[发明专利]一种提高聚磷酸铵耐水性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高聚磷酸铵耐水性的方法，具体涉及一种通过液相化学反应提高聚磷酸铵耐水性的方法。

背景技术

聚磷酸铵(ammonium polyphosphate，APP)是一种含氮、磷的无机聚合物，其理论磷含量为31.92％，理论氮含量为14.44％，其具有含磷量高、含氮量高、P-N协效阻燃、阻燃效能高等优点，被广泛应用于阻燃领域。特别是在膨胀型阻燃剂和膨胀型阻燃涂料领域，聚磷酸铵在受热脱水后生成聚磷酸等强脱水剂，促使有机物表面脱水炭化，加之生成的非挥发性磷氧化物及聚磷酸促使基材脱水形成炭层，对可燃物表面进行覆盖，隔绝空气和可燃性小分子，从而达到阻燃的目的；同时，由于聚磷酸铵含有氮元素，受热分解释放出CO₂、N₂和NH₃等气体，使炭层膨胀变厚，且这些气体不易燃烧，阻断了氧的供应，达到了阻燃增效和协同效应的目的，因此成为当前阻燃技术研究的热点。

但是，由于聚磷酸铵在水中的溶解度较大，阻燃耐久性不好的缺点限制了其在电子技术、电气以及高温、高相对湿度环境等领域中的应用。针对聚磷酸铵的缺点，目前多采用表面改性剂、表面活化处理和微胶囊化等方法进行处理。专利申请CN101029235采用磷酸二氢铵及五氧化二磷，通氨气制备聚磷酸铵，再用聚氨酯进行包覆，所得的改性聚磷酸铵可用于电子电气塑料阻燃，但未提及聚磷酸铵改性前后聚磷酸铵耐水性的变化。专利CA101235221A采用氨基硅烷偶联剂对分散在芳烃类或脂肪烃类溶剂中的聚磷酸铵进行改性，虽引入了氮元素且磷含量下降较少，但溶剂对环境污染和人体的伤害不容忽视。专利US4515632将三聚氰胺和/或双氰胺或它们的衍生物引入到表面活化处理后的聚磷酸铵颗粒上。这种改性处理虽大体上不影响聚磷酸铵的其它性能，但活化处理时需要在100～200℃的温度条件下进行，对设备的要求高，同时能耗大。专利CA2082873采用密胺树脂微胶囊化处理聚磷酸铵，可有效降低聚磷酸铵的水溶性，但经密胺微胶囊化处理后的聚磷酸铵粒径变大，当其添加到热固性和热塑性树脂、涂料、纸张等会引起机械强度下降，若再次进行粉碎可能使部分微胶囊化表面受到破坏。此外，聚磷酸铵经密胺甲醛树脂微胶囊化处理后总会有少量游离甲醛释出，特别是在阻燃材料加工过程中，不利于环保。

发明内容

因此，本发明的目的在于针对聚磷酸铵水中溶解度较大，阻燃耐久性不好，热稳定性差等缺点，以及当前聚磷酸铵改性技术中所存在的不足，提供一种通过液相化学反应有效提高聚磷酸铵耐水性的方法。本发明采用液相化学反应提高聚磷酸铵耐水性，目前应用液相化学反应的方法提高聚磷酸铵耐水性的技术尚未见报道。本发明通过液相化学反应，使反应物均匀接触，实现对聚磷酸铵的扩链交联，避免了固相反应改性法的不均匀性；改性方法反应条件温和、简单易操作、不需对反应体系的酸度进行调节；反应和处理过程均不产生污染物，符合环保要求；在有效提高聚磷酸铵耐水性的同时，还引入了氮、铝、锌、镁等有助于阻燃的金属元素。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高聚磷酸铵耐水性的方法，该方法包括以下步骤：

(1)扩链交联剂与聚磷酸铵在含水介质中进行阳离子交换反应，其中所述扩链交联剂提供与NH⁴⁺进行阳离子交换反应的二价和/或二价以上的阳离子；

(2)将反应产物进行固液分离，得到固体改性聚磷酸铵。

在本发明的方法中，聚磷酸铵溶解于水后会生成NH⁴⁺，NH⁴⁺可以与水中的其它阳离子发生交换反应，即聚磷酸铵在水相中电离出的NH⁴⁺与扩链交联剂的二价和/二价以上的阳离子进行离子交换，从而实现聚磷酸铵的扩链交联，引起聚磷酸铵溶解度的变化。其中，若离子交换发生在聚磷酸铵链的末端，同时又与另一聚磷酸铵链的末端发生交换，则实现聚磷酸铵的扩链；若离子交换发生在聚磷酸铵链上的某个部位，同时又与另一聚磷酸铵链的末端或链上某一部位发生交换，从而实现聚磷酸铵的交联。无论是扩链或交联都能使聚磷酸铵的水溶性降低，提高其耐水性。

在上述方法中，扩链交联剂可以为无机盐，例如能够提供Al³⁺、Mg²⁺和/或Zn²⁺的无机盐，它们可以选自硫酸铝、十二水硫酸铝钾、十八水硫酸铝、硫酸锌、硫酸镁、硝酸镁、硝酸锌、氯化镁和氯化锌中的一种或多种。扩链交联剂也可以为有机铵盐，例如尿素、三聚氰胺、双氰胺、哌嗪或胍的盐酸盐、硝酸盐或磷酸盐中的一种或多种。