[发明专利]含受阻胺结构单组份大分子膨胀型阻燃剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于无卤阻燃剂的制备及应用领域，尤其是涉及一种含受阻胺结构单组份大分子膨胀型阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术

膨胀型阻燃剂(IFR)因其具有低烟低毒、抑熔滴等优点而被认为是聚合物阻燃领域最具发展前景的绿色阻燃剂之一。在现有的IFR体系中，最常用的为聚磷酸铵/季戊四醇(APP/PER)。将APP/PER添加到聚合物中时，可以起到良好的阻燃、抑烟和抗熔滴作用。但PER为极性小分子，与基体的相容性差、易迁移、易吸湿；APP/PER体系热稳定性差、阻燃效率偏低以及添加量偏大(>25wt％)，不仅增加了阻燃PP材料的生产成本，还严重劣化材料的加工性能及力学性能。

针对上述问题，Wen等以三聚氯氰、乙醇胺等为原料，通过亲核取代反应合成了一种超支化成炭剂(HCFA)，并将其与聚磷酸铵(APP)复配阻燃聚丙烯(Synthesis of a novel triazine‐based hyperbranched char foaming agent and the study of its enhancement on flame retardancy and thermal stability of polypropylene[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2013,52(48):17015‐17022)，能较好地克服小分子成炭剂PER的部分缺点，但添加量为30wt％时才可以使阻燃PP的LOI达到33.0％。方征平等以2,6,7‐三氧代‐1‐磷杂双环‐[2,2,2]‐辛烷‐1‐甲氧基二氯磷酸酯和二胺化合物等为原料合成了一种含磷和氮的单组份大分子膨胀型阻燃剂(专利CN101225310)，该阻燃剂具有良好的热稳定性和抗湿性，与基体相容性较好，不易迁出，但由于分子结构中缺乏足够的气源，阻燃效率仍然偏低。

近年来，随着聚丙烯材料在汽车外饰、家具电器、电线电缆和建筑材料等领域的应用日趋广泛，对材料的阻燃及耐候性能提出了更高的要求。然而，现有的膨胀型阻燃剂功能较为单一，难以满足材料日益提高的性能要求。曾幸荣等合成了一种三嗪类大分子成炭剂(专利CN103073788A)，将其与聚磷酸铵、受阻胺稳定剂和含硅矿物等复配，制备了一种具有良好耐候性、抗湿性和阻燃性能的膨胀型阻燃PP材料，但由于添加剂组份较多，工序较为复杂，难以保证其在聚合物基体中获得均匀、一致的分散。

针对上述不足，本发明通过分子设计，引入具有自由基淬灭功能的受阻胺结构，制备一种兼具优良阻燃性能、耐候性能和耐水性能的单组份大分子膨胀型阻燃剂，既能满足人们对多功能阻燃剂的需求，又能简化工序、节约成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有膨胀型阻燃剂存在的不足，提供一种含受阻胺结构单组份大分子膨胀型阻燃剂，该阻燃剂可有效克服小分子膨胀型阻燃剂易迁移、易吸湿、与聚合物基体相容性差和热稳定性差等缺点，并赋予聚合物良好的阻燃性能和耐候性能。

本发明另一目的是提供含受阻胺结构单组份大分子膨胀型阻燃剂的制备方法。

本发明还有一目的是提供含受阻胺结构单组份大分子膨胀型阻燃剂的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种含受阻胺结构单组份大分子膨胀型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

1)一取代受阻胺三嗪化合物的合成：在‐5℃～10℃条件下，在反应釜中加入有机溶剂和三聚氯氰，匀速搅拌均匀；将受阻胺单体溶于有机溶剂，于2h～5h内逐滴加入所述反应釜中，同时滴加缚酸剂，滴完后反应1h～4h；反应结束后将混合液浓缩、过滤、洗涤和干燥，得到一取代受阻胺三嗪化合物；所述三聚氯氰与受阻胺单体的摩尔比为1:1～1:2；

2)含受阻胺结构单组份大分子膨胀型阻燃剂的合成：在反应釜中加入有机溶剂和一取代受阻胺三嗪化合物，升温至40℃～60℃，匀速搅拌；于1h～4h内逐滴加入磷酰二胺和缚酸剂的混合水溶液，滴完后反应2h～6h；升温至90℃～120℃，于1h～4h内滴加入磷酰二胺和缚酸剂的混合水溶液，反应2h～6h；反应结束后静置分层，将产物所在液体层浓缩结晶，再过滤、洗涤、干燥，得到含受阻胺结构单组份大分子膨胀型阻燃剂；所述的磷酰二胺与一取代受阻胺三嗪化合物的摩尔比为3:1～1:1。