一种含硫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含硫膨胀型阻燃剂及其制备方法，旨在催化酸源中以硫元素取代毒性磷元素。选用环保型三聚氰胺、对氨基苯磺酸钠、羧甲基纤维素等原料，通过羟醛缩合得到一种通过共价键连接的高分子膨胀型阻燃剂。本发明专利技术通过硫氮协效阻燃，添加量小，且获得良好的阻燃效果，适用于聚氨酯、环氧树脂等材料。本发明专利技术制备工艺简单，适用于大规模生产应用。适用于大规模生产应用。适用于大规模生产应用。

【技术实现步骤摘要】
一种含硫膨胀型阻燃剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子助剂及其制备方法，特别涉及一种硫氮协效阻燃剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]高分子材料已经渗透到人类生活的各个方面，在给人类带来轻便、舒适和美观等多样性性能的同时，其易燃性的缺点往往威胁着人类的生命，因而阻燃改性是高分子材料应用环节中最重要的一环，尤其随着现代文明的发展，对环保重视导致对阻燃剂的要求越来越高。
[0003]从阻燃剂的发展历史来看，卤素阻燃剂因阻燃效果好、填充量小、价格低廉等特点曾占据阻燃剂市场80％以上的份额。但是从20世纪80年代开始科研人员发现卤素是环境二噁英产生的主要催化剂，因此在21世纪初含卤素阻燃剂的使用被全球禁止。取而代之，含磷阻燃剂成为主流产品，现在占据阻燃剂市场份额的90％。但是含磷有机物本身要么就是神经毒剂，要么在自然环境的各种因素促进下有生成神经毒剂的风险。因而含磷化合物作为阻燃剂应用之初就引起了环保研究人士的警觉，现在的广泛应用完全是一种无奈之举。
[0004]从环保意识的发展来看，现在的环保范围已经不再局限于海洋、河流和旷野，而是深入到人类个体活动的细小空间，例如公共场所、家庭和生产车间等的装饰、家具和服饰、用具等，由此对高分子材料提出了全生命周期环保的概念，即生产过程、使用过程和废弃过程中均需环保。具体到阻燃剂，要求生产过程不产生粉尘或有害气体等；在使用过程中不产生粉尘、挥发和渗析物等；废弃后不产生有毒物质等。现在已经有大量的研究报告出现。针对各国大城市家庭的粉尘研究表明：粉尘中含有有机磷组分，对长期暴露其中的人体健康可能会产生危害。
[0005]综上，正如21世纪初全面禁止使用含磷洗涤剂一样，禁止使用含磷有机物阻燃剂的时代迟早会到来。
[0006]与磷元素相比，硫元素在阻燃方面具有更突出的性能，但是由于在燃烧过程中会产生二氧化硫等有毒气体，因而长期被排除在阻燃应用之外。但是从宏观的角度来看，大量生产的阻燃剂极少在应用中发生作用，即发生火灾时被烧毁，从而产生阻燃作用。绝大多数阻燃剂的最后命运都是跟随废弃高分子材料，要么被回收，要么被遗弃在环境中任凭风吹日晒。这恰好是含硫有机物的优点：稳定无毒，在环境中也不会产生有毒化合物。
[0007]基于上述观点，从“两害相权，取其轻”的角度考虑，以硫元素取代磷元素不失为一种无奈中的明智选择。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：本专利技术目的是提供一种具有高阻燃效率的含硫膨胀型阻燃剂。
[0009]本专利技术的另一目的是提供所述阻燃剂的制备方法。
[0010]技术方案：本专利技术所述的硫氮协效膨胀型阻燃剂，化学结构式如下：
[0011][0012]所述膨胀型阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
[0013](1)选择多羟基化合物作为碳源，例如异戊四醇、多聚甘油醇、聚乙烯醇、甲壳素和各种纤维素(例如羧甲基纤维素)等。
[0014](2)选择含氨基的苯磺酸盐、巯类和噻吩类化合物作为酸源。例如氨基苯磺酸钠、氨基十二烷基硫酸钠、氨基四巯醇、氨基聚硫化合物、3
‑
氨基噻吩及其衍生物等。
[0015](3)选择三聚氰胺作为气源。
[0016](4)选择醛或酸酐类化合物作为反应试剂将上述化合物连接起来，形成一种化合物。例如加入甲醛进行羟醛缩合反应得到产物，或者加入乙酸酐、或邻苯二甲酸酐进行酰化反应，与类似的酰化产物。
[0017]进一步地，所述的步骤(1)中，将羧甲基纤维素在常温下溶解在水中，其质量比为5∶1000。
[0018]进一步地，所述的步骤(2)中，将对氨基苯磺酸钠、三聚氰胺和甲醛在30～50℃磁力搅拌1～2h，得到中间产物。
[0019]进一步地，所述对氨基苯磺酸钠、三聚氰胺、甲醛的摩尔比为1∶1∶2。
[0020]进一步地，所述的步骤(3)中，将羧甲基纤维素溶液和制备出的中间产物在50℃磁力搅拌24h，得到膨胀型阻燃剂。
[0021]原理：以羧甲基纤维素为成炭剂，以对氨基苯磺酸钠为脱水剂，以三聚氰胺为发泡剂，通过羟醛缩合反应，制备出膨胀型阻燃剂，提高阻燃效率。
[0022]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下优势：
[0023]本专利技术的硫系阻燃剂的阻燃效果好，且产生的危害较小。同时，羧甲基纤维素是含量非常丰富的多糖，不仅价格低廉，而且符合绿色环保发展的理念。
附图说明
[0024]图1为膨胀型阻燃剂的红外光谱图；
[0025]图2为膨胀型阻燃剂的热重分析图。
具体实施方式
[0026]实施例1：
[0027]本实施例提供的膨胀型阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
[0028](1)将5份羧甲基纤维素溶解于1000份水中，得到羧甲基纤维素溶液；
[0029](2)将1mol对氨基苯磺酸钠和1mol三聚氰胺，在50℃下，磁力搅拌1h，溶解于2mol、37％的甲醛水溶液中，得到中间产物；
[0030](3)将上述的羧甲基纤维素溶液和制备出的中间产物在50℃，磁力搅拌24h，得到膨胀型阻燃剂。
[0031]经测试，本实施例提供的膨胀型阻燃剂的化学结构式如下：
[0032]图1为本实施例提供的膨胀型阻燃剂红外光谱图。
[0033]如图所示，在波数3000
‑
3500cm
‑1范围内的峰波动较小，表明
‑
OH基本被单体取代；在波数1605cm
‑1处是C＝O的特征峰，在波数1124cm
‑1处是醚的特征峰，表明发生了羟醛缩合；在波数1088cm
‑1处有
‑
SO3H的特征峰。
[0034]图2为本实施例提供的膨胀型阻燃剂的热重分析图。
[0035]如图所示，膨胀型阻燃剂在190.2℃，热失重达5％；在490.5℃，热失重达50％。当热分解温度达到800℃时，膨胀型阻燃剂的残炭量为30.5％。
[0036]实施例2：
[0037]在50℃下，将膨胀型阻燃剂和水性聚氨酯，按照如下表1的配比进行混合，用机械搅拌充分混合均匀，然后将溶液导入定制的聚四氟乙烯模具中，制得标准试样。根据GB/T2408
‑
2008标准，测定阻燃型水性聚氨酯试样的垂直燃烧情况。
[0038][0039]表1WPU的复配方案
[0040]样品水性聚氨酯/％阻燃剂/％WPU1000WPU1982％WPU2973％WPU3964％
[0041]测得结果如下表2所示，未添加阻燃剂的水性聚氨酯的阻燃等级仅为HB等级，并出
现熔滴；当阻燃剂添加量为3％时，阻燃等级达到V
‑
1，没有出现熔滴。并且随着阻燃剂含量的提高，阻燃效果越好。
[0042]表2垂直燃烧测试数据
[0043]样品阻燃添加剂/％UL
‑
94熔滴WPU0HBYesWPU12％V
‑
1NoWPU23％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含硫膨胀型阻燃剂，结构式如下：2.权利要求1所述的含硫膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征在于：(1)选择多羟基化合物作为碳源；(2)选择含氨基的苯磺酸盐、巯类或噻吩类化合物作为酸源；(3)选择三聚氰胺作为气源；(4)选择醛或酸酐类化合物作为反应试剂将上述化合物连接起来，形成一种化合物。3.根据权利要求2所述的含硫膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，将羧甲基纤维素在常温下溶解在水中，羧甲基纤维素和水的质量比为5∶1000。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪恨美，周川，郭剑桥，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：