[发明专利]一种含磷氮元素及具成炭功能的交联高分子阻燃剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含磷氮元素及具成炭功能的交联高分子阻燃剂，交联点结构如下式(Ⅰ)所示；本发明开发了一种含磷氮元素及具成炭功能的交联高分子阻燃剂。该交联高分子阻燃剂具有阻燃性好、分子量高、耐迁移、不吸潮、耐高温、不影响基体材料的力学性能等特点。即可单独使用，也可与磷氮系阻燃剂协同，应用于尼龙、聚酯、聚氨酯等材料中。

技术领域

本发明涉及高分子阻燃剂的技术领域，具体涉及一种含磷氮元素及具成炭功能的交联高分子阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术

高分子材料大多具有可燃性，但在很多应用领域，对材料提出了阻燃的要求，比如电器电子领域、电线电缆、家具、建筑、汽车内饰、纺织品等，即要求可燃易燃的高分子材料达到阻燃。通常使可燃高分子材料阻燃是通过在材料中加入阻燃剂实现。传统上，阻燃剂以溴系阻燃剂为主，但大量的研究发现，添加有溴系阻燃剂的阻燃高分子材料遇火灾燃烧后，会产生大量的浓烟和有毒物质，导致人员窒息，引起二次伤害；此外，这些材料的废弃物在高温回收时，容易生成二噁英等致癌物质，引起环境污染。因此，针对卤系阻燃剂的问题，近年来开发新型无卤阻燃剂成为热点，出现了大量新型无卤阻燃剂，并在多个应用领域得到良好应用。

在无卤阻燃剂中，尤以磷氮系阻燃剂最为重要，这类阻燃剂具有高的阻燃效率，添加量低，不影响基材的力学性能。在磷氮系阻燃剂中，根据其阻燃机理，磷氮系阻燃剂通常包括了三种功能组分：酸源、碳源和气源。酸源通常用作高温脱水的催化剂，可使得聚合物快速脱水成炭，以含磷化合物为主；气源化合物则是在高温时能分解产生不可燃气体，如氮气、氨气、二氧化碳等，高温分解反应通常是吸热反应，可以降低燃烧物的温度，不利于燃烧，其次产生的大量不可燃气体，可以降低氧气浓度，同时这些气体还能让基体聚合物产生发泡作用，所形成的发泡层也具有阻隔作用，不利于燃烧的扩散，起到阻燃的效果，气源化合物通常是含氮化合物，如三嗪类化合物中三聚氰胺、MCA等；炭源即是成炭剂，其作用是在高温下易脱水炭化，高温脱水过程是一个吸热过程，可以减低燃烧物的温度，产生的水汽可以稀释氧的浓度，而形成的炭层是一层致密层，可以起到隔热隔氧的作用，避免燃烧的发展，通常是多羟基化合物。这三种组分通常是三种物质相互协同，并根据阻燃效果和基体材料的不同，调整相互间的比例，实现高效阻燃。如果具备这些功能的物质相互独立，那么应用在高分子材料中时，就需要有良好的分散，把这些组分按比例均匀分散在基体高分子材料中，这对分散设备提出了较高的要求，基于此问题，目前也有大量的研究希望开发集酸源、气源和碳源一体的化合物，实现更高效的协同，避免阻燃剂在基体材料中的分散不均引起的效率低下。

在磷氮系无卤阻燃体系中，酸源和气源化合物发展相对成熟，已有大量商用产品存在，但对于碳源化合物仍存在较多的问题，而且可选择余地不大。碳源化合物通常是一些多羟基化合物，比如季戊四醇、双季戊四醇等，但这些多羟基的碳源化合物存在一个最大的问题就是水溶性。水溶性会使得阻燃组分吸潮，降低材料的绝缘性，会被限制在电气电子领域的应用；由于大多数高分子基体材料是非极性材料，阻燃组分的水溶性会使得阻燃组分迁移析出到表面，一方面影响外观，另一方面导致阻燃组分在材料的分布不均匀，使得阻燃效果逐渐下降，影响材料持久的阻燃性能；有些可用作成炭剂的高分子化合物，比如热塑性聚酯化合物，由于与基体材料存在相容性的问题，使得材料的力学性能下降很大而失去应用价值；多羟基化合物或者低分子量多羟基化合物还存在热分解温度较低的情况，因此不适于应用在具有较高加工温度基材中，如尼龙、聚酯等。

因此，低水溶性耐高温的成炭化合物尤其重要，而且在成炭化合物里引入有磷氮元素，使得阻燃剂集酸源、气源和成炭功能于一体会提高磷氮无卤阻燃体系的协同性，提高阻燃效率，降低用量，同时又不能影响基体材料的力学性能，降低对材料加工设备和工艺的要求。

发明内容

本发明针对现有无卤阻燃剂的缺陷，开发了一种含磷氮元素及具成炭功能的交联高分子阻燃剂。该交联高分子阻燃剂具有阻燃性好、分子量高、耐迁移、不吸潮、耐高温、不影响基体材料的力学性能等特点。即可单独使用，也可与磷氮系阻燃剂协同，应用于尼龙、聚酯、聚氨酯等材料中。