[發明專利]一種含磷氮元素的熱固性聚酯高分子阻燃劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711174947.4
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107828054B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 李金忠;雷華
• 申請（專利權）人: 江蘇利思德新材料有限公司
• 主分類號: C08G63/692
• 分類號: C08G63/692;C08L67/02;C08L67/00;C08L77/06;C08L75/04;C08K7/14;C08K5/5313
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 朱朦琪

本發明公開了一種含磷氮元素的熱固性聚酯高分子阻燃劑，交聯點結構如下式(Ⅰ)所示：本發明開發了一種新型的集酸源、氣源和成炭功能于一體的高分子阻燃劑，該高分子阻燃劑具有阻燃性好、分子量高、耐遷移、不吸潮、耐高溫、不影響基體材料的力學性能等特點。既可單獨使用，也可與磷氮系阻燃劑協同，應用于尼龍、聚酯、聚氨酯等材料中；

技術領域

本發明涉及高分子阻燃劑的技術領域，具體涉及一種含磷氮元素的熱固性聚酯高分子阻燃劑及其制備方法和應用。

背景技術

高分子材料大多具有可燃性，但在很多應用領域，對材料提出了阻燃的要求，比如電器電子領域、電線電纜、家具、建筑、汽車內飾、紡織品等，即要求可燃易燃的高分子材料達到阻燃。通常使可燃高分子材料阻燃是通過在材料中加入阻燃劑實現。傳統上，阻燃劑以溴系阻燃劑為主，但大量的研究發現，添加有溴系阻燃劑的阻燃高分子材料遇火災燃燒后，會產生大量的濃煙和有毒物質，導致人員窒息，引起二次傷害；此外，這些材料的廢棄物在高溫回收時，容易生成二噁英等致癌物質，引起環境污染。因此，針對鹵系阻燃劑的問題，近年來開發新型無鹵阻燃劑成為熱點，出現了大量新型無鹵阻燃劑，并在多個應用領域得到良好應用。

在無鹵阻燃劑中，尤以磷氮系阻燃劑最為重要，這類阻燃劑具有高的阻燃效率，添加量低，不影響基材的力學性能。在磷氮系阻燃劑中，根據其阻燃機理，磷氮系阻燃劑通常包括了三種功能組分：酸源、碳源和氣源。酸源通常用作高溫脫水的催化劑，可使得聚合物快速脫水成炭，以含磷化合物為主；氣源化合物則是在高溫時能分解產生不可燃氣體，如氮氣、氨氣、二氧化碳等，高溫分解反應通常是吸熱反應，可以降低燃燒物的溫度，不利于燃燒，其次產生的大量不可燃氣體，可以降低氧氣濃度，同時這些氣體還能讓基體聚合物產生發泡作用，所形成的發泡層也具有阻隔作用，不利于燃燒的擴散，起到阻燃的效果，氣源化合物通常是含氮化合物，如三嗪類化合物中三聚氰胺、MCA等；炭源即是成炭劑，其作用是在高溫下易脫水炭化，高溫脫水過程是一個吸熱過程，可以減低燃燒物的溫度，產生的水汽可以稀釋氧的濃度，而形成的炭層是一層致密層，可以起到隔熱隔氧的作用，避免燃燒的發展，通常是多羥基化合物。這三種組分通常是三種物質相互協同，并根據阻燃效果和基體材料的不同，調整相互間的比例，實現高效阻燃。如果具備這些功能的物質相互獨立，那么應用在高分子材料中時，就需要有良好的分散，把這些組分按比例均勻分散在基體高分子材料中，這對分散設備提出了較高的要求，基于此問題，目前也有大量的研究希望開發集酸源、氣源和碳源一體的化合物，實現更高效的協同，避免阻燃劑在基體材料中的分散不均引起的效率低下。

此外，在磷氮系無鹵阻燃體系中，酸源和氣源化合物發展相對成熟，已有大量商用產品存在，但對于碳源化合物仍存在較多的問題，而且可選擇余地不大。碳源化合物通常是一些多羥基化合物，比如季戊四醇、雙季戊四醇等，但這些多羥基的碳源化合物存在一個最大的問題就是水溶性。水溶性會使得阻燃組分吸潮，降低材料的絕緣性，會被限制在電氣電子領域的應用；由于大多數高分子基體材料是非極性材料，阻燃組分的水溶性會使得阻燃組分遷移析出到表面，一方面影響外觀，另一方面導致阻燃組分在材料的分布不均勻，使得阻燃效果逐漸下降，影響材料持久的阻燃性能；有些可用作成炭劑的高分子化合物，比如熱塑性聚酯化合物，由于與基體材料存在相容性的問題，使得材料的力學性能下降很大而失去應用價值；多羥基化合物或者低分子量多羥基化合物還存在熱分解溫度較低的情況，因此不適于應用在具有較高加工溫度基材中，如尼龍、聚酯等。

因此，低水溶性耐高溫的成炭化合物尤其重要，而且在成炭化合物里引入有磷氮元素，使得阻燃劑集酸源、氣源和成炭功能于一體會提高磷氮無鹵阻燃體系的協同性，提高阻燃效率，降低用量，同時又不能影響基體材料的力學性能，降低對材料加工設備和工藝的要求。

發明內容

本發明針對現有無鹵阻燃體系的面臨的上述問題，開發了一種新型的集酸源、氣源和成炭功能于一體的高分子阻燃劑。該高分子阻燃劑具有阻燃性好、分子量高、耐遷移、不吸潮、耐高溫、不影響基體材料的力學性能等特點。既可單獨使用，也可與磷氮系阻燃劑協同，應用于尼龍、聚酯、聚氨酯等材料中。