[发明专利]主链含哌嗪结构的大分子三嗪成炭剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种成炭剂，具体涉及一种主链含哌嗪结构、侧链具有催化作用的大分子三嗪成炭剂及其制备方法。

背景技术

膨胀型阻燃剂是近年来广泛应用的阻燃剂类型之一，该阻燃剂克服了卤系阻燃剂在燃烧时易放出刺激性和腐蚀性的气体及烟雾，污染环境，危害人类健康，同时腐蚀设备等缺点，是一种非常有前途的绿色环保型阻燃剂。膨胀型阻燃剂一般由酸源、碳源、气源三个基本组分构成。燃烧时“三源”有效匹配才能形成蓬松封闭结构的不燃炭质泡沫层，削弱聚合物与热源间的热传导，同时阻止氧气扩散，致使聚合物自熄。其中成炭的效率和质量是阻燃的关键，与聚合物及阻燃剂的结构密切相关。传统的膨胀阻燃剂以季戊四醇、淀粉等为成炭剂，具有易迁移，添加量大，粘度高，加工性能不佳、成炭率不高等缺点。因此新型成炭剂的开发是当前膨胀型阻燃剂研究的重要方向之一。

三嗪类衍生物作为一类富含叔氮结构的化合物，其优良的炭化效果引起了人们的关注。日本专利JP.Pat.No.0,583,065,Al(1994)中公开了一种以三聚氯氰为起始原料合成三嗪类成炭剂的技术方案，但实验时间过长（总时间在29小时以上），并且操作复杂。又参考专利号为ZL200510010243.4的中国发明专利《大分子三嗪系成炭-发泡剂及其合成方法》(授权公告号为CN1288140C)，该专利描述了一种大分子三嗪系成炭-发泡剂及其合成方法，再参见申请号为200710071927.4的中国发明专利申请公开《三嗪系齐聚物及其合成方法》(公开号为CN101024632A)、申请号为200910099717.5的中国发明专利申请公开《含芳香族链结构的三嗪成炭剂及其制备方法》（公开号为CN101586033A）和申请号为200910098421.1的中国发明专利申请公开《三嗪系超支化大分子成炭剂的制备方法》（公开号为CN101880400A）。近年来，一些三嗪类的成炭剂或阻燃剂合成及应用的文章不断公开发表，但大多成炭率低，热稳定性差，如Xiao-Ping Hu(Journal of Applied Polymer Science 94,1556-1561,2004)等合成的三嗪类成炭剂， 300℃时失重为21﹪, 600℃时残炭量为5﹪。Yuan Hu等人(Polymers for Advanced Technologies19,393-398,2008)分别以三聚氯氰和三氯氧磷为中心合成两种星形结构的可紫外固化的阻燃剂，将它们复配后得到了阻燃性能优异的固化膜。Chen-hao Ke等人（Polymers for Advanced Technologies 22,2237-2243,2011）把三嗪超支化大分子成炭剂和聚磷酸铵用于阻燃尼龙-6，结果显示出了较好的成炭效果。Chen-Hao Ke等人（Polymer Degradation and Stability 95,763-770,2010)把三嗪超支化大分子成炭剂和聚磷酸铵与聚乳酸复配后，显著提高了聚乳酸的阻燃性能和抗滴落性。

就目前的研究报道来看，研究的重点都在主链组成和结构方面，而对于侧链的研究比较少，尤其是侧链含有催化基团的新型大分子三嗪成炭剂还未见公开报道。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种主链含哌嗪结构的大分子三嗪成炭剂。

本发明的大分子三嗪成炭剂的结构式为：

其中，R为-(CF₂)_m-、-(CF₂)_mOCF₂CF₂-或-N(CH₃)(CH₂)_m-,m为1～10的整数；X为氢、钠、钾或镍。

本发明的另一目的是提供一种制备该大分子三嗪成炭剂的方法。

该方法是由无水哌嗪和三聚氯氰缩聚后再取代后得到，具体步骤如下：

步骤(1).将无水哌嗪与缚酸剂按摩尔比(0.5～1): 1混合，在惰性气体氛围中，25～45℃下搅拌0.5～1小时；

所述的无水哌嗪的分子式为C₄H₁₀N₂，化学结构式为；

所述的惰性气体为氮气或氩气；

所述的缚酸剂为三乙胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶、N-N二异丙基乙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种；

步骤(2).加入三聚氯氰的非质子性有机溶剂，25～45℃下反应4～8小时；