[发明专利]生物基无卤阻燃剂、其制备及无卤阻燃水性丙烯酸涂料

说明书

本发明公开了生物基无卤阻燃剂、其制备及无卤阻燃水性丙烯酸涂料，其中所述生物基无卤阻燃剂的制备方法包括：将壳聚糖通过对羟基苯甲醛在一定条件下进行改性，获得改性壳聚糖；将所述改性壳聚糖与DOPO在一定条件下进行亲核加成反应，获得所述生物基无卤阻燃剂。本发明的阻燃剂与涂料相容性佳，性质稳定、不易水解和迁移，能获得具有优异性能的水性丙烯酸涂料。

技术领域

本发明涉及阻燃涂料的技术领域。

背景技术

在阻燃水性丙烯酸涂料的开发中，早期广泛使用的卤素类阻燃剂具有阻燃效率高、用量少、价格低的显著优点，但卤素类阻燃剂燃烧时会释放出有毒气体，对人的身体造成危害。因此，开发一种高性能的无卤阻燃水性丙烯酸涂料显得尤为重要。

目前制备无卤阻燃水性丙烯酸涂料主要方式是添加无机阻燃剂，比如氢氧化铝/氢氧化镁，聚磷酸铵，膨胀石墨等。如中国专利申请CN 104449136 A公布了一种阻燃耐磨改性丙烯酸涂料及其制备方法，其将无机阻燃剂氢氧化镁，三氧化二锑与有机蒙脱土复配使用，同时配合耐磨助剂，制备了一种阻燃性能优异且耐磨性好的丙烯酸涂料。但该方法中无机阻燃剂的用量过大，一方面使得加工过程难以进行，另一方面也会使得涂料的综合性能尤其是涂料成膜之后的力学性能变差。或如中国专利申请CN 109251615 A公布了一种高水性阻燃丙烯酸涂料及其制备方法，其将聚磷酸铵作为无机阻燃剂加入到丙烯酸涂料中，制得了综合性能良好的阻燃涂料。但该方法中，由于其氢键的作用，聚磷酸铵具有极大的吸湿性，从而改变了基材的渗透性能，使得在湿度较大的情况下，材料往往会被水蒸气腐蚀，进一步导致基材中聚磷酸铵溶解并向外迁移，造成材料性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的生物基无卤阻燃剂，及添加有该阻燃剂的无卤阻燃水性丙烯酸涂料与它们的制备方法。所述阻燃剂与涂料相容性佳，性质稳定、不易水解和迁移，能在较少的用量下获得具有优良阻燃性能、加工性能和力学性能的丙烯酸水性涂料。

本发明首先提供了如下的技术方案：

生物基无卤阻燃剂的制备方法，其包括：

获得壳聚糖的溶胀物；

将对羟基苯甲醛的有机溶液加入所述溶胀物中，在50-70℃反应3-10h，得到对羟基苯甲醛改性壳聚糖；

将所述对羟基苯甲醛改性壳聚糖与9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物在有机溶剂内于70-90℃反应4-10h，得到所述生物基无卤阻燃剂；

其中，所述壳聚糖与所述对羟基苯甲醛的物质的量之比为1:(1-1.1)，所述对羟基苯甲醛改性壳聚糖和所述9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的物质的量之比为1:(1-1.1)。

根据本发明的一些优选实施方式，所述壳聚糖的溶胀物通过将所述壳聚糖与甲醇混合溶胀获得。

根据本发明的一些优选实施方式，所述壳聚糖与所述甲醇的固液比为0.1-1.0mmol/mL。

根据本发明的一些优选实施方式，所述对羟基苯甲醛的有机溶液通过将所述对羟基苯甲醛溶于甲醇中获得。

根据本发明的一些优选实施方式，所述有机溶剂为无水乙醇。

根据本发明的一些优选实施方式，所述壳聚糖的重均分子量为50000-100000。

本发明进一步提供了上述制备方法获得的生物基无卤阻燃剂。

该无卤阻燃剂通过壳聚糖上带有的伯胺进行席夫碱反应，生成双键后再与9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)进行亲核加成反应得到，通过该反应，在壳聚糖中引入了苯环等侧基基团，大大提高了壳聚糖的热稳定性能，使之能够更好的与DOPO进行配合，进一步促进了阻燃效率的提高，且合成的阻燃剂为无卤生物基阻燃剂，阻燃效率高且环保。