[发明专利]丙二醇改性三聚氰胺甲醛树脂及其制备方法

说明书

本专利发明了一种丙二醇改性三聚氰胺甲醛树脂及其制备方法。该树脂以六羟甲基三聚氰胺和丙二醇为原料，酸为催化剂，通过无溶剂醚化和缩聚制得。具体过程如下：将丙二醇和六羟甲基三聚氰胺加入到带加热装置的捏合机中，开启搅拌并加热至60～100℃，搅拌0.5h后加入催化剂，并于60℃～100℃反应1～8h，随后冷却至室温，将物料从捏合机中倒出，再用粉碎机粉碎成粉末状产品。丙二醇改性三聚氰胺甲醛树脂具有如下优点：1)合成工艺简单；2)合成过程中仅排放少量的废水(含少量甲醛)，产品不含氯，因而更加安全环保；3)丙二醇廉价，因而丙二醇改性三聚氰胺甲醛树脂合成成本低，用其作为成炭剂，将可大大降低IFR的成本。

技术领域

本发明涉及的是一种丙二醇改性三聚氰胺甲醛树脂及其制备方法，具体地说是以六羟甲基三聚氰胺和丙二醇为原料，酸为催化剂，通过无溶剂醚化和缩聚制得的丙二醇改性三聚氰胺甲醛树脂，该树脂作为膨胀型阻燃剂的成炭剂具有良好的成炭及阻燃效果，属于化工及高分子材料助剂领域

背景技术

膨胀型阻燃剂(IFR)是一类由脱水剂、成炭剂和发泡剂三部分组成的复合阻燃体系，具有阻燃效率较高、燃烧时低烟、释放出的气体低毒及腐蚀性小等优点，是一种具有发展潜力的绿色阻燃剂[汤朔,靳玉娟,钱立军.膨胀型阻燃剂的研究进展.中国塑料，2012，(8):1-8]。

成炭剂是形成膨胀炭化层的基础，是影响IFR阻燃效果的关键物质之一。因此，开发新型成炭剂一直是IFR研究的重点。最早使用的成炭剂主要是一些多羟基化合物，如季戊四醇，双季戊四醇、淀粉、山梨醇等。这些成炭剂水溶性大，与材料的相容性差，易迁移析出，且成炭性和热稳定性差、添加量大，以致材料的力学等性能严重下降。

为解决以上问题，国内外对成炭剂进行了大量的研究，开发出许多新型大分子成炭剂，其中最为成功的是大分子三嗪成炭剂。三嗪成炭剂兼有成炭和发泡的双重作用，且难溶于水，和聚合物的相容性好，由它和APP复合而成的IFR不仅阻燃效率较传统的明显改善，而且阻燃材料的耐水性和机械性能也显著改善[王悦,祝展聪,周鑫,等.三嗪系成炭剂的研究进展.中国塑料,2018,32(2):10-18；刘鑫鑫,钱立军,王靖宇,等.阻燃材料中成炭剂的研究进展.中国塑料,2015,29(11):7-16]。因此，三嗪成炭剂引起了国内外的广泛重视，并获得了广泛应用。尽管如此，但这类成炭剂也存在如下问题：1)它主要是以三聚氯氰、单元胺(如乙醇胺、丁胺等)和多元胺(如乙二胺、哌嗪)等为原料，通过缩合和缩聚制得的。由于三聚氯氰取代不完全，产品中一般含有少量的氯，不能完全满足用户对阻燃剂的无卤要求，仍存在一定的安全问题；2)每生产1吨产品要产生十几吨的含氯化钠废水(含氯化钠约1吨)，难以治理；3)由于生产过程中使用大量的低沸点溶剂(如丙酮)，溶剂损失大，造成了严重的空气污染；4)三聚氯氰的化学反应活性非常高，极易与水反应，在生产、运输和存储过程中存在较大的安全隐患，在使用过程中对生产人员有强烈的刺激性；5)价格较贵。因此，开发新型高效廉价的绿色成炭剂仍是阻燃领域的重要研究课题之一，对扩大IFR的应用范围，实现阻燃剂的无卤化具有重要的理论和实际意义。

早期的成炭剂主要是一些多羟基化合物。丙二醇是一种廉价的二元醇，但由于其极易溶于水、分子量小、沸点低而不能直接作为成炭剂。若能将丙二醇衍生为分子量大，难溶于水的多羟基化合物，则可开发出一种新的成炭剂。

发明内容

本发明的发明者针对三嗪成炭剂存在的问题和成炭剂的作用机理，设计和合成了一种新型的大分子三嗪成炭剂-丙二醇改性三聚氰胺甲醛树脂。主要思路是利用六羟甲基三聚氰胺分子中的N-CH₂OH活性高，易与多元醇醚化的特性，将丙二醇通过醚化接枝到三聚氰胺甲醛树脂上，形成丙二醇改性三聚氰胺甲醛树脂。该树脂既含有羟基，又含有三嗪环，因而兼有成炭和发泡作用。

本发明的丙二醇改性三聚氰胺甲醛树脂的制备步骤如下：

(1)原料准备：称量六羟甲基三聚氰胺、丙二醇和催化剂，三者的质量比为1.00：0.75～1.50：0.01～0.06。