一种新型阻燃剂及其制备方法和应用

本发明涉及阻燃剂制备，尤其涉及一种新型阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚乙烯(pe)是一种重要的商品塑料，由于其优异的性能和较低的成本，在建筑、交通、电气等领域得到了广泛的应用。然而，pe极易被点燃，限制了其在某些领域的广泛应用。通过向pe中加入阻燃剂，如金属氢氧化物、有机磷系阻燃剂、氮系阻燃剂等，是提高pe阻燃性能的主要技术手段。其中，金属氢氧化物作为一种性价比高、环境友好型阻燃剂被广泛应用。目前应用最广泛的金属氢氧化物阻燃剂包括氢氧化镁(mh)和氢氧化铝(ath)，但这两种材料阻燃效率相对较低，需要大量添加(60％以上)。而含卤阻燃剂(hfrs)是一类典型的阻燃剂，主要通过捕捉燃烧自由基在气相中发挥作用，对几乎所有的高分子材料都具有较高的普适性。然而，由于含卤阻燃剂的环境问题和毒性hfrs逐渐被禁止。因此，提供一种阻燃性能好且毒性低、环保效果优异的阻燃剂，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型阻燃剂及其制备方法和应用，本发明提供的新型阻燃剂在高温下无毒性，环保效果好，且新型阻燃剂加入到pe中后，pe复合材料的抗氧化性能优异，且新型阻燃剂对pe的力学性能影响较小。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种新型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将亚磷酸、乙二胺、甲醛溶液和水混合后进行曼式反应，得到乙二胺四亚甲基膦酸混合溶液；

5、(2)将所述步骤(1)得到的乙二胺四亚甲基膦酸混合溶液的ph值调节至3.5～6，然后加入异丙醇铝进行配位反应，得到新型阻燃剂。

6、优选地，所述步骤(1)中甲醛溶液的质量浓度为30～40％。

7、优选地，所述步骤(1)中乙二胺、亚磷酸和甲醛溶液中甲醛的摩尔比为1：(4～6)：(4～6)。

8、优选地，所述步骤(1)中曼式反应的温度为90～100℃，曼式反应的时间为1～2h。

9、优选地，所述步骤(1)中ph值调节的方法为加入氢氧化钠或氢氧化钾。

10、优选地，所述步骤(1)中乙二胺和步骤(2)中异丙醇铝的摩尔比为1：(0.5～1.5)。

11、优选地，所述步骤(2)中配位反应的温度为90～100℃，配位反应的时间为1～5h。

12、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的新型阻燃剂。

13、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的新型阻燃剂或上述技术方案所述新型阻燃剂在pe复合材料中的应用。

14、优选地，所述pe复合材料由pe和新型阻燃剂组成，pe复合材料中新型阻燃剂的质量百分含量为15～30％。

15、本发明提供了一种新型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将亚磷酸、乙二胺、甲醛溶液和水混合后进行曼式反应，得到乙二胺四亚甲基膦酸混合溶液；(2)将所述步骤(1)得到的乙二胺四亚甲基膦酸混合溶液的ph值调节至3.5～6，然后加入异丙醇铝进行配位反应，得到新型阻燃剂。本发明制备的新型阻燃剂为乙二胺四亚甲基膦酸铝，新型阻燃剂在高温下热分解生成氮气和氧化铝，氮气稀释氧气浓度，可以起到阻止燃烧的效果，而氧化铝附着在聚乙烯表面，氧化铝的不可燃性阻碍聚乙烯的继续燃烧；同时新型阻燃剂中的磷则产生po·、po2·和hpo2·等自由基与聚乙烯热分解产生的h·和oh·自由基结合进一步提高阻燃效果，并且生成磷酸从而催化聚乙烯碳化，进一步阻止燃烧；新型阻燃剂在分解过程中没有生成任何有毒气体，具有很好的环保效果。实施例的结果显示，当pe复合材料中新型阻燃剂的质量百分含量为20％时，pe复合材料通过ul-94v-0测试时氧指数达到29％，且新型阻燃剂对pe力学性能影响小。

技术特征：

1.一种新型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中甲醛溶液的质量浓度为30～40％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中乙二胺、亚磷酸和甲醛溶液中甲醛的摩尔比为1：(4～6)：(4～6)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中曼式反应的温度为90～100℃，曼式反应的时间为1～2h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中ph值调节的方法为加入氢氧化钠或氢氧化钾。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中乙二胺和步骤(2)中异丙醇铝的摩尔比为1：(0.5～1.5)。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中配位反应的温度为90～100℃，配位反应的时间为1～5h。

8.权利要求1～7任意一项所述制备方法制备得到的新型阻燃剂。

9.权利要求1～7任意一项所述制备方法制备得到的新型阻燃剂或权利要求8所述新型阻燃剂在pe复合材料中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述pe复合材料由pe和新型阻燃剂组成，pe复合材料中新型阻燃剂的质量百分含量为15～30％。

技术总结
本发明提供了一种新型阻燃剂及其制备方法和应用，属阻燃剂制备技术领域。本发明提供的新型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：将亚磷酸、乙二胺、甲醛溶液和水混合后进行曼式反应，得到乙二胺四亚甲基膦酸混合溶液；将乙二胺四亚甲基膦酸混合溶液的pH值调节至3.5～6，然后加入异丙醇铝进行配位反应，得到新型阻燃剂。本发明制备的新型阻燃剂在高温下热分解生成氮气和氧化铝，氮气稀释氧气浓度，可以起到阻止燃烧的效果，而氧化铝附着在聚乙烯表面，氧化铝的不可燃性阻碍聚乙烯的继续燃烧；同时新型阻燃剂中的磷受热产生的自由基与聚乙烯热分解产生的自由基结合达到阻燃效果，并且生成磷酸从而催化聚乙烯碳化，进一步阻止燃烧。

技术研发人员：崔文广,张栋科,高岩磊,杨启航,赵海洋
受保护的技术使用者：石家庄学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15