[发明专利]单分子膨胀型阻燃剂MPPR及MPPR/POSS复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料

说明书

本发明提供一种单分子膨胀型阻燃剂MPPR及MPPR/POSS复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料，具体而言，为单分子膨胀型阻燃剂MPPR及其制备方法，包括单分子膨胀型阻燃剂MPPR的MPPR阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法、以及MPPR/POSS复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。其中所述单分子膨胀型阻燃剂MPPR，其原料组分包括植酸、多元醇、三聚氰胺，且植酸、多元醇、三聚氰胺摩尔比为1：(2.4～2.6)：(1.9～2.1)，其制备方法是植酸先与多元醇搅拌反应后再加入三聚氰胺进行反应。制备所得阻燃聚丙烯复合材料阻燃效率高，力学强度高，可满足阻燃PP在高强度高模量应用场合的要求。

技术领域

本发明属于单分子膨胀型阻燃剂技术领域，涉及一种单分子膨胀型阻燃剂MPPR及MPPR/POSS复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料，具体而言，为单分子膨胀型阻燃剂MPPR及其制备方法、以及MPPR/POSS复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯综合性能优良，应用广泛，但聚丙烯的全碳氢链结构使得PP极易燃烧，且燃烧时会产生大量有焰熔滴，释放大量的热量，极易传播火焰而引发火灾，危害人们的生命和财产安全，严重限制其在某些需要高阻燃性领域的应用。因此，为了拓宽聚丙烯的应用范围，研制新型阻燃PP复合材料十分迫切。根据目前聚丙烯用阻燃剂的发展和环保要求，卤系阻燃剂因燃烧时会释放出大量有毒烟雾和气体，严重危害人体健康和环保安全，其应用逐步受到限制，因此开发绿色、环保的无卤阻燃剂是聚丙烯阻燃的研究热点和发展方向。

膨胀型阻燃剂(IFR)由于具有低毒、低烟、阻燃效率较高等优点被认为是最有发展前途的无卤阻燃剂之一。传统研究较多的IFR一般以混合膨胀型阻燃剂为主，如由聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(ME)按一定比例复配而成的最简单混合IFR体系。但上述这种传统IFR体系热稳定性差，APP和PER容易吸湿析出，此外PER也容易在加工和使用过程中迁移至基体表面，严重劣化PP的阻燃性能、力学性能和服役性能。因此，有必要研究和构建新的适于PP阻燃的膨胀阻燃体系。

植酸(PA)，又名环己六醇六磷酸，分子式C₆H₁₈O₂₄P₆，主要存在于植物种子、根干和茎中，环境友好，磷含量高(高达28wt％)。目前，已有将植酸用于聚合物阻燃的文献报道，但将其应用于合成适于聚丙烯(PP)的无卤阻燃剂尤其是膨胀型阻燃剂的研究仍较少，且通常阻燃效率不佳，例如将植酸与哌嗪合成植酸盐阻燃PP时其氧指数仅能提高至25.5％。

而现有技术中，为了解决上述混合型膨胀阻燃剂的缺点，研究者合成了一种具酸源、炭源和气源三位一体的单分子膨胀型阻燃剂，并将其用于聚合物的阻燃。

中国授权发明“一种含磷-氮-碳聚合型膨胀型阻燃剂的制备方法及其用途”(授权公开号CN106519239B)公开了一种具纳米片状结构的含磷-氮-碳聚合型膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征是：取植酸、三聚氰胺和溶剂，植酸与三聚氰胺的物质的量之比为1:3～1:15，溶剂的用量为每0.01mol三聚氰胺添加溶剂20～50ml；向装有温度计和搅拌器的反应容器中加入三聚氰胺，搅拌下加入溶剂，在温度20～40℃下加入植酸，搅拌反应20～50分钟，得反应液；将反应液倒入反应釜中，在温度70～120℃下反应24～56h，冷却、抽滤，固体物用乙醇洗涤后、再用水洗涤至pH为7，干燥，即制得。

该授权专利中是以植酸作为酸源和炭源，以三聚氰胺作为气源制备得到了简称为PAMA的膨胀型阻燃剂，并通过其说明书中应用例4公开了当PAMA为25wt％添加时阻燃聚丙烯(PP)达到了29.6％的氧指数，垂直燃烧性能UL-94达到了V-0等级。

但是，该专利是以植酸同时作为酸源和炭源，且通过较大的三聚氰胺添加比例(1:3～1:15)构成阻燃共聚单体。其中，植酸的具体化学结构式如下：