[发明专利]一种全生物基芳基二胺阻燃剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种全生物基芳基二胺阻燃剂及其制备方法与应用，所述的全生物基芳基二胺阻燃剂的结构如式I所示，其制备方法为木质素氧化解聚单体化合物与生物基酮类化合物经羟醛缩合反应得到偶联双酚类化合物，偶联双酚类化合物经酚羟基胺化反应得到生物基芳基二胺，二胺化合物再与9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物发生加成反应引入芳环结构，再与二氯磷酸苯酯发生溶液缩聚反应得到全生物基芳基二胺阻燃剂。本发明的产品可用于替代传统二胺类阻燃剂用于阻燃聚氨酯硬质泡沫和阻燃酚醛泡沫的制备，提高了聚氨酯泡沫材料和酚醛泡沫材料的热稳定性和阻燃性能。

技术领域

本发明属于生物基高分子材料领域，具体涉及一种全生物基芳基二胺阻燃剂及其制备方法与应用。

背景技术

木质纤维素生物质被认为是可再生的替代碳源，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。木质素是一种不规则的芳香族生物聚合物，占木质纤维素生物量的15％-30％，是陆生植物细胞壁的组成部分。木质素具有芳香结构，因此被认为是一种相当可观芳香性化合物来源的可再生碳源。但木质素的利用一直局限于能量回收，大多数生物炼制过程降解木质素，包括不稳定的醚键断裂和反应中间体通过断键缩合形成C-C键，合成的降解木质素由于难以解聚，通常被焚烧来产生热量和电力。近年来，研究者们一直在努力寻找合适的可再生原料来生产聚合物。特别是，木质素单体生物基聚合物的开发获得了极大的兴趣。

在木质素处理方法中，通过碱催化进行氧化解聚，将其加工成芳香醛、香草醛和丁香醛是一种值得关注的方法。这些物质在制药、食品和香料工业中都有广泛的应用。香草醛用于生产罂粟碱、氟替伐齐特和左旋多巴，丁香醛可用于合成三甲氧基苯甲醛、甲氧苄啶等药物，对羟基苯甲醛用于聚合物合成和化学工业的其他分支。通过氧化木质素磺酸盐生产香兰素的方法占到了香兰素生产市场的80％。开发从木质素氧化降解产物香草醛等化合物与糖平台生物发酵产物进行结构修饰改性，开发制备全生物基功能性材料具有重要的意义。

含有氮元素的磷酸酯具有良好的膨胀阻燃作用，其中，这类阻燃剂中的氮元素主要是来自胺、二胺及三聚氰胺等胺类化合物。氮元素是膨胀型阻燃剂的主要组成部分，磷氮系膨胀阻燃剂的阻燃机理是阻燃剂在热解过程中释放出不可燃的气体和磷酸，这些不可燃气体可稀释空气中的氧，磷酸则作为催化剂，促进焦化成炭，燃烧过程中，能够促使表面形成一层多孔性的焦化炭层保护膜，这种多孔炭层能够隔热、隔氧、抑烟、增强燃烧聚合物自熄性能。但含有磷-氮结构的膨胀型阻燃剂大多是低分子化合物，热稳定性和与聚合物基材的相容性都较差。近期报道，聚合型磷-氮膨胀阻燃剂热稳定性和残炭率都有明显提高，表现出非凡的阻燃效果。

磷氮类膨胀阻燃剂作为环保高效的一类阻燃剂受到广泛关注，然而，传统的磷氮膨胀阻燃剂阻燃效率低，热稳定性低，耐水性较弱。因此，一些研究人员都致力于探讨具有较高的热稳定性和阻燃效率的P-N类的化合物，以满足某些特殊应用的需求。虽然P-N化合物拥有这些优势，但是目前许多报道的P-N化合物多为小分子或寡聚物，导致耐水性差或从易从基材析出。大多数聚合物只要有足够的分子量时常表现出增强的机械性能，含有磷酰胺结构的聚合物具有良好的热稳定性和较低的可燃性。聚磷酰胺类高分子阻燃剂集酸源碳源气源于一体，热稳定性优良，残炭性能良好，与基体相容性较好，是一类环保优良高效的阻燃剂，发展前景良好。但在现阶段，此类化合物或者价格高昂，或者制造及加工工艺复杂，其应用相当有限，此类阻燃剂的研究较少，但它们代表了阻燃高分子材料的一个发展方向。

因此，本发明提供了一种全生物基芳基二胺阻燃剂及其制备方法与应用。木质素是自然界中仅次于纤维素的第二大丰富的木质纤维素生物质资源，约占生物圈中有机碳的30％，具有含量丰富、可生物降解、低成本、环境友好等优点。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种如式Ⅰ所示的全生物基芳基二胺阻燃剂。

本发明还要解决的技术问题是提供上述全生物基芳基二胺阻燃剂的制备方法。

本发明进一步要解决的技术问题是提供上述全生物基芳基二胺阻燃剂的应用。