[发明专利]一种基于核苷酸的阻燃微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种基于核苷酸的阻燃微球及其制备方法和应用。阻燃微球的结构式如式(1)所示。该方法是将三聚氰胺与含醛基的化合物调节PH值至8～13，反应得到含有羟基的预聚液；将核苷酸溶于去离子水中，加入分散剂聚乙烯醇，升温到30～90℃，搅拌1～5h，得到核苷酸溶液；将预聚液滴加到核苷酸溶液中，调节pH值至1～6，30～90℃下反应1～8h，分离得到阻燃微球；最后将阻燃微球浸渍于硅烷偶联剂溶液中，对微球表面的活性基团进行功能化处理。本发明阻燃微球原料来源于生物材料，减少了对石化等不可再生资源的消耗，同时该阻燃微球属于非卤体系，减少了材料燃烧过程中的二次危害，属于环境友好型绿色环保阻燃剂。

技术领域

本发明涉及生物基阻燃剂及其制备方法，具体涉及一种基于核苷酸的阻燃微球及其制备方法和应用，尤其是在阻燃高分子材料中的应用。

背景技术

高分子材料的应用日益广泛，成为与人们物质生活息息相关、不可或缺的材料之一。但是，由于本身结构的原因，大部分高分子材料都是易燃的，因此在给人们生活带来便利的同时，却隐藏着火灾安全隐患。赋予材料阻燃性能是国际上通用的预防火灾事故的重要手段，可以避免火灾的发生或者起码起到阻滞燃烧、延缓火灾蔓延、争取逃生和救援时间等作用，对保护人类的生命财产安全具有重要意义。

通过向聚合物材料中加入阻燃剂，或者通过在聚合物主链中引入阻燃基团可以降低聚合物的可燃性。现有的阻燃剂可以粗略地分为卤系阻燃剂和无卤阻燃剂。卤系阻燃剂因其高性价比，相容性好，操作简单等优点被广泛使用，虽然可以很好地改善材料的阻燃性能，但其在使用过程中会伴随着有毒和腐蚀性气体的产生，对人类造成二次伤害。另外，有资料表明部分卤系阻燃材料在燃烧过程中会产生二噁英，具有生物累积性，对环境和地球上的生物危害性大。因此，发展无卤阻燃剂是阻燃技术发展的趋势。在所有的阻燃剂中，膨胀型阻燃剂(IFR)由于在使用过程中不会释放有毒气体、对环境友好等原因，成了人们研究的热点。IFR在燃烧过程中可以在材料表面形成膨胀炭层，起到隔热、隔氧、抑烟的作用，从而使火焰熄灭。IFR一般由酸源、碳源、气源三部分构成。虽然研究得很多，但是仍然存在很多缺点，如效率不高，耐水性差等。因此，目前人们仍在致力于开发综合性能更为优越的新型IFR体系。

基于环境、资源的考虑，开发环境友好、来源广泛的生物基IFR是一种好的解决方案。其中研究最多的是采用淀粉、纤维素、环糊精、壳聚糖等多羟基物质作为IFR的炭源。虽然有一定的效果，但是阻燃效率远低于非生物基的IFR。而且关于天然酸源和气源的研究比较少。最近，意大利的Jenny Alongi等(J.Mater.Chem.A,2013,1,4779-4785)研究了鲱鱼的脱氧核糖核酸(DNA)对棉纤维的阻燃作用，结果表明浸渍了DNA的棉纤维的极限氧指数由18％提升到28％，阻燃性能有了较大的改善。Cuttica F.等(Current Organic Chemistry,2015,18(12):1651-1660)将DNA应用于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)的阻燃中，添加了DNA的EVA材料最大释热峰降低了40％，CO和CO₂的释放量分别降低了40％和50％，在改善EVA阻燃性能的同时，降低了材料的生烟量。这些研究表明，DNA具有作为阻燃剂的潜力，但是其价格昂贵，目前主要是作为营养品或生物实验用品，将其做为阻燃剂使用成本太高，不利于工业化。

核苷酸是自然界构成生物体的基元，一般由磷酸、五碳糖、碱基三部分组成，其中磷酸基团可作为酸源，五碳糖可作为碳源，碱基可作为气源。因此其具备了作为IFR的基本成分。而且核苷酸是一种普通的生化原料，价格便宜，具有很好的工业化前景。但是核苷酸热稳定性不好，易溶于水，因此无法直接作为阻燃剂使用。

本专利以核苷酸作为单体，通过化学反应对其进行改性，制备了具有梯度交联结构的阻燃微球，提高了其热稳定性和耐水性，并对其端基进行处理，获得功能性表面，使其可以作为阻燃剂或协同剂用于高分子材料的阻燃。目前国际上尚无对基于核苷酸阻燃微球的制备及应用的研究报道。

发明内容