[发明专利]一种磷氮碳三位一体的膨胀型阻燃剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学化工领域，涉及阻燃剂的制备方法，具体涉及一种以六羟甲基三聚氰胺、三聚氰胺和卤化磷为主要原料，以惰性有机溶剂为反应介质，合成一种磷氮碳三位一体的膨胀型阻燃剂的新方法。

技术背景

阻燃剂是一类赋予易燃高分子聚合物难燃性的功能性助剂。其中最常用的是卤系阻燃剂，但是它受热时会释放有毒气体，对环境和人的健康带来不可忽视的危害。磷氮系阻燃剂是新一代高效环保型无卤阻燃剂，这类阻燃剂受热时不释放有毒气体，同时与有机高聚物相容性好。添加了这类阻燃剂的高聚物在受热时会释放氮气带走热量并阻隔空气，同时形成致密不易燃的碳层，阻挡了氧气的进入并隔离材料，具有良好的阻燃性能。

隗兰华等发明了一种含P-N的膨胀型无卤阻燃剂的合成方法(专利公布号CN101735278A)，通过甲醛先与三聚氰胺缩合生成六羟甲基三聚氰胺，再与三氯氧磷进行羟酯化反应，产物先水解再与三聚氰胺反应得到含P-N的膨胀型阻燃剂。该方法特征在于六羟甲基三聚氰胺与三氯氧磷在50-100℃下反应60-180分钟，其中三氯氧磷必须大大过量，酯化产物水解后与三聚氰胺反应得到含P-N的膨胀型阻燃剂。在上述专利中，由于三氯氧磷反应活性高，三氯氧磷需大大过量，制备过程需要蒸发出过量的三氯氧磷，能耗大，且酯化产物粘度很大，不易操作，收率低。

发明内容

本发明的任务是提供一种磷氮碳三位一体的膨胀型阻燃剂的制备方法。

实现本发明的具体方案是：

本发明提供的这种磷氮碳三位一体的膨胀型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将六羟甲基三聚氰胺分散在惰性有机溶剂中，六羟甲基三聚氰胺与惰性有机溶剂的重量比为1∶1～3，然后缓慢加入卤化磷，卤化磷与六羟甲基三聚氰胺重量比为3∶2，在30-90℃条件下搅拌2-4小时，得到稍有粘度的有机溶液，经冷却得冷却物料；

步骤二：向冷却物料中加入水，冷却物料与水的重量比为1∶1～3，在30-60℃条件下搅拌发生水解反应，搅拌2-3h，停止搅拌后，有机相与水相分为两层，冷却后分去有机层，得到白色至浅黄色半透明的水溶液；

步骤三：向步骤二得到的水溶液中加入三聚氰胺，三聚氰胺加入的量为：三聚氰胺与步骤一中的六羟甲基三聚氰胺的重量比为1∶1.3，用碱溶液调节pH至3～9，加热至60～100℃1～2h，生成大量白色沉淀，放置冷却后，离心脱水且干燥，得到外观为白色粉末状的磷氮碳三位一体的膨胀型阻燃剂，其为六羟甲基三聚氰胺磷酸酯三聚氰胺盐，该化合物分子含有磷氮碳三种元素，故称其为磷氮碳三位一体的膨胀型阻燃剂。

上述步骤一中所述的惰性有机溶剂是与水不互溶的性质稳定的有机溶剂，具体可以是四氯化碳或氯苯。

上述步骤一中所述的卤化磷可以是氯化磷或三氯氧磷。

上述步骤三中用以调节pH的碱溶液是氨水、NaOH、Na₂CO₃或K₂CO₃溶液。

根据化学反应基本原理，分析上述操作步骤的反应历程如下：

1、步骤一中，六羟甲基三聚氰胺中的羟基与卤化磷发生酯化反应，生成酯化产物，并分散在有机溶剂中。此步反应中由于采用了惰性有机溶剂分散，体系的粘度大大降低，高反应活性的易挥发的液体卤化磷不需过量，固体卤化磷也可以很好的在有机溶剂中分散。

2、步骤二中，向有机溶剂中分散的酯化产物中加入水，发生水解反应，得到水解产物水溶液。此步反应中由于有机相与水相不溶，溶解了产物的水相很容易与有机相分离，同时可以回收有机溶剂。

3、步骤三中，向水解产物水溶液中加入三聚氰胺，发生了成盐反应，得到白色固体为：六羟甲基三聚氰胺磷酸酯三聚氰胺盐。放置冷却后脱水干燥，得到白色产物，该产物即为磷氮碳三位一体的膨胀型阻燃剂，其化学式为C₁₈N₂₄O₁₂P₃H₃₃，结构如式(I)所示。

本发明采用多种方法对实施例1中所得的最终产物进行了结构及性质表征，结果如下：