[发明专利]一种含磷、含氮及含磺酸盐化合物及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种含磷、含氮及含磺酸盐化合物，具有如式(I)所示的结构。该化合物不仅具有良好的耐水性及阻燃性，作为添加剂加入到聚合物组合物时，不会明显的导致聚合物组合物的力学性能下降，并且可根据含磷、含氮及含磺酸盐基团化合物的结构和制备原料的变化，得到透明或非透明性阻燃性聚合物组合物制品，并且添加量更低。本发明提供的含磷、含氮及含磺酸盐化合物，被证明对于增加聚合物组合物，特别是阻燃性聚合物组合物的阻燃性具有优异的效果，尤其适用于聚碳酸酯及其合金材料的阻燃，在聚碳酸酯阻燃领域具有极高的工业应用价值。而且本发明提供的制备路线工艺简单，可控性强，原料易得，特别适合工业化生产。

技术领域

本发明属于聚合物阻燃剂领域，涉及一种含磷、含氮及含磺酸盐化合物及其制备方法、一种阻燃聚合物组合物，尤其涉及一种含磷、含氮及含磺酸盐化合物及其制备方法、在聚合物加工领域中的应用。

背景技术

环氧树脂、工程塑料及聚酯等高分子材料具有广泛的应用，但大部分高分子材料本身不阻燃，需要添加含卤(如溴、氯)阻燃剂使得高分子材料具有防火阻燃的功能。添加含卤阻燃剂的高分子材料在燃烧时，会释放大量有害有毒物质。这些年来，绿色环保的含磷阻燃剂，含氮阻燃剂成为科学工作者努力研究的方向，含磷阻燃剂中，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)因含有P-H化学键，作为反应性含磷阻燃剂中间体成为一个热点的研究方向。三聚氰酸三烯丙酯(TAC)常被用于热固性树脂或合成橡胶的交联剂，可提升耐热性、抗水解性及机械性能。

近年来，含磷、含氮及含磺酸盐阻燃剂等绿色环保型阻燃剂均已有相关研究和报道。如专利US4962168公开了由DOPO分别与三丙烯基异氰酸酯(TAIC)、三聚氰酸三烯丙酯(TAC)加成反应后得到含磷及含氮的阻燃剂，该产品可广泛应用于热固性及热塑性树脂，但是在应用于聚碳酸酯(PC)及其合金中，高达8％重量的添加量才能获得满意的阻燃效果。专利CN1156539C公开了一种难燃性环氧树脂，该树脂结构中含有DOPO基团，虽然该树脂结构可以含有磺酸基团，其并没有对磺酸基团进行详细描述和解释，且该难燃树脂的应用仅局限于环氧树脂阻燃领域。中北大学硕士论文《膨胀型磺酸盐阻燃剂的合成及其阻燃聚碳酸酯的研究》(2014)及《氮磷硫复合型阻燃体系的制备及其在聚碳酸酯中的应用》(2015)以三聚氯氰、对氨基苯磺酸或氨基乙磺酸、氢氧化钾及DOPO为原料制备得到含磷、含氮、含磺酸盐且含P-H键的阻燃剂，但是制备工艺复杂，所得产品呈浅黄色，应用有限制，此外，该产品极易溶于水，耐水性差，较难在聚碳酸酯阻燃材料中实现工业应用。专利CN107652468B公开了一种含DOPO结构的咪唑磺酸盐离子液体阻燃剂，该阻燃剂是通过DOPO与多聚甲醛反应得到中间体Ⅰ，然后与取代磺酰氯反应得中间体II，最后与取代咪唑反应得到目标产物，但是该制备工艺一个反应周期至少需要31小时，耗时长生产效率低，且产品收率较低，作为阻燃剂需要7％wt以上的添加量才能有满意的阻燃效果，且燃烧成碳性较差。专利CN108440598B公开了一种硫-氮-磷复合型阻燃剂的制备方法和应用，其采用马来酸酐和2,2-硫双(5-氨基苯磺酸)反应后，再与DOPO反应生产含DOPO、磺酸结构单元的硫-氮-磷复合型阻燃剂，但是该发明所使用2,2-硫双(5-氨基苯磺酸)原料市场上很难买到，其合成所需原料4,4′-二氨基二苯硫醚价格非常昂贵，由此方法制备的硫-氮-磷复合型阻燃剂仅适合科学研究，较难工业化应用。专利CN110945066A公开了塑料用阻燃剂和增塑剂--磺酸酯和亚磺酸酯，该阻燃剂或增塑剂为无卤素的磺酸氮杂醇和无卤素的亚磺酸氮杂醇酯，其以取代磺酰氯和含咪唑环类化合物反应，得到含磺酸酯、含氮阻燃剂产品，但是其作为阻燃剂使用时不能单独使用，需要与磷腈类、磷酸酯类等含磷阻燃剂复配，且仍需要添加较多含磷阻燃剂才能做到满意的阻燃效果。

因此，如何找到一种适宜的含磷、含氮且含磺酸盐的化合物，弥补其在耐水性及阻燃性能上的不足，进一步拓宽其应用的深度和宽度，已成为领域内诸多具有前瞻性的一线研究人员广为关注的焦点之一。

发明内容