[发明专利]具有β晶诱导成核作用的成炭剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于膨胀型阻燃产品的技术领域，具体地说，本发明涉及一种包含三嗪结构和刚性基团且能诱导聚丙烯形成一定的β晶的成炭剂及其合成方法。

背景技术

聚丙烯及其复合材料的广泛应用给人们的生产生活带来了极大的便利。然而聚丙烯属易燃材料，限制了其在有阻燃要求的场合使用，因此，实施聚丙烯的阻燃改性显得很重要，阻燃剂也成为了高分子材料应用的重要助剂之一。

传统的高效阻燃剂中，一般含有卤素，尤其是溴，具有较高的阻燃效率，当此类阻燃剂与三氧化二锑复配后对高分子材料具有良好的阻燃效果。但是此类阻燃剂在燃烧或加工时会释放出大量卤化氢和烟雾，造成环境的二次污染，逐渐遭到禁用。

膨胀型阻燃剂（IFR）在燃烧时能形成致密而膨胀的炭层，降低烟气的释放，并能有效地防止燃烧过程中的熔滴现象，特别适用于聚丙烯类聚合物的阻燃改性。因此，IFR成为一类应用前景广阔的环境友好型阻燃剂。

膨胀型阻燃剂（IFR）通常由酸源、炭源和气源三种组份构成。当三源匹配合理时，膨胀阻燃剂燃烧将形成致密的炭层，充分发挥阻燃作用。传统的膨胀型阻燃剂中主要由多聚磷酸铵（APP）为酸源，季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、淀粉等多羟基化合物为碳源，三聚氰胺等作为气源。其中成炭剂容易迁移，水溶性大，热稳定性不高，加工过程中容易与多聚磷酸盐反应，因此，开发耐热耐水的成炭剂显得尤其重要。

三嗪类衍生物具有良好的耐热性、成炭性，成为了新一代成炭剂的代表，引起了研究人员的广泛关注。如日本专利JP.Pat.No.0,583,065,Al(1994)、专利ZL200510010243.4《大分子三嗪系成炭-发泡剂及其合成方法》、《三嗪系齐聚物及其合成方法》（授权号CN100500657C）和专利《含芳香族链结构的三嗪成炭剂及其制备方法》（公开号CN101586033A）、《一种用于阻燃聚烯烃材料的膨胀型成炭剂及其制备方法》（授权号CN102161763 B），以及一些文献报道，如胡小平等（Journal of Applied Polymer Science 94, 1556-1561, 2004）等。

这些专利和合成方法在不同程度地存在如下问题：制备过程复杂、反应时间较长，产物的热稳定性、成炭性和与基体的相容性有待进一步提高，对聚丙烯复合材料的力学性能有明显的影响，并且含有大量的极性基团，吸水性较强，易使材料吸潮。

发明内容

本发明的目的是针对现有三嗪类成炭剂的成炭量低和热稳定性较差及与聚丙烯相容性差，对复合材料力学性能影响大的缺点，提而供一种具有β晶诱导成核作用的成炭剂及其合成方法，本发明所得产物成炭量较高、热稳定性较好且能诱导产生一定量的β晶，从而改变聚丙烯复合材料的聚集态结构，实现阻燃性能与力学性能共同提高的目的。

为了达到上述目的，本发明的具有β晶诱导成核作用的成炭剂的技术方案是这样实现的，其特征在于，结构式如下：

式中：X为NH或O；M为环己基、苯基、苯甲酰基；R为含2-18个碳的直链烷基、苯基或带有取代基的苯基中的一种。

在本技术方案中，具有β晶诱导成核作用的成炭剂的合成方法是这样实现的，其特征在于，包括如下几个步骤：

步骤一

将溶剂加入到容器中，在冷冻反应器或冰浴中冷却到-5-5℃，加入三聚氯氰，搅拌均匀得到混合液，溶剂体积与三聚氯氰的摩尔数之比为500mL:1mol；在混合液中滴加含刚性基团的反应物和缚酸剂的溶液，在-5-5℃下反应1-3小时，分离得到一元取代物，三聚氯氰、含刚性基团的反应物与缚酸剂的摩尔比为1:1:1；

步骤二

将二元胺或二元醇类物质和缚酸剂滴加到装有一元取代物的反应容器中，升高温度至40-60℃，先反应1-3小时，然后升温至溶剂回流温度再反应5-8小时，得到成炭剂，其中一元取代物与二胺或二醇及缚酸剂的摩尔比为1:1:1。

在本技术方案中，所述溶剂为乙腈、丙酮中的一种或两者的混合液。

在本技术方案中，所用的含刚性基团的反应物为苯胺、环己胺、苯甲酰胺中的一种或它们的混合物。

在本技术方案中，所用的缚酸剂为三乙胺、吡啶、三亚乙基二胺中的一种或它们的混合物。

本发明的合成路线如下：