一种低析出高效磷氮膨胀阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低析出高效磷氮膨胀阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：将哌嗪和磷酸加入到反应器内升温搅拌反应，之后加入氢氧化铝进行中和反应，反应结束后过滤，将收集得到的磷酸盐沉淀进行干燥脱水缩合成为聚磷酸盐，最后粉碎制得哌嗪聚磷酸铝粉末；将三聚氰胺和磷酸加入到反应器内升温搅拌反应，加入氢氧化铝进行中和反应，反应结束后过滤，将磷酸盐沉淀进行干燥脱水缩合成为聚磷酸盐，最后粉碎制得三聚氰胺聚磷酸铝粉末；将哌嗪聚磷酸铝粉末和三聚氰胺聚磷酸铝粉末混合均匀，得到低析出高效磷氮膨胀阻燃剂。本发明专利技术提供的阻燃剂不仅具有优异的阻燃性能，且在高温高湿条件下也很难从聚合物基体中透失和析出，可以长期保持阻燃级别。燃级别。

【技术实现步骤摘要】
一种低析出高效磷氮膨胀阻燃剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及阻燃
，具体涉及一种低析出高效磷氮膨胀阻燃剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，聚烯烃材料应用广泛但其容易燃烧且燃烧发热量大，产生的熔滴又极易传播火焰，提高其阻燃性是急迫需要解决的难题。添加阻燃剂是提高聚烯烃材料的主要方法。传统含卤阻燃剂具有一定的阻燃效果，但是会产生大量有毒烟雾和腐蚀性刺激性气体，随着环保压力增大，新型绿色无卤环保阻燃剂必将成为今后研究开发的热点，并且随着下游市场需求的增加，我国无卤环保阻燃剂行业将会迎来一个繁荣发展的时期。
[0003]膨胀型阻燃剂是以磷、氮、碳为主要组成的阻燃剂，其无卤、无毒、低烟、无腐蚀性气体排放，不仅更有利于火灾救助，还更加环保。膨胀型阻燃剂是将酸源、碳源和气源类物质按一定的配比，组合成有效的阻燃复合物。含有膨胀型阻燃剂的高聚物受热时，表面能生成一层均匀的炭质泡沫，炭质泡沫层隔热、隔氧、抑烟，并能防止产生熔滴，从而产生良好的阻燃性能，特别对于聚乙烯PE、聚丙烯PP、乙烯
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醋酸乙烯共聚物EVA、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物ABS等聚烯烃材料以及热可塑性弹性体TPE，具有非常重要的意义。
[0004]目前用于聚烯烃以及TPE材料体系的膨胀型阻燃剂包括混合型膨胀型阻燃剂和单一组分膨胀型阻燃剂。混合型膨胀型阻燃剂由酸源、炭源、气源三种物质通过复配组成，调节其配比可组成不同阻燃效果的混合型膨胀阻燃剂，常见的配比为酸源、炭源、气源以3：1：1的质量比复配混合得到的阻燃剂阻燃效果最佳。目前最常作为酸源的是聚磷酸铵APP、磷酸铵镁和硼酸锌；最常作为炭源的为多羟基化合物如季戊四醇PER、甘露醇、聚酰胺、淀粉等；气源主要有三聚氰胺MA、双氰胺、硼酸胺、氯化石蜡等。混合型膨胀型阻燃剂存在的问题主要包括以下方面(1)相容性很差。阻燃剂组分与大多数聚烯烃及TPE树脂的相容性很差，进而使得聚合物的力学性能大幅下降，尤其是拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度，往往导致工程上难以应用；(2)易吸潮。聚磷酸铵APP、季戊四醇PER有一定的吸水性，并且容易进行醇解反应，制得的阻燃聚合物易吸潮，导致阻燃失效。单一组分膨胀型阻燃剂是集酸源、炭源、气源于一体的“三位一体”膨胀阻燃剂，同一个分子结构中包含了酸源、炭源、气源，分为环状、笼状及非环非笼三大类。环状单一组分膨胀型阻燃剂主要是以季戊四醇磷酸酯或新戊二醇磷酸酯为主，笼状单一组分膨胀型阻燃剂主要是1
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氧代
‑4‑
羟甲基
‑
2,6,7
‑
三氧杂
‑1‑
磷杂双环[2.2.2]辛烷PEPA为中间体的一系列笼状化合物，非环非笼类单一组分膨胀型阻燃剂由于热稳定温度稍低，难以承受一般聚合物200℃以上的加工温度，因此很少有研究报道。在实际使用时，单一组分膨胀型阻燃剂在树脂相容性上相较于混合型膨胀型阻燃剂有了很大改善，吸湿性也降低较多，但由于单一组分膨胀型阻燃剂中三源比例较最优的三源比例有较大的差距，因此其阻燃效率较低，国内外形成商品化的产品较少。
[0005]综上所述，目前不论是混合型还是单一组分膨胀型阻燃剂，其用于聚烯烃及TPE材料时在析出实验中，测试表现很差，即阻燃树脂不耐水煮、不耐高温高湿。究其原因，现有的
磷氮膨胀阻燃剂具有一定的水溶解度，在高温高湿或水煮条件下，阻燃剂从树脂中被洗脱，从而在表面析出或脱除，导致阻燃失效。而且现有的磷氮膨胀阻燃剂均呈现一定的酸性，其在树脂加工时对加工设备和模具有一定的腐蚀性，影响了磷氮膨胀阻燃剂的大规模推广使用。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种低析出高效磷氮膨胀阻燃剂及其制备方法，该膨胀阻燃剂不仅阻燃效率高，且在高温高湿或水煮条件下低析出，可解决混合型膨胀型阻燃剂相容性差、易吸湿的缺点，相较单一组分膨胀型阻燃剂阻燃效率大大提高，本专利技术制得的磷氮膨胀阻燃剂用于聚烯烃及TPE树脂中，在较少添加量的条件下制得的材料的阻燃性能可达UL94
‑
V0标准。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0008]一种低析出高效磷氮膨胀阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将哌嗪和磷酸加入到反应器内升温搅拌反应，之后加入氢氧化铝进行中和反应，反应结束后过滤，将收集得到的磷酸盐沉淀进行干燥脱水缩合成为聚磷酸盐，最后粉碎制得哌嗪聚磷酸铝粉末；
[0010](2)将三聚氰胺和磷酸加入到反应器内升温搅拌反应，之后加入氢氧化铝进行中和反应，反应结束后过滤，将收集得到的磷酸盐沉淀进行干燥脱水缩合成为聚磷酸盐，最后粉碎制得三聚氰胺聚磷酸铝粉末；
[0011](3)将哌嗪聚磷酸铝粉末和三聚氰胺聚磷酸铝粉末混合均匀，得到低析出高效磷氮膨胀阻燃剂。
[0012]作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述哌嗪、磷酸、氢氧化铝的摩尔比为1：(1
‑
3)：(0.1
‑
1)。
[0013]作为上述技术方案的优选，步骤(1)、步骤(2)中升温搅拌反应的温度为40
‑
85℃，时间为0.5
‑
5h。
[0014]作为上述技术方案的优选，步骤(1)、步骤(2)中，所述干燥脱水缩合的温度为200
‑
300℃，时间为0.5
‑
5h。
[0015]作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述三聚氰胺、磷酸、氢氧化铝的摩尔比为1：(1
‑
3)：(0.1
‑
1)。
[0016]作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述哌嗪聚磷酸铝粉末、三聚氰胺聚磷酸铝粉末的质量比为1：9～9：1。
[0017]由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0018](1)本专利技术以哌嗪、磷酸、氢氧化铝为原料制备哌嗪聚磷酸铝，以三聚氰胺、磷酸、氢氧化铝为原料制备三聚氰胺聚磷酸铝，上述制备方法简单，制备过程中没有添加有机溶剂，污染低、能耗低，更加经济环保。
[0019](2)本专利技术将制得的哌嗪聚磷酸铝和三聚氰胺聚磷酸铝以一定的比例复配得到磷氮膨胀阻燃剂，该产品为中性，无腐蚀性，使用更加安全，其阻燃效率高，在聚烯烃及TPE树脂中较低添加量就能达到阻燃UL94
‑
V0标准。
[0020](3)本专利技术制备的哌嗪聚磷酸铝和三聚氰胺聚磷酸铝混合组成磷氮膨胀阻燃剂，
膨胀型阻燃剂包括脱水剂为酸源、成炭剂为炭源、膨胀剂为气源，而对于本专利技术制得的膨胀阻燃剂脱水剂为磷酸铝盐，成炭剂为哌嗪部分，膨胀剂为三聚氰胺部分；将其添加到树脂中，火焰点燃树脂时，膨胀型阻燃剂受热，哌嗪部分在磷酸铝盐作用下生成酯类化合物，随后酯类化合物继续脱水交联形成炭化物，炭化物在三聚氰胺部分作用下受热分解产生的气体，形成蓬松封闭发泡结构的炭层，该炭层为无定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低析出高效磷氮膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将哌嗪和磷酸加入到反应器内升温搅拌反应，之后加入氢氧化铝进行中和反应，反应结束后过滤，将收集得到的磷酸盐沉淀进行干燥脱水缩合成为聚磷酸盐，最后粉碎制得哌嗪聚磷酸铝粉末；(2)将三聚氰胺和磷酸加入到反应器内升温搅拌反应，之后加入氢氧化铝进行中和反应，反应结束后过滤，将收集得到的磷酸盐沉淀进行干燥脱水缩合成为聚磷酸盐，最后粉碎制得三聚氰胺聚磷酸铝粉末；(3)将哌嗪聚磷酸铝粉末和三聚氰胺聚磷酸铝粉末混合均匀，得到低析出高效磷氮膨胀阻燃剂。2.根据权利要求1所述的一种低析出高效磷氮膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述哌嗪为无水哌嗪、六八哌嗪中的一种。3.根据权利要求1所述的一种低析出高效磷氮膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述哌嗪、磷酸、氢氧化铝的摩尔比为1：(1
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3)：(0.1
‑
1)。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐力群，明亮，彭文平，王永辉，王利伟，
申请(专利权)人：浙江佳华精化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：