[发明专利]含磷膨胀型成炭剂及其合成方法

说明书

本发明涉及一种含磷膨胀型成炭剂及其合成方法，特点是含磷膨胀型成炭剂结构式为：其合成方法：将溶剂和三聚氯氰加入到容器中反应，得到三聚氯氰一元取代物；在另一容器中加入HY‑R2‑YH与溶剂、缚酸剂混合物反应，分离得到含磷二胺中间体；向装有三聚氯氰一元取代物的容器中缓慢滴加步骤二中得到的含磷二胺中间体和缚酸剂反应，得到白色或浅黄色固体。其产率在90%以上，具有高的含碳和含氮量，并且含有磷；不仅是良好的成炭剂，而且由于燃烧过程中产生NH3、N2等不燃性气体，具有成炭性和热稳定性好，炭层结构稳定等优点。

技术领域

本发明属于环保型无卤阻燃产品的技术领域，具体地说，本发明涉及一种含磷和三嗪结构的膨胀型成炭剂及其合成方法。

背景技术

高分子材料及其产品广泛应用于人们的日常生产生活，但是大多数高分子材料都属易燃材料，且燃烧有滴落产生，加快了火灾的扩展，大大限制了部分场合的使用，因此，高分子材料阻燃改性成为重要的内容。

传统的高效阻燃剂中，一般含有卤素，尤其是溴，当此类阻燃剂与三氧化二锑复配后对高分子材料具有高效广谱的阻燃效果。但是此类阻燃剂在燃烧或加工时会释放出大量卤代氢、二噁英等有毒有害物质，造成二次污染，从而严重地破坏了周围环境。

膨胀型阻燃剂（IFR）在燃烧时能形成致密的炭层，减少有毒有害气体和烟雾的释放，并能有效地防止燃烧过程中的熔滴，因此，特别适用于烯烃类聚合物的阻燃。IFR在阻燃剂领域中越来越受到重视，是一种非常有应用前景的绿色环保型阻燃剂。膨胀型阻燃剂（IFR）通常由炭源、酸源和气源三种组份构成。传统的膨胀型阻燃剂中，成炭剂主要使用季戊四醇及其衍生物、淀粉等多羟基化合物，此类成炭剂容易迁移，水溶性大，热稳定性不高，加工过程中容易与多聚磷酸盐反应，因此，新型成炭剂的开发是当前膨胀型阻燃剂研究的一个重要方向。

富含叔氮结构的三嗪类衍生物具有优良的成炭性能，引起了研究人员的密切关注和广泛开发。三嗪类衍生物的合成一般是采用三聚氯氰为起始原料。利用三聚氯氰分子结构中含有三个氯原子反应活性的差异，在不同的反应条件下可以分别发生亲核取代反应，因此，采用不同的工艺可以得到不同用途和性质的三嗪类衍生物；并且三聚氯氰的合成工艺简单成熟，廉价易得，具有成本优势。

日本专利JP.Pat.No.0,583,065,Al(1994)中公开了采用三聚氯氰为起始物制备三嗪类成炭剂，产率约为91%，总反应耗时长，时间在29小时以上，操作复杂。

专利ZL200510010243.4《大分子三嗪系成炭-发泡剂及其合成方法》和专利《三嗪系齐聚物及其合成方法》（授权号CN100500657C），描述了一种以三聚氯氰、二胺为原料制备的三嗪齐聚物，具有良好的热稳定性、和阻燃效果，但高温下残炭量不大。

专利《含芳香族链结构的三嗪成炭剂及其制备方法》（公开号CN101586033A），公开了一种含芳香族链结构的三嗪成炭剂，采用“一锅法”工艺制备，中间体不需要处理，产率高，有很好的成炭性和热稳定性，但是需要使用大量的溶剂，并且芳香族的H2N-Ar-NH2，HO-Ar-OH，HS-Ar-SH溶解性能和反应活性较差，需要使用强极性溶剂，如DMF、DMSO等，反应温度也较高。

此外，还有一些三嗪类成炭剂的合成报道。如：胡小平等（Journal of AppliedPolymer Science 94, 1556-1561, 2004）等，但是合成的三嗪类齐聚物热稳定性差，在100℃失重已经达到9%，且成炭性能也不佳。

这些专利和合成方法在不同程度地存在如下问题：产物的热稳定性、成炭性性能还有待提高，并且含有大量的极性基团，吸水性较强，易使材料吸潮。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是针对现有技术上存在的产物的成炭量低和热稳定性较差的缺点，本发明的第一目的是提供一种含磷膨胀型成炭剂，本发明的第二个目的是提供一种含磷膨胀型成炭剂的合成方法。