[發明專利]一種無鹵環保成炭劑制備方法以及應用

在審

• 申請號: 201610041616.2
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105732971A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 張秀芹;何燕嶺
• 申請（專利權）人: 中山康諾德新材料有限公司
• 主分類號: C08G65/34
• 分類號: C08G65/34;C08L23/12;C08L71/08;C08L23/06;C08K13/02;C08K5/52;C08K5/20;C08K3/32;C08K5/134;C08K5/526
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技術領域

本發明涉及成炭劑技術領域，具體涉及一種低成本制備無鹵環保成炭劑的方法以及成炭劑的應用。

背景技術

聚丙烯(PP)的阻燃一直是阻燃劑中的熱點，但隨著人們對環境的要求和一些環保指令的實施,一種新型的無鹵膨脹型阻燃劑(IFR)被認為是聚烯烴的新一代阻燃劑。無鹵膨脹型阻燃劑具有無鹵低毒、阻燃效率高和樹脂相容性好等特點,在高聚物的阻燃改性中備受關注。無鹵膨脹型阻燃劑一般由成炭劑、酸源(通常為多聚磷酸銨,APP)和氣源(如含氮化合物)三種成分組成,在高溫條件下,APP轉化為多聚偏磷酸(酸源),并與炭源發生酯化反應,分解形成的烯烴類化合物環化成多核芳香環炭結構,最后在材料表面形成炭層,起到阻隔熱量和氧氣的作用而實現材料的阻燃。

傳統的多羥基化合物，如季戊四醇等，成炭性好，但不耐析出，已被人們淘汰。近年廣受關注的是以三嗪類化合物為主的新型成炭劑,由于氮和磷的協同效應,三嗪類化合物在與聚磷酸銨共同作用時顯示了良好的成炭效應，且耐水性好，已被作為主流成炭劑，但生產工藝復雜，價格昂貴，殘留少量氯離子等問題。

CN1709968A及文獻J.JournalofAppliedPolymerSci.94,1556-1561,2004中都分別公開了三嗪類膨脹阻燃劑成炭劑的結構及制備方法；CN1715272A、CN101024632A及李斌等(J.PolymerDegrationandStability.91,1380-1386,2006)也報道了線型聚合型三嗪衍生物成炭劑及其合成方法，但由于以上文獻合成的聚合型三嗪衍生物富含羥基，故其仍有一定的水溶性，使材料的耐水性差。

日本專利特開平6-25467(1994)等公開了以三聚氯氰為原料，先后一定條件下，與二元胺發生逐步取代反應，得到三嗪類化合物；Donald.W.K(J.Am.Chem.Soc,73,2986,1951)、Anelli.PL(J.Org.Chem,49,4197-4203)也在三嗪類成炭劑的合成方面進行了研究。上述專利公開的方法雖取得了一定的效果，但是，目前三嗪類成炭劑的合成原料多以含氯三嗪化合物為主，通過液相反應，使用催化劑和縛酸劑等最終經洗滌壓濾干燥得最終產品，反應路線及時間均較長，有大量副產物產生，并且產品中有較少量氯離子和金屬鹽殘留，成本較貴，難以普及。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的以上問題，提供一種無鹵成炭劑制備方法以及應用，本發明的制備方法是一種低成本無鹵環保成炭劑的生產方法，該方法通過較簡單的工藝，使三羥乙基異氰脲酸酯脫水聚合，最終形成耐水性較好的成炭劑，該方法成本較低，并且無副產物產生，在生產工藝中，不使用溶劑，也無需水洗或者溶劑洗滌，非常環保。

本發明的制備方法設備簡單，投資成本少，并且原料易得，得到的無鹵環保成炭劑的水溶性≤0.2g/100ml水，起始分解溫度≥280℃，無氯離子和金屬鹽干擾，與現有技術中三嗪類成炭劑相比，同等添加分數下，在聚丙烯樹脂中阻燃效果更好，可通過GWIT：850℃/3.0mm，但成本僅為三嗪類成碳劑的1/3,并改方法更易于工業化生產。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種無鹵環保成炭劑制備方法，其以三羥乙基異氰脲酸酯、五氧化二磷和三聚氰胺為原料，制備獲得無鹵環保成炭劑，制備方法包括以下步驟：

(1)先按照比例準備三羥乙基異氰脲酸酯、五氧化二磷和三聚氰胺，所述三羥乙基異氰脲酸酯與所述五氧化二磷的質量比為1:0.01-1，所述五氧化二磷與三聚氰胺的質量比為1:0.1-5；

(2)向反應設備中，加入預先混合的三羥乙基異氰脲酸酯、五氧化二磷和三聚氰胺的混合物，攪拌均勻，用氮氣保護，加熱至60-160℃，保溫1-10h；

(3)然后升溫至180-300℃，保溫1-5h；

(4)然后再加入余量的三聚氰胺，繼續保溫180-300℃，保溫1-10h，所述五氧化二磷與三聚氰胺的質量比為1:1.9-15；

(5)降溫，出料，氣流粉碎后得到不水溶的無鹵環保成炭劑。

在本發明的一個較佳實施例中，進一步包括，

(1)先按照比例準備三羥乙基異氰脲酸酯、五氧化二磷和三聚氰胺，所述三羥乙基異氰脲酸酯與所述五氧化二磷的質量比為1:0.05-0.5，所述五氧化二磷與三聚氰胺的質量比為1:0.5-3；

(2)向反應設備中，加入預先混合的三羥乙基異氰脲酸酯、五氧化二磷和三聚氰胺的混合物，攪拌均勻，用氮氣保護，加熱至85-150℃，保溫2-8h；