[发明专利]一种含三嗪结构的大分子量膨胀型阻燃剂及合成方法

说明书

技术领域

本发明属于膨胀型阻燃剂技术领域，具体来讲，本发明涉及一种含三嗪结构的大分子量膨胀型阻燃剂及其合成方法。

背景技术

高分子材料以质轻、耐腐蚀、绝缘好的优点被人们广泛使用，但是高分子材料含有大量碳氢结构，属于可燃和易燃材料。因此，20世纪80年代以来，为了赋予高分子材料的阻燃性、自熄性或消烟性，大量的阻燃剂被添加到各类高分子材料中。

目前阻燃剂主要包括有机卤系、有机磷系、无机系、氮磷协效膨胀系等类型。有机卤系阻燃剂使用广泛，效果好，但是这类材料燃烧会产生大量腐蚀性的卤化氢气体和烟雾，并且会产生大量致癌物，对环境造成严重污染。有机磷系阻燃剂中代表型的磷酸酯阻燃剂存在耐热性差，易挥发等缺点。氢氧化铝和氢氧化镁等无机系阻燃剂需要大量添加，严重损害材料的力学性能。

磷、氮协效的膨胀型阻燃剂可以满足人们对阻燃剂的环保高效的要求，磷、氮协效的膨胀型阻燃剂通常由酸源、气源和炭源组成，燃烧过程材料表面形成致密的炭层，从而阻止材料继续燃烧。

中国专利CN1891706A报道了一种磷、氮膨胀型阻燃剂的合成方法，以水为溶剂，合成了双（2,6,7-三氧基-1-磷杂双环[2,2,2]辛烷-1-氧甲基）磷酸酯-4,4’-二氨基二苯基甲烷盐。中国专利CN101857805A 报道了一种磷、氮膨胀型阻燃剂的合成方法，先合成氧代-4羟甲基-2、6、7-三氧杂-1-磷杂双环[2、2、2]辛烷（PEPA），再用浓硝酸将羟基氧化生成有机酸，酰化后与三聚氰胺反应得到产物。这两种方法合成的磷氮膨胀型阻燃剂都集酸源、气源和炭源为一体，但是分子量较低，与基体相容性、热稳定性有待进一步提高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种与基体相容性好、热稳定性高的含三嗪结构的大分子量膨胀型阻燃剂。

本发明的含三嗪结构的大分子量膨胀型阻燃剂，其分子结构如下：

                                                              

其中，n=20-40。

本发明的大分子量膨胀型阻燃剂的合成方法，包括下述步骤：

（1）三氯氧磷与季戊四醇反应得到氧代-4-羟甲基-2, 6, 7-三氧杂-1-磷杂双环[2, 2, 2]辛烷（PEPA）：向季戊四醇的二氧六环溶液中滴加三氯氧磷，滴加过程控制反应温度80-85℃；滴加完毕，升温至100-105℃，于惰性气氛下反应4-6h，静置析晶，抽滤，二氧六环洗涤，真空干燥，得到具有笼状结构的中间体PEPA；

（2）PEPA与三聚氯氰反应得到三聚氯氰一取代物：将PEPA溶于乙腈并向其中加入缚酸剂三乙胺得PEPA的乙腈溶液，向其中滴加三聚氯氰，控制反应温度-5-5℃，滴加完毕继续反应8-24h，加去离子水沉析，抽滤，去离子水洗涤，真空干燥，得到中间产物三聚氯氰的一取代物；

（3）双酚A与三聚氯氰一取代物反应生成目标产物：向双酚A和三聚氯氰一取代物的乙腈混合溶液中加入缚酸剂三乙胺，并于50-65℃搅拌反应2-3h后，继续升温回流反应6-24h，出现爬杆现象后，继续反应1h，浓缩回收溶剂，无水乙醇重结晶，真空干燥得到含三嗪结构的大分子量膨胀型阻燃剂。

所述步骤（1）中，三氯氧磷、季戊四醇与二氧六环的摩尔比优选为1 : 1-1.2: 1-2。

所述步骤（1）中，将三氯氧磷在2-4h内缓慢滴加完为佳。

所述步骤（1）中，用二氧六环洗涤晶体后再以无水乙醇洗涤为佳。

所述步骤（2）中，PEPA与三聚氯氰、三乙胺的摩尔比优选为1 :1-1.5:1.4-1.6。

所述步骤（2）中，将三聚氯氰配制成乙腈溶液后滴加，并于1-2h内滴加完为佳。

所述步骤（3）中，双酚A、三聚氯氰一取代物和三乙胺的摩尔比优选为1 : 1-1.5:2.5。

本发明的含三嗪结构的大分子量膨胀型阻燃剂具有以下优点：

 1、本发明为磷、氮膨胀型阻燃剂，不含卤素，无毒，使用安全且对环境友好。

 2、本发明的磷、氮膨胀型阻燃剂集酸源、气源、碳源于一体，引入三嗪结构和多苯环结构，热稳定性高、成碳能力强、添加量少。

 3、本发明的磷、氮膨胀型阻燃剂分子量大，分子结构上没有羟基等亲水基团，与基体相容性好，避免了阻燃剂的吸湿、析出，最大程度的保持了材料的原有性能。