[发明专利]膨胀型高分子磷氮无卤阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料科技领域，特别涉及一种膨胀型有机高分子磷氮无卤阻燃剂及其制备方法。

背景技术

膨胀型阻燃剂是现代发展最快的一类环保型阻燃剂，它含有酸源（脱水剂），气源（发泡剂）和炭源（成碳剂）。以磷、氮为主要活性成分，含有这类阻燃剂的塑料受热时，表面能生成一层均匀的炭质泡沫层，此层隔热、隔氧、抑烟，并能防止产生滴落，故具有良好的阻燃性能，且符合当今要求阻燃剂少烟、低毒的发展趋势。因此，磷、氮系膨胀型阻燃剂具有良好的发展前景，近年来更是为人们青睐。

实验表明，膨胀型阻燃剂必须与高聚物类型相匹配，才能有效地发挥其阻燃功效，这种匹配性包括其热行为，受热条件下形成的物质等等。

另外，与传统的卤素阻燃剂相比，膨胀型阻燃剂有一个显著不同的特点，即当其用量低于一定值时，对材料的阻燃基本没有贡献，当其用量超过一定值时，材料的阻燃性急剧提高，而对卤素阻燃剂，材料的阻燃性随阻燃剂的用量几乎成线性关系。

目前，人们不仅要求阻燃剂具有适当的阻燃性能，而且要求其抑烟和减少被阻燃材料燃烧时有毒气体的释放量，同时又不至于过多恶化材料的各种使用性能，因而许多传统阻燃剂面临困境，这样给膨胀型阻燃剂的发展提供了良好的机遇。

膨胀型阻燃剂（IFR）主要是通过凝聚相阻燃（主要是成炭）发挥作用的。下述阻燃均属于凝聚相阻燃：

在固相中延缓或阻止材料的热分解，减少或中断可燃物的来源。

材料燃烧时表面生成多孔炭层，此层隔热，隔氧，又可以阻止可燃气体进入气相。IFR即主要按此机理阻燃。

填料稀释被阻燃的可燃材料，且热容较大，既可蓄热，又可导热，因而被阻燃材料不易达到热分解温度。

阻燃剂受热分解吸热，并释放出不燃物（如水等），阻止被阻燃材料温度升高。工业上大量使用的氢氧化铝和氢氧化镁均属于此类阻燃剂。

 传统的卤素阻燃剂是气相阻燃机理，是可燃性气体释放出来后，阻燃剂在气相捕捉自由基，使燃烧不能继续，因此，不论燃烧与否，在受热时都释放出大量的有害气体，对人和环境造成危害。而固相阻燃机理则是阻止高聚物受热分解释放出可燃性气体，或者对高聚物在受热时进行脱水成炭，只释放出水和氮气，既达到了阻燃的目的，又对人和环境没有任何危害。

现在磷氮膨胀型无卤阻燃剂主要有两种：一种是复配型，把聚磷酸铵或磷酸三聚氰胺，多元醇（如季戊四醇）等混合在一起做阻燃剂，但是添加量比较大，耐水性不好，容易从被阻燃材料中析出；另一种方式就是合成磷氮杂环化合物，分子结构复杂，合成工艺要求高，目前为止，还停留在实验室阶段，没有工业化生产。

发明内容

本发明的主要目的是针对现有技术中复配型磷氮膨胀型阻燃剂耐水性差，易析出的缺陷；而磷氮杂环化合物分子结构复杂，合成工艺要求高，不易推广的问题，提供一种高分子量的含氮聚磷酸酯膨胀型无卤阻燃剂，把酸源，气源和碳源几个成分通过化学键键合在一起，形成高分子量或超高分子量的聚合物，就有效解决了耐水性差，易析出的问题；同时，通过采用通用的（如缩合聚合反应，交联反应等）高分子合成技术，有效解决了合成磷氮杂环化合物工艺要求高，不易推广的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

1、一种膨胀型高分子磷氮无卤阻燃剂, 结构式为                                                ，

其中的R₁、 R₂、R₃选自亚芳基、亚杂芳基或亚烷基，所述亚芳基、亚杂芳基或亚烷基可任选被羟基或氨基取代。

作为进一步优选，所述的R₁、 R₂基团选自下述取代基：

，，，，，，

所述R₃基团选自下述取代基：

，，，    。

作为进一步优选， R1及R2及R3中的碳原子数≤10，m=200-800 ，n=200-800。此优选范围的依据是：如果R基团碳原子数太大，碳含量过高，则降低了P, N, O的含量，就会降低阻燃剂的阻燃效果，碳原子数最好在10以下，阻燃效果就能达到最佳。m, n的是磷酸和多元醇聚合反应的聚合度，如果聚合度太小，酯化反应不充分，产品的耐水性和耐热性就差，聚合度太高不容易达到，反应困难，工艺复杂，m, n=200-800就是兼顾了产品性能和聚合工艺，比较适合的数值。