一种高效磷系阻燃剂的制备方法技术

本发明专利技术公开一种高效磷系阻燃剂的制备方法，结合MXene二维材料的物理阻隔效应和催化成炭作用，隔绝聚合物材料与火焰区的热量和气体交换，通过化学共价接枝制备新型高效的磷系阻燃剂；本发明专利技术使用化学共价改性的方法，通过精细化设计调控接枝在MXene表面的阻燃剂分子结构及联接方式，将二维材料MXene与DPP进行分子层面复合，制备一种新型阻燃剂。制备一种新型阻燃剂。

【技术实现步骤摘要】
一种高效磷系阻燃剂的制备方法


[0001]本专利技术属于化学化工
，具体为一种阻燃性能和热稳定性能良好的高效磷系阻燃剂的制备方法。

技术介绍

[0002]随着化学工程和高分子科学的不断发展，高分子材料几乎无处不在，给现代社会带来了重大进步。不幸的是，大多数聚合物的固有易燃性使其在点燃后很容易引发火灾，从而导致无法弥补的生命、财产和文化损失。因此，具有消防性能的聚合物开始受到更多的重视和选择。
[0003]向聚合物基体中添加含卤素或含磷的小分子阻燃剂是目前提高防火安全性的最常用方法。这些阻燃剂会在聚合物分解温度之前提前分解释放含磷/卤素的自由基，从而有效捕获H
·
还有OH
·
发挥气相阻燃作用。但由于这些阻燃剂过早分解，阻燃聚合物的初始热分解温度(T
5％
)大大降低。同时，小分子的塑化效应也会导致聚合物的玻璃化转变温度(T
g
)降低。因此，这在本质上导致了阻燃性和耐热性之间不可避免的矛盾。值得注意的是，由于与大分子链的兼容性差，小分子阻燃剂不仅会破坏聚合物材料的机械性能，而且在长期使用过程中会逐渐迁移到周围环境中，导致阻燃耐久性差，并产生环境问题，即小分子阻燃剂存在生物累积和毒性。考虑到所有这些，环保和高性能的阻燃剂制备非常迫切。
[0004]与小分子相比，大分子阻燃剂具有热稳定性好、与聚合物相容性好、几乎无生物积累等优点，代表了聚合物添加剂的绿色发展方向之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种高效磷系阻燃剂的制备方法，高分子磷系阻燃并结合MXene二维材料的物理阻隔效应和催化成炭作用，隔绝聚合物材料与火焰区的热量和气体交换，通过化学共价接枝制备新型高效的磷系阻燃剂，将二维材料MXene与长链磷杂菲阻燃剂(DPP)进行分子层面复合，得到一种新型阻燃剂。
[0006]一种高效磷系阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物与硅烷偶联剂混合后，在氮气保护下升温至180
‑
220℃，剧烈搅拌条件下，反应6
‑
8h；
[0008](2)步骤(1)的反应物冷却至50
‑
60℃，再加入乙醇溶液A，搅拌反应30分钟，减压蒸馏后常温干燥，制得DOPO联接硅烷偶联剂中间体化合物；
[0009](3)MXene超声分散在二甲基亚砜中，磁力搅拌48h，离心收集沉积物，真空干燥箱内真空干燥得到预处理MXene粉末；
[0010](4)将DOPO联接硅烷偶联剂中间体化合物加入乙醇溶液B中，在50
‑
70℃的温度下以300rpm的速度搅拌1h得到A液；
[0011](5)将预处理MXene粉末置于乙醇溶液B中超声10
‑
30min，再加入乙醇溶液B，在氮气鼓泡下搅拌，用蠕动泵滴加A液，滴加完成后升温搅拌反应2
‑
4h，获得B液，B液离心后使用
乙醇溶液B洗涤3次，冷冻干燥获得高效磷系阻燃剂DPP
‑
MXene。
[0012]步骤(1)硅烷偶联剂是γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上的混合。
[0013]步骤(1)9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物与硅烷偶联剂的摩尔比为1:1
‑
1.5。
[0014]步骤(1)剧烈搅拌条件的转速为300r/min。
[0015]步骤(2)乙醇溶液A是乙醇和超纯水以质量比1:2混合得到，乙醇溶液A的加入量是反应物体积的1.5
‑
2倍。
[0016]步骤(2)减压蒸馏的温度为60
‑
70℃，压力为0.07Mpa。
[0017]步骤(3)MXene与二甲基亚砜的质量体积比g:mL为1:35
‑
1:40，超声分散时间为30
‑
60min；磁力搅拌转速为15rpm；离心转速为15000rpm，离心时间为120min；真空干燥温度为40
‑
60℃，时间为72
‑
96h。
[0018]步骤(4)乙醇溶液B是无水乙醇与超纯水以体积比9:1混合得到；DOPO联接硅烷偶联剂中间体化合物与乙醇溶液B的质量体积比g:mL为1:25
‑
1:30。
[0019]步骤(5)预处理MXene粉末与乙醇溶液B的质量体积比g:mL为1:50，两次乙醇溶液B的量相同；氮气鼓泡下进行搅拌的搅拌转速为200rpm，温度为25
‑
35℃。
[0020]步骤(5)滴加的A液中DOPO联接硅烷偶联剂中间体化合物与乙醇溶液B中的加入的预处理MXene粉末的质量比为1.8:1
‑
2:1。
[0021]步骤(5)升温搅拌反应温度为50
‑
60℃，搅拌转速为350rpm。
[0022]步骤(5)离心转速为8000rpm，时间为5
‑
10min。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术所制备的9,10
‑
二氢
‑9‑
氧
‑
10
‑
磷菲
‑
10
‑
氧化物(DOPO)衍生物DPP，在热解过程中可生成偏磷酸和聚偏磷酸等强脱水剂，可以在催化含碳化合物脱水形成稳定的炭层方面发挥出色的作用，其在高温下形成PO
·
、PO2
·
、HPO
·
等活性自由基，与气相中的HO
·
、H
·
和烷烃自由基反应，从而终止基材的链式反应，发挥气相阻燃作用，并且硅元素的引入，催化成炭效果有所加强；磷系阻燃剂结合MXene的物理阻隔效应和催化成炭作用，该阻燃剂具有良好的防火安全性。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备的阻燃剂DPP
‑
MXene的实物图；
[0026]图2为实施例1步骤(1)制备的DPP、原材料DOPO和硅烷偶联剂SCA的红外图；
[0027]图3为实施例1制备的阻燃剂DPP
‑
MXene和原材料MXene的红外图；
[0028]图4为实施例1制备的阻燃剂DPP
‑
MXene和MXene以及DPP的热失重曲线图。
具体实施方式
[0029]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，需要说明的是，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效磷系阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物与硅烷偶联剂混合后，在氮气保护下升温至180
‑
220℃，剧烈搅拌条件下，反应6
‑
8h；(2)步骤(1)的反应物冷却至50
‑
60℃，再加入乙醇溶液A，搅拌反应30分钟，减压蒸馏后常温干燥，制得DOPO联接硅烷偶联剂中间体化合物；(3)MXene超声分散在二甲基亚砜中，磁力搅拌48h，离心收集沉积物，真空干燥得到预处理MXene粉末；(4)将DOPO联接硅烷偶联剂中间体化合物加入乙醇溶液B中，在50
‑
70℃的温度下以300rpm的速度搅拌1h得到A液；(5)将预处理MXene粉末置于乙醇溶液B中超声10
‑
30min，再加入乙醇溶液B，在氮气鼓泡下搅拌，滴加A液，滴加完成后升温搅拌反应2
‑
4h，获得B液，B液离心后使用乙醇溶液B洗涤3次，冷冻干燥获得高效磷系阻燃剂。2.根据权利要求1所述高效磷系阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)硅烷偶联剂为γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上任意比例混合。3.根据权利要求1所述高效磷系阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物与硅烷偶联剂的摩尔比为1:1

【专利技术属性】
技术研发人员：冯东，刘琦，梅毅，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：