[发明专利]一种含氧化膦超支化膨胀阻燃剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含氧化膦超支化膨胀阻燃剂及其制备方法和应用，其中含氧化膦超支化膨胀阻燃剂的结构通式为：其中R为甲基、乙基或苯基。本发明含氧化膦超支化膨胀阻燃剂无卤无毒、磷含量高、阻燃效果好，并且与聚合物基体相容性好。

技术领域

本发明涉及一种含氧化膦超支化膨胀阻燃剂及其制备方法和应用，属于膨胀阻燃剂制备和应用技术领域。

背景技术

聚合物材料成本低、质量轻、易成型、绝缘性好，因而广泛应用于生产生活的各个方面。然而大多数聚合物材料含有大量的碳和氢元素，使得它们成为易燃材料，这大大增加了火灾发生的危险。因此，我们必须对聚合物材料进行阻燃处理。天然的木材来源广泛，性能优异，它们同样有着易燃的问题，需要对它们进行阻燃处理。

膨胀阻燃剂在受热时能形成膨胀的多孔泡沫状碳层，这种碳质泡沫层可以将裂解气体和热氧隔绝开来，并且减慢可燃性气体的释放，保护内部基体，从而使得燃烧过程终止。膨胀阻燃剂不含卤素，阻燃效果好，而且还具有抑烟和抗滴的作用，对于长时间或重复暴露于火焰的情况有很好的效果。

单组分膨胀阻燃剂是集酸源、碳源和气源于同一分子中的膨胀阻燃剂，它们往往同时含有P、C和N元素。单组份膨胀阻燃剂具有良好的分子内协同作用，较好的阻燃效果。然而已有的三聚氰胺类单组分膨胀阻燃剂磷含量和阻燃效率仍不够高，并且阻燃剂和基体相容性差。

现有的三聚氰胺类单分子膨胀阻燃剂的结构式

发明内容

本发明的目的是提供一种含氧化膦超支化膨胀阻燃剂及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是通过分子设计筛选获得膨胀阻燃剂，使其具有较高的阻燃效率、优异的阻燃效果并且与聚合物基体之间具有良好的相容性。

本发明含氧化膦超支化膨胀阻燃剂，其结构式为：

其中R为甲基、乙基或苯基。

本发明含氧化膦超支化膨胀阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：向反应器中加入磷酰氯，加热至70-100℃，然后滴加三羟甲基氧化膦，使用碱溶液吸收释放的氯化氢气体；滴完后继续反应1-3小时，减压蒸去未反应的磷酰氯，接着加入少量水于60-100℃水解反应1-3小时；水解完成后，减压蒸去水和氯化氢，得到中间产物；

步骤2：将三聚氰胺溶于70-100℃的水中，向其中滴加中间产物的水溶液，滴完后继续反应1-3小时；反应结束后降温，抽滤固体，水洗并干燥后得到含氧化膦超支化膨胀阻燃剂。

所述磷酰氯选自三氯氧磷、二氯磷酸甲酯、二氯磷酸乙酯或二氯磷酸苯酯。

所述磷酰氯和三羟甲基氧化膦的摩尔比为3:1-1:3。

步骤1中，水解反应过程的加水量不小于完全水解起始磷酰氯所需的水量，优选为水与P-Cl键摩尔比1:1。

所述三聚氰胺的添加量与中间产物的酸含量相当，即三聚氰胺与中间产物的酸含量(中间产物的酸含量根据其酸值换算成一元酸计算酸的摩尔量)的摩尔比为1:1。

三羟甲基氧化膦可以根据文献报道的方法来合成(Industrial&EngineeringChemistry Research,2016,55,10868-10879)，或者直接购买市售的产品。三羟甲基氧化膦含有羟甲基，可以作为膨胀阻燃剂的碳源。使用这种磷含量高的含磷碳源，可以有效提高膨胀阻燃剂的磷含量和阻燃性。三羟甲基氧化膦含有耐水解的P-C键，其中的磷元素能够很好地保持阻燃作用。并且它含有三个羟基，可以简单方便地合成超支化聚合物。超支化的单组分膨胀阻燃剂分子量大，与聚合物基体有更好的相容性。

本发明的反应过程如下：