[发明专利]具有交联结构的无卤素膨胀阻燃剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有交联结构的无卤素膨胀阻燃剂的制备方法及应用。

背景技术

以APP为基础的膨胀型阻燃体系已成为当前无卤阻燃材料研究中的热点，特别是在聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃塑料阻燃中，显示出其优越性。

膨胀型阻燃体系需要必备三类物质：脱水炭化催化剂（酸源）、成炭剂（碳源）和发泡剂（气源）。将他们与有机聚合物复配共混后，材料受热后表面形成炭质泡沫层，它不仅起到隔热、隔氧作用，并阻滞可燃性挥发物从表面上逸出和聚合物的熔融滴落现象。碳质泡沫层是物理阻火机理，致使逸出燃烧产物气体量及其毒性大大降低。

现有的技术制备无卤素膨胀阻燃剂主要有下列三种方法：

（1）混合复配

一般用聚磷酸铵（APP）、三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）、三聚氰胺焦磷酸盐（NMP）等磷酸盐物质兼顾酸源和气源；三聚氰胺及其三聚氰胺衍生物等物质作为气源；季戊四醇、多羟基化合物、尼龙、聚酯型聚氨酯等物质作为碳源；按照一定的比例混合，成为无卤素膨胀阻燃剂。中国专利CN101280086A公开的一种环保阻燃聚丙烯专用料，该材料添加35%的聚磷酸铵和季戊四醇组成的阻燃剂，垂直燃烧才达到UL94V0；美国专利US4966931公开了用三聚氰胺改性的聚磷酸铵和三聚氰胺作为聚丙烯和聚乙烯的阻燃剂；US5326805公开了聚磷酸铵和THEIC的衍生物构成的阻燃体系用于聚烯烃中，可获热稳定性能良好的阻燃材料。

该方法的缺点：（1）由于多羟基化合物水溶性大，与聚烯烃的相容性差，在高聚物中容易迁移和析出，放置一段时间后其阻燃性能大幅度下降甚至失去阻燃性能；（2）尼龙或者聚氨酯作为碳源与具体性的相容性差，阻燃改性后的材料表观情况和力学性能较差；（3）虽然聚磷酸铵与多羟基化合物单体的分解温度都不错，但是其放置在一起，由于他们之间酯化过程的温度不超过200℃，导致其不能满足加工过程中温度的要求；（4）各个阻燃在发挥阻燃效果的时候，由于复配的原因，可能会导致局部的碳源、酸源和气源的比例出现波动，从而影响到整个阻燃体系的阻燃效率。

（2）单一组份膨胀型阻燃剂

单一组份膨胀型阻燃剂为同时具有酸源、碳源和气源的化合物。美国专利US4154930公开了季戊四醇和三氯氧磷制备环状磷酸酯的三聚氰胺盐；US5321057公开了具有成碳作用的三嗪环的衍生物包裹聚磷酸铵制备单体膨胀型阻燃剂，其用于聚丙烯中阻燃效果能够达到UL94V0；CN1834138A公开了通过在相转移催化剂，聚磷酸铵和三嗪化合物在溶剂中制备单体膨胀型阻燃剂。

该方法的缺点：（1）环状磷酸酯的三聚氰胺盐其制备过程复杂，副反应多，收率低，并且成品的水溶性还是偏大，阻燃效果不高；（2）三嗪衍生物与聚磷酸铵的单体阻燃剂制备过程复杂，并且需要用到大量的溶剂，对环境的影响大，成品阻燃剂的价格高。

发明内容

本发明针对现有膨胀型阻燃体系与聚烯烃的相容性差，在高聚物中容易迁移和析出，放置一段时间后其阻燃性能大幅度下降甚至失去阻燃性能；阻燃改性后的材料表观情况和力学性能较差；不能满足加工过程中温度的要求；由于复配的原因，可能会导致局部的碳源、酸源和气源的比例出现波动，从而影响到整个阻燃体系的阻燃效率。制备过程复杂，副反应多，收率低，并且成品的水溶性还是偏大，阻燃效果不高；制备过程中需要用到大量的溶剂，对环境的影响大，成品阻燃剂的价格高。

同时针对专利CN102503902，本发明通过进一步的交联反应使阻燃剂具有更优异的耐水性和耐温性。

本发明的目的是提供一种耐水性和耐温性更优异的具有交联结构的无卤素膨胀阻燃剂的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种具有交联结构的无卤素膨胀阻燃剂的制备方法，包括以下的步骤：

1）将五氧化二磷和磷酸氢二铵以1:1.0-1.1的摩尔比加入捏合器中，预热物料至100-300℃，预热同时以20-25m³/h的流量通入氨气30-40min；然后再以8-15m³/h的流量继续通入氨气4-8h；

2）停止通入氨气，并将温度保持在200-300℃下0.5-2h；

3）将三嗪类化合物加入捏合器中使其和上步得到的产物进行反应，控制捏合器中的反应温度为150-250℃，反应时间1-4h，三嗪类化合物的质量:五氧化二磷与磷酸氢二铵的总质量=15-45:100；