一種含三嗪環(huán)氨基磷酸酯無(wú)鹵素膨脹型阻燃劑及其制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種含三嗪環(huán)氨基磷酸酯無(wú)鹵素膨脹型阻燃劑及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著(zhù)高分子材料越來(lái)越多地進(jìn)入我們的日常生活，人們對此類(lèi)材料的阻燃性能有了更高的要求。早期使用較多的是含鹵素的阻燃劑。該類(lèi)阻燃劑具有添加量少，阻燃效果明顯，品種多，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但添加此類(lèi)阻燃劑的高分子材料在遇到火焰或強熱時(shí)會(huì )釋放出有毒和腐蝕性氣體，產(chǎn)生較大的煙霧；更值得關(guān)注的是該類(lèi)阻燃劑的析出及降解產(chǎn)物，也會(huì )帶來(lái)新的危害，逐漸面臨著(zhù)淘汰或更新?lián)Q代。近幾年，溴原料價(jià)格的不斷提高，導致鹵系阻燃劑的價(jià)格飛漲。迫于環(huán)保要求和成本因素，各國都在尋求開(kāi)發(fā)多功能復合型阻燃劑和環(huán)保阻燃劑。其中含磷類(lèi)的阻燃劑是目前廣泛應用的類(lèi)型之一。含磷阻燃劑主要包括磷酸酯類(lèi)阻燃劑、(烷基)次磷酸鹽、磷氮復合膨脹型阻燃劑等種類(lèi)。磷酸酯類(lèi)阻燃劑是較早開(kāi)發(fā)的一類(lèi)磷系阻燃劑，具有合成簡(jiǎn)單，與樹(shù)脂相容性好的優(yōu)點(diǎn)，但由于P-O鍵較強的極性，導致磷酸酯類(lèi)阻燃劑耐水性較差；(烷基)次磷酸鹽阻燃劑，具有較高的阻燃效率，單獨使用或者復配使用均能用在大多數常見(jiàn)的樹(shù)脂中，但次磷酸鹽阻燃劑在加工時(shí)發(fā)生歧化反應產(chǎn)生的PH3有起火危險，而烷基次磷酸鹽則價(jià)格過(guò)于昂貴；磷氮復合膨脹型阻燃劑則是利用含磷化合物作為酸源、含氮化合物作為氣源，再結合碳源構成的阻燃體系。隨著(zhù)研究的深入，人們在最初的三組分的基礎上，逐漸地將酸源-碳源-氣源的兩種或三種進(jìn)行組合，希望得到更為高效的阻燃體系。

從目前研究和市場(chǎng)應用的結果看，含P、N的一些化合物是無(wú)鹵膨脹阻燃體系的關(guān)鍵成分，尤其是含有P-N鍵的阻燃劑，在燃燒過(guò)程中形成的泡沫碳層堅固、不易破碎，具有更高的熱穩定性和隔熱、隔氧的優(yōu)異性能。但是含有P-N鍵的阻燃劑報道較少。美國雅寶公司(Albemarle)在US20030109608A1中首次公布了N,N’-哌嗪二(新戊二醇)氨基磷酸酯(PBNGP)的合成方法及其在PBT中的應用。采用廉價(jià)的對苯二胺替代PBNGP中的哌嗪，彭治漢等人合成了對稱(chēng)結構的環(huán)狀磷酸酯阻燃劑TMBPN。日本四國化成公司開(kāi)發(fā)了1，4-哌嗪二磷酸酯(SP-670)。CN1827624公開(kāi)了一種N,N’-二(磷酸二苯酯)哌嗪類(lèi)阻燃劑與SP-670具有相同或類(lèi)似的結構。P-N鍵鍵能較高，高達617kJ/mol，高于一般的化學(xué)鍵，因而具有更高的熱穩定性，該類(lèi)化合物比磷酸酯化合物更耐水。目前市場(chǎng)上認可的磷氮系膨脹性阻燃劑中的含氮量應在16％以上，但是含氮磷酸酯化合物分子量較大，含氮量較低，比如PBNGP中N元素含量?jì)H為7.33％，SP-670中氮元素含量?jì)H為5.09％，以上在該類(lèi)化合物中，氮元素的存在只是促進(jìn)酸源與碳源的酯化反應，為成碳起到催化作用，缺乏有效的成氣單元，因此在結構中引入高含氮量的氣源就顯得非常重要。

發(fā)明內容

為了解決大多含氮磷酸酯化合物中含氮量過(guò)低的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)在磷酸酯體系中引入既能從結構上起連接作用又能從性能上起到成碳作用的哌嗪基團，通過(guò)取代反應，將富含氮原子的三嗪環(huán)與磷酸酯進(jìn)行有機結合，該類(lèi)化合物的含氮量含量所述的一種耐酸耐水的單組份無(wú)鹵素膨脹型阻燃劑，其結構式如下所示：

技術(shù)負責人： 竇偉 化學(xué)化工學(xué)院