[发明专利]有机膦(磷)酸稀土盐阻燃剂及其合成方法与应用

说明书

技术领域：

本发明涉及精细化工和高分子材料领域，特别是一种应用于聚合物的磷系阻燃剂及其合成方法。

背景技术：

1、阻燃剂的发展

高分子材料是以碳和氢元素为主的长碳链分子形成的材料，具有可燃性，尤其是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等聚合物，它们在燃烧的同时不仅造成了大量损失，同时还不同程度的释放出大量烟雾和有毒气体，造成人员伤亡。这使得阻燃剂成为高分子材料必需的功能性助剂之一。目前阻燃剂的使用量从质量上和价值上都仅次于专用于PVC的增塑剂。

阻燃剂分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。无机阻燃剂主要有氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MDH)、红磷、三氧化二锑、硼酸锌等。但ATH和MDH添加量较大，劣化材料的物理机械性能，目前有表面处理技术和纳米技术予以改进。红磷因其颜色限制了使用广度。其它的作为辅助阻燃剂和抑烟剂成分不占主流。有机阻燃剂的代表性产品为卤系阻燃剂，尤其是溴系阻燃剂，具有良好的阻燃性价比，且是目前市场上用量最大的阻燃剂品种，但其环保和卫生性的争议限制了其进一步使用。磷类阻燃剂含磷量高，具有高阻燃性，低添加量，对成品物性影响小的特点。它具有阻燃与增塑双重功能，可使阻燃剂完全实现无卤化、改善塑料成型中的流动加工性能和降低烧蚀，改善热老化性能，提高热变形温度，并可抑制燃烧后的残余物，是一种环保型的阻燃剂。磷系阻燃剂是目前研究最多，技术较为先进的一种阻燃剂，应用面较广，尤其是以其为核心组分之一的膨胀型阻燃体系已成为目前较为推崇的阻燃机理和产品系列，但其价格相对较高，应用量仍较少。膨胀型阻燃剂是近年来国际阻燃领域广为关注的新型复合阻燃剂。它具备独特的阻燃机制和无卤、低烟、低毒特性，符合当今人们保护生态环境的要求，是阻燃剂无卤化的重要途径。膨胀阻燃系统因其酸源、炭源、气源“三源”的协同作用在燃烧时于材料表面形成致密的多孔泡沫炭层，既可阻止内层高聚物的进一步降解及可燃物向表面的释放，又可阻止热源向高聚物的传递以及隔绝氧源，从而阻 止火焰的蔓延和传播。与传统的卤系阻燃剂相比，这种阻燃系统在燃烧过程中大大减少了有毒及腐蚀性气体的生成，因而受到阻燃界的一致推崇，是今后阻燃材料发展的主流。

阻燃剂具有良好的发展前景，卤系阻燃剂将会继续使用，但产品结构会有所调整，随着人们对环保的重视，开发无卤系阻燃剂将成为阻燃剂发展趋势；磷氮系的膨胀型阻燃剂及氮基阻燃剂将进一步得到发展和受人青睐；无毒、抑烟的无卤无机阻燃剂，如改性的氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌等，特别是可用于较高温度的氢氧化镁，将进一步得到开发。

因此研究开发新型的低毒、低烟雾、无害化、高效阻燃抑烟型阻燃剂是阻燃剂发展的重要趋势。

2、成果应用与产业化前景

阻燃剂近几年的用量每年都呈两位数增长，市场容量巨大，全球消费量达到了125万吨，2008年我国表观消费量达到34万吨。阻燃剂在塑料添加剂中消费量仅次于增塑剂。

随着欧盟RoHS和WEEE两项法规的出台执行，和2009年1月1日欧盟REACH法规化学品注册正式开始，世界各国对人体和环境的保护越来越重视，并逐步使用法令法规来进行规范。这使得阻燃剂中的卤系阻燃剂面临着极大的环保危机，在不断的针对溴系阻燃剂的争论中，具有良好阻燃效果及符合环保规范的磷系阻燃剂正走向前台，随着其价格的不断下降，其各系列产品也正逐步成为市场主流产品。

随着人们对安全越来越重视，阻燃性能也逐渐成为高分子材料很多应用领域中必须要求的功能，因此阻燃剂的应用也越来越广泛，环保化、阻燃性、高强度、良好的功能协同性等等逐步细分的功能和应用领域对阻燃功能要求越来越高，同时也要求阻燃剂具有更好的适应性、针对性或协同性。

由磷系阻燃剂、羟基化合物、氮系阻燃剂等以物理或者化学方式组成的复合型阻燃体系正逐步成为目前最受欢迎的阻燃系列产品，可应用于PE、PP、PVC、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT等)等多种聚合物体系中，且不会对人体和环境产生不良影响，且具有比ATH和MDH良好的物理机械性能保持性能。

3、稀土元素在阻燃剂中的应用

稀土元素独特的外电子层结构，显示出既丰富又独特的物理-化学特性，也决定了其化合物具有很多奇特的功能，这是稀土助剂应用的基础。