CN106188619A - 一种三嗪类阻燃剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三嗪类阻燃剂,该阻燃剂的制备方法和应用。所述三嗪类阻燃剂化学名称1,2‑二氨基苯磺酸钠‑3‑乙醇胺基‑均三嗪,其结构中同时含有硫、氮阻燃元素,是以三聚氯氰和对氨基苯磺酸钠为原料,合成阻燃剂中间体1,2‑二氨基苯磺酸钠均三嗪,再以所述阻燃剂中间体和乙醇胺为原料,通过亲核取代反应制备得到。本发明阻燃剂可以添加在PA6中,制备得到阻燃效果显著增加的阻燃PA6工程塑料,并提高工程塑料的力学性能特别是拉伸强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃剂,特别是涉及一种三嗪类阻燃剂及其制备方法。本发明还涉及该阻燃剂在PA6中的应用。
背景技术
PA6,即聚酰胺6或尼龙6,具有强度高、韧性好、耐磨易加工等性能,在机械、交通、国防等领域得到了广泛的应用,并在工程塑料领域占有重要的地位。但是,在具有各方面优异性能的同时,PA6也具有相对易燃等缺点,这极大地限制了其在某些领域的应用和发展。尤其是电子、电器产品,在使用过程中因故障造成温度过高或高压放电时,PA6极易引起燃烧而发生火灾。因此,开发阻燃性能良好的PA6就显得迫切而有必要。
目前阻燃剂的全球发展趋势是更加注重环境保护和安全,要求阻燃剂更加低毒、高效和廉价。卤系阻燃剂在燃烧时会产生大量有毒气体,许多证据已经证明溴系阻燃剂分解时会产生大量有毒物质,这不仅会对环境产生严重污染,而且会对人体产生极大的伤害。因此,卤系阻燃剂的局限性已经逐渐显现出来。与传统的卤系阻燃剂相比,三嗪类阻燃剂具有抑烟、低毒、不腐蚀、阻燃效果佳等优点,因而得到了更广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种三嗪类阻燃剂,以及该阻燃剂的制备方法。
本发明所述的三嗪类阻燃剂化学名称1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪,简写为SFR,具有下述结构式:
。
所述三嗪类阻燃剂的分子式C17H16O7N6S6Na2,为白色固体粉末,无臭、无味,在310℃以下受热非常稳定,熔点高于360℃,可溶于水。其结构中同时含有硫、氮阻燃元素。
本发明所述的三嗪类阻燃剂可以按照下述方法制备得到:
1)以三聚氯氰和对氨基苯磺酸钠为原料,合成阻燃剂中间体1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪;
2)以所述阻燃剂中间体和乙醇胺为原料,通过亲核取代反应制备阻燃剂1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪。
更具体地,所述阻燃剂中间体1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪是由三聚氯氰和对氨基苯磺酸钠在溶剂丙酮中40~70℃反应得到。
所述阻燃剂1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪是由阻燃剂中间体1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪与乙醇胺在溶剂二氧六环中40~70℃反应得到。
本发明所述的阻燃剂1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪具有优良的阻燃性能,可以作为阻燃剂使用。
更近一步地,本发明所述的阻燃剂能够应用于PA6中,显著增加PA6的阻燃效果。
进而,本发明提供了一种含有本发明所述三嗪类阻燃剂的阻燃PA6工程塑料,所述阻燃PA6工程塑料由以下重量份的原料熔融共混得到:
PA6 55~65份
SFR 5~20份
OMMT 4~10份
无机协效阻燃剂 4~10份。
其中,所述的OMMT为有机蒙脱土,用来提高PA6复合材料的抗熔滴性能。
所述的无机协效阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌中的一种或多种。优选地,所述无机协效阻燃剂为氢氧化镁。
所述阻燃PA6工程塑料的具体制备方法是将混合均匀的原料以双螺杆挤出机熔融挤出造粒,再将粒料经注塑机注塑成制品。
优选的熔融挤出温度为210~250℃。
本发明首次合成了1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪(SFR),同时首次将其作为阻燃剂添加到PA6中,制备出阻燃性能优异的阻燃PA6工程塑料。
根据本发明提供的阻燃配方制备得到的改性PA6工程塑料与现有技术相比较阻燃性能大幅提高,垂直燃烧性能达到UL94V-0级,并顺利通过灼热丝的各温度测试实验。在提高阻燃性能的同时也保证了复合材料的力学性能,其中拉伸强度有明显提高。
本发明所用的原料都是无毒无公害的原料,对环境污染较小。
附图说明
图1为实施例1制备的阻燃剂中间体1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪的红外光谱图。
图2为实施例1制备的阻燃剂中间体1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪的核磁共振氢谱图。
图3为实施例1制备的阻燃剂1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪的红外光谱图。
图4为实施例1制备的阻燃剂1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪的核磁共振氢谱图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是,下述实施例仅为本发明的优选技术方案,并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进和润饰等,均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
搅拌下将10g三聚氯氰加入100ml丙酮中,升温至50℃使三聚氯氰溶解,继续搅拌下分批加入含有0.1mol对氨基苯磺酸钠的40ml水溶液中,反应3~5小时。反应结束后,将反应液减压蒸馏除去溶剂,再经柱层析纯化(洗脱剂为V甲醇∶V甲苯=2∶3),最后将得到的白色固体真空干燥,得阻燃剂中间体1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪。
图1给出了1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪的红外光谱图。从图中可知,3400cm-1处的红外吸收峰是N-H伸缩振动;1563cm-1处是三嗪环的伸缩振动;1174cm-1处是磺酸盐S=O不对称伸缩振动;1038cm-1处是磺酸盐S=O对称伸缩振动。这些特征红外吸收峰的存在表明了中间体分子结构中含有三嗪环和对氨基苯磺酸盐基团。
图2给出的1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪的核磁共振氢谱图中,1H-NMR (500 MHz,d 6 -DMSO, TMS): δ 11.1-11.3 (s, 2H, NH-c), 7.55-7.60 (d, 8H, PhH-b和PhH-a), 7。这些特征氢质子信号的存在,进一步表明中间体分子结构中含有对氨基苯磺酸钠基团,且其氢的实际个数比1.94∶8.02与理论值2∶8十分接近,进一步判定阻燃剂中间体已被合成。
取10g乙醇胺,搅拌下加入100ml二氧六环中,升温至50℃使乙醇胺溶解,边搅拌边分批加入含有0.1mol上述阻燃剂中间体的40ml二氧六环溶液中,反应5~7小时,减压蒸馏除去溶剂,得白色固体产物,将产物用丙酮洗涤三次,真空干燥,得到含硫、氮阻燃元素的阻燃剂1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪(SFR)。
图3给出了SFR的红外光谱图。从图中可知:在3478cm-1处出现的吸收峰可能是-OH伸缩振动峰;1563cm-1处的红外吸收峰为三嗪环的伸缩振动峰,1174cm-1和1038cm-1两处的红外吸收峰分别为磺酸盐S=O的不对称伸缩振动和对称伸缩振动,此外,在1130cm-1处的红外吸收峰为C-N脂肪胺的伸缩振动,芳香胺位于1322cm-1处。这些特征红外吸收峰的存在,表明分子结构中含有三嗪环、对氨基苯磺酸盐基团和二乙醇氨基,初步判定阻燃剂SFR已被合成。
图4给出的SFR核磁共振氢谱图中,1H-NMR (500MHz, d 6 -DMSO, TMS): δ 10.1-10.3 (s, 1H, NH-c), 7.52 -7.64(d, 8H, PhH-b,PhH-a), 3.57-3.70 (m, 4H,NCH 2CH 2O-d,e), 4.84 (s, 2H, OH-f)。同时,通过积分面积可知,以上各类氢质子个数比为1.9∶7.97∶1.98∶4.01,与理论值2∶8∶2∶4十分接近,进一步证明了合成产物为目标产物SFR。
实施例2
搅拌下将13g三聚氯氰加入100ml丙酮中,升温至50℃使三聚氯氰溶解,继续搅拌下分批加入含有0.1mol对氨基苯磺酸钠的45ml水溶液中,反应3~5小时。反应结束后,将反应液减压蒸馏除去溶剂,再经柱层析纯化(洗脱剂为V甲醇∶V甲苯=2∶3),最后将得到的白色固体真空干燥,得阻燃剂中间体1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪。
取14g乙醇胺,搅拌下加入100ml二氧六环中,升温至50℃使乙醇胺溶解,边搅拌边分批加入含有0.1mol上述阻燃剂中间体的45ml二氧六环溶液中,反应5~7小时,减压蒸馏除去溶剂,得白色固体产物,将产物用丙酮洗涤三次,真空干燥,得到含硫、氮阻燃元素的阻燃剂1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪(SFR)。
实施例3
搅拌下将17g三聚氯氰加入100ml丙酮中,升温至50℃使三聚氯氰溶解,继续搅拌下分批加入含有0.1mol对氨基苯磺酸钠的50ml水溶液中,反应3~5小时。反应结束后,将反应液减压蒸馏除去溶剂,再经柱层析纯化(洗脱剂为V甲醇∶V甲苯=2∶3),最后将得到的白色固体真空干燥,得阻燃剂中间体1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪。
取18g乙醇胺,搅拌下加入100ml二氧六环中,升温至50℃使乙醇胺溶解,边搅拌边分批加入含有0.1mol上述阻燃剂中间体的50ml二氧六环溶液中,反应5~7小时,减压蒸馏除去溶剂,得白色固体产物,将产物用丙酮洗涤三次,真空干燥,得到含硫、氮阻燃元素的阻燃剂1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪(SFR)。
实施例4
取实施例1制备得到的SFR 8份,与660份PA、4份OMMT、4份氢氧化镁一起加入到高速混合机中混合均匀,烘干后送入双螺杆挤出机,控制温度在210~250℃,以350~450转/分的转速挤出造粒,得到的粒料干燥后经注塑机在210~250℃注塑成制品。
实施例5
取实施例2制备得到的SFR 12份,与660份PA、4份OMMT、4份氢氧化镁一起加入到高速混合机中混合均匀,烘干后送入双螺杆挤出机,控制温度在210~250℃,以350~450转/分的转速挤出造粒,得到的粒料干燥后经注塑机在210~250℃注塑成制品。
实施例6
取实施例3制备得到的SFR 16份,与660份PA、4份OMMT、4份氢氧化镁一起加入到高速混合机中混合均匀,烘干后送入双螺杆挤出机,控制温度在210~250℃,以350~450转/分的转速挤出造粒,得到的粒料干燥后经注塑机在210~250℃注塑成制品。
比较例
取660份PA、4份OMMT、4份氢氧化镁一起加入到高速混合机中混合均匀,烘干后送入双螺杆挤出机,控制温度在210~250℃,以350~450转/分的转速挤出造粒,得到的粒料干燥后经注塑机在210~250℃注塑成制品。
实施例7
分别取实施例4、5、6制备的阻燃PA6工程塑料样品,以及纯PA6和比较例样品,检测样品的拉伸强度、冲击强度、灼热丝阻燃温度、极限氧指数和垂直燃烧等级。其中,拉伸强度按照GB/T 1040-92方法进行测试;冲击强度按照GB 1843-80方法进行测试;灼热丝阻燃温度按GB/T 5169.11-1997进行测试;极限氧指数实验按GB/T 10707-2008进行;垂直燃烧实验按照GB/T 10707-2008测试。
测试结果如表1所示。
由表1可以看出,本发明各实施例制备的阻燃PA6工程塑料的阻燃性能都能满足V0级别,并且拉伸强度比纯PA6和比较例均有提高,其中实施例6提高最多。各实施例阻燃PA6工程塑料的冲击强度相比纯PA6和比较例虽略有降低,但变化不大。同时,各实施例阻燃PA6工程塑料的灼热丝最高通过温度、极限氧指数比纯PA6和比较例均有提高。上述试验结果证明将本发明制备的SFR添加到PA6中,使得PA6的阻燃性能大幅度提升,本发明所制备的SFR具有良好的阻燃效果。
Claims (10)
1.一种三嗪类阻燃剂,化学名称1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪,具有下述结构式:
。
2.权利要求1所述三嗪类阻燃剂的制备方法,是先以三聚氯氰和对氨基苯磺酸钠为原料,合成阻燃剂中间体1,2-二氨基苯磺酸钠均三嗪,再以所述阻燃剂中间体和乙醇胺为原料,通过亲核取代反应制备阻燃剂1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪。
3.根据权利要求2所述的三嗪类阻燃剂的制备方法,其特征是所述阻燃剂中间体是由三聚氯氰和对氨基苯磺酸钠在溶剂丙酮中40~70℃反应得到。
4.根据权利要求2所述的三嗪类阻燃剂的制备方法,其特征是所述1,2-二氨基苯磺酸钠-3-乙醇胺基-均三嗪是由阻燃剂中间体与乙醇胺在溶剂二氧六环中40~70℃反应得到。
5.权利要求1三嗪类阻燃剂作为阻燃剂的应用。
6.权利要求1三嗪类阻燃剂作为PA6用阻燃剂的应用。
7.一种含有权利要求1所述三嗪类阻燃剂的阻燃PA6工程塑料,由以下重量份的原料熔融共混得到:
PA6 55~65份
SFR 5~20份
OMMT 4~10份
无机协效阻燃剂 4~10份。
8.根据权利要求7所述的阻燃PA6工程塑料,其特征是所述无机协效阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌中的一种或多种。
9.权利要求7所述阻燃PA6工程塑料的制备方法,是将混合均匀的所述重量份的原料以双螺杆挤出机熔融挤出造粒,再将粒料经注塑机注塑成制品。
10.根据权利要求9所述的阻燃PA6工程塑料的制备方法,其特征是所述熔融挤出温度为210~250℃。
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PB01 | Publication | ||
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