[发明专利]一种具有超支化结构的磷-硅协同阻燃剂及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有超支化结构的磷‑硅协同阻燃剂及制备方法，由烷氧基硅烷、磷酸三烷氧基酯和二元醇按照一定的摩尔比反应得到一种具有超支化结构的磷‑硅协同阻燃剂。通过调节原料配比可以制得端位含有羟基、磷酸酯基、氯丙基、巯丙基以及环氧基等不同官能团的超支化磷‑硅协同阻燃剂。该阻燃剂属于一种有机阻燃剂，与高分子材料具有良好的相容性，具有广泛的应用，可用于纸张、布料、纤维、塑料、树脂等的处理。本发明方法反应过程不使用溶剂和催化剂，符合绿色化学的发展要求，且反应时间短。所有参与反应的工艺参数链合理并能完成反应，达到本发明的目的及效果。

技术领域

本发明属于先进高分子材料科学技术领域，涉及一种具有超支化结构的磷-硅协同阻燃剂及制备方法。

背景技术

磷系阻燃剂具有无毒、抑烟、结构多样、高效阻燃等优点，符合阻燃剂的发展方向；硅系阻燃剂是阻燃剂中的后起之秀，它的开发相对于卤系阻燃剂及磷系阻燃剂要晚的多，但是它正以优异的阻燃性能(低燃速、低释热、防滴落)、优良的加工性能(高流动性)以及优秀的力学性能(尤其是低温冲击强度)，特别是对环境友好(低烟、低CO生成量)而备受关注，拥有广阔的发展前景。

含单一阻燃元素的阻燃剂，阻燃作用位置单一，难以满足严苛条件阻燃要求，为了解决这一问题，通过不同阻燃元素之间的协同效应，从而达到更加优异的阻燃效果，并使得阻燃剂的用量减少。因此，协同阻燃是阻燃领域中最重要的技术之一。磷-硅协同阻燃体系阻燃作用主要集中在凝聚相，并兼有磷系阻燃剂气相自由基阻燃机理。凝聚相中，含磷化合物或基团热分解产生高黏度的聚磷酸，同时含硅阻燃剂具有较低的表面能，高温熔融状态下迁移到基材表面，由于架桥作用，协同聚磷酸形成黏度更大的、含Si-O、Si-C的无机炭层，阻隔物质交换以及热交换。专利CN 110041562 A涉及一种有机硅包覆黑磷新型阻燃剂及其制备方法和应用，发明者在非质子极性溶剂或极性质子溶剂中，以惰性气体为保护气，对黑磷进行有机硅包覆制备得到一种新型的微米级或纳米级阻燃剂，该阻燃剂可有效提升材料的阻燃性能。但是，该方法制备所得的阻燃剂是固体纳米粉末，难以在材料基体中均匀分散，对材料的加工过程和阻燃性能都有一定的影响。专利CN 109912799 A涉及一种含磷有机硅阻燃剂以及该阻燃剂的制备方法，发明者以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和亚磷酸为原料，在甲醛溶剂中进行曼尼希反应制备新型的阻燃剂，并将其用于PET材料的阻燃，取得了较好的阻燃效果。但是，由于反应在甲醛溶剂中进行且需要盐酸进行催化，对实验者有一定的危害，难以满足绿色化学的要求。

相较于无机粉末和普通的网络状高分子，超支化聚合物大量的末端基团和高度支化的三维球状立体结构使其具有黏度低、溶解性好和可修饰官能团多等性质，并且其合成过程简单，因此，本发明设计并制备一种具有超支化结构的磷-硅协同阻燃剂。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有超支化结构的磷-硅协同阻燃剂及制备方法，针对现阶段所使用的无机磷硅阻燃剂和普通网络状的磷硅聚合物阻燃剂制备及其使用过程中存在的缺点。

技术方案

一种具有超支化结构的磷-硅协同阻燃剂，其特征在于组份为1～3:1～3:3～6的摩尔比的三官能度的烷氧基硅烷、磷酸三烷氧基酯和二元醇的具有超支化结构的聚合物，其结构式为：

所述三官能度的烷氧基硅烷含有三个烷氧基团，包括但不限于：3-(2,3-环氧丙基) 丙基三甲氧基硅烷、(3-氯丙基)三甲氧基硅烷、(3-氯丙基)三乙氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷或3-巯丙基三甲氧基硅烷。

所述的磷酸三烷氧基酯含有三个烷氧基团，包括但不限于：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯或磷酸三丁酯。

所述的二元醇含有两个羟基基团，包括但不限于：乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇或1,4-丁二醇。