[发明专利]高成炭无卤复合膨胀阻燃剂以及阻燃型聚苯乙烯树脂

说明书

本发明提供了一种高成炭无卤复合膨胀阻燃剂以及阻燃型聚苯乙烯树脂，属于阻燃剂领域。本发明因为同时采用了磷氮阻燃剂以及成炭剂，所以，本发明提供的阻燃剂兼具酸源、气源和炭源，阻燃协同效应及耐热性好，将其应用于聚苯乙烯，可以大幅度提升聚苯乙烯的成炭性，降低聚苯乙烯发烟量，制备过程简单，易于实现工业化生产，绿色环保。

技术领域

本发明涉及阻燃剂领域，具体涉及一种高成炭无卤复合膨胀阻燃剂以及阻燃型聚苯乙烯树脂。

背景技术

聚苯乙烯泡沫材料等大部分有机保温板都是高分子材料，其结构由C、H、O等元素组成，具有极易燃烧的特性，所以在广泛应用的同时也存在极大的安全隐患。未经阻燃的聚苯乙烯泡沫极限氧指数只有18％，燃烧过程中会产生大量的有毒气体和浓烟，并伴有熔融滴落的现象。但是随着聚苯乙烯泡沫材料的大规模应用，其易燃烧的特性也逐渐暴露出来。

在此之前，我国工业上建筑保温聚苯乙烯泡沫材料最常用的阻燃剂是溴系阻燃剂六溴环十二烷(HBCD)，鲜有无卤类和膨胀类阻燃剂，该阻燃剂尽管具有与材料相容性好、添加量小、性价比高、对材料的性能影响小等优点，但是，燃烧时会产生“二噁英”等大量的有毒气体，对人类自身及其环境产生危害，HBCD被《斯德哥尔摩公约》列为持久性有机污染物(POPs)，而我国建筑保温材料XPS和EPS最常用的阻燃剂六溴环十二烷(HBCD)豁免期将于2021年12月25日终止。因此，开发并使用新型的不含卤素的阻燃剂迫在眉睫，阻燃剂未来的发展方向必然是无卤阻燃剂。

现有技术中，中国发明专利CN 109796315 A，提供了一种高热稳定性阻燃剂甲基八溴醚的制备方法，通过四溴双酚A与3-卤代甲基丙烯制备中间产物甲基四溴醚，然后加入高效催化剂提高溴化加成反应的转化率减少副产物产生，最后在产品中加入特定的酸酐化合物提高了阻燃剂甲基八溴醚的热稳定性。该阻燃剂能更好的应用于聚丙烯塑料和纤维，聚苯乙烯泡沫塑料、不饱和聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯、合成橡胶等的阻燃。但该阻燃剂是溴系小分子阻燃剂，分子结构中含大量溴元素，燃烧过程产生大量浓烟和刺鼻性气味。

中国发明专利CN 106588986 A，提供了一种高安全性锂离子电池隔膜阻燃剂及其制备方法及应用，该专利尽管提供了一种磷氮阻燃剂PON的制备方法，并将制备的磷氮阻燃剂PON应用于锂离子电池隔膜，但仅仅只是磷氮阻燃剂PON应用于聚苯乙烯，并不能起到较好的阻燃效果，形成的阻燃聚苯乙烯依旧发烟量大、燃烧后不成炭等问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种兼具酸源、气源和炭源，阻燃协同效应及耐热性好的高成炭无卤复合膨胀阻燃剂以及可以大幅度提升聚苯乙烯的成炭性，降低聚苯乙烯发烟量，制备过程简单，易于实现工业化生产，绿色环保的阻燃型聚苯乙烯树脂。

本发明提供了一种高成炭无卤复合膨胀阻燃剂，具有这样的特征，包括：按重量份计的1-20份磷氮阻燃剂以及1-20份成炭剂，

其中，磷氮阻燃剂的结构式如下：

在本发明提供的高成炭无卤复合膨胀阻燃剂中，还可以具有这样的特征：其中，成炭剂为季戊四醇、木质素、壳聚糖、石墨烯或可膨胀石墨中的任意一种或多种。

在本发明提供的高成炭无卤复合膨胀阻燃剂中，还可以具有这样的特征：其中，磷氮阻燃剂与成炭剂的质量比为1：(1-2)。

在本发明提供的高成炭无卤复合膨胀阻燃剂中，还可以具有这样的特征：其中，磷氮阻燃剂的制备方法包括如下步骤：将哌嗪、氯磷酸二苯酯在缚酸剂以及溶剂的存在下发生化学反应即得。

在本发明提供的高成炭无卤复合膨胀阻燃剂中，还可以具有这样的特征：其中，缚酸剂为三乙胺、氢氧化钠、碳酸氢钠、氢化钠中的任意一种或多种。

在本发明提供的高成炭无卤复合膨胀阻燃剂中，还可以具有这样的特征：其中，哌嗪与缚酸剂的摩尔比为(0.8～1.2):(1.6～2.4)。