[發明專利]一種有機硅改性含磷無鹵膨脹型阻燃劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201210190524.2
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102675650A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 樓芳彪
• 申請（專利權）人: 樓芳彪
• 主分類號: C08G79/04
• 分類號: C08G79/04;C08G77/54
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于阻燃劑合成技術領域，具體涉及一類有機硅改性含磷無鹵膨脹型阻燃劑及其制備方法。

背景技術

隨著合成高分子材料的廣泛應用，阻燃劑的應用量也日益增多。據估計，2012年全球阻燃劑需求量將達到23億噸，添加型的阻燃劑因其使用方便，阻燃效果好而得到廣泛應用。傳統的含鹵阻燃劑因其添加量少，阻燃效果好曾占據添加型阻燃劑的主導地位。但使用該類阻燃劑的合成材料受高熱燃燒時會放出大量有毒氣體和煙霧，嚴重污染環境，對人的生命安全造在威脅。隨著歐盟WEEE和ROHS指示的發布，人們正在不斷的探索新型高效的無鹵阻燃劑。膨脹型無鹵阻燃劑(IFR)是以磷、氮、碳為核心元素的復配阻燃劑。這類阻燃材料受高熱燃燒時，在表面會形成一層致密炭層泡沫，起到隔熱、隔氧、抑煙、防熔滴的效果，具有良好的阻燃性能。但該類阻燃劑因富含-OH、-NH₂、-HN₄⁺等親水基因，與高分子基體相容性較差，在阻燃材料制品表面也會產生吸潮現象，故對其應用有一定的影響。有機硅系阻燃劑是一種新型的無鹵阻燃劑，具有良好的成炭性、抑煙性、分散性及與基體材料的相容性，同時也具有無毒、低煙、無污染等優點。但該類阻燃劑價格較貴，對推廣應用有一定影響。

為了開發環境友好的新型高效阻燃劑，人們探索將有機硅與含磷、含氮阻燃劑等結合起來，利用磷、氮、硅之間的協同效應，以期獲得阻燃性能更好的阻燃劑。如：“一種含磷硅酸酯阻燃劑及其制備方法”(中國專利公開號CN1706912A)，“一種含磷和環氧基的有機硅阻燃劑及其制備方法”(中國專利公開號CN1724591A)，“一種耐熱阻燃環氧型電子聚合物材料用含磷硅雜化因化劑及其制備方法(CN101274998A)等專利文獻中均有報導。但上述專利制備含磷硅阻燃劑選用的原料比較難得，且較為昂貴，推廣應用受到限制。

發明內容

為了解決上述存在的問題，本發明提供了一類有機硅改性的含磷無鹵膨脹型阻燃劑及其該類阻燃劑的制備方法。

本發明采用有機硅單體甲基氯硅烷生產中副產廉價的甲基三氯硅烷(簡稱一甲)作為有機硅改性劑，以三氯氧磷為含磷引入劑，與IFR中常用的發泡劑三聚氰胺(MEL)及其衍生物，還有常用的成炭劑季戊四醇及其衍生物，或者上述兩者的復配混合物進行化學反應，生成有機硅改性的含磷無鹵膨脹型阻燃劑。

三聚氰胺(MEL)及其衍生物三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)、三聚氰胺磷酸鹽(MP)、三聚氰胺聚磷酸鹽(MPOP)等化合物的三嗪結構中均含有-NH₂，-NH₂上的活潑氫能與三氯氧磷及甲基三氯硅烷起縮聚反應，放出HCl氣體，生成含磷的有機硅改性的三聚氰胺類聚合物。

季戊四醇及其衍生物雙季戊四醇、三季戊四醇，還有三羥乙基異氰尿酸鹽等作為IFR中的成炭劑，在其分子中均富含-OH，-OH中的活潑氫也能與三氯氧磷及甲基三氯硅烷起縮聚反應，放出HCl氣體，生成含磷的有機硅改性的聚合阻燃成炭劑。

上述IFR中常用的發泡劑和成炭劑既可單獨與三氯氧磷、甲基三氯硅烷發生縮聚反應，也可以將發泡劑和成炭劑按所需比例復配混合后再與三氯氧磷及甲基三氯硅烷發生縮聚反應，生成含磷的有機硅改性的無鹵膨脹型聚合阻燃劑。

甲基三氯硅烷有三個Si-Cl鍵，三氯氧磷有三個P-Cl鍵，三聚氰胺及其衍生物上含2-3個-NH₂，而季戊四醇及其衍生物等成炭劑上含有多個-OH。當三氯氧磷及甲基三氯硅烷與這些-NH₂、-OH發生縮聚反應時，由于存在位阻效應，故難以在分子間一一對應生成明確結構的單一化合物，而更傾向于在各個分子間相互交聯縮聚成交聯聚合物。這類聚合物上因聯上了有機硅基因，大大增加了與高分子基體材料的相容性，因此可廣泛應用于各種高分子材料中作為添加型阻燃劑。

本發明與現有技術相比，具有以下顯著的優點：

1、在IFR的發泡劑、成炭劑上引入了磷元素，可更好的發揮協同阻燃效應。

2、采用廉價的甲基三氯硅烷作為有機硅改性劑，在IFR的發泡劑，成炭劑上引入了硅元素，也能提高協同阻燃效應。

3、因在該類阻燃劑上引入了有機硅基因，使得原本親水的發泡劑、成炭劑具有了很好的疏水性能，增強了與高分子基材的相容性，可明顯改善這類阻燃材料的機械力學性能和加工性能。

本發明所述的該類阻燃劑制備方法如下：