本发明专利技术公开了一种改性聚磷酸铵、高闪点防火涂料及它们的制备方法，属于防护阻燃涂料技术领域。该高闪点防火涂料包括以下质量份数的组份：改性聚磷酸铵20‑45份、阻燃助剂13‑19份、环氧树脂80‑110份、固化剂60‑80份、其他助剂5‑15份，所述改性聚磷酸铵由聚磷酸铵引入含卤素基团制得。本发明专利技术采用3‑氨基‑1,2‑丙二醇在聚磷酸铵表面引入羟基，制得含羟基聚磷酸铵，同时引入元素Cl或Br，增强阻燃效果，提高炭含量，与改性聚磷酸铵协同作用，提高阻燃助剂的成炭率，进一步提高炭层厚度，与Cl或Br元素协同提高防火涂料的阻燃效果，制得阻燃效果更好的高闪点防火涂料。
1、在建筑工程领域中，钢结构被广泛使用，这是因为钢结构具有自重轻、强度高、易安装、绿色可循环利用等优点。然而，钢结构建筑存在的致命缺陷是耐火性能差。研究表明，结构钢失去稳定性的临界温度为540℃，通常火场温度高达800-1200℃，在如此高温下，裸露的钢结构很快出现变形，15min内就会坍塌。因而，需要对钢结构进行必要的防火保护必不可少。
2、环氧防火涂料是以环氧树脂为基料，以有机溶剂为分散介质，再添加阻燃剂、颜填料、助剂等经研磨分散加工而成的涂料。然而，环氧树脂存在较差的脆性以及易燃性的问题，使用的阻燃剂多为物理添加型阻燃剂，其中聚磷酸铵是常用的一种阻燃剂。但是聚磷酸铵阻燃效率较低，需要添加较多的聚磷酸铵，聚磷酸铵为无机物，其表面亲水，应用于有机高分子体系例如环氧树脂体系中，与基体相容性较差，会降低环氧防火涂料的力学性能，极大地限制了其实际应用。因此，需要一种更为高效的阻燃剂，在达到防火涂料要求的同时降低阻燃剂的添加量。
3、现有技术中改性方法有微胶囊包膜、偶联剂封闭极性点、有机胺离子交换等，其中，微胶囊包膜方法包覆效率低下，偶联剂封闭极性点具有易挥发的缺陷，有机胺离子交换操作工艺复杂。常见的采用醇对聚磷酸铵表面进行改性，以水或低级醇为溶剂，加入有机胺或醇胺，如专利cn107163292a、cn103756013a，上述专利中对于聚磷酸铵的改性虽然改善了其与体系的相容性，但阻燃性能较低。
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1、1.要解决的问题
2、针对现有改性聚磷酸铵阻燃性能差的问题，本专利技术提供一种改性聚磷酸铵及其制备方法，制得的改性聚磷酸铵具有较高的阻燃性能。
3、本专利技术的另一目的在于提供含有上述改性聚磷酸铵的防火涂料及其制备方法，该防火涂料具有较高的阻燃性能，闪点高。
4、2.技术方案
5、为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
6、本专利技术公开了一种改性聚磷酸铵，所述改性聚磷酸铵是由聚磷酸铵引入含卤素基团制得，其结构式如图1所示，为
7、其中，x＝cl、br。所述聚磷酸铵为尺寸为40-100μm的颗粒，该颗粒过小则易潮解，过大则分散不均匀。
8、其制备该过程具体包括以下步骤:
9、步骤s1、制备含羟基聚磷酸铵：将3-氨基-1,2-丙二醇和聚磷酸铵分散在溶剂中，在氮气或惰性气氛中加热搅拌反应；其中，所述3-氨基-1,2-丙二醇和聚磷酸铵的质量比为(10-13)：(40-50)，所述溶剂为水，所述气氛可以为氮气气氛或惰性气氛，如氦气、氖气，反应温度为70-80℃，反应时间为3-4h，3-氨基-1,2-丙二醇用于在聚磷酸铵表面引入羟基，其反应式如图2所示，3-氨基-1,2-丙二醇与聚磷酸铵上的氮耦合，羟基用于接枝卤源。
10、步骤s2、过滤、洗涤、干燥，制得含羟基聚磷酸铵；其中，干燥温度为60-70℃，干燥时间为24-36h。
11、步骤s3、制备改性聚磷酸铵：将含羟基聚磷酸铵和卤源分散在溶剂中，搅拌反应；其中，卤源可以为3-氯-5-羟基苯甲酸，也可以为3-溴-5-羟基苯甲酸，其反应式如图3所示。
12、所述卤源和含羟基聚磷酸铵的质量比为(3-5)：(5-8)，所述溶剂为水，搅拌速度为600-1000rpm，搅拌时间为30-50min。
13、步骤s4、过滤、洗涤、真空干燥，制得改性聚磷酸铵，其中干燥温度为60-70℃，干燥时间为24-36h。
14、将上述改性聚磷酸铵加入防火涂料中，制得一种高闪点防火涂料，所述高闪点防火涂料包括以下质量份数的组份：改性聚磷酸铵20-45份、阻燃助剂13-19份、环氧树脂80-110份、固化剂60-80份、其他助剂5-15份。
15、优选的，所述阻燃助剂为季戊四醇、双季戊四醇和淀粉的混合物，其质量比为1:4:5。
16、所述固化剂为二乙烯三胺和二乙氨基丙胺的混合物，其质量比为1:1。
17、其他助剂为石棉纤维、玻璃纤维和石英粉的混合物，其质量比为1:1:1，其作用在于提高防火涂料的力学性能。
18、本专利技术还公开了上述含改性聚磷酸铵的高闪点防火涂料的制备工艺，包括以下步骤：
19、步骤a、将改性聚磷酸铵加入到环氧树脂中，然后在高速均质机中剧烈搅拌，再加入阻燃助剂，混合均匀；其中，搅拌时间为30-50min，对混合物进行150-170w超声处理15-25min。
20、步骤b、加入其他助剂，对混合物搅拌；其中，搅拌时间为20-30min。
21、步骤c、添加固化剂，混合均匀后，得到含改性聚磷酸铵的高闪点防火涂料。
22、在实际应用过程中，聚磷酸铵容易吸潮团聚，在树脂中不能均匀分散，从而影响其阻燃性能的发挥，它的耐湿热性不佳，高温条件下受热脱水生成聚磷酸或偏磷酸，容易从树脂内部迁移到树脂表面而渗出，甚至起不到阻燃作用。为了改善其与有机高分子的相容性，通常需要对聚磷酸铵表面改性处理以减少其表面极性和水溶解性，改性方法有微胶囊包膜、偶联剂封闭极性点、有机胺离子交换等，其中，微胶囊包膜方法具有包覆效率低下的缺点，偶联剂封闭极性点具有易挥发的缺点，有机胺离子交换操作工艺复杂，因此本专利技术首先采用3-氨基-1,2-丙二醇在聚磷酸铵表面引入羟基，制得含羟基聚磷酸铵，3-氨基-1,2-丙二醇相较于低级醇如乙醇，具有结合率高的优点，从而在聚磷酸铵表面引入更多羟基，提高其与树脂的相容性，有利于提高改性聚磷酸铵的分散均匀性和涂层的力学性能。但含羟基聚磷酸铵的阻燃性能较低，因此进一步地在含羟基聚磷酸铵表面接枝3-氯-5-羟基苯甲酸或3-溴-5-羟基苯甲酸，制得的改性聚磷酸铵具有更强的阻燃性能，通过3-氯-5-羟基苯甲酸或3-溴-5-羟基苯甲酸在含羟基聚磷酸铵表面引入高效阻燃元素cl或br，将其作为阻燃剂应用于环氧树脂体系中，能有效提高防火涂料的阻燃性能。此外，本专利技术采用3-氯-5-羟基苯甲酸作为氯源或3-溴-5-羟基苯甲酸作为溴源，一方面，引入高效阻燃元素cl或br，与防火涂料中的膨胀阻燃体系材料(聚磷酸铵、阻燃助剂)具有协同作用，增强阻燃效果，另一方面，通过3-氯-5-羟基苯甲酸或3-溴-5-羟基苯甲酸提高炭含量，与改性聚磷酸铵协同作用，提高阻燃助剂的成炭率，进一步提高炭层厚度，与cl或br元素协同提高防火涂料的阻燃效果。
23、此外，改性聚磷酸铵的分子式中同时引入c、n和cl(br)元素，元素在阻燃剂中分布均匀，同时控制改性聚磷酸铵中c、n和cl(br)的比例，使用时，改性聚磷酸铵中的提高成炭率，n提高炭层厚度，同时cl(br)在膨胀炭层中起到捕获自由基，阻断燃烧链的作用，达到气相阻燃和凝聚相阻燃的协同作用。
24、此外，本专利技术的改性聚磷酸铵的结构中含有苯环结构，在提高材料刚性的同时，苯环上的电子云与聚磷酸铵实现的共轭本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性聚磷酸铵，其特征在于，所述改性聚磷酸铵由聚磷酸铵引入含卤素基团制得，其结构式为其中，X＝Cl、Br。
2.一种制备权利要求1所述一种改性聚磷酸铵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述一种改性聚磷酸铵的制备方法，其特征在于，所述3-氨基-1,2-丙二醇和聚磷酸铵的质量比为(10-13)：(40-50)，所述卤源和含羟基聚磷酸铵的质量比为(3-5)：(5-8)。
4.根据权利要求3所述一种改性聚磷酸铵的制备方法，其特征在于，所述卤源为3-氯-5-羟基苯甲酸或3-溴-5-羟基苯甲酸。
5.根据权利要求4所述一种改性聚磷酸铵的制备方法，其特征在于，步骤S1所述溶剂为水，反应温度为70-80℃，反应时间为3-4h；步骤S3中搅拌时间为30-50min；步骤S2和步骤S4中干燥温度为60-70℃，干燥时间为24-36h。
6.一种高闪点防火涂料，其特征在于，包括以下质量份数的组份：改性聚磷酸铵20-45份、阻燃助剂13-19份、环氧树脂80-110份、固化剂60-80份、其他助剂5-15份，所述改性聚磷酸铵由聚磷酸铵引入含卤素基团制得，其结构式为其中，X＝Cl、Br。
7.根据权利要求6所述一种高闪点防火涂料，其特征在于，所述环氧树脂为环氧树脂828(C54H60O9)或环氧树脂815(C25H35ClO5)、环氧树脂(C14H20O4)。
8.根据权利要求6所述一种高闪点防火涂料，其特征在于，所述阻燃助剂为季戊四醇、双季戊四醇和淀粉的混合物，其质量比为1:4:5。
9.一种制备权利要求6-8任一项所述一种高闪点防火涂料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述一种高闪点防火涂料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
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【技术特征摘要】
1.一种改性聚磷酸铵，其特征在于，所述改性聚磷酸铵由聚磷酸铵引入含卤素基团制得，其结构式为其中，x＝cl、br。
2.一种制备权利要求1所述一种改性聚磷酸铵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述一种改性聚磷酸铵的制备方法，其特征在于，所述3-氨基-1,2-丙二醇和聚磷酸铵的质量比为(10-13)：(40-50)，所述卤源和含羟基聚磷酸铵的质量比为(3-5)：(5-8)。
4.根据权利要求3所述一种改性聚磷酸铵的制备方法，其特征在于，所述卤源为3-氯-5-羟基苯甲酸或3-溴-5-羟基苯甲酸。
5.根据权利要求4所述一种改性聚磷酸铵的制备方法，其特征在于，步骤s1所述溶剂为水，反应温度为70-80℃，反应时间为3-4h；步骤s3中搅拌时间为30-50min；步骤s2和步骤s4中干燥温度为60-70℃，干燥时间为24-36h。...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢海，程家骥，唐帆，
申请(专利权)人：江苏冠军科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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