[发明专利]含三嗪环和笼状结构的磷-氮-硅膨胀型阻燃剂及其合成方法

说明书

本发明涉及一种含三嗪环和笼状结构的磷‑氮‑硅膨胀型阻燃剂及其合成方法，其步骤为：将溶剂加入到容器中，加入三氯氧磷并搅拌分散，逐步滴加1‑氧基磷杂‑4‑羟甲基‑2,6,7‑三氧杂双环[2.2.2]辛烷和缚酸剂，得到含PEPA的一元取代物；在另一容器中加入二元胺或二元醇类物质与溶剂及缚酸剂混合，缓慢滴加含PEPA的一元取代物，分离得到含磷二胺中间体；将溶剂加入到装有回流冷凝器等的容器中，加入三聚氯氰并搅拌分散，逐步滴加氨基硅烷偶联剂和缚酸剂，得到含硅的一元取代物；在一元取代物中缓慢滴加含磷二胺中间体与缚酸剂的混合物，冷却、洗涤、干燥得到粉末状固体即为含三嗪环和笼状结构的磷‑氮‑硅膨胀型阻燃剂。其具有一定的聚合度，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，本发明涉及一种含三嗪环和笼状结构的的磷-氮-硅膨胀型阻燃剂及其合成方法。

背景技术

高分子材料应用非常广泛，给生产生活带来了方便。但是他们的易燃特性限制了它们在阻燃要求较高的场合中的使用，因此，高分子材料阻燃改性成为了其改性的重要内容之一。

含卤阻燃剂，尤其是含溴阻燃剂具有优异的阻燃性能，但此类阻燃剂燃烧时产生大量的浓烟，同时产生腐蚀性气体，环境污染大。基于环保方面的考虑，开发无卤阻燃剂，减少阻燃剂燃烧时释放的有毒有害气体显得尤为重要。膨胀型阻燃剂（IFR）在燃烧时能形成致密的炭层，起到隔热隔氧的作用，减少有毒有害气体和烟雾的释放，且能有效地防止高分子材料燃烧过程中熔滴的产生，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，成炭剂的水溶性大，容易迁移，热稳定性不高，需要进一步改进。

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，通过反应条件的调控，得到不同用途和性质的三嗪类衍生物；合成工艺简单成熟，廉价易得，具有成本优势。

大部分专利使用三嗪类衍生物是作为成炭剂使用，例如：日本专利JP.Pat.No.0,583,065,Al(1994)、专利ZL200510010243.4《大分子三嗪系成炭-发泡剂及其合成方法》、专利《含芳香族链结构的三嗪成炭剂及其制备方法》（公开号CN101586033A）都从不同的角度和方式设计制备了三嗪类成炭剂，具有较好的效果。它们需要与多聚磷酸铵等复配才能应用于高分子材料的阻燃，单独使用无明显的阻燃效果。

专利201210002709.6公开了含硅三嗪类成炭剂在聚丙烯中的应用，具有较好的阻燃效果。专利CN103980315B公开了一种含三嗪环的磷-氮-硅化合物及其制备方法，该产物将磷-氮-硅集中在一个分子内，体现了阻燃协同效果，化合物中存在一个氯，可以通过反应接枝到织物表面，因此，适用于在织物阻燃处理。但是，不适合作为添加型阻燃剂在塑料、涂料等地方使用。

因此，将硅引入阻燃剂，可以改善成炭的强度，磷、硅等元素引入三嗪环中有利于获得更好的阻燃效果。

这些专利和合成方法在不同程度地存在酸源-碳源和气源的比例不够合适，成炭性能和阻燃性能有待继续提高等问题，因此，需要开发性能更佳的阻燃剂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种含三嗪环和笼状结构的磷-硅-氮膨胀型阻燃剂，其具有一定的聚合度，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；本发明还有一个目的是提供含三嗪环和笼状结构的磷-硅-氮膨胀型阻燃剂的合成方法。

为了达到本发明的目的，本发明的含三嗪环和笼状结构的磷-氮-硅膨胀型阻燃剂，其特征在于其结构式如下：

式中：Y为NH或O；

R1是含1-18个碳的直链或支链亚烷基的一种，或R1是对苯基、间苯基或邻苯基中的一种；