基于氨基酸的磷系阻燃剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于氨基酸的磷系阻燃剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将氨基酸与碱溶于有机溶剂中，经过第一反应得到第一混合液；将所述第一混合液与醛类化合物混合，经过第二反应得到第二混合液；将所述第二混合液与含磷化合物混合，经过第三反应得到第三混合液；以及将所述第三混合液酸化，得到基于氨基酸的磷系阻燃剂。本发明专利技术的基于氨基酸的磷系阻燃剂不仅具备高阻燃效率，而且仍然保留有羧基等活性官能团，使得基于氨基酸的磷系阻燃剂仍然具有可反应性，在应用时能够与聚合物基体发生反应，实现与聚合物基体的结合，从而能够得到一种兼具优异阻燃性能与优异力学性能的聚合物复合材料。能的聚合物复合材料。能的聚合物复合材料。

【技术实现步骤摘要】
基于氨基酸的磷系阻燃剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及阻燃剂
，特别是涉及基于氨基酸的磷系阻燃剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氨基酸作为一类常见的小分子化合物，种类多样，是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，也是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，在食品医药、动物饲料、化妆品、生物化工及基因工程等领域中有广泛应用，但在阻燃领域中的应用较少。传统技术中有利用甘氨酸和三嗪环结合制备一种协效剂，用于聚丙烯膨胀阻燃体系，应用时，只需要添加1份的协效剂即可将传统膨胀阻燃剂的含量降低至17份，并使聚丙烯通过UL-94V0等级，氧指数也得到显著提高。由此可知，氨基酸在阻燃领域中有很好的应用前景，利用其结构的多样性，可以设计出不同结构的阻燃剂或协效剂，用于改善聚合物复合材料的阻燃性能。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对上述问题，提供一种具备高阻燃效率且仍然具有可反应性的基于氨基酸的磷系阻燃剂及其制备方法和应用。
[0004]一种基于氨基酸的磷系阻燃剂的制备方法，包括：
[0005]将氨基酸与碱溶于有机溶剂中，经过第一反应得到第一混合液；
[0006]将所述第一混合液与醛类化合物混合，经过第二反应得到第二混合液；
[0007]将所述第二混合液与含磷化合物混合，经过第三反应得到第三混合液；以及
[0008]将所述第三混合液酸化，得到基于氨基酸的磷系阻燃剂。
[0009]在其中一个实施例中，所述氨基酸包括酪氨酸、精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、丝氨酸、色氨酸中的至少一种。
[0010]在其中一个实施例中，所述醛类化合物包括苯甲醛、苯乙醛、乙醛、对苯二甲醛、乙二醛、丁二醛、香草醛、肉桂醛、葡萄糖、乙基香草醛、巴豆醛、异环柠檬醛、紫苏醛、糠醛、5-羟甲基糠醛中的至少一种。
[0011]在其中一个实施例中，所述含磷化合物包括9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、次磷酸、苯基次磷酸、乙基次磷酸、亚磷酸、亚磷酸二甲酯、亚磷酸二乙酯、亚磷酸二苯酯中的至少一种。
[0012]在其中一个实施例中，所述氨基酸与所述碱的摩尔比为1:0.5-1:8；
[0013]及/或，所述氨基酸与所述醛类化合物的摩尔比为1:0.5-1:8；
[0014]及/或，所述氨基酸与所述含磷化合物的摩尔比为1:0.5-1:8。
[0015]在其中一个实施例中，所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、乙醇钠、甲醇钠中的至少一种。
[0016]在其中一个实施例中，将所述第三混合液酸化时，pH保持在1-5。
[0017]本专利技术的制备方法中，利用氨基酸的氨基作为反应位点先与醛类化合物反应制备
得到席夫碱类化合物，然后再与含磷化合物发生加成反应，得到基于氨基酸的磷系阻燃剂，制备工艺简单，而且能有效降低有机合成过程中废水废液的产生。同时，制备得到的基于氨基酸的磷系阻燃剂不仅具备高阻燃效率，而且仍然保留有羧基等活性官能团，在应用时能够与基体发生反应，实现与基体的结合。
[0018]一种由上述制备方法得到的基于氨基酸的磷系阻燃剂。
[0019]在其中一个实施例中，所述基于氨基酸的磷系阻燃剂具有下述式(1)表示的骨架化合物，
[0020][0021]其中，为氨基酸的单元，R1为含磷化合物的单元，R2为醛类化合物的单元。
[0022]如上所述的基于氨基酸的磷系阻燃剂在聚合物复合材料中的应用。
[0023]本专利技术的基于氨基酸的磷系阻燃剂不仅具备高阻燃效率，而且仍然保留有羧基等活性官能团，使得基于氨基酸的磷系阻燃剂仍然具有可反应性，在应用时能够与基体发生反应，实现与基体的结合。同时，基于氨基酸的磷系阻燃剂还具有良好的热稳定性，与聚合物基体有很好的相容性，不仅能改善聚合物复合材料的阻燃性能，还能降低阻燃剂的加入对聚合物复合材料的综合性能的影响。
[0024]因此，将本专利技术的基于氨基酸的磷系阻燃剂应用于聚合物复合材料中时，可以使基于氨基酸的磷系阻燃剂与聚合物基体结合，不仅在低添加量下即可实现阻燃性能的显著提高，得到的聚合物复合材料拥有优异的阻燃性能及高氧指数，而且还能对聚合物复合材料的力学性能有显著的促进作用，得到聚合物复合材料还具有优异的力学性能。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备的基于酪氨酸的磷系阻燃剂的1HNMR谱；
[0026]图2为实施例1制备的基于酪氨酸的磷系阻燃剂的
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PNMR谱；
[0027]图3为实施例1制备的基于酪氨酸的磷系阻燃剂的红外光谱图；
[0028]图4为实施例1制备的基于酪氨酸的磷系阻燃剂的热失重曲线图，其中，a为基于酪氨酸的磷系阻燃剂在氮气氛围下的热失重曲线图，b为基于酪氨酸的磷系阻燃剂在空气氛围下的热失重曲线图；
[0029]图5为应用对比例1、应用实施例1和应用实施例2的环氧树脂复合材料在氮气下的热失重曲线图，其中，c为应用对比例1的环氧树脂复合材料在氮气下的热失重曲线图，d为
应用实施例1的环氧树脂复合材料在氮气下的热失重曲线图，e为应用实施例2的环氧树脂复合材料在氮气下的热失重曲线图。
具体实施方式
[0030]以下将对本专利技术提供的基于氨基酸的磷系阻燃剂及其制备方法和应用作进一步说明。
[0031]本专利技术提供的基于氨基酸的磷系阻燃剂的制备方法，包括：
[0032]S1，将氨基酸与碱溶于有机溶剂中，经过第一反应得到第一混合液；
[0033]S2，将所述第一混合液与醛类化合物混合，经过第二反应得到第二混合液；
[0034]S3，将所述第二混合液与含磷化合物混合，经过第三反应得到第三混合液；以及
[0035]S4，将所述第三混合液酸化，得到基于氨基酸的磷系阻燃剂。
[0036]步骤S1中，所述氨基酸包括酪氨酸、精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、丝氨酸、色氨酸中的至少一种。
[0037]另外，碱可以与氨基酸中的羧基反应生成一种基于氨基酸的羧酸盐，而且酸化即可重新得到羧基基团，所以，本专利技术将碱与所述氨基酸混合，溶于有机溶剂中进行第一反应，以保护氨基酸中的羧基基团。其中，所述氨基酸与所述碱的摩尔比为1:0.5-1:8，优选为1:0.5-1:4，所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、乙醇钠、甲醇钠中的至少一种，优选为氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇钠、甲醇钠中的至少一种。
[0038]在一个或多个实施例中，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、乙腈、1,4-二氧六环、丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷中的至少一种，优选使用甲醇、乙醇、异丙醇、三氯甲烷、二氯甲烷等更安全、环保的有机溶剂。
[0039]在一个或多个实施例中，所述第一反应在氮气等惰性气体的保护下进行，第一反应的温度控制在室温至80℃之间。
[0040]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氨基酸的磷系阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括：将氨基酸与碱溶于有机溶剂中，经过第一反应得到第一混合液；将所述第一混合液与醛类化合物混合，经过第二反应得到第二混合液；将所述第二混合液与含磷化合物混合，经过第三反应得到第三混合液；以及将所述第三混合液酸化，得到基于氨基酸的磷系阻燃剂。2.根据权利要求1所述的基于氨基酸的磷系阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述氨基酸包括酪氨酸、精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、丝氨酸、色氨酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述的基于氨基酸的磷系阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述醛类化合物包括苯甲醛、苯乙醛、乙醛、对苯二甲醛、乙二醛、丁二醛、香草醛、肉桂醛、葡萄糖、乙基香草醛、巴豆醛、异环柠檬醛、紫苏醛、糠醛、5-羟甲基糠醛中的至少一种。4.根据权利要求1所述的基于氨基酸的磷系阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述含磷化合物包括9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、次磷酸、苯基次磷酸、乙基次磷酸、亚磷酸、亚磷酸二甲酯、亚磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，孙晋皓，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：