【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及阻燃剂合成，特别涉及一种聚碳酸酯用新型含钾磺酸盐型阻燃剂的其制备方法及应用。
技术介绍
1、聚碳酸酯(pc)本身具有一定的阻燃性,在玻璃装配、汽车、电气等领域得到了广泛的应用。其loi值为25％,垂直燃烧等级达到ul-94v-2级，虽然已经优于聚乙烯、聚丙烯等普通的热塑性树脂，但其燃烧时的严重滴落，且有毒烟雾释放较多，无法满足医疗器械、电子电器、汽车零件等高端领域的应用要求。
2、目前pc常用的阻燃剂主要包括：无机硼系、金属氢氧化物、硅系、有机磷系、磺酸盐系及协效阻燃剂等，虽然都表现出一定的阻燃效果，但在使用过程中仍存在着不同程度的缺陷，如：磺酸盐系阻燃剂阻燃pc效率很高，一般低添加量就可使材料的loi值达到35％左右，且通过垂直燃烧ul-94v-0级，但磺酸盐阻燃剂会影响pc的力学性能；磷腈类阻燃剂因其高反应性、高热稳定性和优异的阻燃效率被广泛应用于各种阻燃领域，但其缺点是添加量大、使用成本高，在pc中添加量一般在10wt％，基本维持在15万元/吨，而pc的单价为1万元/吨，若进行复配使用，将会提高pc的使用成本。
3、综上所述，针对以上问题本专利技术旨在提供一种新型阻燃剂来克服或者减轻现有阻燃剂的至少一个缺陷。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种新型含钾磺酸盐型阻燃剂及其制备方法和应用；该种阻燃剂结构新颖、无毒、隔热隔氧，n、p、s三种元素协效阻燃，极大地提高了阻燃效率，可实现在低添加量的同时达到高的阻燃效果，并降低对p
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种新型含钾磺酸盐型阻燃剂，所述阻燃剂是聚碳酸酯(pc)用阻燃剂；所述阻燃剂为化合物i，所述化合物i的化学结构式如下：
4、
5、本专利技术还提供了上述新型含钾磺酸盐型阻燃剂的制备方法，所述制备方法：首先，以六苯氧基环三磷腈、50％发烟硫酸为原料，实现一步磺化；其次，用碳酸钡作除酸剂，除去废酸，并将钡离子与磺酸基团结合；最后，用硫酸钾作取代剂，取代钡离子，得到所述化合物i。
6、进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：
7、步骤1：以50％发烟硫酸作为磺化试剂，对六苯氧基环三磷腈进行磺化，得到中间体化合物ii的酸溶液，所述中间体化合物ii的酸溶液为苯磺酸氧基环三磷腈的酸溶液，该步反应如下式(一)所示：
8、
9、步骤2：以碳酸钡为除硫酸根试剂，将步骤1中间体化合物ii的硫酸溶液中的副产物硫酸除去，同时取代六苯磺酸氧基环三磷腈溶液中的氢离子，得到中间体化合物ii的盐溶液，所述中间体化合物ii的盐酸溶液为苯磺酸氧基环三磷腈的盐溶液；
10、步骤3：以0.1mol/l硫酸钾为取代钡离子试剂，取代步骤2中间体化合物ii的盐溶液中的钡离子，得到化合物i溶液，所述化合物i溶液为六苯氧基环三磷腈磺酸钾溶液；
11、步骤4：进行蒸干实验，将步骤3中六苯氧基环三磷腈磺酸钾溶液进行蒸干，得到所述化合物i，所述化合物i为六苯氧基环三磷腈磺酸钾hpctp-sk。
12、进一步地，所述步骤1中反应的具体内容为：
13、在35-40℃的条件下，边搅拌边向六苯氧基环三磷腈的二氯甲烷溶液中缓慢滴加50％的发烟硫酸，其中六苯氧基环三磷腈(克)：二氯甲烷(ml)的固液比为1:12-17；薄层色谱监测反应终点，六苯氧基环三磷腈无显色即结束，静置至室温后加蒸馏水进行分液，取上层液，得到中间体化合物ii的酸溶液。
14、进一步地，所述六苯氧基环三磷腈与50％发烟硫酸的固液比为：六苯氧基环三磷腈(g)：50％发烟硫酸(ml)的固液比＝1:0.2-1.2，最佳固液比1:0.5；发烟硫酸浓度降低会影响磺化效果。
15、进一步地，所述步骤1中反应温度为35-40℃；二氯甲烷的沸点为39.8℃，在反应过程中要注意溶剂挥发是否导致溶剂过少，如果明显降低要及时补充溶剂。
16、进一步地，所述步骤1的反应为磺化反应，在反应过程中要多次监测，时间间隔尽量缩短，用薄层色谱监测反应终点，避免磺化过度，展开剂为乙酸乙酯和石油醚，乙酸乙酯和石油醚:的体积比为1:2。
17、进一步地，加蒸馏水，分液，取上层液体，得到中间体化合物ii的酸溶液。
18、进一步地，采用分液除去二氯甲烷。
19、进一步地，得到所述化合物ii为苯磺酸氧基环三磷腈，化合物ii的酸溶液显黄色。
20、进一步地，所述步骤2反应的具体内容为：
21、反应温度20-30℃，用500ml三口瓶作反应器；碳酸钡粉末添加到化合物ii的酸溶液中，测定溶液ph值，若ph＝7.0，反应结束，静置、抽滤除去不溶物；取滤液，得到化合物ii的盐溶液。
22、进一步地，所述步骤2中化合物ii和碳酸钡粉末的质量之比为1:15-20，适时根据实际反应调整。
23、进一步地，所述步骤2中碳酸钡粉末需缓慢添加，每次5.0g左右的添加量，根据上述比例添加完毕即可。
24、进一步地，所述步骤2的反应取上清液追踪反应终点，添加少量碳酸钡，观察ph值，若ph＝7.0，即为反应终点。
25、进一步地，将反应溶液持续温度20-30℃加热搅拌20分钟，加速沉降，静置2h后抽滤除去不溶物。
26、进一步地，取滤液，得到化合物ii的盐溶液。
27、进一步地，化合物ii的盐溶液显淡黄色。
28、进一步地，所述步骤3反应的具体内容为：
29、反应温度20-30℃，用500ml三口瓶作反应器；将0.1mol/l硫酸钾逐滴添加到中间体化合物ii的盐溶液，取上清液检测反应进程，取上清液滴加0.1mol/l硫酸钾溶液无沉淀产生即反应结束；搅拌、静置、抽滤除去不溶物，取滤液，得到化合物i溶液。
30、进一步地，所述步骤3中根据滴加的0.1mol/l硫酸钾溶液可知溶液中钡离子含量。
31、进一步地，所述步骤3的反应取上清液追踪反应终点，滴加0.1mol/l硫酸钾溶液无沉淀生成即为反应终点。
32、进一步地，将反应溶液静置2h后抽滤除去不溶物。
33、进一步地，取滤液，得到化合物i溶液。
34、进一步地，化合物i溶液无色。
35、进一步地，所述步骤4反应的具体内容为：
36、将化合物i溶液，浓缩干燥，除去溶剂，得结晶产物，取下后研磨成粉末状得到化合物i。
37、进一步地，结晶产物为白色粉末，即化合物i。
38、本专利技术具有如下有益技术效果：
39、(1)本专利技术提出n、p、s三种元素协效阻燃，极大地提高了阻燃效率，可实现在低添加量的同时达到高的阻燃效果，对pc的力学性能影响相近的情况下，本专利技术阻燃能力强于六苯氧基环三磷腈(hpctp)，本产品添加量0.1wt％时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型含钾磺酸盐型阻燃剂，所述阻燃剂是聚碳酸酯用阻燃剂；其特征在于，所述阻燃剂为化合物I；
2.一种如权利要求1所述的新型含钾磺酸盐型阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法：首先，以六苯氧基环三磷腈、50％发烟硫酸为原料，实现一步磺化；其次，用碳酸钡作除酸剂，除去废酸，并将钡离子与磺酸基团结合；最后，用硫酸钾作取代剂，取代钡离子，得到所述化合物I。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中六苯氧基环三磷腈和50％发烟硫酸的固液比为1:0.2-1.2。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中反应的具体内容为：在35-40℃的条件下，边搅拌边向六苯氧基环三磷腈的二氯甲烷溶液中缓慢滴加50％的发烟硫酸，其中六苯氧基环三磷腈(克)：二氯甲烷(ml)的固液比为1:12-17；薄层色谱监测反应终点，六苯氧基环三磷腈无显色即结束，静置至室温后加蒸馏水进行分液，取上层液，得到中间体化合物II的酸溶液。
6.根据权
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2反应的具体内容为：
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中化合物II与硫酸钾物质的量之比为1:15-17，所述步骤3反应的具体内容为：
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4反应的具体内容为：
10.一种新型含钾磺酸盐型阻燃剂的应用，其特征在于，通过如权利要求1所述的新型含钾磺酸盐型阻燃剂，在聚碳酸酯中进行阻燃。
...【技术特征摘要】
1.一种新型含钾磺酸盐型阻燃剂，所述阻燃剂是聚碳酸酯用阻燃剂；其特征在于，所述阻燃剂为化合物i；
2.一种如权利要求1所述的新型含钾磺酸盐型阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法：首先，以六苯氧基环三磷腈、50％发烟硫酸为原料，实现一步磺化；其次，用碳酸钡作除酸剂，除去废酸，并将钡离子与磺酸基团结合；最后，用硫酸钾作取代剂，取代钡离子，得到所述化合物i。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中六苯氧基环三磷腈和50％发烟硫酸的固液比为1:0.2-1.2。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中反应的具体内容为：在35-40℃的条件下，边搅拌边向六苯氧基环三磷腈的二氯甲烷溶液中缓慢滴加50％的发烟硫酸，...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡志勇，王笑，王渊，高国芳，梁鹏慧，马雪梅，孙永强，朱海林，冯丽，马忠平，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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