[發明專利]主鏈含哌嗪結構的大分子三嗪成炭劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201210209264.9
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102702521A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 李娟;朱熒科;陶慷;石虎硯;薛立新
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08G73/06
• 分類號: C08G73/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種成炭劑，具體涉及一種主鏈含哌嗪結構、側鏈具有催化作用的大分子三嗪成炭劑及其制備方法。

背景技術

膨脹型阻燃劑是近年來廣泛應用的阻燃劑類型之一，該阻燃劑克服了鹵系阻燃劑在燃燒時易放出刺激性和腐蝕性的氣體及煙霧，污染環境，危害人類健康，同時腐蝕設備等缺點，是一種非常有前途的綠色環保型阻燃劑。膨脹型阻燃劑一般由酸源、碳源、氣源三個基本組分構成。燃燒時“三源”有效匹配才能形成蓬松封閉結構的不燃炭質泡沫層，削弱聚合物與熱源間的熱傳導，同時阻止氧氣擴散，致使聚合物自熄。其中成炭的效率和質量是阻燃的關鍵，與聚合物及阻燃劑的結構密切相關。傳統的膨脹阻燃劑以季戊四醇、淀粉等為成炭劑，具有易遷移，添加量大，粘度高，加工性能不佳、成炭率不高等缺點。因此新型成炭劑的開發是當前膨脹型阻燃劑研究的重要方向之一。

三嗪類衍生物作為一類富含叔氮結構的化合物，其優良的炭化效果引起了人們的關注。日本專利JP.Pat.No.0,583,065,Al(1994)中公開了一種以三聚氯氰為起始原料合成三嗪類成炭劑的技術方案，但實驗時間過長（總時間在29小時以上），并且操作復雜。又參考專利號為ZL200510010243.4的中國發明專利《大分子三嗪系成炭-發泡劑及其合成方法》(授權公告號為CN1288140C)，該專利描述了一種大分子三嗪系成炭-發泡劑及其合成方法，再參見申請號為200710071927.4的中國發明專利申請公開《三嗪系齊聚物及其合成方法》(公開號為CN101024632A)、申請號為200910099717.5的中國發明專利申請公開《含芳香族鏈結構的三嗪成炭劑及其制備方法》（公開號為CN101586033A）和申請號為200910098421.1的中國發明專利申請公開《三嗪系超支化大分子成炭劑的制備方法》（公開號為CN101880400A）。近年來，一些三嗪類的成炭劑或阻燃劑合成及應用的文章不斷公開發表，但大多成炭率低，熱穩定性差，如Xiao-Ping?Hu(Journal?of?Applied?Polymer?Science?94,1556-1561,2004)等合成的三嗪類成炭劑，?300℃時失重為21﹪,?600℃時殘炭量為5﹪。Yuan?Hu等人(Polymers?for?Advanced?Technologies19,393-398,2008)分別以三聚氯氰和三氯氧磷為中心合成兩種星形結構的可紫外固化的阻燃劑，將它們復配后得到了阻燃性能優異的固化膜。Chen-hao?Ke等人（Polymers?for?Advanced?Technologies?22,2237-2243,2011）把三嗪超支化大分子成炭劑和聚磷酸銨用于阻燃尼龍-6，結果顯示出了較好的成炭效果。Chen-Hao?Ke等人（Polymer?Degradation?and?Stability?95,763-770,2010)把三嗪超支化大分子成炭劑和聚磷酸銨與聚乳酸復配后，顯著提高了聚乳酸的阻燃性能和抗滴落性。

就目前的研究報道來看，研究的重點都在主鏈組成和結構方面，而對于側鏈的研究比較少，尤其是側鏈含有催化基團的新型大分子三嗪成炭劑還未見公開報道。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種主鏈含哌嗪結構的大分子三嗪成炭劑。

本發明的大分子三嗪成炭劑的結構式為：

其中，R為-(CF₂)_m-、-(CF₂)_mOCF₂CF₂-或-N(CH₃)(CH₂)_m-,m為1～10的整數；X為氫、鈉、鉀或鎳。

本發明的另一目的是提供一種制備該大分子三嗪成炭劑的方法。

該方法是由無水哌嗪和三聚氯氰縮聚后再取代后得到，具體步驟如下：

步驟(1).將無水哌嗪與縛酸劑按摩爾比(0.5～1):?1混合，在惰性氣體氛圍中，25～45℃下攪拌0.5～1小時；

所述的無水哌嗪的分子式為C₄H₁₀N₂，化學結構式為；

所述的惰性氣體為氮氣或氬氣；

所述的縛酸劑為三乙胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶、N-N二異丙基乙胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀中的一種；

步驟(2).加入三聚氯氰的非質子性有機溶劑，25～45℃下反應4～8小時；