[发明专利]聚磷酸铵-聚苯乙烯核壳微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以聚磷酸铵为核，聚苯乙烯为壳的多功能核壳微球制备方法，属于无卤阻燃剂多功能改性领域。

背景技术

聚磷酸铵又称多聚磷酸铵或缩聚磷酸铵（Ammonium polyphosphate,APP），分子通式为(NH₄)_(n+2)P_nO_(3n+1)，其中，当n为10~20时，为水溶性；当n大于20时，为难溶性。聚磷酸铵无毒无味，不产生腐蚀性气体，含磷量高达30%~32%，含氮量为14%~16％，具有良好的阻燃效果，已被广泛应用于高分子材料的阻燃改性。然而，聚磷酸铵分子结构中存在大量P-O-P和P=O键，导致其具有较强的亲水性，在潮湿环境中容易吸收水分子，可造成阻燃聚合物材料电性能以及湿热强度的大幅度降低，限制阻燃材料的应用领域。同时，聚磷酸铵为粉末状无机物，与有机高分子材料，相容性较差，并且无直接或间接相互作用，在提高高分子材料阻燃性能的同时往往会降低材料的力学性能。由于上述缺陷，聚磷酸铵阻燃材料在使用和储存过程中，聚磷酸铵会逐渐迁移到阻燃材料表面发生“反霜”现象，材料的阻燃性能也会随着时间延长而降低。为解决聚磷酸铵作为阻燃剂在有机高分子领域应用中的缺陷，对聚磷酸铵进行微胶囊改性是近年来研究工作者常用的方法。

三聚氰胺-甲醛树脂可燃性小，硬度高，溶解度参数与大多数树脂相似（玻璃钢/复合材料，2006,3:39-41.），是包覆改性聚磷酸铵的常用树脂。DE 2949537，EP 0180796等公开了水相介质中三聚氰胺-甲醛树脂微胶囊化聚磷酸铵的方法。三聚氰胺-甲醛树脂包覆聚磷酸铵基本过程为，聚磷酸铵分散到三聚氰胺-甲醛预聚体中，在酸性催化作用下，预聚体中的活性基团进一步缩合，最终在聚磷酸铵表面形成体型网状结构。这一过程为多官能团间的无序缩合聚合，反应过程以及反应程度均难以控制。有研究工作者提出，采用热塑性聚烯烃单体在聚磷酸铵表面进行聚合，直接形成微胶囊结构（US 6291068，CN 1229399）。热塑性聚烯烃树脂，维卡软化点较低，难以应用于高熔点聚合物的进一步改性。CN101429291A公开了一种间规聚苯乙烯树脂微胶囊包覆聚磷酸铵的方法。该发明与未包覆的聚磷酸铵相比，具有较高的耐渗透性、阻燃型以及热稳定性，可用作聚烯烃、聚氨酯等高分子材料的阻燃剂。但是，采用该方法制备的包覆改性聚磷酸铵产物无特定形态，难以通过调节合成工艺得到具有良好重现性的改性聚磷酸铵。本发明通过苯乙烯在聚磷酸铵表面的原位聚合，制备出具有典型核壳结构的微胶囊聚磷酸铵。该方法合成条件温和，工艺可控，所制备的聚磷酸铵-聚苯乙烯核壳微球粒径可控，产物形态重现性好。

发明内容

本发明的主要目的是针对现有技术存在的问题，提供一种聚磷酸铵-聚苯乙烯核壳微球的制备方法。

本发明提供的聚磷酸铵-聚苯乙烯核壳微球的制备方法，其特点是利用苯乙烯单体的可聚合性，通过稳定剂和静电作用，使苯乙烯在聚磷酸铵表面原位聚合形成典型的核壳结构，从而提高聚磷酸铵的疏水性；同时，原位聚合法可有效控制核壳结构粒径，为聚合物的增韧阻燃改性一体化奠定基础；此外，作为壳层的聚苯乙烯，不仅可以提高聚磷酸铵与其它聚合物的界面相容性，还可与聚磷酸铵发生化学交联反应，促进成碳，起到协同阻燃效果；在制备过程中，利用超声形成的空穴辅助分散聚合，提高核壳结构的均一性和可控性。

本发明的目的由以下技术实施实现，其中所述的原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

聚磷酸铵-聚苯乙烯核壳微球的制备方法，其特征在于，该方法由以下工艺条件和步骤实现：

（1）将20份重量的聚磷酸铵、0.5-5份稳定剂以及50-500份分散介质加入到带有回流冷凝装置、温度计以及机械搅拌的多口反应釜中，在超声辅助条件下200-700rpm机械搅拌分散均匀；

（2）聚磷酸铵分散均匀后，45-80℃条件下向反应釜中同时滴入5-100份苯乙烯单体和0.1-2份引发剂，其中苯乙烯单体和引发剂在0.5-1.5h滴加完；

（3）单体和引发剂滴加完后，45-80℃继续反应1-5h，降至室温，过滤，洗涤，得到粒径为0.1-3μm的核壳微球。

其中，聚磷酸铵为白色粉末，聚合度100-2000，不溶于水。