本發明涉及阻燃劑合成領域，具體涉及一種通過納米纖維素制備膨脹型阻燃劑的方法。
背景技術：
膨脹阻燃體系是一個以碳、氮、磷為核心成分的阻燃體系，主要由酸源、炭源、氣源三部分組成。酸源又稱脫水劑或炭化促進劑，一般是無機酸或燃燒中能原位生成酸的化合物，如磷酸、硼酸、硫酸和磷酸酯等；炭源也叫成炭劑，它是形成泡沫炭化層的基礎，主要是一些含碳量高的多羥基化合物，如淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙二醇、酚醛樹脂等；氣源也叫發泡源，是含氮化合物，如尿素、三聚氰胺、聚酰胺等。其中酸源在燃燒時產生酸，作為脫水劑與炭源反應生成炭層，氣源釋放氣體使炭層膨脹，從而阻隔熱量傳遞和隔絕氧氣，實現阻燃的目的。在現有的膨脹型阻燃體系中，大多由酸源、氣源、碳源復配而成，比如聚磷酸銨/三聚氰胺/季戊四醇復配組合形成膨脹型阻燃體系。簡單的復配造成三要素的協同作用效果減弱，使其阻燃效率提升不明顯。
納米纖維素(nanocellulose)是直徑為1～100nm，長度為幾十納米到幾微米的超微細纖維的統稱，是纖維素的最小物理結構單元。與普通纖維素相比，納米纖維素具備高純度、高結晶度、高比表面積、高楊氏模量、高強度的特性，同時具有多級孔道結構、其表面含有多個可反應的羥基，易于接枝硅氧基、氨基、吸附電子等，因此在材料合成上展示出了優異的模板效應。近年來，應用納米纖維素作為模板合成阻燃劑逐漸受到關注。公開發明專利cn104830022b報道了一種靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑及其制備方法與應用，其以酸源聚磷酸銨為內核，內核的表面包覆著一層雙氰胺甲醛樹脂作為氣源，雙氰胺甲醛樹脂外層吸附著一層納米纖維素作為炭源。公開發明專利cn105034108b采用納米晶態纖維素為分散相制備高分散性聚磷酸銨膠體。與單獨采用聚磷酸銨相比，改性后聚磷酸銨分散性提高，但是，無法解決膠體吸濕性強、熱穩定性下降和阻燃效率下降的問題。公開發明專利cn106003887a采用層層自組裝技術，以納米晶態纖維素為基體制備膨脹型復合阻燃膜。然而，膨脹型阻燃膜的效果往往是建立在高質量含量基礎上的，進一步提高阻燃效率，降低質量含量，改善與基體材料的相容性是追求的目標。
技術實現要素：
本發明的目的：提供一種利用納米纖維素為模板制備膨脹型阻燃劑的方法。
本發明的技術解決方案：將納米纖維素原料分散至去離子水中，超聲分散至均勻，調節納米纖維素膠體ph值至7。在納米纖維素膠體中加入含氮化合物乙二胺、尿素，充分攪拌，然后加入含磷化合物磷酸二乙酯、磷酸二氫銨，充分攪拌，制備得到膨脹型阻燃劑。
一種納米纖維素模板制備膨脹型阻燃劑的具體制備方法如下：
(1)按質量比(1～5)∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進行超聲分散，功率為800～1000w，時間為10～30min，得到納米纖維素膠體，調節納米纖維素膠體的ph值至7；
(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入含氮化合物，使得含氮化合物∶納米纖維素的質量比為(1.8～5.5)∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌4～6h，得到含氮納米纖維素膠體；
(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入含磷化合物，使得含磷化合物∶納米纖維素的質量比為(2～5)∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌3～5h，得到膨脹型阻燃劑。
本發明的優點：
(1)本發明利用納米纖維素的高比表面積，引入阻燃體系中作為炭源。
(2)本發明利用納米纖維素的高分散性、高反應活性，促進氮、磷的均分分散，同時克服了膨脹型阻燃體系簡單復配時阻燃效率的不足。
(3)本發明制備的膨脹型阻燃劑集炭源、酸源、氣源于一體，具有良好的阻燃性能。性能測試表明：以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理，木塑復合材料的氧指數提高了25～42％。
(4)合成過程中綠色環保、操作簡便，可用于工業化批量生產。
具體實施方式
實施例1，
(1)按質量比1∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進行超聲分散，超聲功率800w，超聲時間10min，得到1％的納米纖維素膠體，調節納米纖維素膠體的ph值至7；
(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入尿素，使得尿素∶納米纖維素的質量比為1.8∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌4～6h，得到含氮納米纖維素膠體；
(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入磷酸二乙酯，使得磷酸二乙酯∶納米纖維素的質量比為2∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌3～5h，得到膨脹型阻燃劑。
以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理，經測試，木塑復合材料的氧指數提高了25％。
實施例2，
(1)按質量比3∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進行超聲分散，超聲功率1000w，超聲時間30min，得到3％的納米纖維素膠體，調節納米纖維素膠體的ph值至7；
(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入尿素，使得尿素∶納米纖維素的質量比為3.5∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌4～6h，得到含氮納米纖維素膠體；
(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入磷酸二氫銨，使得磷酸二氫銨∶納米纖維素的質量比為3∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌3～5h，得到膨脹型阻燃劑。
以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理，經測試，木塑復合材料的氧指數提高了37％。
實施例3，
(1)按質量比5∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進行超聲分散，超聲功率800w，超聲時間10min，得到5％的納米纖維素膠體，調節納米纖維素膠體的ph值至7；
(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入乙二胺，使得乙二胺∶納米纖維素的質量比為2.5∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌4～6h，得到含氮納米纖維素膠體；
(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入磷酸二乙酯，使得磷酸二乙酯∶納米纖維素的質量比為5∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌3～5h，得到膨脹型阻燃劑。
以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理，經測試，木塑復合材料的氧指數提高了42％。
實施例4，
(1)按質量比3∶100稱取納米纖維素、去離子水，在冰水浴中進行超聲分散，超聲功率1000w，超聲時間30min，得到3％的納米纖維素膠體，調節納米纖維素膠體的ph值至7；
(2)在步驟(1)制得的納米纖維素膠體中加入乙二胺，使得乙二胺∶納米纖維素的質量比為5.5∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌4～6h，得到含氮納米纖維素膠體；
(3)在步驟(2)制得的含氮納米纖維素膠體中加入磷酸二氫銨，使得磷酸二氫銨∶納米纖維素的質量比為4∶1，在氮氣保護下升溫至50～70℃，充分攪拌3～5h，得到膨脹型阻燃劑。
以納米纖維素模板制備得到的膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理，經測試，木塑復合材料的氧指數提高了31％。