本發(fā)明屬于膨脹型阻燃產(chǎn)品的技術領域，具體地說，本發(fā)明涉及一種包含三嗪結構和剛性基團且能誘導聚丙烯形成一定的β晶的成炭劑及其合成方法。

背景技術：

聚丙烯及其復合材料的廣泛應用給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。然而聚丙烯屬易燃材料，限制了其在有阻燃要求的場合使用，因此，實施聚丙烯的阻燃改性顯得很重要，阻燃劑也成為了高分子材料應用的重要助劑之一。

傳統(tǒng)的高效阻燃劑中，一般含有鹵素，尤其是溴，具有較高的阻燃效率，當此類阻燃劑與三氧化二銻復配后對高分子材料具有良好的阻燃效果。但是此類阻燃劑在燃燒或加工時會釋放出大量鹵化氫和煙霧，造成環(huán)境的二次污染，逐漸遭到禁用。

膨脹型阻燃劑（ifr）在燃燒時能形成致密而膨脹的炭層，降低煙氣的釋放，并能有效地防止燃燒過程中的熔滴現(xiàn)象，特別適用于聚丙烯類聚合物的阻燃改性。因此，ifr成為一類應用前景廣闊的環(huán)境友好型阻燃劑。

膨脹型阻燃劑（ifr）通常由酸源、炭源和氣源三種組份構成。當三源匹配合理時，膨脹阻燃劑燃燒將形成致密的炭層，充分發(fā)揮阻燃作用。傳統(tǒng)的膨脹型阻燃劑中主要由多聚磷酸銨（app）為酸源，季戊四醇、雙季戊四醇、三季戊四醇、淀粉等多羥基化合物為碳源，三聚氰胺等作為氣源。其中成炭劑容易遷移，水溶性大，熱穩(wěn)定性不高，加工過程中容易與多聚磷酸鹽反應，因此，開發(fā)耐熱耐水的成炭劑顯得尤其重要。

三嗪類衍生物具有良好的耐熱性、成炭性，成為了新一代成炭劑的代表，引起了研究人員的廣泛關注。如日本專利jp.pat.no.0,583,065,al(1994)、專利zl200510010243.4《大分子三嗪系成炭-發(fā)泡劑及其合成方法》、《三嗪系齊聚物及其合成方法》（授權號cn100500657c）和專利《含芳香族鏈結構的三嗪成炭劑及其制備方法》（公開號cn101586033a）、《一種用于阻燃聚烯烴材料的膨脹型成炭劑及其制備方法》（授權號cn102161763b），以及一些文獻報道，如胡小平等（journalofappliedpolymerscience94,1556-1561,2004）等。

這些專利和合成方法在不同程度地存在如下問題：制備過程復雜、反應時間較長，產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性、成炭性和與基體的相容性有待進一步提高，對聚丙烯復合材料的力學性能有明顯的影響，并且含有大量的極性基團，吸水性較強，易使材料吸潮。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有三嗪類成炭劑的成炭量低和熱穩(wěn)定性較差及與聚丙烯相容性差，對復合材料力學性能影響大的缺點，提而供一種具有β晶誘導成核作用的成炭劑及其合成方法，本發(fā)明所得產(chǎn)物成炭量較高、熱穩(wěn)定性較好且能誘導產(chǎn)生一定量的β晶，從而改變聚丙烯復合材料的聚集態(tài)結構，實現(xiàn)阻燃性能與力學性能共同提高的目的。

為了達到上述目的，本發(fā)明的具有β晶誘導成核作用的成炭劑的技術方案是這樣實現(xiàn)的，其特征在于，結構式如下：

式中：x為nh或o；m為環(huán)己基、苯基、苯甲?；籸為含2-18個碳的直鏈烷基、苯基或帶有取代基的苯基中的一種。

在本技術方案中，具有β晶誘導成核作用的成炭劑的合成方法是這樣實現(xiàn)的，其特征在于，包括如下幾個步驟：

步驟一

將溶劑加入到容器中，在冷凍反應器或冰浴中冷卻到-5-5℃，加入三聚氯氰，攪拌均勻得到混合液，溶劑體積與三聚氯氰的摩爾數(shù)之比為500ml:1mol；在混合液中滴加含剛性基團的反應物和縛酸劑的溶液，在-5-5℃下反應1-3小時，分離得到一元取代物，三聚氯氰、含剛性基團的反應物與縛酸劑的摩爾比為1:1:1；

步驟二

將二元胺或二元醇類物質(zhì)和縛酸劑滴加到裝有一元取代物的反應容器中，升高溫度至40-60℃，先反應1-3小時，然后升溫至溶劑回流溫度再反應5-8小時，得到成炭劑，其中一元取代物與二胺或二醇及縛酸劑的摩爾比為1:1:1。

在本技術方案中，所述溶劑為乙腈、丙酮中的一種或兩者的混合液。

在本技術方案中，所用的含剛性基團的反應物為苯胺、環(huán)己胺、苯甲酰胺中的一種或它們的混合物。

在本技術方案中，所用的縛酸劑為三乙胺、吡啶、三亞乙基二胺中的一種或它們的混合物。

本發(fā)明的合成路線如下：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點為：其是設計合成一類含剛性結構基團、三嗪環(huán)的大分子膨脹型成炭劑，產(chǎn)品為白色或淺黃色粉末，產(chǎn)率在92%以上，5%的分解溫度在260℃以上，具有高成炭率；聚合物分子結構中的極性基團比例較少，能有效降低材料吸潮性。由于剛性基團的存在，能夠誘導聚丙烯形成一定量的β晶，從而促使聚丙烯復合材料聚集態(tài)結構的改變，從而提高復合材料的力學性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一合成的成炭劑ca1的聚丙烯復合材料的xrd譜圖。

具體實施方法

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以互相結合。

實施例一

在裝有溫度計、攪拌器、恒壓滴液漏斗的500ml三口瓶中，加入36.90g（0.2mol）的三聚氯氰，然后加入100ml丙酮，將三口瓶置于冰浴中，充分攪拌，使三聚氯氰分散均勻，往三口瓶中滴加18.62g（0.2mol）的苯胺和20.24g（0.2mol）的三乙胺組成的混合物，反應溫度控制在-5-5℃，反應時間為1-2小時，加水沉淀，洗滌，真空烘干，得到三聚氯氰的一元取代物。

在裝有回流冷暖管、攪拌器、恒壓滴液漏斗的500ml三口瓶中加入三聚氯氰的一元取代物（0.2mol），用恒壓漏斗往三口瓶中滴加12.02g（0.2mol）的乙二胺和40.48g（0.4mol）三乙胺的混合物控制滴加速度，滴加時間為1-3小時，升溫至50℃反應2-3小時，然后逐步升溫至100-120℃，在反應時間為5-10小時，加水洗滌、過濾、烘干，得到白色沉淀，即為含苯環(huán)的三聚氯氰齊聚物（ca1），43.1g，產(chǎn)率為95.3%。

將該成炭劑添加到聚丙烯中，得到pp/ca1復合材料，經(jīng)xrd表征，能形成一定量的β晶，如圖1所示。當ca1的添加量為20%時，pp/20%ca1復合材料的kβ值為0.12。

實施例二

在裝有溫度計、攪拌器、恒壓滴液漏斗的500ml三口瓶中，加入92.25g（0.2mol）的三聚氯氰，然后加入100ml丙酮，將三口瓶置于冰浴中，充分攪拌，使三聚氯氰分散均勻，往三口瓶中滴加46.56g（0.2mol）環(huán)己胺，將11.22g（0.1mol）三亞乙基二胺溶于50ml蒸餾水，用恒壓漏斗滴加，控制ph在5-7，反應溫度控制在-5-5℃，反應時間為1-2小時，加水沉淀，洗滌，真空烘干，得到三聚氯氰的一元取代物。

在裝有回流冷暖管、攪拌器、恒壓滴液漏斗的500ml三口瓶中加入三聚氯氰的一元取代物（0.2mol），用恒壓漏斗往三口瓶中滴加17.63g（0.2mol）的丁二胺和22.44g（0.2mol）的三亞乙基二胺的混合物控制滴加速度，滴加時間為1-3小時，逐步升溫至100-120℃，總反應時間為5-10小時，加水洗滌、過濾、烘干，得到白色沉淀，即為含環(huán)己胺的三聚氯氰齊聚物（ca2），48.8g，產(chǎn)率為93.5%。

實施例三

在裝有溫度計、攪拌器、恒壓滴液漏斗的500ml三口瓶中，加入36.90g（0.2mol）的三聚氯氰，然后加入100ml丙酮，將三口瓶置于冰浴中，充分攪拌，使三聚氯氰分散均勻，往三口瓶中滴加18.62g（0.2mol）的苯胺和20.24g（0.2mol）的三乙胺組成的混合物，反應溫度控制在-5-5℃，反應時間為1-2小時，加水沉淀，洗滌，真空烘干，得到三聚氯氰的一元取代物。

在裝有回流冷暖管、攪拌器、恒壓滴液漏斗的500ml三口瓶中加入三聚氯氰的一元取代物（0.2mol），用恒壓漏斗往三口瓶中滴加22.02g（0.2mol）的對苯二酚和40.48g（0.4mol）三乙胺的混合物控制滴加速度，滴加時間為1-3小時，升溫至50℃反應2-3小時，然后逐步升溫至100-120℃，在反應時間為5-10小時，加水洗滌、過濾、烘干，得到白色沉淀，即為含苯環(huán)的三聚氯氰齊聚物（ca3），53.1g，產(chǎn)率為93.4%。

將該成炭劑添加到聚丙烯中，得到pp/ca3復合材料，經(jīng)xrd表征，能形成一定量的β晶。當ca3的添加量為20%時，pp/20%ca3復合材料的kβ值為0.02。

以上結合實施例作出詳細說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。對于本領域的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下對這些實施方式進行多種變化、修改、替換及變形仍落入在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。