[发明专利]一种硫-氮-磷复合型阻燃剂的制备方法及其应用

说明书

一种硫‑氮‑磷复合型阻燃剂的制备方法及其应用。马来酸酐与2,2‑硫双(5‑氨基苯磺酸)反应制得中间体Ⅰ，中间体Ⅰ与DOPO反应生成含DOPO、磺酸结构单元的硫‑氮‑磷复合型阻燃剂。该阻燃剂的外观为白色粉末，起始分解温度约为283℃，900℃阻燃剂的残炭率达到38%，此阻燃剂具有较好的热稳定性，残炭率高。

技术领域

本发明属于硫-氮-磷协同阻燃性化合物技术领域，具体涉及一种含DOPO、磺酸基结构单元的硫-氮-磷协同阻燃剂，该阻燃剂应用于聚碳酸酯(PC)的阻燃改性。

背景技术

聚碳酸酯(PC)本身具有一定的阻燃性(LOI值为25％，垂直燃烧等级达到UL-94V-2级)，但难以满足某些特殊领域对其阻燃性能的要求，因此，必须对PC进行阻燃处理。目前，工业上应用于PC的无卤阻燃剂主要有机硅系、有机磷系、磺酸盐、膨胀型阻燃剂等。有机硅系阻燃剂因其具有阻燃效率高、加工性能好、力学性能卓越、难水解、流动性好等优点而被广泛地应用于阻燃PC，但含硅阻燃剂阻燃PC时，其硅化合物的结构、含量对阻燃性能会有一定的影响。有机磷系阻燃剂对PC也具有阻燃效果，并在价格、性能、环保三方面都具有优势，但含磷化合物易水解生成磷化氢等有毒气体，因此在实际应用中有一定的局限性。磺酸盐阻燃剂对PC的阻燃效果较好，向PC中添加极少量的磺酸盐阻燃剂就可使PC的阻燃性能获得显著提高，但磺酸盐价格较高、遇水易水解等缺点使其应用范围受到了限制。为了研制出阻燃效率更高的阻燃剂，将DOPO、磺酸类化合物的核心结构片断进行合理组装和修饰，合成出含DOPO、磺酸结构单元的硫-氮-磷复合型阻燃剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、生产成本低，阻燃效率高的制备含DOPO、磺酸结构单元的硫-氮-磷协同阻燃的复合型阻燃剂。顺丁烯二酸酐与2,2-硫双(5-氨基苯磺酸)反应制得中间体Ⅰ，中间体Ⅰ与DOPO反应生成含DOPO、磺酸结构单元的硫-氮-磷复合型阻燃剂。

本发明的目的是这样实现：一种硫-氮-磷复合型阻燃剂，该化合物具有如下化学结构式：

一种硫-氮-磷复合型阻燃剂的制备方法：

A：在丙酮溶剂中加入顺丁烯二酸酐，使反应温度保持在20-30℃，搅拌溶解，缓慢加入氢氧化钾、2,2-硫双(5-氨基苯磺酸)水溶液，保持体系的反应温度在20-40℃，反应完毕后，抽滤，洗涤，得中间体Ⅰ，反应方程式如下：

B：在N₂保护下，向反应器中加入DOPO，逐渐升温至110-130℃，待DOPO完全熔化后，缓慢加入中间体I。加完后逐渐升温至140-160℃，反应完成后，甲苯洗涤，得到目标化合物。

所述的步骤A中，2,2-硫双(5-氨基苯磺酸)、KOH、顺丁烯二酸酐的物质的量之比为1:2.0-2.5:2.2-3.0，有机溶剂的重量为2,2-硫双(5-氨基苯磺酸)、KOH、顺丁烯二酸酐总重量的2-5倍。

所述的步骤B中，中间体I、DOPO的物质的量之比为1:2.2-3.0。

所述的步骤A中所述有机溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的任一种。

本发明的技术方案将所述的任意一项所述的硫-氮-磷复合型阻燃剂的制备方法在聚碳酸酯(PC)中的应用。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明阻燃剂是将DOPO结构单元引入到苯磺酸分子中，分子结构内同时含有S、N、P三种元素协同阻燃，且具有较高磷含量、氮、硫含量、耐热性和高温成炭率，阻燃剂应用于聚碳酸酯(PC)的阻燃改性。

(2)本发明合成的产品，热稳定好，阻燃率高，纯度达99.5％；

具体实施方式