[发明专利]一种低水溶性耐热膨胀型阻燃剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阻燃剂制备技术领域，特别涉及一种低水溶性耐热膨胀型阻燃剂的制备方法。

背景技术

膨胀阻燃剂（IFR）是近二十年来发展起来的适合聚烯烃材料阻燃的低烟无卤环保型阻燃剂。IFR一般为酸源、气源和碳源三部分组成。聚磷酸铵是最常用的酸源，也有具有气源的作用，季戊四醇类多羟基化合物是最常用的碳源，也称为成炭剂。IFR的阻燃机理是当被加热到200^oC以上时，酸源分解产生酸性物质与多羟基化合物成酯最后脱磷成炭，同时催化聚合物脱氢与IFR相互作用而成炭。气源分解后产生的气体使产生的炭层发泡，形成的膨胀炭层起到隔热隔氧和抑制聚合物分解后产生的可燃性气液物流动到聚合物表面的作用，从而实现物理阻燃的作用。膨胀型阻燃剂（IFR）具有无毒、低烟、与聚合物相容性较好、添加量比金属氢氧化物类无卤阻燃剂少、对基体材料的使用和加工性能影响小的优点。

但一般的IFR也有一些缺点，表现为耐水性较差、易吸潮、耐热性较低，限制了阻燃材料的加工温度等。主要原因是所采用的酸源聚磷酸铵（APP）属于无机盐类，当分子量较低时，水溶性较大。APP的水溶性随其聚合度上升而下降，因此适合用于塑料阻燃的APP聚合度一般都要求700以上。还有一个降低APP水溶性并提高其热稳定性的方法是通过聚合的方法在APP表面形成微胶囊包覆。如中国专利ZL03116283.5公开了以密胺-甲醛树脂微胶囊包覆聚磷酸铵的方法。另一方面，IFR最常用的碳源季戊四醇多羟基化合物也具有一定的水溶性。用其它的低水溶性物质，尤其是高分子类物质作为阻燃成炭剂取代季戊四醇多羟基化合物一直是改进IFR性能的努力方向。其中含三氮杂环的三嗪类聚合物是较好的成炭剂，美国专利US450461，中国专利CN1715272A和CN101362819都公开了以三聚氰氯为起始物合成的三嗪环上有不同取代基的三嗪类高分子成炭剂。三（2-羟乙基）异氰尿酸酯（THEIC）是一种含有羟基的三嗪类化合物，三嗪环使之具有良好的热稳定性和一定的阻燃性，三个羟基的存在，又使得它易与聚磷酸铵反应形成磷酸酯而最终成炭。文献（Lewin M. Synergistic and catalytic effects in flame retardancy of polymeric materials - An overview. J Fire Sci. 1999;17(1):3-19）表明THEIC可以与APP复配得到阻燃效果比季戊四醇和APP复配阻燃效果更好的IFR。但THEIC也具有一定的水溶性，这就使得THEIC不能在聚烯烃阻燃中得到工业化应用。聚氨酯是另外一种可以用做IFR成炭剂的聚合物材料（Bugajny M, Le Bras M, Bourbigot S, Poutch F, Marc LJ. Thermoplastic polyurethanes as carbonization agents in intumescent blends. Part 1: fire retardancy of polypropylene/thermoplastic polyurethane/ammonium polyphosphate blends. J Fire Sci. 1999;17:494-513.）。中国专利CN101376811A采用聚醚二元醇和二异氰酸酯为主单体，以季戊四醇为交联单体，制备了聚氨酸包覆聚磷酸铵微胶囊阻燃剂。但可燃聚醚二元醇结构的引入不利于IFR阻燃效率的保持。综合分析国内外相关专利和文献，尚未见采用以THEIC为聚氨酯合成的多元醇成分，合成交联的聚（异氰尿酸酯－氨酯）成炭剂包覆在聚磷酸铵表面以制备低水溶性耐热膨胀型阻燃剂的方法报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的不足，采用三（2-羟乙基）异氰尿酸酯与二异氰酸酯类化合物在聚磷酸铵存在的溶液中聚合交联合成聚（异氰尿酸酯－氨酯），包覆在聚磷酸铵表面以制备具有低水溶性的耐热膨胀型阻燃剂。

本发明一种低水溶性耐热膨胀型阻燃剂制备方法，按照下述步骤进行：

（1）将三（2-羟乙基）异氰尿酸酯加入到溶剂中，加热至60 ^oC使三（2-羟乙基）异氰尿酸酯溶解，冷却到室温。

（2）加入聚磷酸铵粉末分散在上述溶液中，再按三（2-羟乙基）异氰尿酸酯的羟基和二异氰酸酯的异氰酸酯基摩尔比为1.7:1~1:1加入二异氰酸酯化合物；其中聚磷酸铵粉末与三（2-羟乙基）异氰尿酸酯和二异氰酸酯两种化合物的混合物的质量比为3.5:1~2:1。