[發(fā)明專利]含磷膨脹型成炭劑及其合成方法

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• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108976416A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮才敏;黃健光;姜佳麗;梁敏儀;張浥琨;劉洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: C08G73/06
• 分類號: C08G73/06
• 代理公司: 佛山市科順專利事務(wù)所 44250
• 代理人: 梁紅纓

本發(fā)明涉及一種含磷膨脹型成炭劑及其合成方法，特點是含磷膨脹型成炭劑結(jié)構(gòu)式為：其合成方法：將溶劑和三聚氯氰加入到容器中反應(yīng)，得到三聚氯氰一元取代物；在另一容器中加入HY?R2?YH與溶劑、縛酸劑混合物反應(yīng)，分離得到含磷二胺中間體；向裝有三聚氯氰一元取代物的容器中緩慢滴加步驟二中得到的含磷二胺中間體和縛酸劑反應(yīng)，得到白色或淺黃色固體。其產(chǎn)率在90%以上，具有高的含碳和含氮量，并且含有磷；不僅是良好的成炭劑，而且由于燃燒過程中產(chǎn)生NH3、N2等不燃性氣體，具有成炭性和熱穩(wěn)定性好，炭層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)保型無鹵阻燃產(chǎn)品的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種含磷和三嗪結(jié)構(gòu)的膨脹型成炭劑及其合成方法。

背景技術(shù)

高分子材料及其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于人們的日常生產(chǎn)生活，但是大多數(shù)高分子材料都屬易燃材料，且燃燒有滴落產(chǎn)生，加快了火災(zāi)的擴展，大大限制了部分場合的使用，因此，高分子材料阻燃改性成為重要的內(nèi)容。

傳統(tǒng)的高效阻燃劑中，一般含有鹵素，尤其是溴，當(dāng)此類阻燃劑與三氧化二銻復(fù)配后對高分子材料具有高效廣譜的阻燃效果。但是此類阻燃劑在燃燒或加工時會釋放出大量鹵代氫、二噁英等有毒有害物質(zhì)，造成二次污染，從而嚴(yán)重地破壞了周圍環(huán)境。

膨脹型阻燃劑（IFR）在燃燒時能形成致密的炭層，減少有毒有害氣體和煙霧的釋放，并能有效地防止燃燒過程中的熔滴，因此，特別適用于烯烴類聚合物的阻燃。IFR在阻燃劑領(lǐng)域中越來越受到重視，是一種非常有應(yīng)用前景的綠色環(huán)保型阻燃劑。膨脹型阻燃劑（IFR）通常由炭源、酸源和氣源三種組份構(gòu)成。傳統(tǒng)的膨脹型阻燃劑中，成炭劑主要使用季戊四醇及其衍生物、淀粉等多羥基化合物，此類成炭劑容易遷移，水溶性大，熱穩(wěn)定性不高，加工過程中容易與多聚磷酸鹽反應(yīng)，因此，新型成炭劑的開發(fā)是當(dāng)前膨脹型阻燃劑研究的一個重要方向。

富含叔氮結(jié)構(gòu)的三嗪類衍生物具有優(yōu)良的成炭性能，引起了研究人員的密切關(guān)注和廣泛開發(fā)。三嗪類衍生物的合成一般是采用三聚氯氰為起始原料。利用三聚氯氰分子結(jié)構(gòu)中含有三個氯原子反應(yīng)活性的差異，在不同的反應(yīng)條件下可以分別發(fā)生親核取代反應(yīng)，因此，采用不同的工藝可以得到不同用途和性質(zhì)的三嗪類衍生物；并且三聚氯氰的合成工藝簡單成熟，廉價易得，具有成本優(yōu)勢。

日本專利JP.Pat.No.0,583,065,Al(1994)中公開了采用三聚氯氰為起始物制備三嗪類成炭劑，產(chǎn)率約為91%，總反應(yīng)耗時長，時間在29小時以上，操作復(fù)雜。

專利ZL200510010243.4《大分子三嗪系成炭-發(fā)泡劑及其合成方法》和專利《三嗪系齊聚物及其合成方法》（授權(quán)號CN100500657C），描述了一種以三聚氯氰、二胺為原料制備的三嗪齊聚物，具有良好的熱穩(wěn)定性、和阻燃效果，但高溫下殘?zhí)苛坎淮蟆?/p>

專利《含芳香族鏈結(jié)構(gòu)的三嗪成炭劑及其制備方法》（公開號CN101586033A），公開了一種含芳香族鏈結(jié)構(gòu)的三嗪成炭劑，采用“一鍋法”工藝制備，中間體不需要處理，產(chǎn)率高，有很好的成炭性和熱穩(wěn)定性，但是需要使用大量的溶劑，并且芳香族的H2N-Ar-NH2，HO-Ar-OH，HS-Ar-SH溶解性能和反應(yīng)活性較差，需要使用強極性溶劑，如DMF、DMSO等，反應(yīng)溫度也較高。

此外，還有一些三嗪類成炭劑的合成報道。如：胡小平等（Journal of AppliedPolymer Science 94, 1556-1561, 2004）等，但是合成的三嗪類齊聚物熱穩(wěn)定性差，在100℃失重已經(jīng)達到9%，且成炭性能也不佳。

這些專利和合成方法在不同程度地存在如下問題：產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性、成炭性性能還有待提高，并且含有大量的極性基團，吸水性較強，易使材料吸潮。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的產(chǎn)物的成炭量低和熱穩(wěn)定性較差的缺點，本發(fā)明的第一目的是提供一種含磷膨脹型成炭劑，本發(fā)明的第二個目的是提供一種含磷膨脹型成炭劑的合成方法。