一种磷氮阻燃剂及其制备方法与流程

1.本发明属于高分子阻燃剂技术领域，特别是涉及一种磷氮阻燃剂及其制备方法。


背景技术：

2.高分子材料具有优异的耐化学腐蚀性、力学性能、耐热性以及质轻等优点,广泛应用于航空、航天、电子、机械、化工等领域。但是由于绝大多数高分子材料在空气中是可燃或易燃的,在被引燃燃烧时发热量高,并会释放出大量烟尘和毒气,严重威胁人类的生命和财产安全，同时会造成环境污染，因此提高高分子材料的阻燃性能已成为人们日益关注的技术和社会问题，这就为阻燃剂的研究和发展提供了广阔的市场空间。
3.传统的卤系阻燃剂在燃烧的过程中会释放出大量的浓烟、具有腐蚀性的卤代氢以及有毒气体(如苯并呋喃、二恶英)，危害人们的健康并造成环境污染，导致其应用逐渐受到限制和禁止。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题，本发明提供了一种磷氮阻燃剂及其制备方法，本发明合成工艺简单、反应条件温和、适合大范围推广。
5.本发明所采用的技术方案是：
6.一种磷氮阻燃剂，由下述原料制成：异氰酸酯、含磷化合物dopo(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)、溶剂、催化剂。
7.较佳的：异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(tdi)、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、赖氨酸二异氰酸酯(ldi)和多异氰酸酯(tdi、mdl和papi)。
8.较佳的：含磷化合物dopo中的活泼氢和异氰酸酯中的异氰酸酯基的摩尔比为1:0.1～5。
9.更佳的：含磷化合物dopo中的活泼氢和异氰酸酯中的异氰酸酯基的摩尔比为1:0.5～3。
10.较佳的：溶剂包括苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、环己酮、二氯甲烷、三氯甲烷和石油醚中的一种或几种，溶剂中加入催化剂，催化剂为咪唑类催化剂。
11.较佳的：含磷化合物dopo和异氰酸酯的总质量与催化剂的质量比为1:0.001～0.03，含磷化合物dopo和异氰酸酯的总质量与溶剂的质量比为1：1～10。
12.更佳的：含磷化合物dopo和异氰酸酯的总质量与催化剂的质量比为1:0.005～0.015，含磷化合物dopo和异氰酸酯的总质量与溶剂的质量比为1：2～5。
13.本发明还提供了一种磷氮阻燃剂的制备方法，包括将异氰酸酯、含磷化合物dopo(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)、溶剂和催化剂混合进行加成反应，加成反应完成后将所得产物料液进行后处理，后处理包括以下步骤：将所得产物料液旋蒸除去溶剂，将剩余固体产物干燥，得到磷氮阻燃剂。
14.较佳的：加成反应的温度为30℃～150℃，时间为2h～24h。
15.更佳的：加成反应的温度为50℃～120℃，时间为5h～18h。
16.本发明的优点如下：
17.1、磷氮阻燃剂同时含有p元素和n元素，p、n间的增效和协同作用使得其阻燃性能优异，同时发烟量少，生成的有毒气体少，具有低烟、低毒、高效、热稳定性好、与聚合物基材相容性好、耐迁移挥发、阻燃效果持久等优点；
18.2、本发明提供的制备方法通过一步加成反应即可制备得到磷氮阻燃剂，工艺步骤简单，容易操作，适合大范围推广；
19.3、本发明提供的制备方法反应条件温和、反应周期短，后处理简单，并且产物产率高。
附图说明
20.图1为本发明所述一种磷氮阻燃剂的制备方法的实施例1制备的磷氮阻燃剂的结构式示意图；
21.图2为本发明所述一种磷氮阻燃剂的制备方法的实施例2制备的磷氮阻燃剂的结构式示意图；
22.图3为本发明所述一种磷氮阻燃剂的制备方法的实施例3制备的磷氮阻燃剂的结构式示意图；
23.图4为本发明所述一种磷氮阻燃剂的制备方法的实施例2制备的磷氮阻燃剂与含磷化合物dopo的红外对比图。
具体实施方式
24.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，都属于本发明保护的范围。
25.实施例1
26.将216g的含磷化合物dopo、174g甲苯二异氰酸酯(tdi)、1g 2-甲基咪唑加入1000g溶剂二氯甲烷中，温度设定为60℃，搅拌状态下反应10h。
27.将所得产物料液旋蒸除去溶剂，将剩余固体产物50℃干燥2小时，得到磷氮阻燃剂，产率约97.3％，其结构式如图1所示。
28.实施例2
29.将432g的含磷化合物dopo、250g二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、1.2g 2-乙基-4-甲基加入1200g溶剂环己酮中，温度设定为65℃，搅拌状态下反应12h。
30.将所得产物料液旋蒸除去溶剂，将剩余固体产物50℃干燥2小时，得到磷氮阻燃剂，产率约96.8％，其结构式如图2所示。
31.实施例3
32.将216g的含磷化合物dopo、262.4g二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、1.6g 2-十一烷基咪唑加入1500g溶剂丙酮中，温度设定为55℃，搅拌状态下反应14h。
33.将所得产物料液旋蒸除去溶剂，将剩余固体产物50℃干燥2小时，得到磷氮阻燃剂，产率约98.1％，其结构式如图3所示。
34.从图4中可知：相对于原料含磷化合物dopo，含磷化合物dopo的2384cm-1p-h特征峰完全消失，1660cm-1酰胺c＝o特征峰和1511cm-1酰胺n-h特征峰明显，说明反应合成得到实施例2产物。
35.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种磷氮阻燃剂，其特征在于：由下述原料制成：异氰酸酯、含磷化合物dopo、溶剂、催化剂。2.根据权利要求1所述的一种磷氮阻燃剂，其特征在于：所述的异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯和多异氰酸酯。3.根据权利要求1所述的一种磷氮阻燃剂，其特征在于：所述的含磷化合物dopo中的活泼氢和异氰酸酯中的异氰酸酯基的摩尔比为1:0.1～5。4.根据权利要求3所述的一种磷氮阻燃剂，其特征在于：所述的含磷化合物dopo中的活泼氢和异氰酸酯中的异氰酸酯基的摩尔比为1:0.5～3。5.根据权利要求1所述的一种磷氮阻燃剂，其特征在于：所述的溶剂包括苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、环己酮、二氯甲烷、三氯甲烷和石油醚中的一种或几种，溶剂中加入催化剂，催化剂为咪唑类催化剂。6.根据权利要求1所述的一种磷氮阻燃剂，其特征在于：所述的含磷化合物dopo和异氰酸酯的总质量与催化剂的质量比为1:0.001～0.03，含磷化合物dopo和异氰酸酯的总质量与溶剂的质量比为1：1～10。7.根据权利要求6所述的一种磷氮阻燃剂，其特征在于：所述的含磷化合物dopo和异氰酸酯的总质量与催化剂的质量比为1:0.005～0.015，含磷化合物dopo和异氰酸酯的总质量与溶剂的质量比为1：2～5。8.一种磷氮阻燃剂的制备方法，其特征在于：包括将异氰酸酯、含磷化合物dopo、溶剂和催化剂混合进行加成反应，加成反应完成后将所得产物料液进行后处理，后处理包括以下步骤：将所得产物料液旋蒸除去溶剂，将剩余固体产物干燥，得到磷氮阻燃剂。9.根据权利要求8所述的一种磷氮阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述的加成反应的温度为30℃～150℃，时间为2h～24h。10.根据权利要求9所述的一种磷氮阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述的加成反应的温度为50℃～120℃，时间为5h～18h。

技术总结
本发明公开了一种磷氮阻燃剂及其制备方法，磷氮阻燃剂由下述原料制成：异氰酸酯、含磷化合物DOPO、溶剂、催化剂；异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯和多异氰酸酯；溶剂包括苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、环己酮、二氯甲烷、三氯甲烷和石油醚中的一种或几种，溶剂中加入催化剂，催化剂为咪唑类催化剂。本发明磷氮阻燃剂具有低烟、低毒、高效、热稳定性好、与聚合物基材相容性好、耐迁移挥发、阻燃效果持久等优点；本发明提供的制备方法通过一步加成反应即可制备得到磷氮阻燃剂，工艺步骤简单，容易操作，适合大范围推广。适合大范围推广。适合大范围推广。


技术研发人员：邵飞 王静 李勇
受保护的技术使用者：洛阳赛图新材料科技有限公司
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2022/2/18