[发明专利]一种新型磷氮硫阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型磷氮硫阻燃剂及其制备方法。反应装置中，三氯氧磷与硫代吗啉以摩尔比1：1混合，反应温度为0‑10℃摄氏度，得到氯代磷酰胺化合物。氯代磷酰胺化合物经水解得到硫代吗啉磷酸酰胺化合物。硫代吗啉磷酸酰胺与1％‑5％的氨基三亚甲基膦酸充分混合后，在惰性气氛下或高沸点溶剂中经脱水反应制得新型磷氮硫阻燃剂，反应温度为250℃‑320℃。

技术领域

本发明属于无卤环保阻燃剂领域，特别设计一种新型磷氮硫阻燃剂及其制备方法。

背景技术

高分子材料在各行各业应用十分广泛，我国塑料制品年产量超过7700万吨。但高分子材料却极易燃烧，每年因其易燃性导致的事故占火灾事故的60％，严重危害着人民生命财产安全与各行业的发展。阻燃剂能够有效抑制高分子材料的易燃性，降低火灾发生风险。其中，卤系阻燃剂为较早开发的阻燃剂品种，但随着环保要求提高与卤素价格的上升，阻燃剂发展的中心向环保型阻燃剂转变。

磷氮阻燃剂由于磷-氮协同效应，在无卤阻燃剂中性能优异。但目前市场上的磷氮阻燃剂种类较少，主要为聚磷酸铵，聚磷酸三聚氰胺，焦磷酸哌嗪，氰尿酸三聚氰胺盐。除磷氮协同效应，体系中引入其它杂元素能进一步提高效率。另外阻燃剂结构中含脂肪环结构能更有效地促进成碳，达到隔绝燃烧的目的。

综上所述，本发明提供了一种新型的磷氮硫阻燃剂，利用P、N、S三种元素间的协同效应和脂肪环优异的成碳性能，来获得优良的阻燃性能。

发明内容

本发明提供了一种新型磷氮硫阻燃剂及其制备方法，该物质可作为一种新型无卤环保阻燃剂。利用P、N、S三种元素间的协同效应和脂肪环优异的成碳性能来提高阻燃效率，以磷酸酰胺与聚磷酸结构提高热稳定性能。该物质热稳定性与阻燃性能好，并且制备方法实用，适合工业化生产。

本发明的技术方案是：

三氯氧磷与硫代吗啉的摩尔比为1:1，硫代吗啉以缓慢方式加入三氯氧磷中，反应温度为 0-10℃摄氏度，得到氯化硫代吗啉磷酰胺化合物。氯化硫代吗啉磷酰胺经水解得到硫代吗啉磷酸酰胺化合物。硫代吗啉磷酸酰胺与氨基三亚甲基膦酸以一定比例混合均匀后，在惰性气氛下或高沸点溶剂中经脱水反应制得最终阻燃剂，反应温度为250℃-320℃，如图1所示。

在一个实施方式中，向反应装置中加入三氯氧磷，无水甲苯作溶剂，硫代吗啉与三氯氧磷的摩尔比为1:1，硫代吗啉以缓慢方式加入三氯氧磷体系中，反应温度为0℃，反应时间0.5-3 小时。产物为白色氯化硫代吗啉磷酰胺化合物。

在一个实施方式中，向三氯氧磷与硫代吗啉反应体系中加入过量的水，在惰性气体保护下进行反应，反应温度为80℃，反应时间为1-3小时，得到白色硫代吗啉磷酸酰胺化合物。惰性气体为氮气、二氧化碳、氩气。

在一个实施方式中，硫代吗啉磷酸酰胺与氨基三亚甲基膦酸的混合比例为1％-5％，优选为3％。混合设备为告诉混合机，混合时间为15min。

在一个实施方式中，硫代吗啉磷酸酰胺与氨基三亚甲基膦酸的混合物在惰性气氛下或高沸点溶剂中经分子间脱水反应，得到P、N、S阻燃剂产物，反应温度为250℃-320℃，反应时间为1-3小时。其设备可选择为捏合机、真空耙式机、轨道炉，其溶剂可选择为磷酸三苯酯。

在一个实施方式中，将PP、尼龙6或尼龙66、阻燃剂加入混合机搅拌均匀，得到预混料；将预混料加入双螺杆挤出机喂料机料斗，纤维从侧喂料口加入，熔融混合挤出造粒，制得阻燃复合材料。

有益效果

利用P、N、S三种元素间的协同效应和脂肪环优异的成碳性能来提高阻燃效率，以磷酸酰胺与聚磷酸结构提高热稳定性能。该物质热稳定性与阻燃性能好，并且制备方法实用，适合工业化生产。

附图说明

图1为本申请合成硫代吗啉磷酸酰胺与氨基三亚甲基膦酸的化学反应示意图；