[发明专利]一种应用于环氧树脂的生物质阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于环氧树脂的生物质阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂以1,3‑双(3‑氨基丙基)‑1,1,3,3‑四甲基二硅氧烷(BTDS)，9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物(DOPO)，醛类化合物为主要原料，通过两步反应制得，第一步，通过BTDS的‑NH2和醛类化合物的‑C＝O在一定条件下反应生成中间体；第二步，通过第一步所得中间体的‑HC＝N‑与DOPO的P‑H反应，得到一种含硅氧键和DOPO结构的生物质阻燃剂。本发明的优点：该阻燃剂结构单元中设计有Si‑O柔性结构，能够提高改性环氧树脂的韧性，赋予其良好的抗冲击性能；同时，结构中的P、N、Si等元素、DOPO和苯基刚性基团，又可赋予改性环氧树脂良好的热稳定和阻燃性能，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种应用于环氧树脂的生物质阻燃剂及其制备方法，特别涉及一种应用于环氧树脂的含硅氧键和DOPO结构的生物质阻燃剂及其制备方法，属于阻燃剂技术领域。

背景技术

热固性树脂具有优异的抗腐蚀性、尺寸稳定性、热力学性能等，表现出良好的综合功能，是近年来塑料和橡胶工业中不可或缺的组成。环氧树脂是特别具有代表性的热固性树脂，具有优良的耐化学性、介电性能、机械性能和粘结性等，可作为胶黏剂、涂料、电子封装材料、土建材料等，在电子、电气、机械制造、航天航空、汽车轨道、化学化工、建筑冶金等领域得到广泛应用。然而，环氧树脂不仅极易燃烧且存在韧性不足等缺点，制约了其发展和应用，因此，环氧树脂的阻燃改性是环氧树脂领域的研究热点，具有十分重要的意义。

通过向环氧树脂添加含卤阻燃剂可以有效改善环氧树脂的阻燃性能，但是含卤阻燃剂在燃烧过程中会释放有毒气体，导致环境污染和健康问题，因此无卤阻燃剂受到许多研究者的青睐。无卤阻燃剂由于其高效、低毒的特性，被广泛应用在聚合物或者高分子材料中，无卤阻燃剂改性的环氧树脂在燃烧过程中不会分解释放出有毒的卤化氢或有机卤化物，从而使生烟量和烟气毒性降低，对处在火灾之中的人们逃生创造了更大可能。无卤阻燃剂改性的环氧树脂在火灾现场中可降低或者阻止火灾的发生和蔓延，降低火灾对能源、资源的浪费以及生态环境的破坏，对减少火灾中人员伤亡和财产损失具有非常重要的实际意义。但是随着阻燃剂的添加却会因为分散不均，团聚等原因导致环氧树脂的力学性能下降，限制了环氧树脂在各种领域的应用。同时，随着阻燃剂研究的不断深入，以及人类对环境和资源危机等问题认识的不断深化，开发原料来源广泛，尤其是含有生物质等可再生资源，合成过程简便、无污染，且与环氧树脂分散性好，并且在赋予改性环氧树脂优异阻燃性能的同时，能够同时兼具优异热稳定和力学性能的阻燃剂是一个极具挑战的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种应用于环氧树脂的生物质阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂以醛类化合物(香草醛及其衍生物)为原料，是一种可再生的生物质材料，结构单元中设计有Si-O柔性结构，能够提高改性环氧树脂的韧性，赋予其良好的抗冲击性能；仲胺能参与环氧树脂的固化反应，提高阻燃剂与环氧树脂的相容性。同时，结构中的P、N、Si等元素、DOPO和苯基刚性基团，又可赋予改性环氧树脂良好的热稳定和阻燃性能。

本发明通过下述方案实现：一种应用于环氧树脂的生物质阻燃剂：所述阻燃剂的结构式如下：

其中，R＝3-羟基-4-甲氧基苯基或3-甲氧基-4-羟基苯基或3-甲氧基苯基。

一种应用于环氧树脂的生物质阻燃剂的制备方法，其按照下述步骤进行：

步骤一、将醛类化合物溶于有机溶剂，在一定温度条件下搅拌，缓慢滴加1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，滴加完毕后，在一定温度下反应一定时间，经蒸馏、洗涤、真空干燥即可得到中间体，反应方程式如下：

其中R＝3-羟基-4-甲氧基苯基、3-甲氧基-4-羟基苯基、3-甲氧基苯基；