[发明专利]一种磷-氮系生物基阻燃剂及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种磷‑氮系生物基阻燃剂及其合成方法和应用，该方法包括：室温下，将原料1完全溶解于有机溶剂中，将原料2加入其中后，磁力搅拌均匀，升温至25～100℃下反应2～12h；保持当前反应温度，将含磷原料3加入至反应瓶中，待完全溶解后，在25～80℃下继续反应4～12h。本发明合成工艺简便、污染小、毒性低，后处理简单，产率和纯净度十分高，得到的磷‑氮系生物基阻燃剂为熔点化合物，具有良好的加工性能以及优异的阻燃效率，不仅能够在环氧树脂中取得优异阻燃效果，同时在聚酯类聚合物(聚乳酸)中也有很好的应用，能显著提高聚乳酸的UL‑94等级和氧指数，并对阻燃复合材料的热稳定性及力学性能影响不大。

技术领域

本发明涉及阻燃剂合成及应用技术领域，具体涉及一种磷-氮系生物基阻燃剂及其合成方法和应用。

背景技术

随着石油危机和环境问题不断加剧，生物基材料得到了越来越广泛的关注，在包装、运输、电子器件等日常生活领域以及航天航空、生物技术等特种领域中都有十分重要的应用。生物基材料是通过可再生原料通过生物转化获得的高分子材料或小分子化合物，主要包括生物基平台化合物、生物塑料、功能糖产品、木塑复合材料等，已经实现了在不同领域中的功能化应用。其中，将生物基材料应用于阻燃领域已经成为现今阻燃剂发展的一个重要方向。将生物基材料与阻燃元素相结合制备得到的生物基阻燃剂，不仅能够显著地改善以往阻燃剂对石油资源的依耐性，减少对资源的负担，降低使用成本，提高阻燃剂的可持续性，还能够有效降低阻燃剂的使用对环境造成的污染，实现阻燃剂朝绿色环保的可持续方向发展，相关的研究报道已经有很多。当前的研究工作集中于对天然大分子的阻燃改性和基于生物基单体合成一些具有阻燃功能的中间体或阻燃剂。如纤维素在通过POSS修饰、含磷硅烷改性、纳米化后不仅能显著改善其热稳定性，满足加工需求，还能够显著提高纤维素的成炭质量，能够很好地应用于膨胀阻燃体系中；而通过曼尼希反应改性的木质素(如采用甲醛和尿素、甲醛与二乙醇胺等)也表现出了较好的热稳定性，能显著提高塑料的热稳定性；经过磷酸酯塑化、含磷改性等处理的淀粉在阻燃领域中也得到了广泛的应用；而来源于淀粉的环糊精也在经过如金属离子配位、微胶囊化、纳米化及含磷接枝等改性后也成为了优异的成炭剂或协效剂，在阻燃领域有很好的应用前景。当然，利用小分子生物基化合物如衣康酸、柠檬酸、香草醛、蓖麻油、植酸、葡萄糖、茶皂素、糠胺、氨基酸等经过阻燃元素化学改性或层层自组装等方式均能够制备得到阻燃效率较高的新型阻燃剂，在塑料阻燃改性中均表现出优异阻燃效果，是生物基阻燃剂发展的一个重要方向。

虽然基于生物基原料的阻燃剂和阻燃材料受到了广泛的关注，但是有的制备方法比较复杂，有的产物的性能不够优异，尤其是以多糖类单体制备的阻燃剂耐热性不好，部分易溶于水，不利于后期的加工和使用。因此真正将生物基原料用于阻燃材料还任重道远。选用来源丰富的生物基单体，通过便捷绿色的化学方法将其与阻燃元素相结合，赋予其作为优异的阻燃剂的性能是一条重要的途径，对生物基阻燃剂的发展具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是将常见的生物基材料与阻燃元素相结合，利用快速简洁低毒的合成工艺制备了高产率的生物基含磷阻燃剂，并提供了一种磷-氮系生物基阻燃剂及其合成方法和应用。

具体的技术方案是：以生物基醛类及生物基胺类化合物或生物基醛类及常见的非生物基胺类化合物、或生物基胺类及非生物基醛类化合物为原料，与常见的含磷化合物一步法制备了生物基含磷氮阻燃剂，制备工艺简便低毒，产率高，制备的生物基阻燃剂本身具有良好的热稳定性，在很多聚合物体系中表现出优异的阻燃性能，并且对力学性能的牺牲比较小。

一种磷-氮系生物基阻燃剂及其合成方法，包括以下步骤：

1)室温下，将原料1和原料2完全溶解于有机溶剂中，磁力搅拌均匀，升温至25～100℃下反应2～24h；

2)保持当前反应温度，将原料3加入至反应瓶中，待完全溶解后，在25～100℃下继续反应4～24h。反应结束后，利用旋转蒸发除去溶剂，用碱性溶液洗涤3次后，继续用去离子水洗涤3次，干燥后得到产物。