[发明专利]一种膨胀型阻燃剂改性水滑石及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃剂及其制备方法，具体涉及一种膨胀型阻燃剂改性水滑石及其制备方法和应用，尤其是其在制备阻燃高分子材料中的应用。

背景技术

膨胀型阻燃剂作为一种无卤阻燃剂，随着阻燃技术兴起广泛地应用于阻燃聚合物，含有这类阻燃剂的高聚物受热时，表面能够生成一层均匀的碳质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟的作用，并防止产生熔滴现象，具有良好的阻燃性能。膨胀型阻燃剂一般以磷氮为主要阻燃元素，通常有混合型及单组分型两种，混合型膨胀阻燃剂是将炭源、酸源、气源化合物按一定比例混合成的阻燃剂，单组分膨胀型阻燃剂是集酸源、炭源、气源于同一分子内的阻燃剂。与多组分膨胀型阻燃剂(成分主要是小分子)相比，具有更好的热稳定性和抗吸湿性，更好的基体相容性及抗表面迁移性以及阻燃效率更高等优点。所以单组分膨胀型阻燃剂是无卤膨胀阻燃剂的主要发展方向之一。

水滑石的阻燃作用现逐渐被人们认识到，水滑石燃烧或受热时失去层间水以及碳酸根与羟基，在此过程中将大量吸热，可起到阻燃的作用；另外，分解后的固体产物有很大的比表面积和较强的碱性，能及时地吸收材料热分解释放的酸性气体和烟雾而起到抑烟、消烟的作用。膨胀型阻燃剂和水滑石复配使用制备高分子阻燃材料，由于两者分散效果较差，难以达到理想的协同阻燃效果。另外，聚合物/水滑石纳米复合材料的阻燃性，与其特殊纳米结构和无机物的分散程度有关。有机化处理的水滑石虽能较好地分散在聚合物中，但其所用的插层剂往往是热稳定性能差且无阻燃作用的长碳链有机阴离子化合物(如十六烷基硫酸钠)，从而影响了聚合物/水滑石纳米复合材料的阻燃性能。经膨胀型阻燃剂有机化改性水滑石制得的复合型阻燃剂，为解决上述水滑石阻燃改性高分子材料存在的问题提供了一种新的途径。

发明内容

本发明要解决的首要技术问题在于提供一种具有阻燃性的膨胀型阻燃剂。

发明所述的膨胀型阻燃剂，其结构如式(I)所示：

式(I)中，R¹选自C₂～C₆的亚烷基，R²为C₂的亚烷基或苯基。

本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种上述膨胀型阻燃剂的制备方法。

所述的膨胀型阻燃剂的制备方法，包括如下方法：

式(II)所示的含磷螺环的胺类化合物与丁二酸酐或邻苯二甲酸酐反应，得到式(I)所示的化合物；

式(II)中R¹选自C₂～C₆的亚烷基。

下面分别对上述方法进行详细说明。

本发明方法所述的反应具体可按照如下进行：式(II)化合物与丁二酸酐或邻苯二甲酸酐，在溶剂存在的条件下，于0～80℃反应2～12小时，分离得式(I)膨胀型阻燃剂。

所述的溶剂选自下述之一：卤代烷烃、酯类化合物、醚类化合物、酮类化合物、腈类化合物；优选下述之一：二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、乙酸异丁酯、乙酸戊酯、乙醚、丙醚、异丙醚、丁醚、四氢呋喃、丙酮、丁酮、环己酮、乙腈、丙腈；更优选下列之一：三氯甲烷、四氢呋喃、丙酮、乙腈。

所述的式(II)化合物与丁二酸酐或邻苯二甲酸酐的投料物质的量比推荐为1.0∶1.0～2.0，优选1.0∶1.0～1.5。所述溶剂的体积用量以式(II)化合物的质量计推荐为5～10ml/g。

所述反应的反应温度优选为40～60℃，反应时间优选为4～8小时。

在反应结束后，可采用蒸馏、过滤等常规分离方法分离得到式(I)化合物。

本发明要解决的第三个技术问题是将所述的膨胀型阻燃剂应用于制备膨胀型阻燃剂改性水滑石，即以所述的膨胀型阻燃剂与水滑石通过离子交换制得所述的膨胀型阻燃剂改性水滑石。

所述的膨胀型阻燃剂改性水滑石的制备方法具体如下：式(I)所示的膨胀型阻燃剂与碱溶液反应后，与水滑石在去离子水中于50～90℃搅拌反应8～24小时，经后处理即得所述的膨胀型阻燃剂改性水滑石。

本发明推荐所述的碱溶液为氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液和氨水，所述的碱溶液浓度为0.01～0.1mol/L。

本发明推荐所述膨胀型阻燃剂与水滑石的投料质量比为1～20∶100，通常，所述的去离子水与所述水滑石的质量之比为1～10∶100。