[发明专利]一种氮-磷系阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明属于阻燃剂技术领域，具体涉及一种氮‑磷系阻燃剂及其制备方法。一种磷‑氮系阻燃剂，所述磷‑氮系阻燃剂为多元醇磷酸酯的铵盐，结构式为其中，R‑O‑P为多元醇的至少一个羟基与磷酸酯化形成的磷酸酯基。本发明的磷‑氮系多元醇磷酸酯的铵盐阻燃剂，通过P‑O‑C酯基把多个磷酸铵分子桥联形成大分子，是APP、MP等磷‑氮系阻燃剂的升级换代产品，用于配制水性涂料，具有分散均匀、储存稳定、阻燃性能优异、与高分子基材相容，无腐蚀、不返潮、不析出、不结霜的优点；本发明的磷‑氮系阻燃剂的制备方法，原料成本低廉，操作简单、方便，过程安全、环保、节能，质量可靠。

技术领域

本发明属于阻燃剂技术领域，具体涉及一种氮-磷系阻燃剂及其制备方法。

背景技术

含磷-氮的膨胀型阻燃剂(IFR)燃烧时，在材料表面会生成炭质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟、防滴等功效，具有优良的阻燃性能，且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，是一种环保的绿色阻燃剂。聚磷酸铵(APP)是一种常见的IFR，它兼有酸源、气源的阻燃机理，阻燃效果高效，而且价格低廉。但是，APP由于遇水易水解成小分子的磷酸铵，与高分子阻燃材料的相容性差，出现返潮、析出、结霜等现象，影响阻燃制品的外观，尤其是用在涂料中。

为增强阻燃效果，克服单一APP阻燃剂的不足，有人将APP与季戊四醇和三聚氰胺复配用于涂料中，但并未改变APP易水解的本质，仍存在返潮的问题，且三者复配，难免存在分散不均的问题。

近年，市场出现了三聚氰胺磷酸盐(MP)、三聚氰胺磷酸季戊四醇酯盐(MPP)等多种含磷-氮的膨胀型阻燃剂，它们克服了APP易水解的一些缺点。但是，MP与MPP的水溶性差，不便配制高浓度的水溶液，配制悬浊液久存易沉降，分散不均；MP水溶液呈酸性，存在腐蚀问题；MPP的合成采用三氯氧磷作磷源，生产过程产生酸性废气或废水，且中和步骤原料与产物共沉淀，形成近乎复配的混合物。

目前还没有适合水性涂料使用的氮-磷系阻燃剂。

发明内容

针对现有技术存在的氮-磷系膨胀型阻燃剂易水解、水溶性差、有腐蚀性、生产过程不环保、质量差的问题，本发明提供了一种新型磷-氮系阻燃剂及其制备方法。

一种磷-氮系阻燃剂，所述磷-氮系阻燃剂为多元醇磷酸酯的铵盐，结构式为

其中，R—O—P为多元醇的至少一个羟基与磷酸酯化形成的磷酸酯基。

进一步地，所述多元醇为乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,4-环己烷二甲醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、新戊二醇、聚醚多元醇或聚酯多元醇。

一种磷-氮系阻燃剂溶液，由结构式(I)的阻燃剂和水组成，15-40℃下，阻燃剂的浓度为10wt％～30wt％。

一种磷-氮系阻燃剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)酯化：将多元醇、磷酸、催化剂和带水剂加入适当的反应釜中，多元醇的羟基与磷酸摩尔比为1:1.0～1.2，催化剂加入量是多元醇质量的0.01％～8％，带水剂加入量为多元醇质量的1～6倍，控制搅拌转速为30～300r/min，于温度100～150℃下，反应1～6h，在反应过程中带水剂将水带出，带水剂流回反应釜；

(2)纯化：将酯化混合物进行真空过滤，尾气冷凝液即回收带水剂，滤饼即回收催化剂，滤液进行减压蒸馏，馏出液即回收带水剂，逐渐提高真空度和温度，当真空度为0.095～0.1MPa、料液温度升至150℃无馏出液出现时，停止蒸馏，剩余的残液即为半成品，回收带水剂合并，连同回收催化剂套用于步骤(1)；