一种磷-氮膨胀型阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷－氮膨胀型阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂化学名称为：５，５－二甲基－４－对氯苯基－１，３，２－二氧磷杂环己烷磷酸三聚氰胺盐，经以下步骤制得：（１）将对氯苯甲醛和异丁醛，与碱的乙醇溶液进行反应后，冷却，过滤，得中间产物（Ⅰ）；（２）将中间产物（Ⅰ）与磷酸加入溶剂中，并加入对甲苯磺酸或苯甲酸或其钠盐，反应完后，蒸馏回收溶剂，得中间产物（Ⅱ）；（３）将三聚氰胺和中间产物（Ⅱ）加到水中进行反应后，经冷却、过滤，得滤饼，烘干滤饼，得磷－氮膨胀型阻燃剂。该阻燃剂热稳定性高，相容性好，无卤、低烟、环保。该方法原料易得，工艺简单，反应条件温和，反应液粘度小，对设备要求较低，对环境污染小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体地说是一种新型阻燃剂5， 5_二甲基—4—对氯苯基一l， 3， 2—二氧磷杂环己烷磷酸三聚氰胺盐及其制备方 法。
技术介绍
近年来，在阻燃剂的开发和应用中，磷氮系阻燃剂异军突起，由于磷氮间的增 效和协同作用，使这类化合物具有良好的阻燃性能，且发烟量小，有毒气体生成量 少，成为今后阻燃剂开发的一个方向。磷氮系阻燃剂中还有一类膨胀型阻燃剂，添 加了这类阻燃剂的高聚物受热时表面能生成一层均匀的炭质泡沫层，此层隔氧、隔 热、抑肌并能防止熔滴，具有良好的发展前景。目前所使用的膨胀型阻燃剂的阻燃机理是通过热分解，释放出磷酸和不燃性气 体，后者稀释空气中的氧。含氮化合物起着发泡剂和焦炭增强剂的作用，而磷酸则 是焦化的催化剂，促^ii烧表面形成一层多 L性焦化保护膜，起到隔热和隔氧作用， 能中断燃烧的连锁反应。基于对阻燃剂材料的低烟、腐蚀性小、毒性小的要求，膨胀型阻燃剂的发展成 为传统卤素阻燃剂的重要替代品。膨胀型阻燃体系主要成分可分为三个部分酸源、 碳源、气源。酸源一般为无机酸或者加热至10(TC以上可生成无机酸的化合物，如磷 酸、三氯氧磷、磷酸酯等；碳源(成炭剂)是形成泡沫炭化层的基础， 一般为富碳 的多羟基化合物，如季戊四醇、辛戊二醇及含多羟基化合物的有机酯等。气源(发 泡源) 一般为胺或醐安类化合物，三聚氰胺、双WK等。以三嗪环衍生物为主的含氮化合物具有多重反应性(加成、取代、缩合)，优异 的热稳定性、耐久性和耐候性，与材料相容性好，而且它无卤、低毒，适合加工， 对机械性能影响小，不渗出，阻燃性能优良等优点，在膨胀型阻燃剂的开发中，三 化合物，特别是三聚氰胺，得到了广泛应用，例如美国GreatLakes公司开发的 膨胀型阻燃剂Char-Guard CN-329,该产品国内无大S9i的生产装置。美国专利 US5296598公开了含有磷酸及其酯的三聚氰胺单体一2， 4一二胺基—1， 3， 5—三嗪基 一6—磷酸酯。在此化合物中同时具有具有P、 N以用作聚合物中的添加阻燃剂。但此 化合物的热稳定性不太高，在高分子阻燃加工过程中容易分解，限制了其在高分子 材料领域中的应用。将1,3，2—二氧磷杂环己烷结构弓l入到三麟阻燃剂中，可以得到集碳源、酸 源和气源于一体的膨胀型阻燃剂。我们对这类化合物进行了深入研究，合成了磷一 氮系膨胀型阻燃剂，5， 5—二甲基一4一对氯苯基一1， 3， 2—二氧磷杂环己烷磷酸三聚 氰胺盐。本专利技术的第二个目的是提供上述磷-氮膨胀型阻燃剂的帝IJ备方法。 本专利技术采用包含以下步骤的制备方法来达到本专利技术的二个目的(1) 将摩尔比为1:2 2.5的对氯苯甲醛和异丁醛，与碱的乙醇溶液，在搅拌和 50 6(TC温度条件下，反应4 6h，反应完成后，冷却，反应生成物析出后，过滤, 得到白色晶 滤饼即中间产物(I);(2) 将摩尔比为1:1 2的中间产物(I)与磷酸，加入到4 6倍于中间产物(I) 重量的苯系溶剂中，并加入1 3%倍于中间产物(I)重量的对甲苯磺酸或苯甲酸 或其钠盐，在搅拌和50 6(TC温度条件下，反应8 10h，反应结束后，减压蒸馏回收溶剂，得到粘稠状中间产物(II);(3)将摩尔比为1: 1 1. 2的三聚氰胺和中间产物(II )，加入到6 10倍于三 聚氰胺重量的水中，在搅拌和90 110。C温度条件下，与三聚氰胺反应4 6h，反应
技术实现思路
本专利技术的第个目的是提供一种磷-氮膨胀型阻燃剂，其结构式为:完成后，冷却，反应生成物析出后，过滤，得滤饼，烘干滤饼，得白色晶体状磷-氮膨胀型阻燃剂。步骤(1)中所述的碱的乙醇溶液，包括无水乙醇和碱，其中碱为氢氧化钠或氢氧化钾，碱与无水乙醇的配比为0. lmol:90 120ml,碱与对氯苯甲醛的摩尔比为l 1.4:1。步骤(1)中所述的苯系翻伪苯、甲苯、二甲苯或乙苯。 步骤(1)中，过滤得到滤饼后，滤饼还要经直链烷烃液体洗涤，洗涤后，得到 中间产物(1)，其余与步骤(1)相同。所述的直链烷烃液体为正M^院或正己烷。所述步骤(3)中，过滤得到滤饼后，滤饼还要经水洗涤后再烘干，其余与步 骤(3)相同。本专利技术的化学反应方程式如下<formula>formula see original document page 6</formula>这种结构式为 '\QH3N N N&所表征的物质即为本专利技术所述的磷-氮膨胀型阻燃抓其化学名称为:5， 5—二甲基一4—对氯苯基一l， 3， 2 —二氧磷杂环己烷磷酸三聚氰胺盐。该磷-氮膨胀型阻燃剂呈白色晶体状，分子量为401 403，熔点222 224。C， 不溶于醇、醚、酮、烃等有机溶剂，微溶于水，由于其同时含有P、 N、 C三种元素， 热稳定性高，相容性好，属于无卤、低烟、高效的环保型阻燃剂。本专利技术所采用的制备方法原料易得，工艺简单，反应条件温和，反应液粘度小， 对设备要求较低，反应中不产生有毒气体，对环境污染小，适合于工业化生产，产 品收率80 % 85 % ， P含量7. 50 % 8. 00 % 。附图说明图1为实施例1制备的5， 5—二甲基一4—对氯苯基一l， 3, 2—二氧磷杂环己烷 磷酸三聚氰胺盐的红外谱图。 具体实施例方式以下通过实施例进一步说明磷-氮膨胀型阻燃剂的制备方法，这些实施例仅用于 说明本专利技术而对本专利技术没有限制。 实施例l将对氯苯甲醛0. lmol、异丁醛0. 2mo1混合置于装有温度计、磁力搅拌器、回 流冷凝管、恒压滴液漏斗的250ml四口烧瓶中。将氢氧化钾0. lmol溶于90ml无水 乙醇中，用恒压滴液漏斗缓慢滴入四口烧瓶。反应放热，用水浴控制温度在5(TC， 搅拌反应4h，反应结束后，自然冷却，待反应生成物析出后进行抽滤，滤饼用正庚 烷洗涤数次，得到19.70g白色晶体即中间产物(1)，收率91.84%，熔点99 100 。C。向装有温度计、磁力搅拌器、回流冷凝管、恒压滴液漏斗的250ml四口瓶中加 入中间产物(I)O.lmol，磷酸O.lmol，对甲苯磺酸0.22g， 85. 8g甲苯，在搅拌和 5(TC^g条件下，反应8h，反应结束后，在-0.09Mpa压力条件下，蒸馏除去溶剂甲 苯，得到粘稠状中间产物(II) 25.80g，收率93.31%，熔点216 218。C。将中间产物(II) O.lmol、三聚氰胺O.lmol、蒸馏水76ml置于装有,计、 回流冷凝管、磁力搅拌器的250ml四口瓶中，在搅拌和9(TC温度条件下，反应4h， 反应结束后，自然冷却，反应生成物析出后进行抽滤，抽滤经水洗涤后烘干，得到 34.50g白色晶体,收率85.71%，熔点222 223。C;实施例2将对氯苯甲酸O.lmol、异丁醛0. 22mol混合置于装有温度计、磁力搅拌器、回 流冷凝管、恒压滴液漏斗的250ml四口烧瓶中。将氢氧化钾0. 12mol溶于120ml无 水乙醇中，用恒压滴液漏斗缓慢滴入四口烧瓶。反应方文热，用水浴控制 显度在54'C， 搅拌反应5h,反应结束后，自然冷却，待反应生成物析出后进行抽滤，滤饼用正庚 烷洗涤数次，得到19.75g白色晶体即中间产物(1)，收率92.07%，熔点98 99.5 。C。向装有温度计、磁力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构式为　＊＊＊的磷－氮膨胀型阻燃剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晓红，孟烨，赵庭栋，
申请(专利权)人：山东天一化学有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]