[发明专利]一种金属配合物阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属配合物阻燃剂及其制备方法，属于材料科学阻燃剂的合成技术领域。

背景技术

高分子材料被广泛应用于生产、科研和国防及人们日常生活的各个部门中，然而普通的高分子材料具有高度的易燃性，这无疑给人们的生命财产留下了极大的安全隐患。因此，提高材料的热稳定性，增强材料的抗燃性成为当前材料改性研究的热点。阻燃剂作为一种能有效阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂而被广泛应用于提升材料的耐火能力，已成为合成高分子材料的重要助剂。卤系阻燃剂是目前全球产量最大的有机阻燃剂之一，但有些溴系阻燃剂及其阻燃的材料在光解或燃烧的过程生成二噁英，对人类健康、安全和环境存在潜在危害，已引起环保组织及各国政府的高度重视和警惕。无卤有机磷系阻燃剂是与卤系阻燃剂并重的阻燃剂，因其品种多、用途广、高效、低毒而备受使用者和研究者青睐。

近年来，无论是在含卤阻燃体系或无卤阻燃体系的研究中，催化阻燃技术日益引起了广大研究者们的兴趣。催化技术主要涉及金属离子，包括过渡金属离子、碱金属离子和稀土离子，其中，二价金属离子，如Zn(II)、Ca(II)和Mg(II)等可以作为树脂交联、脱氢反应的催化剂，可变价的金属离子可用作自由基捕捉剂或氧化催化剂。例如为了提高化学膨胀阻燃剂的阻燃效率，科学研究者们从阻燃体系的凝聚相中的阻燃剂热分解、酯分解、芳构化及膨胀炭层的化学反应机理上出发，寻找一些“协同剂”、“成炭剂”或“催化剂”来加速化学膨胀阻燃剂的催化成炭作用，提高残炭的强度及致密性，降低阻燃剂的添加量等。

虽然无机金属化合物在与传统阻燃剂协同阻燃聚合物起到了一定的效果，但是由于无机金属化合物的极性与聚合物基体的极性差别较大，易团聚。同时由于有机小分子阻燃剂易出现迁移的现象，因此出现了具有催化阻燃性能的金属配位化合物在阻燃领域中的应用。然而，金属配合物阻燃剂的种类较为有限，极大限制了金属配合物阻燃剂在高分子材料阻燃领域中的应用。因此，设计、合成具有自催化性能的阻燃剂就成为关键步骤。环三磷腈是一类以P、N元素交替排列成为基本骨架的化合物，其独特的磷氮杂化六元环共轭结构使之具有良好的热稳定性和阻燃性，而基于具有配位能力的环三膦腈衍生物，设计合成的金属配位环三膦腈类化合物，将成为一类有着巨大应用前景的催化膨胀型阻燃剂，目前对这类配合物的研究尚不多见。

发明内容

本发明针对目前存在的问题，提供一种新型的无卤、无腐蚀性、具有催化阻燃作用的金属配合物阻燃剂，该阻燃剂是一种基于环三膦腈氮杂环类配体构筑的金属配位化合物。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种金属配合物阻燃剂，其结构通式如下式所示：

其中，M为Zn²⁺、Ca²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Pd²⁺、Ba²⁺中的一种或多种。

本发明还公开了所述金属配合物阻燃剂的合成方法，包括以下步骤：

(1)在N₂保护下,将六氯环三磷腈(HCCP)充分溶解在四氢呋喃中，加入缚酸剂搅拌均匀；再向其中滴加4-氨基吡啶的四氢呋喃溶液，升温至回流，反应8～24h后，将溶液冷却至室温，过滤，滤饼用溶剂洗涤数次，80℃真空干燥10～30h得到配体六(4-氨基吡啶)环三磷腈。

(2)在N₂保护下，以无水乙醇为溶剂，加入步骤(1)制备的配体六(4-氨基吡啶)环三磷腈和金属醋酸盐于反应容器中；充分搅拌，待完全溶解后，使反应容器中的温度升至回流状态；反应8～24h后，将溶液冷却至室温，过滤，用乙醇及蒸馏水清洗，80℃真空干燥10～30h得到目标产物金属配合物阻燃剂(金属-环三膦腈配位化合物)。

所述金属配合物阻燃剂的制备反应方程式为：

本发明步骤(1)中所述的六氯环三磷腈与4-氨基吡啶的摩尔比为1:6～1:8，优选1:7.2～1:7.5；所述的缚酸剂与4-氨基吡啶的摩尔比为0.5～1.5:1；所述的缚酸剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、三乙胺中的一种；所述的溶剂为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、水、氯仿中的一种或多种的组合。