[發明專利]磷氮硫大分子成炭劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810199099.0
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108409972A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 劉宇;臺啟龍;朱長江;柯震坤;崔劍光;何明山
• 申請（專利權）人: 蘇州安鴻泰新材料有限公司
• 主分類號: C08G79/02
• 分類號: C08G79/02;C08L25/06;C08L23/12;C08L63/00;C08L67/04;C08L75/04;C08L85/02
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 田媛

本發明公開了一種磷氮硫大分子成炭劑及其制備方法和應用，所述制備方法以三氯硫磷和二元胺為原料反應制得。本方法工藝過程連續，可經一步反應制得，反應時間短，收率高，后處理過程簡便。本方法在傳統磷氮成炭劑基礎上，引入硫元素，制得的成炭劑作為膨脹阻燃體系的炭源應用于聚烯烴、聚氨酯、聚乳酸及環氧樹脂的無鹵阻燃，具有良好的成炭性能，不僅阻燃效率高，并且在聚合物材料中分散性好，分布均勻，與聚合物材料相容性好。

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，更具體涉及一種磷氮硫大分子成炭劑及其制備方法和應用。

背景技術

高分子材料由于其優異的力學性能和加工性能廣泛用于建筑、裝飾、電氣電子工業等國民經濟主要領域和人們日常生活中，但是傳統的高分子材料如聚烯烴、聚氨酯、聚乳酸及環氧樹脂主要由碳、氫、氧三種元素組成，受熱時極易發生裂解與燃燒，在應用過程中具有潛在的安全隱患，必須進行阻燃處理。

目前用于高分子材料的阻燃劑仍是以含鹵阻燃劑為主，含鹵阻燃劑可以有效提高高分子材料的阻燃性能，然而這類阻燃材料在燃燒過程中會產生有毒氣體和致癌物質，污染環境，因此限制了鹵系阻燃劑的應用。無機阻燃劑屬于環境友好型阻燃劑，然而添加量大，阻燃效率低，限制了其在聚合物材料中應用。膨脹阻燃體系由于其低毒、環境友好和阻燃效率高而受到青睞，如專利CN104130401A、CN102352036A、CN105968352A等都對此類成炭劑進行了報道。

協效阻燃體系由于各阻燃元素之間的協同作用，使阻燃效率增高，已經成為無鹵阻燃劑的發展方向之一。已有報道中的成炭劑大都為單一的磷系或氮系成炭劑，存在成炭效率低的問題，本發明提供的磷氮硫成炭劑在主鏈中引入了硫元素，磷氮硫三種元素具有明顯的協同作用，能有效提高聚合物材料的阻燃性能。

發明內容

本發明的目的提供一種磷氮硫大分子成炭劑及其制備方法和應用，該成炭劑具有良好的成炭性能，不僅阻燃效率高，而且制備方法簡單。

在一方面，本發明提供了一種磷氮硫大分子成炭劑，具有以下結構通式：

其中，Z–R–Z為哌嗪環、胺基被C1-C4烷基胺取代的哌嗪環；

或Z–R–Z為C1-C4烷基二元胺、胺基被C1-C4烷基或C1-C4烷基醇取代的C1-C4烷基二元胺；

或Z–R–Z為苯基二元胺、苯基被C1-C4烷基單取代或多取代的苯基二元胺。

優選地，該成炭劑的分子量為2000-200000。

在另一方面，本發明提供了一種磷氮硫大分子成炭劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將二元胺溶于有機溶劑中，得到二元胺的溶液，向二元胺溶液中加入縛酸劑，得到混合溶液A；

(2)在0-30℃下，向混合溶液A中加入三氯硫磷,得到混合溶液B；

(3)將混合溶液B在60-100℃下反應6-15h，得到磷氮硫大分子成炭劑。

進一步地，二元胺選自哌嗪環、胺基被C1-C4烷基胺取代的哌嗪環、C1-C4烷基二元胺、胺基被C1-C4烷基或C1-C4烷基醇取代的C1-C4烷基二元胺、苯基二元胺、苯基被C1-C4烷基單取代或多取代的苯基二元胺。

更進一步地，二元胺選自哌嗪、乙二胺、N,N-二甲基-1,3丙二胺、N-氨基乙基哌嗪、2,6-甲苯二胺、二乙基甲苯二胺或羥乙基乙二胺。

進一步地，三氯硫磷與二元胺的摩爾比例為1:1.5-1.8。

進一步地，有機溶劑選自氯仿、乙腈、1，4-二氧六環、四氫呋喃和甲苯中的一種或幾種。

進一步地，縛酸劑為三乙胺或吡啶。