阻燃剂 FRC-6的合成与应用

2025/5/29 14:03:38 作者:风华

概述

FRC-6阻燃剂(化学名称N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基磷酸二乙酯)是一种高性能的液态阻燃剂,形态为无色至淡黄色透明液体。作为一种近代合成的无卤环保反应型阻燃剂,阻燃剂 FRC-6在聚合物的制备过程中,通过化学反应复合到聚合物的分子链上,具有对材料的力学性能影响较小,阻燃效果持久的优点。

FRC-6阻燃剂.jpg

合成方法

方法一

在35℃左右将二乙醇胺滴人37%-40%的甲醛水溶液中,加毕,于40-45℃继续保温反应2h,然后于80-82℃,小于0.094MPa,减压 蒸馏直到没有馏分为止,得到中间体3-(2-羟基乙基)-1,3-氧氮杂环戊烷(HENH)。向HENH中加入阳离子交换树脂催化剂,于55-62℃滴人 亚磷酸二乙酯,加毕,于60-62℃保温反应2h,降到室温,过滤回收催化剂即可得黄色透明液体阻燃剂 FRC-6,收率98.5%[1]。

方法二

以多聚甲醛,二乙醇胺和亚磷酸二乙酯为原料,以过渡金属掺杂MCM41介孔分子筛负载型咪唑氯化钛盐离子液体为非均相催化剂,无其它有机溶剂助剂加入情况下,在20~50℃下搅拌反应1~5小时,发生选择性胺甲基化反应即可得到阻燃剂 FRC-6。该制备方法具有操作简便,反应条件温和,收率良好,催化剂可多次反复使用等特点,是一种环境友好的制备方法[2]。

应用

阻燃剂 FRC-6主要应用于塑料的阻燃,特别适合于制备聚氨酯泡沫塑料。具体地,将阻燃剂 FRC-6,含有羟基的多元醇与含有环氧基团的长链烷烃混合,加入催化剂,在一定温度下使得长链烷烃的环氧基团发生开环接枝反应,获得开环产物;将获得的开环产物与阻燃剂 FRC-6,添加型阻燃剂混合,在催化剂,表面活性剂,发泡剂存在条件下,在搅拌条件下与异氰酸酯反应制得阻燃硬质聚氨酯泡沫。该发明使用了一种添加型阻燃剂和两种反应型阻燃剂,提高了阻燃材料的阻燃性能。最终简单测试结果表明,长×宽×高为8cm×8cm×1cm的泡沫在火焰温度为1300℃的高温喷枪下燃烧可达2分钟以上,且燃烧面与背面温度差在700℃以上[3]。

此外,文献还报道了一种无溶剂含磷环氧树脂固化剂的制备方法。通过将商品化的阻燃剂 FRC-6与环氧氯丙烷在碱性条件下制备含磷端环氧的小分子,然后将此含磷小分子与环氧树脂以及所要改性的胺进行开环反应接枝到固化剂的结构上来制备含磷环氧树脂固化剂。所得含磷环氧树脂固化剂具有较高的热稳定性和成炭率,而且该固化剂中不含有卤素,可以作为一种环境友好型的阻燃固化剂,当用于环氧树脂时,其制备的固化剂具有较高的氧指数和较好的阻燃效果。同时相关发明工艺流程简单,生产过程简便,而且在制备固化剂的过程中,不使用有机溶剂,对操作工人伤害较小[4]。

有关研究

以聚醚(N-210),异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),阻燃剂 FRC-6,一缩二乙二醇(EX),二羟甲基丙酸(DMPA),3-(2-氨乙基)氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)为主要原料合成系列有机磷阻燃改性的水性聚氨酯。通过红外,吸水率,热分析(TGA),极限氧指数(LOI),微型燃烧量热(MCC)等测试研究阻燃剂FRC-6的加入对聚氨酯(PU)耐水性,热性能,阻燃性能的影响。

研究表明,阻燃剂 FRC-6的加入使得聚氨酯的耐水性下降,起始热分解温度降低,但是热分解速率也降低,残炭率增加,当P元素在聚氨酯预聚体中的质量分数为2.31%时,氧指数为28%,聚氨酯材料由易燃变为难燃,阻燃性能得到很大提高,垂直燃烧测试显示PU的阻燃性能已达到UL-94V-2级。有机磷化合物主要是通过凝聚相阻燃机理发挥阻燃作用,聚合物首先要达到一定的温度才能燃烧,在这个受热过程中,聚合物中的C-P键由于键能较低而断裂,然后含P基团首先与氧气作用生成磷酸,磷酸脱水生成偏磷酸,偏磷酸不稳定,最后会聚合成为稳定的聚偏磷酸。它作为一种凝聚相,主要在以下两方面起阻燃作用:一方面,聚偏磷酸以一层类似玻璃膜的形式覆盖在聚合物的表面,因为隔绝了外界空气从而阻止了燃烧;另一方面,聚偏磷酸作为一种强酸,具有很强的脱水能力而且具备夺取聚合物酯链中的氧的能力,能够促进聚合物脱水炭化产生炭化层,减少或阻止了可燃性气体的产生,从而起到阻燃作用[5]。

参考文献

[1]楚红英,戴玉朵,刘治国.N,N-二(2-羟乙基)氨甲基膦酸二乙酯的合成[J].化学研究, 2006, 17(2).DOI:10.3969/j.issn.1008-1011.2006.02.006.

[2]胡玉林,戎启,刘湘,等.一种N,N-二(2-羟乙基)氨甲基膦酸二乙酯的制备方法.CN202211173755.2.

[3]朱晓君,江平,张大华.一种阻燃硬质聚氨酯泡沫的制备方法:202310819047[P].

[4]李嘉顺.一种无溶剂含磷环氧树脂固化剂及其制备方法:CN201810157860.4[P].CN108383978A.

[5]王萃萃.无卤阻燃水性聚氨酯的研究[D].安徽大学,2011.DOI:10.7666/d.y1975532.

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