[发明专利]含DOPO的咪唑磺酸盐离子液体阻燃剂、制法和应用

说明书

本发明提供了一种含DOPO结构的咪唑磺酸盐离子液体阻燃剂，该阻燃剂的化学结构如式<Ⅰ>所示；其中，X为烷基、苯基或DOPO基团；Y为烷基、乙烯基、苯基、或对甲苯基。本发明还提供了制备上述阻燃剂的方法及利用该阻燃剂在制备阻燃材料方面的应用。本发明的离子液体阻燃剂具有制备方法简单、无卤素、原料来源广泛、成本低廉、对环氧树脂的阻燃性能优异、添加量小、与环氧相容性较好以及对环氧的力学性能影响较小等优点。

技术领域

本发明属于阻燃技术领域，具体涉及一种含DOPO结构的咪唑磺酸盐离子液体阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术

离子液体作为一种21世纪新型的环境友好化合物，具有独特的物理化学性质，如热稳定性好、几乎无蒸气压、不易挥发、液程范围宽和不可燃等，被称为可以代替传统溶剂的“绿色溶剂”。离子液体还可以通过调节阴阳离子的种类或者结构来调整其物理化学性质，使其达到特定的需要。

目前离子液体在有机合成、分离催化、电化学、分析化学及纳米科学等方面获得广泛的研究，而将其作为高分子材料的增塑剂、抗静电剂、分散剂和阻燃剂等功能性助剂的报道也日渐活跃。

专利CN104031211A报道了一种1-烷基-3苄基苯并咪唑甲磺酸盐离子液体阻燃剂的合成方法，并将其添加到胶衣树脂中，发现仅需添加少量就能达到较好的阻燃效果。但是，该专利同时还指出，该种离子液体阻燃剂需要与氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵、磷酸酯及其衍生物、氮化硅、纳米蒙脱土、硫酸钡、金属氧化物和纳米水滑石三种及三种以上的物质进行复配后才能达到优异的阻燃效果。

随着高分子应用领域的日益广泛，其对阻燃剂的要求也越来越高，很多阻燃剂的加入不仅会对高分子材料的力学性能造成较大程度的破坏，也会对高分子材料的其他性能产生负面的影响，这在很大程度上限制了阻燃高分子材料的具体应用。

专利CN102329408A报道了一种利用二烷基咪唑离子液体作为阻燃剂以阻燃聚氨酯泡沫的方法，离子液体阻燃剂的加入虽然对材料的阻燃性能有明显提高，但是同时咪唑离子液体阴离子中含有卤族元素，存在对环境潜在的危害。

专利CN103467926A研究报道了一种9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)衍生物无卤阻燃剂的合成及应用到环氧中的应用研究，赋予了环氧较好的阻燃性能。但是由于其分子量较大且三嗪结构的化合物与环氧的相容性不好，导致阻燃环氧的力学性能明显下降。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种含DOPO结构的咪唑磺酸盐离子液体阻燃剂，该阻燃剂的化学结构如式<Ⅰ>所示：

其中，X为烷基、苯基或DOPO基团；Y为烷基、乙烯基、苯基、或对甲苯基；所述DOPO基团的化学结构如式<Ⅱ>所示；

所述烷基中的碳原子个数为1～20中的任一正整数；优选的，所述烷基中的碳原子个数为1～8中的任一正整数。

本发明的另外一个目的在于提供制备上述阻燃剂的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在氮气保护下，将DOPO与溶剂A混合均匀，加热使其溶解在溶剂A中，然后再加入多聚甲醛，在搅拌的条件下加热到50～200℃反应5～8h，得到反应中间体Ⅰ；

(2)在氮气保护下，将中间体Ⅰ和缚酸剂依次加入到溶剂B中，搅拌至中间体Ⅰ基本溶解后，再加取代磺酰氯，并在20～70℃下反应2～10h，反应结束后蒸馏除去溶剂B，再经洗涤、干燥后得到中间体Ⅱ；

(3)将所得中间体Ⅱ先完全溶解在溶剂C中，然后加入取代咪唑，并在N₂保护下升温至40～130℃反应24～72h，蒸馏除去溶剂C，经洗涤、干燥后即可得到产物；