本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)目前所用的阻燃劑大部分是傳統(tǒng)阻燃劑，傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)阻燃劑和鹵系阻燃劑雖然阻燃效率高、適用面廣，但絕大多數(shù)需要高添加量并帶來(lái)較嚴(yán)重的金屬污染，對(duì)基材的機(jī)械物理性能也有明顯的不良影響?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)高效阻燃劑的需求越來(lái)越顯著。

含磷阻燃劑相對(duì)于無(wú)機(jī)阻燃劑和鹵系阻燃劑具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，比如價(jià)格低廉、無(wú)毒、無(wú)金屬，對(duì)基材的適用范圍廣等明顯優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為現(xiàn)在阻燃劑行業(yè)的明確發(fā)展方向。膨脹型阻燃劑(ifr)因其具有低煙低毒、抑熔滴等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是聚合物阻燃領(lǐng)域最具發(fā)展前景的綠色阻燃劑之一；磷-氮系膨脹型阻燃劑是現(xiàn)代發(fā)展較好的一類(lèi)阻燃劑，它主要有酸源(脫水劑)，氣源(含氮發(fā)泡劑)和炭源(成炭劑)三部分組成，以磷、氮、碳為主要活性元素，添加這類(lèi)阻燃劑的塑料受熱時(shí)，表面能生成一層均勻、致密的泡沫層，此泡沫層隔熱、隔氧、抑煙，并能一定程度抑制熔滴現(xiàn)象，阻燃效果顯著。如cn102020842a公開(kāi)了一種磷-氮復(fù)合膨脹型活性阻燃劑改性環(huán)氧樹(shù)脂及其制備方法與應(yīng)用；cn105778263a公開(kāi)了一種協(xié)同膨脹阻燃聚烯烴彈性體電纜料及其制備方法；上述專(zhuān)利申請(qǐng)采用復(fù)配型磷-氮膨脹型阻燃劑雖取得了良好的效果，但該類(lèi)阻燃劑存在著阻燃性能不持久、對(duì)基體力學(xué)性能破壞較大的缺點(diǎn)，而且阻燃效果與阻燃劑的添加量有很大的關(guān)系，必須達(dá)到一定比例的添加量后才會(huì)產(chǎn)生較好的阻燃效果；此外，復(fù)配型磷-氮膨脹型阻燃劑必須與高聚物類(lèi)型相匹配，才能有效的對(duì)基材產(chǎn)生最佳的阻燃效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑及其制備方法，磷-氮單組份膨脹型阻燃劑集炭源、酸源、氣源于同一分子中，具有優(yōu)良的阻燃性能和耐水溶性能，不含鹵素對(duì)環(huán)境污染小，與高分子基體具有很好的相容性，對(duì)聚合物本身的力學(xué)性能影響也較小，有效解決了復(fù)配型膨脹阻燃劑阻燃性能不持久、對(duì)基體力學(xué)性能破壞較大等問(wèn)題。

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發(fā)泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機(jī)溶劑中經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成三維體型大分子結(jié)構(gòu)。

所述的脫水劑為三聚氰胺聚磷酸鹽(mpp)、聚磷酸銨(app)的一種。

所述的成炭劑為氯化螺環(huán)磷酸酯(spdpc)、新戊二醇磷酰氯(dppc)、或季戊四醇、三氯氧磷與三聚氯氰的摩爾比為1:(2-1)：(0.5-1)合成的成炭劑(pepa)的一種。

所述的含氮發(fā)泡劑選自甲苯胺、乙二胺、三聚氰胺、對(duì)氨基苯磺酸鈉、氨基超支化聚硅氧烷中的一種或兩種以上組合。

所述的有機(jī)溶劑選自丙酮、甲苯、二甲苯的一種或兩種以上組合。

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：

在5-10℃條件下向反應(yīng)釜中加入有機(jī)溶劑、脫水劑、成炭劑，機(jī)械攪拌混合均勻，在1-2h內(nèi)滴加縛酸劑，滴完后持續(xù)反應(yīng)2-4h；升溫至50-60℃，于1-3h內(nèi)加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)3-6h；然后升溫至90-110℃，于1-3h內(nèi)再次加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)5-8h；待反應(yīng)結(jié)束后將混合液濃縮、過(guò)濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結(jié)構(gòu)的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑。

所述的縛酸劑為吡啶、三乙胺和氫氧化鈉中的一種或多種。

所述的縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發(fā)泡劑摩爾比為(2-1)：1:(1-1.5)：(0.5-1)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

該阻燃劑為三維體型大分子結(jié)構(gòu)，可有效克服小分子膨脹型阻燃劑易遷移、易吸濕及與聚合物基體相容性差等缺點(diǎn)；不含鹵素對(duì)環(huán)境污染小，集炭源、酸源和氣源于一體的環(huán)保磷-氮單組份阻燃劑既能滿足人們對(duì)高性能阻燃劑的需求，又能簡(jiǎn)化加工過(guò)程中的投料工序、節(jié)約成本；生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、容易控制，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求較低，產(chǎn)率較高。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發(fā)泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機(jī)溶劑中經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成三維體型大分子結(jié)構(gòu)；脫水劑為三聚氰胺聚磷酸鹽(mpp)，成炭劑為氯化螺環(huán)磷酸酯(spdpc)，含氮發(fā)泡劑為甲苯胺，有機(jī)溶劑為丙酮。

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：在5℃條件下向反應(yīng)釜中加入有機(jī)溶劑、脫水劑、成炭劑，機(jī)械攪拌混合均勻，在1h內(nèi)滴加縛酸劑吡啶，滴完后持續(xù)反應(yīng)2h；升溫至50℃，于1h內(nèi)加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)3h；然后升溫至90℃，于1h內(nèi)再次加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)5h；待反應(yīng)結(jié)束后將混合液濃縮、過(guò)濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結(jié)構(gòu)的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，其中縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發(fā)泡劑摩爾比為2:1:1:0.5。

實(shí)施例2

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發(fā)泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機(jī)溶劑中經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成三維體型大分子結(jié)構(gòu)；脫水劑為聚磷酸銨(app)，成炭劑為新戊二醇磷酰氯(dppc)，含氮發(fā)泡劑為乙二胺、三聚氰胺的混合物，有機(jī)溶劑為甲苯。

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：在10℃條件下向反應(yīng)釜中加入有機(jī)溶劑、脫水劑、成炭劑，機(jī)械攪拌混合均勻，在2h內(nèi)滴加縛酸劑三乙胺，滴完后持續(xù)反應(yīng)4h；升溫至60℃，于3h內(nèi)加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)6h；然后升溫至110℃，于3h內(nèi)再次加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)8h；待反應(yīng)結(jié)束后將混合液濃縮、過(guò)濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結(jié)構(gòu)的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，其中縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發(fā)泡劑摩爾比為1：1：1.5：1。

實(shí)施例3

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發(fā)泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機(jī)溶劑中經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成三維體型大分子結(jié)構(gòu)；脫水劑為聚磷酸銨(app)，成炭劑為季戊四醇、三氯氧磷與三聚氯氰的摩爾比為1:2：0.5合成的成炭劑(pepa)，含氮發(fā)泡劑為對(duì)氨基苯磺酸鈉，有機(jī)溶劑為甲苯和二甲苯的混合物。

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：在8℃條件下向反應(yīng)釜中加入有機(jī)溶劑、脫水劑、成炭劑，機(jī)械攪拌混合均勻，在1.5h內(nèi)滴加縛酸劑氫氧化鈉，滴完后持續(xù)反應(yīng)3h；升溫至55℃，于2h內(nèi)加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)5h；然后升溫至100℃，于2h內(nèi)再次加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)7h；待反應(yīng)結(jié)束后將混合液濃縮、過(guò)濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結(jié)構(gòu)的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，其中縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發(fā)泡劑摩爾比為1.5：1：1：0.5。

實(shí)施例4

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發(fā)泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機(jī)溶劑中經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成三維體型大分子結(jié)構(gòu)；脫水劑為季戊四醇、三氯氧磷與三聚氯氰的摩爾比為1：1：1合成的成炭劑(pepa)，含氮發(fā)泡劑為氨基超支化聚硅氧烷，有機(jī)溶劑為丙酮。

一種環(huán)保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：在10℃條件下向反應(yīng)釜中加入有機(jī)溶劑、脫水劑、成炭劑，機(jī)械攪拌混合均勻，在2h內(nèi)滴加縛酸劑三乙胺和氫氧化鈉的混合物，滴完后持續(xù)反應(yīng)4h；升溫至55℃，于2h內(nèi)加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)6h；然后升溫至110℃，于3h內(nèi)再次加入含氮發(fā)泡劑水溶液，滴完后反應(yīng)6h；待反應(yīng)結(jié)束后將混合液濃縮、過(guò)濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結(jié)構(gòu)的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，其中縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發(fā)泡劑摩爾比為1：1：1.5：0.5。

經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)：本發(fā)明的環(huán)保磷-氮單組份阻燃劑具有良好的成炭性能，500℃時(shí)其殘?zhí)苛靠蛇_(dá)43.7％，可在基體分解前快速分解生成大量的炭保護(hù)層，具有良好的阻燃效果。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。