[发明专利]一种高效含呋喃环生物基阻燃剂及其合成方法和应用

说明书

本发明公开一种高效含呋喃环生物基阻燃剂及其合成方法和应用。本发明以生物基含呋喃环化合物和含磷化合物为原料，惰性气体保护下制备了含呋喃环生物基阻燃剂。本发明含呋喃环生物基阻燃剂对基体树脂的热稳定性影响甚小，还能够显著改善基体树脂的结晶性能，提高材料的力学强度和模量；将其应用于聚合物中，不仅具备十分高效的阻燃效率，少量添加即能达到阻燃目的，缓解阻燃复合材料的热力学性能的损失，还能显著促进聚合物基体的结晶，提高其结晶速率，对复合材料的力学性能有显著提高。本发明通过含呋喃环生物基阻燃剂催化聚乳酸降解，以分子链断裂形成低分子量齐聚物的方式为主，以熔滴的形式将燃烧过程中的热量带走，达到阻燃的目的。

技术领域

本发明涉及阻燃剂合成及应用技术领域，具体涉及一种高效含呋喃环生物基阻燃剂及其合成方法和应用。

背景技术

高分子材料因性能优异，在电子通信、建筑工业、机械制造、航空航天以及日常生活等领域中均有广泛的应用。但是，高分子材料因其本身结构等因素大都易燃，易引发火灾，造成人身财产的重大损失。因此，对高分子材料阻燃剂的开发研究迫在眉睫。

目前，阻燃剂的开发和应用得到了极大的发展，形成了多元化的阻燃技术。早期阻燃剂的发展主要以无机阻燃剂和卤素阻燃剂的开发为主，但无机阻燃剂的阻燃效率低，需要大量填充才能实现阻燃，严重影响材料的其他性能，而卤素阻燃剂则会造成严重的环境问题，产生大量诸如二噁英等有毒气体及浓烟，对人体有严重危害。因此，开发高效的绿色无卤阻燃剂是阻燃技术发展的必然趋势。其中，磷、氮系阻燃剂热稳定性良好，发烟量小，毒性低，对环境影响微小，能完全替代传统阻燃剂在高分子材料中的应用，但是仍然无法有效缓解能源危机和环境问题。因此，目前阻燃技术发展的一个重要方向就是将生物基材料与磷、氮等阻燃元素相结合制备生物基阻燃剂，能完全符合阻燃剂绿色环保的可持续发展的战略要求。而随着能源危机和环境问题的不断加剧，生物基材料作为一种可再生的绿色环保材料得到了人们的广泛关注，其具有来源广泛、价格相对低廉、低毒以及可持续性强的优点，是一种制备高效绿色环保的阻燃剂的理想原料。其中，含呋喃环的生物基化合物是一种常见的化合物，能够从天然化合物诸如淀粉、纤维素等中发酵制备，是一种优秀的生物基材料，不仅具备生物基材料的一般优点，还拥有优异的成炭性能、良好的反应性以及能替代苯环的刚性环结构，是化工合成中优异的起始化合物，将其与磷、氮等阻燃元素相结合能够有效缓解石化资源的使用，降低对环境的压力，并有望替代目前已有的基于石化资源的含磷阻燃剂在高分子材料中广泛应用。

发明内容

本发明的一个目的是解决传统阻燃剂对石化资源的依耐性、阻燃效率低、毒性大以及危害环境等问题，利用生物基材料与阻燃元素磷相结合制备生物基阻燃剂，提供了一种高效含呋喃环生物基阻燃剂。该阻燃剂不仅能使高分子材料具备优异的阻燃性能，同时能显著促进高分子材料结晶，提高材料的结晶性能，在高分子材料的阻燃和结晶中均取得了优异效果。

本发明高效含呋喃环生物基阻燃剂的分子结构式如下式(1)或式(2)：

其中，R为-CH₂-、-CH₂NH-、-CH₂O-、-CHOH-、-S-、-OH、-O-Ph、-Ph-、-C(OH)CH₃- 中的一种，R₁为-O-Ph-、-O-Ph、-Ph-、Ph-、-OH、-H中的一种，R₁’为-O-Ph-、-O-Ph、-Ph-、Ph-、-OH、-H、中的一种，R₂为-CH₂OH、 -H、-COCH₃、-CHO、中的一种。

本发明的另一个目的是提供上述高效含呋喃环生物基阻燃剂的合成方法，以生物基含呋喃环化合物和含磷化合物为原料，惰性气体保护下制备了含呋喃环生物基阻燃剂，具体包括以下步骤：

步骤(1)、将含呋喃环化合物与缚酸剂溶解分散在第一有机溶剂中，磁力搅拌均匀，在-20℃～40℃惰性气体保护下将含磷化合物的第一有机溶剂溶液缓慢滴加，控制滴加速度；