[发明专利]一种单分子磷-硅-氮膨胀型阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂及其制备方法，特别是一种含磷-硅-氮膨胀型阻燃剂及其制备方法。 

背景技术

阻燃剂是高分子加工中的重要助剂之一，传统的含卤阻燃剂虽然阻燃性能优越，但由于其燃烧时会释放大量有毒、腐蚀性气体，在很多领域的应用受到限制。随着人们环保意识的增强，研发高效环保的无卤阻燃剂是当今的阻燃研发的主要趋势。 

膨胀型阻燃剂是一种复合型阻燃剂，具有磷、氮等多种阻燃元素，提供酸源、炭源和气源，在受热时分子内的阻燃元素产生复配效应，在表面形成膨松的泡沫炭层，能隔热、隔氧、消烟、释放不燃气体，阻燃效果好；同时膨胀型阻燃剂具有低毒、低烟、添加量较少、热稳定性较好等优点。硅元素是一种重要的阻燃元素，有研究结果表明硅能与磷、氮发生协同作用，具有更好的阻燃效果。 

中国专利CN101225310公开了一种磷-氮大分子膨胀型阻燃剂：聚（2,6,7-三氧代-1-磷杂双环-[2,2,2]-辛烷-1-甲氧基）磷酸-4,4-二氨基二苯甲烷。该阻燃剂不含卤素，环境友好；分子量大，可改善阻燃剂在聚合物基体加工成型过程中出现的迁移、析出等问题。中国专利CN101429438涉及一种磷-氮膨胀型阻燃剂：5,5-二甲基-4-对氯苯基-1,3,2-二氧磷杂环己烷磷酸三聚氰胺盐。该阻燃剂热稳定性高、相容性好、无卤、环保。美国文献曾报导2,4,8,10-四氧-3,9-二磷螺环[5,5]十一烷-3,9-二氧-3,9-二三聚氰胺盐（b-MAP）以及双（2,6,7-三氧-1-磷-双环[2,2,2]辛烷-4-氧甲基）磷酸酯三聚氰胺盐（Melabis），阻燃性能良好，但只适用于聚烯烃类的阻燃。 

但上述研究发明涉及到得阻燃体系，一般只含磷、氮两种阻燃成分，阻燃效果好但合成方法较复杂，且现有很多阻燃剂产品存在易吸水、不易储存、相容性差等问题。 

发明内容

针对现有的技术不足，本发明提出一种膨胀型阻燃剂及其制备方法。本发明阻燃剂集磷、氮、硅于一体，不含卤素，无毒环保；且集炭源、酸源和 气源于一体，阻燃效率高，达到UL-94V0级。以中间体10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物作为酸源，克服传统磷酸酯类体系易吸水的缺点，且热稳定性好，初始热分解温度达300℃。本发明的制备方法简单，条件温和，易于控制。 

本发明涉及的一种磷-硅-氮膨胀型阻燃剂的分子结构为： 

本发明涉及的一种磷-硅-氮膨胀型阻燃剂的制备方法如下： 

将异佛尔酮二异氰酸酯IPDI溶于第一种溶剂，加催化剂，在40~65℃下活化20~40min后，滴加溶于第二种溶剂的10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物ODOPB溶液，反应时间为10~30h，冷却、旋蒸、用沉淀剂沉淀、过滤后，真空干燥6~48h得浅藕色粉末，即ODOPB-IPDI。 

将单氨丙基七异丁基笼型倍半硅氧烷MAPOSS加入第一种溶剂中，迅速搅拌，使之溶解，后滴加溶于第二种溶剂的浅藕色粉末ODOPB-IPDI，反应温度为40~75℃，反应时间为5~20h，冷却、旋蒸、用沉淀剂沉淀、过滤后，真空干燥6~48h得浅粉色粉末，即磷-硅-氮膨胀型阻燃剂。 

本发明制备方法所述的10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物ODOPB与异佛尔酮二异氰酸酯IPDI的摩尔比为1:2~1:4。 

本发明制备方法所述的第一种溶剂是THF、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷任一种。 

本发明制备方法所述的第二种溶剂是DMF或DMSO。 

本发明制备方法所述的沉淀剂可以是乙腈或乙腈与乙醇、丙酮的组合溶剂。 

本发明制备方法所述的浅藕色粉末ODOPB-IPDI与单氨丙基七异丁基笼型倍半硅氧烷MAPOSS的摩尔比为1:2~1:3。 

本发明制备方法所述的催化剂是二月桂酸二丁基锡、三乙胺、三乙烯二胺任一种。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

（1）本发明阻燃剂集磷、氮、硅于一体，不含卤素，无毒环保；且集炭源、酸源和气源于一体，是一种三元一体的复合阻燃剂，阻燃效率高。 

（2）与传统的磷酸酯类阻燃剂相比，以中间体10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物作为酸源，克服传统体系易吸水的缺点，且热稳定性好。 

（3）本发明的制备方法简易，反应条件温和，易于控制。