[发明专利]一种生物基阻燃超分散剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种生物基阻燃超分散剂的制备方法及其应用。以季戊四醇、三氯氧磷和三聚氰胺制备阻燃剂双螺磷三聚氰胺盐；取乙醇、油酸在28℃室温下磁力搅拌10 min，再升温至50℃继续搅拌30 min；然后再取制得的双螺磷三聚氰胺盐和催化剂三苯基膦加入其中，升温至80℃反应2~3h后，即制得生物基阻燃超分散剂。利用生物基阻燃超分散剂具有良好的阻燃性和大量的氨基锚固基团的优势，提高无机粉体在HDPE树脂中的均匀分散性，提高无机粉体在HDPE树脂中的填充量和阻燃性。本发明原料来源广泛，工业成本低，对环境污染小。制备工艺简单，适合工业规模化生产。

技术领域

本发明属于超分散剂新材料技术领域，尤其涉及一种生物基阻燃超分散剂的制备方法及其应用。

背景技术

超分散剂是近年来发展起来的一类新型分散剂助剂，与传统的分散剂相比，超分散剂的结构特点是一端有能与无机粉体表面牢固结合的锚固基团；另一端有与分散介质具有较好相容性的溶剂化链段。锚固基团可通过离子对、氢键、范德华力等作用以单点或多点的形式紧密地结合在粉体表面上，防止超分散剂脱附；溶剂化链是可以被介质溶剂化的聚合物链，这些溶剂化链能与分散介质有良好的相容性，且具有较好的伸展构想，在粉体表面形成足够厚的保护层。

目前表面改性已成为无机粉体最重要和必须的深加工技术之一，其主要以有机包覆为主，所用的有机改性剂包括含16~18个碳原子的高级脂肪酸、树脂酸类等表面活性剂，聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯等高分子类分散剂，以及硅烷、钛酸酯和铝酸酯等偶联剂。偶联剂助剂价格高、改性工艺复杂, 以及钛酸酯偶联剂产生污染等问题，一直未能大面积推广应用。工业上应用最为广泛的硬脂酸分散剂因只有一个羧基锚固点，烷基又比较长，改性效果不是很理想。同时，目前市场上所生产的超分散剂大多功能单一，应用领域受到限制。

油酸作为一种典型的不饱和脂肪酸，具有产量丰富，易降解可再生，在可持续发展上具有广泛的实用价值。油酸是一种单不饱和Omega-9脂肪酸，存在于动植物体内，是动物食物中不可缺少的营养素。在动物脂肪中，油酸在脂肪酸中占40%~50%。在植物油中的含量较大，如茶油中可高达83%，花生油中达54%，橄榄油中达55%~83%。由于油酸中的双键可以转化，由此可得到很多具有高附加值的产品，可以大大提高其资源的利用率。油酸及其衍生物是制药、化妆品等行业中重要的化工中间体，油酸直接酰胺化可得到具有优良的溶解性、无毒、闪点高及挥发性低的产品。

双螺磷三聚氰胺盐阻燃剂（IFR）主要由炭源、酸源和气源组成，其分子结构中含有丰富的多官能团成炭剂，受热时能生成膨胀多孔炭层和放出惰性气体等特点，从而具有使材料不易燃烧，防止火焰扩散并延缓火势蔓延速度等优点，并且磷-氮膨胀型阻燃剂合成工艺简单，一般采用一步或两步合成法，且所得产物只需要简单的纯化处理，大大降低了企业规模化生产成本。

油酸的接枝反应可用于制备环境友好型生物基阻燃超分散剂，油酸分子链一端的羧基可与双螺磷三聚氰胺盐（IFR）的氨基发生酰胺化反应，生成生物基阻燃超分散剂(OA-g-IFR)。OA-g-IFR作为一种同时具备阻燃和分散双重功能的阻燃超分散剂，分子结构中含有多个锚固基团，可在无机粉体表面形成多点锚固，牢牢附着在无机粉体表面，大大改善无机粉体在聚合物中的分散性，同时也使复合材料具有良好的阻燃性能。

高密度聚乙烯（HDPE）是五大通用塑料中的一种，广泛应用于工业及日常生活中，在HDPE树脂中通过共混、复合高填充碳酸钙粉体可以进一步改善材料的力学性能，降低使用成本，拓宽其应用领域。但由于碳酸钙表面含有大量极性羟基，与非极性HDPE共混界面相容性差而导致材料的力学性能降低。同时，HDPE熔化潜热大且对温度敏感，成型时温度必须控制在一个较窄的范围才能获得最佳的力学性能。用OA-g-IFR改性碳酸钙粉体表面，不仅能改善碳酸钙粉体与HDPE界面相容性，而且还增强复合材料的拉伸强度和阻燃性能。