具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体及其制备和应用，该复合体结构式：((HPO3)3Al2)

【技术实现步骤摘要】
具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及阻燃材料
，具体涉及一种具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体及其制备和应用。

技术介绍

[0002]热失重峰值温度是阻燃剂的重要指标，是指热失重(TG)测试中，失重速率最快时的温度，此时阻燃剂分解速度最快。该指标涉及到阻燃剂的阻燃性能、加工应用等多方面。
[0003]阻燃剂产生阻燃作用，需要其自身发生快速分解，释放出抑制燃烧的化学成分，起到熄灭火焰的作用，因此作为阻燃剂必须有一个合适的快速分解温度，即峰值分解温度，峰值温度如果与聚合物材料的着火燃烧温度接近，兼顾了阻燃和加工；如果峰值温度过高，那么在发生材料燃烧时阻燃剂不发生快速分解就不产生作用，也就失去了阻燃的效果；从阻燃的角度，峰值分解温度越低，越在材料引燃的早期产生阻燃作用，对阻燃是有利的，但是，阻燃剂如果分解温度过低，那么阻燃剂的在材料的加工成型过程中，由于要经历高温过程，阻燃剂就会发生分解，失去阻燃效果。因此阻燃剂都有一个和所阻燃的聚合物材料的着火温度相匹配的峰值分解温度。
[0004]通常，一种阻燃化合物只有一个热失重峰值温度。而根据火灾发生的实际和阻燃剂的热分解机理，希望阻燃剂能具有多重热失重峰值温度，在多阶段发生作用，即可以对聚合物在多个温度阶段提供阻燃保护，能有效提高阻燃性能，降低阻燃剂的用量，同时又能适应更宽的加工温度条件。此外，在某些情况下，火焰在熄灭后，但还存在无火焰的阴燃，此时材料经历着高温作用，需要阻燃剂在高温下的二次阻燃保护作用，也要求阻燃剂除了较低温度的快速分解外，还存在一个在更高温度的快速分解。
[0005]亚磷酸铝由于与二乙基次磷酸铝有很好的阻燃协同性，且其水溶性和酸性较低，目前被广泛用作阻燃协同剂，应用于玻纤增强工程塑料中，比如尼龙、聚酯等体系中，具有较好的阻燃性。但目前所报道的亚磷酸铝，其热失重曲线如图1所示，只有单峰热失重温度特征，因此在应用上仍然存在阻燃性能略有不足，UL测试时二次点火时延燃时间略长，添加量大的问题。这限制了该阻燃剂体系的应用范围。亚磷酸氢铝与亚磷酸铝结构类似，虽然能产生阻燃作用，但它是水溶性化合物，且分解温度较低，因此不能用作阻燃剂。
[0006]为提高亚磷酸铝的阻燃性能，本专利技术提出了具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体，将提供制备该复合体的合成方法，以及作为阻燃协同剂在高分子材料阻燃中的应用。

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题和本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体，该复合体具有双峰热分解温度特征，有利于材料在引燃后的阻燃保护，防止二次燃烧和无明火阴燃，也可作为阻燃协同剂与二乙基次磷酸铝协
同作用，具有更好的阻燃性能，用于高分子材料的无卤阻燃组分，用作玻纤增强工程塑料的阻燃体系等。
[0008]一种具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体，结构式：
[0009]((HPO3)3Al2)
·
((H2PO3)3Al)
x
，
[0010]其中，x为0.01-0.5，代表(H2PO3)3Al和(HPO3)3Al2的摩尔比；
[0011]所述双峰热失重分解特征：第一峰值失重温度为460-490℃，第二峰值失重温度为550-580℃。
[0012]本专利技术的复合体通过热失重(TG)结果可以看到具有双峰的热失重特征。而目前在阻燃领域所使用的亚磷酸铝((HPO3)3Al2)，其典型TG曲线如图1所示，曲线上只有单峰的热失重特征，除了存在一个与本专利技术复合体第一失重峰近似的低温热分解峰外，不存在本专利技术复合体的高温分解峰。本专利技术所获得的亚磷酸铝和亚磷酸氢铝的复合体，其热失重曲线的双峰并不是亚磷酸铝和亚磷酸氢铝各自热分解峰的叠加，亚磷酸氢铝((H2PO3)3Al)的热失重曲线如图2所示，其只有一个316℃左右的峰值分解温度；同时，把亚磷酸铝和亚磷酸氢铝简单混合，测得的热失重曲线如图3所示，显示了亚磷酸铝和亚磷酸氢铝各自热失重特征的叠加。而在本专利技术的复合体中，低温的316℃左右的低温峰值温度消失了。很显然，本专利技术所得到的物质是亚磷酸铝和亚磷酸氢铝的新的复合体，并不是两者的简单混合物，具有新的结构。
[0013]专利技术人经过实验研究，为了得到热失重双峰特征的复合体，亚磷酸铝和亚磷酸氢铝的摩尔比为1:0.01-0.5，过高比例的亚磷酸铝将得到和亚磷酸铝接近的单峰热失重特征，而过低比例的亚磷酸铝，将得到和亚磷酸氢铝接近的单峰热失重特征或呈现亚磷酸铝和亚磷酸氢铝简单共混物的双峰失重特征，但都没有本专利技术的550-580℃间的高温热失重特征峰，不能实现本专利技术的双峰热失重特征。
[0014]本专利技术的具有双峰热分解特征的复合体，除了具有和亚磷酸铝接近的第一峰值温度外，还存在一个更高的第二峰值温度，但没有较低的亚磷酸氢铝的特征峰值温度，也不同于亚磷酸铝和亚磷酸氢铝的简单混合，新的复合体具有双峰分解温度，对用作阻燃剂是有利的。而且，复合体在吸水率和pH值等性能上，都明显优于亚磷酸铝、亚磷酸氢铝以及二者合简单混合物，这表明本专利技术所得到物质是两者的新的复合体，并不是亚磷酸铝和亚磷酸氢铝的混合物。经过应用测试，双峰分解特征的亚磷酸铝复合体与二乙基次磷酸铝仍有协同阻燃效果，而且阻燃效率相对于亚磷酸铝有一定的提高。
[0015]所述的具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体的pH不低于3，粒径为0.1～1000μm，水中溶解度为0.01～10g/L，堆密度为80～800g/L，残留水分为0.1wt％～5wt％。
[0016]本专利技术还提供了所述的具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体的一种优选制备方法，包括：将亚磷酸铝和亚磷酸氢铝按所述结构式比例混合均匀，然后梯级升温加热，于1-10小时把混合物料温度从常温升至不超过350℃，升温速度不超过5℃/min，得到所述具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体。
[0017]本专利技术的复合体由亚磷酸铝和亚磷酸氢铝在一定比例下经过特殊的高温处理工艺获得。高温处理后的物料可进一步粉碎至所需粒径。
[0018]从结果上看，亚磷酸铝和亚磷酸氢铝在高温作用下，相互间可能产生了化学作用，
形成了新的复合体，热分解显示了不同于参与复合的两种物质各自的特征分解。从原理上，两种化合物不发生化学反应，而在热失重上出现新的结果，可能是两种物质间形成一些配位键和氢键等的作用，形成了新的复合体，改变了热分解特征。
[0019]作为优选，所述梯级升温加热过程设置3个保温平台，分别为160℃、220℃和280℃，保温时间分别独立为30～60min。
[0020]本专利技术还提供了所述的具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体的应用。所述的复合体，可用于清漆和发泡涂料的阻燃剂，用于木材和其它含纤维素产品的阻燃剂，作为用于聚合物的非反应性阻燃剂，用于制备阻燃聚合物模塑材料，用于制备阻燃聚合物成型体和/或用于通过浸渍为聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体，其特征在于，结构式：((HPO3)3Al2)
·
((H2PO3)3Al)
x
，其中，x为0.01-0.5，代表(H2PO3)3Al和(HPO3)3Al2的摩尔比；所述双峰热失重分解特征：第一峰值失重温度为460-490℃，第二峰值失重温度为550-580℃。2.根据权利要求1所述的具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体，其特征在于，pH不低于3，粒径为0.1～1000μm，水中溶解度为0.01～10g/L，堆密度为80～800g/L，残留水分为0.1wt％～5wt％。3.根据权利要求1或2所述的具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体的制备方法，其特征在于，包括：将亚磷酸铝和亚磷酸氢铝按所述结构式比例混合均匀，然后梯级升温加热，于1-10小时把混合物料温度从常温升至不超过350℃，升温速度不超过5℃/min，得到所述具有双峰热失重分解特征的基于亚磷酸铝的复合体。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述梯级升温加热过程设置3个保温平台，分别为160℃、220℃和280℃，保温时间分别独立为30～60...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷华，李金忠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：