[發明專利]一種交聯含異氰尿酸酯大分子阻燃成炭劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201410418661.6
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104211986A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 劉夠生;陳文彥;袁珊珊
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C08K5/3492
• 分類號: C08K5/3492;C08K3/32;C08L23/12;C08L55/02;C08L67/02;C08L67/04;C08L77/02;C08L23/06;C08L75/04;C07D251/34
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技術領域

本發明涉及一種大分子阻燃成炭劑，尤其涉及一種交聯含異氰尿酸酯大分子阻燃成炭劑，屬于環保無鹵阻燃劑技術領域。

背景技術

傳統的無鹵膨脹型阻燃劑（IFR）是由酸源聚磷酸銨、炭源季戊四醇和氣源三聚氰胺所組成。由于IFR阻燃的聚合物燃燒時表面會形成外層致密、內部疏松的多孔膨脹炭層，該膨脹炭層具有隔熱、隔氧的作用，從而賦予聚合物高阻燃性。與鹵系阻燃劑相比，IFR具有低煙、無毒、無腐蝕性氣體放出等優點，近年來得到廣泛的應用。IFR常用的成炭劑為季戊四醇或季戊四醇磷酸酯，它們雖然具有較好的成炭性，但由于其分子量低，與材料相容性差、熱穩定性和耐水性差，在與聚合物的高溫復合加工過程以及所制備的聚合物阻燃材料在潮濕環境中使用受到很大的限制。

近年來出現的含三嗪環類大分子成炭劑，具有初始分解溫度高、熱穩定性好、阻燃性能好等特點，成為IFR研究的一個熱點。三嗪類大分子成炭劑通常是以三聚氯氰和不同基團的化合物反應，具有無鹵、低毒、分解溫度高、對材料的物理機械性能影響小、抗滲出以及阻燃效率高等優點。發明專利申請CN102352036A公開了三嗪系成炭-發泡劑、其合成方法及以其為原料制成阻燃聚合物復合材料，其方法是向三聚氯氰中加溶劑，滴加醇胺、烷基胺和縛酸劑，生成一取代物，再將二胺和縛酸劑加入生成二取代物，升高溫度，抽濾、水洗、烘干得到三嗪類成炭-發泡劑。發明專利申請CN101880400A公開了一種三嗪類超支化大分子成炭劑的制備方法，將二氨基或二羥基化合物與非質子性有機溶劑混合，加入催化劑，在惰性氣體氛圍中，逐滴加入三聚氯氰的非質子性有機溶液，滴加完后，該溫度下繼續反應，加入封端劑，再反應、沉淀、過濾、有機溶劑清洗、分離，干燥后得到三嗪類超支化大分子成炭劑。發明專利申請CN101434843A公開了一種含有大分子三嗪類成炭劑的無鹵膨脹阻燃劑及其制備方法，膨脹型阻燃劑是由大分子三嗪類成炭劑、環氧樹脂包覆聚磷酸銨和助劑組成，大分子三嗪類成炭劑是三聚氯氰和二元胺的反應產物。發明專利申請CN101586033A公開了一種含芳香族鏈結構的三嗪環成炭劑，該成炭劑由結構通式為NH₂-Ar-NH₂、HO-Ar-OH或HS-Ar-SH的芳香族二元化合物和單取代的三聚氯氰在催化劑作用下縮聚得到。

這些專利均采用三聚氯氰為起始反應物，反應過程中需要丙酮、苯/甲苯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃等有機溶劑，涉及有機溶劑后處理問題。另外，反應過程中生成氯化氫，需要消耗縛酸劑，同時還有氯化氫尾氣回收處理問題，對環境有一定的污染。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，是針對這一技術現狀，提供一種反應過程無需有機溶劑、無氯化氫氣體放出、所得產品成炭率高的大分子阻燃成炭劑，本發明通過以下技術方案實現：

一種交聯含異氰尿酸酯大分子阻燃成炭劑及其制備方法，其特征在于該成炭劑具有如下結構通式：

其中，X為乙基或丙基，Ar為苯、萘、二苯甲烷、二苯酮、二苯醚、碳酸二苯酯中的一種，n為重復單元，n值為1~5。

進一步，所述的成炭劑由含異氰尿酸酯及芳香族二元羧酸在催化劑作用下縮聚反應得到。

一種交聯含異氰尿酸酯大分子阻燃成炭劑及其制備方法，具體步驟為：

1摩爾的異氰尿酸酯加熱熔融，加入催化劑，加入1.1~5.5摩爾的芳香族二元羧酸，升溫到190~290℃，在此溫度區間進行縮聚反應4~48小時，反應過程中及時將縮聚反應生成的水取出。將熔融物出料，自然冷卻、粉碎，得到白色粉末即為含異氰尿酸酯結構的大分子膨脹阻燃成炭劑，反應中所述的催化劑為對甲苯磺酸、硫酸附載的固體超強酸(如SO₄^2-/TiO₂、SO₄^2-/ZnO₂、SO₄^2-/Fe₂O₃)、鈦酸四丁酯、鈦酸異戊酯、鈦酸2-乙基已酯等其中的至少一種，催化劑的量為異氰尿酸酯質量的0.2~5.5%。

本發明所述的成炭劑作為膨脹型阻燃體系的成炭劑，與長鏈結晶II型聚磷酸銨配合形成膨脹阻燃體系，并應用于PP、ABS、PET、PLA、PA6、HDPE、硬質聚氨酯泡沫等材料的阻燃，高溫下成炭率高。該膨脹阻燃體系在加熱時熔融、分解發泡膨脹，最終生成膨松且強度優良的炭層。