3 聚磷酸铵含酸元型阻燃研究 4

1.4 木质素简介 5

1.4.1 木质素的结构特征 6

1.4.2 木质素的理化性质 6

1.5 本课题研究的内容和意义 7

1.5.1 研究意义 7

1.5.2 研究内容 7

第二章 实验 9

2.1 实验方案 9

2.2 实验原料 9

2.3 实验仪器表 9

2.4 制备方法 9

2.4.1酶解木质素的提纯 9

2.4.2样条配方 10

2.4.3制备样条 10

2.5表征与性能的测试 10

2.5.1 物理性能的测试 10

2.5.2 吸水性的测定 10

2.5.2 氧指数的测定 11

2.5.3 热重分析（TG）的测试 11

第三章 实验数据处理与讨论 12

3.1 样条的物理性能 12

3.2 样条的吸水率 12

3.3 样条的垂直燃烧等级及极限氧指数 13

3.4 燃烧后样条的数码照片 13

3.5 热重分析（TGA/DTG） 14

第四章 结论 17

致谢 18

参考文献 19

第一章 绪论

• 1. 前言

木质素是已知自然界中唯一含有苯环结构的天然高分子材料，木质素和纤维素及半纤维素一起构成了植物骨架的主要组成部分，在高分子材料中，木质素含量仅低于纤维素且比半纤维素还多，作为再生能源每年都在500亿吨以上^[1]。现如今，仅制浆造纸就需要消耗掉5000万吨以上的木质素，令人悲伤的是却有超过95 %的木质素浪费掉，利用率极低^[2]。因此，提高木质素的利用效率既可以创造极大的财富，也能够对环境保护作出贡献。所以木质素作为改性剂和填充料加入到高聚物中使用九变成一个重要的应用领域，关于提高聚合物的阻燃性能和力学性能等性能话题一直居高不下^[3-5]。然而由于木质素化学差异大，使得利用率很难提高，目前木质素使用率仅仅2 %，进一步扩大木质素的应用邻域成为近年国内外研发的重点。

同样环氧树脂材料具有优异的机械性能和耐酸碱腐蚀等化学稳定性能，因而在涂料、铸造、粘合剂、复合材料、半导体密封材料、电器设备的绝缘材料等领域受到广泛关注。但由于环氧树脂固化物的易燃性使其应用受到了限制。传统环氧树脂的阻燃方法是使用含卤素阻燃剂进行阻燃，虽然使环氧树脂阻燃上发挥了极好的阻燃作用，但存在燃烧时释放有毒和腐蚀性气体等问题^[6]。