CN111303483A - 含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂、制备方法及应用 - Google Patents
含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂、制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮‑磷系高效阻燃剂、制备方法及应用,其制备的方法步骤如下:S1:在氮气保护下,将对羟基苯甲醛和色胺加入溶剂中进行反应,得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液;S2:向S1所述的得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液加入9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物进行反应,得到对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液;S3:将S2所述的对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液冷却至室温,加入去离子水后析出白色固体,过滤后用去离子水对白色固体洗涤2‑3次,再进行干燥,即得含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮‑磷系高效阻燃剂。本发明制备的高分子材料具有良好的透明性。
Description
技术领域
本发明涉及有机阻燃剂技术领域,尤其涉及含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂、制备方法及应用。
背景技术
树脂是一类日常生活中常用的高分子材料,因其具有很好的抗氧化、抗腐蚀的特性,被应用到很多技术领域。然而树脂的易燃,安全性低。
环氧树脂是一类重要的热固性塑料,因其具有良好的粘结性、电绝缘性、化学稳定性,广泛应用于涂料、粘胶剂、电子电器材料、工程塑料和复合材料、土建材料等领域。但环氧树脂极限氧指数非常低,极易燃烧,失火后持续燃烧且发烟量大。其易燃性限制了它在许多领域的应用。因此,赋予EP良好的阻燃性是至关重要的。
为了提高环氧树脂的阻燃性能,常见的方法是添加阻燃剂。传统的阻燃剂含有卤素,燃烧时存在多烟、有毒气体放出。现有技术中的,环氧树脂的阻燃剂的制备往往是与9,10-二氢-9-氧-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)复合,但是现有的阻燃剂制备的高分子阻燃材料大多存在透明性差的问题,从而限制了其应用的范围。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂、制备方法及应用,采用本发明的阻燃剂制备的高分子材料具有良好的透明性。
本发明提出的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的分子结构如下:
本发明提出的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的合成路线如下:
本发明提出的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂制备的方法步骤如下:
S1:在氮气保护下,将对羟基苯甲醛和色胺加入溶剂中进行反应,得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液;
S2:向S1所述的得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物进行反应,得到对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液;
S3:将S2所述的对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液冷却至室温,加入去离子水后析出白色固体,过滤后用去离子水对白色固体洗涤2-3次,再进行干燥,即得含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂。
优选地,所述对羟基苯甲醛、色胺、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1:0.1-10:0.1-10。
优选地,所述S1的反应条件为60-90℃下反应3-12h。
优选地,所述S2的反应条件为60-130℃下反应6-24h。
优选地,所述S1中的溶剂为醇和DMF的混合物。
优选地,所述S3中的干燥条件为10-70℃下干燥5-12h。
本发明提出的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂在高分子阻燃材料中的应用。
优选地,所述阻燃材料包含如下重量份计的原料:环氧树脂、含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂、固化剂。
优选地,所述固化剂为4,4'二氨基二苯甲烷固化剂。
本发明提出的阻燃材料制备的方法步骤如下:
将环氧树脂、含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂按照质量比为100:1-20混合,在70-130℃搅拌;抽真空以后加入质量为环氧树脂的0.1-0.5倍的固化剂,混合均匀后得到树脂混合物;将树脂混合物倒入模具,冷却后得到阻燃材料。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果:
对羟基苯甲醛和色胺中含有的伯胺,与DOPO反应形成的衍生物具有氮磷的协同作用,可以促进DOPO的阻燃效果;以对羟基苯甲醛和色胺为原料,合成对羟基苯甲色胺磷杂菲与环氧树脂相容性好,制得的环氧树脂热固材料具有良好的透明性;对羟基苯甲色胺磷杂菲结构具有很好的成碳性和热稳定性,含有阻燃剂的环氧树脂热固材料在燃烧中更容易形成致密碳层,从而隔绝氧与内部材料的接触,达到阻燃效果,提高阻燃剂阻燃效果;氮-磷共轭协同阻燃,阻燃剂的结构中空间位阻大,有利于提高阻燃效应;此外对羟基苯甲醛和色胺还有促进固化的作用,在燃烧的时候阻碍树脂的熔融,进一步提高阻燃效果。
附图说明
图1为本发明提出的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的核磁氢谱谱图;
图2为本发明提出的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的核磁磷谱谱图;
图3为未添加本发明的阻燃剂的环氧树脂燃烧以后残渣的SEM图;
图4为添加本发明实施例1制备的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的环氧树脂固体燃烧以后残渣的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
本发明提出的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂制备的方法步骤如下:
S1:在氮气保护下,将对羟基苯甲醛和色胺加入溶剂中进行反应,得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液;
S2:向S1所述的得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物进行反应,得到对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液;
S3:将S2所述的对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液冷却至室温,加入去离子水后析出白色固体,过滤后用去离子水对白色固体洗涤2次,再进行干燥,即得含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂。
对羟基苯甲醛、色胺、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1:0.1:0.1。
S1的反应条件为60℃下反应3h;S1中的溶剂为醇和DMF的混合物。
S2的反应条件为60℃下反应6h。
S3中的干燥条件为10℃下干燥5h。
本发明提出的阻燃材料制备的方法步骤如下:
将环氧树脂、含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂按照质量比为100:1混合,在70℃搅拌;抽真空以后加入质量为环氧树脂的0.1倍的固化剂,混合均匀后得到树脂混合物;将树脂混合物倒入模具,冷却后得到阻燃材料。
实施例2
本发明提出的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂制备的方法步骤如下:
S1:在氮气保护下,将对羟基苯甲醛和色胺加入溶剂中进行反应,得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液;
S2:向S1所述的得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物进行反应,得到对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液;
S3:将S2所述的对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液冷却至室温,加入去离子水后析出白色固体,过滤后用去离子水对白色固体洗涤3次,再进行干燥,即得含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂。
对羟基苯甲醛、色胺、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1:10:10。
S1的反应条件为90℃下反应12h;S1中的溶剂为醇和DMF的混合物。
S2的反应条件为130℃下反应24h。
S3中的干燥条件为70℃下干燥12h。
本发明提出的阻燃材料制备的方法步骤如下:
将环氧树脂、含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂按照质量比为100:20混合,在130℃搅拌;抽真空以后加入质量为环氧树脂的0.5倍的固化剂,混合均匀后得到树脂混合物;将树脂混合物倒入模具,冷却后得到阻燃材料。
实施例3
本发明提出的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂制备的方法步骤如下:
S1:在氮气保护下,将对羟基苯甲醛和色胺加入溶剂中进行反应,得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液;
S2:向S1所述的得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物进行反应,得到对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液;
S3:将S2所述的对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液冷却至室温,加入去离子水后析出白色固体,过滤后用去离子水对白色固体洗涤3次,再进行干燥,即得含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂。
对羟基苯甲醛、色胺、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1:5:5。
S1的反应条件为75℃下反应8h;S1中的溶剂为醇和DMF的混合物。
S2的反应条件为75℃下反应15h。
S3中的干燥条件为50℃下干燥8h。
本发明提出的阻燃材料制备的方法步骤如下:
将环氧树脂、含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂按照质量比为100:10混合,在100℃搅拌;抽真空以后加入质量为环氧树脂的0.25倍的固化剂,混合均匀后得到树脂混合物;将树脂混合物倒入模具,冷却后得到阻燃材料。
取本实施例中制备的阻燃剂进行核磁氢谱谱图、核磁磷谱谱图分析,结果如图1、图2所示。氢谱中只含三类氢,分别是苯环,CH及OH,而该氢谱图中除溶剂峰外,只呈现这三类氢的化学位移,且积分面积与各类氢的个数之比吻合。另外,分子结构中只含一种磷,而磷谱中只呈现了一种磷的化学位移,且此位移与原料DOPO中磷元素的化学位移存在较大差异。
本实施例制备的阻燃剂的产率为97.2%,此外还对该阻燃剂制备的阻燃材料进行阻燃性能的测试,分别根据测试标准ASTMD2863-97对材料进行氧指数测试、根据ASTMD3801测试标准对材料进行垂直燃烧测试,阻燃材料的氧指数测试结果为32.5,垂直燃烧实验结果为V0级别。
对比例
将实施例3中的对羟基苯甲醛替换为邻羟基苯甲醛进行反应,其余条件均与实施例3相同,制备的产物不透明,而实施例3采用对羟基苯甲醛制备的产物则具有良好的透明性,提高了产物应用的宽度。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
3.如权利要求1所述的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的制备方法,其特征在于,方法步骤如下:
S1:在氮气保护下,将对羟基苯甲醛和色胺加入溶剂中进行反应,得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液;
S2:向S1所述的得到对羟基苯甲色胺席夫碱溶液加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物进行反应,得到对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液;
S3:将S2所述的对羟基苯甲色胺磷杂菲溶液冷却至室温,加入去离子水后析出白色固体,过滤后用去离子水对白色固体洗涤2-3次,再进行干燥,即得含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂。
4.如权利要求3所述的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的制备方法,其特征在于,所述对羟基苯甲醛、色胺、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1:0.1-10:0.1-10。
5.如权利要求3所述的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的制备方法,其特征在于,所述S1的反应条件为60-90℃下反应3-12h;
优选地,所述S2的反应条件为60-130℃下反应6-24h。
6.如权利要求3所述的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的制备方法,其特征在于,所述S1中的溶剂为醇和DMF的混合物。
7.如权利要求3所述的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂的制备方法,其特征在于,所述S3中的干燥条件为10-70℃下干燥5-12h。
8.如权利要求1所述的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂在高分子阻燃材料中的应用。
9.如权利要求8所述的含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂在阻燃材料中的应用,其特征在于,所述阻燃材料包含如下重量份计的原料:环氧树脂、含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂、固化剂;
优选地,所述固化剂为4,4'二氨基二苯甲烷固化剂。
10.如权利要求9所述的阻燃材料的制备方法,其特征在于,方法步骤如下:
将环氧树脂、含对羟基苯甲醛和色胺结构的氮-磷系高效阻燃剂按照质量比为100:1-20混合,在70-130℃搅拌;抽真空以后加入质量为环氧树脂的0.1-0.5倍的固化剂,混合均匀后得到树脂混合物;将树脂混合物倒入模具,冷却后得到阻燃材料。
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