[發(fā)明專利]一種含硅、磷、氮元素的高分子阻燃劑及其阻燃聚乳酸材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310721547.6
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103739851A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王新龍;廖逢輝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: C08G79/04
• 分類號: C08G79/04;C08G73/00;C08L67/04;C08L85/02
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于阻燃劑及聚乳酸材料的阻燃技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含硅、磷、氮元素的高分子阻燃劑及其阻燃聚乳酸材料。

背景技術(shù)

聚乳酸（PLA）是一種無毒、無刺激性的非石油基環(huán)保型生物可降解塑料，其透明度好，強度高，具有良好的生物降解性、生物相容性及生物可吸收性，能夠降解為水和二氧化碳，實現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，是一種理想的綠色高分子材料。隨著聚乳酸合成技術(shù)的逐漸成熟，其應(yīng)用已由最初的主要用作醫(yī)學(xué)上的縫合線和可降解植入物拓展到目前的纖維、膜材、片材等普通產(chǎn)品，目前聚乳酸在汽車領(lǐng)域、電子電器領(lǐng)域的應(yīng)用呈快速增長的趨勢。預(yù)測到2015年市場對聚乳酸生物可降解塑料的需求將實現(xiàn)成倍增長。

應(yīng)用于聚乳酸阻燃的阻燃劑可以分為鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、硅系阻燃劑和金屬化合物阻燃劑等。其中由于鹵系阻燃劑在燃燒時會釋放出具有毒性和腐蝕性的氣體，因此被限制使用，研究無鹵阻燃劑成了研究人員追求的目標。無鹵阻燃劑一般包括氮系、磷系、氮-磷系等。磷系阻燃劑在燃燒過程中生成PO-和HPO-等自由基捕捉活性-H或-OH自由基，促進多孔性炭層的形成，從而達到阻燃的效果。氮系阻燃劑包含雙氰胺、聯(lián)二脲、胍鹽、三聚氰胺及其鹽等，經(jīng)常與含磷的阻燃劑一起使用以達到氮、磷協(xié)同的效果。硅系阻燃劑是一種可以完全不依賴鹵素和含磷化合物而阻燃的阻燃劑，具有熱釋放速率小、產(chǎn)煙量低、火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷奶攸c。Zhan?Jing等(Zhan?Jing,?etal.?Polymer?Degradation?Stability,?2009,?94(3):291-296）制備了一種季戊四醇二磷酸酯三聚氰胺鹽（SPDPM），實驗結(jié)果表明，當SPDPM的添加量達25%時，材料LOI可達38%，且通過了UL94V-0測試，該種阻燃劑為低分子量阻燃劑，易遷移從而對環(huán)境造成損害。Alfsonso?Gonzalez等(Alfsonso?Gonzalez,?etal.?Polymer?Degradation?and?Stability,?2012,?97:248-256）對有機改性蒙脫土和海泡石阻燃聚乳酸進行了研究，結(jié)果表明加入有機改性蒙脫土和海泡石可以使聚乳酸材料的最大釋熱速率升高，但是其極限氧指數(shù)并沒有明顯的提高。

在塑料使用的阻燃劑中，低分子量阻燃劑易遷移從而會對環(huán)境造成危害且阻燃效率較低，而高分子量阻燃劑可以克服這些缺陷。目前，隨著聚乳酸應(yīng)用范圍逐漸擴大，有關(guān)聚乳酸阻燃的研究越來越受到重視，其阻燃發(fā)展方向必然是高分子量化、環(huán)保、高效、多功能化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種含硅、磷、氮元素的高分子阻燃劑及阻燃聚乳酸材料，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，不僅能夠滿足材料所需的阻燃性能，而且不含鹵素、高分子量、毒性小、不易遷移，對人體和環(huán)境的危害和污染程度低。

實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案為：

一種含硅、磷、氮元素的高分子阻燃劑，所述阻燃劑具有如下結(jié)構(gòu)：

其中n=10-100。

上述高分子阻燃劑，通過以下步驟制備：

（1）將1,3-雙（3-氨基丙基）四甲基二硅氧烷和三乙胺混合，加入溶劑氯仿，通氮氣保護，攪拌回流，逐滴滴加二氯磷酸苯酯氯仿溶液，滴加完畢后，在回流溫度下保持反應(yīng)；

（2）反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸餾蒸除溶劑氯仿，殘余固體經(jīng)水洗、溶解、蒸餾、干燥得到含硅、磷、氮元素的高分子阻燃劑。

其中，步驟（1）中二氯磷酸苯酯與三乙胺的摩爾比為1:2，1,3-雙（3-氨基丙基）四甲基二硅氧烷與二氯磷酸苯酯的摩爾比為1:1。

步驟（1）中回流反應(yīng)8h。

步驟（2）中殘余物經(jīng)水洗、乙醇溶解、過濾，收集濾液進行減壓蒸餾除去溶劑乙醇得到殘余物；殘余物溶于氯仿，依次用碳酸鈉溶液、飽和食鹽水洗，減壓蒸餾除去溶劑氯仿，干燥后得到含硅、磷、氮元素的高分子阻燃劑。

一種含硅、磷、氮元素的高分子阻燃劑阻燃聚乳酸材料，所述阻燃聚乳酸材料是由聚乳酸和權(quán)利要求1所述高分子阻燃劑混合組成，其中聚乳酸和高分子阻燃劑的質(zhì)量比為（70-95）：（5-30）。

上述阻燃聚乳酸材料，所述阻燃聚乳酸材料制備方法是按質(zhì)量百分比為（70-95）：（5-30）將聚乳酸與含硅、磷、氮元素的高分子阻燃劑溶于氯仿中進行溶液共混制備阻燃聚乳酸材料。