[發明專利]一種N-P阻燃材料及其制備方法和在紡織品中的應用

在審

• 申請號: 201510936842.2
• 申請日: 2015-12-15
• 公開（公告）號: CN105348326A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 鄧繼勇;董新理
• 申請（專利權）人: 湖南工程學院
• 主分類號: C07F9/6593
• 分類號: C07F9/6593;D06M13/44
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

技術領域

本發明涉及阻燃材料制備技術領域，特別涉及了一類基于磷腈環和雙籠型結構的新型N-P阻燃材料的制備以及它們在紡織品領域，尤其是在棉紡織品中的應用。

背景技術

紡織纖維制品的易燃性帶來的火災已成為現在社會重大災害之一，嚴重威脅人們的生命財產與安全。因此，世界各國十分重視纖維以及紡織品的阻燃研究。時至今日，有關阻燃劑的研究雖然有了長足的進展，但隨著環境保護的深入推進，人們思想意識的不斷提高，紡織品工業對阻燃劑的要求也越來越高，高效、綠色、環保已成為紡織品阻燃劑發展的必然趨勢。

目前應用于紡織品的阻燃材料主要有①有機鹵素阻燃體系②氮系阻燃體系③磷系阻燃體系④硅系阻燃體系等，其中有機鹵素阻燃材料雖然具有優異的阻燃性能，添加量少，但其燃燒時會產生大量有毒有害強刺激性的氣體，對人體健康和環境造成直接的、潛在的和長久的危害，從而使得無鹵阻燃材料的研究和開發成為必然趨勢；氮系、磷系、硅系阻燃材料的主要優點是低毒、低煙、低腐蝕，但由于所需添加量較大，往往會影響材料機械性能，因此其應用也受到了一定限制。

有研究表明，當氮系阻燃材料和磷系阻燃材料復配使用或同時含有氮-磷(N-P)的化合物作阻燃劑時，由于N-P的協同作用，顯示出良好的阻燃性能，其發煙量小，可自熄，不產生有毒氣體，添加量適中，對材料的機械性能影響小，因此被公認為是阻燃劑的發展方向。目前研發的N-P型阻燃劑大多為復配性，這類體系中的P其中主要來源于磷酸銨、多聚磷酸銨、磷酸酯等，N則來源于各種氮或胺類化合物，如尿素、雙氰胺、三聚氰胺等，這些復配體系通常具有良好的阻燃性能，但因形成的鹽大多為低分子，熱穩定性差，成碳率低，因此在應用上也存在著一些局限性。

為了獲得高效、環保、綠色的紡織品阻燃材料，我們發明了一類基于磷腈環和雙籠型結構的新型N-P阻燃材料，本發明的新型N-P阻燃材料的結構特點是(1)以環三磷腈為基本骨架，通過親核取代反應將雙籠型結構接枝到磷腈骨架中；(2)分子結構中的磷腈環含有豐富的N源與P源；(3)分子結構中的雙籠型結構具有優異的熱穩定性與阻燃性能。根據分子結構特點，這類材料應該是一類性能優異的新型N-P阻燃劑，可望在紡織工業、塑料、皮革等領域具有良好的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于磷腈環和雙籠型結構的新型N-P阻燃材料及其制備方法。

本發明的技術方案為：

一種N-P阻燃材料，分子結構如下所示：

其名稱為六(1-氧基磷雜-2，6，7-三氧雜雙環[2,2,2]辛烷-4-亞甲氧基)環三磷腈(HCPPA)。

上述的N-P阻燃材料的制備方法，以環三磷腈為基本骨架，通過親核取代反應將PEPA的雙籠型結構接枝到磷腈骨架中，包括如下步驟：

(1)以吡啶和氧化鋅(ZnO)為催化劑，將氯化銨和五氯化磷(PCl₅)進行反應，得到六氯環三磷腈即HCPP；

(2)將季戊四醇和三氯氧磷(POCl₃)進行反應，得到1-氧基磷雜-4-羥甲基-2,6,7-三氧雜雙環[2.2.2]辛烷即PEPA；

(3)在強堿性試劑存在的條件下，HCPP與PEPA通過親核取代反應，得到HCPPA。

進一步，步驟(1)中，所述氯化銨和五氯化磷的物質的量之比為1:1-2，所述ZnO和PCl₅物質的量之比為1:30-40，所述吡啶和PCl₅的投料摩爾量比為1:3-4。

進一步，步驟(2)中，所述季戊四醇與三氯氧磷的物質的量之比為1-1.3:1。

進一步，步驟(3)中，所述HCPP與PEPA的物質的量之比為1:1-2。

進一步，步驟(3)中，所述的強堿性試劑為NaH。

進一步，步驟(1)的反應，溫度為120-132℃，時間為5-6h。

進一步，步驟(2)的反應，80-100℃下反應2-4h，然后在回流狀態下反應2-5h。

進一步，步驟(3)的反應，溫度為60-82℃，時間為7-8h。

進一步，所述步驟(1)的反應具體為：

六氯環三磷腈(HCPP)的合成