CN105199096A - 氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的制备及其应用 - Google Patents

Abstract

一种氮磷结构型阻燃聚醚多元醇，其特征是：它是一种三聚氰胺和亚磷酸酯类改性的阻燃聚醚多元醇，具有如下结构式：

Description

氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的制备及其应用

技术领域

本发明涉及一种聚醚多元醇，具体地说是一种三聚氰胺和亚磷酸酯类改性的氮磷结构型阻燃聚醚多元醇及其在聚氨酯领域的应用。

背景技术

聚氨酯是指在分子结构中含有氨基甲酸酯链段(-NH-CO-O-)的聚合物，聚氨酯材料是目前世界上使用最广泛的高分子材料之一，具有良好的隔热、绝缘、高比强度、耐油、耐寒、耐潮湿以及尺寸稳定等性能而被广泛应用于国民经济众多领域。但是聚氨酯材料在空气中易燃，普通软质泡沫塑料的氧指数仅为17，并且燃烧时产生大量的烟尘和有毒气体。近年来，国外聚氨酯软质泡沫塑料阻燃技术受到了普遍的重视，美国、欧洲、日本等国家都颁布了相应的标准和文件，限制和禁止非阻燃聚氨酯泡沫塑料的使用。因此对聚氨酯泡沫的阻燃改性显得十分必要和迫切。

磷卤系阻燃剂是目前聚氨酯泡沫中使用最为广泛的阻燃剂，可是含卤素的阻燃剂受到Dioxin问题以及环保方面的其他压力，在欧洲某些国家已经被限制使用，逐渐向无卤阻燃剂发展。而含磷的阻燃剂虽然效率也比较高，但是燃烧时却会产生比较大的烟雾，产生大量腐蚀性和有毒的气体，而这也是火灾时致命的最主要的原因，因此在要求比较高的场合含磷的阻燃剂同样受到限制。作为另一类无卤阻燃体系磷氮系阻燃剂，具有良好的热稳定性，水溶性小，阻燃性能持久，毒性较低，同时因其阻燃元素间的增效和协同作用而具有良好的阻燃作用，是一类环保型阻燃剂，其制品在燃烧时，制品的表面形成一层均匀的炭质泡沫层，泡沫层起到隔热、隔氧、抑烟并能防止滴落的功效，符合当今阻燃剂低毒、少烟的趋势，被认为是今后阻燃剂发展的方向之一，成为近年来阻燃领域的热点。

从阻燃方式上分类，有添加型阻燃剂和结构型阻燃剂，结构型阻燃剂主要是在聚合或者缩聚过程中参加反应并且结合到聚合物的主链或者侧链上去的、起阻燃作用的一类阻燃剂，这类阻燃剂由于部分参与了反应，结合到了高分子链的结构当中，因此稳定性较好，不易迁移。引入阻燃元素的聚醚多元醇，在聚氨酯材料制备中参与反应，稳定的结合到聚氨酯基体中，保证了高阻燃聚氨酯泡沫塑料在工业中广泛的应用。

本发明提供了一种三聚氰胺和亚磷酸酯类改性的氮磷结构型阻燃聚醚多元醇，并将其应用于生产聚氨酯泡沫，获得了氧指数27-31、低发烟量的阻燃泡沫聚氨酯制品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三聚氰胺和亚磷酸酯类改性的氮磷结构型阻燃聚醚多元醇及其制备方法，以三聚氰胺、甲醛、亚磷酸二乙酯、聚醚多元醇为主要原料，通过原位聚合法，将三聚氰胺和亚磷酸二乙酯接枝到聚醚多元醇主链中，得到结构型阻燃聚醚多元醇，其对环境友好，工艺简单，重复稳定性好。由其制备的聚氨酯泡沫材料，阻燃性能好，氧指数高，低发烟量，符合当今世界对材料环保阻燃的要求。

本发明的技术方案如下：

一种氮磷结构型阻燃聚醚多元醇，它是一种三聚氰胺和亚磷酸酯类改性的阻燃聚醚多元醇，具有如下结构式：

上式中聚醚多元醇中的m＝3-46，其末端羟基可以被一个羟甲基三聚氰胺亚磷酸酯封端，也可以被二个或三个羟甲基三聚氰胺亚磷酸酯封端。

上式中聚醚多元醇中的m＝15-28。

一种制备上述的氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，它包括如下步骤：

步骤1：在三口烧瓶中按比例加入三聚氰胺固体、水甲醛和水，混合搅拌，加入碱性PH调节剂，调节PH到7-10，升温到70-100℃，反应1h-6h，得三聚氰胺羟甲基化溶液，所述的三聚氰胺与甲醛的用量摩尔比为1:2-3；

步骤2：在步骤1中得到的三聚氰胺羟甲基化溶液中，滴加亚磷酸酯类化合物，升温到40-70℃，反应2-5h，得氮磷羟甲基化溶液，所述亚磷酸酯类为三聚氰胺羟甲基化溶液的用量质量的5-20％，优选为10-15％；

步骤3：在步骤2中所得的氮磷羟甲基化溶液中加入聚醚多元醇，混合搅拌均匀，升温到80-100℃，反应2-8h，升温到120-160℃,在-0.2-0.1MPa真空的条件下抽真空，脱除残余单体和水份，即可得到氮磷结构型阻燃聚醚多元醇。

上述的制备氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，步骤1中所述的水的用量为三聚氰胺与甲醛的总质量的10-50％，优选为15-25％。

上述的制备氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，步骤1中所述的碱性PH值调节剂为甲醇钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠或碳酸镁，优选的为甲醇钠。

上述的制备氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，步骤2中所述亚磷酸酯类为亚磷酸甲酯、亚磷酸乙酯、亚磷酸二甲酯或亚磷酸二乙酯，优选为亚磷酸二乙酯。

上述的制备氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，步骤3中所述的聚醚多元醇，其羟值在25-65之间，官能团为2-4之间，分子量在1000-8000之间；优选聚醚多元醇羟值在28-56，官能度为3，分子量介于3000-6000之间。

上述的制备方法其反应过程如下：

三聚氰胺的羟甲基化反应：

磷氮羟甲基化反应：

磷氮羟甲基化物与聚醚多元醇反应：

本发明的特点和效果：

1.本发明是通过磷氮羟甲基化反应中的羟基与聚醚多元醇中的羟基缩聚，将三聚氰胺、亚磷酸酯接枝到聚醚多元醇的分子链上，合成工艺简单，并不需要使用特殊的设备；

2.三聚氰胺、亚磷酸酯与聚醚多元醇以共价键相连接，形成了分子水平的混合，粒径小，与直接加入三聚氰胺、磷酸酯相比，相容性大大增加，能有效的降低体系粘度，同时不会随着时间的推移产品阻燃性降低；

3.本发明所制备的阻燃聚合物多元醇不含卤素，只有磷、氮元素，具有良好的热稳定性，同时其阻燃元素间的增效和协同作用而具有良好的阻燃，阻燃性能持久，对环境友好不会造成环境污染；

4.采用此阻燃聚合物多元醇所制得的聚氨酯泡沫塑料，发烟量低、氧指数高，安全环保，符合当今世界对材料阻燃环保的要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：

实施例1.

在装有温度计和冷凝管的三口烧瓶中加入37％水甲醛77g、三聚氰胺40g和水17.5g，搅拌均匀，用甲醇钠调节pH值至8，升温至90℃，反应4h，降温到60℃，加入亚磷酸二乙酯15g，反应3h，加入聚醚多元醇(1618A)176g,升温到95℃，反应5h，升温到140-150℃，抽真空至-0.1MPa，减压蒸馏1-2小时脱除小分子物质，冷却得到氮磷改性的阻燃聚合物多元醇。粘度3500mPa.s/25℃，该聚醚所发泡所得软质泡沫塑料氧指数30。

实施例2.

在装有温度计和冷凝管的三口烧瓶中加入甲醛77、三聚氰胺40g，水29g，搅拌均匀，用甲醇钠调节pH值至8，升温至90℃，反应4h，降温到60℃，加入亚磷酸二甲酯15g，反应3h，加入聚醚多元醇(羟值＝35,1618A)176g,升温到95℃，反应5h，升温到140-150℃，抽真空至-0.1MPa，减压蒸馏1-2小时脱除小分子物质，冷却得到氮磷改性的阻燃聚合物多元醇。粘度3200mPa.s/25℃，该聚醚所发泡所得软质泡沫塑料氧指数30。

实施例3.

在装有温度计和冷凝管的三口烧瓶中加入甲醛60g、三聚氰胺40g，水19g，搅拌均匀，用甲醇钠调节pH值至8，升温至90℃，反应4h，降温到60℃，加入亚磷酸乙酯15g，反应3h，加入聚醚多元醇(羟值＝35,1618A)203g,升温到95℃，反应5h，升温到140-150℃，抽真空至-0.1MPa，减压蒸馏1-2小时脱除小分子物质，冷却得到双氰胺改性的阻燃聚合物多元醇。粘度4000mPa.s/25℃，该聚醚所发泡所得软质泡沫塑料氧指数27。

实施例4.

在装有温度计和冷凝管的三口烧瓶中加入甲醛77g、三聚氰胺40g，水19g，搅拌均匀，用甲醇钠调节pH值至8，升温至70℃，反应6h，降温到60℃，加入亚磷酸二乙酯15g，反应3h，加入聚醚多元醇(羟值＝35,1618A)217g,升温到95℃，反应5h，升温到140-150℃，抽真空至-0.1MPa，减压蒸馏1-2小时脱除小分子物质，冷却得到氮磷改性的阻燃聚合物多元醇。粘度3000mPa.s/25℃，该聚醚所发泡所得软质泡沫塑料氧指数26。

实施例5.

在装有温度计和冷凝管的三口烧瓶中加入甲醛77g、三聚氰胺40g，水19g，搅拌均匀，用甲醇钠调节pH值至8，升温至90℃，反应4h，降温到60℃，加入亚磷酸甲酯20g，反应3h，加入聚醚多元醇(羟值＝35,1618A)217g,升温到95℃，反应5h，升温到140-150℃，抽真空至-0.1MPa，减压蒸馏1-2小时脱除小分子物质，冷却得到氮磷改性的阻燃聚合物多元醇。粘度4500mPa.s/25℃，该聚醚所发泡所得软质泡沫塑料氧指数28。

实施例6.

在装有温度计和冷凝管的三口烧瓶中加入甲醛52g、三聚氰胺40g，水19g，搅拌均匀，用甲醇钠调节pH值至8，升温至80℃，反应1h，降温到60℃，加入亚磷酸二乙酯20g，反应3h，加入聚醚多元醇(羟值＝35,1618A)176g,升温到95℃，反应5h，升温到140-150℃，抽真空至-0.1MPa，减压蒸馏1-2小时脱除小分子物质，冷却得到氮磷改性的阻燃聚合物多元醇。粘度5000mPa.s/25℃，该聚醚所发泡所得软质泡沫塑料氧指数29。

实施例7.

在装有温度计和冷凝管的三口烧瓶中加入甲醛60g、三聚氰胺40g，水19g，搅拌均匀，用甲醇钠调节pH值至8，升温至90℃，反应4h，降温到60℃，加入亚磷酸甲酯15g，反应3h，加入聚醚多元醇(羟值＝35,1618A)203g,升温到95℃，反应5h，升温到140-150℃，抽真空至-0.1MPa，减压蒸馏1-2小时脱除小分子物质，冷却得到双氰胺改性的阻燃聚合物多元醇。粘度4000mPa.s/25℃，该聚醚所发泡所得软质泡沫塑料氧指数27。

使用本发明的方法获得的氮磷阻燃聚合物多元醇，将其应用于聚氨酯泡沫塑料，与未改性的普通聚醚多元醇所制备的聚氨酯泡沫塑料相比，发烟量低，滴落少以及氧指数高，可以满足目前泡沫材料阻燃安全环保要求。

发泡配方如下：阻燃聚合物多元醇50份(质量份，下同。),聚醚多元醇1618A50份，催化剂A10.08份，催化剂A330.5份，泡沫稳定剂86811份，水2.5份，二乙醇胺3份，TDI/MDI(50:50)指数105。

本发明上述各实施例中的实验数据由以下方法测得：

粘度是根据GB10247-88的方法，在25℃下所测的运动粘度。

氧指数测定是根据GB/T2406-2008的方法，在氧指数仪器测试得到。

Claims (8)

1.一种氮磷结构型阻燃聚醚多元醇，其特征是：它是一种三聚氰胺和亚磷酸酯类改性的阻燃聚醚多元醇，具有如下结构式：

上式中聚醚多元醇中的m＝3-46，其末端羟基被一个羟甲基三聚氰胺亚磷酸酯封端，或被二个或三个羟甲基三聚氰胺亚磷酸酯封端。

2.根据权利要求1所述的氮磷结构型阻燃聚醚多元醇，其特征是：所述的聚醚多元醇中的m＝15-28。

3.一种制备权利要求1所述的氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，其特征是它包括如

下步骤：

步骤1：在三口烧瓶中按比例加入三聚氰胺固体、水甲醛和水，混合搅拌，加入碱性PH调节剂，调节PH到7-10，升温到70-100℃，反应1h-6h，得三聚氰胺羟甲基化溶液，所述的三聚氰胺与甲醛的用量摩尔比为1:2-3；

步骤2：在步骤1中得到的三聚氰胺羟甲基化溶液中，滴加亚磷酸酯类化合物，升温到40-70℃，反应2-5h，得氮磷羟甲基化溶液，所述亚磷酸酯类为三聚氰胺羟甲基化溶液用量质量的5-20％；

步骤3：在步骤2中所得的氮磷羟甲基化溶液中加入聚醚多元醇，混合搅拌均匀，升温到80-100℃，反应2-8h，升温到120-160℃,在-0.2-0.1MPa真空的条件下抽真空，脱除残余单体和水份，即可得到氮磷结构型阻燃聚醚多元醇。

4.根据权利要求2所述的制备氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，其特征是：步骤1中所述的水的用量为三聚氰胺与甲醛的总质量的10-50％。

5.根据权利要求2所述的制备氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，其特征是：步骤1中所述的碱性PH值调节剂为甲醇钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠或碳酸镁。

6.根据权利要求2所述的制备氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，其特征是：步骤2中所述亚磷酸酯类为亚磷酸甲酯、亚磷酸乙酯、亚磷酸二甲酯或亚磷酸二乙酯。

7.根据权利要求2所述的制备氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，其特征是：步骤3中所述的聚醚多元醇，其羟值在25-65之间，官能团为2-4之间，数均分子量在1000-6000之间。

8.根据权利要求7所述的制备氮磷结构型阻燃聚醚多元醇的方法，其特征是：步骤3中所述的聚醚多元醇羟值在33-56，官能度为3，分子量介于3000-6000之间。