[发明专利]一种膨胀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，特别是涉及一种膨胀阻燃剂及其制备方法。

背景技术

近年来，膨胀阻燃剂以其较高的阻燃效率、无卤、少烟且环境友好等突出的优点而被广泛应用于阻燃高分子材料的研发。膨胀阻燃剂通常含有酸源、碳源、气源三个部分。在受热时，碳源在酸源的催化作用下脱水，形成隔离的稳定碳层；气源分解产生的不可燃气体发泡，从而在火源与聚合物中间形成蜂窝状的膨胀碳层而起到阻燃的作用。

传统膨胀阻燃剂主要为混合型（如聚磷酸铵/季戊四醇/三聚氰胺体系），即通常由分别担任酸源、碳源、气源的三种小分子物质按照一定的比例通过简单的物理共混而成，所以此类膨胀阻燃剂普遍存在着热稳定性较低、添加量大、抗迁移性弱、不含有活性基团而与聚合物相容性差等问题。此外，在应用于聚合物改性时，三源分子混合后加入到聚合物中，由于各物质与聚合物的相容性不同，会导致它们在聚合物中的分散性不同，从而不利于阻燃性能的发挥。

为克服传统膨胀阻燃剂的上述缺点，以满足现代工业对聚合物材料综合性能的要求，人们展开了大量研究工作。一个重要的进展是从分子设计角度出发，选取含磷化合物作为酸源，多元醇作为碳源，含氮化合物作为气源，通过有机反应合成一个分子链中同时含有酸源、碳源、气源的“三位一体”单组分膨胀阻燃剂。目前，人们已经合成了许多单组分膨胀阻燃剂，性能研究表明此类膨胀阻燃剂三源连接在一起，不仅能有效提高聚合物的阻燃性，而且分子热稳定性得到了有效的增强；此外，因为是单组份，所以在一定程度上减小了添加量。

现有的单组份膨胀阻燃剂主要有两类。一类是单组份小分子膨胀阻燃剂，一个阻燃剂分子中通常仅含有1-3个对应三源的分子单体，此类膨胀阻燃剂热稳定性仍然较低，且不含有活性基团而与聚合物的相容性不好。另一类是具有线性聚合物分子结构的膨胀阻燃剂。此类阻燃剂较前者由于分子量的大大提高，其热稳定性和抗迁移性均有所增强。但是，含磷化合物是酸源的来源，单一线性分子结构仍然不能有效克服含磷基团所导致的较低耐热性。其次，阻燃剂分子所含活性基团位于线性分子末端，数量有限，与聚合物的相容性不佳。

因此，如何在保留单组分膨胀阻燃剂性能优势的基础上，提供性能更优的单组分膨胀阻燃剂具有重要的意义和应用价值。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明公开了一种含有大量活性基团，耐热性好的一种三维体型结构的单组份膨胀型阻燃剂及其制备方法。

实现本发明目的所采用的技术方案是提供一种膨胀阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：在氮气保护下，按摩尔计，将24～30份含氨基的超支化聚硅氧烷溶解于50～100份丙酮中，再加入0.01～0.02份催化剂吡啶或三乙胺，得到溶液A；将10份氯化螺环磷酸酯溶解于50～100份乙腈中，得到溶液B；将溶液B逐滴加入到溶液A中，在50～60℃下反应6～12小时，经洗涤、抽滤处理后，得到膨胀阻燃剂。

所述的氯化螺环磷酸酯的制备方法为：在氮气保护下，按摩尔计，将10份季戊四醇加入到30～100份三氯氧磷中，按50℃/3h+70℃/2h+80℃/3h的升温步骤进行加热，反应结束后，经洗涤，抽滤，干燥，得到氯化螺环磷酸酯。

所述的含氨基的超支化聚硅氧烷的制备方法为：在氮气保护下，按摩尔计，将10份蒸馏水与0.002～0.004份催化剂混合均匀后加入到30～60份醇类溶剂中，得到溶液C；在搅拌条件下，将2份含氨基基团的三烷氧基硅烷缓慢滴加入到溶液C中，升温至50～60℃反应10～12小时，得到溶液D；在溶液D中加入封端剂，反应3～6小时后，经洗涤、干燥，得到支化度为0.83～0.95，重均分子量为8000～11000的含氨基的超支化聚硅氧烷。所述的催化剂为盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、氢氧化钠或氢氧化钾。所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇中的一种，或它们的任意组合。所述的含氨基的三烷氧基硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种，或它们的任意组合。所述的封端剂为六甲基二硅烷。

本发明技术方案还包括一种按上述制备方法得到的膨胀阻燃剂。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：

1、本发明以含有大量氮元素的高支化度的聚硅氧烷为气源，通过球形结构的超支化聚硅氧烷的末端基团与双官能团的氯化螺环磷酸酯首尾结合形成大分子体型（网状）结构。与单一线型结构不同，该体型结构有利于增强阻燃剂分子中各化学键的耐热氧稳定性，达到提高膨胀阻燃剂分子热稳定性的目的。