[发明专利]一种膨胀型阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃剂技术领域，更具体地说，涉及一种膨胀型阻燃剂及其制备方法。

背景技术

膨胀型阻燃剂是以碳、氮、磷为主要成分的一种阻燃剂，通常分为复合型和单体型两种，主要包含酸源、炭源和气源三部分，其中，酸源一般为无机酸或加热时生成酸的化合物，如磷酸、硼酸等；炭源一般为含碳丰富的多羟基化合物，如季戊四醇、多元醇等；气源一般多为含氮化合物，如尿素、三聚氰胺等。膨胀型阻燃剂由于在燃烧时会形成一层均匀的炭质泡沫层，该炭质泡沫层在凝聚相能起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用，且燃烧过程不产生有毒烟雾。因此，作为一种新型环保阻燃剂，膨胀型阻燃剂已经逐渐取代卤素阻燃剂成为当今研究的焦点。例如，申请号为200510049426.7的中国专利文献公开一种用五氧化二磷和磷酸二氢铵制备的膨胀型无卤阻燃剂及其制备方法；申请号为200710164764.4的中国专利文献报道了一种含磷和氮的大分子膨胀型阻燃剂的及其制备方法；另外，申请号为200410069309.2的中国专利文献报道了一种磷氮膨胀型阻燃剂双磷酸季戊四醇酯三聚氰胺盐的合成方法。

随着社会的发展，人们对于资源的需求与消耗越来越多，作为世界第一资源的石油也日益枯竭，因此，如何摆脱对于石油资源的依赖，寻找新的资源已经成为世界的热点。与此同时，我国阻燃剂已发展成为仅次于增塑剂的第二大高分子材料改性添加剂，年消耗量不断增长。作为未来发展方向的膨胀型阻燃剂，酸源和气源主要来源于矿物等非石油基资源，而其另一种主要成分炭源，则一般来源于石油裂解产生的含碳丰富的多羟基化合物。因此选择不依赖于石油资源的材料作为炭源对于膨胀型阻燃剂未来的发展有着前瞻性的意义。

壳聚糖，学名聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，化学结构和植物纤维素非常相似，为六碳糖的多聚体，是一种含碳丰富的多羟基天然高分子，主要由自然界广泛存在的甲壳质经过脱乙酰作用得到的。甲壳素存在于自然界中的低等植物菌类、藻类的细胞，甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳，高等植物的细胞壁等，是从蟹、虾壳中应用遗传基因工程提取的动物性高分子纤维素，被科学界誉之为“第六生命要素”。据估计，在自然界中甲壳质每年生物合成的量多达1000亿吨。因此，本发明人考虑，提供一种膨胀型阻燃剂及其制备方法，该方法以自然界含量丰富的生物资源壳聚糖作为炭源。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种膨胀型阻燃剂及其制备方法，该方法以自然界含量丰富的生物资源壳聚糖作为炭源，制备得到膨胀型阻燃剂。

本发明公开了一种膨胀型阻燃剂，具有式I或式II所示的重复单元，

式I                                式II

其中，R₁为碳酰胺基、含氮杂环基团或金属离子，R₂和R₄各自独立为酮基、磺酸基或磷酸基团，R₃为丙烯酸酯基团或杂环多环氧基团，m为1、2或3。

相应的，本发明还公开了一种膨胀型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤a)以甲烷磺酸为溶剂，在冰水浴条件下，将壳聚糖和五氧化二磷在惰性气体保护下反应；

步骤b)将步骤a)得到的反应产物与含活性基团的反应物反应，得到膨胀型阻燃剂。

优选的，所述壳聚糖和五氧化二磷的质量比为1∶(3～7)。

优选的，所述步骤a)的反应时间为2～5小时。

优选的，步骤b)之前还包括：

将步骤a)得到的反应产物依次用乙醚，丙酮和甲醇洗涤。

优选的，所述步骤b)的反应温度为60～100℃。

优选的，所述步骤b)的反应时间为4～12小时。

优选的，所述含活性基团的反应物选自尿素、三聚氰胺、异氰尿酸三缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、哌嗪和金属盐中的一种或几种。

优选的，所述金属盐为铁盐、镍盐和稀土金属盐中的一种或几种。

本发明提供一种膨胀型阻燃剂及其制备方法，该方法以甲烷磺酸为溶剂，在冰水浴条件下，将壳聚糖和五氧化二磷在惰性气体保护下反应，得到中间产物；然后将所述中间产物与含活性基团的反应物反应，得到膨胀型阻燃剂。与现有技术相比，本发明采用天然生物资源壳聚糖作为炭源，通过将壳聚糖与五氧化二磷、含活性基团的反应物反应，得到了一种集酸源、炭源和气源为一体的壳聚糖基膨胀型阻燃剂。因此，本发明采用生物资源壳聚糖作为炭源制备得到以壳聚糖为骨架的膨胀型阻燃剂，无需以石油基材料为炭源，具有广阔的发展前景。