一种螺环膨胀阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种螺环膨胀阻燃剂及其制备方法，属于含磷阻燃剂技术领域。分子式为C23H22O6N4P2，结构式是：

A screw ring intumescent flame retardant and its preparation method

The invention relates to a screw ring expansion flame retardant and a preparation method thereof, belonging to the technical field of phosphorus containing flame retardant. The molecular formula is C23H22O6N4P2, and the structural formula is:

【技术实现步骤摘要】
一种螺环膨胀阻燃剂及其制备方法
本专利技术涉及一种螺环膨胀阻燃剂及其制备方法，属于含磷阻燃剂

技术介绍
21世纪，高分子材料因其质量轻、成本低、性能高的特点受到广泛关注，以塑代钢是发展趋势。然而，高分子材料与生俱来的易燃特性，也带来了巨大的火灾隐患，所造成的巨额经济损失和人员伤亡，也时刻提醒着人们高分子材料阻燃化处理的必要性，而向其中添加阻燃剂，是提高阻燃性能的最有效手段之一。卤素阻燃剂虽然阻燃效率高，应用技术成熟，成本适中，但近年来人们对环保要求的日趋严格，卤素阻燃剂对生态环境和人体健康的影响成为关注的焦点。其燃烧放出大量的腐蚀性的有毒气体，会严重腐蚀电子电器系统，并且会危害人体健康甚至生命安全。因此，阻燃剂的无卤化是当前阻燃领域的重要发展方向之一。中国专利申请公开号CN102516304A公开了一类具有阻燃性能的磷杂螺环化合物及其制备在环氧树脂中的应用。但其所制备的阻燃剂熔点均在260℃以上，添加至环氧树脂中时存在与基体相容性不佳的问题，影响阻燃效率。中国专利申请公开号CN104725665B专利技术专利所报道的阻燃剂添加到环氧树脂中，其添加量为10％时，UL-94垂直燃烧测试才达到V-0级，阻燃效率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有膨胀阻燃剂存在的熔点高、与基体相容性不佳以及添加量大的问题，而提供一种具有新结构的螺环膨胀阻燃剂及其制备方法。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种螺环膨胀阻燃剂，分子式为C23H22O6N4P2，结构式是：一种螺环膨胀阻燃剂的制备方法，具体步骤如下：步骤一、在氮气的保护下，将季戊四醇和刚蒸馏过的三氯氧磷加入至溶剂A中，先在室温下混合至体系稳定后，缓慢升温至一定温度，搅拌反应至无氯化氢气体放出，用二氯甲烷、三氯甲烷或丙酮对产物进行洗涤，抽滤，再于真空烘箱中85℃下干燥12h，得中间体螺环磷酸酯二酰氯。步骤二、在氮气的保护下，将2-苯基咪唑加入到溶剂B中，搅拌至澄清透明，再加入步骤一合成的中间体螺环磷酸酯二酰氯，搅拌至体系混合均匀后，加入缚酸剂，在40～80℃搅拌回流2～10小时，反应结束后，用三氯甲烷洗涤，抽滤，50℃真空干燥6h，得到微黄色粉状固体，即得到螺环膨胀阻燃剂。步骤一所述的季戊四醇和三氯氧磷的摩尔比为1：(3～7)；步骤一所述的溶剂A为无水乙腈或甲苯；步骤一所述的一定温度对应溶剂A，分别为80℃、105℃；步骤二所述的溶剂B包括四氢呋喃、丙酮。步骤二所述的螺环磷酸酯二酰氯与2-苯基咪唑的摩尔比为1：(2～3)；步骤二所述的缚酸剂包括三乙胺、氯化铈、无水碳酸钾和吡啶；缚酸剂与螺环磷酸酯二酰氯的摩尔比为2:1；有益效果1、本专利技术提供的一种螺环膨胀阻燃剂，熔点低(138℃)、与基体相容性好，阻燃效率高，在环氧树脂中，添加量为5％时，极限氧指数达到29.0％；垂直燃烧测试等级可达UL-94V-0级别。2、本专利技术提供的一种螺环膨胀阻燃剂的制备方法简单，反应条件易控制，阻燃剂产率高。3、本专利技术提供的一种螺环膨胀阻燃剂适合放大生产，可实现产业化。具体实施方式以下结合本专利技术实验结果给出实施例以对本专利技术作进一步说明实施例1：一种螺环膨胀阻燃剂，分子式为C23H22O6N4P2，结构式是：一种螺环膨胀阻燃剂的制备方法，具体步骤如下：称取20.4g(0.15mol)季戊四醇于500mL四口烧瓶中，并加入69.3g(0.45mol)刚蒸馏过的三氯氧磷及80mL无水乙腈，连接好温度计、机械搅拌器、冷凝管和尾气吸收装置。在氮气氛围下，先在室温下混合至体系稳定后，缓慢升温至80℃，反应至无HCl气体放出为止(反应结束)。冷却至室温，将得到的沉淀物抽滤，用二氯甲烷或三氯甲烷洗涤数次，85℃真空干燥12h，得到白色粉末状固体中间体41.8g，即为螺环磷酸酯二酰氯，产率为93.6％。将螺环磷酸酯二酰氯与2-苯基咪唑按1:2.2的摩尔比，称取2-苯基咪唑17.3g(0.12mol)，加入至带有温度计、机械搅拌器、冷凝管和尾气吸收装置的500mL的四口烧瓶中，在氮气的氛围下，于100mL的四氢呋喃中搅拌至澄清透明，再加入14.9g(0.05mol)的螺环磷酸酯二酰氯，搅拌至体系混合均匀后，加入14mL(0.1mol)的三乙胺，50℃预反应1h，再缓慢升温至65℃，搅拌6h反应结束，将反应得到的沉淀物进行抽滤，并用三氯甲烷洗涤，真空烘箱50℃干燥6h，干燥后得微黄色固体23.8g,产率93.1％。将本实施例中的阻燃剂应用于双酚A型环氧树脂(E-44)中，4,4'-二氨基二苯甲烷作为固化剂，制备阻燃环氧树脂。当阻燃剂添加量为5％时，极限氧指数可达29.0％，垂直燃烧等级可达UL-94V-0级，满足工业阻燃环氧树脂的应用要求。实施例2：一种螺环膨胀阻燃剂，分子式为C23H22O6N4P2，结构式是：一种螺环膨胀阻燃剂的制备方法，具体步骤如下：称取40.8g(0.3mol)季戊四醇于500mL四口烧瓶中，并加入184.8g(1.2mol)刚蒸馏过的三氯氧磷及200mL甲苯，连接好温度计、机械搅拌器、冷凝管和尾气吸收装置。在氮气氛围下，先在室温下混合至体系稳定后，缓慢升温至105℃，反应至无HCl气体放出为止(反应结束)。冷却至室温，将得到的沉淀物抽滤，用二氯甲烷或三氯甲烷洗涤数次，85℃真空干燥12h，得到白色粉末状固体83.9g，即为螺环磷酸酯二酰氯，产率为93.8％。将螺环磷酸酯二酰氯与2-苯基咪唑按1:2.4的摩尔比，称取2-苯基咪唑69.2g(0.48mol)，加入至带有温度计、机械搅拌器、冷凝管和尾气吸收装置的500mL的四口烧瓶中，在氮气的氛围下，于200mL的四氢呋喃中搅拌至澄清透明，再加入29.8g(0.1mol)的螺环磷酸酯二酰氯，搅拌至体系混合均匀后，加入49.4g(0.2mol)的氯化铈，50℃预反应1h，再缓慢升温至65℃，搅拌8h反应结束，将反应得到的沉淀物进行抽滤，并用三氯甲烷洗涤，真空烘箱50℃干燥6h，干燥后得微黄色固体47.9g,产率93.5％。实施例3：一种螺环膨胀阻燃剂，分子式为C23H22O6N4P2，结构式是：一种螺环膨胀阻燃剂的制备方法，具体步骤如下：称取68g(0.5mol)季戊四醇于1000mL四口烧瓶中，并加入285g(2.5mol)刚蒸馏过的三氯氧磷及400mL甲苯，连接好温度计、机械搅拌器、冷凝管和尾气吸收装置。在氮气氛围下，先在室温下混合至体系稳定后，缓慢升温至90℃，反应至无HCl气体放出为止(反应结束)。冷却至室温，将得到的沉淀物抽滤，用二氯甲烷或三氯甲烷洗涤数次，85℃真空干燥12h，得到白色粉末状固体140.0g，即为螺环磷酸酯二酰氯，产率为94.0％。将螺环磷酸酯二酰氯与2-苯基咪唑按1:2.6的摩尔比，称取2-苯基咪唑75g(0.52mol)，加入至带有温度计、机械搅拌器、冷凝管和尾气吸收装置的1000mL的四口烧瓶中，在氮气的氛围下，于400mL的丙酮中搅拌至澄清透明，再加入59.6g(0.2mol)的螺环磷酸酯二酰氯，搅拌至体系混合均匀后，加入55.2g(0.4mol)的无水碳酸钾，40℃预反应1h，再缓慢升温至55℃，搅拌10h反应结束，将反应得到的沉淀物进行抽滤，并用三氯甲烷洗涤，真空烘箱50℃干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺环膨胀阻燃剂，其特征在于：分子式为C23H22O6N4P2，结构式是：

【技术特征摘要】
1.一种螺环膨胀阻燃剂，其特征在于：分子式为C23H22O6N4P2，结构式是：2.一种螺环膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、在氮气的保护下，将季戊四醇和刚蒸馏过的三氯氧磷加入至溶剂A中，先在室温下混合至体系稳定后，缓慢升温至一定温度，搅拌反应至无氯化氢气体放出，用二氯甲烷、三氯甲烷或丙酮对产物进行洗涤，抽滤，再于真空烘箱中85℃下干燥12h，得中间体螺环磷酸酯二酰氯；步骤二、在氮气的保护下，将2-苯基咪唑加入到溶剂B中，搅拌至澄清透明，再加入步骤一合成的中间体螺环磷酸酯二酰氯，搅拌至体系混合均匀后，加入缚酸剂，在40～80℃搅拌回流2～10小时，反应结束后，用三氯甲烷洗涤，抽滤，50℃真空干燥6h，得到微黄色粉状固体，即得到螺环膨胀阻燃剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王银杰，阮方，刘吉平，刘晓波，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11