CN104262679B - 一种磺酸盐类阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

一种磺酸盐类阻燃剂及其制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种磺酸盐类阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂结构式如下：该阻燃剂制备方法：将碱溶于溶剂N,N‑二甲基甲酰胺中配成浓度为4wt％～6wt％的溶液，上述溶液放置在‑20～‑45℃的容器内，在氮气保护下加入同碱等摩尔量的苯甲醛，搅拌40‑60分钟；加入同碱等摩尔量的原料A进行反应，搅拌至结束反应，所述原料A结构式为上述Rf为氟代烷基、全氟烷基、环氟烷基或环全氟烷基；最后将反应温度降至室温，抽滤，将滤饼恒温干燥获得磺酸盐类阻燃剂；本发明方法反应工艺和后处理简捷，由于所得到阻燃剂的特殊结构，含氟化合物和芳香族磺酸盐的协同作用，使得其阻燃性能性能优异，具有良好的热稳定和化学稳定性。添加到透明PC中不会改变其透明性和光泽。

Description

一种磺酸盐类阻燃剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机物合成材料和耐火材料，尤其涉及一种磺酸盐类阻燃剂及其制备方法。
背景技术
阻燃助剂作为透明PC工程塑料的关键添加剂之一，起到阻燃和增强的双重作用，其性能的好坏直接影响着透明PC工程塑料的性能和使用寿命。
目前，PC工程塑料常用的阻燃助剂主要有卤系、硅系、氮-磷系、硼系及磺酸盐系。卤系阻燃剂在燃烧时会产生大量的烟和腐蚀性气体，会对环境造成污染。硅系阻燃剂是一类环境友好型阻燃剂，其具有高效低烟无毒等优点，但其价格昂贵，产品的性能稳定性还有待于进一步提高，通常与其他阻燃剂复合使用。氮-磷类阻燃剂添加量大，易腐蚀模具。硼系阻燃剂阻燃效果不佳。磺酸盐类阻燃剂因其有着高效、清洁环保、添加到材料中不影响制品的使用性能、色泽等特点被广泛应用于各种材料中。但目前工业上常见的几种磺酸盐类阻燃剂(如全氟丁基磺酸钾、2,4,5三氯苯磺酸钠、苯磺酰基苯磺酸钾)普遍存在着合成工艺路线和后处理复杂等问题，且阻燃性能还存在一定的提升空间。
中国专利CN102977575A公开了一种含有三嗪环结构的磺酸盐类阻燃剂，该类阻燃剂不仅具有当前商业化的磺酸盐类阻燃助剂的普遍优点，而且其热稳定性好且成本低廉、工艺路线简单，同时还可以与氮形成协同阻燃的效果。但是，其后处理仍然较复杂，阻燃性能有待进一步提高，以扩大改性后PC的适用范围。
因此，需要寻求更为有效、简捷的方法，制备具有优异阻燃性能的清洁环保型透明PC用磺酸盐类阻燃剂。
发明内容
本发明提供一种磺酸盐类阻燃剂及其制备方法，能够克服现有技术中磺酸盐类阻燃剂工艺路线和后处理复杂的难题，并进一步提高阻燃性能。
本发明提供一种磺酸盐类阻燃剂，其结构式如下：
其中，Rf为氟代烷基、全氟烷基、环氟烷基或环全氟烷基。
本发明磺酸盐类阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碱溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为4wt％～6wt％的溶液，将上述溶液放置在-20～-45℃的容器内，在氮气保护下加入同碱等摩尔量的苯甲醛，搅拌40-60分钟；
(2)加入同碱等摩尔量的原料A进行反应，搅拌至结束反应，所述原料A结构式为其中Rf为氟代烷基、全氟烷基、环氟烷基或环全氟烷基(参见公开号为CN101193856A的中国专利)；
(3)将反应温度降至室温，抽滤，将滤饼恒温干燥获得磺酸盐类阻燃剂。
所述碱为叔丁基醇钾、氢化钠、硼基化锂或硼化三钠中的一种或几种。
加入原料A后，搅拌反应时间为2～3小时。
所述抽滤采用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤。
本发明方法反应工艺和后处理简捷，由于所得到阻燃剂的特殊结构，含氟化合物和芳香族磺酸盐的协同作用，使得其阻燃性能性能优异，具有良好的热稳定和化学稳定性。添加到透明PC中不会改变其透明性和光泽。
本发明提供的无卤磺酸盐类阻燃剂与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明提供的磺酸盐类阻燃剂含有氟元素，还可以与氟形成协同阻燃的效果，具有较好的阻燃性能；
(2)本发明提供的磺酸盐类阻燃剂的反应工艺和后处理简捷；
(3)本发明提供的磺酸盐类阻燃剂结合了含氟化合物和芳香族化合物的优势，具有良好的热力学稳定性；
(4)添加少量本发明提供的磺酸盐类阻燃剂即能达到很好的阻燃效果，因此，添加磺酸盐类阻燃剂到材料中不影响制品的使用性能、色泽等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
将10克叔丁基醇钾溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为4wt％的溶液，将其放在-20℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同叔丁基醇钾等摩尔量的苯甲醛，搅拌40分钟，再加入19.64g结构式为的原料A，搅拌2小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
实施例2
将10克叔丁基醇钾溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为4wt％的溶液，将其放在-30℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同叔丁基醇钾等摩尔量的苯甲醛，搅拌50分钟，再加入19.64g结构式为的原料A，搅拌3小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
实施例3
将10克叔丁基醇钾溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为4wt％的溶液，将其放在-45℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同叔丁基醇钾等摩尔量的苯甲醛，搅拌40分钟，再加入19.64g结构式为的原料A，搅拌2小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
实施例4
将10克叔丁基醇钾溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为5wt％的溶液，将其放在-20℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同叔丁基醇钾等摩尔量的苯甲醛，搅拌50分钟，再加入36.34克结构式为的原料A，搅拌3小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
实施例5
将10克的氢化钠溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为5wt％的溶液，将其放在-20℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同氢化钠等摩尔量的苯甲醛，搅拌40分钟，再加入91.83克结构式为的原料A，搅拌2.5小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
实施例6
将10克氢化钠溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为6wt％的溶液，将其放在-30℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同氢化钠等摩尔量的苯甲醛，搅拌60分钟，再加入91.83克结构式为的原料A，搅拌2.5小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
实施例7
将10克氢化钠溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为6wt％的溶液，将其放在-45℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同氢化钠等摩尔量的苯甲醛，搅拌40分钟，再加入91.83克结构式为的原料A，搅拌3小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
实施例8
将10克叔丁基醇钾溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为6wt％的溶液，将其放在-20℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同叔丁基醇钾等摩尔量的苯甲醛，搅拌50分钟，再加入26.47克结构式为的原料A，搅拌3小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
实施例9
将10克叔丁基醇钾溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为6wt％的溶液，将其放在-30℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同叔丁基醇钾等摩尔量的苯甲醛，搅拌40分钟，再加入26.47克结构式为的原料A，搅拌2小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
实施例10
将10克叔丁基醇钾溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为6wt％的溶液，将其放在-40℃的圆底烧瓶中，在氮气保护下加入同叔丁基醇钾等摩尔量的苯甲醛，搅拌60分钟，再加入26.47克结构式为的原料A，搅拌2小时后结束反应。降至室温，抽滤，用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤，将滤饼在恒温下干燥即得到所述的磺酸盐类阻燃剂。
经测试表明，本实施例获得的磺酸盐类阻燃剂在透明PC中添加量为0.07％--0.3wt％时即可使PC材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种磺酸盐类阻燃剂，其特征在于结构式如下：
其中，Rf为氟代烷基、全氟烷基、环氟烷基或环全氟烷基。
2.一种磺酸盐类阻燃剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将碱溶于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中配成浓度为4wt％～6wt％的溶液，将上述溶液放置在-20～-45℃的容器内，在氮气保护下加入同碱等摩尔量的苯甲醛，搅拌40-60分钟；所述碱为叔丁基醇钾、氢化钠、硼基化锂或硼化三钠中的一种或几种；
(2)加入同碱等摩尔量的原料A进行反应，搅拌至结束反应，所述原料A结构式为其中Rf为氟代烷基、全氟烷基、环氟烷基或环全氟烷基；
(3)将反应温度降至室温，抽滤，将滤饼恒温干燥获得磺酸盐类阻燃剂。
3.根据权利要求2所述的磺酸盐类阻燃剂的制备方法，其特征在于：加入原料A后，搅拌反应时间为2～3小时。
4.根据权利要求2所述的磺酸盐类阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述抽滤采用丙酮和乙酸乙酯反复洗涤抽滤。
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