本發(fā)明涉及芳磺酸鹽阻燃劑，具體涉及一種新型低水溶性的芳磺酸鹽阻燃劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、磺酸鹽阻燃劑具有無毒、高效等特點(diǎn)，且對聚碳酸酯(pc)的透明性和力學(xué)性能幾乎無影響?；撬猁}阻燃劑是應(yīng)用于pc的阻燃劑中阻燃效率最高的一類阻燃劑，一般在1％以下的添加量就能達(dá)到較高的阻燃性能。苯磺酰基苯磺酸鉀(kss)、三氯苯基磺酸鈉(stb)和全氟丁基磺酸鉀(kpfbs)是磺酸鹽阻燃劑中的典型代表。

2、kss是目前工業(yè)應(yīng)用中最為廣泛的無鹵磺酸鹽類阻燃劑，作為聚碳酸酯(pc)的阻燃添加劑，其在水中的溶解度為25g/100g水，表現(xiàn)出較高的水溶性，易于從材料中被水析出，并且對薄壁制件的阻燃效果不佳。stb主要用于不透明的pc，但由于其分子結(jié)構(gòu)中含有氯元素，對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。kpfbs的阻燃效率優(yōu)于kss，然而，長鏈全氟烷基具有一定的毒性和生物積累性，雖然kpfbs中的全氟烷基為短鏈形式，但在應(yīng)用上仍存在一些顧慮，歐盟在相關(guān)法規(guī)(reach)中規(guī)定了kpfbs的管控限值，這也限制了其使用，此外，kpfbs的生產(chǎn)成本相對較高。

3、開發(fā)一款新型的無鹵環(huán)保的廉價(jià)且性能優(yōu)異的磺酸鹽阻燃劑勢在必行，不僅如此，這類阻燃劑大都具有較好的水溶性，在材料中易被水析出。如何在保證良好的阻燃性能的同時(shí)克服水溶性大的缺陷也是磺酸鹽阻燃劑研究上的一個(gè)重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種新型低水溶性的芳磺酸鹽阻燃劑的制備方法，該制備方法操作簡單、后處理容易，控制方便，所得產(chǎn)物在有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出不溶性，合成后即可通過直接過濾獲得，成本效益顯著，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種新型低水溶性的芳磺酸鹽阻燃劑，通過直接化學(xué)鍵合磺酸基團(tuán)的方式合成，避免了傳統(tǒng)磺化反應(yīng)，合成過程環(huán)保，其分子結(jié)構(gòu)中包含兩個(gè)對稱的磺酸鹽基團(tuán)，展現(xiàn)出卓越的阻燃性能，僅需千分之二的添加量即可實(shí)現(xiàn)1.6mm厚度下的ul94?v-0級阻燃效果。此外，經(jīng)過溶解度測試，該芳磺酸鹽阻燃劑的水溶性僅為0.4-0.6g/100g水，表明其具有極低的水溶性。

3、本發(fā)明的目的之三在于提供一種新型低水溶性的芳磺酸鹽阻燃劑的應(yīng)用，應(yīng)用在聚碳酸酯材料中不易被水析出，穩(wěn)定性更高，相比苯磺酰基苯磺酸鉀(kss)而言，本發(fā)明的芳磺酸鹽阻燃劑的水溶性更低、阻燃更加高效。

4、本發(fā)明的目的之一通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種新型低水溶性的芳磺酸鹽阻燃劑的制備方法，包括如下步驟：

5、(s1)、取對氨基苯磺酸溶于水中，調(diào)節(jié)體系的相對密度為1.10-1.15，再加堿配置成ph為7.0-8.0的混合溶液；

6、(s2)、向所述混合溶液中加入活性炭，在30-100℃溫度下攪拌反應(yīng)0.5-2h，然后熱過濾，濾渣用熱水洗滌，取濾液，得到對氨基苯磺酸鹽溶液；

7、(s3)、將所述對氨基苯磺酸鹽溶液蒸發(fā)濃縮形成濃縮液，然后冷卻結(jié)晶、離心過濾，取濾渣、干燥后得到對氨基苯磺酸鹽；

8、(s4)、將所述對氨基苯磺酸鹽和均苯四甲酸二酐溶于有機(jī)溶劑中，升溫至105-150℃回流反應(yīng)6-12h，反應(yīng)完后冷卻、離心過濾，取濾渣、用有機(jī)溶劑洗滌2-4次，再用無水乙醇洗滌2-4次，然后干燥處理即得芳磺酸鹽阻燃劑。

9、該芳磺酸鹽阻燃劑的制備方法，通過直接化學(xué)鍵合磺酸基團(tuán)的方式合成，避免了傳統(tǒng)磺化反應(yīng)，合成過程環(huán)保，其分子結(jié)構(gòu)中包含兩個(gè)對稱的磺酸鹽基團(tuán)，展現(xiàn)出卓越的阻燃性能，且水溶解度低。其中，步驟(s1)和(s2)利用對氨基苯磺酸與堿中和成對氨基苯磺酸鹽溶液，利用活性炭吸附除色，再在步驟(s3)將對氨基苯磺酸鹽溶液蒸發(fā)濃縮形成濃縮液，以便對氨基苯磺酸鹽結(jié)晶析出，純度更高；然后在步驟(s4)和均苯四甲酸二酐反應(yīng)，合成本發(fā)明的不溶于特殊有機(jī)溶劑的芳基磺酸鹽阻燃劑，經(jīng)冷卻、離心過濾、洗滌提純處理，即得高純度芳磺酸鹽阻燃劑。該制備方法具備工藝簡便、后處理容易的特點(diǎn)，所得產(chǎn)物在有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出不溶性，合成后即可通過直接過濾獲得，成本效益顯著，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

10、優(yōu)選的，所述步驟(s2)中，熱水的溫度為30-100℃；所述步驟(s3)中，濃縮液的相對密度在1.18-1.22。

11、采用上述技術(shù)方案，濾渣用熱水洗滌更有利于將濾渣殘留的對氨基苯磺酸鹽洗出利用；控制濃縮液的相對密度在1.18-1.22，以便對氨基苯磺酸鹽結(jié)晶析出，純度更高。

12、優(yōu)選的，所述步驟(s3)中，離心過濾的濾液回收循環(huán)使用；所述步驟(s4)中，離心過濾和洗滌的濾液回收循環(huán)使用。

13、優(yōu)選的，所述步驟(s4)中，干燥處理的條件為在160-190℃溫度下干燥4-8h。

14、優(yōu)選的，所述堿為碳酸鉀、碳酸氫鉀、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉和氫氧化鈉中的至少一種。

15、優(yōu)選的，所述活性炭的用量為對氨基苯磺酸的重量的0.5％-2％。

16、優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為甲苯、二甲苯、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基亞砜中的至少一種；溶解對氨基苯磺酸鹽和均苯四甲酸二酐所需有機(jī)溶劑的質(zhì)量為均苯四甲酸二酐的質(zhì)量的60-70倍，之所以加這么多有機(jī)溶劑不是因?yàn)椴蝗?，而是因?yàn)橹虚g過程有一個(gè)膨脹的過程，溶劑量太少，會(huì)出現(xiàn)攪拌困難的問題對反應(yīng)造成不利影響。

17、更優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基亞砜中的至少一種，以便對氨基苯磺酸鹽和均苯四甲酸二酐溶于有機(jī)溶劑中，而芳基磺酸鹽阻燃劑不溶于上述有機(jī)溶劑，這使得合成后處理更容易，合成后即可通過直接過濾獲得，成本效益顯著，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

18、優(yōu)選的，所述對氨基苯磺酸鹽和均苯四甲酸二酐的摩爾比為2-2.5：1。

19、本發(fā)明的目的之二通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種新型低水溶性的芳磺酸鹽阻燃劑，采用上述的芳磺酸鹽阻燃劑的制備方法制得，所述芳磺酸鹽阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：

20、

21、其中，m為k+或na+，

22、需要說明的是，m主要取決于在芳磺酸鹽阻燃劑制備過程中加入的堿的種類。

23、本發(fā)明的目的之三通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：上述的芳磺酸鹽阻燃劑的應(yīng)用，所述芳磺酸鹽阻燃劑用于阻燃改性聚碳酸酯材料，所述阻燃改性聚碳酸酯材料包括如下重量份的原料：98份聚碳酸酯、0.1-0.4份芳磺酸鹽阻燃劑、0.1-0.5份抗滴落劑、0.1份抗氧劑1010和0.2份潤滑劑pets。

24、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的新型低水溶性的芳磺酸鹽阻燃劑的制備方法，該制備方法操作簡單、后處理容易，控制方便，所得產(chǎn)物在有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出不溶性，合成后即可通過直接過濾獲得，成本效益顯著，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

25、本發(fā)明的新型低水溶性的芳磺酸鹽阻燃劑，通過直接化學(xué)鍵合磺酸基團(tuán)的方式合成，避免了傳統(tǒng)磺化反應(yīng)，合成過程環(huán)保，其分子結(jié)構(gòu)中包含兩個(gè)對稱的磺酸鹽基團(tuán)，展現(xiàn)出卓越的阻燃性能，僅需千分之二的添加量即可實(shí)現(xiàn)1.6mm厚度下的ul94?v-0級阻燃效果。此外，經(jīng)過溶解度測試，該芳磺酸鹽阻燃劑的水溶性僅為0.4-0.6g/100g水，表明其具有極低的水溶性。

26、本發(fā)明的新型低水溶性的芳磺酸鹽阻燃劑的應(yīng)用，應(yīng)用在聚碳酸酯材料中不易被水析出，穩(wěn)定性更高，相比苯磺酰基苯磺酸鉀(kss)而言，本發(fā)明的芳磺酸鹽阻燃劑的水溶性更低、阻燃更加高效。