[发明专利]“三位一体”膨胀型阻燃剂及其合成方法

说明书

本发明涉及一种“三位一体”的膨胀型阻燃剂及其合成方法，特点是：将溶剂加入到容器中，在容器中加入三聚氯氰和1‑氧基磷杂‑4‑羟甲基‑2,6,7‑三氧杂双环[2.2.2]辛烷，在水浴或油浴中冷却到0‑45℃中并搅拌分散，逐步滴加缚酸剂反应，得到一元取代物；在另一容器中加入带脂肪族二元胺或脂肪族二元醇类物质与溶剂、缚酸剂混合物，在冰浴或冷冻反应器中冷却到‑10‑10℃，缓慢滴加含磷化合物反应，得到含磷中间体；将得到的一元取代物（CNC‑PEPA）与得到的含磷中间体加入到装有溶剂的反应容器中，滴加缚酸剂，升温至80‑130℃反应，冷却、洗涤、干燥得到粉末状固体即为“三位一体”的膨胀型阻燃剂。其具有分子量大，分子结构中酸源、碳源和气源的比例较为合适，成炭量较高和热稳定性较好等优点。

技术领域

本发明属于环保型无卤阻燃产品的技术领域，具体地说，本发明涉及一种包含笼状磷酸酯、三嗪结构和苯环结构的“三位一体”膨胀型阻燃剂及其合成方法。

背景技术

高分子材料广泛应用于人们的生产生活，为此带来了极大的便利。然而由于大部分高分子材料都属易燃材料，大大限制了其在有阻燃要求场合的使用，因此，阻燃改性成为了高分子材料改性的重要内容之一。

含卤阻燃剂，尤其是含溴阻燃剂，当该类阻燃剂与三氧化二锑复配后对高分子材料具有良好的阻燃效果。但是，该类阻燃剂在燃烧或加工时会释放出大量有毒有害物质（如卤代氢、二噁英等），造成二次污染，从而严重地破坏了周围环境，因此，逐渐受到限制。

膨胀型阻燃剂（IFR）是近年来新发展的环保型无卤阻燃剂之一，通常由炭源、酸源和气源三种组份构成。它在燃烧时能形成致密的炭层，起到阻隔热量的传递，切断空气和可燃性气体的供给，保护下层聚合物的作用，从而达到阻燃的目的，减少有毒有害气体和烟雾的释放，并能有效地防止高分子材料燃烧过程中熔滴现象的产生，被认为是一种非常有应用前景的绿色环保型阻燃剂。

传统的膨胀型阻燃剂中，成炭剂主要使用季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、淀粉等多羟基化合物，此类成炭剂水溶性大，容易迁移，热稳定性不高，加工过程中容易与多聚磷酸盐反应，因此，新型阻燃剂的开发是当前膨胀型阻燃剂研究的一个重要方向。

三嗪类衍生物是一类富含叔氮结构的化合物，具有优良的成炭性能。三嗪类衍生物的合成通常是以三聚氯氰为起始原料，且三个氯原子的反应活性不同，在不同的反应条件下发生亲核取代反应，因此，采用不同的工艺可以得到不同用途和性质的三嗪类衍生物；并且三聚氯氰的合成工艺简单成熟，廉价易得，因此，以三聚氯氰为原料制备三嗪类衍生物具有成本优势。

日本专利JP.Pat.No.0,583,065,Al(1994)中公开了采用三聚氯氰为起始物，以丙酮为溶剂，氢氧化钠为缚酸剂，在0-5℃下，先与二胺类物质发生二取代反应，反应时间为10左右小时，反应结束后过滤，洗涤后在真空干燥箱中70℃条件下烘干。以二甲苯为溶剂，二取代中间体与二胺类物质在回流条件下反应发生三取代反应，回流时间为16小时以上，经过过滤、洗涤和干燥，得到最终产物，产率约为91%，总反应时间在29小时以上，操作复杂。

专利ZL200510010243.4《大分子三嗪系成炭-发泡剂及其合成方法》描述了一种大分子三嗪系成炭-发泡剂及其合成方法。该方法以三聚氯氰为原料，丙酮和水的混合液为溶剂，碱为缚酸剂，分三步合成了大分子三嗪成炭-发泡剂，该成炭-发泡剂与多聚磷酸铵（APP）复配后添加到聚丙烯（PP）中，IFR添加量为22%时，材料能通过UL-94 V-0级测试。专利《三嗪系齐聚物及其合成方法》（授权号CN100500657C），描述了一种以三聚氯氰、二胺为原料制备的三嗪齐聚物，具有良好的热稳定性和成炭性能。