一种植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于阻燃材料，具体涉及一种植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统卤系阻燃剂（如多溴联苯醚、四溴双酚a等）虽然阻燃效率高、成本低廉，但燃烧时会释放二噁英、呋喃等剧毒、持久性有机污染物，已被《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》和欧盟reach法规严格限制或禁止使用。在此背景下，无卤、低毒、低烟、环境友好的绿色阻燃剂成为阻燃领域的研究热点。植酸（pa），又称肌醇六磷酸，分子中含有六个磷酸基团，是已知生物质材料中磷含量最高的品种之一。植酸受热分解产生磷酸、焦磷酸和多聚磷酸，能够催化聚合物脱水炭化形成致密的炭化保护层，同时其分解产生的含磷自由基可捕获燃烧链式反应中的活性自由基，实现气相阻燃。

2、现有技术公开了一种生物基磷氮系阻燃剂及其制备方法和应用，所合成的阻燃剂含n高达23.0%，含p量高达12.7%，作为添加型阻燃剂添加到高分子材料中进行阻燃改性，对基体材料的力学性能影响小，且通过阻燃剂磷、氮元素协同阻燃作用，提高对高分子材料的阻燃效果，减少了阻燃剂在高分子材料的使用量，降低阻燃材料的成本。但是现有生物基阻燃剂，要么损害材料的力学性能，要么存在阻燃效率不足、与基体相容性差等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂及其制备方法和应用，以解决现有植酸基阻燃剂阻燃效率不足、与基体相容性差等技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂，所述阻燃剂由pa与n-氨基苯并三氮唑（atz）通过化学反应所得，其结构中包含源自植酸的磷酸根基团和源自n-氨基苯并三氮唑的胺基团，化学结构如下式所示：

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4、本发明公开了上述含有生物基植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂的制备方法，其工艺简单，易于规模化量产，设备投资少，成本低廉。

5、优选的，所述阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

6、（1）将苯并三氮唑与氢氧化钾溶解于水和乙醇的混合溶液中，在冰水浴条件下分批加入羟胺邻磺酸，于45 ℃反应3 h，经提纯得到n-氨基苯并三氮唑；

7、（2）将步骤（1）所得n-氨基苯并三氮唑溶解于水和乙醇的混合溶液中，在搅拌条件下将植酸的乙醇溶液缓慢滴加至反应体系中，控制滴加时间在45 min内完成，于60 ℃反应5 h，经旋蒸除去溶剂，得到植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂。

8、优选的，步骤（1）中苯并三氮唑的化学结构如下式所示：

9、

10、优选的，步骤（1）水和乙醇溶液的用量分别为40 ml和20 ml

11、优选的，步骤（1）中苯并三氮唑、氢氧化钾与羟胺邻磺酸的摩尔比为1:8.9:2.6。

12、优选的，步骤（1）中羟胺邻磺酸用量为5.9 g （52.0 mmol），分10批次，每次间隔2min 投入到三口烧瓶中。

13、优选的，步骤（1）中所用的提纯方法包括以下步骤：抽滤，所得母液，用 50 ml 乙酸乙酯萃取 3 次，用无水硫酸镁干燥有机相，旋蒸，得黄色固体。

14、优选的，步骤（2）中）水和乙醇溶液的用量分别为90 ml和20 ml。

15、优选的，步骤（2）中n-氨基苯并三氮唑与植酸的摩尔比为6:1。

16、优选的，所述阻燃剂可溶于水、乙醇和二甲基亚砜，不溶于氯仿。

17、优选的，将所述阻燃剂与双酚a型环氧树脂和聚酰胺树脂混合固化，所述阻燃剂的添加量为环氧树脂和聚酰胺树脂总质量的0-30%。

18、本发明的技术效果和优点：（1）本发明提供的植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂为生物基来源，无卤、低毒、环境友好，符合绿色可持续发展要求；（2）阻燃剂中磷、氮元素含量高，即含n高达23.0%，含p量高达12.7%，两种元素协同作用，在气相中释放含磷自由基捕获燃烧链式反应中的活性自由基，同时分解释放nh3、n2等不燃气体稀释氧气浓度；在凝聚相中催化聚合物基体脱水炭化，形成致密的石墨化膨胀炭层，发挥物理屏障作用，实现高效阻燃；（3）制备制备简单，设备投资少低，易于工业化生产；（4）当阻燃剂添加量为30%时，环氧树脂复合材料的极限氧指数（loi）达到32.8%，较纯树脂（约19%）大幅提升；（5）当阻燃剂添加量为20%时，复合材料表现出与纯树脂相当且更优的力学性能。

1.一种植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂，其特征在于，该化合物的结构如下图所示：

2.如权利要求1所述一种植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂的制备方法，其特征在于，n-氨基苯并三氮唑的水和乙醇溶液的用量分别为40 ml和20 ml。

4.根据权利要求2所述一种植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂的制备方法，其特征在于，氨基苯并三氮唑的结构如下式所示：

5.根据权利要求4所述的氨基苯并三氮唑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所用溶剂水和乙醇的量分别为90 ml和20 ml。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，羟胺邻磺酸用量为5.9  g （52.0mmol），分10批次，每次间隔2 min 投入到三口烧瓶中。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，反应结束后，待自然冷却，进行提纯包括以下步骤：

9.权利要求1所述植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂作为阻燃剂的应用其特征在于，将聚合物固化体系与权利要求1所述植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂混合后固化，得到聚合物阻燃材料。

10.根据权利要求9所述聚合物阻燃材料，其特征在于，所述含有植酸-氨基苯并三氮唑阻燃剂的用量为5～30wt%。