[发明专利]反应型膨胀阻燃剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃剂，具体涉及一类新型的反应型膨胀阻燃剂及其合成方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展与进步，人们生活水平的不断提高，化学纤维、塑料、橡胶等高分子材料已经被广泛地应用于生产、生活、国防建设和科研等各个领域，并发挥着越来越重要的作用。但是这些材料也有一个共同的特性，即易燃或可燃，特别容易引起火灾事故的发生，这种潜在的可燃性已严重影响人们的生命财产安全。随着环境保护意识的增强，人们不仅要求阻燃剂具有良好的阻燃性能，而且要求能够抑制烟雾和减少有毒气体的释放。同时要求阻燃与材料的相容性能满足机械加工。因此，反应型膨胀阻燃剂的研究成为阻燃剂领域中最活跃的热点之一。

反应型膨胀阻燃剂由于其低烟、无毒、高效等特点，被认为是当前无卤阻燃材料中最活跃的热点之一。膨胀型阻燃（IFR）体系包括炭源、酸源、气源。由于三嗪类化合物兼有炭源和气源的作用，近年来关于三嗪类阻燃剂报道，Li和Hu(Polym.Degrad.Stab.2006,91(6):1380andPolym.Adv.Technol.2008,19:1077)报道含三嗪结构的成炭剂CFA，添加25wt％时，阻燃PP的LOI达到37.0％。Yi(J.Appl.Polym.Sci.2013,127(2):1061)报到新型成炭剂聚(亚乙基对苯二甲酰胺)，添加30wt％时，阻燃PP的LOI达到35％。Yang(Polym.Degrad.Stab.2013,98(7):1397)等利用三聚氰氯等合成出新型成炭剂N-乙基哌嗪共聚物，添加24wt％时，阻燃PP的LOI达到34.1％。Xu(Polym.Degrad.Stab.2013,98(10):2011)等合成了新型成炭剂聚[N-双(亚乙基)-苯基膦基-N,N-双(亚乙基)-1,3,5-三嗪-N-苯基膦，当添加25wt％时，阻燃PP的LOI达到34.0％。虽然都表现出了优秀的阻燃性能，但是它们均为添加型阻燃剂，存在与材料相容性和添加型阻燃剂逸出污染环境问题较为严重。

基于以上报道，本发明以均三嗪为母核，根据协调阻燃机理，引入阻燃元素磷、氮或硫，提高其阻燃性能；同时引入反应基团，设计成反应型膨胀阻燃剂，改善材料的相容性与机械加工性能，同时克服环境污染问题，是今后阻燃剂的新方向。

发明内容

本发明的目的是提供一类反应型膨胀阻燃剂及其合成方法。

该类反应型膨胀型阻燃剂，分子结构为：

本发明是通过以下技术方案实现的：

(1)将三聚氰氯1.84g（10mmol）和20mL二氯乙烷加入三口瓶中，加热至回流，然后缓慢滴加等当量的亚磷酸三烷酯和20m二氯乙烷混合物，大约30分钟滴加完毕，继续回流1~2h，生成中间体2a-b；

(2)冷却至室温，滴加2~2.4当量的2-取代乙醇和碱，控制在45~55℃以下，滴加完后在温度继续反应3~5h，生成目标化合物3，即为反应型含P-N阻燃剂。

(3)然后加入水分层，水相为铵盐，有机相为产物，去除二氯乙烷，得到粘稠黄色的油状物。

本发明的反应原理如下所示：

本发明提供的阻燃剂集碳源、酸源、气源于一体，热稳定性高，成碳性好，在添加量少的情况下具有良好的阻燃效果；本发明合成工艺简单，所需原材料价格低廉；合成所需温度低，可减少能耗；合成所需设备简单，容易操作。

具体实施方式

以下通过具体实施例来进一步本发明做进一步说明。

实施例1

第一步，取1.84g(10mmol)三聚氯氰溶于20mL二氯乙烷中，加热至回流，然后缓慢滴加等亚磷酸三甲酯1.40g(10mmol)二氯乙烷溶液(20mL)，30分钟滴加完毕，继续回流2h，形成无色溶液，即为中间体2a(未分离，直接进行下一步)。

第二步，将上述反应液冷却至室温，加入1.22g乙醇胺和三乙胺(20mmol)，滴加完后，升温至45℃，反应3h，生成大量白色沉淀，停止加热冷却至室温。然后加入水分层，水相为铵盐，有机相为产物，去除二氯乙烷，得到粘稠黄色的油状物3a（产率为55.2%）。