本发明专利技术公开了式(I)所示的二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂及其制备方法，该聚合物的制备方法是：以苯酚、蒸馏水、缚酸剂Ⅰ、三聚氯氰和有机溶剂Ⅰ等为原料经化学反应制得中间体Ⅰ，将中间体Ⅰ与缚酸剂Ⅱ、氨水和有机溶剂Ⅱ等经化学反应制得中间体Ⅱ，再将中间体Ⅱ与原料Ⅰ、脱水剂、有机碱和有机溶剂Ⅲ等经化学反应即制得二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂。本发明专利技术所述的聚酰胺协效成炭剂为聚合型阻燃剂，可用作塑料等有机高分子材料的阻燃，可以有效提高体系的热稳定性和残炭量，促进基体降解交联成炭和致密炭层的形成，并减少烟量的释放。本发明专利技术制备方法简单，容易控制，产品易得，性能良好，实用性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机化合物及其制备和应用，涉及一种二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂及其制备方法和用途。本专利技术二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂是特别适用于塑料等有机高分子材料的阻燃剂。
技术介绍
随着经济发展和生活水平的提高，高分子材料在人类生活中的应用也极大的增加，这类材料极易燃烧，且燃烧时会释放出大量的有毒气体，容易使人窒息，妨碍救援工作的进行。如PE、PP、ABS等，它们在燃烧时均会放出有毒气体，且产生大量的黑烟，这不仅造成了财产的损失，同时也极大的威胁了人们的生命安全。因此，开发研究新型阻燃抑烟剂将变得尤为重要。膨胀型阻燃剂IFR(IntumescentFlameRetardant)是一种典型的含磷、含氮的无卤阻燃剂。用IFR阻燃的聚合物含有酸源、碳源和发泡源三种成分，燃烧时材料基体表面会形成均匀膨胀的炭层，该炭层拥有良好的隔热、隔氧和防止熔融滴落作用，能够较好的提高材料的阻燃性能，所以，制备高效的膨胀型阻燃成炭剂也将十分有意义。二茂铁是一种金属有机化合物，具有较好的消烟和促进成炭作用。在材料燃烧初期，二茂铁受热分解生成环戊二烯和铁，环戊二烯又可以进一步分解为有机小分子或者直接成炭。而在分解过程中，分解产生的铁及其氧化物不仅能够加速烟灰的氧化，同时也可以捕捉火焰中的自由基，从而终止链反应，另外，部分氧化物也会沉积在基体表面成核，使得烟灰绕核堆积，降低排出量。这样，二茂铁在材料中就会达到阻燃抑烟的效果。然而，在材料的制备中，二茂铁的含量又受到了限制，由于二茂铁具有一般含铁化合物的催化作用，导致其在大量存在时不仅没有阻燃效果，反而促进了材料的燃烧，这就使得二茂铁不能单独使用，且不能大量使用。三嗪类化合物是一类富含氮元素的氮系阻燃剂，它不仅是有效的发泡源，也可以促进成炭。该类化合物具有无卤、低毒和低烟等特点，在燃烧时会分解产生CO2、N2、NH3和H2O等不燃性气体，而这些不燃性气体又可以稀释聚合物受热分解产生的可燃性气体以及空气中的氧气，同时也能够在挥发过程中带走一部分热量，这就使得聚合物材料表面的能量降低，从而降低了燃烧的可能性。这类化合物单独用于聚合物材料中时效果并不好，通常与各种金属氧化物、金属盐和有机磷系化合物相结合，达到较好的协效阻燃作用。然而，这类阻燃剂添加量太大，且由于含炭量较少，使其自身单纯的成炭性能并不好。另外，这类阻燃剂在抑烟方面也没有起到显著的作用，导致其在应用上受到了很大的限制。为了更好的运用三嗪衍生物的阻燃性能和二茂铁衍生物的促进成炭以及抑烟性能，合成出一种既含有二茂铁、又含有三嗪环的聚合型成炭剂将变得十分有意义。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂及其制备方法和用途。本专利技术针对现有阻燃剂因从基体中迁移、吸湿等而导致阻燃性能下降的缺陷，提供一种同时含有二茂铁和三嗪环结构的聚酰胺阻燃剂，即二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂，该聚合物在避免以上缺陷的同时，也实现了高分子材料的阻燃；另外，它还解决了现有阻燃剂添加量大、抑烟效果差以及耐热性能低的问题。本专利技术提供的二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂的制备方法，操作简单，反应条件温和，反应时间短，产率高。本专利技术的内容是：一种二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂，其特征是该聚合物的化学结构通式为：式中：R1为-OR1′或-N(R1″)2，其中R1′为苯基或C1～C3的直链烷烃，R1″为C1～C3的直链烷烃；R2为-R2′CO-或-R2″-，其中R2′为C2～C3的直链烷烃结构，R2″为C0～C3的直链烷烃结构；聚合度n为4-20；该聚合物为黄色或红棕色固体粉末，不溶于水、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜和碱性溶液，微溶于四氢呋喃，可溶于二氯甲烷、氯仿等。本专利技术的另一内容是：二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂的制备方法，其特征是步骤如下：a、按R1-H1～1.2mol、蒸馏水5～10mol、缚酸剂Ⅰ1mol、三聚氯氰1mol、以原料R1-H的重量计5～9倍的有机溶剂Ⅰ(即：有机溶剂Ⅰ的重量为原料R1-H重量的5～9倍)的配料比取各组分原料；将原料R1-H、蒸馏水和缚酸剂Ⅰ加入到(以原料R1-H的重量计5～9倍的)有机溶剂Ⅰ中，降温至0～10℃时加入三聚氯氰，然后升高温度至20～35℃下反应30～50min，再降温至5～15℃，得反应后物料，加入以反应后物料体积计4～6倍的蒸馏水并(不断)搅拌，抽滤，用蒸馏水洗涤，然后将滤饼真空干燥(较好的是干燥温度为40～60℃、压力为86～96KPa、时间为4～6h)，即制得中间体Ⅰ，该中间体Ⅰ的化学结构式如下：所述原料R1-H为苯酚、甲醇、乙醇、丙醇、二甲胺、二乙胺、以及二丙胺中的任意一种；b、按中间体Ⅰ1mol、缚酸剂Ⅱ2mol、质量百分含量为25％的氨水2～3mol(指氨的摩尔量为2～3mol)、以中间体Ⅰ的重量计4～8倍的有机溶剂Ⅱ的配料比取中间体Ⅰ、缚酸剂Ⅱ、质量百分含量为25％的氨水和有机溶剂Ⅱ；将中间体Ⅰ和缚酸剂Ⅱ加入到以中间体Ⅰ的重量计4～8倍的有机溶剂Ⅱ中，(逐步)升温至20～50℃，然后滴加入质量百分含量为25％的氨水，滴毕再反应1～3h后升温至80～100℃反应4～10h，反应结束后冷却至室温、抽滤，用乙醇和蒸馏水洗涤，固体物经真空干燥(较好的是干燥温度为60～80℃、压力为86～96KPa、时间为4～5h)、研磨即制得中间体Ⅱ，该中间体Ⅱ的化学结构式如下：c、按原料Ⅰ1～1.2mmol、脱水剂2～2.5mmol、中间体Ⅱ1mmol、有机溶剂Ⅲ45～55mL、有机碱5～10mmol的配料比取原料Ⅰ、脱水剂、中间体Ⅱ、有机溶剂Ⅲ和有机碱；将原料Ⅰ、15～20mL的有机溶剂Ⅲ和脱水剂加入到反应容器中，加入有机碱，然后将中间体Ⅱ溶于余下的有机溶剂Ⅲ中，并(缓慢)滴加入反应容器中，滴毕再升温至40～60℃反应8～10h，反应结束后再加入以反应后物料体积计2～5倍的蒸馏水洗涤、抽滤，将滤饼经过柱(即柱层析法，洗脱液可以为乙酸乙酯、石油醚、氯仿、正己烷中的任意一种或任意两种溶剂的混合物)、重结晶(溶剂为氯仿、乙醇、水、甲醇中的任意一种)，即制得二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂，其化学结构通式为：所述原料Ⅰ为1,1'-二茂铁二甲酸、1,1'-二茂铁二乙酸、1,1'-二茂铁二丙酸、1,1'-二茂铁二丁酸、1,1'-二茂铁二(甲酰基乙酸)、以及1,1'-二茂铁二(甲酰基丙酸)中的任意一种。本专利技术的另一内容本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂，其特征是该聚合物的化学结构通式为：式中：R1为‑OR1′或‑N(R1″)2，其中R1′为苯基或C1～C3的直链烷烃，R1″为C1～C3的直链烷烃；R2为‑R2′CO‑或‑R2″‑，其中R2′为C2～C3的直链烷烃结构，R2″为C0～C3的直链烷烃结构；聚合度n为4‑20。
【技术特征摘要】
1.一种二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂，其特征是该聚合物的化学结构通
式为：
式中：R1为-OR1′或-N(R1″)2，其中R1′为苯基或C1～C3的直链烷烃，R1″为C1～C3的直
链烷烃；R2为-R2′CO-或-R2″-，其中R2′为C2～C3的直链烷烃结构，R2″为C0～C3的直链烷
烃结构；聚合度n为4-20。
2.按权利要求1所述二茂铁－三嗪环双基聚酰胺协效成炭剂的制备方法，其特征
是步骤如下：
a、按R1-H1～1.2mol、蒸馏水5～10mol、缚酸剂Ⅰ1mol、三聚氯氰1mol、
以原料R1-H的重量计5～9倍的有机溶剂Ⅰ的配料比取各组分原料；将原料R1-H、蒸馏
水和缚酸剂Ⅰ加入到有机溶剂Ⅰ中，降温至0～10℃时加入三聚氯氰，然后升高温度
至20～35℃下反应30～50min，再降温至5～15℃，得反应后物料，加入以反应后
物料体积计4～6倍的蒸馏水并搅拌，抽滤，用蒸馏水洗涤，然后将滤饼真空干燥，即
制得中间体Ⅰ，该中间体Ⅰ的化学结构式如下：
所述原料R1-H为苯酚、甲醇、乙醇、丙醇、二甲胺、二乙胺、以及二丙胺中的任
\t意一种；
b、按中间体Ⅰ1mol、缚酸剂Ⅱ2mol、质量百分含量为25％的氨水2～3mol、
以中间体Ⅰ的重量计4～8倍的有机溶剂Ⅱ的配料比取中间体Ⅰ、缚酸剂Ⅱ、质量百分
含量为25％的氨水和有机溶剂Ⅱ；将中间体Ⅰ和缚酸剂Ⅱ加入到有机溶剂Ⅱ中，升温至
20～50℃，然后滴加入质量百分含量为25％的氨水，滴毕再反应1～3h后升温至80～
100℃反应4～10h，反应结束后冷却至室温、抽滤，用乙醇和蒸馏水洗涤，固体物经
真空干燥、研磨即制得中间体Ⅱ，该中间体Ⅱ的化学结构式如下：
c、按原料Ⅰ1～1.2mmol、脱水剂2～2.5mmol、中间体Ⅱ1mmol、有机溶剂
Ⅲ45～55mL、有机碱5～10mmol的配料比取原料Ⅰ、脱水剂、中间体Ⅱ、有机溶剂
Ⅲ和有机碱；将原料Ⅰ、15～20mL的有机溶剂Ⅲ和脱水剂加入到反应容器中，加入有
机碱，然后将中间体Ⅱ溶于...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡小平，张全通，廖对军，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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