[发明专利]三源一体膨胀型阻燃剂及其合成方法和应用

说明书

三源一体膨胀型阻燃剂及其合成方法和应用，涉及一种膨胀型阻燃剂及其合成方法和应用。是要解决现有膨胀型阻燃剂存在的阻燃效率低、热稳定性差、加工困难的问题。该三源一体膨胀型阻燃剂为甲基膦酸‑哌嗪‑新戊二醇膦酸酯齐聚物。方法：一、将哌嗪及蒸馏水加热，将饱和甲基膦酸加入，升温，反应，浓缩，干燥，得到白色晶体中间体二‑甲基膦酸哌嗪；二、加入新戊二醇和溶剂，升温，加入中间体二‑甲基膦酸哌嗪并升温至回流，冷却，抽滤并洗涤，将产物干燥，得到三源一体膨胀型阻燃剂。该阻燃剂具有成炭性能好、热稳定性高及对聚乙烯树脂的高效阻燃，其制备过程具有反应条件温和，操作简便、安全的优点。本发明阻燃剂用于阻燃聚乙烯树脂。

技术领域

本发明涉及一种膨胀型阻燃剂及其合成方法和应用。

背景技术

聚烯烃材料是当前用量最大的通用高分子材料，但该类材料易燃且燃烧时产生大量熔滴，极易引起火灾，严重危害社会公共安全。传统的含卤阻燃剂对聚烯烃具有很高的阻燃效率，但在燃烧时会生成大量的浓烟和腐蚀性的有毒气体，其应用受到了限制。无机氢氧化物具有低烟、低毒的特性，但其阻燃效率低，添加量大，对材料的力学等性能影响较大。

膨胀型阻燃剂(IFR)具有低毒、低烟等优点，受热时在材料表面生成均匀致密的炭层，抑制聚合物的滴落且释放出不燃性气体，从而起到阻隔和稀释聚合物燃烧所释放的可燃性气体及材料周围氧气浓度的作用，对自身无成炭性能的聚烯烃类材料具有很好的阻燃作用。传统的膨胀型阻燃剂由酸源、碳源和气源三种组分进行混合复配得到，通常由聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(MEL)混合而成。三种组分在聚合物基体中往往无法均匀分散，故组分间不能很好的协同，降低其阻燃效率。为了获得较高的阻燃级别，其添加量往往较大，从而影响材料的性能。传统的膨胀型阻燃剂还存在热稳定性差，加工困难的问题。

目前报道合成的三源一体IFR对于聚烯烃材料的阻燃效率不高，要达到垂直燃烧测试的UL-94V-0级，其添加量需在25wt％以上。近年来随着电子产业的快速发展，电子电器朝着小型化、超薄化发展，人们对电子电气工业用阻燃材料提出了更高的要求，其材料需要阻燃剂添加量少、机械性能好、高效阻燃等特点。为此，迫切需要研究开发具有相容性好、阻燃效率高的膨胀型阻燃剂，以适应快速发展的高新技术领域对阻燃材料的高要求。

发明内容

本发明是要解决现有膨胀型阻燃剂存在的阻燃效率低、热稳定性差、加工困难的问题，提供三源一体膨胀型阻燃剂及其合成方法和应用。

本发明三源一体膨胀型阻燃剂的结构式为：

其中n≥1。

上述三源一体膨胀型阻燃剂的合成方法，包括以下步骤：

一、在装有搅拌装置、恒压滴液漏斗、温度计和回流冷凝管的四口瓶中，加入哌嗪及蒸馏水，哌嗪和蒸馏水的质量比为1:1，加热至完全溶解；

向甲基膦酸中加入蒸馏水，使甲基膦酸在常温下溶解，得到饱和甲基膦酸水溶液，通过恒压滴液漏斗将饱和甲基膦酸水溶液滴加至四口瓶中，滴加完毕后将体系温度升高至85～90℃，在该温度下反应3～5h，然后将反应所得的无色透明粘稠状液体置于旋转蒸发仪中进行浓缩，再放入真空干燥箱中干燥至恒重，得到白色晶体中间体二-甲基膦酸哌嗪；

二、在装有搅拌装置、温度计和回流冷凝管的三口瓶中，加入新戊二醇和溶剂乙腈，升温至40～60℃搅拌至完全溶解，然后加入中间体二-甲基膦酸哌嗪并逐渐升温至回流，在回流条件下反应14～16h后冷却至室温，将产物转移至烧杯并置于冰水中冷却，大量白色固体颗粒析出，抽滤并洗涤后，将所得产物在真空干燥箱中干燥至恒重，得到白色固体粉末甲基膦酸-哌嗪-新戊二醇膦酸酯齐聚物，即为三源一体膨胀型阻燃剂。

进一步的，步骤一中甲基膦酸与哌嗪的摩尔比为2:1。

进一步的，步骤二中中间体二-甲基膦酸哌嗪与新戊二醇的摩尔比为1:(1～1.1)。