一种刚性肉桂醛生物基阻燃剂的制备及应用制造技术

技术编号：40358989 阅读：7 留言：0更新日期：2024-02-09 14:45

本发明专利技术公开了一种刚性肉桂醛生物基阻燃剂及其制备方法和应用，使用生物基材料肉桂醛与对氨基苯腈反应，然后引入DOPO，合成富含芳环结构的刚性肉桂醛生物基阻燃剂PPABCA，并应用于阻燃环氧树脂复合材料的制备。本发明专利技术的优点在于：相较于目前商用阻燃剂添加量高且会劣化环氧树脂复合材料力学性能而言，PPABCA仅需添加1wt％即可使环氧树脂复合材料具有29.2％的极限氧指数；仅需添加3wt％即可使之达到UL‑94V‑0级的垂直燃烧等级和31.4％的极限氧指数，同时获得11.2％和13.8％的拉伸和弯曲强度提升；而当进一步添加PPABCA达到5wt％时其阻燃性能和力学性能还将进一步提升。本发明专利技术提供的阻燃剂以生物基材料为基体，绿色环保，添加量低，高效阻燃并能提升环氧树脂复合材料力学性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于阻燃高分子，具体涉及一种刚性肉桂醛生物基阻燃剂及其制备方法和应用。

技术介绍

1、环氧树脂(ep)是应用最广泛的热固性树脂之一，因其优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性等优点，已广泛应用于涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、电子封装和航空航天等领域。然而，环氧树脂的易燃性限制了它的进一步应用，因此提高环氧树脂的阻燃性能已成为研究热点。

2、随着煤炭和石油资源的大量消耗，以及污染性废气的排放，全球资源短缺和环境污染已成为可持续发展的瓶颈。发展清洁能源和减少环境污染已成为全球共识，国际社会已开始大力促进可再生资源的利用。因此，阻燃环氧树脂的研究趋向于无卤、高效阻燃、环保和可再生。许多研究人员开始关注阻燃环氧树脂整个生命周期中的绿色和环保问题，例如使用可再生的生物基原料、制造过程中的环保方式以及产品的可降解性或可重复使用性。

3、申请公布号为cn115594714a的专利文件，公开了“一种以植酸为底板的生物基阻燃剂绿色制备方法及应用”，其中以植酸为原材料制备了一类含有磷、氮等阻燃元素的生物质材料，克服了卤素类阻燃剂在绿色和环保方面的缺陷，但其制备流程较为复杂，且危险性较高，不宜扩大生产。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。

3、本专利技术的其中一个目的是提供一种刚性肉桂醛生物基阻燃剂的制备方法，本专利技术所述的刚性肉桂醛生物基阻燃剂是一种以生物基材料为基体的富含磷、氮元素的阻燃剂，阻燃效果优异，制备过程相对简单且对环境友好。

4、为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca，其化学结构式如式i所示：

5、

6、本专利技术的另一个目的是提供含所述刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca的环氧树脂复合材料的制备方法，包括：

7、(1)首先将肉桂醛在氮气氛围下溶解到无水乙醇中，再加入对氨基苯腈在氮气氛围下搅拌反应，搅拌温度为75～85℃，搅拌时间为2～3h；

8、(2)将9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(dopo)在氮气氛围下加入到上述溶液中继续搅拌反应，搅拌温度为80～90℃，搅拌时间为2～3h，然后真空抽滤并洗涤干燥得到中间产物；

9、(3)将步骤(2)中得到中间产物溶于冰醋酸，然后加入dopo并搅拌反应，搅拌温度为105～115℃，搅拌时间为4～6h；

10、(4)对步骤(3)中反应后的溶液使用溶剂沉淀法沉淀和离心得到粗产物；

11、(5)将步骤(4)中粗产物加入到乙醇中进行提纯，然后真空抽滤并洗涤干燥得到最终产物刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca。

12、优选的是，所述步骤(1)中肉桂醛与无水乙醇的质量体积比为1.4～2.8g∶100～150ml；对氨基苯腈与肉桂醛的质量比为1.2～2.4∶1.3～2.6。

13、优选的是，所述步骤(2)中dopo与肉桂醛的质量比为2.2～4.4∶1.3～2.6。

14、优选的是，所述步骤(3)中中间产物与冰醋酸的质量体积比为4.5～8.9g∶150～200ml；dopo与中间产物的质量比为4.3～8.6∶4.5～8.9。

15、优选的是，所述步骤(4)中所用沉淀剂为去离子水且沉淀剂与反应后的溶液的体积比为100～150∶100～150。

16、(6)将所述的刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca研磨过筛，加入到环氧树脂中搅拌均匀，再加入固化剂搅拌至均匀，固化成型得到阻燃环氧树脂复合材料。

17、优选的是，步骤(6)中所述固化剂包括4，4二氨基二苯甲烷、4，4二氨基二苯醚、乙二胺、二氰二胺、二氨基二苯砜中的一种。

18、优选的是，步骤(6)中所述环氧树脂、固化剂和刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca的质量比为90～110∶24～26∶5～7。

19、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：

20、本专利技术提供了一种刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca，结构式如式i所示，结构中包含dopo结构同时含有氮元素，燃烧时磷氮协同的阻燃作用使其具有优异的阻燃效果。另外，本专利技术的刚性肉桂醛生物基阻燃剂原料可再生，无卤无毒绿色环保。利用本专利技术合成的刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca制备的环氧树脂复合材料，相较于纯环氧树脂，由于富含刚性芳环结构具有更强的力学性能。

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【技术保护点】

1.一种刚性肉桂醛生物基阻燃剂PPABCA，其特征在于：其化学结构式如式I所示：

2.如权利要求1所述的刚性肉桂醛生物基阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括：

3.如权利要求1所述的刚性肉桂醛生物基阻燃剂PPABCA在环氧树脂复合材料制备中的应用，其特征在于：将所述的刚性肉桂醛生物基阻燃剂PPABCA研磨过筛后加入环氧树脂中搅拌均匀，再加入固化剂搅拌均匀，固化成型得到阻燃环氧树脂复合材料。

4.如权利要求3所述的应用，其特征在于：所述固化剂包括4，4二氨基二苯甲烷、4，4二氨基二苯醚、乙二胺、二氰二胺、二氨基二苯砜中的一种或多种，且所述环氧树脂、固化剂和刚性肉桂醛生物基阻燃剂的质量比为90～110∶24～26∶5～7。

【技术特征摘要】

1.一种刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca，其特征在于：其化学结构式如式i所示：

2.如权利要求1所述的刚性肉桂醛生物基阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括：

3.如权利要求1所述的刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca在环氧树脂复合材料制备中的应用，其特征在于：将所述的刚性肉桂醛生物基阻燃剂ppabca研磨过...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻源，宋楠楠，陈婷婷，杨博然，蒋军成，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：

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