[发明专利]一种三嗪类成炭剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种三嗪类成炭剂及其制备方法，还涉及含有该三嗪类成炭剂的阻燃剂以及阻燃剂的制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

膨胀型阻燃剂（IFR）是以磷、氮为主要成分的无卤阻燃剂，是近年来广泛应用的绿色环保阻燃剂类型之一，因为其不仅克服了卤系阻燃剂在燃烧时易放出刺激性和腐蚀性的气体及烟雾、多熔滴、容易造成人员窒息的缺点，而且也克服了无机阻燃剂由于添加量大对材料力学、加工性能所带来的不良影响。膨胀型阻燃剂因其独特的阻燃机理和无卤、低烟、低毒、生成的碳层能有效的阻止聚合物熔滴等特性，符合当今保护生态环境的要求，因此膨胀型无卤阻燃技术被誉为阻燃技术中的一场革命，成为近年来最为活跃的阻燃领域之一。

一般而言，IFR包括三部分，即碳源（常为多羟基化合物，如季戊四醇）、酸源（如聚磷酸铵）及气源（三聚氰胺）。三嗪类衍生物作为一类富含叔氮结构的化合物，其有优良的发泡效果和成炭效果，并且具有如下优点：(1)无卤，低毒；(2)分解温度高；(3)对材料的物理机械性能影响小；(4)抗渗出；(5)阻燃效率高。近年来，一些三嗪衍生物的制备及作为成炭剂或阻燃剂应用的专利不断公开（CN1314898A，CN101586033A，CN101007953， CN201010165863.6，CN200710071927.4，WO9744377，JP0583065A1，ZL200510010243.4，EP0475418A2），这些专利基本都存在有机溶剂用量大（有机溶剂主要为丙酮）、环境污染严重，或是后续处理困难，产品热稳定性不高，炭残留量低等缺点，并且反应周期普遍太长，在20 h以上。因此研究一种简单、高效、性能好的三嗪类衍生物成炭剂具有很好的应用价值。

发明内容

本发明提供了一种三嗪类成炭剂，该成炭剂具有良好的成炭和阻燃效果。

本发明还提供了该成炭剂的制备方法，该方法反应条件温和，工艺操作流程简单，所用原料安全、易得，便于工业化生产。

本发明还提供了该成炭剂在阻燃剂领域的应用，具体为含有该成炭剂的阻燃剂和阻燃剂的制备方法。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供的三嗪类成炭剂，具有下式Ⅱ所示的结构式：

本发明上述成炭剂不仅有碳源（多羟基基团），而且还有酸源（次磷酸结构）和气源（三聚氰胺），成炭和阻燃效果好，与聚合物相容性很好，对机械性能影响小。

上述三嗪类成炭剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）次磷酸、二乙醇胺和甲醛在水相、盐酸催化下发生曼尼希反应，得到式Ⅰ所示的产物，反应式如下：

（2）向步骤（1）的反应液中加入三聚氰胺，使式Ⅰ所示的产物与三聚氰胺发生成盐反应，得到式Ⅱ所示的产物，式Ⅱ所示的产物即为三嗪类成炭剂，反应式如下：

本发明以次磷酸、二乙醇胺、甲醛、三聚氰胺为原料，副反应少，羟基基团多，所得成炭剂同时含有碳源、酸源和气源，成炭和阻燃效果好，热稳定性高。此外，该方法操作简单、以水为反应介质，避免了有机溶剂的使用，简化了后处理过程。

步骤（1）中，次磷酸、二乙醇胺和甲醛发生曼尼希反应（Mannich反应），又称胺甲基化反应，具体的操作过程为：先将次磷酸、水和二乙醇胺混合均匀，然后加入盐酸，混合均匀后将体系温度升至反应温度，然后在搅拌下缓慢加入甲醛进行反应，得到式Ⅰ所示的产物。

上述步骤（1）中，甲醛以水溶液的形式加入。甲醛溶液为市售产品，浓度一般在37wt%左右。

上述步骤（1）中，反应温度为95-100 ℃，优选为100 ℃。

上述步骤（1）中，甲醛缓慢加入溶液体系中，一般的加入时间为0.5-1 h。待甲醛加入完毕后，再继续搅拌反应2-4h，优选继续反应3h。

上述步骤（1）中，次磷酸、二乙醇胺和甲醛的摩尔比为1:2:2-2.2，优选为1:2:2.1。

上述步骤（1）中，加入盐酸作为催化剂，起催化作用的是酸中的H⁺，盐酸的浓度可以随意选择，考虑到节省废水的排放，优选采用浓度高的盐酸。本发明的具体实施方式中，盐酸中的HCl与次磷酸（H₃PO₂）成分的重量比为1:8-25，优选重量比为1:12.5。