交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于膨脹阻燃成炭劑及其制備方法和應用技術領域，具體涉及一種交聯(lián)結 構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，高分子材料在航空航天，電子電器，汽車，建材，家裝，包裝膜等 領域有著越來越廣泛的應用。然而高分子材料，特別是聚烯烴、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺以及 環(huán)氧樹脂等都存在耐燃性差和易熔滴的問題，在很大程度上限制了其廣泛的應用。因此，對 易燃高分子制品進行阻燃改性，使之獲得綜合性能優(yōu)良的阻燃高分子材料具有重要的現(xiàn)實 意義。
[0003] 為解決易燃高分子材料阻燃性能差的問題，現(xiàn)有技術通常都是在其中加入阻燃 齊U。但傳統(tǒng)的含鹵阻燃劑燃燒時會產生大量有毒煙霧，而無機阻燃劑如金屬氫氧化物則阻 燃效率低，添加量大，對材料的力學性能等影響較大，故而使其在很多領域難以滿足使用要 求。
[0004] 膨脹型阻燃劑（IFR)是近年來廣受關注的一種無鹵阻燃劑，它是由酸源、炭源和 氣源三部分組成。含有IFR的聚合物材料燃燒時生成的多孔膨脹炭層會覆蓋在材料表面， 起到隔熱、隔氧的作用，使火勢減弱或熄滅，從而可賦予聚合物高阻燃性和耐熔滴性。與 含鹵阻燃劑相比，IFR具有無鹵、低煙、低毒、無腐蝕性氣體放出等優(yōu)點，而與無機阻燃劑相 t匕，IFR具有阻燃效率高，對材料機械性能影響小等優(yōu)點，因此逐漸受到人們的青睞。如 CN103992352A、CN102702522A、CN102161763A 等都對此類成炭劑進行了報道。
[0005] 但已有的報道中合成的成炭劑大多成炭效果較差，因而阻燃效果不理想。此外，已 有報道中合成的成炭劑以小分子或線形大分子化合物為主，因而其耐水性和在聚合物中的 耐遷移性不夠理想，進而影響了材料的力學性能和阻燃性能，難以被廣泛應用。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的首要目的是針對現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種交聯(lián)結構含磷大分子膨 脹阻燃成炭劑，該成炭劑可以作為炭源，與其它酸源和氣源組成新型的膨脹型阻燃劑體系。
[0007] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備上述交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑 的方法。
[0008] 本發(fā)明的又一目的是提供一種上述交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑作為膨 脹阻燃體系炭源的應用。
[0009] 本發(fā)明的再一目的是提供一種由上述交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑組成 的膨脹阻燃劑的應用。
[0010] 本發(fā)明提供的交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑，其結構通式如下：
[0011]
【主權項】
1. 一種交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑，其結構通式如下：
式中X、Y、Z為-HN-R-NH-、-HN-Ri-NH-、-HN-RfM-I^-NH-、哌嗪 環(huán)、-O-R-O-、O-RfO-、-0-札-]\1-1?2-0-、-0-札-1?2-0-、-HN-R-O-、-HN-RfO-、-HN-RfM-I^-O-或 -HN-Ri-I^-0-中的任一種，可以相同，也可以不相同；其中R代表碳原子數(shù)為2?6的直鏈或 支鏈烷基以及含有-NH-或_冊12取代的直鏈或支鏈烷基；RR2代表苯基或取代的苯基，且 札、馬可以相同，也可以不相同；M代表碳原子數(shù)為1?6的直鏈或支鏈烷基、胺基取代的烷 基、諷基、偶氣基或硫原子。
2. -種根據權利要求1所述的交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑的制備方法，該方 法的工藝步驟和條件如下： 將預先干燥處理過的原料1加入到分散劑中，使之分散均勻，接著在〇?40°C下加入 1. 9?2. 1倍于原料1摩爾量的縛酸劑，然后邊攪拌邊滴加原料2,其中原料1和原料2的 摩爾比為1:0. 65?0.70,滴加完后升溫至40?110°C，反應4?12h即可；反應完成后除 去分散劑，剩余固體中加入水，攪拌打漿然后抽濾，重復該過程3次，收集固體，干燥后即得 到成炭劑， 其中所用的原料 1 為H2N-R-NH2、KN-Ri-NHyKN-Ri-M-R^NHy 、哌嗪、 HO-R-OH、HO-R^OH、HO-RfM-RfOH、HO-RfRfOH、H2N-R-〇H、HW-RfOH、或 中的至少一種，可以相同，也可以不相同；R代表碳原子數(shù)為2?6的直鏈或支 鏈烷基以及含有-NH-或_冊12取代的直鏈或支鏈烷基；RpR2代表苯基或取代的苯基，且R 馬可以相同，也可以不相同；M代表碳原子數(shù)為1?6的直鏈或支鏈烷基、胺基取代的烷基、 砜基、偶氮基或硫原子；所用的原料2為三氯氧磷。
3. 根據權利要求2所述的交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑的制備方法，其特征在 于該方法中所用的分散劑為二氯甲烷、氯仿、乙腈、1，4-二氧六環(huán)、丙酮、苯或甲苯中的任一 種。
4. 根據權利要求2或3所述的交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑的制備方法，其特 征在于該方法中所用的縛酸劑為有機胺類化合物或含氮雜環(huán)化合物中的任一種。
5. 根據權利要求2或3所述的交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑的制備方法，其特 征在于該方法中所用縛酸劑為三乙胺或吡啶。
6. 根據權利要求1所述的交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑作為膨脹阻燃體系炭 源的應用。
7. 根據權利要求6所述的由交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑作為膨脹阻燃劑體 系炭源的應用，其特征在于該炭源與酸源或酸源和氣源的質量比為1:1?6 ;所用的酸源或 酸源和氣源為聚磷酸銨、磷酸鹽、焦磷酸鹽或磷酸酯中的任一種。
8. 根據權利要求6或7所述的由交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑作為膨脹阻燃體 系炭源的應用，其特征在于該膨脹阻燃體系還可以含有阻燃協(xié)效劑，該阻燃協(xié)效劑的質量 與由炭源與酸源或酸源和氣源組成的膨脹阻燃劑的總質量比為1:5?50。
9. 根據權利要求8所述的由交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑作為膨脹阻燃體系 炭源的應用，其特征在于該膨脹阻燃體系所用的阻燃協(xié)效劑為蒙脫土、累脫石、分子篩、海 泡石、雙羥基氫氧化物、硅藻土、凹凸棒石、蛭石、金屬氧化物、金屬鹽或有機金屬絡合物中 的任一種。
10. 根據權利要求6或7所述的由交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑作為炭源組成 的膨脹型阻燃劑體系在聚烯烴、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺以及環(huán)氧樹脂中的應用。
【專利摘要】本發(fā)明公開的交聯(lián)結構含磷大分子膨脹阻燃成炭劑，其結構通式如下：式中X、Y、Z為二胺基、二醇基、醇胺基或二酚基中的任一種，可以相同，也可以不相同。本發(fā)明還涉及該阻燃成炭劑的制備方法，以及作為新型膨脹阻燃體系的碳源的應用和該新型膨脹阻燃體系在聚烯烴、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺以及環(huán)氧樹脂中的應用。本發(fā)明制備的膨脹阻燃成炭劑不僅具有很好的成炭性能，而且無鹵低毒，耐水性強，與許多被阻燃的高聚物相容性好，對力學性能影響較小，同時合成工藝簡單，易于控制，便于工業(yè)化生產。
【IPC分類】C08L63-00, C08L23-06, C08L23-12, C08G79-02, C08G79-04, C08L23-08, C08L67-04, C08L85-02, C08L75-04, C08L77-06
【公開號】CN104559204
【申請?zhí)枴緾N201510019304
【發(fā)明人】王玉忠, 董亮平, 鄧聰, 李瑞敏, 曹志杰, 林玲, 陳力
【申請人】四川大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月14日