一种基于线性聚磷腈的可光固化阻燃透明涂料的制备方法及其在木制品中的应用

本发明涉及一种基于线性聚磷腈的可光固化阻燃透明涂料的制备方法及其在木制品中的应用，属于木材阻燃。

背景技术：

1、木材是一种可再生、环保、无毒的天然聚合物材料，具有独特的美学特性、高强度、优越的加工性能和低成本的等优点。然而，木材硬度较大，作为家具使用，若不加以保护直接暴露在外，很容易被刮伤或磨损；同时，木材的稳定性容易受到空气湿度的影响，未经保护的木材容易因为外部水分的渗入以及内部水分的蒸发产生形变；三是原木直接暴露在空气中，容易被腐蚀和氧化变色，失去清新的木色。因此，有必要使用涂层对木材进行保护。目前，传统的木材涂料包括聚氨酯、丙烯酸树脂、环氧树脂等。但是，树脂的高可燃性极大地限制了其在木材上的应用。因此，提高木制品涂层的阻燃性能是非常必要的。

2、含磷/氮元素光固化涂料在凝聚相和气相都存在阻燃能力，因此在近年来受到了广泛的关注。在凝聚相中，含磷的阻燃剂通过促进炭的形成抵御热量和质量的物理屏障，从而显著地阻碍了热量和可燃碎片在底层聚合物和燃烧区之间的传递。在气相中，高温下含磷的阻燃剂分解，释放出许多含磷的自由基，可以捕获高活性h和ho自由基，从而提高阻燃性。含氮基团在燃烧过程中分解释放惰性含氮气体，通过稀释氧气和燃料的浓度来加强气相机制。因此通过合理设计光固化涂层的化学结构，调节含磷/氮元素光固化树脂的阻燃机理，有望开发阻燃透明的木材涂层。

3、线性聚磷腈化合物是一类主链由磷原子和氮原子交替排列而成的化合物，磷、氮的骨架结构和连接在磷原子上的有机侧基赋予了磷腈化合物独特的物理性能和化学性能，因此聚磷腈成为最具潜力的一类材料并被用于开发无卤、高性能线性聚磷腈光固化阻燃涂料。然而，线性聚二氯磷腈的侧基可调性虽然赋予了聚磷腈材料丰富的性能，但是当前对于调控不同官能团取代的聚磷腈的研究还很少，尤其是用于木材涂层上。

技术实现思路

1、本发明为解决环氧丙烯酸木材涂层带来的高可燃性，同时为了探究线性聚磷腈侧基调控对于阻燃性能、透明性、可光固化能力以及成炭性的影响，提出了一种基于线性聚磷腈的可光固化阻燃透明涂料的制备方法及其在木制品中的应用。本发明要解决的技术问题是，在不破坏木材表面天然美学纹理的前提下，在木材表面构建一层透明阻燃的光固化线性聚磷腈涂层。

2、本发明通过分子设计以及结构调控，合成了具备优异阻燃性能的本征阻燃的线性聚磷腈树脂。探究了侧基的调控对聚磷腈树脂的粘度、可光固化能力、成炭性以及与环氧丙烯酸树脂相容性的影响。

3、本发明基于线性聚磷腈的可光固化阻燃透明涂料的制备方法，是将环氧丙烯酸树脂、本征阻燃的线性聚磷腈树脂、稀释剂以及光引发剂按配比量混合，搅拌至体系为均一透明溶液。

4、以质量份计，各组分的添加量为：环氧丙烯酸树脂50-80份，线性聚磷腈树脂20-40份，稀释剂15-20份，光引发剂3-5份。

5、所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)、1-羟基环己基苯基甲酮(184光引发剂)中的一种。

6、所述稀释剂选自甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸月桂酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯中的一种或几种。

7、所述线性聚磷腈树脂通过包括如下步骤的方法制备获得：

8、步骤1：通过溶液聚合法合成线性聚二氯磷腈(pdcp)。将30g六氯环三磷腈，0.3g氨基磺酸，0.03g二水合硫酸钙以及30ml 1，2，4-三氯苯加入50ml三口瓶中，在氮气氛围中升温至210℃反应3-4小时；等到体系粘度变大时停止反应，用石油醚将pdcp沉淀出来，所得到的pdcp溶解在四氢呋喃中备用。

9、步骤2：通过加成反应，一步法快速制备dopo基衍生物。将dopo(162.00g，0.75mol)和200ml苯混合，在氮气保护下升温至70℃，在4小时内向体系中分批加入27g多聚甲醛；加料完成后，于70℃搅拌反应8小时；反应结束后趁热过滤混合物，将得到的固体在80℃下真空干燥8小时，得到dopooh，181g，产物收率为98.0％。

10、步骤3：将步骤2制备的dopooh与含有双键的单醇/酚混合于四氢呋喃中，在缚酸剂的存在下与步骤1制备的pdcp在50-80℃反应24小时；反应结束后过滤除去杂质盐，过滤后的溶液用溶剂沉淀出来，并将产物用水洗涤3-5次，真空干燥24小时，得到线性聚磷腈树脂。

11、所述单醇/酚选自丙烯酸羟乙酯、丁香酚、2-乙烯氧基乙醇中的一种。dopooh与单醇/酚的摩尔比为3：1至1：3，pdcp与dopooh和单醇/酚的摩尔比为1.5：1。

12、所述缚酸剂选自三乙胺、n,n-二异丙基乙胺、吡啶、碳酸钾、氢氧化钾中的一种。

13、所述溶剂选自正己烷、正庚烷、石油醚中的一种。

14、本发明基于线性聚磷腈的可光固化阻燃透明涂料的应用方法，是将所述涂料按照5g/dm3涂敷到木材表面，室温放置30min，让涂层流平，随后使用1000w紫外固化灯照射，照射距离为30cm，时间为3min。

15、本发明通过调控阻燃基团dopo衍生物与可光固化双键的单醇/酚的摩尔比例，将其与线性聚二氯磷腈通过取代反应合成了一系列聚磷腈树脂，研究了含双键的单醇/酚与dopo衍生物的比例对树脂的状态、可光固化能力、透明性、成炭性以及与环氧丙烯酸树脂相容性的影响。结果表明：随着比值增加，树脂的粘度变低，可光固化能力增强，与环氧丙烯酸树脂相容性变好，透明性更好。通过改变聚磷腈树脂与环氧丙烯酸树脂的比例，配置不同的紫外光固化溶液，并均匀涂敷在木材的表面，最后在紫外光下共固化为透明阻燃的涂层。本发明提出一种基于线性聚磷腈的可光固化的阻燃透明木材涂层的制备与应用，通过官能团的调控，提高了涂层的透明性、与环氧丙烯酸树脂的相容性以及可光固化能力。将合成的树脂a2与环氧丙烯酸树脂共固化成为木材涂层，延长了涂层点火时间，同时还降低了涂层热释放速率峰值以及总热释放。此阻燃改性技术有利于延长涂层对木材的保护时间，阻碍热量传递，实现了木材的高效持久阻燃。

16、已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

17、1、本发明通过分子设计和结构调控，成功地制备了本征阻燃透明的线性聚磷腈光固化树脂；研究了不同侧基比例的线性聚磷腈光固化树脂在粘度、可光固化能力、透明性、成炭性以及与环氧丙烯酸树脂相容性方面的影响。

18、2、本发明制备的本征阻燃透明的线性聚磷腈光固化树脂具有与环氧丙烯酸树脂相容性好、黏度低、可光固化、成炭性好等特点，可应用于木材等表面的防火保护。本发明制备工艺简单、应用广泛，同时固化速度快，可有效提高生产效率，节约能源；本发明的线性聚磷腈光固化涂层可结合环氧丙烯酸树脂制得无卤、低烟、低毒、透明且阻燃性能优异的涂层。

技术特征：

1.一种基于线性聚磷腈的可光固化阻燃透明涂料的制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

8.权利要求1-7中任一项制备方法制备得到的可光固化阻燃透明涂料在木制品中的应用，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种基于线性聚磷腈的可光固化阻燃透明涂料的制备方法及其在木制品中的应用。本发明通过调控阻燃基团DOPO衍生物与可光固化双键的单醇/酚的摩尔比例，将其与线性聚二氯磷腈通过取代反应合成了一系列聚磷腈树脂，研究含双键的单醇/酚与DOPO衍生物的比例对树脂的状态、可光固化能力、透明性、成炭性以及与环氧丙烯酸树脂相容性的影响。本发明通过官能团的调控，提高了涂层的透明性和阻燃性，延长了涂层点火时间，同时还降低了涂层热释放速率峰值以及总热释放。此阻燃改性技术有利于延长涂层对木材的保护时间，阻碍热量传递，实现了木材的高效持久阻燃。技术研发人员：邢伟义,蒋光勇,胡源,宋磊,桂宙受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4