[发明专利]一种磷氮协效水溶性高分子阻燃剂的制备方法

说明书

本发明属功能高分子材料应用领域，具体涉及一种磷氮协效水溶性高分子阻燃剂的制备方法。该方法以新戊二醇和三氯氧磷为原料，制备含磷中间体，之后用硫氰酸钾活化，再与大分子含氮中间体聚乙烯亚胺反应，得到黄褐色粉末状磷氮协效高分子阻燃剂。该阻燃剂可溶于水，分子量可根据需求进行调节，与高分子材料相容性良好，可以提高材料的阻燃性能。该阻燃剂能有效解决普通磷氮协效型阻燃剂不溶于水的问题，应用于水发泡聚氨酯等材料制备时能有效分散，不易从材料中迁移析出，克服了材料力学性能变差的问题。本发明生产工艺条件简便、产品纯度高、使用方便。

技术领域

本发明涉及一种磷氮协效水溶性高分子阻燃剂的制备方法。属功能高分子材料应用领域。

背景技术

随着高分子材料在化工、建筑、航空、汽车、电器等各个领域的应用，尤其是具有良好保温、隔热、隔音功能的泡沫材料应用量的增大，其易燃性的问题变成人们研究的重点。目前普遍使用聚氨酯、聚乙烯等高分子材料，含大量可燃的碳氢链段，极限氧指数低，尤其在制备为泡沫材料后，比表面积增大，密度小，具有较高的空气流通性，不但极易燃烧，还容易在燃烧过程中产生大量有毒烟雾。一旦起火，灭火困难，容易造成严重的灾害和损失。

提高高分子材料的阻燃性能，主要通过向材料中添加阻燃剂形成复合体系，或者通过反应，在高分子链中直接引入阻燃性基团等方法来实现。由于反应型阻燃剂容易改变材料的机械、加工性能，因而目前仍以添加型阻燃剂为主。具有阻燃性的元素主要包括Al、N、P、Br、Cl、Si等，其中含Al阻燃剂多为无机型，含其它阻燃元素的阻燃剂则以有机型为主。我国是目前全球最大的阻燃剂消费市场，年消费量超过30万吨，使用量最多的为溴系阻燃剂。虽然溴系阻燃剂阻燃效率高，但其在环保和安全方面的缺点也日益显现。由于其阻燃机理大多是气相阻燃，在发挥阻燃作用时会产生大量烟雾、腐蚀性气体和有毒气体，部分溴系阻燃剂在燃烧过程中还会释放出对人体和环境有害的卤化氢气体及二噁英(多溴代二苯并二噁英和多溴代二苯并呋喃)，并且多数溴系阻燃剂不容易分解，容易在环境中累积，对环境和生物造成长期危害。因此，阻燃剂逐步向环保化、低毒化、高效化、多功能化等方向发展。

磷系和氮系阻燃剂是目前低烟、低毒阻燃剂的代表，具有较好的环保性能。尤其是以磷、氮协效型为代表的膨胀型阻燃剂，兼具炭源、酸源和气源于一体，不仅环保性能良好，还能从不同途径出发阻止燃烧，具有优异的阻燃效率。但是，这些阻燃剂多为无机型和有机型小分子，在用于高分子材料的阻燃时，容易出现因相容性不佳而导致材料机械性能、热稳定性下降、渗出性等问题。因而，目前的阻燃剂也在向高分子化发展，以解决小分子阻燃剂与高分子材料相容性差、易迁移、影响材料力学性能和机械强度的问题。另一方面，高分子膨胀型阻燃剂一般难以溶于溶剂，添加到高分子材料中时容易出现相分离，导致阻燃性能分布不均。因此，开发可溶性，易于添加和使用的膨胀型阻燃剂也是目前的研究方向。

因而，拟通过含磷中间体和高分子含氮中间体反应，制备出具有良好的阻燃效率，兼具有良好的高分子材料相容性，安全环保的氮磷协效高分子阻燃剂，通过控制阻燃剂的结构，使其具有一定的水溶性，方便使用，根据需求调节其分子量，适用于多种高分子材料的阻燃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷氮协效水溶性高分子阻燃剂的制备方法。

本发明的技术方案为：首先以新戊二醇和三氯氧磷为原料，在溶剂I中于85℃回流反应4～10小时，旋蒸、烘干得到白色含磷中间体5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯，之后将5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯与硫氰酸钾在溶剂II中于60℃回流反应4～10小时，过滤除去氯化钾，得5,5-二甲基-2-异硫氰基-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯滤液，再在滤液中加入大分子含氮中间体聚乙烯亚胺，反应4～12小时后，产物经抽滤、洗涤、烘干处理，得黄褐色粉末，即为磷氮协效高分子阻燃剂。