一種高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑及其制備與應用制造技術

本發明專利技術公開一種高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑及其制備與應用，屬于阻燃材料領域。該阻燃劑的結構式如下，式中R＝CmH2m+1或者CmH2m?1，m選1～10；n選1～10；X選自無機雜多酸根離子。本發明專利技術阻燃劑集離子液體、阻燃基團、無機雜多酸于一體，具有優異的熱穩定性能和阻燃性能，所需添加量少，阻燃效率高，可單獨用作阻燃劑。本發明專利技術所制備的阻燃劑可直接作用于多種聚合物材料的阻燃應用中，其不含鹵素、工藝簡單，適用范圍廣，可操作性強。本發明專利技術阻燃劑可用于聚烯烴、聚酰胺、環氧樹脂、聚氨酯、橡膠、聚碳酸酯等聚合物阻燃材料，還可用于紙張、木材、織物等的阻燃。

An efficient halogen-free inorganic hybrid ionic liquid type flame retardant and its preparation and Application

The invention discloses an efficient halogen-free inorganic organic hybrid ionic liquid type flame retardant and its preparation and application, belonging to the field of flame retardant materials. The structure of the flame retardant is as follows: R = CmH2m+1 or CmH2m 1, m 1~10; n 1~10; X from inorganic heteropoly acid. The flame retardant of the invention integrates ionic liquid, flame retardant group and inorganic heteropoly acid in one. It has excellent thermal stability and flame retardancy. It needs little addition, high flame retardancy efficiency and can be used as a flame retardant alone. The flame retardant prepared by the invention can directly act on the flame retardant application of a variety of polymer materials. It has no halogen, simple process, wide application range and strong operability. The flame retardant can be used in polymer flame retardant materials such as polyolefin, polyamide, epoxy resin, polyurethane, rubber, polycarbonate and so on. It can also be used for flame retardancy of paper, wood, fabric and the like.

【技術實現步驟摘要】
一種高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑及其制備與應用
本專利技術屬于阻燃材料領域，特別涉及一種高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑及其制備方法與應用。
技術介紹
科技的不斷進步使得各類器件開始往精密化方向發展，與此同時，它也增加了可燃性材料尤其是有機高分子材料的使用。這些材料往往極易燃燒，對社會與人民的生命財產造成了極大的安全隱患，所以在使用過程中需要對其進行阻燃處理。為了降低高分子材料的易燃性，近年來聚合物阻燃技術不斷發展，目前應用較多的主要有無機納米粒子阻燃、鹵素阻燃、含磷含氮阻燃等。離子液體型阻燃劑的起步較晚，但是其在燃燒過程中卻能表現出優異的催化成炭性能，僅僅少量添加便可以有效提升材料的阻燃級別。但是目前離子液體型阻燃劑大多含鹵素，且多用作阻燃協效劑或催化劑，很少單獨作為阻燃劑并直接作用于材料的阻燃應用。
技術實現思路
為了克服現有技術的缺點與不足，本專利技術的首要目的在于提供一種高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑。該阻燃劑自帶阻燃性能。本專利技術采用利用無機有機雜化的方法，構建了一種高效無鹵的無機有機雜化離子液體型阻燃劑。通過分子設計將離子液體的催化成炭和膦酸酯基團的高效阻燃結合到一起，同時采用離子交換的手段，使其達到無鹵阻燃的效果。本專利技術的另一目的在于提供一種高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑的制備方法。本專利技術的再一目的在于提供上述高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑的應用。本專利技術的目的通過下述技術方案實現：本專利技術提供一種高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑，該阻燃劑集咪唑基離子液體、阻燃基團于一體，分子結構包括咪唑基團，膦酸酯基團，陰根離子；即：陽離子主體為帶有膦酸酯基團的咪唑陽離子，陰離子為無機雜多酸根離子；其結構式如下：式中R＝CmH2m+1或者CmH2m-1，m選1～10，優選為1～2；n選1～10，優選為3～4；X選自無機雜多酸根離子，優選Mo12PO40、CoW12O40。上述高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑的制備方法，包括下述步驟：(1)、在室溫條件加入一定量的二溴烷烴和亞磷酸三乙酯至三口燒瓶中，攪拌升溫至100～150℃；待完全蒸餾出溴乙烷后，開始減壓蒸餾出過量的二溴烷烴，然后得到第一步反應產物；(2)、取定量的烷基咪唑于三口燒瓶中，加入0mL～150mL(優選為0mL～100mL)三氯甲烷，攪拌；將一定量第一步反應產物溶于0～100mL(優選為0mL～30mL)三氯甲烷，然后緩慢加入到裝有烷基咪唑的三口燒瓶中；攪拌升溫至40～80℃，回流反應12～24h，然后旋蒸、洗滌、干燥，最后得無色離子液體；(3)、將一定量的反應后陰離子為X的化合物溶解于去離子水中，并持續攪拌；取一定量步驟(2)中的無色離子液體溶解于去離子水中，并緩慢滴加到反應后陰離子為X的化合物溶液中，在25～40℃下持續反應12～24h，然后抽濾、洗滌、干燥，最后所需產物。步驟(1)中所述的二溴烷烴為碳鏈長度1～10的二溴烷烴，優選為二溴丙烷或二溴丁烷。步驟(1)中所述的亞磷酸三乙酯和二溴烷烴的摩爾比例為1：(4～7)，優選為1：4；步驟(2)中所述的烷基咪唑為烷基鏈長度1～10烷基咪唑，優選為1-甲基咪唑或1-乙基咪唑。步驟(2)中所述的烷基咪唑和第一步反應產物的摩爾比例為1：(0.8～1.5)，優選為1：1.4；步驟(3)中所述的反應后陰離子為X的化合物為無機雜多酸根離子，優選為Mo12PO40、CoW12O40。步驟(3)中所述的反應后陰離子為X的化合物與無色離子液體按陰陽離子摩爾比添加。所述的高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑可用于聚烯烴、聚酰胺、環氧樹脂、聚氨酯、橡膠、聚碳酸酯等聚合物阻燃材料，還可用于紙張、木材、織物等的阻燃。本專利技術相對于現有技術具有如下的優點及效果：(1)本專利技術從分子設計的角度，將阻燃基團引入離子液體分子結構中。(2)本專利技術所制備的阻燃劑集催化成炭與高效阻燃于一體，具有極佳的催化成炭效應與阻燃性能，所需添加量少，阻燃效率高，可單獨用作阻燃劑。(3)本專利技術阻燃劑集離子液體、阻燃基團、無機雜多酸于一體，具有優異的熱穩定性能和阻燃性能。(4)本專利技術所制備的阻燃劑可直接作用于多種聚合物材料的阻燃應用中，其不含鹵素、工藝簡單，適用范圍廣，可操作性強。附圖說明圖1是本專利技術實施例1中離子液體型阻燃劑的紅外譜圖。圖2是本專利技術實施例1中離子液體型阻燃劑的熱重分析譜圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。實施例1(1)、在室溫條件加入1mol的二溴丙烷和0.25mol亞磷酸三乙酯至三口燒瓶中，攪拌升溫至130℃。待完全蒸餾出溴乙烷后，開始減壓蒸餾出過量的二溴丙烷，然后得到第一步反應產物。(2)、取0.04mol的1-乙基咪唑于三口燒瓶中，加入100mL三氯甲烷，攪拌。將0.056mol第一步反應產物溶于30mL三氯甲烷，然后緩慢加入到裝有1-乙基咪唑的三口燒瓶中。攪拌升溫至65℃，回流反應24h，然后旋蒸、洗滌、干燥，最后得無色離子液體。(3)、將0.0054mol的磷鉬酸水合物分散于去離子水中，并持續攪拌。取0.0162mol步驟(2)中的無色離子液體溶解于去離子水中，并緩慢滴加到磷鉬酸溶液中，室溫下持續反應24h，然后抽濾、洗滌、干燥，最后得淺黃色沉淀。本實施例中離子液體型阻燃劑的紅外譜圖，如圖1所示。本專利技術目標雜化離子液體阻燃劑的紅外譜圖可以很好地對應上各個基團。本實施例中離子液體型阻燃劑的熱重分析譜圖，如圖2所示；測試條件為：氮氣氛圍，升溫速率為10℃/min，升溫區間為35～800℃。從圖2可以看到本專利技術離子液體阻燃劑的初始降解溫度為263.8℃，其在800℃時的殘炭高達69.25％，這說明本專利技術離子液體阻燃劑具有很高的熱穩定性。實施例2(1)、在室溫條件加入1mol的二溴丁烷和0.25mol亞磷酸三乙酯至三口燒瓶中，攪拌升溫至130℃。待完全蒸餾出溴乙烷后，開始減壓蒸餾出過量的二溴丙烷，然后得到第一步反應產物。(2)、取0.04mol的1-乙基咪唑于三口燒瓶中，加入100mL三氯甲烷，攪拌。將0.056mol第一步反應產物溶于30mL三氯甲烷，然后緩慢加入到裝有1-乙基咪唑的三口燒瓶中。攪拌升溫至65℃，回流反應24h，然后旋蒸、洗滌、干燥，最后得無色離子液體。(3)、將0.0054mol的磷鉬酸水合物分散于去離子水中，并持續攪拌。取0.0162mol步驟(2)中的無色離子液體溶解于去離子水中，并緩慢滴加到磷鉬酸溶液中，40℃下持續反應12h，然后抽濾、洗滌、干燥，最后得淺黃色沉淀。實施例3(1)、在室溫條件加入1mol的二溴丙烷和0.25mol亞磷酸三乙酯至三口燒瓶中，攪拌升溫至130℃。待完全蒸餾出溴乙烷后，開始減壓蒸餾出過量的二溴丙烷，然后得到第一步反應產物。(2)、取0.04mol的1-甲基咪唑于三口燒瓶中，加入100mL三氯甲烷，攪拌。將0.056mol第一步反應產物溶于30mL三氯甲烷，然后緩慢加入到裝有1-甲基咪唑的三口燒瓶中。攪拌升溫至40℃，回流反應24h，然后旋蒸、洗滌、干燥，最后得無色離子液體。(3)、將0.0054mol的磷鉬酸水合物分散于去離子水中，并持續攪拌。取0.0162mol步驟(2)中的無色離子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑，其特征在于：所述的阻燃劑的結構式如下：

【技術特征摘要】
1.一種高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑，其特征在于：所述的阻燃劑的結構式如下：式中R＝CmH2m+1或者CmH2m-1，m選1～10；n選1～10；X選自無機雜多酸根離子。2.根據權利要求1所述的高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑，其特征在于：所述的m選1～2。3.根據權利要求1所述的高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑，其特征在于：所述的n選3～4。4.根據權利要求1所述的高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑，其特征在于：所述的X選自Mo12PO40、CoW12O40。5.權利要求1～4任一項所述的高效無鹵無機有機雜化離子液體型阻燃劑的制備方法，其特征在于包括下述步驟：(1)、在室溫條件加入一定量的二溴烷烴和亞磷酸三乙酯至三口燒瓶中，攪拌升溫至100～150℃；待完全蒸餾出溴乙烷后，開始減壓蒸餾出過量的二溴烷烴，然后得到第一步反應產物；(2)、取定量的烷基咪唑于三口燒瓶中，加入0mL～150mL三氯甲烷，攪拌；將一定量第一步反應產物溶于0～100mL三氯甲烷，然后緩慢加入到裝有烷基咪唑的三口燒瓶中；攪拌升溫至40～80℃，回流反應12～24h，然后旋蒸、洗滌、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳昆，肖飛，呂茂萍，羅富彬，杜祥祥，呂滿庚，
申請(專利權)人：中科院廣州化學有限公司，中科院廣州化學有限公司南雄材料生產基地，中國科學院大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44