CN102352036B - 三嗪系成炭-发泡剂的合成方法及以其为原料制成的阻燃聚合物复合材料 - Google Patents
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Abstract
三嗪系成炭-发泡剂的合成方法及以其为原料制成的阻燃聚合物复合材料，涉及一种成炭-发泡剂、其合成方法及以其为原料制成的阻燃聚合物复合材料。本发明要解决现有方法合成的成炭-发泡剂极性大，吸湿性强，加工过程中与聚合物的相容性较差，导致材料快速挤出时表面光滑度差的问题。三嗪系成炭-发泡剂的结构通式如图。方法：向三聚氯氰中加溶剂，滴加醇胺、烷基胺和缚酸剂，生成一取代物；生成二取代物；将二胺和缚酸剂加入，升高温度，抽滤、水洗、烘干得到三嗪系成炭-发泡剂。阻燃聚合物复合材料由热塑型树脂、无卤膨胀阻燃剂和加工助剂组成。提高三嗪系成炭-发泡剂与非极性聚合物的相容性，可以更好地分散在聚合物中，应用于阻燃领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种成炭-发泡剂、其合成方法及以其为原料制成的阻燃聚合物复合材料。
背景技术
聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)是应用最广、产量最大的两大通用塑料，因具有电绝缘性优良，无臭无毒，化学稳定性好，加工方便，密度小等特点，在汽车工业、家用电器、电子、电线电缆、包装和建筑建材等方面应用广泛。然而聚乙烯和聚丙烯的氧指数一般都在17％，极易燃烧，且燃烧时有熔滴。随着火灾安全问题日益得到社会的重视，对易燃高分子材料的阻燃要求不断提高。传统的卤系阻燃剂虽然阻燃效率高，但由于燃烧时释放出有毒气体，不符合人类对环境保护的要求。无机阻燃剂如氢氧化镁和氢氧化铝属于环境友好型阻燃剂，但由于其添加量大，与基材相容性差，对材料的力学性能影响大等原因，限制了其在聚合物阻燃中的应用。膨胀阻燃剂(IFR)是一种阻燃效率高、环境友好、对聚合物材料力学性能影响小的阻燃剂，已成为了目前阻燃领域研究的热点。
三嗪系衍生物是一大类富含叔氮结构的化合物，含叔氮结构的化合物已被证实具有优良的炭化效果。以三嗪衍生物为主的含氮化合物作为膨胀阻燃体系中的新型成炭剂，对于提高膨胀阻燃剂的阻燃作用具有显著的协同效应。三嗪系衍生物的主要特点是从起始物三聚氯氰出发，和含有不同基团的化合物反应，可以合成多种化合物，具有无卤、低毒、分解温度高、对材料的物理机械性能影响小、抗渗出以及阻燃效率高等优点。以三嗪系衍生物为主的含氮化合物作为IFR体系中的新型成炭剂，已经证明它对提高IFR的阻燃作用具有显著的协同效应，因此是目前IFR体系研究和开发的热点。
专利ZL200510010243.4和ZL200710071927.4中公开了采用三聚氯氰为起始原料合成三嗪系成炭-发泡剂的方法，用该法合成的成炭-发泡剂具有低烟低毒、阻燃效率高和环境友好等特点，但该成炭-发泡剂极性大，吸湿性强，加工过程中与聚合物的相容性较差，导致材料快速挤出时表面光滑度差。
发明内容
本发明是要解决现有方法合成的成炭-发泡剂极性大，吸湿性强，加工过程中与聚合物的相容性较差，导致材料快速挤出时表面光滑度差的问题，提供三嗪系成炭-发泡剂、其合成方法及以其为原料制成的阻燃聚合物复合材料。
本发明三嗪系成炭-发泡剂是由下述通式Ⅰ和Ⅱ表示的结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为0＜Ⅰ/Ⅱ≤1；R1＝Cn1H2n1+1，n1＝1～10；R2＝-NH(CH2)n2NH-、
其中n2＝2～6；R3＝Cn3H2n3，n3＝2～4；R4＝-NH(CH2)n2NH-、
其中n2＝2～6。
上述三嗪系成炭-发泡剂的合成方法，按以下步骤进行：一、以三聚氯氰为起始原料，以无机碱作为缚酸剂，将三聚氯氰加入反应容器中，向反应容器中加入溶剂，使三聚氯氰分散均匀，在-5～10℃的条件下向反应器滴加醇胺、烷基胺和缚酸剂，缚酸剂为逐滴加入，使溶液的pH值为5～8，反应2～4h后，第一步取代反应结束，生成三聚氯氰的一取代物2-羟烷胺基-4，6-二氯-1，3，5-三嗪和2-烷胺基-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，其中醇胺与烷基胺的物质的量比为1～50∶1；二、升高温度至30～50℃，然后逐滴加入二胺和缚酸剂，pH值控制在5～8，滴加完毕后反应温度升高至50～60℃，反应5～7h后，第二步取代反应结束，生成三聚氯氰的二取代物，其中一取代物和二胺物质的量的比为2∶1；三、然后同时加入二胺和缚酸剂，继续升高反应温度至100～107℃，在溶剂回流温度下反应6～8h，其中二取代物和二胺物质的量的比为2∶1，再经抽滤、水洗、烘干后即得到三嗪系成炭-发泡剂。
以上述三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料，按质量分数由68～80份的热塑型树脂、20～32份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的热塑型树脂为聚乙烯树脂或聚丙烯树脂；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和无卤阻燃协效剂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：
高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，无卤阻燃协效剂为硅树脂，其中无卤阻燃协效剂占无卤膨胀阻燃剂总质量的2％～9％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶1～7；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚烯烃蜡按重量比3∶7组成。
本发明合成具有含烷基三嗪系大分子成炭-发泡剂，通过向三嗪环上引入亲油性基团，使合成产物的吸湿性降低，从而提高了添加该三嗪系大分子成炭-发泡剂的聚合物的耐水性。同时，引入的新基团为非极性基团，能够提高该三嗪系大分子成炭-发泡剂与非极性聚合物如聚乙烯和聚丙烯等的相容性，因此在加工过程中可以更好地分散在聚合物中，克服了专利ZL200510010243.4和ZL200710071927.4中的膨胀阻燃聚丙烯不能用于快速挤出方式生产的缺点。
本发明以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料阻燃效果优秀，氧指数可达到28％～40％，垂直燃烧1.6mm可达到UL-94-V0级别。由于加入了三嗪系成炭-发泡剂，使其与现有膨胀阻燃聚合物复合材料相比耐水性高，相容性好，并且加工出的膨胀阻燃聚合物复合材料表面光滑度高，适用于快速挤出方式加工，应用范围更广。
具体实施方式
本发明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。
具体实施方式一：本实施方式三嗪系成炭-发泡剂是由下述通式Ⅰ和Ⅱ表示的结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为0＜Ⅰ/Ⅱ≤1；R1＝Cn1H2n1+1，n1＝1～10；R2＝-NH(CH2)n2NH-、其中n2＝2～6；R3＝Cn3H2n3，n3＝2～4；R4＝-NH(CH2)n2NH-、
其中n2＝2～6。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的三嗪系成炭-发泡剂的合成方法，按以下步骤进行：一、以三聚氯氰为起始原料，以无机碱作为缚酸剂，将三聚氯氰加入反应容器中，向反应容器中加入溶剂，使三聚氯氰分散均匀，在-5～10℃的条件下向反应器滴加醇胺、烷基胺和缚酸剂，缚酸剂为逐滴加入，使溶液的pH值为5～8，反应2～4h后，第一步取代反应结束，生成三聚氯氰的一取代物2-羟烷胺基-4，6-二氯-1，3，5-三嗪和2-烷胺基-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，其中醇胺与烷基胺的物质的量比为1～50∶1；二、升高温度至30～50℃，然后逐滴加入二胺和缚酸剂，pH值控制在5～8，滴加完毕后反应温度升高至50～60℃，反应5～7h后，第二步取代反应结束，生成三聚氯氰的二取代物，其中一取代物和二胺物质的量的比为2∶1；三、然后同时加入二胺和缚酸剂，继续升高反应温度至100～107℃，在溶剂回流温度下反应6～8h，其中二取代物和二胺物质的量的比为2∶1，再经抽滤、水洗、烘干后即得到三嗪系成炭-发泡剂。
本实施方式合成具有含烷基三嗪系大分子成炭-发泡剂，通过向三嗪环上引入亲油性基团，使合成产物的吸湿性降低，从而提高了添加该三嗪系大分子成炭-发泡剂的聚合物的耐水性。同时，引入的新基团为非极性基团，能够提高该三嗪系大分子成炭-发泡剂与非极性聚合物如聚乙烯和聚丙烯等的相容性，因此在加工过程中可以更好地分散在聚合物中，克服了专利ZL200510010243.4和ZL200710071927.4中的膨胀阻燃聚丙烯不能用于快速挤出方式生产的缺点。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中溶剂为丙酮、水或丙酮和水的混合物。其它与具体实施方式二相同。
本实施方式中当溶剂为混合物时，丙酮和水按任意比混合。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中醇胺的通式为NH2R1，其中R3＝Cn3H2n3，n3＝2～4。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中烷基胺的通式为NH2R1，其中R1＝Cn1H2n1+1，n1＝1～10。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中缚酸剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐，其中碱金属氢氧化物为NaOH或KOH，碱金属碳酸盐为Na2CO3或K2CO3，碱金属碳酸氢盐为NaHCO3或KHCO3。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中醇胺与烷基胺的物质的量比为5～40∶1。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中醇胺与烷基胺的物质的量比为10～30∶1。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中醇胺与烷基胺的物质的量比为20∶1。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中醇胺与烷基胺的物质的量比为3∶1。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤二中的二胺为NH2R2NH2、哌嗪、邻二胺甲基环戊烷或甲基环烷二胺中的任意一种，其中R2＝(CH2)n2，n2＝2～6。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤三中的二胺为NH2R2NH2、哌嗪、邻二胺甲基环戊烷或甲基环烷二胺中的任意一种，其中R2＝(CH2)n2，n2＝2～6。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：在装有回流冷凝器、温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的2000mL四口瓶中加入184.5g的三聚氯氰，然后加入300mL丙酮和300mL蒸馏水，将四口瓶放入冰水浴中，搅拌使三聚氯氰分散均匀，向四口瓶瓶中滴加30.5g乙醇胺和33.3g质量浓度为67.5％的乙胺水溶液组成的混合溶液，40g氢氧化钠加入100mL的蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加，控制滴加速度，使得pH值在6，反应温度控制在5℃，滴加时间为3小时。
滴加完毕后，向四口瓶中先滴加30g乙二胺，40g氢氧化钠用100mL蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗往四口瓶中滴加，把反应温度提高到50℃，控制滴加速度，使得溶液的pH值在7，滴加时间为4小时，在此温度下继续反应一段时间至溶液达中性。
将43g哌嗪和40g氢氧化钠一起加入到四口瓶中，提高反应温度，将丙酮分离回收。回流反应9小时后，反应结束。过滤、洗涤，在105℃下烘干，得到192.4g白色砂状的三嗪系成炭-发泡剂，产率为95.7％。通过FTIR和NMR测试分析，确定该产品结构。TGA的测试分析表明，该产品1％的热失重分解温度为280.7℃。
本实施方式三嗪系成炭-发泡剂是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
具体实施方式十四：在装有回流冷凝器、温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的2000mL四口瓶中加入184.5g的三聚氯氰，然后加入300mL丙酮和300mL蒸馏水，将四口瓶放入冰水浴中，搅拌使三聚氯氰分散均匀，向四口瓶中滴加50.8g乙醇胺和11.1g质量浓度为67.5％的乙胺水溶液组成的混合溶液，40g氢氧化钠加入100mL的蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加，控制滴加速度，使得pH值在6，反应温度控制在5℃，滴加时间为4小时。
滴加完毕后，向四口瓶中先滴加30g乙二胺，40g氢氧化钠用100ml蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗往四口瓶中滴加，把反应温度提高到40℃，控制滴加速度，使得溶液的pH值在7，滴加时间为3小时，在此温度下继续反应一段时间至溶液达中性。
将14.3g哌嗪、20.0g乙二胺和40g氢氧化钠一起加入到四口瓶中，提高反应温度，将丙酮分离回收。回流反应8小时后，反应结束。过滤、洗涤，在105℃下烘干，得到189.6g白色砂状的成炭-发泡剂，产率为96.0％。通过FTIR和NMR测试分析，确定该产品结构。TGA的测试分析表明，该产品1％的热失重分解温度为280.2℃。
本实施方式三嗪系成炭-发泡剂是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝0.2。
具体实施方式十五：在装有回流冷凝器、温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的2000mL四口瓶中加入184.5g的三聚氯氰，然后加入300mL丙酮和300mL蒸馏水，将四口瓶放入冰水浴中，搅拌使三聚氯氰分散均匀，向四口瓶瓶中滴加30.5g乙醇胺和29.5g丙胺混合溶液，40g氢氧化钠加入100mL的蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加，控制滴加速度，使得pH值在7，反应温度控制在8℃，滴加时间为4小时。
滴加完毕后，向四口瓶中先滴加30g乙二胺，40g氢氧化钠用100mL蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗往四口瓶中滴加，把反应温度提高到50℃，控制滴加速度，使得溶液的pH值在8，滴加时间为3小时，在此温度下继续反应一段时间至溶液达中性。
将43g哌嗪和40g氢氧化钠一起加入到四口瓶中，提高反应温度，将丙酮分离回收。回流反应8小时后，反应结束。过滤、洗涤，在105℃下烘干，得到196.2g白色砂状的三嗪系成炭-发泡剂，产率为94.3％。通过FTIR和NMR测试分析，确定该产品结构。TGA的测试分析表明，该产品1％的热失重分解温度为283.1℃。
本实施方式三嗪系成炭-发泡剂是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
具体实施方式十六：在装有回流冷凝器、温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的2000mL四口瓶中加入184.5g的三聚氯氰，然后加入300mL丙酮和300mL蒸馏水，将四口瓶放入冰水浴中，搅拌使三聚氯氰分散均匀，向四口瓶瓶中滴加30.5g乙醇胺和33.3g质量浓度为67.5％的乙胺水溶液组成的混合溶液，40g氢氧化钠加入100mL的蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加，控制滴加速度，使得pH值在6，反应温度控制在-1℃，滴加时间为2小时。
滴加完毕后，向四口瓶中先滴加44g丁二胺，40g氢氧化钠用100mL蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗往四口瓶中滴加，把反应温度提高到30℃，控制滴加速度，使得溶液的pH值在9，滴加时间为2小时，在此温度下继续反应一段时间至溶液达中性。
将43g哌嗪和40g氢氧化钠一起加入到四口瓶中，提高反应温度，将丙酮分离回收。回流反应10小时后，反应结束。过滤、洗涤，在105℃下烘干，得到202.7g白色砂状的三嗪系成炭-发泡剂，产率为94.3％。通过FTIR和NMR测试分析，确定该产品结构。TGA的测试分析表明，该产品1％的热失重分解温度为280.7℃。
本实施方式三嗪系成炭-发泡剂是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
具体实施方式十七：在装有回流冷凝器、温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的2000mL四口瓶中加入184.5g的三聚氯氰，然后加入300mL丙酮和300mL蒸馏水，将四口瓶放入冰水浴中，搅拌使三聚氯氰分散均匀，向四口瓶瓶中滴加30.5g乙醇胺和33.3g质量浓度为67.5％的乙胺水溶液组成的混合溶液，40g氢氧化钠加入100mL的蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加，控制滴加速度，使得pH值在5，反应温度控制在0℃，滴加时间为4小时。
滴加完毕后，向四口瓶中先滴加30g乙二胺，40g氢氧化钠用100mL蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗往四口瓶中滴加，把反应温度提高到60℃，控制滴加速度，使得溶液的pH值在6，滴加时间为2小时，在此温度下继续反应一段时间至溶液达中性。
将57g邻二胺甲基环戊烷和40g氢氧化钠一起加入到四口瓶中，提高反应温度，将丙酮分离回收。回流反应9小时后，反应结束。过滤、洗涤，在105℃下烘干，得到202.3g白色砂状的三嗪系成炭-发泡剂，产率为94.0％。通过FTIR和NMR测试分析，确定该产品结构。TGA的测试分析表明，该产品1％的热失重分解温度为276.3℃。
本实施方式三嗪系成炭-发泡剂是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
具体实施方式十八：在装有回流冷凝器、温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的2000mL四口瓶中加入184.5g的三聚氯氰，然后加入300mL丙酮和300mL蒸馏水，将四口瓶放入冰水浴中，搅拌使三聚氯氰分散均匀，向四口瓶瓶中滴加30.5g乙醇胺和33.3g质量浓度为67.5％的乙胺水溶液组成的混合溶液，40g氢氧化钠加入100mL的蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加，控制滴加速度，使得pH值在6，反应温度控制在5℃，滴加时间为3小时。
滴加完毕后，向四口瓶中先滴加30g乙二胺，40g氢氧化钠用100mL蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗往四口瓶中滴加，把反应温度提高到50℃，控制滴加速度，使得溶液的pH值在8，滴加时间为2小时，在此温度下继续反应一段时间至溶液达中性。
将57g甲基环戊二胺和40g氢氧化钠一起加入到四口瓶中，提高反应温度，将丙酮分离回收。回流反应10小时后，反应结束。过滤、洗涤，在105℃下烘干，得到220.9g白色砂状的三嗪系成炭-发泡剂，产率为92.4％。通过FTIR和NMR测试分析，确定该产品结构。TGA的测试分析表明，该产品1％的热失重分解温度为276.3℃。
本实施方式三嗪系成炭-发泡剂是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
具体实施方式十九：在装有回流冷凝器、温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的2000mL四口瓶中加入184.5g的三聚氯氰，然后加入300mL丙酮和300mL蒸馏水，将四口瓶放入冰水浴中，搅拌使三聚氯氰分散均匀，向四口瓶中滴加30.5g乙醇胺和33.3g质量浓度为67.5％的乙胺水溶液组成的混合溶液，40g氢氧化钠加入100mL的蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加，控制滴加速度，使得pH值在7，反应温度控制在0℃，滴加时间为4小时。
滴加完毕后，向四口瓶中先滴加57g邻二胺甲基环戊烷，40g氢氧化钠用100mL蒸馏水溶解后，用恒压滴液漏斗往四口瓶中滴加，把反应温度提高到45℃，控制滴加速度，使得溶液的pH值在9，滴加时间为4小时，在此温度下继续反应一段时间至溶液达中性。
将43g哌嗪和40g氢氧化钠一起加入到四口瓶中，提高反应温度，将丙酮分离回收。回流反应8小时后，反应结束。过滤、洗涤，在105℃下烘干，得到216.4g白色砂状的三嗪系成炭-发泡剂，产率为94.9％。通过FTIR和NMR测试分析，确定该产品结构。TGA的测试分析表明，该产品1％的热失重分解温度为272.8℃。
本实施方式三嗪系成炭-发泡剂是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
具体实施方式二十：以具体实施方式一所述的三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料，按质量分数由68～80份的热塑型树脂、20～32份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的热塑型树脂为聚乙烯树脂或聚丙烯树脂；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和无卤阻燃协效剂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：
高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，无卤阻燃协效剂为硅树脂，其中无卤阻燃协效剂占无卤膨胀阻燃剂总质量的2％～9％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶1～7；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚烯烃蜡按重量比3∶7组成。
本实施方式的阻燃聚合物复合材料的制备方法如下：将热塑型树脂、无卤膨胀阻燃剂和加工助剂放入高速混料机中混匀，然后采用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得粒料，双螺杆挤出机各区温度设置如下：机头190℃、1区150℃、2区170℃、3区185℃、4区190℃、5区190℃、熔体180℃，螺杆转速为：20MHz；将粒料在注塑机里进行注塑，即得到阻燃聚合物复合材料。
本实施方式以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料阻燃效果优秀，由于加入了三嗪系成炭-发泡剂，使其与现有膨胀阻燃聚合物复合材料相比耐水性高，相容性好，并且加工出的膨胀阻燃聚合物复合材料表面光滑度高，适用于快速挤出方式加工，应用范围更广。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式二十不同的是：阻燃聚合物复合材料按质量分数由70～78份的热塑型树脂、22～30份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成。其它与具体实施方式二十相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式二十或二十一不同的是：所述的聚烯烃蜡为聚乙烯蜡或聚丙烯蜡。其它与具体实施方式二十或二十一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式二十至二十二之一不同的是：无卤阻燃协效剂占无卤膨胀阻燃剂总质量的4％～7％。其它与具体实施方式二十至二十二之一相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式二十至二十二之一不同的是：无卤阻燃协效剂占无卤膨胀阻燃剂总质量的5％。其它与具体实施方式二十至二十二之一相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式二十至二十四之一不同的是：三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶3～5。其它与具体实施方式二十至二十四之一相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式二十至二十四之一不同的是：三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶4。其它与具体实施方式二十至二十四之一相同。
具体实施方式二十七：本实施方式以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料由78份的聚丙烯树脂(PP)、21份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵(APP)和硅树脂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：
高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，其中硅树脂占无卤膨胀阻燃剂总质量的4.7％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶4；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚丙烯蜡按重量比3∶7组成。
本实施方式中三嗪系成炭-发泡剂(M-CFA)是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
将本实施方式的阻燃聚丙烯复合材料按GB/T2406-1993《塑料燃烧性能试验方法——氧指数》测试氧指数、按GB/T16421-1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》测试拉伸强度，按GB/T2408-1996《塑料燃烧性能试验方法——水平法和垂直法》测试垂直燃烧、按GB/T16419-1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》测试弯曲强度，按GB/T16420-1996《塑料冲击性能小试样试验方法》测试悬臂梁缺口冲击强度。
经测试，本实施方式阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度为31.56MPa，弯曲强度为36.31MPa，冲击强度为3.52kJ·m-2，氧指数为33.8％，垂直燃烧1.6mm达到UL-94-V0级别。
由792g聚丙烯树脂和8g加工助剂制成的阻燃聚合物复合材料经测试，拉伸强度为33.01MPa，弯曲强度为38.23MPa，冲击强度为2.91kJ·m-2，氧指数为17.4％，垂直燃烧1.6mm没有达到级别。
具体实施方式二十八：本实施方式以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料由78份的聚丙烯树脂、21份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和硅树脂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：
高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，其中硅树脂占无卤膨胀阻燃剂总质量的4.7％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶4.5；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚丙烯蜡按重量比3∶7组成。
本实施方式中三嗪系成炭-发泡剂(M-CFA)是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
本实施方式阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度为30.39MPa，弯曲强度为36.87MPa，冲击强度为3.42kJ·m-2，氧指数为33.5％，垂直燃烧1.6mm达到UL-94-V0级别。
具体实施方式二十九：本实施方式以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料由79份的聚丙烯树脂、20份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和硅树脂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：
高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，其中硅树脂占无卤膨胀阻燃剂总质量的3％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶4；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚丙烯蜡按重量比3∶7组成。
本实施方式中三嗪系成炭-发泡剂(M-CFA)是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
本实施方式阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度为30.18MPa，弯曲强度为36.45MPa，冲击强度为3.57kJ·m-2，氧指数为33.2％，垂直燃烧1.6mm达到UL-94-V0级别。
具体实施方式三十：本实施方式以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料由72份的聚丙烯树脂、27份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和硅树脂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：
高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，其中硅树脂占无卤膨胀阻燃剂总质量的5％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶4；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚丙烯蜡按重量比3∶7组成。
本实施方式中三嗪系成炭-发泡剂(M-CFA)是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
本实施方式阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度为28.78MPa，弯曲强度为35.91MPa，冲击强度为4.03kJ·m-2，氧指数为35.2％，垂直燃烧1.6mm达到UL-94-V0级别。
具体实施方式三十一：本实施方式以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料由74份的聚丙烯树脂、25份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和硅树脂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，其中硅树脂占无卤膨胀阻燃剂总质量的5％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶4；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚丙烯蜡按重量比3∶7组成。
本实施方式中三嗪系成炭-发泡剂(M-CFA)是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
本实施方式阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度为29.31MPa，弯曲强度为36.12MPa，冲击强度为3.79kJ·m-2，氧指数为34.7％，垂直燃烧1.6mm达到UL-94-V0级别。
具体实施方式三十二：本实施方式以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料由69份的聚乙烯树脂、30份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和硅树脂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，其中硅树脂占无卤膨胀阻燃剂总质量的3.3％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶3；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚乙烯蜡按重量比3∶7组成。
本实施方式中三嗪系成炭-发泡剂(M-CFA)是由下述结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元Ⅰ和Ⅱ的摩尔比为Ⅰ/Ⅱ＝1。
将本实施方式的阻燃聚乙烯复合材料按GB/T2406-1993《塑料燃烧性能试验方法——氧指数》测试氧指数、按GB/T2408-1996《塑料燃烧性能试验方法——水平法和垂直法》测试垂直燃烧、按GB/T16421-1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》测试拉伸强度。
本实施方式阻燃聚乙烯复合材料的拉伸强度为8.33MPa，断裂伸长率为471.3％，无熔滴，氧指数为30.8％，垂直燃烧1.6mm达到UL-94-V0级别。
由792g聚乙烯树脂和8g加工助剂制成的阻燃聚合物复合材料经测试，拉伸强度为12.01MPa，断裂伸长率为975.5％，无熔滴，氧指数为17％，垂直燃烧1.6mm没有达到级别。
具体实施方式三十三：本实施方式以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料由69份的聚乙烯树脂、30份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和硅树脂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：
高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，其中硅树脂占无卤膨胀阻燃剂总质量的5％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶4；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚乙烯蜡按重量比3∶7组成。
本实施方式中三嗪系成炭-发泡剂(M-CFA)是由下述结构单元组成的无规共聚物；
本实施方式阻燃聚乙烯复合材料的拉伸强度为8.33MPa，断裂伸长率为466.8％，无熔滴，氧指数为30.2％，垂直燃烧1.6mm达到UL-94-V0级别。
具体实施方式三十四：本实施方式以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料由71份的聚乙烯树脂、28份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和硅树脂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的结构通式为：高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，其中硅树脂占无卤膨胀阻燃剂总质量的5％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶4；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚乙烯蜡按重量比3∶7组成。
本实施方式中三嗪系成炭-发泡剂(M-CFA)是由下述结构单元组成的无规共聚物；
本实施方式阻燃聚乙烯复合材料的拉伸强度为8.52MPa，断裂伸长率为471.4％，无熔滴，氧指数为32.7％，垂直燃烧1.6mm达到UL-94-V0级别。
Claims (8)
1.三嗪系成炭-发泡剂的合成方法，其特征在于该方法，按以下步骤进行：一、以三聚氯氰为起始原料，以无机碱作为缚酸剂，将三聚氯氰加入反应容器中，向反应容器中加入溶剂，使三聚氯氰分散均匀，在-5～10℃的条件下向反应器滴加醇胺、烷基胺和缚酸剂，缚酸剂为逐滴加入，使溶液的pH值为5～8，反应2～4h后，第一步取代反应结束，生成三聚氯氰的一取代物2-羟烷胺基-4，6-二氯-1，3，5-三嗪和2-烷胺基-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，其中醇胺与烷基胺的物质的量比为1～50∶1；二、升高温度至30～50℃，然后逐滴加入二胺和缚酸剂，pH值控制在5～8，滴加完毕后反应温度升高至50～60℃，反应5～7h后，第二步取代反应结束，生成三聚氯氰的二取代物，其中一取代物和二胺物质的量的比为2∶1；三、然后同时加入二胺和缚酸剂，继续升高反应温度至100～107℃，在溶剂回流温度下反应6～8h，其中二取代物和二胺物质的量的比为2∶1，再经抽滤、水洗、烘干后即得到三嗪系成炭-发泡剂；其中所述三嗪系成炭-发泡剂是由下述通式I和II表示的结构单元组成的无规共聚物；
其中上述结构单元I和II的摩尔比为0＜I/II≤1；R1＝Cn1H2n1+1，n1＝1～10；R2＝-NH(CH2)n2NH-、其中n2＝2～6；R3＝Cn3H2n3，n3＝2～4；R4＝-NH(CH2)n2NH-、
其中n2＝2～6。
2.根据权利要求1所述的三嗪系成炭-发泡剂的合成方法，其特征在于步骤一中烷基胺的通式为NH2R1，其中R1＝Cn1H2n1+1，n1＝1～10。
3.根据权利要求2所述的三嗪系成炭-发泡剂的合成方法，其特征在于步骤一中缚酸剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐，其中碱金属氢氧化物为NaOH或KOH，碱金属碳酸盐为Na2CO3或K2CO3，碱金属碳酸氢盐为NaHCO3或KHCO3。
4.根据权利要求3所述的三嗪系成炭-发泡剂的合成方法，其特征在于步骤一中醇胺与烷基胺的物质的量比为5～40∶1。
5.以权利要求1所述的合成方法制备的三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料，其特征在于该复合材料，按质量分数由68～80份的热塑型树脂、20～32份的无卤膨胀阻燃剂和1份的加工助剂组成；所述的热塑型树脂为聚乙烯树脂或聚丙烯树脂；所述的无卤膨胀阻燃剂由三嗪系成炭-发泡剂、聚磷酸铵和无卤阻燃协效剂组成，其中聚磷酸铵为高聚合度结晶II型聚磷酸铵，高聚合度结晶II型聚磷酸铵的结构通式为：
高聚合度结晶II型聚磷酸铵的聚合度1500≤n≤3000，无卤阻燃协效剂为硅树脂，其中无卤阻燃协效剂占无卤膨胀阻燃剂总质量的2％～9％，三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶1～7；所述的加工助剂由抗氧剂1076和聚烯烃蜡按重量比3∶7组成。
6.根据权利要求5所述的以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料，其特征在于所述的聚烯烃蜡为聚乙烯蜡或聚丙烯蜡。
7.根据权利要求5或6所述的以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料，其特征在于无卤阻燃协效剂占无卤膨胀阻燃剂总质量的4％～7％。
8.根据权利要求7所述的以三嗪系成炭-发泡剂为原料制成的阻燃聚合物复合材料，其特征在于三嗪系成炭-发泡剂与聚磷酸铵的重量比为1∶3～5。
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