[发明专利]一种单三氟丙基次膦酸铝阻燃剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及新型阻燃剂成分领域，具体为一种单三氟丙基次膦酸铝阻燃剂的制备方法及应用，单三氟丙基次膦酸铝的结构式如式(I)所示，本发明基于含氟烯烃与次磷酸钠在一定压力下，得到烷基取代次磷酸钠；利用萃取剂在一定pH值下进行萃取，可选择性的将单取代烷基次磷酸钠盐。在此基础上得到的单三氟丙基次磷酸铝，可以与二乙基次磷酸铝共用，即可达到较高的阻燃效率，腐蚀性大大降低。

技术领域

本发明涉及新型阻燃剂成分领域，具体为一种单三氟丙基次膦酸铝阻燃剂的制备方法及应用。

背景技术

二乙基次膦酸铝是具有良好阻燃性能的无卤阻燃剂，通过与其他阻燃剂配合，广泛用于环氧树脂、聚酯材料、聚酰胺材料、EVA材料和TPE材料中。国内外知名阻燃剂公司如科莱恩公司、广州金凯、寿光卫东均报道了大量关于二乙基次膦酸铝及其前体二乙基次膦酸钠盐的合成方法。商用化近30年来，二乙基次膦酸铝的很多劣势也逐渐凸显出来：(1)添加量大：在尼龙和PBT配方中要添加到18-20份，且需要与MPP(三聚氰胺聚膦酸盐)、MCA(三聚氰胺氰尿酸盐)配合使用才能达到较高的阻燃效率；(2)腐蚀严重：二乙基次膦酸铝表现出明显的酸性，在与金属接触且工作温度高时，这种现象尤为明显。在加工时容易腐蚀螺杆；另外在PCB板中使用该类阻燃剂时，二乙基次磷酸盐对铜的腐蚀非常明显；(3)相容性差：二乙基次磷酸铝表现比较强的极性，根据相似相融原理，该类阻燃剂在高分子中相容性较差。

为了克服以上问题，人们在合成二烷基次磷酸盐上投入了大量的精力。例如姚强等人提出，增长二烷基次磷酸盐的碳链，例如用异丁烯替代乙烯，可以得到二异丁基次磷酸铝，阻燃研究表明可以降低阻燃剂的使用量，但碳链的增长后，热稳定性下降了；科莱恩公司在研究中发现，一定量单取代烷基次磷酸盐的存在可以明显改善阻燃性能，但是在合成中很难控制单取代与双取代烷基次磷酸盐的比例。

含氟聚合物是一种性能优异的高分子材料，其结构中所含的C-F键键能高达485KJ/mol，是共价单键中键能最大的化学键之一。C-F键倾向于在材料表面聚集，使得材料表面的氟含量高于内部，而氟电子云对C-C键的屏蔽作用较强，有效的保护了C-C主链；氟原子具有最强的电负性(4.0)与较小的范德华半径其原子核对其核外电子及成键电子云的束缚能力较强，分布较为对称，可极化程度低，使其极性较小，因此，聚合物分子间作用力较小，表面能较低，C-F键的介电常数与损耗因子较小。正是由于C-F键与氟原子拥有以上特殊的性质，使含氟高分子材料得以呈现出突出的耐热性、耐腐蚀性、低可燃性、疏水抗油性、耐氧化性与耐候性等一系列出色的性能，因此被广泛应用于国防军事、航天航空、石油化工及汽车机械等重要行业领域，其具体应用形式有各类薄膜、线缆绝缘保护层、光缆芯材、特种涂层等，均适用于对材料要求较严苛或需抵抗恶劣环境的关键部位。

一些含氟的阻燃剂也常常用作阻燃剂，典型的例子是全氟丁基磺酸钾，一种主要用于PC的阻燃剂，较少的添加量就可以起到很好的阻燃效果。但限于含氟化合物的合成难度，很少用于其他阻燃体系。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种单三氟丙基次膦酸铝，所述单三氟丙基次膦酸铝的结构式如式(I)所示，

本发明的目的之二是提供一种制备单三氟丙基次膦酸铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将次磷酸钠溶于乙酸中,加热搅拌溶解，用氩气置换体系中的氧气，将3,3,3-三氟丙烯气体通入上述溶液中，分批加入偶氮二异丁腈(AIBN)的乙酸溶液；

S2、反应结束后得到无色透明溶液，旋蒸除去乙酸后得到由二氟丙基次膦酸钠，单氟丙基次膦酸钠，次磷酸钠组成的混合物；

S3、将二氟丙基次膦酸钠，单氟丙基次膦酸钠，次磷酸钠组成的混合物溶解于水中，使用稀硫酸调节溶液PH值，加入膦酸三丁酯萃取，分离出膦酸三丁酯有机相层，加入水反萃取该有机相，合并得到的水相，旋蒸除去溶剂后，得到白色蜡状固体；