一种稀土阻燃协效剂及其制备方法和应用

本发明涉及阻燃，具体涉及一种稀土阻燃协效剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚丙烯（pp）是一种用途广泛的高分子材料，其具有良好的力学性能，易加工、耐热、耐腐蚀，在汽车、建筑、家具和航空航天等诸多领域都有着广泛的应用。但是与大多数高分子材料一样，聚丙烯极其易燃，容易造成安全隐患，使用时往往需要在其中加入阻燃剂以提高其阻燃性能。

2、目前，以聚磷酸铵/季戊四醇组合物为代表的氮磷类膨胀型阻燃剂和一系列金属氢氧化物是聚丙烯材料常用的两种阻燃剂，但是这两种阻燃剂的阻燃效率都较低，往往需要较高的添加量才能达到使用要求，既增加了成本，又会给产品的加工性能和力学性能带来很大的负面影响。

3、因此，研究者们正在尝试向传统阻燃体系中添加第三组分充当阻燃协效剂以提高阻燃效率，在提高阻燃效果的同时，降低阻燃剂的添加总量，降低制造成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种稀土阻燃协效剂及其制备方法和应用，本发明稀土阻燃协效剂具有优异的阻燃协效性能，有效提高磷氮系阻燃剂的阻燃效率，降低阻燃剂添加量。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种稀土阻燃协效剂，其结构式为：

4、

5、其中，pa为植酸，pi为哌嗪，re为稀土元素；

6、pi-nh2+/nh3+为哌嗪衍生物，其原料结构式为：

7、或

8、其中，r1-6分别独立地选自氢原子或烷基。

9、作为本发明进一步的方案：re选自ce、la、y、nd、sm、eu、gd、dy和tb中的一种或多种。

10、一种稀土阻燃协效剂的制备方法，包括如下步骤：

11、s1、在室温下，将re(no)3·6h2o溶于去离子水形成溶液a；

12、s2、在室温下，将植酸pa加入去离子水形成溶液b，向溶液b中加入哌嗪衍生物，直至哌嗪衍生物完全溶解，得到溶液c；

13、s3、在室温下，将溶液a滴加入溶液c中，同时连续搅拌，滴加完毕后继续在室温下熟化0.5h，离心，收集沉淀，反复洗涤至中性，得到固体产物；

14、s4、将上述固体产物于60oc下真空干燥至恒重，即得所述稀土阻燃协效剂。

15、作为本发明进一步的方案：所述溶液a中，re(no3)3·6h2o与去离子水的比例为10-50mmol:10-50ml；所述溶液c中，哌嗪衍生物与去离子水的比例为1-5mmol:10-50ml。

16、作为本发明进一步的方案：所述植酸，re(no3)3·6h2o和哌嗪衍生物的摩尔比为1：1：1-3。

17、一种稀土阻燃协效剂的应用，如上述的稀土阻燃协效剂应用于农用薄膜、建筑材料和汽车部件的聚丙烯材料中，得到阻燃聚丙烯材料。

18、作为本发明进一步的方案：阻燃聚丙烯材料包括以下原料：稀土协效阻燃剂、聚丙烯、无卤阻燃剂和抗氧剂。

19、作为本发明进一步的方案：所述无卤阻燃剂选自聚磷酸铵、聚磷酸铵/季戊四醇组合物、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐、次磷酸金属盐、焦磷酸哌嗪衍生物、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物及其衍生物中的至少一种。

20、作为本发明进一步的方案：所述抗氧剂选自抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种。

21、作为本发明进一步的方案：稀土协效阻燃剂、聚丙烯、无卤阻燃剂和抗氧剂的重量份比为2：79.9：18：0.1。

22、本发明的有益效果：

23、1.本发明的稀土阻燃协效剂可应用在农用薄膜、建筑材料和汽车部件等多个领域，也有应用在其他种类高分子材料上的潜力，提高高分子制品的阻燃性能。

24、2.本发明具有优异的阻燃协效性能，与磷氮系阻燃剂配合，可以有效地提高磷氮系阻燃剂的阻燃效率，降低其添加量。

25、3.本发明合成步骤少，简单易操作；能耗低，无需高温高压；反应时间短，反应产率高；反应过程不使用有机溶剂，制备方法无毒无害，绿色环保。

26、4.本发明应用在高分子材料中后，可以减少阻燃剂的添加总量，从而使得材料原本的力学性能得以维持，可以帮助实现阻燃性能和力学性能的综合平衡。

1.一种稀土阻燃协效剂，其特征在于：其结构式为：

2.根据权利要求1所述的一种稀土阻燃协效剂，其特征在于：re选自ce、la、y、nd、sm、eu、gd、dy和tb中的一种或多种。

3.一种如权利要求1-2任一项所述稀土阻燃协效剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种稀土阻燃协效剂的制备方法，其特征在于：所述溶液a中，re(no3)3·6h2o与去离子水的比例为10-50mmol:10-50ml；所述溶液c中，哌嗪衍生物与去离子水的比例为10-200mmol:10-50ml。

5.根据权利要求4所述的一种稀土阻燃协效剂的制备方法，其特征在于：所述植酸，re(no3)3·6h2o和哌嗪衍生物的摩尔比为1：1：1-3。

6.一种稀土阻燃协效剂的应用，其特征在于：如权利要求1所述的稀土阻燃协效剂应用于农用薄膜、建筑材料和汽车部件的聚丙烯材料中，得到阻燃聚丙烯材料。

7.根据权利要求6所述的一种稀土阻燃协效剂的应用，其特征在于：阻燃聚丙烯材料包括以下原料：稀土协效阻燃剂、聚丙烯、无卤阻燃剂和抗氧剂。

8.根据权利要求7所述的一种稀土阻燃协效剂的应用，其特征在于：所述无卤阻燃剂选自聚磷酸铵、聚磷酸铵/季戊四醇组合物、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐、次磷酸金属盐、焦磷酸哌嗪衍生物、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物及其衍生物中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的一种稀土阻燃协效剂的应用，其特征在于：所述抗氧剂选自抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种。

10.根据权利要求9所述的一种稀土阻燃协效剂的应用，其特征在于：稀土协效阻燃剂、聚丙烯、无卤阻燃剂和抗氧剂的重量份比为2：79.9：18：0.1。