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聚氨酯用含硫磷系阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-12-1 10:42:51
聚氨酯用含硫磷系阻燃剂以其特有的固相成碳和质量保留机理及部分气相阻燃机理,在阻燃过程中不仅能降低材料的热释放速率,提高阻燃效果,还克服了卤系阻燃剂燃烧时易放出刺激性和腐蚀性的卤化氢气体以及大量有毒烟气的缺点,是阻燃剂研究开发的重要发展方向之一。

在研究聚氨酯用含硫磷系阻燃剂的过程中,人们发现季戊四醇等多元醇合成的一系列环状膦酸酯比脂肪类膦酸酯具有更优良的阻燃效率,它们具有丰富的碳源和酸源,在膨胀型阻燃剂中发挥着重要的作用。大量的研究表明,硫元素也是一种有效的阻燃元素,与磷有协同作用。聚氨酯用含硫磷系阻燃剂大有发展。

本文以苯、三氯化磷、硫粉为原料,通过friede-crafts反应合成了硫代苯基膦酰二氯(3)(phenylphosphonothioic dichloride),硫代苯基膦酰二氯再与季戊四醇或新戊二醇反应合成了新型阻燃剂2,4,8,10-四氧杂-3,9-二硫-3,9-二苯基-3,9-二磷杂螺环[5.5]十一烷

(1)(2,4,8,10-tetraoxa-3,9-dithio-3,9-diphenyl-3,9-diphosphaspiro[5,5]-undecane)和5,5-二甲基-2-苯基-2-硫代-1,3,2-二氧磷杂环己烷

(2)(5,5-dimethyl-2-phenyl-2-thio-1,3,2-dioxaphosphorinane) (scheme 1)。在硫代苯基膦酰二氯的合成中,使用离子液体法避免后处理中催化剂alcl3无法除去的问题。热性能研究结果表明化合物1具有良好的成炭性,是潜在的优良阻燃剂。

bruker av400 mhz型核磁共振仪(dmso-d6为溶剂,tms为内标);perkin-elmer 2000 ft-ir型红外光谱仪(kbr压片);dsc 204 f1型差热扫描量热分析仪。

209 f1型热重-差热连用热分析仪(升温速度10℃.min-1,升温范围为室温至600℃,高纯氮气保护,气体流速为20 ml.min-1);wya阿贝折光仪。

在吡啶中加koh回流两小时,蒸馏,收集114~116℃的馏分;二氯甲烷中加无水k2co3干燥重蒸;三乙胺盐酸盐[et3nh]cl、三氯化磷、三氯化铝、硫粉均为市售分析纯。



磷酸三(2-氯乙基)酯(阻燃剂TCEP)用途:

1.磷酸三(2-氯乙基)酯具有极佳的阻燃性,优良的抗低温性及抗紫外线性,其蒸气只能在225℃以上用明火直接点燃方可燃烧,但移走火源则即刻自熄。以本品为阻燃剂不但可提高被阻燃材料的材料级别,而且可改善阻燃材料的耐水性、耐酸性、耐寒性及抗静电性。常用于阻燃以硝基纤维和醋酸纤维为基材的油漆涂料,不饱和聚酯、聚氨酯、丙烯酸酯、酚醛树脂等,也可用于软质聚氯乙烯的增塑阻燃剂。本品用于不饱和聚酯添加量为10%~20%,在聚氨酯硬泡沫塑料(以阻燃聚醚为原料)中可为10%左右,在软质聚氯乙烯中用作辅助增塑阻燃剂时为5%~10%。阻燃剂、铀、钍、钚、锝等稀有金属的分离溶剂或萃取剂。

2.本品广泛用于化纤织物、醋酸纤维素作阻燃剂,除具有自熄性外,还可改善耐水性、耐寒性及抗静电性。一般用量5~10份。本品为合成材料的优良阻燃剂,兼具有良好的增型作用,广泛用于醋酸纤维素、硝基纤维清漆、乙基纤维素、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯、酚醛树脂等,所制得的产品除具有自熄性外,还可改善制品的物理性能,制品手感柔软,也可称为石油添加剂和稀有元素的萃取剂,并且还是阻燃橡胶输送带的主要阻燃材料,一般添加量为5%~10%。

3.用作添加型卤代磷酸酯类阻燃剂和增塑剂。分子中同时含磷和氯,阻燃效果显著,不易挥发及水解,对紫外线稳定性好。适用于酚醛树脂、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯等。也用作硝酸纤维素涂料的阻燃剂、聚氯乙烯阻燃性增塑剂、金属萃取剂、汽油添加剂及聚酰亚胺加工助剂等。能够改善耐水性、耐候性、耐寒性、抗静电性。参考用量5%~20%.



合成(1)离子液体[et3nh]cl-2alcl3的制备氮气氛下,在圆底烧瓶中加入13.8g(0.1mol)三乙胺盐酸盐,再缓慢加入26.67g(0.2mol)无水氯化铝,搅拌3h后得离子液体[et3nh]cl-2alcl3。

(2)化合物硫代苯基膦酰二氯(3)的合成[14]向p c l 3( 3 4 . 4 g , 0 . 2 5 m o l ) 和[ e t 3n h ] c l -2alcl3(3.08g,7.6m mol)的回流液中逐滴加入6.5 g(0.0833mol)苯,1h加毕后继续在78-80℃回流反应4h。混合物冷至室温,静置30min。然后在40℃下减压蒸去过量的pcl3。

残留液冷至30℃,再分批加入28.4g硫粉(0.0887mol),确保反应温度在80℃左右。加完后80℃下继续反应1.5h。冷却反应物后,加入石油醚搅拌 30min。搅拌停止后,溶液分层,上层为石油醚相,下层为离子液体相。

分离收集石油醚相,用冷水洗涤去除未反应完的苯基二氯化膦,然后用无水cacl2干燥,减压蒸去石油醚。收集1333 pa下150℃的馏分,产率52%。测得密度d25为1.394(g/ml),折光率n25d为1.6180(文献值:d25=1.390,n25d=1.6178-1.6182)。

(3)化合物2,4,8,10-四氧杂-3,9-二硫-3,9-二苯基-3,9-二磷杂螺环[5.5]十一烷(1)的合成将1.4g季戊四醇(约0.01mol)和3.2ml吡啶(0.04mol)分散在30ml二氯甲烷中,冰水浴中冷却至0℃,将4.2g(0.02mol)硫代苯基膦酰二氯(溶于5ml二氯甲烷)在搅拌下滴入。滴毕继续冰浴搅拌15min,再缓慢升温至55℃回流反应。tlc跟踪反应进程,5h后,反应结束,旋蒸去除溶剂,得白色粉状固体,蒸馏水洗三次,用乙腈重结晶得白色粉末1,产率75%

(4)化合物5,5-二甲基-2-苯基-2-硫代-1,3,2-二氧磷杂环己烷(2)的合成化合物2的合成方法与1类似。产率68%。

制备化合物1和2的反应按sn2历程进行,增加溶剂的极性不利于反应的进行,故选择二氯甲烷作为溶剂。吡啶作为敷酸剂,能很好的吸收反应产生的hcl,推动反应正向进行。与文献相比,在后处理中,选择了乙腈为溶剂进行重结晶,得到的产品纯度较高。


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