[发明专利]一种含离子液体的纳米磷腈微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含离子液体的纳米磷腈微球及其制备方法，具体制备方法包括：将六氯环三磷腈溶于溶剂中，加入N‑烷基咪唑，在反应温度为30～40℃、超声功率为140～160W条件下超声反应0.5～1.5h；继续加入交联剂和缚酸剂，在反应温度为0～5℃、超声功率为240～260W条件下继续超声反应2～5h，经过后处理得到含离子液体的纳米磷腈微球。本发明方法不仅提高了产物的产率，还极大的简化了制备工艺，制得的纳米磷腈微球对聚烯烃材料具有良好的阻燃作用，加入10％的纳米磷腈微球可将PE和PP的LOI分别提高到28.7％和28.2％。

技术领域

本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种含离子液体的纳米磷腈微球及其制备方法和作为聚烯烃阻燃剂的应用。

背景技术

随着社会环保意识的不断增强，卤系阻燃剂由于燃烧时生成大量的烟和具有腐蚀性有毒气体，其应用范围越来越受到限制，无卤系阻燃剂已经逐渐成为阻燃剂发展的主流。与卤系阻燃剂相比，无卤系阻燃剂低毒、符合环保要求，但也存在成本高、单独使用效果不佳、用量大等缺点，因此，开发新型的无卤系阻燃剂符合社会发展的需要。

在无卤系阻燃剂中，磷氮类阻燃剂阻燃效果佳且无污染，是阻燃剂发展的主要方向。磷腈化合物是以P、N为基本骨架交替排列的无机-有机化合物，这种结构就赋予它优异的热稳定性和阻燃性。磷腈化合物中研究较多的是六氯环三磷腈(HCCP)，以HCCP为原料可以合成一系列性能优异的磷氮类阻燃剂，如：以HCCP、苯酚为原料可合成六苯氧基环三磷腈阻燃剂(杨明山等.中国塑料,2009)，用三乙胺催化环氧丙醇与HCCP反应可合成六缩水甘油基环三磷腈阻燃剂(Gouri M El,et al.Polym.Degrad.Stab.,2009)。

上述研究表明：对HCCP改性可进一步提高其阻燃性，解决HCCP阻燃效率低的问题，如专利申请文献CN104558046A公开了一种基于六氯环三磷腈的超支化离子液体及其作为阻燃剂的应用，其利用两步法合成，具体步骤为：先利用HCCP与三烷基叔胺、三烷基磷、N-烷基咪唑反应实现离子化；再利用含有不同阴离子的盐进行离子交换得到不同阴离子的超支化离子液体阻燃剂，实现HCCP与离子液体的协同阻燃。

但是，上述采用两步法制备超支化离子液体阻燃剂的过程繁琐，其反应不易进行，还需要加催化剂催化，且两步法的综合产率较低，不利于实际的生产应用。

发明内容

本发明目的在于提供了一种利用超声一步法制得的含离子液体的纳米磷腈微球及其制备方法，不仅提高了产物的产率，还极大的简化了制备过程，制得的纳米磷腈微球阻燃效率较高。

本发明的另一目的还在于提供了上述含离子液体的纳米磷腈微球作为聚烯烃材料阻燃剂的应用。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种含离子液体的纳米磷腈微球，其结构如下式(I)所示：

式(I)中，R的通式为A⁺Cl^－，A⁺为N-烷基咪唑阳离子。

由于六氯环三磷腈(HCCP)具有较好的热稳定性和阻燃性，能降低聚合物燃烧时的热释放并促进高抗氧化裂解炭层的生成，具有明显的抑烟效应。为进一步发挥HCCP的阻燃作用，本发明利用HCCP与N-烷基咪唑反应实现部分离子化，再交联得到具有较好阻燃性能的含离子液体的纳米磷腈微球，该纳米磷腈微球具有较高的稳定性和结构可控性，实现了六氯环三磷腈与离子液体的有效复合，并产生协同效应，对聚烯烃材料有较好阻燃效果。

作为优选，所述的A⁺为下式(a)或式(b)所示：

式(b)中，R₁为甲基；式(a)中，R₂为甲基、乙基或丁基。这是由于优选的N-烷基咪唑阳离子在制备过程中的原料易得，产率更高。