[发明专利]一种交联含异氰尿酸酯大分子阻燃成炭剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大分子阻燃成炭剂，尤其涉及一种交联含异氰尿酸酯大分子阻燃成炭剂，属于环保无卤阻燃剂技术领域。

背景技术

传统的无卤膨胀型阻燃剂（IFR）是由酸源聚磷酸铵、炭源季戊四醇和气源三聚氰胺所组成。由于IFR阻燃的聚合物燃烧时表面会形成外层致密、内部疏松的多孔膨胀炭层，该膨胀炭层具有隔热、隔氧的作用，从而赋予聚合物高阻燃性。与卤系阻燃剂相比，IFR具有低烟、无毒、无腐蚀性气体放出等优点，近年来得到广泛的应用。IFR常用的成炭剂为季戊四醇或季戊四醇磷酸酯，它们虽然具有较好的成炭性，但由于其分子量低，与材料相容性差、热稳定性和耐水性差，在与聚合物的高温复合加工过程以及所制备的聚合物阻燃材料在潮湿环境中使用受到很大的限制。

近年来出现的含三嗪环类大分子成炭剂，具有初始分解温度高、热稳定性好、阻燃性能好等特点，成为IFR研究的一个热点。三嗪类大分子成炭剂通常是以三聚氯氰和不同基团的化合物反应，具有无卤、低毒、分解温度高、对材料的物理机械性能影响小、抗渗出以及阻燃效率高等优点。发明专利申请CN102352036A公开了三嗪系成炭-发泡剂、其合成方法及以其为原料制成阻燃聚合物复合材料，其方法是向三聚氯氰中加溶剂，滴加醇胺、烷基胺和缚酸剂，生成一取代物，再将二胺和缚酸剂加入生成二取代物，升高温度，抽滤、水洗、烘干得到三嗪类成炭-发泡剂。发明专利申请CN101880400A公开了一种三嗪类超支化大分子成炭剂的制备方法，将二氨基或二羟基化合物与非质子性有机溶剂混合，加入催化剂，在惰性气体氛围中，逐滴加入三聚氯氰的非质子性有机溶液，滴加完后，该温度下继续反应，加入封端剂，再反应、沉淀、过滤、有机溶剂清洗、分离，干燥后得到三嗪类超支化大分子成炭剂。发明专利申请CN101434843A公开了一种含有大分子三嗪类成炭剂的无卤膨胀阻燃剂及其制备方法，膨胀型阻燃剂是由大分子三嗪类成炭剂、环氧树脂包覆聚磷酸铵和助剂组成，大分子三嗪类成炭剂是三聚氯氰和二元胺的反应产物。发明专利申请CN101586033A公开了一种含芳香族链结构的三嗪环成炭剂，该成炭剂由结构通式为NH₂-Ar-NH₂、HO-Ar-OH或HS-Ar-SH的芳香族二元化合物和单取代的三聚氯氰在催化剂作用下缩聚得到。

这些专利均采用三聚氯氰为起始反应物，反应过程中需要丙酮、苯/甲苯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃等有机溶剂，涉及有机溶剂后处理问题。另外，反应过程中生成氯化氢，需要消耗缚酸剂，同时还有氯化氢尾气回收处理问题，对环境有一定的污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对这一技术现状，提供一种反应过程无需有机溶剂、无氯化氢气体放出、所得产品成炭率高的大分子阻燃成炭剂，本发明通过以下技术方案实现：

一种交联含异氰尿酸酯大分子阻燃成炭剂及其制备方法，其特征在于该成炭剂具有如下结构通式：

其中，X为乙基或丙基，Ar为苯、萘、二苯甲烷、二苯酮、二苯醚、碳酸二苯酯中的一种，n为重复单元，n值为1~5。

进一步，所述的成炭剂由含异氰尿酸酯及芳香族二元羧酸在催化剂作用下缩聚反应得到。

一种交联含异氰尿酸酯大分子阻燃成炭剂及其制备方法，具体步骤为：

1摩尔的异氰尿酸酯加热熔融，加入催化剂，加入1.1~5.5摩尔的芳香族二元羧酸，升温到190~290℃，在此温度区间进行缩聚反应4~48小时，反应过程中及时将缩聚反应生成的水取出。将熔融物出料，自然冷却、粉碎，得到白色粉末即为含异氰尿酸酯结构的大分子膨胀阻燃成炭剂，反应中所述的催化剂为对甲苯磺酸、硫酸附载的固体超强酸(如SO₄^2-/TiO₂、SO₄^2-/ZnO₂、SO₄^2-/Fe₂O₃)、钛酸四丁酯、钛酸异戊酯、钛酸2-乙基已酯等其中的至少一种，催化剂的量为异氰尿酸酯质量的0.2~5.5%。

本发明所述的成炭剂作为膨胀型阻燃体系的成炭剂，与长链结晶II型聚磷酸铵配合形成膨胀阻燃体系，并应用于PP、ABS、PET、PLA、PA6、HDPE、硬质聚氨酯泡沫等材料的阻燃，高温下成炭率高。该膨胀阻燃体系在加热时熔融、分解发泡膨胀，最终生成膨松且强度优良的炭层。