[发明专利]磷氮硫大分子成炭剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磷氮硫大分子成炭剂及其制备方法和应用，所述制备方法以三氯硫磷和二元胺为原料反应制得。本方法工艺过程连续，可经一步反应制得，反应时间短，收率高，后处理过程简便。本方法在传统磷氮成炭剂基础上，引入硫元素，制得的成炭剂作为膨胀阻燃体系的炭源应用于聚烯烃、聚氨酯、聚乳酸及环氧树脂的无卤阻燃，具有良好的成炭性能，不仅阻燃效率高，并且在聚合物材料中分散性好，分布均匀，与聚合物材料相容性好。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，更具体涉及一种磷氮硫大分子成炭剂及其制备方法和应用。

背景技术

高分子材料由于其优异的力学性能和加工性能广泛用于建筑、装饰、电气电子工业等国民经济主要领域和人们日常生活中，但是传统的高分子材料如聚烯烃、聚氨酯、聚乳酸及环氧树脂主要由碳、氢、氧三种元素组成，受热时极易发生裂解与燃烧，在应用过程中具有潜在的安全隐患，必须进行阻燃处理。

目前用于高分子材料的阻燃剂仍是以含卤阻燃剂为主，含卤阻燃剂可以有效提高高分子材料的阻燃性能，然而这类阻燃材料在燃烧过程中会产生有毒气体和致癌物质，污染环境，因此限制了卤系阻燃剂的应用。无机阻燃剂属于环境友好型阻燃剂，然而添加量大，阻燃效率低，限制了其在聚合物材料中应用。膨胀阻燃体系由于其低毒、环境友好和阻燃效率高而受到青睐，如专利CN104130401A、CN102352036A、CN105968352A等都对此类成炭剂进行了报道。

协效阻燃体系由于各阻燃元素之间的协同作用，使阻燃效率增高，已经成为无卤阻燃剂的发展方向之一。已有报道中的成炭剂大都为单一的磷系或氮系成炭剂，存在成炭效率低的问题，本发明提供的磷氮硫成炭剂在主链中引入了硫元素，磷氮硫三种元素具有明显的协同作用，能有效提高聚合物材料的阻燃性能。

发明内容

本发明的目的提供一种磷氮硫大分子成炭剂及其制备方法和应用，该成炭剂具有良好的成炭性能，不仅阻燃效率高，而且制备方法简单。

在一方面，本发明提供了一种磷氮硫大分子成炭剂，具有以下结构通式：

其中，Z–R–Z为哌嗪环、胺基被C1-C4烷基胺取代的哌嗪环；

或Z–R–Z为C1-C4烷基二元胺、胺基被C1-C4烷基或C1-C4烷基醇取代的C1-C4烷基二元胺；

或Z–R–Z为苯基二元胺、苯基被C1-C4烷基单取代或多取代的苯基二元胺。

优选地，该成炭剂的分子量为2000-200000。

在另一方面，本发明提供了一种磷氮硫大分子成炭剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二元胺溶于有机溶剂中，得到二元胺的溶液，向二元胺溶液中加入缚酸剂，得到混合溶液A；

(2)在0-30℃下，向混合溶液A中加入三氯硫磷,得到混合溶液B；

(3)将混合溶液B在60-100℃下反应6-15h，得到磷氮硫大分子成炭剂。

进一步地，二元胺选自哌嗪环、胺基被C1-C4烷基胺取代的哌嗪环、C1-C4烷基二元胺、胺基被C1-C4烷基或C1-C4烷基醇取代的C1-C4烷基二元胺、苯基二元胺、苯基被C1-C4烷基单取代或多取代的苯基二元胺。

更进一步地，二元胺选自哌嗪、乙二胺、N,N-二甲基-1,3丙二胺、N-氨基乙基哌嗪、2,6-甲苯二胺、二乙基甲苯二胺或羟乙基乙二胺。

进一步地，三氯硫磷与二元胺的摩尔比例为1:1.5-1.8。

进一步地，有机溶剂选自氯仿、乙腈、1，4-二氧六环、四氢呋喃和甲苯中的一种或几种。

进一步地，缚酸剂为三乙胺或吡啶。