[发明专利]利用原位包覆改性聚磷酸铵制备阻燃聚丙烯的方法

说明书

本发明涉及一种利用原位包覆改性聚磷酸铵制备阻燃聚丙烯的方法。该方法首先以环氧树脂为壁材、聚磷酸铵为芯材，采用阶跃式升温模式原位聚合得到了环氧树脂包覆聚磷酸铵微胶囊，接着将其与季戊四醇等碳源复合得到膨胀型阻燃剂，最后将聚丙烯与该阻燃剂混炼、成型，制得了性能优异的阻燃聚丙烯产品。实验表明，采用本发明方法制得的聚磷酸铵微胶囊固化更加完全，最终的聚丙烯产品阻燃及成炭性能大幅改善，且不再出现滴落现象。

技术领域

本发明涉及阻燃材料技术领域，具体涉及一种利用原位包覆改性聚磷酸铵制备阻燃聚丙烯复合材料的方法。

背景技术

膨胀型阻燃剂(IFR)因其环境友好性和高效性受到青睐。IFR经过一系列化学反应(例如酯化、碳化、膨胀和固化)形成膨胀的炭层，该炭层可以充当屏障，保护内部材料免受热量破坏和缓慢的质量传递影响。与传统的卤素阻燃剂相比，以聚磷酸铵(APP)为主要成分的膨胀型阻燃剂具有无卤、低烟、低毒等优点。聚磷酸铵由于自身的化学结构特点吸湿性很强且易团聚，与聚合物材料的相容性差，在高温、高湿度的情况下极易向材料表面迁移并渗出，从而降低了材料的综合效能，尤其是阻燃性能。

为降低聚磷酸铵的水溶性、提高其热稳定性、改善与聚合物之间的相容性，通常会对聚磷酸铵进行表面改性处理。越来越多的学者采用微胶囊包覆聚磷酸铵改善其性能，环氧树脂因具有良好的化学稳定性和热稳定性而成为制备APP微胶囊的一种理想囊壁材料。中国专利CN1480253A公开了一种以聚磷酸铵为芯材，以蜜胺-甲醛树脂为包覆材料的微胶囊包覆聚磷酸铵的制备方法，但是在反应过程中APP部分水解使其利用率较低，所得包覆产品的产率较低。中国专利CN101760049A公开了一种核壳型二氧化硅包覆聚磷酸铵的制备方法，该方法环保无污染，所得产品的阻燃性较好，但是制备过程太过繁琐。中国专利CN101537331A公开了一种环氧树脂包覆聚磷酸铵阻燃剂微胶囊的制备方法，该方案有效降低了APP的吸水性且提高了APP的分散性，但是其采用的升温方式使得环氧树脂的固化反应不够完全。

聚丙烯树脂(PP)是一种性能优异、用途广泛的材料，但是存在易燃、燃烧滴落等不足，通常加入含卤阻燃剂进行改性以便提高其阻燃性能。近年来含卤阻燃剂的缺点日益暴露，越来越多的国家和组织转而选用无卤型膨胀阻燃剂。上世纪70年代季戊四醇磷酸酯诞生，该化合物具有较高的磷含量、良好的热稳定性、优异的耐水性，80年代逐渐用作PP阻燃复合材料的碳化剂。时至今日，PP复合材料的阻燃性能、热稳定性仍有待提高，开发新的阻燃体系仍然十分迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用原位包覆改性聚磷酸铵制备阻燃聚丙烯的方法，该方法包括以下步骤：(a)将环氧树脂(EP)、固化剂分散在有机溶剂中，再加入聚磷酸铵、分散剂并搅拌均匀，反应得到环氧树脂包覆聚磷酸铵微胶囊；(b)将环氧树脂包覆聚磷酸铵微胶囊与碳源混合均匀，得到膨胀型复合阻燃剂；(c)将聚丙烯基体与制得的膨胀型复合阻燃剂充分干燥，接着按比例投入混炼机中混炼，最后成形即可。

进一步的，所述环氧树脂选自缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂、脂肪族环氧树脂中的至少一种，所述固化剂选自多乙烯多胺、聚醚胺、聚酰胺、乙二胺、二甲基咪唑中的至少一种，所述有机溶剂选自乙醇、甲醇、丙醇、环己酮、丙酮、正丁醇、异丁醇中的至少一种，所述分散剂选自蒙脱土、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、OP乳化剂中的至少一种，所述碳源选自季戊四醇或其衍生物、季戊四醇磷酸酯或其衍生物中的至少一种，所述聚丙烯基体选自聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯中的至少一种。

进一步的，步骤(a)中环氧树脂、固化剂、分散剂的加入量分别相当于聚磷酸铵质量的5％-30％、0.5％-5％、0.5％-2％，有机溶剂与聚磷酸铵的用量比为1.5-3mL:1g。

进一步的，步骤(b)中环氧树脂包覆聚磷酸铵微胶囊与碳源混合时的质量比为1:1-7:1，优选为4:1。

进一步的，聚磷酸铵、分散剂使用前需充分干燥。