[发明专利]多阻燃元素中间体及其有机金属配位阻燃剂的制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体是一种多阻燃元素中间体及其有机金属配位阻燃剂的制备与应用。

背景技术

棉纤维织物因其可再生性、柔软、舒适和吸湿性等在人们的日常生活中获得了广泛的应用，然而易燃的问题严重的限制了它的使用范围，因此，开发高效棉用阻燃剂是一个极具研究价值的课题。

对于棉用阻燃剂来说，磷、氮协效类的膨胀型阻燃剂Pyrovatex CP是目前最常用的商业化棉用阻燃剂品种，它在耐久性以及阻燃效率方面均极为出色；但是，由于结构中存在-CH₂O-，其在棉纤维织物阻燃整理以及使用过程中存在甲醛释放的问题。因而，研制无甲醛释放、阻燃效率高且耐久性优异的棉用阻燃剂成为科研工作者们追求的目标。在棉用磷、氮协效膨胀型阻燃剂的研究中发现，为了达到苛刻的使用要求，阻燃剂的添加量非常大，这严重影响了棉纤维织物的物理性能，进而影响其使用。随着研究的深入，针对磷、氮协效阻燃剂阻燃效率普遍不佳的问题，科研人员通过引入硅元素进行协效阻燃以提升阻燃效率。研究发现，硅元素的引入可以提高棉纤维织物的热稳定性，并增加残炭量，但是也并未能从根本上解决添加量大的问题。近年来，基于金属氧化物以及金属盐在膨胀型阻燃剂阻燃石油基塑料中的高效表现，人们考虑将金属元素引入到磷氮或磷氮硅协效膨胀阻燃体系中。然而，目前的工作主要集中在使用等离子体法等高能技术将金属接枝到棉纤维上，或者是使用物理吸附的方法将金属离子整理到棉纤维织物中。采用等离子体法等高能技术将金属接枝到棉纤维上的方法存在价格昂贵且对设备及技术要求高的问题，物理吸附又无法解决阻燃耐久性问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种分子兼具多个反应活性基团，能够解决棉纤维织物阻燃及耐久性问题的多阻燃元素中间体及其有机金属配位阻燃剂的制备与应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：多阻燃元素中间体PNP，其结构通式为：

式中：R均为-CH₂CH₃或-CH₃；Ph为苯基。

该多阻燃元素中间体PNP的合成路线如下：

本发明进一步提供了多阻燃元素中间体PNP的制备方法：室温下将反应物硅烷偶联剂加入到有机溶剂中，搅拌使反应物均匀分散；待反应物分散均匀后同时滴加三乙胺和二苯基氯化磷，滴加完毕后室温下反应10～16h，得到淡黄色粘稠液体，纯化、干燥，得到淡黄色固体，即为多阻燃元素中间体PNP；所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三甲氧基硅烷或者3-氨基丙基三乙氧基硅烷。

另外所述有机溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃或乙腈；所述反应物硅烷偶联剂与三乙胺的摩尔比为1:2.2～3.6。

本发明另一目的是提供一种多阻燃元素中间体PNP的有机金属配位阻燃剂PNP-M，其结构通式为：

式中：M为Ni或Co。

该含有多种阻燃元素和多个反应活点的反应型有机金属配位阻燃剂PNP-M的合成路线如下：

本发明进一步提供了有机金属配位阻燃剂PNP-M的制备方法：

室温下将金属氯化物加入到乙醇中，搅拌至完全溶解获得金属氯化物/乙醇溶液；将PNP配制成乙醇溶液，并缓慢滴加到金属氯化物/乙醇溶液中，室温下反应0.5～2.5h；反应结束后，旋蒸除去溶剂，得到固体粗产物，经四氢呋喃洗涤纯化后得到固体粉末，即为有机金属配位阻燃剂PNP-M；所述金属氯化物为六水合氯化镍或六水合氯化钴。

进一步，所述多阻燃元素中间体PNP或其有机金属配位阻燃剂PNP-M在制备棉纤维织物阻燃整理液中的应用。

所述阻燃整理液的制备方法为：将PNP或PNP-M以及催化剂溶解于水和有机溶剂的混合溶剂中，硝酸调节pH至3～5，水解1～24h得到阻燃整理液；所述阻燃整理液中PNP或PNP-M为50～300g/L，催化剂的浓度为0～100g/L。

进一步，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或二氯甲烷。所述混合溶剂中水和有机溶剂的体积比为1：3～5。上述催化剂为磷酸、次亚磷酸钠、硼酸中的一种或任意几种以任意比例混合的混合物。

具体使用时，在40℃水浴条件下，将棉纤维织物在上述整理液中浸渍0.5～1.5h后，采用“二浸二轧”工艺对棉纤维织物进行整理，轧余率70～106％，然后将棉纤维织物在70～90℃下干燥3～8min，140～160℃焙烘1～4min，最后将棉纤维织物水洗、烘干。经过上述阻燃整理的棉纤维织物其氧指数LOI为24.1～31.3，垂直燃烧等级为无等级～B1级别。