一种三嗪成炭剂及其合成方法与流程

1.本发明属于高分子材料合成技术领域，尤其涉及一种三嗪成炭剂及其合成方法。


背景技术：

2.ifr(膨胀型阻燃剂)因具有阻燃效率高、低烟、低毒、添加量少等优点而被认为是实现阻燃剂无卤化的有效途径之一。成炭剂是形成膨胀炭化层的基础，直接影响ifr的阻燃效果。早期的成炭剂大多是一些小分子多轻基化合物，如季戊四醇、双季戊四醇和山梨醇等，致使ifr存在很多缺点，如添加量大、易迁移、水溶性大、相容性和热稳定性差等问题，极大地限制了ifr在阻燃材料中的应用。为了克服以上小分子成炭剂的缺点，人们对大分子成炭剂进行了很多研究。近些年，大量的研究表明，大分子三嗪成炭剂有成炭和发泡作用，三嗪成炭剂难溶于水、吸湿性小、热稳定性较好、相对分子质量大、与聚合物的相容性及抗迁移性好、成炭效率高、添加量较少、无毒无卤且安全环保。由三嗪成炭剂和聚磷酸鞍(app)复配成的ifr不仅阻燃效果有了明显改善，而且耐水性和力学性能也有显著改善。因此三嗪成炭剂引起了国内外的广泛重视。其中以哌嗪和三聚氯氰为主链单体合成的大分子三嗪成炭剂因哌嗪的环状结构及自身的成炭性而具有更好的热稳定性和成炭性。
3.一直以来，关于三嗪成炭剂的合成工艺报道不少。专利cn104693442中，首先由二胺化合物(如：乙二胺、哌嗪等)与磷酸(或二磷酸酯)发生酰胺反应，化合生成二磷酸酰胺，再由二磷酸酰胺化合物与三聚氯氰进行超支化反应生成超支化三嗪成炭剂；另外在文章《高分子材料科学与工程》和文章《中国塑料》等文中，通过三聚氯氰和二氨基物直接发生超支化反应的方法生成三嗪成炭剂。本发明能够通过利用成本最低的方法合成三嗪成炭剂，同时能够大大降低生产过程中的操作难度。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种三嗪成炭剂及其合成方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种三嗪成炭剂，所述三嗪成炭剂的结构式如下式i所示：
7.i：
8.进一步的，一种三嗪成炭剂的合成方法，包括以下步骤：
9.s1：将季戊四醇和磷酸投入捏合机中，盖上捏合机的箱盖；
10.s2：检查捏合机是否密封；
11.s3：将捏合机抽真空至-0.09mpa，然后通入氮气，使得捏合机里面压力达到0-0.2mpa之间，停止通入氮气；
12.s4：启动捏合机搅拌，电加热升温，温度升到内温100℃-150℃，关闭电加热，利用物料自身放热升温到150℃-200℃；
13.s5：温度达到150℃-200℃后，打开捏合机排空阀门排出水蒸气；
14.s6：保温反应1-4h，反应结束，逐渐降低温度；
15.s7：打开放料阀，放出物料，得到中间体季戊四醇磷酸酯；
16.s8：将三聚氯氰和s7步骤得到的季戊四醇磷酸酯投入反应釜，然后向反应釜内加入水；
17.s9：将氢氧化钠溶于水中，配制成氢氧化钠溶液；
18.s10：将反应釜的温度升温至0-100℃，温度稳定后，滴加s9步骤得到的氢氧化钠溶液；
19.s11：氢氧化钠溶液的滴加时长在2-5h之间，滴加完毕后再保温反应5h，反应结束后有大量白色固体析出，进行离心，得到反应产物，将反应产物送去烘箱干燥；
20.s12：将干燥后的产物送入粉碎机进行粉碎，得到三嗪成炭剂成品。
21.进一步的，所述s1步骤中，所述季戊四醇和磷酸的质量比为2-5。
22.进一步的，所述s8步骤中，所述季戊四醇磷酸酯和三聚氯氰的质量比为2.2。
23.进一步的，所述s8步骤中，所述三聚氯氰和水的质量比为1：4。
24.进一步的，所述s9步骤中，所述氢氧化钠和三聚氯氰的质量比为1-1.5。
25.进一步的，所述s9步骤中，所述氢氧化钠和水的质量比为1：3。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.本发明采用捏合机作为合成季戊四醇磷酸酯的反应装置，整个反应过程中没有用到溶剂，没有废气产生，较为环保；在合成三嗪成炭剂的过程中，采用水作为溶剂，对环境较为友好，无污染；本发明中所涉及到的反应条件都比较容易实现大规模工业生产，有利于产业化；且本发明能够用成本最低的方法完成三嗪成炭剂的合成工艺，同时大大降低了生产过程中的操作难度。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
30.实施例1
31.作为本发明的一种优选实施例，所述三嗪成炭剂的结构式如下式i所示：
32.i：
33.所述三嗪成炭剂的合成方法，包括以下步骤：
34.s1：将季戊四醇和磷酸投入捏合机中，盖上捏合机的箱盖，所述季戊四醇和磷酸的质量比为2；
35.s2：检查捏合机是否密封；
36.s3：将捏合机抽真空至-0.09mpa，然后通入氮气，使得捏合机里面压力达到0.1mpa，停止通入氮气；
37.s4：启动捏合机搅拌，电加热升温，温度升到内温100℃，关闭电加热，利用物料自身放热升温到150℃；
38.s5：温度达到150℃后，打开捏合机排空阀门排出水蒸气；
39.s6：保温反应1h，反应结束，逐渐降低温度；
40.s7：打开放料阀，放出物料，得到中间体季戊四醇磷酸酯；
41.s8：将三聚氯氰和s7步骤得到的季戊四醇磷酸酯投入反应釜，然后向反应釜内加入水，所述季戊四醇磷酸酯和三聚氯氰的质量比为2.2，所述三聚氯氰和水的质量比为1：4；
42.s9：将氢氧化钠溶于水中，配制成氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠和三聚氯氰的质量比为1，所述氢氧化钠和水的质量比为1：3；
43.s10：将反应釜的温度升温至20℃，温度稳定后，滴加s9步骤得到的氢氧化钠溶液；
44.s11：氢氧化钠溶液的滴加时长为2h，滴加完毕后再保温反应5h，反应结束后有大量白色固体析出，进行离心，得到反应产物，将反应产物送去烘箱干燥；
45.s12：将干燥后的产物送入粉碎机进行粉碎，得到三嗪成炭剂成品。
46.在本发明实施例中，三嗪成炭剂的合成工艺流程如下所示：
47.48.s7步骤得到的季戊四醇磷酸酯的收率为投入磷酸质量的4-5倍；所述s1、s8和s9步骤涉及到的季戊四醇、磷酸、三聚氯氰和氢氧化钠原料优选优等工业品。
49.实施例2
50.作为本发明的一种优选实施例，所述三嗪成炭剂的结构式如下式i所示：
51.i：
52.所述三嗪成炭剂的合成方法，包括以下步骤：
53.s1：将季戊四醇和磷酸投入捏合机中，盖上捏合机的箱盖，所述季戊四醇和磷酸的质量比为2.5；
54.s2：检查捏合机是否密封；
55.s3：将捏合机抽真空至-0.09mpa，然后通入氮气，使得捏合机里面压力达到0mpa，停止通入氮气；
56.s4：启动捏合机搅拌，电加热升温，温度升到内温110℃，关闭电加热，利用物料自身放热升温到160℃；
57.s5：温度达到160℃后，打开捏合机排空阀门排出水蒸气；
58.s6：保温反应1.5h，反应结束，逐渐降低温度；
59.s7：打开放料阀，放出物料，得到中间体季戊四醇磷酸酯；
60.s8：将三聚氯氰和s7步骤得到的季戊四醇磷酸酯投入反应釜，然后向反应釜内加入水，所述季戊四醇磷酸酯和三聚氯氰的质量比为2.2，所述三聚氯氰和水的质量比为1：4；
61.s9：将氢氧化钠溶于水中，配制成氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠和三聚氯氰的质量比为1.1，所述氢氧化钠和水的质量比为1：3；
62.s10：将反应釜的温度升温至40℃，温度稳定后，滴加s9步骤得到的氢氧化钠溶液；
63.s11：氢氧化钠溶液的滴加时长为3h，滴加完毕后再保温反应5h，反应结束后有大量白色固体析出，进行离心，得到反应产物，将反应产物送去烘箱干燥；
64.s12：将干燥后的产物送入粉碎机进行粉碎，得到三嗪成炭剂成品。
65.实施例3
66.作为本发明的一种优选实施例，所述三嗪成炭剂的结构式如下式i所示：
67.i：
68.所述三嗪成炭剂的合成方法，包括以下步骤：
69.s1：将季戊四醇和磷酸投入捏合机中，盖上捏合机的箱盖，所述季戊四醇和磷酸的质量比为3；
70.s2：检查捏合机是否密封；
71.s3：将捏合机抽真空至-0.09mpa，然后通入氮气，使得捏合机里面压力达到0.1mpa，停止通入氮气；
72.s4：启动捏合机搅拌，电加热升温，温度升到内温120℃，关闭电加热，利用物料自身放热升温到160℃；
73.s5：温度达到160℃后，打开捏合机排空阀门排出水蒸气；
74.s6：保温反应2h，反应结束，逐渐降低温度；
75.s7：打开放料阀，放出物料，得到中间体季戊四醇磷酸酯；
76.s8：将三聚氯氰和s7步骤得到的季戊四醇磷酸酯投入反应釜，然后向反应釜内加入水，所述季戊四醇磷酸酯和三聚氯氰的质量比为2.2，所述三聚氯氰和水的质量比为1：4；
77.s9：将氢氧化钠溶于水中，配制成氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠和三聚氯氰的质量比为1.2，所述氢氧化钠和水的质量比为1：3；
78.s10：将反应釜的温度升温至50℃，温度稳定后，滴加s9步骤得到的氢氧化钠溶液；
79.s11：氢氧化钠溶液的滴加时长为3h，滴加完毕后再保温反应5h，反应结束后有大量白色固体析出，进行离心，得到反应产物，将反应产物送去烘箱干燥；
80.s12：将干燥后的产物送入粉碎机进行粉碎，得到三嗪成炭剂成品。
81.实施例4
82.作为本发明的一种优选实施例，所述三嗪成炭剂的结构式如下式i所示：
83.i：
84.所述三嗪成炭剂的合成方法，包括以下步骤：
85.s1：将季戊四醇和磷酸投入捏合机中，盖上捏合机的箱盖，所述季戊四醇和磷酸的质量比为4；
86.s2：检查捏合机是否密封；
87.s3：将捏合机抽真空至-0.09mpa，然后通入氮气，使得捏合机里面压力达到0.2mpa，停止通入氮气；
88.s4：启动捏合机搅拌，电加热升温，温度升到内温130℃，关闭电加热，利用物料自身放热升温到170℃；
89.s5：温度达到170℃后，打开捏合机排空阀门排出水蒸气；
90.s6：保温反应3h，反应结束，逐渐降低温度；
91.s7：打开放料阀，放出物料，得到中间体季戊四醇磷酸酯；
92.s8：将三聚氯氰和s7步骤得到的季戊四醇磷酸酯投入反应釜，然后向反应釜内加入水，所述季戊四醇磷酸酯和三聚氯氰的质量比为2.2，所述三聚氯氰和水的质量比为1：4；
93.s9：将氢氧化钠溶于水中，配制成氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠和三聚氯氰的质量比为1.3，所述氢氧化钠和水的质量比为1：3；
94.s10：将反应釜的温度升温至60℃，温度稳定后，滴加s9步骤得到的氢氧化钠溶液；
95.s11：氢氧化钠溶液的滴加时长为4h，滴加完毕后再保温反应5h，反应结束后有大量白色固体析出，进行离心，得到反应产物，将反应产物送去烘箱干燥；
96.s12：将干燥后的产物送入粉碎机进行粉碎，得到三嗪成炭剂成品。
97.实施例5
98.作为本发明的一种优选实施例，所述三嗪成炭剂的结构式如下式i所示：
99.i：
100.所述三嗪成炭剂的合成方法，包括以下步骤：
101.s1：将季戊四醇和磷酸投入捏合机中，盖上捏合机的箱盖，所述季戊四醇和磷酸的质量比为4；
102.s2：检查捏合机是否密封；
103.s3：将捏合机抽真空至-0.09mpa，然后通入氮气，使得捏合机里面压力达到0.1mpa，停止通入氮气；
104.s4：启动捏合机搅拌，电加热升温，温度升到内温140℃，关闭电加热，利用物料自身放热升温到170℃；
105.s5：温度达到170℃后，打开捏合机排空阀门排出水蒸气；
106.s6：保温反应3h，反应结束，逐渐降低温度；
107.s7：打开放料阀，放出物料，得到中间体季戊四醇磷酸酯；
108.s8：将三聚氯氰和s7步骤得到的季戊四醇磷酸酯投入反应釜，然后向反应釜内加入水，所述季戊四醇磷酸酯和三聚氯氰的质量比为2.2，所述三聚氯氰和水的质量比为1：4；
109.s9：将氢氧化钠溶于水中，配制成氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠和三聚氯氰的质量比为1.3，所述氢氧化钠和水的质量比为1：3；
110.s10：将反应釜的温度升温至60℃，温度稳定后，滴加s9步骤得到的氢氧化钠溶液；
111.s11：氢氧化钠溶液的滴加时长为4h，滴加完毕后再保温反应5h，反应结束后有大量白色固体析出，进行离心，得到反应产物，将反应产物送去烘箱干燥；
112.s12：将干燥后的产物送入粉碎机进行粉碎，得到三嗪成炭剂成品。
113.实施例6
114.作为本发明的一种优选实施例，所述三嗪成炭剂的结构式如下式i所示：
115.i：
116.所述三嗪成炭剂的合成方法，包括以下步骤：
117.s1：将季戊四醇和磷酸投入捏合机中，盖上捏合机的箱盖，所述季戊四醇和磷酸的质量比为5；
118.s2：检查捏合机是否密封；
119.s3：将捏合机抽真空至-0.09mpa，然后通入氮气，使得捏合机里面压力达到0.1mpa，停止通入氮气；
120.s4：启动捏合机搅拌，电加热升温，温度升到内温150℃，关闭电加热，利用物料自身放热升温到200℃；
121.s5：温度达到200℃后，打开捏合机排空阀门排出水蒸气；
122.s6：保温反应4h，反应结束，逐渐降低温度；
123.s7：打开放料阀，放出物料，得到中间体季戊四醇磷酸酯；
124.s8：将三聚氯氰和s7步骤得到的季戊四醇磷酸酯投入反应釜，然后向反应釜内加入水，所述季戊四醇磷酸酯和三聚氯氰的质量比为2.2，所述三聚氯氰和水的质量比为1：4；
125.s9：将氢氧化钠溶于水中，配制成氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠和三聚氯氰的质量比为1.5，所述氢氧化钠和水的质量比为1：3；
126.s10：将反应釜的温度升温至80℃，温度稳定后，滴加s9步骤得到的氢氧化钠溶液；
127.s11：氢氧化钠溶液的滴加时长为5h，滴加完毕后再保温反应5h，反应结束后有大量白色固体析出，进行离心，得到反应产物，将反应产物送去烘箱干燥；
128.s12：将干燥后的产物送入粉碎机进行粉碎，得到三嗪成炭剂成品。
129.实施例7
130.作为本发明的一种优选实施例，所述三嗪成炭剂的结构式如下式i所示：
131.i：
132.所述三嗪成炭剂的合成方法，包括以下步骤：
133.s1：将季戊四醇和磷酸投入捏合机中，盖上捏合机的箱盖，所述季戊四醇和磷酸的质量比为5；
134.s2：检查捏合机是否密封；
135.s3：将捏合机抽真空至-0.09mpa，然后通入氮气，使得捏合机里面压力达到0.2mpa，停止通入氮气；
136.s4：启动捏合机搅拌，电加热升温，温度升到内温150℃，关闭电加热，利用物料自身放热升温到200℃；
137.s5：温度达到200℃后，打开捏合机排空阀门排出水蒸气；
138.s6：保温反应4h，反应结束，逐渐降低温度；
139.s7：打开放料阀，放出物料，得到中间体季戊四醇磷酸酯；
140.s8：将三聚氯氰和s7步骤得到的季戊四醇磷酸酯投入反应釜，然后向反应釜内加入水，所述季戊四醇磷酸酯和三聚氯氰的质量比为2.2，所述三聚氯氰和水的质量比为1：4；
141.s9：将氢氧化钠溶于水中，配制成氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠和三聚氯氰的质量比为1.4，所述氢氧化钠和水的质量比为1：3；
142.s10：将反应釜的温度升温至100℃，温度稳定后，滴加s9步骤得到的氢氧化钠溶液；
143.s11：氢氧化钠溶液的滴加时长为5h，滴加完毕后再保温反应5h，反应结束后有大量白色固体析出，进行离心，得到反应产物，将反应产物送去烘箱干燥；
144.s12：将干燥后的产物送入粉碎机进行粉碎，得到三嗪成炭剂成品。
145.本发明的工作原理是：本发明采用捏合机作为合成季戊四醇磷酸酯的反应装置，整个反应过程中没有用到溶剂，没有废气产生，较为环保；在合成三嗪成炭剂的过程中，采用水作为溶剂，对环境较为友好，无污染；本发明中所涉及到的反应条件都比较容易实现大规模工业生产，有利于产业化；且本发明能够用成本最低的方法完成三嗪成炭剂的合成工艺，同时大大降低了生产过程中的操作难度。
146.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，
这些均不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。