[发明专利]三源一体膨胀阻燃剂、用其接枝的杂化膨胀阻燃剂及它们的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三源一体的膨胀阻燃剂、用其接枝层状双氢氧化物形成的杂化膨胀阻燃剂及它们的制备方法和应用，其中三源一体的膨胀阻燃剂或其接枝改性的杂化膨胀阻燃剂阻燃的结构通式分别如下：该三源一体的膨胀阻燃剂或杂化膨胀阻燃剂用于热塑性弹性体、橡胶、聚烯烃塑料、脂肪族聚酯，环氧树脂和不饱和树脂的阻燃时不仅无需进行复配，且磷、氮、炭元素的比例恰当，阻燃效率高，成炭性好，可大大减少阻燃剂的添加量，降低成本，对基材的力学性能影响较小，且其耐水性更好，初始分解温度也更高。

技术领域

本发明属于三源一体的膨胀阻燃剂、用其接枝改性的杂化膨胀阻燃剂和聚氨酯弹性体以及它们的制备技术领域，具体涉及一类三源一体的膨胀阻燃剂、用其接枝层状双氢氧化物形成的有机无机杂化膨胀阻燃剂及它们的制备方法和应用。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性体(thermoplastic polyurethane),缩写为TPU。TPU优异的综合性能决定了其具有广泛的应用，可应用于电线电缆、汽车、建筑、矿山开采、机械装置、鞋类制品、医用和航空航天等领域。但是聚与大多数高分子材料一样，TPU具有易燃的特性，燃烧迅速猛烈，火焰传播较快，燃烧过程释放大量的热量和有毒气体(如苯甲腈、丙烯腈和氰化氢等毒性较大的含氮化合物，进一步分解还会产生对人体危害性更大的一氧化碳、甲醛、氰化氢等有毒气体)。因此对TPU的阻燃改性是十分必要的。

目前TPU的阻燃改性大多采用的是添加膨胀阻燃剂或者添加大量的氢氧化镁或者氢氧化铝等。

传统氢氧化物等阻燃剂的阻燃效率低，要达到阻燃要求时添加量远大于膨胀型阻燃剂，较大的添加量对聚合物性能尤其是力学性能会有明显的影响。如CN102276899B公开了一种氢氧化镁复合阻燃材料及其制备方法。在该方法的实施例1中，当聚丙烯70份、改性氢氧化镁40份、聚乙烯辛烯弹性体15份时，所得的阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度只有12.8MPa，远低于纯样的强度。为了降低氢氧化物等无机阻燃剂的添加量，通常的解决方式是将氢氧化物与含磷阻燃剂进行复配使用。

而传统的膨胀阻燃体系主要由三部分构成：酸源、气源和碳源。膨胀阻燃体系的阻燃机理为：在受热或火焰作用下，酸源、碳源与气源通过化学反应，迅速形成具有隔热、隔质功能的多孔状炭阻隔层，该组隔层可阻止火焰的传播，使基材免于进一步降解和燃烧，从而获得良好的阻燃效果。由于形成膨胀型阻燃剂的这三源物质在添加到聚合物中都是相对独立的，三种组分在聚合物基材中往往无法得到均匀分散，使各组分之间很难达到良好的协同作用，从而降低了其阻燃效率。另外大部分的阻燃剂与基材的相容性不好，易析出、易吸潮。为了解决这三源各自独立的膨胀阻燃体系存在的问题，本领域的科技工作者开始将合成具酸源、碳源和气源三位一体的膨胀型阻燃剂作为今后阻燃研究的一个重点方向。但是目前不仅关于三源一体的膨胀阻燃剂报道较少，而且在有限的报道中，三源一体的膨胀阻燃剂依然存在添加量高，热稳定性低，水溶性高与聚合物相容性差等问题。如CN107652324A公布了一种三源一体的合成方法和应用，虽然证实了三源一体的膨胀阻燃剂相比各自独立添加形成的膨胀阻燃剂具有更好的阻燃效果，但是一方面添加量依然较高，对聚合物力学性能有明显的影响，另一方面其初始分解温度较低，不太适用于大多数聚合物的阻燃，加之由于其结构中含有较多的离子键，其水溶性较高，导致阻燃剂容易吸潮失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，首先提供一种三源一体膨胀阻燃剂。

本发明的另一目的是提供一种上述三源一体膨胀阻燃剂的制备方法。

本发明的再一目的是提供一种用上述三源一体膨胀阻燃剂接枝改性的杂化膨胀阻燃剂。

本发明的又一目的是提供一种用上述三源一体膨胀阻燃剂接枝改性的杂化膨胀阻燃剂的制备方法。

本发明的最后一个目的是提供上述三源一体膨胀阻燃剂或接枝改性的杂化膨胀阻燃剂的应用。

本发明提供的一种三源一体的膨胀阻燃剂，其特征在于该膨胀阻燃剂的结构通式如下：