含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂及其制备方法和应用技术

含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂及其制备方法和应用，涉及含磷反应型阻燃剂领域，尤其涉及一种含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂及其制备方法和应用。是要解决现有TPU的含磷阻燃剂存在热稳定性差、易迁移析出、与材料相容性差的问题。阻燃剂的制备方法：一、向聚四氟乙烯衬套中加入DOPO

【技术实现步骤摘要】
含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及含磷反应型阻燃剂领域，尤其涉及一种含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]热塑性聚氨酯弹性体(TPU)作为一种介于塑料和橡胶间的弹性体材料。由于其具有优异的力学性能，良好的耐磨性、耐介质性及耐化学腐蚀性等优点，使得TPU材料在航天航空、汽车制造、电线电缆、建筑建材等领域得到广泛的应用。但TPU材料易燃，且在燃烧过程中，产生大量的熔滴和浓烟，限制了其在大部分应用领域的应用。因此，在其应用过程中需进行必要的阻燃改性。
[0003]近年来，由于阻燃效率相对较高的卤系阻燃剂在热裂解或燃烧时会生成大量的浓烟和腐蚀性的有毒气体，如：多溴二苯并呋喃、二噁英等，基于环保和可持续发展的要求，一些含卤阻燃剂已被禁用，使得当前开发绿色无卤环保阻燃剂的呼声越来越高。
[0004]其中，有机磷系阻燃剂由于具有低烟、无毒等优点，被公认为可替代卤系阻燃剂的重要产品之一，展现了巨大的发展前景。目前，常用于TPU的磷系阻燃剂主要有芳基磷酸酯(BDP、RDP和TPP等)、聚磷酸盐(APP和MPP等)及烷基次磷酸盐，由于上述磷系阻燃剂在阻燃TPU过程中，存在热稳定性低、阻燃效率较低、易迁移析出、与聚合物的相容性差、导致材料力学性能显著降低、加工困难等系列问题，严重限制了阻燃TPU材料在某些特殊领域的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术是要解决现有TPU的含磷阻燃剂存在热稳定性差、易迁移析出、与材料相容性差的问题，提供一种含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂的结构式为：
[0007][0008]其中10≤n＜30。
[0009]上述含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂的合成方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一：将聚四氟乙烯衬套内抽真空后吹入高纯氮气，然后向聚四氟乙烯衬套中加入DOPO
‑
HQ和甲苯二异氰酸酯(TDI)，混合均匀后，将聚四氟乙烯衬套放入到水热反应釜中，再将水热反应釜置于高温干燥箱内，先在130
‑
170℃反应1
‑
3h，然后升高温度至180
‑
200℃再反应1
‑
3h，反应结束后，冷却至室温，取出反应釜中产物，粉碎，得到中间体；
[0011]所述DOPO
‑
HQ为10
‑
(2,5
‑
二羟基苯基)
‑
10
‑
氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物；
[0012]步骤二：将步骤一得到的中间体加入密炼机中，依次于180
‑
185℃、190
‑
195℃和200
‑
205℃下分别反应1
‑
3h，反应结束后，粉碎，得到为黄色固体粉末，即为阻燃剂。
[0013]进一步的，步骤一中DOPO
‑
HQ和甲苯二异氰酸酯的摩尔比是1:(1.05
‑
1.1)。
[0014]本专利技术含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂用于热塑性聚氨酯的阻燃。
[0015]进一步的，所述DOPO基反应型阻燃剂的添加量为热塑性聚氨酯的22wt％
‑
26wt％。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术合成了一种分子结构中含P
‑
C、P
‑
O及端异氰酸酯基的DOPO基反应型阻燃剂，该阻燃剂拥有与TPU基体相似的结构，且在加工过程中可与TPU分子链发生化学交联，在赋予TPU阻燃性能的同时，使得TPU复合材料获得了优异的力学、耐水、耐候性能。该产品为淡黄色的粉末，产率在98％以上。通过热重分析测试表明，DRFR阻燃剂的初始分解温度为270℃，800℃时的成炭量为25％以上，阻燃剂DRFR展现了优异的的热稳定性和成炭性能。
[0018]本专利技术DOPO基反应型阻燃剂的合成产率高，具有良好的应用前景。由于反应型阻燃剂与TPU具有相似的结构，与聚合物基体具有良好的相容性，其还与TPU的链段通过化学键连接，因此，其在材料中相容性较好、不易迁移析出，克服了传统的磷系阻燃剂耐水性差、热稳定性低及对材料力学性能影响较大等问题。将其用于阻燃热塑性聚氨酯时，当阻燃剂的添加量为26wt％时，热塑性聚氨酯的极限氧指数由19.0％提高至27.6％，垂直燃烧测试达到UL
‑
94V
‑
0级，此外，阻燃剂的引入有效地提高了TPU复合材料的力学性能，且耐水测试后，TPU复合材料仍然保持着其原始的阻燃性能，从而制备出综合性能优异的阻燃TPU复合材料。
[0019]与现有的磷系阻燃剂相比，本专利技术DOPO基反应型阻燃剂的合成过程无任何溶剂的引入，不需要任何催化剂，且后处理简单方便，不会给环境造成任何污染，为环境友好型反应。
附图说明
[0020]图1为实施例1合成的阻燃剂的热重分析曲线；
[0021]图2为实施例1步骤一得到的中间体产物的红外谱图；
[0022]图3为实施例1中反应物DOPO
‑
HQ和产物阻燃剂DRFR的红外谱图；
[0023]图4为实施例1合成产物阻燃剂DRFR的
13
C NMR谱图；
[0024]图5为实施例1合成产物阻燃剂DRFR的1H NMR谱图。
具体实施方式
[0025]本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的
任意组合。
[0026]具体实施方式一：本实施方式含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂的结构式为：
[0027][0028]其中10≤n＜30。
[0029]具体实施方式二：本实施方式含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂的合成方法，包括以下步骤：
[0030]步骤一：将聚四氟乙烯衬套内抽真空后吹入高纯氮气，然后向聚四氟乙烯衬套中加入DOPO
‑
HQ和甲苯二异氰酸酯(TDI)，混合均匀后，将聚四氟乙烯衬套放入到水热反应釜中，再将水热反应釜置于高温干燥箱内，先在130
‑
170℃反应1
‑
3h，然后升高温度至180
‑
200℃再反应1
‑
3h，反应结束后，冷却至室温，取出反应釜中产物，粉碎，得到中间体；
[0031]所述DOPO
‑
HQ为10
‑
(2,5
‑
二羟基苯基)
‑
10
‑
氢
‑9‑
氧杂
‑
10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂，其特征在于该阻燃剂的结构式为：其中10≤n＜30。2.如权利要求1所述的含端异氰酸酯基团的DOPO基反应型阻燃剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一：将聚四氟乙烯衬套内抽真空后吹入高纯氮气，然后向聚四氟乙烯衬套中加入DOPO
‑
HQ和甲苯二异氰酸酯，混合均匀后，将聚四氟乙烯衬套放入到水热反应釜中，再将水热反应釜置于高温干燥箱内，先在130
‑
170℃反应1
‑
3h，然后升高温度至180
‑
200℃再反应1
‑
3h，反应结束后，冷却至室温，取出反应釜中产物，粉碎，得到中间体；步骤二：将步骤一得到的中间体加入密炼机中，依次于180
‑
185℃、190
‑
195℃和200
‑
205℃下分别反应1
‑
3h，反应结束后，粉碎，得到为黄色固体粉末，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鲁斌，张文佳，徐悦，阎辰涛，单德鹏，王金龙，彭正，杨承刚，
申请(专利权)人：国网黑龙江省电力有限公司国网四川电力送变电建设有限公司，
类型：发明
国别省市：