[发明专利]磷硅氮三元协同阻燃剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于功能性阻燃剂领域，涉及一类磷-硅-氮三元协同阻燃剂及其制备方法与应用。

背景技术

在过去的几十年里，聚合物因其优异的性能得到了广泛的应用。但由于通常的聚合物材料具有易燃特性，经常诱发火灾，因此通常需要配合阻燃剂一起使用。而在聚合物本体中加入阻燃剂是提高聚合物材料阻燃性能的最为有效的手段。

在探索合成新型高效阻燃剂的同时，人们也通过不同阻燃剂的配合使用，在降低阻燃剂用量的同时提高阻燃效率。在不同阻燃剂配合使用的过程中，由于不同阻燃剂阻燃机理的协同效应，在添加量相同的情况下，协同阻燃体系的阻燃效率明显高于两种阻燃剂单独使用时的阻燃效率，这就是所谓的阻燃剂“协同效应”。常见的协同阻燃体系如卤/锑协同阻燃体系等。

近年来，随着环境保护以及安全防护意识的不断提高，人们对聚合物材料的阻燃提出了新的要求。理想的阻燃剂不仅要具有高效阻燃的特征，还应该具有环境友好等特性。传统的阻燃剂，如卤/锑系阻燃剂由于在火灾中产生有毒气体二噁英，其应用受到了越来越大的限制。相比之下，磷系、氮系、硅系以及无机氢氧化物阻燃剂的研究与应用近年来得到了快速的发展(Wilkie C A，Morgan A B.Fire retardency of polymericmaterials，CRC Press，2010，pp 1～15)。

磷-氮协同阻燃体系是目前应用比较广泛的协同阻燃体系。磷系化合物降解温度较聚合物本体低，燃烧的过程中在聚合物表面形成保护层，隔断可燃部分与氧气的接触，达到阻燃效果。氮系化合物在降解过程中产生无毒的不燃气体，降低可燃物表面的氧气浓度，同时这种气体还可以促使表面形成泡沫层，阻止燃烧的进一步发生。例如，日本伏见制药所株式会社开发了高效“磷-氮”协同阻燃剂聚磷腈(商品名：FP-100)。该阻燃剂对环氧塑封料以及工程塑料(聚碳酸酯、ABS树脂、高抗冲聚苯乙烯等)体系具有优良的阻燃特性。

含硅化合物是环境友好型阻燃材料，其在燃烧过程中不产生任何有毒物质。由于具有很低的表面能，在燃烧过程中更容易富集在表面，其燃烧产物二氧化硅具有很高的热稳定性，在高温下不降解，可有效的防止聚合物进一步降解。

综上所述可知，含磷、含氮和含硅化合物都可作为阻燃剂来使用。而当化合物同时含有上述三种元素时，由于协同效应，阻燃效果会大大提高。Li等人研究发现磷-硅-氮型阻燃剂对聚丙烯材料具有良好的协同阻燃效应(Li Q，et al.Synergistic effect ofphosphorus，mtrogen，and silicon on flame-retardant properties and char yield in propylene.JAppl Polym Sci，2005，96：854-860)，使用同时含有磷、硅和氮元素的阻燃剂的阻燃效果要高于含有两种上述元素的阻燃剂，并且含有此种阻燃剂的聚合物的极限氧指数和热失重的残炭率都得到了提高。虽然磷-硅-氮三元协同阻燃剂对于聚合物材料具有良好的阻燃效果，但由于其制备工艺较为复杂，目前市场上尚无批量化产品提供。

发明内容

本发明的目的是提供一种磷-硅-氮协同阻燃剂及其制备方法与应用。

本发明提供的磷-硅-氮协同阻燃剂，其结构通式如式I所示，

所述式I中，R₁＝R₂＝-C_mH_2m+1，m为1～10，优选m为1～6，具体可为1-3；或者R₁＝R₂＝-C₆H₅。R₃＝-H或-C₆H₅。所述式I中，R₁＝R₂＝-C_mH_2m+1或-C₆H₅，m为1～10的整数；R₃＝-H或-C₆H₅。具体的，所述R₁＝R₂＝-CH₃，所述m为1～6的整数，具体为1-3的整数。

本发明提供的制备所述式I所示化合物的方法，包括如下步骤：将式II所示化合物二苯基氧化膦(简称DPPO)和式III所示乙烯基硅氮烷于溶剂a中溶解后，再向该体系中加入有机硼的溶液进行加成反应，反应完毕得到所述式I所示化合物；