[发明专利]一种磷-氮膨胀型阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷-氮膨胀型阻燃剂及其制备方法，具体地说是一种新型阻燃剂5，5—二甲基—4—对氯苯基—1，3，2—二氧磷杂环己烷磷酸三聚氰胺盐及其制备方法。

背景技术

近年来，在阻燃剂的开发和应用中，磷氮系阻燃剂异军突起，由于磷氮间的增效和协同作用，使这类化合物具有良好的阻燃性能，且发烟量小，有毒气体生成量少，成为今后阻燃剂开发的一个方向。磷氮系阻燃剂中还有一类膨胀型阻燃剂，添加了这类阻燃剂的高聚物受热时表面能生成一层均匀的炭质泡沫层，此层隔氧、隔热、抑烟、并能防止熔滴，具有良好的发展前景。

目前所使用的膨胀型阻燃剂的阻燃机理是通过热分解，释放出磷酸和不燃性气体，后者稀释空气中的氧。含氮化合物起着发泡剂和焦炭增强剂的作用，而磷酸则是焦化的催化剂，促使燃烧表面形成一层多孔性焦化保护膜，起到隔热和隔氧作用，能中断燃烧的连锁反应。

基于对阻燃剂材料的低烟、腐蚀性小、毒性小的要求，膨胀型阻燃剂的发展成为传统卤素阻燃剂的重要替代品。膨胀型阻燃体系主要成分可分为三个部分：酸源、碳源、气源。酸源一般为无机酸或者加热至100℃以上可生成无机酸的化合物，如磷酸、三氯氧磷、磷酸酯等；碳源(成炭剂)是形成泡沫炭化层的基础，一般为富碳的多羟基化合物，如季戊四醇、辛戊二醇及含多羟基化合物的有机酯等。气源(发泡源)一般为胺或酰胺类化合物，三聚氰胺、双氰胺等。

以三嗪环衍生物为主的含氮化合物具有多重反应性(加成、取代、缩合)，优异的热稳定性、耐久性和耐候性，与材料相容性好，而且它无卤、低毒，适合加工，对机械性能影响小，不渗出，阻燃性能优良等优点，在膨胀型阻燃剂的开发中，三嗪类化合物，特别是三聚氰胺，得到了广泛应用，例如美国Great Lakes公司开发的膨胀型阻燃剂Char-Guard CN-329，该产品国内无大规模的生产装置。美国专利US5296598公开了含有磷酸及其酯的三聚氰胺单体—2，4—二胺基—1，3，5—三嗪基—6—磷酸酯。在此化合物中同时具有具有P、N以用作聚合物中的添加阻燃剂。但此化合物的热稳定性不太高，在高分子阻燃加工过程中容易分解，限制了其在高分子材料领域中的应用。

将1，3，2—二氧磷杂环己烷结构引入到三嗪类阻燃剂中，可以得到集碳源、酸源和气源于一体的膨胀型阻燃剂。我们对这类化合物进行了深入研究，合成了磷—氮系膨胀型阻燃剂，5，5—二甲基—4—对氯苯基—1，3，2—二氧磷杂环己烷磷酸三聚氰胺盐。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种磷-氮膨胀型阻燃剂，其结构式为：

本发明的第二个目的是提供上述磷-氮膨胀型阻燃剂的制备方法。

本发明采用包含以下步骤的制备方法来达到本发明的二个目的：

(1)将摩尔比为1:2～2.5的对氯苯甲醛和异丁醛，与碱的乙醇溶液，在搅拌和50～60℃温度条件下，反应4～6h，反应完成后，冷却，反应生成物析出后，过滤，得到白色晶体状滤饼即中间产物(I)；

(2)将摩尔比为1:1～2的中间产物(I)与磷酸，加入到4～6倍于中间产物(I)重量的苯系溶剂中，并加入1～3％倍于中间产物(I)重量的对甲苯磺酸或苯甲酸或其钠盐，在搅拌和50～60℃温度条件下，反应8～10h，反应结束后，减压蒸馏回收溶剂，得到粘稠状中间产物(II)；

(3)将摩尔比为1:1～1.2的三聚氰胺和中间产物(II)，加入到6～10倍于三聚氰胺重量的水中，在搅拌和90～110℃温度条件下，与三聚氰胺反应4～6h，反应完成后，冷却，反应生成物析出后，过滤，得滤饼，烘干滤饼，得白色晶体状磷-氮膨胀型阻燃剂。

步骤(1)中所述的碱的乙醇溶液，包括无水乙醇和碱，其中碱为氢氧化钠或氢氧化钾，碱与无水乙醇的配比为0.1mol:90～120ml，碱与对氯苯甲醛的摩尔比为1～1.4:1。

步骤(1)中所述的苯系溶剂为苯、甲苯、二甲苯或乙苯。

步骤(1)中，过滤得到滤饼后，滤饼还要经直链烷烃液体洗涤，洗涤后，得到中间产物(I)，其余与步骤(1)相同。

所述的直链烷烃液体为正庚烷或正己烷。

所述步骤(3)中，过滤得到滤饼后，滤饼还要经水洗涤后再烘干，其余与步骤(3)相同。

本发明的化学反应方程式如下：

这种结构式为所表征的物质即为本发明所述的磷-氮膨胀型阻燃剂，其化学名称为：5，5—二甲基—4—对氯苯基—1，3，2—二氧磷杂环己烷磷酸三聚氰胺盐。