CN112920318B - 一种含铁离子和钼酸根离子的配合物、有机物基体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含铁离子和钼酸根离子的配合物、有机物基体及其制备方法，本发明利用对苯乙烯磺酸钠和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体，以N，N’‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以α‑酮戊二酸为引发剂，在紫外光催化作用下聚合反应得到机物基体，之后将机物基体依次长时间浸泡于三价铁离子溶液和钼酸根溶液，使得使Fe3+与有机物基体的C6H5O3S‑形成稳定的离子键，MoO4 2‑和N,N,N‑三甲基乙铵根离子(C4H11N+)形成稳定的离子键，干燥后得到含铁离子和钼酸根离子的配合物，研磨成粉即可使用。本发明制备工艺简单，原料价格便宜，所制得产品用于广泛，特别是用作阻燃抑烟剂，具有优异的阻燃抑烟性能。
Description
技术领域
本合成属于含金属离子配合物的合成领域，具有涉及一种金属离子配合物的制备，具体涉及一种含铁离子和钼酸根离子的配合物、有机物基体及其制备方法。
背景技术
随着L.Mond合成第一个金属羰基配合物Fe(CO)5的成功合成，人们又进一步研究发现了含有负价态以及含正一价、二价、三价、四价过渡金属的金属羰基阴离子。金属离子与大分子之间的相互作用是国内外研究热点之一，其中金属离子配合物具有优异的特性：结构确定、多功能基团、同时具有大分子特性和金属离子特性。
由于金属离子配合物在构型上的特殊性使其在催化剂合成、药物合成、电化学运用、与阻燃剂复配等方面有着多方面的应用，因此在超分子化学、生物和医学等领域提供更加广阔的应用前景。同时其研究的内容及相关领域的研究受到人们的广泛关注，对于金属离子配合物的合成仍然是化学领域的重大挑战。
在本专利申请工作之前，还没有含铁和钼酸根离子配合物的报道，无论是专利文献还是科学论文都没有此方面的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于引入金属离子配位的有机物基体，利用该有机物基体与铁离子、钼酸根离子进行配合，得到一种含铁离子和钼酸根离子的配合物，该配合物可以用于聚合物板材的阻燃抑烟剂。
本发明的技术方案如下：
一种用于引入金属离子配位的有机物基体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将对苯乙烯磺酸钠，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和α-酮戊二酸加入蒸馏水中，同时搅拌直至完全溶解，得到反应溶液；
步骤2、将反应溶液在紫外光照射下，光催化交联反应，得到有机聚合物，即为用于引入金属离子配位的有机物基体。
进一步地，所述步骤1中，溶解是在水浴条件下完成的，水浴温度为50℃-70℃。
最优的，水浴温度为60℃。
进一步地，所述步骤2中，具体方法为：将反应溶液加入指定模具中后，放在紫外灯下照射，进行光照交联8-20小时。
最优的交联反应时间为12小时。
进一步地，对苯乙烯磺酸钠，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和α-酮戊二酸的摩尔比为450～550:550～650:0.5～1.5:0.5～1.5。
本发明还保护一种用于引入金属离子配位的有机物基体，其特征在于：采用上述制备方法制备。
本发明还保护一种含铁离子和钼酸根离子的配合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将上述步骤2中的有机物基体浸泡于三价铁离子溶液中，使三价铁离子与有机物基体的C6H5O3S-形成稳定的离子键；
步骤二、将步骤一中经过浸泡的有机物基体浸泡于钼酸根离子溶液中，使MoO4 2-和有机物基体的N,N,N-三甲基乙铵根离子形成稳定的离子键；
步骤三、将步骤二中经过浸泡的有机物基体干燥，即得到含铁离子和钼酸根离子的配合物。
步骤三种干燥后得到将配合物研磨成粉后即可作为阻燃抑烟剂，用于聚合物板材中。
作为优选，所述三价铁离子溶液为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁及溴化铁中任意一种或几种组合的水溶液。
作为优选，所述钼酸根离子溶液为碱金属的钼酸盐水溶液。
进一步优选，所述钼酸根离子溶液为钼酸锂、钼酸钠、钼酸钾、钼酸铷、钼酸铯、钼酸钫及钼酸镁中的任意一种或者几种混合水溶液。
作为优选，步骤一和步骤二中浸泡时间均为2-4天。
进一步优选，步骤一和步骤二中浸泡时间均为3天。
作为优选，步骤三中，干燥温度为70-90℃，干燥时间为6-15h。
进一步优选，步骤三中，干燥温度为80℃，干燥时间为8h。
本发明还提供一种上述制备方法制备的配合物的，其特征在于：用于PVC板材的阻燃抑烟剂。
一种含铁离子和钼酸根离子的配合物，其特征在于：分子结构式如下：
上述结构式中，x，y为结构单元数，为正整数。
本发明有益效果是：
本发明利用对苯乙烯磺酸钠和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体，以N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以α-酮戊二酸为引发剂，在紫外光催化作用下聚合反应得到机物基体，之后将机物基体依次长时间浸泡于三价铁离子溶液和钼酸根溶液，使得使Fe3+与有机物基体的C6H5O3S-形成稳定的离子键，MoO4 2-和N,N,N-三甲基乙铵根离子(C4H11N+)形成稳定的离子键，干燥后得到含铁离子和钼酸根离子的配合物，研磨成粉即可使用。本发明制备工艺简单，原料价格便宜，所制得产品用于广泛，特别是用作阻燃抑烟剂，具有优异的阻燃抑烟性能。
附图说明
图1是实施实例1制备的含铁离子和钼酸根离子的配合物的XPS能谱图。
图2是实施实例1制备的含铁离子和钼酸根离子的配合物的XRD能谱图。
图3是实施实例1制备的含铁离子和钼酸根离子的配合物的FTIR光谱图。
图4是实施实例1制备的含铁离子和钼酸根离子的配合物的TG图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
本发明具体实施方式不限于下述实施例，本发明的实施例可以使本专业的技术更全面的理解本发明。
本发明提供一种
实施例1：
按一定的摩尔配比(500:593:1:1)称取对苯乙烯磺酸钠(NaSS)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液(DMAEA-Q)，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)以及α-酮戊二酸(KA)合成一种可以引入金属离子的有机物基体，具体操作如下：称取2.9055gDMAEA-Q，2.6062gNaSS，0.0039gMBAA以及0.0037gKA(四者比例根据摩尔比换算并四舍五入得到)，将以上混合后加入蒸馏水定容到10ml，放入60℃水浴锅中不停搅拌直至完全溶解。将溶液滴入指定模具中后放在紫外灯下照射12h进行光照交联，待形成有机物基体后，先将其浸泡于FeCl3溶液(1mol/L，50ml)中3天，使Fe3+与有机物基体的C6H5O3S-形成稳定的离子键，再将其浸泡于Na2MoO4溶液(1mol/L，50ml)中3天，使MoO4 2-和N,N,N-三甲基乙铵根离子(C4H11N+)形成稳定的离子键，最后干燥得到配合物，研磨成粉，待测。
XPS能谱图数据：常见的XPS信号在164eV、285eV、402eV和530.6eV分别对应Fe(DN)Mo中有机物基体的S 2p、C 1s、N 1s和O1s元素，另外XPS信号在232.1eV和711.6eV对应Fe(DN)Mo中Mo 3d和Fe 2p3，说明铁元素和钼元素成功引入有机物基体中。
XRD能谱图数据：Fe(DN)Mo的XRD曲线杂乱无序，结晶度很低，图谱是无序非晶态结构的说明Fe(DN)Mo，不含有FeCl3，Na2MoO4和Fe2(MoO4)3等晶体。
FTIR光谱图数据：Fe(DN)Mo与有机配合物的红外光谱图，Fe(DN)Mo在3441.56cm-1和1640.07cm-1处的吸收峰未消失，说明产物中还存在-OH键，因此合成的Fe(DN)Mo中还含有结晶水。有机配合物在1185.9cm-1处有吸收峰，该产物存在Na-O-S网络。Fe(DN)Mo在1185.83cm-1处有一条宽吸收峰，说明产物中形成了Fe-O-S网络。此外，Fe(DN)Mo在838.05cm-1有一条较强的吸收峰，而Mo＝O键的吸收峰位于964cm-1左右，则表明该产物的强吸收峰是由Mo-N键的拉伸振动形成的。
TG图数据：由于Fe(DN)Mo中含有少量的水分和小分子，随着温度不断上升时会形成水蒸气和低分子气态化合物，因此在30℃-300℃之间曲线都有轻微的下降趋势。在320℃-480℃之间阻燃抑烟剂中的有机配合物开始分解，此外Fe(DN)Mo的残余量为59.3％。表明Fe(DN)Mo具有良好的热稳定性能。
实施例2：
按一定的摩尔配比(520:610:1:1)称取对苯乙烯磺酸钠(NaSS)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液(DMAEA-Q)，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)以及α-酮戊二酸(KA)合成一种可以引入金属离子的有机物基体，具体操作如下：称取2.9888gDMAEA-Q，2.7104gNaSS，0.0039gMBAA以及0.0037gKA(四者比例根据摩尔比换算并四舍五入得到)，将以上混合后加入蒸馏水定容到12ml，放入65℃水浴锅中不停搅拌直至完全溶解。将溶液滴入指定模具中后放在紫外灯下照射10h进行光照交联，待形成有机物基体后，先将其浸泡于FeCl3溶液(1mol/L，50ml)中3天，使Fe3+与有机物基体的C6H5O3S-形成稳定的离子键，再将其浸泡于Na2MoO4溶液(1mol/L，50ml)中3天，使MoO4 2-和N,N,N-三甲基乙铵根离子(C4H11N+)形成稳定的离子键，最后干燥得到配合物，研磨成粉。
实施例3：
按一定的摩尔配比(480:580:1:1)称取对苯乙烯磺酸钠(NaSS)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液(DMAEA-Q)，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)以及α-酮戊二酸(KA)合成一种可以引入金属离子的有机物基体，具体操作如下：称取2.8418gDMAEA-Q，2.5020gNaSS，0.0039gMBAA以及0.0037gKA(四者比例根据摩尔比换算并四舍五入得到)，将以上混合后加入蒸馏水定容到12ml，放入55℃水浴锅中不停搅拌直至完全溶解。将溶液滴入指定模具中后放在紫外灯下照射14h进行光照交联，待形成有机物基体后，先将其浸泡于FeCl3溶液(1mol/L，50ml)中3天，使Fe3+与有机物基体的C6H5O3S-形成稳定的离子键，再将其浸泡于Na2MoO4溶液(1mol/L，50ml)中3天，使MoO4 2-和N,N,N-三甲基乙铵根离子(C4H11N+)形成稳定的离子键，最后干燥得到配合物，研磨成粉。
本发明上述制备的含铁离子和钼酸根离子的配合物用途广泛，尤其是用作阻燃抑烟剂添加到PVC板材中，生产阻燃抑烟片材氧指数38.6，最大烟密度(Dsmax)396.67，燃烧十分钟后达到烟密度值(Ds10)335.04，阻燃抑烟效果良好。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种含铁离子和钼酸根离子的配合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将作为单体的对苯乙烯磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液，作为交联剂的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和作为引发剂的α-酮戊二酸加入蒸馏水中，同时搅拌直至完全溶解，得到反应溶液；
步骤2、将反应溶液在紫外光照射下，光催化交联反应，得到有机聚合物，即为用于引入金属离子配位的有机物基体；
步骤3、将步骤2的有机物基体浸泡于三价铁离子溶液中，使三价铁离子与有机物基体的C6H5O3S-形成稳定的离子键；
步骤4、将步骤3中经过浸泡的有机物基体浸泡于钼酸根离子溶液中，使MoO4 2-和有机物基体的N,N,N-三甲基乙铵根离子形成稳定的离子键；
步骤5、将步骤4中经过浸泡的有机物基体干燥，即得到含铁离子和钼酸根离子的配合物。
2.如权利要求1所述含铁离子和钼酸根离子的配合物的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，溶解是在水浴条件下完成的，水浴温度为50℃-70℃。
3.如权利要求1所述含铁离子和钼酸根离子的配合物的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，具体方法为：将反应溶液加入指定模具中后，放在紫外灯下照射，进行光照交联8-20小时。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述三价铁离子溶液为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁及溴化铁中任意一种或几种组合的水溶液。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钼酸根离子溶液为碱金属的钼酸盐水溶液。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钼酸根离子溶液为钼酸锂、钼酸钠、钼酸钾、钼酸铷、钼酸铯、钼酸钫及钼酸镁中的任意一种或者几种混合水溶液。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3和步骤4中浸泡时间均为2-4天。
8.一种权利要求1-7任意一项所述制备方法制备的配合物的用途，其特征在于：用于PVC板材的阻燃抑烟剂。
9.一种含铁离子和钼酸根离子的配合物，其特征在于：采用权利要求1-7任意一项制备方法制备，分子结构式如下：
上述结构式中，x，y为结构单元数，为正整数。
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