[发明专利]超分子组装改性聚磷酸铵及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超分子组装改性聚磷酸铵及其制备方法。通过超分子组装对聚磷酸铵(APP)进行表面改性，所制备的超分子组装改性聚磷酸铵在微观下呈片层状结构，并且该改性粉体与聚合物基体的相容性有明显提高。将改性聚磷酸铵应用至聚合物中能够显著提高聚合物复合材料的阻燃性能。

技术领域

本发明属于阻燃材料技术领域，且涉及超分子组装改性聚磷酸铵及其制备方法。

背景技术

聚合物作为当今被广泛使用的材料，在日常生活中起到越来越重要的作用。但是聚合物材料容易燃烧，给人们的生命财产带来了威胁。随着人们安全环保意识提高，无卤阻燃剂，特别是膨胀型阻燃剂以其低烟、无毒、防滴、环保等优点成为研究热点。APP(聚磷酸铵) 是膨胀型阻燃剂的重要组成部分，且具有高含量 P 和 N阻燃元素，但其吸湿性强，与聚合物基体相容性差并且阻燃效率低。王正洲团队用 APP 及季戊四醇组成膨胀型阻燃剂阻燃环氧树脂, 虽然其氧指数(LOI)随 APP含量的增加而增加，但 APP 作为该膨胀型阻燃剂重要组成部分，与聚合物相容性低，易吸潮，且阻燃效率低。为扩大 APP 的应用范围，提高其与聚合物基体的相容性与阻燃效率，需要对 APP 进行改性。目前较为常见的对 APP改性方法主要有微胶囊化、偶联剂改性等。韩申杰等人在研究微胶囊化聚磷酸铵表示微胶囊化虽然可以增强 APP 热稳定性及与基体的相容性，但其刚性链组成的微胶囊化壳层容易破裂，在机械作用下易失去包覆效果。袁才登团队利用二氧化硅和硅烷偶联剂对 APP 进行表面改性，虽然力学性能和阻燃性能均得到了明显提高，但硅烷偶联剂成本较高，不适合大规模工业化生产。随着我国塑料工业的快速发展，APP 的应用将日益增加。因此，研制一种能够解决上述问题的新型改性聚磷酸铵阻燃剂尤为重要。

发明内容

针对上述 APP 改性工艺的不足，本发明的目的在于提供一种改善聚磷酸铵与聚合物基体的相容性，提高聚合物阻燃效率的超分子组装改性聚磷酸铵及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的优选的解决方案为：

超分子组装改性聚磷酸铵，由下法制备得到：

将三聚氰胺与 35-40%（质量百分比）的甲醛溶液充分混合，调节该混合液 pH 值至8～9，然后在80～90℃温度下，对该混合液进行搅拌处理，使其充分反应形成透明预聚体；将预聚体添加至聚磷酸铵水溶液中，调节混合溶液 pH至4～5，并加入有机酸，加热搅拌反应 1～2 h；产物经抽滤洗涤、干燥和研磨，制备得到超分子组装改性的聚磷酸铵粉体。

所述预聚体与聚磷酸铵水溶液的用量（体积分数）比例范围为1:11～12.5。聚磷酸铵水溶液的浓度范围为10～13%

优选的，所述甲醛溶液与三聚氰胺质量比为 2.1~1.9:1。

优选的，所述混合液使用质量分数 10~15%的碳酸钠溶液调节其 PH 值为 8~9。

优选的，所述聚磷酸铵水溶液为 40~50 g 的 APP（聚磷酸铵），100~150 mL 的无水乙醇，200~300 mL 蒸馏水配置，并搅拌分散 10~20 min。

优选的，所述的添加预聚体后的混合溶液 pH 值，使用质量分数为 10～15%的乙酸溶液调节。

所述的有机酸为以苯环为基础且带有两个或两个以上相同或不同种类的羧基基团、磷酸基团及磺酸基团的有机酸，如植酸、叶酸和甘草酸等。优选的，为 50～60 g 的植酸溶液（质量分数为 50～70%）。

所述的加热搅拌反应温度为 80～90℃。

优选的，所述洗涤，使用 60~65 ℃的蒸馏水洗涤。所述干燥，在 80-90 ℃下烘干24~36 h。