[发明专利]三嗪系成炭-发泡剂、其合成方法及以其为原料制成的阻燃聚合物复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种成炭-发泡剂、其合成方法及以其为原料制成的阻燃聚合物复合材料。

背景技术

聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)是应用最广、产量最大的两大通用塑料，因具有电绝缘性优良，无臭无毒，化学稳定性好，加工方便，密度小等特点，在汽车工业、家用电器、电子、电线电缆、包装和建筑建材等方面应用广泛。然而聚乙烯和聚丙烯的氧指数一般都在17％，极易燃烧，且燃烧时有熔滴。随着火灾安全问题日益得到社会的重视，对易燃高分子材料的阻燃要求不断提高。传统的卤系阻燃剂虽然阻燃效率高，但由于燃烧时释放出有毒气体，不符合人类对环境保护的要求。无机阻燃剂如氢氧化镁和氢氧化铝属于环境友好型阻燃剂，但由于其添加量大，与基材相容性差，对材料的力学性能影响大等原因，限制了其在聚合物阻燃中的应用。膨胀阻燃剂(IFR)是一种阻燃效率高、环境友好、对聚合物材料力学性能影响小的阻燃剂，已成为了目前阻燃领域研究的热点。

三嗪系衍生物是一大类富含叔氮结构的化合物，含叔氮结构的化合物已被证实具有优良的炭化效果。以三嗪衍生物为主的含氮化合物作为膨胀阻燃体系中的新型成炭剂，对于提高膨胀阻燃剂的阻燃作用具有显著的协同效应。三嗪系衍生物的主要特点是从起始物三聚氯氰出发，和含有不同基团的化合物反应，可以合成多种化合物，具有无卤、低毒、分解温度高、对材料的物理机械性能影响小、抗渗出以及阻燃效率高等优点。以三嗪系衍生物为主的含氮化合物作为IFR体系中的新型成炭剂，已经证明它对提高IFR的阻燃作用具有显著的协同效应，因此是目前IFR体系研究和开发的热点。

专利ZL200510010243.4和ZL200710071927.4中公开了采用三聚氯氰为起始原料合成三嗪系成炭-发泡剂的方法，用该法合成的成炭-发泡剂具有低烟低毒、阻燃效率高和环境友好等特点，但该成炭-发泡剂极性大，吸湿性强，加工过程中与聚合物的相容性较差，导致材料快速挤出时表面光滑度差。

发明内容

本发明是要解决现有方法合成的成炭-发泡剂极性大，吸湿性强，加工过程中与聚合物的相容性较差，导致材料快速挤出时表面光滑度差的问题，提供三嗪系成炭-发泡剂、其合成方法及以其为原料制成的阻燃聚合物复合材料。

本发明三嗪系成炭-发泡剂是由下述通式I和II表示的结构单元组成的无规共聚物；

其中上述结构单元I和II的摩尔比为0＜I/II≤1；R₁＝C_n1H_2n1+1，n1＝1～10；R₂＝-NH(CH₂)_n2NH-、其中n2＝2～6；R₃＝C_n3H_2n3，n3＝2～4；R₄＝-NH(CH₂)_n2NH-、其中n2＝2～6。

上述三嗪系成炭-发泡剂的合成方法，按以下步骤进行：一、以三聚氯氰为起始原料，以无机碱作为缚酸剂，将三聚氯氰加入反应容器中，向反应容器中加入溶剂，使三聚氯氰分散均匀，在-5～10℃的条件下向反应器滴加醇胺、烷基胺和缚酸剂，缚酸剂为逐滴加入，使溶液的pH值为5～8，反应2～4h后，第一步取代反应结束，生成三聚氯氰的一取代物2-羟烷胺基-4，6-二氯-1，3，5-三嗪和2-烷胺基-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，其中醇胺与烷基胺的物质的量比为1～50∶1；二、升高温度至30～50℃，然后逐滴加入二胺和缚酸剂，pH值控制在5～8，滴加完毕后反应温度升高至50～60℃，反应5～7h后，第二步取代反应结束，生成三聚氯氰的二取代物，其中一取代物和二胺物质的量的比为2∶1；三、然后同时加入二胺和缚酸剂，继续升高反应温度至100～107℃，在溶剂回流温度下反应6～8h，其中二取代物和二胺物质的量的比为2∶1，再经抽滤、水洗、烘干后即得到三嗪系成炭-发泡剂。