[發明專利]一種磷-氮系生物基阻燃劑及其合成方法和應用

有效

• 申請號: 201910304003.7
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN109912650B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 李娟;孫晉皓
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C07F9/40
• 分類號: C07F9/40;C07F9/655;C07F9/6574;C08K5/5313;C08L67/04;C08L63/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開了一種磷?氮系生物基阻燃劑及其合成方法和應用，該方法包括：室溫下，將原料1完全溶解于有機溶劑中，將原料2加入其中后，磁力攪拌均勻，升溫至25～100℃下反應2～12h；保持當前反應溫度，將含磷原料3加入至反應瓶中，待完全溶解后，在25～80℃下繼續反應4～12h。本發明合成工藝簡便、污染小、毒性低，后處理簡單，產率和純凈度十分高，得到的磷?氮系生物基阻燃劑為熔點化合物，具有良好的加工性能以及優異的阻燃效率，不僅能夠在環氧樹脂中取得優異阻燃效果，同時在聚酯類聚合物(聚乳酸)中也有很好的應用，能顯著提高聚乳酸的UL?94等級和氧指數，并對阻燃復合材料的熱穩定性及力學性能影響不大。

技術領域

本發明涉及阻燃劑合成及應用技術領域，具體涉及一種磷-氮系生物基阻燃劑及其合成方法和應用。

背景技術

隨著石油危機和環境問題不斷加劇，生物基材料得到了越來越廣泛的關注，在包裝、運輸、電子器件等日常生活領域以及航天航空、生物技術等特種領域中都有十分重要的應用。生物基材料是通過可再生原料通過生物轉化獲得的高分子材料或小分子化合物，主要包括生物基平臺化合物、生物塑料、功能糖產品、木塑復合材料等，已經實現了在不同領域中的功能化應用。其中，將生物基材料應用于阻燃領域已經成為現今阻燃劑發展的一個重要方向。將生物基材料與阻燃元素相結合制備得到的生物基阻燃劑，不僅能夠顯著地改善以往阻燃劑對石油資源的依耐性，減少對資源的負擔，降低使用成本，提高阻燃劑的可持續性，還能夠有效降低阻燃劑的使用對環境造成的污染，實現阻燃劑朝綠色環保的可持續方向發展，相關的研究報道已經有很多。當前的研究工作集中于對天然大分子的阻燃改性和基于生物基單體合成一些具有阻燃功能的中間體或阻燃劑。如纖維素在通過POSS修飾、含磷硅烷改性、納米化后不僅能顯著改善其熱穩定性，滿足加工需求，還能夠顯著提高纖維素的成炭質量，能夠很好地應用于膨脹阻燃體系中；而通過曼尼希反應改性的木質素(如采用甲醛和尿素、甲醛與二乙醇胺等)也表現出了較好的熱穩定性，能顯著提高塑料的熱穩定性；經過磷酸酯塑化、含磷改性等處理的淀粉在阻燃領域中也得到了廣泛的應用；而來源于淀粉的環糊精也在經過如金屬離子配位、微膠囊化、納米化及含磷接枝等改性后也成為了優異的成炭劑或協效劑，在阻燃領域有很好的應用前景。當然，利用小分子生物基化合物如衣康酸、檸檬酸、香草醛、蓖麻油、植酸、葡萄糖、茶皂素、糠胺、氨基酸等經過阻燃元素化學改性或層層自組裝等方式均能夠制備得到阻燃效率較高的新型阻燃劑，在塑料阻燃改性中均表現出優異阻燃效果，是生物基阻燃劑發展的一個重要方向。

雖然基于生物基原料的阻燃劑和阻燃材料受到了廣泛的關注，但是有的制備方法比較復雜，有的產物的性能不夠優異，尤其是以多糖類單體制備的阻燃劑耐熱性不好，部分易溶于水，不利于后期的加工和使用。因此真正將生物基原料用于阻燃材料還任重道遠。選用來源豐富的生物基單體，通過便捷綠色的化學方法將其與阻燃元素相結合，賦予其作為優異的阻燃劑的性能是一條重要的途徑，對生物基阻燃劑的發展具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的是將常見的生物基材料與阻燃元素相結合，利用快速簡潔低毒的合成工藝制備了高產率的生物基含磷阻燃劑，并提供了一種磷-氮系生物基阻燃劑及其合成方法和應用。

具體的技術方案是：以生物基醛類及生物基胺類化合物或生物基醛類及常見的非生物基胺類化合物、或生物基胺類及非生物基醛類化合物為原料，與常見的含磷化合物一步法制備了生物基含磷氮阻燃劑，制備工藝簡便低毒，產率高，制備的生物基阻燃劑本身具有良好的熱穩定性，在很多聚合物體系中表現出優異的阻燃性能，并且對力學性能的犧牲比較小。

一種磷-氮系生物基阻燃劑及其合成方法，包括以下步驟：

1)室溫下，將原料1和原料2完全溶解于有機溶劑中，磁力攪拌均勻，升溫至25～100℃下反應2～24h；

2)保持當前反應溫度，將原料3加入至反應瓶中，待完全溶解后，在25～100℃下繼續反應4～24h。反應結束后，利用旋轉蒸發除去溶劑，用堿性溶液洗滌3次后，繼續用去離子水洗滌3次，干燥后得到產物。