[發明專利]一種高效阻燃的聚苯基磷酰胺類復合阻燃劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201811375100.7
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109535429A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 吳寧晶;付國良;郎文超;夏明鳳
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08G79/04
• 分類號: C08G79/04;C08L85/02;C08L67/04
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

本發明提供了如下式的一種聚苯基磷酰胺類復合阻燃劑及其制備方法，分子結構中同時含有阻燃元素磷和氮元素，本發明阻燃劑能夠在聚乳酸中發揮高效的阻燃作用，當添加聚苯基磷酰胺復合阻燃劑的重量含量為1.0wt％，可使聚乳酸的極限氧指數提高到25％以上，UL?94燃燒等級達到V?0級，對材料的力學性能影響較小，與傳統的阻燃劑相比，高效低毒，是一種環保型阻燃劑。R₁選自C₆H₅；R₂選自C₂?C₆飽和脂肪烴或C₆H₅；n＝1～200；聚苯基磷酰胺類復合阻燃劑化學結構的末端基團為氨基，羥基中的任一種。

技術領域

本發明涉及一種聚苯基磷酰胺類復合阻燃劑，具體涉及一種應用于聚乳酸高效阻燃改性的含磷氮的聚苯基磷酰胺類復合阻燃劑及其制備方法。

背景技術

高分子材料被應用到人們生活的方方面面，然而，絕大多數的高分子材料卻極易燃燒，因此，開發高性能阻燃材料才能滿足高分子材料在電子電器、包裝、建筑、航空航天、汽車等領域的進一步發展。隨著能源危機的加劇以及石油基高分子材料所帶來的“白色污染”，人們對材料使用的安全意識以及環保意識逐漸增強，可生物降解的環境友好型材料開始受到越來越多的關注與青睞。其中，聚乳酸(PLA)因具有優異的機械力學性能、生物相容性和加工性能被認為是當前最具發展潛力和應用前景最為廣泛的生物材料，目前主要應用于醫用材料、纖維等領域。PLA材料作為可再生資源，是理想的能夠替代石油資源的產品。然而，PLA材料具有易燃燒的缺點，單純PLA制品的LOI為19.0-20.0％，并且在燃燒過程中伴隨有熔滴現象，有較大的火災隱患，因此，需要對PLA材料進行阻燃改性,擴展PLA材料在電子電器、包裝、建筑、汽車等領域的應用。

通常改善高分子材料耐燃性的主要途徑為添加阻燃劑，但是傳統的某些鹵系阻燃劑由于在使用過程中會釋放出二噁英、鹵化氫等對人體有毒害的物質，如今歐盟以及美國等國家都開始逐步限制含鹵阻燃劑材料的使用。因此，無鹵阻燃劑的合成與制備成為阻燃劑發展的主要方向。其中膨脹阻燃劑、無機阻燃劑等無鹵阻燃劑雖能夠提高材料的阻燃性能，但由于添加量過大以及與有機聚合物基體相容性差，導致阻燃劑在高分子基體材料中的分散不均勻，從而造成材料的機械力學性能下降。

聚磷酸銨(APP)與成炭劑季戊四醇(PER)、淀粉、木質素等復合三種不同膨脹阻燃體系提高PLA的阻燃性能，當用相同量的淀粉和木質素取代PER做為碳源時，PLA阻燃材料的垂直燃燒級別卻能夠由V-2級別提升至V-0級。根據實驗得出最優化的阻燃配方為60％含量的PLA，12％含量的APP以及28％含量的淀粉。將聚磷酸銨(APP)與膨脹石墨(EG)體系提高PLA阻燃性能，當添加15％含量的APP/EG體系的阻燃劑(APP:EG＝1:3)時，PLA復合材料的氧指數能夠達到36.5％，并且材料通過UL-94的V-0級，APP/EG體系能夠有效提高PLA復合材料的耐熱性。以乙氧基磷酰二氯為擴鏈劑對端羥基PLA進行擴鏈處理后制備了一種分子主鏈含磷的PLA復合材料，同時將擴鏈后的含磷PLA材料與純PLA材料可進行熔融共混來提高純PLA材料的阻燃性。當添加10％含量的含磷PLA材料，阻燃PLA材料的氧指數能夠達到33.0％，并且通過垂直燃燒的V-0級。

磷系阻燃劑具有低煙、無毒、無鹵以及環境友好等優點，通常能夠在固相和氣相兩方面起到阻燃高分子材料的目的，因此較之其他類型阻燃劑，具有更為優異的阻燃效果。但是傳統的磷系阻燃由于含磷量較低，往往也需要至少10wt％的添加量才能達到PLA材料良好的阻燃性能，而高添加量的磷系阻燃劑會對PLA材料的力學性能造成較大的影響，而且磷系阻燃PLA材料在燃燒過程中仍然會有熔滴現象。因此，制備含磷量高、添加量少且具備優異阻燃性能的含磷阻燃劑具有重要的研究意義。

烷基磷酰二氯結構中含有兩個活潑的氯原子，具有較高的磷含量，易與醇、胺等發生反應。通過分子設計制備高含磷量的阻燃劑，減少阻燃劑在基體材料中的添加量；并通過烷基磷酰二氯與二元胺之間的反應制備聚磷酰胺類阻燃劑，可實現阻燃劑的多種元素之間協調阻燃，提高磷系阻燃劑的阻燃效率。