一种三嗪类超支化聚脲成炭剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超支化聚脲成炭剂及其制备方法，尤其是一种由异氰酸酯、三聚氰胺、催化剂和溶剂构成的具有超支化结构的成炭剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]与其他材料相比，高分子材料因其特有的结构、容易加工等特点，以及不可代替的优异性能而广泛应用于我们生活的各个方面。但是高分子材料易燃的特性，也成为了人们生命及财产安全的一个潜在威胁。为了改变高分子材料的易燃特性，通常的方法就是在高分子材料中添加阻燃剂，从而达到降低材料着火点的目的。
[0003]随着人们对生活质量以及环境质量要求的提高，膨胀型阻燃剂以其低烟、低毒、无卤、无腐蚀性和无熔滴等优点，正逐步取代卤系阻燃剂和无机阻燃剂。但是传统的膨胀型阻燃体系是小分子，例如三聚氰胺-季戊四醇-聚磷酸胺的复合，缺点是三元体系不易混匀，与基体的相容性较差，在基体中不易分散，而且容易向基体表面迀移。为了克服传统膨胀型阻燃剂的缺点，大分子阻燃剂的合成受到了科研工作者的重视，也取得了较大的发展。
[0004]为了克服小分子成炭剂与基体材料相容性差及易迀移等缺点，本发明合成了超支化大分子结构的成炭剂，该成炭剂中引入了有利于成炭的三嗪环和苯环，显著提高了成炭性，同时改善了成炭剂与基体之间的相容性及其在基体中的分散性。
[0005]现有公开号为:CN103992481A公开了 “一种超支化聚磷腈阻燃成炭剂及其制备方法”，该方法的步骤是:(1)在0°C -10°c的温度下，将所述二元化合物溶液加入六氯环三磷腈溶液，反应1-4小时；(2)将温度升高至30°C -70°C，并加入缚酸剂，继续反应3-6小时；
(3)继续将温度升高至90°C-150°C，持续反应6-10小时，得到了超支化聚磷腈阻燃成炭剂。虽然该方法可以制得阻燃效果和加工性能良好的超支化聚磷腈阻燃成炭剂，但是六氯环三磷腈易升华，其蒸汽对眼睛和呼吸道有刺激作用，且对水资源有害。
[0006]现有公开号为:CN101880400A、CN104693442A、CN103333336A和 CN103756015 公开了利用二氨基、二羟基化合物或者含磷二胺与三聚氯氰合成一种超支化成炭剂，虽然该方法具有反应过程连续，且产物热稳定性好，成炭率高等优点，但反应原料都使用了三聚氯氰，因而需要在反应过程中加入缚酸剂来吸收氯化氢来保证反应的顺利进行，而三个氯原子的反应活性各不相同，需要在0°C -10°C、30°C -70°C、90°C _150°C三个温度段进行控温反应，合成工艺较繁琐。
[0007]现有公开号为:CN101475683A公开了利用多元醇或多元胺或其混合物与含磷二氯化合物或三氯氧磷及多元酸或酸酐在催化剂和有机溶剂的存在下，反应制得了阻燃超支化聚合物；公开号为CN101591439A公开了两种含氮化合物与三氯氧磷反应脱氯化氢后合成了一种含氮超支化聚磷酸酯。三氯氧磷价高、毒性大、强烈发烟、有吸湿性、沸点低105.8°C0
[0008]三聚氰胺与三聚氯氰和三氯氧磷相比，具有价格便宜、毒性低、储存条件简单等优点，而且在实验过程中无需使用缚酸剂，操作简单，产物中除具有三嗪环外，还含有大量的仲胺，提高了含氮量。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种三嗪类超支化聚脲成炭剂及其制备方法。
[0010]为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下。
[0011]—种三嗪类超支化聚脲成炭剂，所述成炭剂采用的原料组分及其含量按重量份数如下:
异氰酸酯20-50份；
三聚氰胺10-50份；
催化剂2-10份；
溶剂20-100份；
进一步地，附加技术特征如下。
[0012]所述异氰酸酯是4，4’ - 二苯甲烷二异氰酸酯、2，4’ - 二苯甲烷二异氰酸酯和2，2’ - 二苯甲烷二异氰酸酯中的一种。
[0013]所述催化剂是三乙胺和三乙醇胺中的一种。
[0014]所述溶剂是丙酮、N，N- 二甲基甲酰胺和N，N- 二乙基甲酰胺中的一种或多种混合。
[0015]一种用于上述技术方案所述的一种三嗪类超支化聚脲成炭剂的制备方法，所述制备方法是按下列步骤进行的:
(1)将异氰酸酯完全溶解于溶剂中，然后倒入三口烧瓶中；
(2)将三聚氰胺缓慢加入三口烧瓶中，反应温度为40-90°C，并以100-300r/min的转速充分搅拌10_30min后，加入催化剂，搅拌3-7小时后，获得反应产物；
(3)将上述获得的反应产物用洗涤溶剂进行多次洗涤后用水清洗，之后在60-200°C下干燥8-24小时，制得三嗪类超支化聚脲成炭剂。
[0016]实施上述本发明所提供的一种三嗪类超支化聚脲成炭剂及其制备方法，克服现有技术存在的不足，从根本上改善了小分子成炭剂易迀移、与基体相容性差等不足，实现了难溶于水及疏水的特性，显著地提高了成炭剂在高分子材料中的分散性和相容性，达到了提高成炭剂成炭效果的目的。
[0017]与现有技术相比，本发明所制备的三嗪类超支化聚脲成炭剂具有三嗪环和苯环，成炭性好，热稳定性高；而且成炭剂含N量高，可以同时起到碳源和气源的作用；此外，还具有疏水性，与聚合物有很好的相容性的特点。
【附图说明】
[0018]图1是本发明三嗪类超支化聚脲成炭剂的红外谱图。
[0019]图2是本发明三嗪类超支化聚脲成炭剂的热重图。
[0020]图3是本发明三嗪类超支化聚脲成炭剂的接触角。
[0021]具体实施方法
下面对本发明的【具体实施方式】做出进一步的说明。
[0022]实施例1
取20份甲苯二异氰酸酯加入50份的丙酮中，使其完全溶解，然后将其溶液倒入三口烧瓶中，同时将30份的三聚氰胺加入三口烧瓶中，氮气气氛下，在40°C以200r/min的转速充分搅拌20min后，加入2份三乙胺，然后继续反应5小时。通过50份N，N- 二甲基甲酰胺溶剂进行多次洗涤后用水清洗，将得到的固体在100°C下干燥8小时，得到三嗪类超支化聚脲成炭剂。
[0023]在上述实验过程中，所制备的三嗪类超支化聚脲成炭剂、三聚氰胺和异氰酸酯的红外谱图如图1所示，1512cm 1为-NH-C0-NH-的振动吸收峰，1600cm 1为-NH-C0-NH-中的-C=0-振动吸