[发明专利]主链含哌嗪结构的聚酰胺类膨胀阻燃成炭剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开的主链含哌嗪结构的聚酰胺类膨胀阻燃成炭剂，其结构通式如下：式中R₁为H、碳原子数为1～4的直链或支链烷基、苯基、苯甲基或苯酚基中的任一种，R₂代表碳原子数为1～8的直链或支链烷基，n≥1。本发明还涉及该膨胀阻燃成炭剂的制备方法，以及作为新型膨胀阻燃体系碳源的应用和该新型膨胀阻燃体系在聚烯烃、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺、三元乙丙橡胶、硅橡胶以及环氧树脂无卤阻燃中的应用。本发明制备的膨胀阻燃成炭剂无卤低烟低毒，热稳定性好，成炭效率高，耐水性强，对被阻燃的高聚物的力学性能影响较小，同时合成工艺简单，可用一步法制备，便于工业化生产。

技术领域

本发明属于膨胀阻燃成炭剂及其制备方法和应用技术领域，具体涉及一种主链含哌嗪结构的聚酰胺类膨胀阻燃成炭剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的发展和人民生活水平的不断提高，高分子材料已越来越广泛应用于航空航天、电子电器、汽车、建材、阻燃防护服与军服、家装、包装膜等领域，这使得对其安全性能特别是阻燃性能提出了更高的要求。为解决传统高分子材料如聚烯烃、聚氨酯、聚酰胺、聚乳酸等的易燃性问题，现有技术通常是在其中加入阻燃剂，主要包括卤系阻燃剂、无机阻燃剂、膨胀阻燃剂(IFR)以及多种协效阻燃剂体系。其中IFR因阻燃效率相对较高，无卤低烟低毒，对材料机械性能影响较小等优点而成为近年来研究的热点。

含有IFR的聚合物材料在燃烧时会生成多孔膨胀炭层覆盖在其表面，起到隔热、隔氧的作用，使火势减弱或熄灭，从而可赋予聚合物材料阻燃性和耐熔滴性。IFR通常由酸源、炭源和气源三部分组成，炭源(成炭剂)成炭性能的高低对整个膨胀阻燃剂的阻燃效率至关重要，而成炭剂成炭效率的高低以及其它方面的性能与其本身的化学结构密切相关。已有的研究表明小分子成炭剂，如季戊四醇及其衍生物等不仅成炭效率较低，而且还存在耐水性差、易吸潮、易迁移等缺点，难以在实际应用中被广泛使用(Polymer Degradation andStability 97,1737-1744,2012和Industrial&Engineering Chemistry Research,52,10905-10915,2013)；而以尼龙6，尼龙66，尼龙1010为代表的传统的聚酰胺类大分子成炭剂虽然解决了小分子成炭剂存在的耐水性差、易迁移等缺点，但由于其结构中氮含量较低，本身不含杂环或芳香化结构，而且在燃烧时较难通过重排和环化形成大量稳定的结构，因而成炭效果并不理想，需要添加很高的含量才能使被阻燃的聚合物材料达到UL 94V-0级，特别是对于聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等特别难阻燃的聚烯烃材料，通常阻燃剂的总添加量需要在35wt％以上，以致于在实际应用中会大幅恶化材料的力学性能、介电性能和加工性能等，不仅会增加平衡各项性能指标的难度，而且也会增加成本，如专利CN104098836-A和文献ACS Applied Materials&Interfaces,3,3754–3761,2011以及Polymer Engineering and Science,55,6,1355-1360,2015等都对此类成炭剂进行了报道。因此研究和开发新型的具有高成炭效率的聚合型大分子成炭剂具有很重要的现实意义。

发明内容

本发明的首要目的是针对现有技术存在的问题，提供一种主链含哌嗪结构的聚酰胺类膨胀阻燃成炭剂。

本发明的另一个目的是提供一种制备上述主链含哌嗪结构的聚酰胺类膨胀阻燃成炭剂的方法。

本发明的又一目的是提供一种上述主链含哌嗪结构的聚酰胺类膨胀阻燃成炭剂作为膨胀阻燃体系炭源的应用。

本发明的再一目的是提供一种由上述主链含哌嗪结构的聚酰胺类膨胀阻燃成炭剂组成的膨胀阻燃剂在聚合物材料中的应用。

本发明提供的主链含哌嗪结构的聚酰胺类膨胀阻燃成炭剂，其结构通式如下：