[发明专利]一种三源一体膨胀型阻燃剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种三源一体膨胀型阻燃剂的制备方法。

背景技术

膨胀型阻燃体系（IFR）通常是指以磷、氮、碳元素为主要核心成分的复合阻燃剂，它一般是由三部分组成的：炭化剂（碳源）、炭化催化剂（酸源）和膨胀剂（气源）。用其阻燃的聚合物受热时，会在其表面形成一定厚度的多孔炭层，该炭层具有隔热、隔氧、抑烟及防熔滴的功能，从而起到很好的阻燃作用。目前，膨胀型阻燃剂广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料、木材等材料的阻燃。

IFR虽然具有阻燃效率高、价格便宜、毒性较低等优点，也存在与聚合物相容性差、易吸湿渗出等缺陷。例如，常用的膨胀型阻燃剂——低聚合度聚磷酸铵（APP）和季戊四醇（PER）都是水溶性的。因此添加这些膨胀型阻燃聚合物材料在户外(雨、水)或潮湿的环境中使用时，膨胀型阻燃剂会向聚合物材料表面迁移而渗出，会降低材料的阻燃性能，甚至起不到阻燃或防火保护作用。

为了解决IFR的耐水性差的问题，据中国专利（环保型阻燃剂MP的合成方法，申请号02112971）报道，采用取等摩尔的三聚氰胺和磷酸在过量的水中于92-100℃温度条件下反应0.5-1.5小时，然后冷却、过滤，干燥后所得到的MP产品，具有良好的阻燃效果，水溶性低，燃烧时生烟量低、不产生有毒气体，对环境友好等优点。另据文献报道（Polymer Degradation and Stability, 2005, 90(3):523-534.），MP在一些聚合物（如聚丙烯）中虽然具有一定的阻燃作用，但阻燃效果不太好，这主要是因为MP只是一种集酸源和气源于一体的膨胀型阻燃剂，其分子中缺少碳源部分，在一些应用场合仍需要和碳源（如季戊四醇）复配才能获得较好的阻燃效果。然而采用水溶性季戊四醇与MP复配组成的膨胀型阻燃体系的耐水性并不是很好，仍然存在阻燃剂会向其阻燃的材料表面迁移而渗出。

因此研究集酸源、碳源和气源于一体，即“三源一体” 水溶性低、与聚合物相容性好的膨胀型阻燃剂具有一定理论意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种三源一体的高分子型膨胀型阻燃剂的制备方法。

本发明提出的三源一体的高分子型膨胀型阻燃剂的制备方法，具体步骤如下：

将1-10 g壳聚糖与5-80 g磷酸反应，继续搅拌升温至60-150 ℃，反应时间0.5-3.5 h后，将体系温度降至50℃，再加入5-84 g三聚氰胺与50-300 g溶剂的混合液，在60-120 ℃反应0.5-2 h后，冷却，过滤，以乙醇洗涤样品数遍，在90 ℃真空条件下干燥6 h以上，得到灰白色的三源一体膨胀型阻燃剂粉末。

本发明中，所述壳聚糖的分子量为2-60万。

本发明中，所述溶剂为醇类，如甲醇、乙醇，或它们的混合溶剂中任一种。

利用本发明方法制备得到的三源一体的高分子型膨胀型阻燃剂，其分子式如下所示。

 

本发明的有益效果在于选用含有大量羟基的壳聚糖作为碳源，同时其分子中的大量氨基还可以充当气源作用，采用化学反应将膨胀型阻燃剂三源结合到一个大分子上，提高其阻燃效率、耐水性及与聚合物间的相容性；而且制备工艺简便。

附图说明

图1为制备“三源一体”膨胀型阻燃剂所用的反应物（CS）、CS的酯化产物（PCS）以及产物（PCSM）的红外光谱图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

第一步：磷酸与壳聚糖（CS）酯化反应

称取10 g CS溶于磷酸76.8 g后不断搅拌分散均匀的条件下升温至120 ℃，并在此温度下反应3 h。

第二步：气源引入

将体系温度降至50 ℃，加入84 g 气源三聚氰胺与200 g乙醇的混合液，在78 ℃下反应1 h。

上述反应结束后，抽滤、以乙醇洗涤产品数遍，置于真空烘箱中90℃下干燥6 h以上，得到淡黄色的三源一体膨胀型阻燃剂粉末149.1 g。

实施例2：

第一步：磷酸与壳聚糖酯化反应

称取5 g CS与磷酸38.4g搅拌均匀后升温至150℃，并保温反应1.5 h。

第二步：气源引入

将体系温度降至50 ℃，加入42 g 气源三聚氰胺与100 g乙醇的混合液，在78 ℃下反应0.5 h。