[發明專利]一種生物基反應型阻燃劑、阻燃水性聚氨酯乳液及制備方法

有效

• 申請號: 202110698211.7
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113354680B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 顧麗敏;史亞楠;葛艷蕊;薛穎超
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: C07F9/117
• 分類號: C07F9/117;C07D251/56;C07C51/41;C07C59/10;C08G18/38
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 李坤

本發明涉及阻燃材料技術領域，具體公開一種生物基反應型阻燃劑、阻燃水性聚氨酯乳液及制備方法。所述生物基反應型阻燃劑是由摩爾比為0.3?2:1:2?8的2,2?二羥甲基丙酸、植酸和含氮化合物反應制備得到，其貯存穩定性好，成炭率高，阻燃性能穩定。將其作為硬段阻燃擴鏈劑對水性聚氨酯進行化學改性，可使水性聚氨酯具有良好的阻燃性和耐熱性，得到力學性能和阻燃性能俱佳的生物基阻燃聚氨酯材料，極限氧指數可達29.5％，UL?94燃燒等級可達v?0級，殘炭率可達15％，拉伸強度可達到13MPa以上；且原料來源及制備工藝綠色環保，符合“碳中和”的發展趨勢以及持續化發展的要求，具有較高的推廣應用價值。

技術領域

本發明涉及阻燃材料技術領域，尤其涉及一種生物基反應型阻燃劑、阻燃水性聚氨酯乳液及制備方法。

背景技術

隨著人們環保意識的增強，綠色環保型的生物基阻燃劑得到了廣泛的關注。采用自然界存在的生物基材料作為阻燃劑符合綠色環保戰略的要求，也是實現材料可持續發展的必然途徑。目前常用的可作為生物基阻燃劑的材料有淀粉、殼聚糖、纖維素及半纖維素、環糊精、植酸等，但是，天然的生物基原料具有耐熱性差、阻燃效率低等諸多缺點，阻礙了其在阻燃劑領域的應用。

由于植酸的高磷含量(28wt％)，使其可用于制備阻燃性能優異的含磷阻燃劑。因此，近年來，植酸吸引了眾多阻燃劑領域科研工作者的關注，國內外很多研究者以植酸為基體材料進行化學改性，以制備高效阻燃的生物基阻燃劑。有報道，以植酸和鳥苷為原料合成了一種新型的生物基阻燃劑PA-GU，當PA-GU的添加量為10wt％時，復合材料的燃燒等級達到V-2級，極限氧燃指數(LOI)提高到10％。還有報道，采用殼聚糖和質酸銨以逐層沉積的方法在棉織物表面制備了一種全生物基涂層，經處理后的棉織物在垂直燃燒試驗中自滅，織物的防火安全性得到明顯提高。目前國內外對生物基阻燃劑的研究取得了一定的成果，在一定程度上提高了生物基阻燃劑的阻燃性能，但是，仍然存在與基材相容性差，制備工藝復雜，成本高，阻燃效果也有待進一步提高的問題。

發明內容

針對現有技術中生物基阻燃劑與基材相容性差、制備工藝復雜以及阻燃性有待進一步提高的問題，本發明提供一種生物基反應型阻燃劑、阻燃水性聚氨酯乳液及制備方法。本發明通過以植酸、含氮化合物和2,2-二羥甲基丙酸為原料，合成了生物基反應型氮磷協效阻燃劑，其可用于化學阻燃改性水性聚氨酯，顯著提高水性聚氨酯的阻燃性能。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

一種生物基反應型阻燃劑，其原料包括摩爾比為0.3-2:1:2-8的2,2-二羥甲基丙酸、植酸和含氮化合物。

相對于現有技術，本發明提供的生物基反應型阻燃劑，選擇植酸作為基材，通過2,2-二羥基丙酸、植酸與三聚氰胺反應制備得到二羥甲基丙酸三聚氰胺植酸鹽，其貯存穩定性好，成炭率高，阻燃性能穩定；同時，其分子結構中含有1個-COO^-和2個-OH，具有較高的反應活性，是一種反應型阻燃劑，可作為阻燃改性劑對水性聚氨酯進行硬段阻燃擴鏈改性，顯著提高水性聚氨酯的阻燃性能；同時，阻燃劑的原料來自于植物，符合“碳中和”的發展趨勢，具有廣闊的發展前景。

優選的，所述含氮化合物為三聚氰胺或尿素。

優選的，所述2,2-二羥甲基丙酸、植酸和含氮化合物的摩爾比為0.5-1.5:1:6-8。

進一步優選的，所述2,2-二羥甲基丙酸、植酸和含氮化合物的摩爾比為1:1:7。

優選的摩爾比有利于使各組分充分反應，提高二羥甲基丙酸三聚氰胺植酸鹽的收率。

優選的，所述生物基反應型阻燃劑的制備方法包括如下步驟：

步驟一、按照設計配比稱取各組分，將稱取的2,2-二羥甲基丙酸、植酸和含氮化合物分別加入去離子水中，得2,2-二羥甲基丙酸分散液、植酸分散液和含氮化合物分散液；