用于环保高针焰性能阻燃材料的成炭剂和阻燃剂、其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种成炭剂及其制备方法，所述方法包括将含氮化合物和含醛化合物以1:1

【技术实现步骤摘要】
用于环保高针焰性能阻燃材料的成炭剂和阻燃剂、其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及一种成炭剂及其制备方法，包含所述成炭剂的阻燃剂及其用途，包含所述阻燃剂的阻燃聚丙烯材料；更具体地涉及一种环保高针焰性能阻燃聚丙烯材料及其制备方法。采用包含本专利技术的成炭剂的高效阻燃剂制备得到的高针焰性能阻燃聚丙烯材料具有环保、高阻燃、高强度和易注塑成型等优点。

技术介绍

[0002]阻燃聚合物材料，如聚丙烯因其优良的阻燃性能、低比重、低成本和易注塑成型等优点被广泛应用于家用电器、汽车制造等领域，目前应用最多的阻燃体系为溴锑及磷氮溴体系，垂直燃烧可达到V0级，同时可满足常规针焰GBT 5169.5测试标准。
[0003]但随着国内产品出口海外的需求增加，部分海外尤其是欧洲客户对产品的环保和阻燃性能提出了更高的要求。环保因素限制了传统溴锑及磷氮溴阻燃体系在阻燃聚合物材料中的应用，出于环保、安全的要求，聚合物材料中越来越多地使用无卤膨胀型阻燃剂。包含传统无卤膨胀型阻燃剂的聚合物材料在满足环保要求的同时阻燃可达到垂直燃烧V0级，同时可通过常规针焰GBT 5169.5测试。但对于更高针焰阻燃等级要求的产品，传统的无卤膨胀型阻燃剂难以达到其相应的阻燃要求；通过大幅提升传统阻燃剂含量的方式虽然能满足高针焰阻燃性能，但材料的注塑性能和力学性能出现严重下降，已不具备实际使用效果。
[0004]因此，本领域迫切需要开发一种能满足高针焰阻燃性能要求，同时保持聚合物材料原有的注塑性能和力学性能的阻燃剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个方面提供了一种制备成炭剂的方法，所述方法包括：
[0006](1)将含氮化合物和含醛化合物以1:1
‑
3的摩尔比加入反应容器，加入碱性溶液将pH调节至8
‑
10进行反应；
[0007](2)用无机酸将pH调节至1
‑
2之后，加入有机酸进行反应；
[0008](3)将得到的反应产物洗涤、过滤干燥后得到成炭剂。
[0009]在本专利技术一个优选的实施方式中，所述含氮化合物为至少一种选自下组的化合物：三聚氰胺、乙二胺、乙醇胺和三聚氯氰。
[0010]在本专利技术一个优选的实施方式中，所述含醛化合物为至少一种选自下组的化合物：甲醛、乙醛、脂肪族含醛化合物、脂环族含醛化合物和芳香醛化合物。
[0011]在本专利技术一个优选的实施方式中，所述有机酸为具有至少一个羧酸基团和至少一个羟基的C2
‑
C10羧酸。优选地，所述有机酸为至少一种选自下组的化合物：柠檬酸、苹果酸、乳酸和水杨酸。
[0012]本专利技术的第二方面提供了一种采用上述方法制备得到的成炭剂。
[0013]本专利技术的第三方面提供了一种成炭剂，其包括如下式所示的由三聚氰胺、柠檬醛
和柠檬酸反应形成的交联结构：
[0014]其中所述成炭剂的重均分子量为30,000
‑
50,000。
[0015]本专利技术的第四方面提供了有机酸在制备所述成炭剂中的用途。
[0016]本专利技术的第五方面提供了一种阻燃剂，所述阻燃剂包含本专利技术所述的成炭剂和聚磷酸铵，所述成炭剂和聚磷酸铵的重量配比为(1
‑
3)：(1
‑
10)。
[0017]在本专利技术一个优选的实施方式中，所述成炭剂和聚磷酸铵的重量配比为1:(2
‑
4)。
[0018]在本专利技术一个优选的实施方式中，所述阻燃剂还包含苹果酸铁作为阻燃协效剂，所述阻燃协效剂与成炭剂和聚磷酸铵的总量的重量配比为(0.01
‑
1)：(15
‑
35)，优选(0.1
‑
0.8)：(15
‑
35)，最优选(0.1
‑
0.5):(20
‑
35)。
[0019]本专利技术的第六方面提供了苹果酸铁用作阻燃协效剂的用途。在本专利技术一个优选的实施方式中，苹果酸铁用作本专利技术所述阻燃剂的阻燃协效剂。
[0020]本专利技术的第七方面提供了所述阻燃剂与聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚酯、聚氨酯配合使用的用途。
[0021]本专利技术的第八方面提供了一种阻燃聚丙烯材料，所述聚丙烯材料包含：
[0022][0023]其中所述阻燃剂为本专利技术所述的阻燃剂，所述阻燃催化剂为苹果酸铁，其他助剂为抗氧剂、润滑剂或色母粒。
[0024]本专利技术的第九方面提供了一种采用阻燃聚丙烯材料制备得到的制品。
[0025]本专利技术的第十方面提供了一种阻燃聚丙烯材料的制备方法，所述方法包括将聚丙烯树脂、阻燃剂、任选的阻燃协效剂、任选的增韧剂、任选的相容剂和任选的其他助剂混合并挤出造粒。
[0026]本专利技术的第十一方面提供了根据本专利技术制备方法得到的成炭剂和苹果酸铁的组
合在改进阻燃聚丙烯材料的阻燃性能和机械性能方面的用途。
具体实施方式
[0027]本专利技术的专利技术人发现在将三聚氰胺羟甲基化后，三聚氰胺分子链长度增加且分子链末端富含活性的羟基，之后与富含羧基的有机酸发生酯化脱水反应，使得整个大分子链继续扩大，碳含量得到大幅提升，同时在阻燃协效剂的催化作用下，分子链末端之间的脱水交联反应使交联网络结构贯穿大分子链主体，最终聚合物的成炭率及炭层强度得到大幅提升，聚丙烯材料中仅需添加少量包含该成炭剂的阻燃剂即可大幅提升材料阻燃性能，并保持聚丙烯材料原有的注塑性能和力学性能。在此基础上完成了本专利技术。
[0028]以下对本专利技术的各方面进行详细描述：
[0029]成炭剂
[0030]在本专利技术所述的方法中，含氮化合物如三聚氰胺与含醛化合物反应之后将三聚氰胺羟甲基化后，进一步与有机酸反应，在分子链末端引入有机酸。具有至少一个羧酸基团和至少一个羟基的有机酸均可用于本专利技术。有机酸与羟甲基化后的化合物首先发生脱水交联反应形成酯类化合物，其次由于有机酸本身同时含有羟基和羧基两种活性官能团，大分子链末端基团之间会继续发生脱水交联反应，微观上表现为聚合物分子链末端互相缠结，形成互穿聚合物网络结构。
[0031]以三聚氰胺与柠檬醛反应之后进一步与柠檬酸反应为例，得到的聚合物网络结构具有如下式所示的交联结构：
[0032][0033]其中波浪线表示交联位置，即通过羧酸基团和羟基缩水反应形成的羰基为交联位置。如上所示的结构中羧酸基团COOH可以再与柠檬醛上的羟基OH脱水形成羰基，也可以与柠檬酸上的羟基OH脱水形成羰基，继续交联，形成网络结构。下示出该交联结构上的一个羧酸基团与柠檬醛上的羟基OH进一步脱水交联形成的结构：
[0034][0035]本领域技术人员可以理解该结构中的COOH可以进一步与反应体系中的OH脱水交联形成具有超高分子量的大分子结构的聚合物，该聚合物的重均分子量约为30,000
‑
50,000。
[0036]本专利技术采用这种方法制备得到的成炭剂为具有特殊大分子结构的聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备成炭剂的方法，所述方法包括：(1)将含氮化合物和含醛化合物以1:1
‑
3的摩尔比加入反应容器，将pH调节至8
‑
10进行反应；(2)用无机酸将pH调节至1
‑
2之后，加入有机酸进行反应；(3)将得到的反应产物洗涤、过滤干燥后得到成炭剂。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氮化合物为至少一种选自下组的化合物：三聚氰胺、乙二胺、乙醇胺和三聚氯氰；和/或所述含醛化合物为至少一种选自下组的化合物：脂肪族含醛化合物、脂环族含醛化合物和芳香醛化合物；和/或有机酸为具有至少一个羧酸基团和至少一个羟基的C2
‑
C10羧酸，优选至少一种选自下组的化合物：柠檬酸、苹果酸、乳酸和水杨酸。3.一种如权利要求1
‑
3中任一项所述方法制备得到的成炭剂。4.一种成炭剂，其包括如下式所示的通过三聚氰胺、柠檬醛和柠檬酸反应形成的交联结构：所述成炭剂的重均分子量为30,000
‑
50,000。5.有机酸在制备如权利要求3所述的成炭剂中的用途。6.一种阻燃剂，所述阻燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德权，邵景昌，张扬，葛雷雷，
申请(专利权)人：公牛集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：