[发明专利]一种聚磷腈共价三嗪聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚磷腈共价三嗪聚合物及其制备方法和应用。该发明是以端基含氰基的磷腈衍生物为前驱体，通过质子酸的催化发生环三聚反应，来制备含磷腈结构的共价三嗪聚合物。本发明制备的聚磷腈共价三嗪聚合物具有制备工艺简单、反应条件温和、热稳定性好等特点。当将制备的聚磷腈共价三嗪聚合物应用于环氧树脂的阻燃方面时，存在协同阻燃效应，阻燃效率高且不会损害环氧树脂的机械性能，具有较大的实际应用价值。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚磷腈共价三嗪聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

环氧树脂广泛应用于家电、交通、建筑和农业等领域，然而其易燃的缺陷，使其在一些电子、电器、汽车、航空和航天等领域的应用受到了限制。为了减少安全隐患，人们迫切需求设计出高效的阻燃剂，并将其用于高效地提高环氧树脂的耐燃性能。

卤系、磷系和氮系阻燃剂一直是阻燃领域的研究重点，然而对人体有害的卤系阻燃剂逐渐受到应用限制。随着科学技术的发展和人们对美好生活要求的向往，单组分阻燃剂或已不能满足高性能阻燃材料的要求，因此诸多的协同阻燃剂应运而生，其中，氮/磷协同阻燃剂因绿色、无毒、高效等特点而广受关注。六氯环三磷腈（HCCP）是一种典型的有机-无机杂化材料，骨架中的磷元素和氮元素能提供丰富的氮源和磷源。由于P-Cl基团活性较高，由HCCP可衍生出一系列的磷腈基阻燃剂，这其中，连接有含氮杂环（如马来酰亚胺，三唑和三嗪等）的磷腈衍生物因其较好的氮/磷协同效应而备受关注。然而，大部分含氮杂环的磷腈衍生物为小分子，且其制备过程比较复杂；另外，含氮杂环的磷腈衍生物通常需要与其它阻燃剂如多聚磷酸铵等复配使用，才能起到较好的阻燃效果，这极大地限制了它们的实际应用。此外，为了达到较好的阻燃效果，通常要在聚合物基材中添加大量的磷腈基阻燃剂，使得聚合物基材的机械性能受到了较大的损害。鉴于此，探索出一种满足实际应用、高效且不损害聚合物基材机械性能的氮/磷协同阻燃剂迫在眉睫。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种聚磷腈共价三嗪聚合物的制备方法和应用，以端基含氰基的磷腈衍生物为前驱体，通过环三聚反应来制备一种具有磷腈结构的共价三嗪聚合物，并将该化合物作为一种添加型阻燃剂应用于环氧树脂的阻燃方面。该化合物制备工艺简单，用作阻燃剂时，阻燃效率高，同时不会损害聚合物基材的机械性能。

本发明所述的聚磷腈共价三嗪聚合物，具有如下结构：

其中，

代表重复结构单元；

n为0～4的整数；

R为下述结构中的任意一种；

其中，n为0～4的整数。

本发明聚磷腈共价三嗪聚合物的制备方法和应用，包括如下步骤：

步骤1：将六氯环三磷腈和氰基酚或氰基酚与一元酚组成的混合物按比例溶于有机溶剂中，在缚酸剂的作用下反应一段时间，除去残余的盐和溶剂后得到含氰基的磷腈化合物M。

步骤2：将步骤1中得到的含氰基的磷腈化合物M分散在有机溶剂中，保持温度为-20～0 ℃，在搅拌及无水无氧条件下，向混合物中逐渐滴入质子酸催化剂，30～120 min内滴完，保持-20～0 ℃反应2 h, 然后升温反应一段时间。

步骤3：向步骤2中所得的混合物中缓慢加入碱性溶液，调节体系的pH为中性，并保持1～5 h。然后抽滤、洗涤、干燥，获得聚磷腈共价三嗪聚合物Z。

上述过程可用化学方程式表示为：

其中，X为氰基酚，Y为一元酚，且X是必要的，Y做封端使用且是可选的。x为H，–CHO，–Br，‒OCH₃，–CH₂OH中的一种。