[发明专利]一种含磷硅氮的金属离子络合物阻燃剂及其制备方法与应用

说明书

一种含磷硅氮的金属离子络合物阻燃剂及其制备方法与应用。所述的含磷硅氮的金属离子络合物阻燃剂是通过一步法成功制备了含有DOPO、POSS、邻苯二酚的配体，再将其与金属离子配位，合成含磷硅氮的金属离子络合物阻燃剂(M(PDC)_1～3)，其具有高的热稳定性，与环氧树脂具有良好的相容性，具有强的催化作用，可以在材料燃烧时加速生成大量的残碳，生成致密的炭层能够起到隔热隔氧的作用，从而提高基体的阻燃性能。含磷硅氮的金属离子络合物(M(PDC)_1～3)在环氧树脂与固化剂固化过程中，可以降低固化温度，使得该含磷硅氮的金属离子络合物用作阻燃剂的同时还可以当作固化时的促进剂。含磷硅氮的金属离子络合物(M(PDC)_1～3)引入至环氧树脂中，大大提高了环氧树脂的机械性能。

技术领域

本发明涉及一种含磷硅氮的金属离子络合物阻燃剂及其制备方法与应用，属于有机无机杂化材料领域。

背景技术

环氧树脂作为众多热固性高分子材料中的一员，具有力学强度高、粘结性好、尺寸稳定高、耐酸碱性等优点，因而被应用于各个领域。但环氧树脂的氧指数仅为19.8左右，属于易燃材料，不能满足很多领域的要求。因此，开发新型有效的阻燃环氧树脂备受关注。

为了提升材料的阻燃性能，目前广泛采用的方法是往环氧树脂中添加阻燃剂。磷系、硅系、氮系阻燃剂因符合环保要求而逐渐得到发展，其中，笼状结构的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)具有高的热稳定性，DOPO及其衍生物与环氧树脂具有良好的相容性。研究表明，同时含有POSS和DOPO的阻燃剂均匀地分散在聚合物基体中，且显著提高了聚合物基体的阻燃性能和机械性能。许多研究表明，某些金属元素的引入可提高树脂的阻燃性能，金属元素具有强的催化作用可以促进基体生成大量的残碳，同时能够阻止氧气进入基体内部，从而提高基体的阻燃性能。但目前在环氧树脂中引入的金属元素通常是无机盐、金属氧化物等无机填料，与树脂相容性不好，虽然将其通过机械共混引入到基体中，团聚现象依然明显，会明显地损失了基体的机械性能。另外一些高温类的环氧固化剂，单独使用时固化温度高且时间长，往往需要加促进剂催化环氧树脂的固化。目前鲜有文献报道通过配位将金属离子、POSS、DOPO结合用作环氧树脂的阻燃剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含磷硅氮的金属离子络合物阻燃剂及其制备方法，并将该阻燃剂应用于环氧树脂中。本发明的含磷硅氮的金属离子络合物阻燃剂(M(PDC)_1～3)可以通过简单混合的方法使金属离子和POSS更好地分散在环氧树脂中，改善环氧树脂的机械性能，其引入至环氧树脂体系中可以降低环氧树脂与固化剂的固化温度，使环氧树脂在不需要促进剂的情况下正常固化，同时，当材料燃烧时可以协同起到阻燃效果。其中，硅、磷元素在燃烧过程中会促进炭层的生成，并且在基体表面形成二氧化硅陶瓷层，阻隔热氧向基体内层传导，从而阻止基体进一步的烧蚀；而金属元素在受热的条件下会催化氧化脱氢反应，加快炭层的生成。硅、磷、金属离子三元素的协同效应，大大提高了环氧树脂的阻燃性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种含磷硅氮的金属离子络合物阻燃剂，所述含磷硅氮的金属离子络合物阻燃剂(M(PDC)_1～3)为以下分子结构式所示：

其中，M为Cu²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、或Al³⁺等，n为1～3，m为1～3。

其中，R为非反应性基团，为异丁基、异辛基、乙基、环己基、环戊基、或苯基等；X为NO₃^-、或CH₃CH₂COO^-等。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：