[发明专利]无卤膨胀型阻燃剂的改性方法以及改性后在阻燃聚丙烯中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及无卤膨胀型阻燃剂的改性方法以及改性后的无卤膨胀型阻燃剂在阻燃聚丙烯中的应用，特别涉及一种对膨胀阻燃剂整体进行表面改性处理的方法以及改性后阻燃剂在阻燃聚丙烯中的应用；膨胀阻燃剂整体经过表面改性处理后，水溶解度下降，热稳定性以及热失重后的残炭量有所提高。同时，改性后的阻燃剂添加到聚丙烯中，可以改善体系的相容性，提高阻燃聚丙烯的力学性能和阻燃性，属于阻燃材料技术领域。

背景技术

无卤膨胀型阻燃剂(IFR)由意大利都灵理工大学Camino教授首创，属磷、氮类阻燃体系；由于其无毒及燃烧时低烟、使用安全等特性，成为当前无卤阻燃技术的研究热点，广泛应用于塑料、橡胶、织物、纸张和木材等领域。IFR体系主要包括炭源、酸源和气源三部分。传统IFR多以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)等多元醇及三聚氰胺(MA)复配组成；APP受热分解时，生成具有脱水作用的磷酸和焦磷酸，使多元醇酯化，脱水炭化，同时反应产生水蒸气和氨气促使形成多孔炭层，使炭层膨胀达到阻燃目的。之前已申请有分别基于双季戊四醇和三季戊四醇的聚丙烯无卤膨胀阻燃剂及其制备方法的专利(专利申请号201110163416.9和201110163451.3)。

虽然膨胀阻燃剂有诸多优点，但是IFR中最主要的两种组分聚磷酸铵和多元醇都有一定的水溶解度，这在一定程度上会影响阻燃制品在潮湿环境中的应用；而且这两种组分都是无机粉体，而聚丙烯是有机物，它们之间由于相容性差会影响阻燃聚丙烯的力学性能；此外，随着制品应用时间的延长还会出现阻燃剂的渗透、迁移、吸湿等现象。因此，人们采取了多种方法来改善二者之间的相容性，通常是对IFR的主要成分APP进行表面改性处理或包覆；但是忽略了IFR中多元醇仍然存在吸湿、与聚丙烯相容性差的问题，并没有有效解决IFR的吸湿、渗透迁移以及影响制品力学性能等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决IFR的吸湿、相容性不好以及力学性能差的问题，提出无卤膨胀型阻燃剂的改性方法以及改性后的无卤膨胀型阻燃剂在阻燃聚丙烯中的应用。通过对膨胀阻燃剂进行整体改性处理得到低水溶性的膨胀阻燃剂，采用偶联剂(硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等)等作为改性剂，改性剂在分散剂中分散后配成溶液。表面改性方法有两种，一种是将改性剂溶液加入到阻燃剂粉末中，配成浆液，搅拌升温，使改性剂包覆在阻燃剂颗粒表面，然后抽滤、烘干；一种是将改性剂溶液以气雾态喷洒到运动状态的阻燃剂粉末中，然后搅拌烘干，得到新型的低水溶性改性阻燃剂。最后将改性阻燃剂应用于无卤阻燃聚丙烯体系。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的无卤膨胀型阻燃剂的改性方法，该无卤膨胀型阻燃剂包括酸源、炭源、烷基酯类协效剂和催化剂；以无卤膨胀型阻燃剂的总质量计，各部分的质量含量为酸源55～70％、炭源25～40％、烷基酯类协效剂0.2～0.5％、催化剂1～7.9％；

其中，酸源为Ⅱ型聚磷酸铵；

炭源为单季戊四醇、双季戊四醇或三季戊四醇中的一种；

烷基酯类协效剂为碳酸二烷基酯、双酚A二亚磷酸烷基酯、芳香族四羧酸的二烷基酯、磷酸三烷基酯、二(十八烷基)-3,3-硫代双丙酸酯或β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种；

催化剂为以下化合物中的一种或是以下化合物的水合物中的一种：三聚氰胺、硼酸钙、硼酸锰、硼酸锌、硼酸镍、硼酸镁、硼酸铋、硫酸钙、硫酸锰、硫酸锌、硫酸镍、硫酸镁、硫酸铋、碳酸钙、碳酸锰、碳酸锌、碳酸镍、碳酸镁、碳酸铋、磷酸锆、硅酸镁；该方法的步骤包括：

1)将聚磷酸铵和炭源分别在烘箱里80～110℃的条件下烘2～6小时；然后与烷基酯类协效剂、催化剂复配得到IFR；

2)将改性剂溶于分散剂中，加入水以及酸，得到改性剂溶液；

3)选择改性路线一或改性路线二：

改性路线一：将步骤1)中得到的IFR加入到烧瓶中，然后加入步骤2)中所得到的改性剂溶液，搅拌升温至50～60℃，40～60min后，减压抽滤，除去分散剂后再在80℃～120℃烘箱里烘4～8小时，粉碎得到表面改性后的IFR粉体。

改性路线二：将步骤1)中得到的IFR加入到容器中，然后将步骤2)中所得到的改性剂溶液经过多孔喷射装置以气雾态在一定的流量下喷洒到运动状态的IFR粉末中，15～30分钟后搅拌烘干，即得到表面改性后的IFR粉体。

上述步骤2)中的改性剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种；