一种反应型磷氮元素阻燃剂及其制备方法

本发明属于磷氮阻燃剂领域，具体涉及一种反应型磷氮元素阻燃剂及其制备方法。

背景技术：

1、大部分的高分子材料都属于易燃材料，高分子材料燃烧会释放大量的有毒气体，对人民生命、财产安全带来极大的威胁，因此降低高分子材料的燃烧性能是目前的研究重点。目前，阻燃剂按照添加方式主要分为添加型和反应型两种，添加型阻燃剂主要代表为金属氢氧化物或其他无法与基体发生键和作用的阻燃剂，但要使基体阻燃性能最佳通常需要大量添加，导致材料的各项性能如：压缩强度、断裂伸长率等性能下降严重。而反应性阻燃剂可以则通过键和作用与基体相互连接来避免粒子对基体各项性能造成负面影响，在大量添加的情况下仍然可以保持良好的机械性能。而且由于起到阻燃能力的结构与分子链直接连接，不会出现因长时间使用而发生的阻燃剂迁移所造成的阻燃能力下降的问题，同时对于人体健康和环境问题影响也较小，目前已经成为一种解决阻燃问题的常见方法。

2、在各类化学成分不同的阻燃剂中，目前主要有卤素类阻燃剂和磷系阻燃剂等，由于溴系阻燃剂的含溴部分在燃烧后所产生的溴化氢气体对人体的眼睛和皮肤等部位有强烈刺激性，同时溴化物对环境会产生严重的负面影响，因此包括溴系阻燃剂在内的卤素型阻燃剂已经被大范围禁用。而磷系阻燃剂具有对在燃烧时不会产生卤化氢气体，环境负面影响小和燃烧时烟释放量小等优点，因此目前对于磷系阻燃剂的研究日渐深入。但某些磷系阻燃剂只在气相或凝聚相单一发挥阻燃作用，因此单一组分的磷系阻燃剂通常阻燃效率较低，导致极限氧指数等测试水平达不到理想的效果，而且不同结构的磷系阻燃剂阻燃效果相差很大。因此需要通过不同种类的阻燃剂通过复配的方式进行协同阻燃来提高阻燃剂的阻燃效率。目前常见的几种协同阻燃有硅-磷、磷-氮和不同种类阻燃剂之间协同阻燃。而当磷化合物和氮化合物在同一体系中时，氮化合物可以在气相中促进磷组分的氧化，释放出可以稀释可燃气体的n2和nh3等小分子。在凝聚相中磷化合物还可以减少炭层的质量损失，起到协同阻燃作用。因此，开发具有磷氮元素且反应型的阻燃剂具有非常重要的工业和社会价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种反应型磷氮元素阻燃剂，含有磷氮元素，实现了磷-氮协同阻燃的目的，同时，含有羟基官能团与基体树脂反应形成了化学键的连接，延迟阻燃剂随时间的迁移而导致阻燃性能的降低等问题，是一种理想的绿色环保阻燃剂。

2、本发明的目的通过如下技术方案实现：

3、一种反应型磷氮元素阻燃剂，其结构式如下：

4、

5、本发明还有一个目的是提供上述反应型磷氮元素阻燃剂的制备方法，具体步骤和条件如下：

6、将反应物一缩二丙二醇和n-甲基二乙醇胺、催化剂和有机溶剂置于反应釜中溶解，同时利用恒压滴液漏斗将苯基磷酰二氯滴入反应釜中，使用n2气氛进行保护进行脱hcl，冰浴反应11-14h，升温至65℃反应11-14h后过滤和减压蒸馏，得到的清澈棕黄色粘性液体为反应型磷氮元素阻燃剂。

7、作为本发明更优的技术方案，所述的有机溶剂为四氢呋喃。

8、作为本发明更优的技术方案，所述的四氢呋喃的用量为反应物质量的1.5倍。

9、作为本发明更优的技术方案，所述的催化剂为三乙胺。

10、作为本发明更优的技术方案，所述的三乙胺的用量为苯基磷酰二氯的2倍。

11、作为本发明更优的技术方案，所述的一缩二丙二醇和n-甲基二乙醇胺的摩尔比为1：1-1：6。

12、作为本发明更优的技术方案，所述的n-甲基二乙醇胺和苯基磷酰二氯的摩尔比为1：1。

13、作为本发明更优的技术方案，所述的一缩二丙二醇和n-甲基二乙醇胺的混合物和苯基磷酰二氯的摩尔比为2：1-7：6。

14、有益效果如下：

15、本发明采用一次性反应制备含磷氮元素的反应型阻燃剂，合成工艺简单，周期短，后处理容易，易于控制和工业化生产。

16、本发明制备的阻燃剂使用一缩二丙二醇、n-甲基二乙醇胺和苯基磷酰二氯制备得到，其同时含有磷氮阻燃元素，具有协同阻燃作用，并且通过调配一缩二丙二醇和n-甲基二乙醇胺的混合物和苯基磷酰二氯的摩尔比，制备了不同分子量和羟值的阻燃剂，应用于不同的高分子材料。

技术特征：

1.一种反应型磷氮元素阻燃剂，其特征如下，其结构式如下：

2.根据权利要求1所述的反应型磷氮元素阻燃剂的制备方法，其特征如下，所述的有机溶剂为四氢呋喃。

3.根据权利要求2所述的反应型磷氮元素阻燃剂的制备方法，其特征如下，所述的四氢呋喃的用量为反应物质量的1.5倍。

4.根据权利要求1所述的反应型磷氮元素阻燃剂的制备方法，其特征如下，所述的催化剂为三乙胺。

5.根据权利要求4所述的反应型磷氮元素阻燃剂的制备方法，其特征如下，所述的三乙胺的用量为苯基磷酰二氯的2倍。

6.根据权利要求1所述的反应型磷氮元素阻燃剂的制备方法，其特征如下，所述的一缩二丙二醇和n-甲基二乙醇胺的摩尔比为1：1-1：6。

7.根据权利要求1所述的反应型磷氮元素阻燃剂的制备方法，其特征如下，所述的n-甲基二乙醇胺和苯基磷酰二氯的摩尔比为1：1。

8.根据权利要求1所述的反应型磷氮元素阻燃剂的制备方法，其特征如下，所述的一缩二丙二醇和n-甲基二乙醇胺的混合物和苯基磷酰二氯的摩尔比为2：1-7：6。

技术总结本发明提供一种反应型磷氮元素阻燃剂及其制备方法，将反应物一缩二丙二醇和N‑甲基二乙醇胺、催化剂和有机溶剂置于反应釜中溶解，同时利用恒压滴液漏斗将苯基磷酰二氯滴入反应釜中，使用N<subgt;2</subgt;气氛进行保护进行脱HCl，冰浴反应11‑14h，升温至65℃反应11‑14h后过滤和减压蒸馏，得到的清澈棕黄色粘性液体为反应型磷氮元素阻燃剂，该阻燃剂具有良好的阻燃效果，并且合成工艺简单，易于控制和工业化生产。技术研发人员：徐新宇,王帅受保护的技术使用者：辽宁石油化工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18