一种阻燃剂及其制备方法、聚碳酸酯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种阻燃剂及其制备方法、聚碳酸酯复合材料及其制备方法。本发明专利技术提供了一种阻燃剂，所述阻燃剂为1,3,5,7‑对四苯磺酰胺金刚烷。本发明专利技术阻燃剂以金刚烷为核心，为阻燃剂分子提供良好的脂溶性、稳定性；阻燃剂的四桥头取代可以提高阻燃元素的含量，硫元素分解产生的SO2可以促进PC交联，在凝聚相发挥作用，氮元素分解产生的不燃气体在气相中稀释隔绝氧气，形成凝聚相和气相同时阻燃的工作机制，使得阻燃剂阻燃效率高；同时，阻燃剂的氨基的极性能增加了阻燃剂分子与PC的相容性。并且，本发明专利技术阻燃剂无需复配，添加于PC中改善阻燃性能时添加量少，对PC材料的力学性能影响小；与磺酸盐阻燃剂相比，该阻燃剂的吸湿性低。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃剂及其制备方法、聚碳酸酯复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，尤其涉及一种阻燃剂及其制备方法、聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
技术介绍
工程塑料依靠自身高强度、耐高温、抗腐蚀等性能，以及材料加工方便的优点，在某些应用方面可以替代金属材料，已经广泛应用于航空航天、电工电子、车辆工程、办公设备、节能建筑等行业，出现了以塑代钢、以塑代木的材料变革趋势。其中，聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)凭借其优异的性能已成为世界上使用量增长最快的工程塑料之一。然而在阻燃性能方面，虽然PC自身能达到防火级别UL-94的V-2级别且极限氧指数能达到26％，但依然无法满足其在某些应用领域的较高要求。因此开发高效且环保的无卤阻燃剂在突破PC材料的应用瓶颈上显得尤为重要。目前常用的无卤阻燃剂有氮系阻燃剂、磷系阻燃剂、硅系阻燃剂、磺酸盐阻燃剂等，将上述无卤阻燃剂添加到PC中，能够改善PC的阻燃性能。但是，氮系阻燃剂和磷系阻燃剂在PC中的添加量大，对PC材料本身的性能影响大；硅系阻燃剂成本高，一般需要复配使用；磺酸盐阻燃剂耐水性差，加工过程容易出现团聚现象。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种阻燃剂及其制备方法、聚碳酸酯复合材料及其制备方法，用于解决现有PC阻燃剂中，氮系阻燃剂和磷系阻燃剂在PC中的添加量大，对PC材料本身的性能影响大；硅系阻燃剂成本高，一般需要复配使用；磺酸盐阻燃剂耐水性差，加工过程容易出现团聚现象的问题。本专利技术的具体技术方案如下：一种阻燃剂，所述阻燃剂为1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷；所述1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷的结构式如式(I)所示；本专利技术还提供一种阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：将1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷与氨水进行第一反应，得到1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷；其中，所述1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷的结构式如式(I)所示；优选的，所述将1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷与氨水进行第一反应具体包括：将所述1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷溶于第一有机溶剂后加入氨水，在搅拌下进行第一反应。优选的，所述1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷按照以下方法制备得到：a)将卤代金刚烷与苯进行傅克烷基化反应，得到1,3,5,7-对四苯基金刚烷；b)将所述1,3,5,7-对四苯基金刚烷与氯磺酸进行第二反应，得到所述1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷。优选的，所述步骤a)具体包括：将所述卤代金刚烷、所述苯、促进剂和催化剂混合，进行傅克烷基化反应，得到1,3,5,7-对四苯基金刚烷。优选的，所述促进剂为叔丁基溴、异丁基溴和苄溴中的一种或多种；所述催化剂为无水三氯化铝、无水三氯化铁和无水氯化锌中的一种或多种。优选的，所述步骤b)具体包括：在冰浴条件下，在所述1,3,5,7-对四苯基金刚烷与第二有机溶剂的混合液中滴加氯磺酸，再升温至30℃～50℃，进行第二反应，得到1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷。本专利技术还提供一种聚碳酸酯复合材料，包括：聚碳酸酯和1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷；所述1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷的结构式如式(I)所示；优选的，以重量份计，所述聚碳酸酯99.7～99.95份，所述1，3，5,7-对四苯磺酰胺金刚烷0.05～0.3份。本专利技术还提供了一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括：将聚碳酸酯与1,3,5，7-对四苯磺酰胺金刚烷熔融共混，得到所述聚碳酸酯复合材料；所述1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷的结构式如式(I)所示；综上所述，本专利技术提供了一种阻燃剂，所述阻燃剂为1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷；所述1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷的结构式如式(I)所示。本专利技术阻燃剂以金刚烷为核心，为阻燃剂分子提供良好的脂溶性、稳定性；阻燃剂的四桥头取代可以提高阻燃元素的含量，为同时含有硫、氮两种阻燃元素的有机磺酰胺复合型阻燃剂，硫元素分解产生的SO2可以促进PC交联，在凝聚相发挥作用，氮元素分解产生的不燃气体在气相中稀释隔绝氧气，形成凝聚相和气相同时阻燃的工作机制，使得阻燃剂阻燃效率高；同时，阻燃剂的氨基的极性能增加了阻燃剂分子与PC的相容性。并且，本专利技术阻燃剂无需复配，自身包含硫、氮两种阻燃元素；引入了金刚烷的稳定刚性，脂溶性好，具有可多位取代的特点，阻燃元素含量高，硫元素和氮元素双元素阻燃能够使PC材料的阻燃性能得到有效提高，添加于PC中改善阻燃性能时添加量少，对PC材料的力学性能影响小；与磺酸盐阻燃剂相比，该阻燃剂的吸湿性低，不易出现团聚现象。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术阻燃剂的核磁氢谱图；图2为本专利技术阻燃剂的红外光谱图；图3为本专利技术实施例中聚碳酸酯复合材料2的扫描电子显微镜图；图4为本专利技术实施例中聚碳酸酯复合材料2中硫元素在扫描电子显微镜下的mapping图；图5为本专利技术对比例中聚碳酸酯复合材料5的扫描电子显微镜图；图6为本专利技术对比例中聚碳酸酯复合材料5中硫元素在扫描电子显微镜下的mapping图。具体实施方式本专利技术提供了一种阻燃剂及其制备方法、聚碳酸酯复合材料及其制备方法，用于解决现有PC阻燃剂中，氮系阻燃剂和磷系阻燃剂在PC中的添加量大，对PC材料本身的性能影响大；硅系阻燃剂成本高，一般需要复配使用；磺酸盐阻燃剂耐水性差，加工过程容易出现团聚现象的问题。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种阻燃剂，阻燃剂为1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷；1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷的结构式如式(I)所示；本专利技术阻燃剂以金刚烷为核心，为阻燃剂分子提供良好的脂溶性、稳定性；阻燃剂的四桥头取代可以提高阻燃元素的含量，为同时含有硫、氮两种阻燃元素的有机磺酰胺复合型阻燃剂，硫元素分解产生的SO2可以促进PC交联，在凝聚相发挥作用，氮元素分解产生的不燃气体在气相中稀释隔绝氧气，形成凝聚相和气相同时阻燃的工作机制，使得阻燃剂阻燃效率高；同时，阻燃剂的氨基的极性能增加了阻燃剂分子与PC的相容性。并且，本专利技术阻燃剂无需复配，自身包含硫、氮两种阻燃元素；引入了金刚烷的稳定刚性，脂溶性好，具有可多位取代的特点，阻燃元素含量高，硫元素和氮元素双元素阻燃能够使PC材料的阻燃性能得到有效提高，添加于PC中改善阻燃性能时添加量少，对PC材料的力学性能影响小；与磺酸盐阻燃剂相比，该阻燃剂的吸湿性低，不易出现团聚现象。由于磺酸盐阻燃剂作为盐类，具有很强的吸湿性能，导致阻燃剂的耐水性能较差，并且磺酸盐阻燃剂在PC材料中分散较差，容易发生团聚现象，影响阻燃剂对PC材料的阻燃性能。本专利技术阻燃剂为硫氮复合型阻燃剂，作为有机类阻燃剂，相比盐类具有一定的疏水性能，同时引入的氨基基团，能与PC材料中的酯基形成氢键，加强阻燃剂在PC材料中的相容性，更好的分散在PC基材之中，而含有的金刚烷核心作为非极性基团嵌入在PC材料分子链中，能起到一定的增塑作用。同时氮元素作为阻燃元素，能在气相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃剂，其特征在于，所述阻燃剂为1,3,5，7‑对四苯磺酰胺金刚烷；所述1，3，5，7‑对四苯磺酰胺金刚烷的结构式如式(I)所示；

【技术特征摘要】
1.一种阻燃剂，其特征在于，所述阻燃剂为1,3,5，7-对四苯磺酰胺金刚烷；所述1，3，5，7-对四苯磺酰胺金刚烷的结构式如式(I)所示；2.一种阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将1，3，5，7-对四苯磺酰氯金刚烷与氨水进行第一反应，得到1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷；其中，所述1,3,5,7-对四苯磺酰胺金刚烷的结构式如式(I)所示；3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷与氨水进行第一反应具体包括：将所述1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷溶于第一有机溶剂后加入氨水，在搅拌下进行第一反应。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷按照以下方法制备得到：a)将卤代金刚烷与苯进行傅克烷基化反应，得到1,3,5,7-对四苯基金刚烷；b)将所述1,3,5,7-对四苯基金刚烷与氯磺酸进行第二反应，得到所述1,3,5,7-对四苯磺酰氯金刚烷。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)具体包括：将所述卤代金刚烷、所述苯、促进剂和催化剂混合，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建维，杨航锋，崔亦华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44