新化合物及其作为阻燃剂的应用的制作方法

本发明涉及一种新的化合物，同时还提供了该化合物的制备方法以及该化合物作为阻燃剂在高分子材料中的应用。
背景技术：
：随着合成高分子材料在现代生活及各个行业的广泛应用，人们对高分子材料的火灾危害性越来越重视，对高分子材料阻燃性的要求也越来越高。高分子材料阻燃性能的改善常常通过添加阻燃剂来实现，常用的阻燃剂主要有卤系阻燃剂如氯化石蜡、六溴化环十二烷，磷系阻燃剂如磷酸三甲苯酯、红磷，铝镁系阻燃剂如氢氧化铝、氢氧化镁。阻燃剂的使用在减少火灾引起的生命和财产损失中，发挥了重大作用。高分子材料常用的阻燃剂中，卤系阻燃剂的阻燃效果虽然较好，但是加有这类阻燃剂的高分子材料在燃烧时会释放出大量有毒、有害和腐蚀性的气体，会对人体健康以及环境造成巨大的危害。随着人们绿色环保意识的提高，以及环保相关法律政策的出台，许多国家和地区都已经对卤系阻燃剂的使用作出了严格的限制和规定。磷系阻燃剂虽有较好的阻燃效果，但使用这类阻燃剂的高分子材料在燃烧时会产生大量的烟雾，也会对人体健康以及环境造成危害。铝镁系阻燃剂具有抑烟性好、热稳定性好、不挥发、不产生腐蚀性和有毒性气体等特点，但是阻燃效果较差。技术实现要素：本发明的目的就是提供一种阻燃性较好，同时抑烟性也较好的阻燃剂，以克服现有高分子材料中所使用的阻燃剂的不足。为此，本发明提供了一种新的化合物，该化合物的红外光谱包括下列特征吸收峰：3336cm-1，1640cm-1，1465cm-1，1230cm-1，1126cm-1，1022cm-1，848cm-1。该化合物具有如附图所示的红外光谱。该化合物的化学结构式为：发明人同时提供了上述化合物的制备方法，操作步骤包括：以季戊四醇双磷酸酯二酰氯(pdd)和氢氧化镁为原料，无水乙腈为溶剂，无水三氯化铝为催化剂，控温85℃条件下搅拌反应24h，随后将反应液冷却至20-25℃，过滤，所得滤饼依次用乙腈、丙酮各洗涤两次，洗涤后固体于60℃条件下干燥2h即可。上述制备方法中季戊四醇双磷酸酯二酰氯与氢氧化镁的摩尔比为1:2。上述制备方法中无水乙腈的质量用量为季戊四醇双磷酸酯二酰氯的4倍。上述制备方法中无水三氯化铝的摩尔用量为季戊四醇双磷酸酯二酰氯的0.045倍。本发明所提供的化合物可作为阻燃剂使用，尤其适合作为阻燃剂用于高分子材料阻燃性能的改善。本发明所述的高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、abs(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、聚酰胺等。发明人同时提供了上述化合物作为阻燃剂的应用。本发明所提供的化合物可作为高分子材料的阻燃剂使用。对于制备本发明所述化合物的方法，发明人进行了考察，最终筛选出了最佳反应条件，具体如下：一、催化剂无水三氯化铝的用量对化合物产率的影响反应条件：pdd：氢氧化镁＝1:2(摩尔比)，pdd：乙腈＝1:3(质量比)，反应温度＝80℃，反应时间t＝24h。不同用量无水三氯化铝的实验结果如表1所示。表1pdd:无水三氯化铝(摩尔比)1:01:0.0301:0.0451:0.075化合物产率31.2％57.8％73.7％65.4％从表1可以看出，无水三氯化铝的摩尔量为pdd的0.045倍时化合物的产率最高。二、溶剂乙腈的用量对化合物产率的影响反应条件：pdd：氢氧化镁＝1:2(摩尔比)，pdd：无水三氯化铝＝1:0.045(摩尔比)，反应温度＝80℃，反应时间t＝24h。不同用量乙腈的实验结果如表2所示。表2pdd:乙腈(质量比)1:21:31:41:8化合物产率35.5％67.2％74.1％53.9％从表2可以看出，乙腈的质量为pdd的4倍时化合物的产率最高。三、原料摩尔比对化合物产率的影响反应条件：pdd：无水三氯化铝＝1:0.045(摩尔比)，pdd：乙腈＝1:4(质量比)，反应温度＝80℃，反应时间t＝24h。pdd和氢氧化镁不同摩尔比的实验结果如表3所示。表3pdd：氢氧化镁(摩尔比)1:11:21:31:4化合物产率38.2％73.8％64.7％50.2％从表3可以看出，pdd和氢氧化镁的摩尔比为1:2时化合物的产率最高。四、反应温度对化合物产率的影响反应条件：pdd：氢氧化镁＝1:2(摩尔比)，pdd：无水三氯化铝＝1:0.045(摩尔比)，pdd：乙腈＝1:4(质量比)，反应时间t＝24h。不同反应温度的实验结果如表4所示。表4反应温度t/℃75808590化合物产率48.1％56.8％74.2％65.7％从表4可以看出，其他条件一定时，反应温度为85℃时，化合物的产率最高。综合以上实验结果，制备化合物的最佳条件为：pdd：氢氧化镁＝1:2(摩尔比)，pdd：无水三氯化铝＝1:0.045(摩尔比)，pdd：乙腈＝1:4(质量比)，反应温度＝80℃，反应时间t＝24h。在本发明所述化合物的制备过程中，发明人对反应产生的气体进行了收集，经确认所收集气体为氯化氢，并对其进行了定量分析。发明人对制备得到的化合物进行了红外光谱分析，最终确认了该化合物的结构应为合成该化合物的反应方程式应为发明人还对该化合物进行了用途研究，发现其为良好的阻燃剂。本发明所提供的新化合物可作为阻燃剂应用于高分子材料中，能够使聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、abs和聚酰胺等高分子材料的氧指数达到难燃材料的阻燃要求28％，燃烧性能达到垂直燃烧的最高级fv-0级的情况下，仍具有较好的力学性能，且抑烟性良好，克服了现有阻燃剂应用中，高分子材料的阻燃性能和力学性能不能兼顾的缺陷。附图说明图1为本发明所述化合物的红外光谱图。图2为季戊四醇双磷酸酯二酰氯的红外光谱图。图3为氢氧化镁的红外光谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明所述内容做进一步详细的说明。实施例1新化合物的制备向三口烧瓶中依次加入14.85g(0.05mol)的pdd、5.83g(0.1mol)的氢氧化镁和0.300g的无水氯化铝，再加入59.40g无水乙腈，边搅拌边逐渐水浴加热至85℃，恒温反应24h后，将反应液冷却至室温，抽滤，滤饼先用适量乙腈洗涤两次，再用丙酮洗涤两次，然后将过滤产物于60℃下干燥两个小时，得白色固体12.61g，产率74.2％。反应过程中用1l浓度为0.5mol/l的氢氧化钠溶液对产生的气体进行收集，通过滴定分析，发现反应结束后氢氧化钠溶液的浓度变为0.4mol/l，最终确定反应生成了0.1mol的氯化氢气体。经测定，白色固体的熔点为306.5℃。实施例2新化合物的结构分析发明人对依照实施例1所述方法制备得到的化合物进行了红外光谱检测，所得图谱如附图1所示。发明人同时对合成本发明所述化合物使用的两种原料季戊四醇双磷酸酯二酰氯(pdd)、氢氧化镁分别进行了红外光谱检测，结果如附图2、附图3所示。发明人对上述红外光谱图进行了比对分析后认为，新化合物的红外光谱在1465cm-1、1230cm-1、1126cm-1、1022cm-1、848cm-1处与pdd的红外光谱吸收峰值相同，说明pdd的双环主结构未发生变化；新化合物的红外光谱在3336cm-1处存在明显的—oh(羟基)的特征峰，而在1022cm-1处仍然存在磷氧双键(p＝o)的特征峰、在1230cm-1处有典型的p—o—c的特征峰，但是在545cm-1处的p—cl特征峰消失了，这表明最终产物里面的已经没有了p—cl结构。结合生成的氯化氢气体，发明人认为新化合物的化学结构式为：实施例3新化合物的应用将依照实施例1所述方法制备得到的新化合物用于pe的阻燃，当其用量为25％，pe用量为75％时，pe的氧指数达到28％，达到难燃材料的阻燃要求，且发烟量很小，材料也有比较好的力学性能。当采用卤系阻燃剂如六溴化环十二烷或六溴苯时，必须与三氧化二锑并用，且二者总添加量不低于30％的情况下，pe的氧指数才能达到28％，但是材料在燃烧过程中会放出大量的有毒有害的烟雾。当采用磷系阻燃剂如包覆红磷时，必须与氢氧化镁或氢氧化铝等阻燃剂并用，且二者总添加量不低于35％的情况下，pe的氧指数才能达到28％，但此时材料的力学性能会被严重的降低。当采用铝镁系阻燃剂如氢氧化镁，用量不低于60％时，pe的氧指数才能达到28％，但同时材料的力学性能会大幅下降。由此可见，本发明所提供的新化合物用于改善高分子材料的阻燃性能时，用量小，添加后的材料力学性能好，燃烧时发烟量小，要明显优于现有的阻燃剂。当前第1页12