[發明專利]一種網絡結構成炭劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611262420.2
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106810720B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 李娟;王志敬
• 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: C08K9/06
• 分類號: C08K9/06;C08K5/3492;C08L79/04;C08L23/12;C08L23/06;C08L23/08
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

本發明公開了一種網絡結構成炭劑及其制備方法和應用。該網絡結構的成炭劑是以哌嗪和醛類作為反應單體，以三聚氰胺為交聯劑形成的。其制備方法是將哌嗪溶解于有機溶劑中，在催化劑的作用下，與醛基化合物發生脫水縮合反應2～10h，以三聚氰胺為交聯劑，形成網絡結構，最后采用單官能硅烷偶聯劑進行表面處理，經過抽濾，洗滌，干燥，最終得到網絡結構成炭劑。本發明還涉及該網絡結構成炭劑作為膨脹型阻燃體系的碳源的應用，該膨脹型阻燃劑體系可以應用于聚丙烯，聚乙烯以及乙烯?醋酸乙烯共聚物中。本發明制備的網絡結構成炭劑具有無鹵低毒，有較強的耐水性和疏水性，合成工藝簡單，反應產率高，阻燃效果好，成本低。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種網絡結構成炭劑，具體涉及一種含哌嗪和三聚氰胺的網絡結構成炭劑及其制備方法和應用，尤其是在制備阻燃高分子材料中的應用。

背景技術

隨著高分子材料工業的發展，合成材料已廣泛應用于國民經濟和人民生活的各個領域。但是，由于高分子材料的易燃性和可燃性而引起的火災事故也給人類的生命財產安全帶來了巨大的威脅。在樹脂中添加阻燃劑，是提高高分子材料阻燃性能最簡單、經濟和富有成效的方法，其中阻燃劑是決定材料阻燃性能優劣的關鍵。傳統的鹵系阻燃劑燃燒時釋放出鹵化氫、二噁英等有毒和腐蝕性氣體，產生較大的煙霧，已經逐步被限制使用。

隨著人們環保意識的提高，阻燃劑及阻燃材料的無鹵化成為科學研究和工業應用共同追求的目標。在無鹵阻燃劑中膨脹型阻燃劑(IFR)因其低毒、低煙、低腐蝕、抗融滴等特點被認為是具有良好發展前景的綠色阻燃劑之一。IFR一般由酸源、碳源、氣源三部分組成，在燃燒過程中IFR可以促使材料表面形成膨脹炭層，起到隔熱、隔氧、抑煙的作用，從而使火焰熄滅。目前可用于IFR碳源的成炭劑主要存在以下問題：季戊四醇(PER)的熱穩定性較差，吸水性較大，而且在加工和使用過程中易遷出、易反應，最終導致阻燃聚合物易吸潮，進而在日常使用過程中影響產品的電性能、耐候性以及耐久性，最終影響材料使用性能。淀粉、多糖類生物基成炭劑阻燃效率低，且不耐溫。這些問題阻礙了IFR在很多領域的工業化應用。因此開發新型成炭劑是IFR發展的一個重要方向。

近年來針對傳統成炭劑的缺點，各種新型成炭劑相繼被研究報道出來。如：公開號為：CN104693442A和CN103756015等公開了利用含磷二胺或者二羥基化合物與三聚氯氰進行反應制備了一種超支化成炭劑，雖然制備成炭劑的成炭效率高，產物的熱穩定性好，但是原料中使用了三聚氯氰，需要進行階段控溫，并且需要加入縛酸劑來保證反應的順利進行，合成工藝相對繁雜，而且氯容易殘留。另有公開號為：CN103992481A公開了“一種超支化聚磷腈阻燃成炭劑及其制備方法”，雖然制得的成炭劑阻燃效果好，加工性能良好，但是，該成炭劑的制備需要20h左右，并且原料六氯環三磷腈易升華，其蒸汽對眼睛和呼吸道有刺激作用，且對水資源有害。

本專利以哌嗪和醛類化合物作為單體，以三聚氰胺為交聯劑，在溶劑中進行反應，最后以單官能硅烷偶聯劑來封端，制備了具有網絡結構的成炭劑。該成炭劑不但具有良好的熱穩定性和耐水性，而且具有功能性表面，與聚合物相容性好，此外制備方法簡單、環保，產率高，易于工業化生產，所用原材料價格便宜。可作為IFR的成炭劑用于高分子材料的阻燃，與現有的成炭劑比有明顯的優勢。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種新型網絡結構成炭劑。該成炭劑不僅成炭性能優異，而且制備方法簡單，產率高，工藝過程環保，易于工業化生產。

本發明所述的成炭劑分子結構如式(1)：

式中1＜n＜10000；R的結構為下列之一：R₁為含單個羥基或氨基的硅烷偶聯劑基團。

本發明的另一目的是提供一種制備該網絡結構成炭劑的方法。該方法具體步驟如下：

步驟(1)、將醛基化合物加入到有機溶劑中，調節溶液PH至8～9；其中醛基化合物的濃度為0.6L/mol；