[发明专利]含磷大分子膨胀阻燃成炭剂及其制备方法和由其组成的膨胀型阻燃剂

说明书

技术领域

本发明属于含磷成炭剂及其制备方法和由其组成的膨胀型阻燃剂技术领域，具体涉及含有三嗪环和磷酰胺结构的含磷大分子膨胀阻燃成炭剂及其制备方法和由其组成的膨胀型阻燃剂。

背景技术

聚丙烯作为五大通用塑料之一，具有密度小、耐腐蚀、强度高、刚性和透明性好、成型加工性好等优点，在建筑材料、电缆电器、包装材料、汽车、纺织品等众多领域应用越来越广泛。但是聚丙烯容易燃烧，在众多应用领域都存在火灾风险。对聚丙烯制品进行阻燃改性，使之获得综合性能优良的阻燃聚丙烯材料具有重要的现实意义。

目前用于聚丙烯的阻燃剂有卤系阻燃剂、无机阻燃剂、膨胀型阻燃剂以及多种协效阻燃剂体系。其中，膨胀型阻燃剂（IFR）以其阻燃效率高、无卤环保等优点，最具有应用前景，成为近年来阻燃剂研究的焦点之一。由于IFR是由炭源、酸源和气源组成，因而含有IFR的聚合物材料燃烧时，IFR生成的多孔膨胀炭层会覆盖在材料表面，起到隔热、隔氧的作用，使火势减弱或熄灭。IFR也有其自身的缺点，如易吸潮、热稳定性差、与基材相容性差、易于迁出以及阻燃材料物理机械性能变差等问题。随着膨胀型阻燃剂体系及其阻燃机理研究的深入，人们逐渐认识到膨胀型阻燃剂中的磷元素、氮元素之间存在协效阻燃作用，而且氮元素、磷元素的化学环境的不同，其阻燃性能也会发生变化。三嗪环结构以其稳定的芳环结构和叔氮结构引起了人们的关注，而三聚氯氰以其较高的反应选择性，成为设计合成阻燃剂的优良原料。近年来出现的以三聚氯氰为原料合成得到的聚合型三嗪环衍生物不仅具有较好的热稳定性和阻燃性能，还具有无卤无毒、制备简单等优点。CN1709968A、CN1715272A、CN101024632A及文献Journal of Applied Polymer Sci. 94, 1556-1561, 2004 都对此类膨胀阻燃成炭剂进行了报道。但以上文献报道的成炭剂仍然存在自身成炭能力偏低、需要与较多的聚磷酸铵复配才能发挥阻燃效果，而聚磷酸铵易吸潮、耐水性差的缺点直接影响IFR的阻燃性能。

随着膨胀型阻燃剂体系及其阻燃机理研究的深入，人们逐渐认识到膨胀型阻燃剂中的磷元素、氮元素之间存在协效阻燃作用，而且氮元素、磷元素的化学环境的不同，其阻燃性能也会发生变化。且三嗪环结构以其稳定的芳环结构和叔氮结构也引起了人们的关注，而三聚氯氰又以其较高的反应选择性，成为设计这类合成阻燃剂的优良原料。如近年来出现的以三聚氯氰为原料合成得到的聚合型三嗪环衍生物不仅具有较好的热稳定性和阻燃性能，还具有无卤无毒、制备简单等优点。如CN1709968A、CN1715272A、CN101024632A及文献Journal of Applied Polymer Sci. 94, 1556-1561, 2004 都对此类膨胀阻燃成炭剂进行了报道。但由于以上文献报道的成炭剂主要含C、H、N和O三种元素，在高温下氧化分解过程中，缺乏对炭化反应起到催化作用的无机酸类物质，700°C残炭量较低，存在自身成炭能力偏低、需要与较多的酸源聚磷酸铵复配才能发挥较好的阻燃效果。而聚磷酸铵又具有易吸潮和易迁移等缺点，导致添加较多聚磷酸铵的阻燃材料必然存在耐水性差、阻燃性能易于降低的问题，所以在膨胀型阻燃剂体系中，提高膨胀阻燃成炭剂的成炭能力，进而降低盐类酸源物质的含量，是提高膨胀型阻燃剂综合性能的一条重要途径。

发明内容

本发明是针对聚合型三嗪系大分子膨胀阻燃成炭剂成炭能力不足的技术问题，提供一种集磷、氮、碳三种阻燃元素于一体、并具有良好热稳定性和成炭性的含磷大分子膨胀阻燃成炭剂。

本发明的另一目的是提供一种上述含磷大分子膨胀阻燃成炭剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种由上述含磷大分子膨胀阻燃成炭剂所组成的膨胀型阻燃剂。

本发明提供的含磷大分子膨胀阻燃成炭剂的结构通式如下：

式中X为-NH-R-NH-，Y为-NH-R₁-OH或-NH-R₁-NH₂，Z为苯基、苯氧基、甲氧基或苯胺基，m=1~25，优选10~22，n=1~25，优选10~22， m+n≥2，其中R代表碳原子数为2-6的烷基；R₁代表碳原子数为2~6的烷基或代表含有磷酰胺结构的碳原子数为2~6的烷基。

本发明提供一种制备上述含磷大分子膨胀阻燃成炭剂的方法，该方法的工艺步骤和方法如下：