本發(fā)明涉及阻燃劑，特別涉及一種包含木質(zhì)素和半纖維素殘留物的阻燃劑組合物以及這種阻燃劑組合物的制備方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的鹵素基阻燃劑雖然阻燃效果好，但燃燒時(shí)會(huì)釋放大量有毒氣體，對(duì)人體健康和環(huán)境造成極大危害。

2、在無(wú)鹵阻燃劑替代品中，磷基阻燃劑因其低煙、低強(qiáng)度和不產(chǎn)生腐蝕性氣體而被廣泛使用。此外，含磷和氮的阻燃劑具有低毒性和更好的熱穩(wěn)定性，且磷和氮具有協(xié)同阻燃作用。然而，盡管目前常見(jiàn)的阻燃劑具有優(yōu)異的阻燃性能，但它們的合成原料主要基于不可生物降解且日益枯竭的石化資源。因此，大規(guī)模生產(chǎn)和使用會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。

3、制備可生物降解、可持續(xù)、環(huán)保的阻燃劑具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種制造阻燃劑的簡(jiǎn)單方法，并提供了一種阻燃劑組合物，該組合物具有很強(qiáng)的阻燃效果，同時(shí)由可持續(xù)來(lái)源生產(chǎn)。此外，阻燃劑成分可溶于水，并且因此可以作為環(huán)境友好的水性制劑應(yīng)用于許多基材。

2、在第一方面，本發(fā)明提供了一種制備阻燃劑組合物的方法，所述阻燃劑組合物包含來(lái)自于植物材料的半纖維素成分和木質(zhì)素成分，所述方法包括以下步驟：

3、(i)提供植物材料，

4、其中，所述植物材料選自谷物秸稈和禾本科植物(grasses)；

5、(ii)對(duì)所述植物材料進(jìn)行機(jī)械干式處理以減小其尺寸；

6、(iii)將所述植物材料懸浮于水溶液中；

7、(iv)將懸浮液的ph值調(diào)節(jié)至堿性條件，并提高所述懸浮液的溫度，以及攪拌所述懸浮液，以使半纖維素成分和木質(zhì)素成分溶解和/或分散于所述水溶液中，其中，所述半纖維素成分和木質(zhì)素成分來(lái)源于所述植物材料；以及

8、(v)將步驟(iv)中獲得的材料分離成固體纖維部分和液體阻燃部分，所述液體阻燃部分為包含溶解和/或分散的半纖維素成分和木質(zhì)素成分的阻燃劑組合物；

9、所述方法可選地還包括將所述液體阻燃劑組合物進(jìn)行濃縮以提高其干物質(zhì)含量百分比的步驟。

10、在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述方法包括將阻燃添加劑添加到來(lái)自步驟(v)的液體阻燃劑組合物或來(lái)自步驟(v)的液體阻燃劑組合物的濃縮樣品中的額外步驟。阻燃添加劑進(jìn)一步增強(qiáng)了組合物的阻燃效果。在一個(gè)實(shí)施方案中，阻燃添加劑是抑煙化合物。優(yōu)選地，阻燃添加劑選自氧化鐵、碳酸鈣和可膨脹石墨。

11、因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種制備阻燃劑組合物的方法，所述阻燃劑組合物包含來(lái)自于植物材料的半纖維素成分和木質(zhì)素成分，所述方法包括以下步驟：

12、(i)提供植物材料，

13、其中，所述植物材料選自谷物秸稈和禾本科植物；

14、(ii)對(duì)所述植物材料進(jìn)行機(jī)械干式處理以減小其尺寸；

15、(iii)將所述植物材料懸浮于水溶液中；

16、(iv)將懸浮液的ph值調(diào)節(jié)至堿性條件，并提高所述懸浮液的溫度，以及攪拌所述懸浮液，以使半纖維素成分和木質(zhì)素成分溶解和/或分散于所述水溶液中，其中，所述半纖維素成分和木質(zhì)素成分來(lái)源于所述植物材料；

17、(v)將步驟(iv)中獲得的材料分離成固體纖維部分和液體阻燃部分，所述液體阻燃部分為包含溶解和/或分散的半纖維素成分和木質(zhì)素成分的阻燃劑組合物；

18、(vi)可選地，將所述液體阻燃劑組合物進(jìn)行濃縮以提高其干物質(zhì)含量百分比；以及

19、(vii)向步驟(v)或(vi)的液體阻燃劑組合物中加入阻燃添加劑。

20、在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)將步驟(iv)中的溫度升高到>80℃來(lái)溶解和/或分散半纖維素成分和木質(zhì)素成分，并將ph值調(diào)節(jié)至9-12之間。

21、在一個(gè)實(shí)施方案中，由干式機(jī)械處理產(chǎn)生的植物材料的平均粒徑小于1cm。

22、在一個(gè)實(shí)施方案中，步驟(iii)中的懸浮植物材料使用一種或多種半纖維素酶，例如木聚糖酶和/或阿魏酸酯酶進(jìn)行酶處理。

23、優(yōu)選地，基于干物質(zhì)含量，通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的所述阻燃劑組合物中半纖維素成分和木質(zhì)素成分的比例在40:60-60:40之間。

24、在一個(gè)實(shí)施方案中，基于總干物質(zhì)含量，所述阻燃劑組合物包括至少60％、70％、80％或90％的半纖維素成分和木質(zhì)素成分。

25、在一個(gè)實(shí)施方案中，基于總干物質(zhì)含量，所述阻燃劑組合物包括至少90％的半纖維素成分和木質(zhì)素成分。

26、在一個(gè)實(shí)施方案中，步驟(iii)中懸浮在所述水溶液中的植物材料是脫蠟谷物秸稈，例如通過(guò)包括以下步驟的方法獲得的脫蠟谷物秸稈：(a)使用蛋白酶和/或果膠酶對(duì)步驟(iii)中懸浮在所述水溶液中的谷物秸稈進(jìn)行酶處理，(b)可選地對(duì)步驟(a)中獲得的混合物進(jìn)行濕式機(jī)械處理，以及(c)在調(diào)節(jié)步驟(v)中的ph值和升高溫度之前，從溶液中去除蠟。

27、在第二方面，本發(fā)明提供了一種阻燃劑組合物，其包含溶解和/或分散的半纖維素成分和木質(zhì)素成分，基于干物質(zhì)含量，半纖維素成分和木質(zhì)素成分的比例在40:60-60:40之間。該阻燃劑組合物可通過(guò)本文公開的本發(fā)明的方法獲得。

28、在一個(gè)實(shí)施方案中，所述阻燃劑組合物的半纖維素成分包括阿拉伯木聚糖的單體、低聚物和/或聚合物，并且所述阻燃劑組合物的木質(zhì)素成分包括單甲氧基化的(愈創(chuàng)木基(g))、二甲氧基化的(丁香酚基(s))和非甲氧基化的(對(duì)羥基苯基(h))苯丙素。

29、在一個(gè)實(shí)施方案中，基于總干物質(zhì)含量，所述阻燃劑組合物包括至少60％、70％、80％或90％的半纖維素成分和木質(zhì)素成分。

30、在一個(gè)實(shí)施方案中，所述半纖維素成分和木質(zhì)素成分構(gòu)成所述水性組合物的總干物質(zhì)含量的至少90％。

31、在一個(gè)實(shí)施方案中，所述阻燃劑組合物進(jìn)一步包含阻燃添加劑，以進(jìn)一步增強(qiáng)阻燃劑組合物的有效性。在一個(gè)實(shí)施方案中，阻燃添加劑是抑煙化合物。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，阻燃添加劑選自氧化鐵、碳酸鈣和可膨脹石墨。

32、在第三方面，本發(fā)明涉及包含溶解和/或分散的半纖維素成分和木質(zhì)素成分的水性組合物作為阻燃劑的用途。該水性組合物可通過(guò)本文公開的本發(fā)明的方法獲得。

33、在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)在物品表面刷涂或噴涂組合物，將物品浸泡在組合物中，和/或?qū)⒔M合物浸漬到物品中，例如通過(guò)真空壓力浸漬，將水性組合物施加到物品上。

34、在第四方面，本發(fā)明涉及包含溶解和/或分散的半纖維素成分和木質(zhì)素成分的水性組合物用于增強(qiáng)物品的耐火性的用途，所述物品例如是實(shí)木元件、木質(zhì)復(fù)合材料和/或基于木質(zhì)纖維和其他天然纖維(例如，棉、亞麻、大麻、劍麻、黃麻)的絕緣材料。該水性組合物可通過(guò)本文公開的本發(fā)明的方法獲得。

35、在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)在物品表面噴涂組合物，將物品浸泡在組合物中，和/或?qū)⒔M合物浸漬到物品中，例如通過(guò)真空壓力浸漬，將水性組合物施加到物品上。

36、在第五方面，本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)物品耐火性的方法，所述方法包括將包含溶解和/或分散的半纖維素和木質(zhì)素成分的阻燃劑組合物施加到物品上。該阻燃劑組合物可通過(guò)本文公開的本發(fā)明的方法獲得。

37、在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)在物品表面噴涂組合物，將物品浸泡在組合物中，和/或?qū)⒔M合物浸漬到物品中，例如通過(guò)真空壓力浸漬，將阻燃劑組合物施加到物品上。