一种磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阻燃剂，特别涉及一种磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚合物/蒙脱土复合材料与传统填充聚合物相比，虽然具有用量少、成本低、阻燃效能高、发烟量少等优点，但由于阻燃级别较低严重限制其使用范围。为了进一步提高聚合物/蒙脱土复合材料的阻燃性能，利用蒙脱土与膨胀型阻燃剂(含磷氮化合物)复配共同改性高分子材料。对于膨胀型阻燃剂-蒙脱土协同阻燃体系，膨胀型阻燃剂-蒙脱土改性聚合物结构特征决定了体系存在着协同阻燃机制。研究表明在聚合物/蒙脱土复合材料中添加膨胀型阻燃剂，在不降低阻燃级别的情况下阻燃剂的用量(与纯高聚物相比)明显减少，可见膨胀型阻燃剂和蒙脱土具有一定的协同阻燃作用。由于膨胀型阻燃剂与蒙脱土无毒环保、阻燃效率高，纳米蒙脱土与与他膨胀型阻燃剂的复配与协同已经为聚合物阻燃研究的热点之一。但目前纳米蒙脱土与膨胀型阻燃剂的协同仍旧停留在将两者直接物理共混的阶段，两者在聚合物基体中很难实现均匀分散，因此协同效果仍有很大的提高空间，且参与协同阻燃的膨胀型阻燃剂多为小分子阻燃剂，与聚合物的相容性差，使高聚物的物理机械性能、电性能和绝缘性能下降，尤其是导致材料的拉伸强度、抗冲击强度大幅度下降。
[0003]有机化处理的蒙脱土虽能较好地分散在聚合物中，但其所用的插层剂往往是热稳定性能差且无阻燃作用的含长碳链改性剂，从而影响了聚合物/蒙脱土复合材料的阻燃性能。经磷氮系化合物有机化改性蒙脱土，不仅提高了与聚合物基体材料的相容性，改善了材料的力学性能，而且磷氮系化合物赋予蒙脱土膨胀阻燃作用，并充分利用了磷氮系化合物与蒙脱土两者的协同作用，提高了对聚合物的阻燃效率。因此，磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂为解决上述蒙脱土阻燃改性高分子材料存在的问题提供了一种新的途径。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的首要技术问题在于提供一种具有阻燃性的磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂。
[0005]本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂的制备方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]—种磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂，该阻燃剂是由下述方法制得:含胺基的硅烷偶联剂与蒙脱土反应，得到硅烷偶联剂改性蒙脱土，然后与2-氧代-2-氯-5，5- 二甲基-1，3，2- 二氧磷杂环己烷反应制得磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂。
[0008]作为优选，所述的含胺基的硅烷偶联剂选自下述之一:N-氨乙基-γ -氨丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨基乙胺基)丙基三乙氧基硅烷。
[0009]发明所述的磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂，其组成含有磷氮系化合物和蒙脱土，膨胀型阻燃剂通过化学键接枝蒙脱土上。
[0010]一种所述的磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂的制备方法，该方法是:在溶剂中，蒙脱土与含胺基的硅烷偶联剂于50?140°C反应3?12小时，再加入2-氧代_2_氯-5，5- 二甲基-1，3，2- 二氧磷杂环己烷和缚酸剂在20?100°C反应3?12小时，分离得磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂。在反应结束后，可采用过滤等常规分离方法分离得到磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂。
[0011]作为优选，所述的蒙脱土与含胺基的硅烷偶联剂的投料质量比为1.0:0.05?
0.30，所述的含胺基的硅烷偶联剂与2-氧代-2-氯-5，5- 二甲基-1，3，2- 二氧磷杂环己烷的投料物质的量比为1.0:2.0?3.0，所述溶剂的体积用量以蒙脱土的质量计为50?200ml/go
[0012]作为优选，所述的缚酸剂选自下述之一:三乙胺、吡啶；所述的缚酸剂与2-氧代-2-氯_5，5-二甲基-1，3，2-二氧磷杂环己烷的投料物质的量比为1.0:1.0?4.0。
[0013]作为优选，所述的溶剂选自下述之一:芳烃、酯类化合物、卤代烃、酮类化合物。优选下列之一:二甲苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、丁酮、环己酮。
[0014]—种用所述的磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂制作阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的应用，在三元乙丙橡胶发泡材料的制备中加入有效量的磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂。
[0015]—种用所述的磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂生产阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的方法，该方法具体是:将35份三元乙丙橡胶放入双辊混炼机上塑炼3分钟，分别加入16份填充油、8份炭黑、38碳酸钙、0.8份硬酯酸、1.2份氧化锌和15份磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂，混炼8分钟，再加入0.4份硫化助剂和0.6份发泡助剂，薄通8次后下片，随后将该混合物在180°C的平板硫化机上模压8分钟，制得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果体现在如下几方面:
[0017]本发明制得的磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂不仅能阻燃改性高分子材料，而且能改善高分子材料的力学性能。本发明所述的磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂采用非卤体系，从而减少了材料燃烧过程中的“二次危害”;本发明所述的阻燃剂利用磷氮系化合物与蒙脱土协同阻燃作用，提高对高分子材料的阻燃效果，减少阻燃剂在高分子材料的添用量，降低阻燃材料的成本。
[0018]本发明所述的阻燃剂利用磷氮系化合物对蒙脱土进行化学改性，有利于蒙脱土在聚合物中分散性的提高，解决了阻燃剂加入损害高分子材料力学性能的问题；本发明所述的阻燃剂适用范围广、阻燃效果好、性能稳定；本发明所述的阻燃剂制备过程操作简便，成本低廉且溶剂回收方便，所得产物容易分离，易于工业化。
【具体实施方式】
[0019]下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
[0020]在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0021]实施例1
[0022]将1g蒙脱土加入到150mL甲苯中，超声分散30分钟后，移入到装有磁力搅拌、温度计、回流冷凝管及滴液漏斗的干燥四口瓶中，室温下滴加1.1295g N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和30mL甲苯混合液，并升温至105°C，继续搅拌反应5小时，降温至65°C，滴加2.494g 2-氧代_2-氣_5，5- 一■甲基_1，3，2- 一■氧憐杂环己烧、3.6g 二乙胺和20mL甲苯混合液，继续反应4.5小时。然后把反应得到的悬浮液过滤，用甲醇反复洗涤，并在80°C的烘箱中干燥24小时，制得磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂，收率为94.5%。
[0023]实施例2
[0024]磷氮系化合物改性蒙脱土阻燃剂的合成操作同实施例1。蒙脱土与N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的反应温度为75 °C，反应时间为6小时，加入2-氧代-2-氯-5，5- 二甲基-1，3，2- 二氧磷杂环己烷后继续反应12小时，反应温度为20°C，蒙脱土与3-氨丙基三乙氧基硅烷的投料质量比为1.0:0.30，3-氨丙基三乙氧基硅烷与2-氧代-2-氯-5，5- 二甲基-1，3，2- 二氧磷杂环己烷的投料物质的量比为1.0:2.5，溶剂选用乙酸丁酯，乙酸丁酯的体积用量以