[发明专利]一种N-P阻燃材料及其制备方法和在纺织品中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃材料制备技术领域，特别涉及了一类基于磷腈环和双笼型结构的新型N-P阻燃材料的制备以及它们在纺织品领域，尤其是在棉纺织品中的应用。

背景技术

纺织纤维制品的易燃性带来的火灾已成为现在社会重大灾害之一，严重威胁人们的生命财产与安全。因此，世界各国十分重视纤维以及纺织品的阻燃研究。时至今日，有关阻燃剂的研究虽然有了长足的进展，但随着环境保护的深入推进，人们思想意识的不断提高，纺织品工业对阻燃剂的要求也越来越高，高效、绿色、环保已成为纺织品阻燃剂发展的必然趋势。

目前应用于纺织品的阻燃材料主要有①有机卤素阻燃体系②氮系阻燃体系③磷系阻燃体系④硅系阻燃体系等，其中有机卤素阻燃材料虽然具有优异的阻燃性能，添加量少，但其燃烧时会产生大量有毒有害强刺激性的气体，对人体健康和环境造成直接的、潜在的和长久的危害，从而使得无卤阻燃材料的研究和开发成为必然趋势；氮系、磷系、硅系阻燃材料的主要优点是低毒、低烟、低腐蚀，但由于所需添加量较大，往往会影响材料机械性能，因此其应用也受到了一定限制。

有研究表明，当氮系阻燃材料和磷系阻燃材料复配使用或同时含有氮-磷(N-P)的化合物作阻燃剂时，由于N-P的协同作用，显示出良好的阻燃性能，其发烟量小，可自熄，不产生有毒气体，添加量适中，对材料的机械性能影响小，因此被公认为是阻燃剂的发展方向。目前研发的N-P型阻燃剂大多为复配性，这类体系中的P其中主要来源于磷酸铵、多聚磷酸铵、磷酸酯等，N则来源于各种氮或胺类化合物，如尿素、双氰胺、三聚氰胺等，这些复配体系通常具有良好的阻燃性能，但因形成的盐大多为低分子，热稳定性差，成碳率低，因此在应用上也存在着一些局限性。

为了获得高效、环保、绿色的纺织品阻燃材料，我们发明了一类基于磷腈环和双笼型结构的新型N-P阻燃材料，本发明的新型N-P阻燃材料的结构特点是(1)以环三磷腈为基本骨架，通过亲核取代反应将双笼型结构接枝到磷腈骨架中；(2)分子结构中的磷腈环含有丰富的N源与P源；(3)分子结构中的双笼型结构具有优异的热稳定性与阻燃性能。根据分子结构特点，这类材料应该是一类性能优异的新型N-P阻燃剂，可望在纺织工业、塑料、皮革等领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磷腈环和双笼型结构的新型N-P阻燃材料及其制备方法。

本发明的技术方案为：

一种N-P阻燃材料，分子结构如下所示：

其名称为六(1-氧基磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2,2,2]辛烷-4-亚甲氧基)环三磷腈(HCPPA)。

上述的N-P阻燃材料的制备方法，以环三磷腈为基本骨架，通过亲核取代反应将PEPA的双笼型结构接枝到磷腈骨架中，包括如下步骤：

(1)以吡啶和氧化锌(ZnO)为催化剂，将氯化铵和五氯化磷(PCl₅)进行反应，得到六氯环三磷腈即HCPP；

(2)将季戊四醇和三氯氧磷(POCl₃)进行反应，得到1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷即PEPA；

(3)在强碱性试剂存在的条件下，HCPP与PEPA通过亲核取代反应，得到HCPPA。

进一步，步骤(1)中，所述氯化铵和五氯化磷的物质的量之比为1:1-2，所述ZnO和PCl₅物质的量之比为1:30-40，所述吡啶和PCl₅的投料摩尔量比为1:3-4。

进一步，步骤(2)中，所述季戊四醇与三氯氧磷的物质的量之比为1-1.3:1。

进一步，步骤(3)中，所述HCPP与PEPA的物质的量之比为1:1-2。

进一步，步骤(3)中，所述的强碱性试剂为NaH。

进一步，步骤(1)的反应，温度为120-132℃，时间为5-6h。

进一步，步骤(2)的反应，80-100℃下反应2-4h，然后在回流状态下反应2-5h。

进一步，步骤(3)的反应，温度为60-82℃，时间为7-8h。

进一步，所述步骤(1)的反应具体为：

六氯环三磷腈(HCPP)的合成