[发明专利]一种纳米有机膦酸金属盐阻燃剂及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于阻燃剂领域，具体涉及一种纳米有机膦酸金属盐阻燃剂及其制备。

背景技术

聚合物材料因其具有力学性能好、耐腐蚀、价格低廉、易加工等优点，已成为工业、农业、国防和科技等领域的重要材料，广泛渗透于人类生产生活的各个方面，发挥着巨大的作用。然而绝大部分聚合物材料易于燃烧，具有潜在的火灾危险性，导致火灾频发，因此对聚合物材料进行阻燃处理十分必要。

阻燃聚合物可分为本征型和添加型，后者具有加工简单、生产成本低等优点，一直是聚合物阻燃领域的主力军。目前国内普遍采用含卤阻燃剂来处理聚合物材料，虽然其阻燃效率高，但是含卤阻燃剂在燃烧过程中会产生大量有毒烟气，如二噁英，严重危害了生态环境和人类健康。因此，阻燃剂无卤化的呼声越来越高。因此，从长远来看，阻燃剂发展方向是低毒、低烟和无卤化。

有机膦酸金属盐是一种重要的有机膦系无卤阻燃剂，相关的专利报道并不多见。中国专利（CN102086401A）公开了一种有机膦酸铝阻燃剂的制备方法，即先将甲基膦酸二甲酯水解成甲基膦酸甲酯钠盐或钾盐，然后将得到的甲基膦酸甲酯钠盐或钾盐与硫酸铝反应。类似的报道还有用氢氧化铝（Al(OH)₃）与甲基膦酸二甲酯（DMMP）反应（美国专利US4973727），以及用三氯化铝（AlCl₃）与DMMP反应或碳酸铝（Al₂(CO₃)₃）与甲基膦酸反应制备有机膦酸铝（欧洲专利EP0245207,美国专利US4972011）。以上专利都成功地制备出了有机膦酸盐阻燃剂，但还是存在一些缺点和不足，比如反应步骤复杂、有副产物、产物粒径较大以及与聚合物基体相容性不好等，这些缺点限制了这类阻燃剂的推广应用和应用效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种反应步骤简单、产物粒径更小、阻燃效果更好的纳米有机膦酸金属盐阻燃剂及其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种纳米有机膦酸金属盐阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将一定量的膦酸酯和表面活性剂加入装有冷凝管的四口反应釜，搅拌分散均匀；

（2）将一定量的金属化合物加入步骤（1）所得的混合液中，控温在110~200℃之间，以≥300rpm的搅拌速度反应6~24小时，然后降温至室温，所述的金属化合物为金属氢氧化物或金属氧化物或这两者的混合物；

（3）将一定量的偶联剂加入到步骤（2）所得的反应液中，控温在40~100℃之间，以≥300rpm的速度搅拌1~6小时，然后过滤，所得固体在80~120℃下烘干，即得所述纳米有机膦酸金属盐阻燃剂；

上述步骤（2）中所加金属化合物与步骤（1）中所加膦酸酯的质量比在1:15~1:45之间；步骤（1）中所加表面活性剂与步骤（2）中所加金属化合物的质量比在0.005：1至0.03：1之间；步骤（3）中所加偶联剂与步骤（2）中所加金属化合物的质量比在0.01：1~0.05：1之间。

优选地，步骤（1）中，所述的膦酸酯为甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯或丙基膦酸二甲酯。

优选地，步骤（2）中，所述金属氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化镁和氢氧化锌中的一种或多种的混合，所述金属氧化物为氧化钛、氧化镧或氧化铈中的一种或多种的混合。

优选地，步骤（3）中，所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的一种或两者的混合。

优选地，步骤（2）中所加金属化合物与步骤（1）中所加膦酸酯的质量比为1:25。

优选地，步骤（1）中所加表面活性剂与步骤（2）中所加金属化合物的质量比为0.01:1。

优选地，步骤（3）中所加偶联剂与步骤（2）中所加金属化合物的质量比为0.01:1。

优选地，步骤（1）中搅拌分散时的温度控制在60~100℃之间。

优选地，步骤（2）中，反应控温在160~175℃之间。