[发明专利]一种热稳定性优异的聚磷酸铵及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚磷酸铵及其制备技术领域，具体涉及一种热稳定性优异的聚磷酸铵及其制备方法。

背景技术

聚磷酸铵(APP)具有的良好的热稳定性、高的磷含量，不仅使其成为了化学膨胀型阻燃体系中理想的酸源，还因其分解时会释放出氨和水，因而同时又能发挥气源的作用。

聚磷酸铵有6种晶型，最常用的为I型聚磷酸铵和II型聚磷酸铵。但是由于I型聚磷酸铵相对于II型聚磷酸铵具有明显的缺点：在水中的水溶性较大，易吸潮，高温易分解，耐水性低等，使其应用受到了较大的限制，使其只能应用于普通防火涂料，纤维，纸张和木材等方面的阻燃。而II型聚磷酸铵则由于其具有优良的热稳定性，耐水性和低吸湿性，而被广泛的应用于树脂，橡胶和塑料行业中。但遗憾的是，目前国内生产II型聚磷酸铵大多采用磷酸铵-五氧化二磷法，磷酸铵-尿素法，磷酸铵-尿素-五氧化二磷法等，这些方法不仅生产成本高，工艺复杂，而且对设备的要求高，不适合小生产厂家生产。I型聚磷酸铵虽然生产工艺简单，成本低，但是由于其性能的影响，又导致了很难得到广泛的应用。所以将I型聚磷酸铵进行改性，使其具有和II型聚磷酸铵相同甚至更好的性能就成了人们研究的课题。

现有的改进方法主要为促进晶型转化和改性，如李蕾等(李蕾，杨荣杰.利用I型APP制备II型的方法研究[J].火灾科学.2004，13(3)：163-165)利用I型聚磷酸铵在湿氨气气氛下，控制反应温度270-290℃，反应时间4h，将I型聚磷酸铵通过晶型部分转化制备出了II型聚磷酸铵，但未能制得的完全转化的II型聚磷酸铵产品，而且对其热性能的转变未进行测试。如US4515632公开了一种利用蜜胺和(或)双氰胺或它们的衍生物改性I型聚磷酸铵的方法，但是该方法未能提高I型聚磷酸铵的热分解温度，而且有的改性剂还降低了聚磷酸铵的热分解温度。又如中山大学廖凯荣等(廖凯荣等.多聚磷酸铵的改性及其对聚丙烯的阻燃作用.高分子材料科学与工程，1998，14(4)：87-89)对I型聚磷酸铵进行了改性，其采用的方法是将I型聚磷酸铵和三聚氰胺混合并在高温下反应，但是所制备的产品MAPP在252℃就开始分解，与II型聚磷酸铵相比还存在差距。因而目前亟待寻求一种对I型聚磷酸铵改进的新方法，以使其获得优良的性能，能在工业生产中得到大规模的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供了一种热稳定性好，水溶性低的聚磷酸铵。

本发明的另一目的是提供一种上述热稳定性优异的聚磷酸铵的制备方法。

本发明提供的一种热稳定性优异的聚磷酸铵，其特征在于该聚磷酸铵是由I型聚磷酸铵制得，其水溶性为0.15～0.33g/100mL，失重1％时的热分解温度为273.3～281.5℃，失重5％时的热分解温度为314.0～321.4℃。

本发明提供的上述热稳定性优异的聚磷酸铵的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：

(1)室温下将100份I型聚磷酸铵、5-40份五氧化二磷和0.5-8份缩合剂搅拌混合均匀后，在20-50min内边搅拌边升温至210-270℃，反应10-30min，搅拌速率为2-5r/s；

(2)待反应物变粘稠时，开始通入氨气，氨气的通入量以I型聚磷酸铵和五氧化二磷的总量计为1.2×10^-3-5.0×10^-3份/min，并在20-50min内升温至260-290℃继续反应；

(3)待反应物固化时，加快搅拌，使搅拌速率提高至4-9r/s，并在氨气的通入量为2.7×10^-4-1.0×10^-3份/min下反应1-3h，然后自然冷却至室温，磨细得产品。

以上反应物料的份数均为质量份。

以上方法中所用的五氧化二磷优选15-30份，缩合剂优选1-5份。

以上方法中所用的缩合剂选自三聚氰胺、硫脲、尿素、双氰胺和三聚氰胺焦磷酸盐中的至少一种。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、由于本发明采用的五氧化二磷可提高高温下I型聚磷酸铵反应的活性，因而不仅可加快I型聚磷酸铵改性的反应，还能增加单一聚磷酸铵链和聚磷酸铵链之间形成支链的几率，加之还有缩合剂的配合和氨气的辅助作用的支持，使改性聚磷酸铵获得了优异的热稳定性能和较低的水溶性，可实现I型聚磷酸铵在工业生产中的大规模应用。