含氮化合物改性聚磷酸铵及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开的含氮化合物改性聚磷酸铵的结构通式如下：本发明专利技术还公开了其制备方法和应用。由于该聚磷酸铵是由含氮化合物和聚磷酸铵通过离子交换反应制得，其同时具备酸源、气源和炭源功能，能够单独或混合使用于不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或聚烯烃的阻燃，或用于纤维增强复合材料、涂料、纤维纺织物、木材、木塑复合材料的阻燃作为阻燃剂应用于高分子材料，同时其制备方法成熟，操作方便，易于工业化生产。易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
含氮化合物改性聚磷酸铵及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于聚磷酸铵及其制备和应用
，具体涉及一类含氮化合物改性聚磷酸铵及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高分子聚合物因其良好的电绝缘性能、力学性能和机械加工性能广泛应用于各行各业，但因易燃，且燃烧时释放出的大量烟气等问题限制了其进一步应用。因此，近几十年来，科研工作者们研究了各种各样的阻燃剂并将其加入高分子聚合物中以提高材料的阻燃性能，其中在无卤阻燃体系中，膨胀阻燃剂是应用较为广泛的一类环保高效的阻燃剂。
[0003]传统的膨胀阻燃体系主要由三部分构成：酸源、气源和炭源。如聚磷酸铵与不同的成炭剂复配组成的传统膨胀阻燃剂，就以其优良的阻燃性能被广泛使用。膨胀阻燃体系中的炭源—成炭剂，能够在酸源的催化作用下脱水成炭，形成的稳定炭层覆盖在基材表面，进而实现材料的阻燃。然而成炭剂的合成过程大多较为复杂，且所用溶剂可能会对环境和人体造成伤害。聚磷酸铵(APP)作为传统膨胀阻燃剂的另一重要组分，其高的磷(P)、氮(N)含量使其不仅成为膨胀型阻燃体系中的理想酸源，还能同时起到气源的作用。然而聚磷酸铵单独使用时并未表现出优异的阻燃效果，同时其耐水性，热稳定性和基材相容性较差，此前的研究多集中于如何解决这些问题，如采用成炭剂对聚磷酸铵进行物理包覆，但这些物理包覆往往不稳定，达不到预期的效果。因此目前亟待寻求一种对聚磷酸铵改性的新方法，以使其既能够赋予高分子材料高的阻燃性和低的烟气释放，同时也不会对材料的热稳定性和力学性能造成严重破坏。
专利技术内容
[0004]本专利技术的首要目的是针对现有技术存在的问题，提供了一类新的含氮化合物改性的聚磷酸铵，该改性聚磷酸铵可单独作为阻燃剂使用，且具有良好的抑烟效果。
[0005]本专利技术的目的之二是提供一种上述含氮化合物改性聚磷酸铵的制备方法。
[0006]本专利技术的目的之三是提供上述含氮化合物改性聚磷酸铵对高分子聚合物进行阻燃的应用。
[0007]本专利技术提供的含氮化合物改性聚磷酸铵，其特征在于该聚磷酸铵的结构通式如下：
[0008][0009]式中R1和R1’
为中的任一种，在同一结构通式中R1和R1’
不相同，其中X和Y为C或N原子，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，可相同或者不相同，R为C1～C6的直链或支链烷基；R2、R2’
为中的任一种，在同一结构通式中R2和R2’
不相同，其中A和B为C或N原子，W1、W2、W3、W4为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，可相同或者不相同，R为C1～C6的直链或支链烷基；R3、R3’
为脂肪族胺盐、脂肪族二胺盐、醇胺
盐或结构式为中的任一种，在同一结构通式中R3和R3’
不相同，n≥1。
[0010]以上含氮化合物改性聚磷酸铵的结构通式中所述的Q1、Q2、Q3、Q4、Q5优选为C1～C3的直链烷基或支链烷基、氨基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，R优选C1～C2的直链烷基。
[0011]以上含氮化合物改性聚磷酸铵的结构通式中所述的W1、W2、W3、W4优选为C1的直链烷基、氨基基团、羟基基团或氢原子。
[0012]以上含氮化合物改性聚磷酸铵的结构通式中所述的脂肪族胺盐优选为乙胺盐、丁胺盐、己胺盐或辛胺盐；脂肪族二胺盐优选为乙二胺盐、1,2
‑
丙二胺盐、1,3
‑
丙二胺盐或1,4
‑
丁二胺盐；醇胺盐优选为乙醇胺盐或二乙醇胺盐；优选为二乙烯三胺盐、三乙烯四胺盐或四乙烯五胺盐。
[0013]本专利技术提供的上述含氮化合物改性聚磷酸铵的制备方法,其特征在于该方法是先将溶剂中的任一种与水按照质量比100:1～20混合，再将聚磷酸铵和改性剂中的任一种按摩尔比1:0.1～1加入反应容器，搅拌升温至70～90℃，反应2～8h，即可制得结构通式为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、
Ⅴ
或
Ⅵ
的含氮化合物改性聚磷酸铵，所用改性剂为的含氮化合物改性聚磷酸铵，所用改性剂为脂肪族胺盐、脂肪族二胺盐、醇胺盐，其中X和Y为C或N原子，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，可相同或者不相同，R为C1～C6的直链或支链烷基；A和B为C或N原子，W1、W2、W3、W4为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，可相同或者不相同，R为C1～C6的直链或支链烷基；n≥1；所用溶剂为同时能与水和改性剂混溶的溶剂。或
[0014]先将溶剂中的任一种与水按照质量比100:1～20混合，然后将聚磷酸铵和第一改性剂中的任一种按摩尔比1:0.1～1加入反应容器，搅拌升温至70～90℃，反应2～8h，再加入第二改性剂中的任一种和溶剂的混合物，搅拌升温至70～90℃，反应1～6h，即可制得结构通式为
Ⅶ
、
Ⅷ
或
Ⅸ
的含氮化合物改性聚磷酸铵，混合物中第二改性剂与聚磷酸铵的摩尔比为0.1～0.6:1，第二改性剂与溶剂的质量比为1:1～15，所用第一改性剂和第二改性剂为比为0.1～0.6:1，第二改性剂与溶剂的质量比为1:1～15，所用第一改性剂和第二改性剂为脂肪族胺盐、脂肪族二胺盐、醇胺盐，但不相同，其中X和Y为C或N原子，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，可相同或者不相同，R为C1～C6的直链或支链烷基；A和B为C或N原子，W1、W2、W3、W4为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基
团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，可相同或者不相同，R为C1～C6的直链或支链烷基；n≥1；所用溶剂为同时能与水和改性剂混溶的溶剂。
[0015]以上方法中所用的溶剂与水的质量比优选为100:2～15。
[0016]以上方法中所用的聚磷酸铵与改性剂的摩尔比优选为1:0.1～0.8。
[0017]以上方法中所用的第二改性剂与溶剂的质量比优选为1:3～10；聚磷酸铵与第一改性剂的摩尔比优选为1:0.1～0.8；聚磷酸铵与第二改性剂的摩尔比优选为1:0.1～0.5。
[0018]以上方法中所用的聚磷酸铵为
Ⅰ‑
型聚磷酸铵、
Ⅱ‑
型聚磷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氮化合物改性聚磷酸铵，其特征在于该改性聚磷酸铵的结构通式如下：式中R1和R1’
为中的任一种，在同一结构通式中R1和R1’
不相同，其中X和Y为C或N原子，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，可相同或者不相同，R为C1～C6的直链或支链烷基；R2和R2’
为中的任一种，在同一结构通式中R2和R2’
不相同，其中A和B为C或N原子，W1、W2、W3、W4为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，可相同或者不相同，R为C1～C6的直链或支链烷基，R3、R3’
为脂肪族胺盐、脂肪族二胺盐、醇胺
盐或结构式为中的任一种，在同一结构通式中R3和R3’
不相同，n≥1。2.根据权利要求1所述的含氮化合物改性聚磷酸铵，其特征在于该改性聚磷酸铵中所述的Q1、Q2、Q3、Q4、Q5为C1～C3的直链烷基或支链烷基、氨基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
。3.根据权利要求1所述的含氮化合物改性聚磷酸铵，其特征在于该改性聚磷酸铵中所述的W1、W2、W3、W4为C1的直链烷基、氨基基团、羟基基团或氢原子。4.根据权利要求1或2或3所述的含氮化合物改性聚磷酸铵，其特征在于该改性聚磷酸铵中所述的脂肪族胺盐为乙胺盐、丁胺盐、己胺盐或辛胺盐；脂肪族二胺盐为乙二胺盐、1,2
‑
丙二胺盐、1,3
‑
丙二胺盐或1,4
‑
丁二胺盐；醇胺盐为乙醇胺盐或二乙醇胺盐；为二乙烯三胺盐、三乙烯四胺盐或四乙烯五胺盐。5.一种权利要求1所述的含氮化合物改性聚磷酸铵的制备方法,其特征在于该方法是先将溶剂中的任一种与水按照质量比100:1～20混合，再将聚磷酸铵和改性剂中的任一种按摩尔比1:0.1～1加入反应容器，搅拌升温至70～90℃，反应2～8h，即可制得结构通式为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、
Ⅴ
或
Ⅵ
的含氮化合物改性聚磷酸铵，所用改性剂为的含氮化合物改性聚磷酸铵，所用改性剂为脂肪族胺盐、脂肪族二胺盐、醇胺盐，其中X和Y为C或N原子，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH
3+
，可相同或者不相同，R为C1～C6的直链或支链烷基；A和B为C或N原子，W1、W2、W3、W4为C1～C4的直链或支链烷基、氨基基团、羟基基团、氰基基团、氢原子或
‑
R
‑
NH...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉忠，李帧，贺捷昊，林雨欣，付腾，郭德明，刘博文，陈力，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：