[发明专利]一种呋喃基磷杂菲阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种呋喃基磷杂菲阻燃剂及其制备方法，属于多价态磷元素协同阻燃及磷‑氮协同阻燃材料技术领域。本发明提供的呋喃基磷杂菲阻燃剂结构中同时含有不同价态的磷原子，同时含有氮原子，可以发挥磷原子的气相‑凝聚相协同作用。在燃烧过程中，高价态磷原子可以在凝聚相促进环氧基体在燃烧过程中形成致密炭层，低价态磷原子可以在燃烧过程中形成P·和PO·自由基，通过自由基猝灭作用在气相发挥作用；同时磷原子和氮原子通过磷‑氮协效作用进一步提升阻燃效率。呋喃基磷杂菲阻燃剂结构中存在特有的呋喃结构，其可以赋予聚合物优异的韧性。添加本发明呋喃基磷杂菲阻燃剂的环氧树脂的极限氧指数高达31％，UL‑94垂直燃烧达到V‑0级。

技术领域

本发明属于多价态磷元素协同阻燃及磷-氮协同阻燃材料技术领域，具体涉及一种呋喃基磷杂菲阻燃剂及其制备方法。

背景技术

随着石油工业和合成技术的飞速发展，高分子材料广泛应用于人类生产生活中，给人类带来极大的便利。但是，传统高分子制品具有较高的火灾危险性，存在极易燃烧以及燃烧过程中熔融滴落等不足，对人类的生命和财产安全造成较大威胁。因此，如何开发高性能的阻燃剂成为业界近年来关注的焦点。目前常用的阻燃剂有磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、硼系阻燃剂、金属氢氧化物阻燃剂等（Polymers for Advanced Technologies2010, 21(1), 1-26）。但是，目前传统阻燃剂存在添加量大、阻燃效率不足、对制品服役影响影响大等不足。为了提升阻燃剂阻燃效率，弥补单一阻燃剂的不足，研究开发协同阻燃体系是目前无卤阻燃剂开发的热点之一，可以有效平衡阻燃剂添加量、性能、成本之间的关系，满足安全性、环保和使用要求（Polymer Degradation and Stability 2021, 191,109684）。磷元素具有多种可变价态，不同价态磷元素阻燃原理具有明显的差异性，通常低价态磷元素具有气相阻燃作用，高价态磷元素具有凝聚相阻燃作用（Polymer Degradationand Stability, 2014, 105, 248-256），不同价态磷元素存在明显的协同阻燃作用，可有效提高阻燃效率。与此同时，磷-氮协效阻燃剂是目前最为常见的阻燃体系之一，其具有阻燃效率高、添加量少、有毒烟气生成量少等优点（Rsc Advance 2019, 9, 21192-21201;Journal of Applied Polymer Science, 2022, 139(29), e52488）。

磷杂菲化合物中含有丰富的芳香环和P-H键结构，具有优异的催化成炭和自由基猝灭性能，可以在凝聚相以及气相同步发挥阻燃作用（Journal of Analytical andApplied Pyrolysis, 2019, 139, 104-113; Polymer Degradation and Stability,2015, 113, 119-134）。糠醛（呋喃甲醛）及其衍生物是一类重要的生物基平台化合物，其主要来源于玉米穗轴、燕麦与小麦的麦麸和锯木屑，可作为一种重要的生物基原料制备成溶剂和树脂原料，具有来源广泛、性能卓越、成本低廉等优点。与此同时，呋喃环结构可以赋予大分子结构优异的韧性，有效提高材料的服役性能。将二氯化磷酸酯、磷杂菲化合物与糠醛及其衍生物进行有机结合，制备出含有氮元素和不同价态磷元素的新型阻燃剂，可以通过不同价态磷元素的协同阻燃以及磷-氮协同阻燃效应有效提高阻燃效率，有望成为无卤环保、安全高效的新型阻燃剂。

发明内容

本发明旨在提供一种呋喃基磷杂菲阻燃剂及其制备方法，以期提高阻燃效率同时赋予添加阻燃剂的聚合物优异的韧性。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明提供的呋喃基磷杂菲阻燃剂，其化学结构如下式（I）所示：

；

（I）

式（I）中，R₁选自以下结构中的一种或多种的混合：

；

R₂选自以下结构中的一种或多种的混合：

。