[发明专利]一种网络结构成炭剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种网络结构成炭剂及其制备方法和应用。该网络结构的成炭剂是以哌嗪和醛类作为反应单体，以三聚氰胺为交联剂形成的。其制备方法是将哌嗪溶解于有机溶剂中，在催化剂的作用下，与醛基化合物发生脱水缩合反应2～10h，以三聚氰胺为交联剂，形成网络结构，最后采用单官能硅烷偶联剂进行表面处理，经过抽滤，洗涤，干燥，最终得到网络结构成炭剂。本发明还涉及该网络结构成炭剂作为膨胀型阻燃体系的碳源的应用，该膨胀型阻燃剂体系可以应用于聚丙烯，聚乙烯以及乙烯‑醋酸乙烯共聚物中。本发明制备的网络结构成炭剂具有无卤低毒，有较强的耐水性和疏水性，合成工艺简单，反应产率高，阻燃效果好，成本低。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种网络结构成炭剂，具体涉及一种含哌嗪和三聚氰胺的网络结构成炭剂及其制备方法和应用，尤其是在制备阻燃高分子材料中的应用。

背景技术

随着高分子材料工业的发展，合成材料已广泛应用于国民经济和人民生活的各个领域。但是，由于高分子材料的易燃性和可燃性而引起的火灾事故也给人类的生命财产安全带来了巨大的威胁。在树脂中添加阻燃剂，是提高高分子材料阻燃性能最简单、经济和富有成效的方法，其中阻燃剂是决定材料阻燃性能优劣的关键。传统的卤系阻燃剂燃烧时释放出卤化氢、二噁英等有毒和腐蚀性气体，产生较大的烟雾，已经逐步被限制使用。

随着人们环保意识的提高，阻燃剂及阻燃材料的无卤化成为科学研究和工业应用共同追求的目标。在无卤阻燃剂中膨胀型阻燃剂(IFR)因其低毒、低烟、低腐蚀、抗融滴等特点被认为是具有良好发展前景的绿色阻燃剂之一。IFR一般由酸源、碳源、气源三部分组成，在燃烧过程中IFR可以促使材料表面形成膨胀炭层，起到隔热、隔氧、抑烟的作用，从而使火焰熄灭。目前可用于IFR碳源的成炭剂主要存在以下问题：季戊四醇(PER)的热稳定性较差，吸水性较大，而且在加工和使用过程中易迁出、易反应，最终导致阻燃聚合物易吸潮，进而在日常使用过程中影响产品的电性能、耐候性以及耐久性，最终影响材料使用性能。淀粉、多糖类生物基成炭剂阻燃效率低，且不耐温。这些问题阻碍了IFR在很多领域的工业化应用。因此开发新型成炭剂是IFR发展的一个重要方向。

近年来针对传统成炭剂的缺点，各种新型成炭剂相继被研究报道出来。如：公开号为：CN104693442A和CN103756015等公开了利用含磷二胺或者二羟基化合物与三聚氯氰进行反应制备了一种超支化成炭剂，虽然制备成炭剂的成炭效率高，产物的热稳定性好，但是原料中使用了三聚氯氰，需要进行阶段控温，并且需要加入缚酸剂来保证反应的顺利进行，合成工艺相对繁杂，而且氯容易残留。另有公开号为：CN103992481A公开了“一种超支化聚磷腈阻燃成炭剂及其制备方法”，虽然制得的成炭剂阻燃效果好，加工性能良好，但是，该成炭剂的制备需要20h左右，并且原料六氯环三磷腈易升华，其蒸汽对眼睛和呼吸道有刺激作用，且对水资源有害。

本专利以哌嗪和醛类化合物作为单体，以三聚氰胺为交联剂，在溶剂中进行反应，最后以单官能硅烷偶联剂来封端，制备了具有网络结构的成炭剂。该成炭剂不但具有良好的热稳定性和耐水性，而且具有功能性表面，与聚合物相容性好，此外制备方法简单、环保，产率高，易于工业化生产，所用原材料价格便宜。可作为IFR的成炭剂用于高分子材料的阻燃，与现有的成炭剂比有明显的优势。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新型网络结构成炭剂。该成炭剂不仅成炭性能优异，而且制备方法简单，产率高，工艺过程环保，易于工业化生产。

本发明所述的成炭剂分子结构如式(1)：

式中1＜n＜10000；R的结构为下列之一：R₁为含单个羟基或氨基的硅烷偶联剂基团。

本发明的另一目的是提供一种制备该网络结构成炭剂的方法。该方法具体步骤如下：

步骤(1)、将醛基化合物加入到有机溶剂中，调节溶液PH至8～9；其中醛基化合物的浓度为0.6L/mol；