[发明专利]一种有机-金属杂化三嗪阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种有机‑金属杂化三嗪化合物阻燃剂及其制备方法，采用三聚氯氰、KH550偶联剂和二胺类小分子，合成出基于三嗪环的有机阻燃剂FR；然后FR再与金属氧化物进行杂化反应，获得一种高热稳定性、高残炭的有机‑金属杂化三嗪阻燃剂。FR有两个作用，它不仅是一种成炭能力强的阻燃剂，同时还对催化剂进行了表面改性，实现了阻燃剂与催化剂在同一个分子单元内的结合，大大提高了阻燃效率。此外，该合成工艺易于操作，产物后处理简单，适合工业化生产；该阻燃剂结合金属氧化物催化和三嗪类阻燃剂的阻燃优点，可有效降低阻燃剂添加量，是一种无卤、高效的环保阻燃剂。

技术领域

本发明涉及一种有机-金属杂化三嗪阻燃剂及其制备方法，属于材料科学阻燃剂的合成技术领域。

背景技术

高分子材料被广泛应用于生产、科研和国防及人们日常生活的各个部门中，然而它们的易燃性和低的极限氧指数，给人们的生命财产留下了极大的安全隐患。因此，提高材料的热稳定性，增强材料的抗燃性成为当前材料改性研究的热点。

近年来，由于具有低烟无毒性，膨胀型阻燃剂(IFR)被认为是取代含卤阻燃剂的最佳选择。其中，以三嗪衍生物作为成炭剂的IFR体系，含有稳定的三嗪环结构，在燃烧过程中易发生炭化，因而具有良好的阻燃性，可克服传统IFR体系的缺点。

为进一步提高IFR的阻燃效率，研究人员将金属氧化物作为协同剂添加到聚合物材料中。现有的研究结果表明，在复合材料中加入不同种类的金属氧化物，可以起到阻燃和抑烟的效果。在阻燃复合材料的燃烧过程中，金属氧化物可以催化IFR的脱水、NH3消除和磷酸化反应，形成更稳定的炭层，从而提高IFR体系的阻燃性。

虽然金属氧化物与传统阻燃剂的协同效应提高了材料的阻燃性，但是由于无机金属化合物的极性与聚合物基体的极性差别较大且易团聚，如果仅是物理添加，就很容易发生相容性差的问题，往往需要对无机金属表面进行改性。同时有机小分子阻燃剂易出现迁移的现象。这样催化剂和阻燃剂分散体系的催化效率很低，若要提高催化效率，就只能通过增加负载量来提高催化效率，但这样做的弊端就是大大降低了材料的机械性能，顾此失彼。因此，设计、合成具有自催化性能的阻燃剂就成为关键步骤。

本发明的特别之处就是使阻燃剂与金属氧化物通过相互作用，存在于同一个分子单元内，实现了改性与催化的有机统一，大大提高了阻燃效率。同时，三聚氯氰是一种C、N交替的类似苯环的结构，具有很好的成炭能力，利用其对金属氧化物进行表面改性，既解决了无机金属的相容性问题，又解决了有机小分子阻燃剂易迁移的问题。因此，这类有机-金属杂化化合物阻燃剂会有很好的应用前景。

发明内容

本发明针对目前存在的问题，提供一种新型的、环境友好的、具有金属催化阻燃作用的有机-金属杂化三嗪阻燃剂。该阻燃剂体系将含有三嗪环的阻燃剂和金属氧化物通过杂化，形成二者存在于一个分子单元内的自催化体系。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种有机-金属杂化三嗪阻燃剂，其结构通式如下式所示：

其中：

R₁为源自二胺类分子的基团，所述的二胺类分子选自即R₁选自如下基团

为M_xO_y形成的离子，M_xO_y为ZnO、CuO、La₂O₃、NiO、MnO₂、Fe₃O₄、V₂O₅、MoO₃、Co₃O₄、WO₃、CaO中的一种或几种。

n为聚合度。