发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点,提供一种工艺简单,成本低,其产品白度化效果好,阻燃性高的白度化微胶囊红磷及其制备方法。
本发明白度化微胶囊红磷以红磷为芯材,表面有四层包覆。第一层是氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌和氢氧化锡中的至少一种;第二层是明胶-醛或聚乙烯醇-醛中的一种或蜜胺类树脂中的一种;第三层为镍、铜的氢氧化物或/和碳酸盐中的至少一种;第四层白色树脂是含有钛白粉的蜜胺类树脂中的一种或含有钛白粉的环氧树脂、含有钛白粉的酚醛树脂中的一种。
本发明白度化微胶囊红磷的制备方法,其操作步骤如下:
1)芯材乳液的制备:将200~400目红磷按重量百分比配制成20~50%的水悬浮液,加入红磷重量0.8~3.0%的明胶或聚乙烯醇中的一种,以及红磷重量0.1~1.0%的渗透剂,乳化分散0.5~2.0小时,得芯材乳液。其中,明胶或聚乙烯醇作为乳液的分散剂,渗透剂是JFC、JFC-2、JFC-S。
2)第一包覆层的制备:在1)所得的芯材乳液中加入红磷重量15~80%的镁、铝、锌、锡的氯化物或硫酸盐中至少一种,于40℃温度下调节pH值为4.0~8.0,加热至60~100℃,在氮气保护下保温1.5~6.0小时,得第一包覆层。该层的主要作用是生成的氢氧化物在高温下分解生成水,促进红磷快速产生聚偏磷酸,加速对高分子材料的脱水炭化作用,从而提高红磷的阻燃效果。
3)第二包覆层的制备:于60~80℃温度下在2)所得溶液中加入红磷重量2~25%高聚物固化剂,或加入红磷量5~20%的蜜胺树脂,调节pH值为4.0~7.0,搅拌反应0.5~1.5小时,得第二包覆层。其中高聚物固化剂是甲醛、乙醛、戊二醛等醛类物质中的一种,用于步骤1)中明胶及聚乙烯醇的固化;蜜胺类树脂是蜜胺甲醛树脂、蜜胺乙醛树脂、蜜胺脲醛树脂、蜜胺磷酸盐、蜜胺聚磷酸盐、蜜胺焦磷酸盐及蜜胺氰尿酸盐等中的一种。该层的作用是,其一,对第一层包覆过程中未包覆的红磷进行再次包覆;其二,隔离第三包覆层与红磷,避免第三包覆层对红磷性能产生影响;其三,使红磷完全稳定化。
4)第三包覆层的制备:室温下在3)所得的溶液中加入红磷重量1~25%的氯化铜、氯化镍、硫酸铜、硫酸镍中的至少一种,调节pH值为4.0~8.0,于40~80℃温度下反应0.5~1.0小时,冷却至室温,水洗、过滤、干燥,得有3层包覆层的灰色微胶囊红磷。其中,氯化铜、氯化镍、硫酸铜、硫酸镍为着色用金属无机盐,从而使第三包覆层为灰色,有利于红磷颗粒的白度化。该层采用颜色互补原理,对红磷进行脱色,消除红磷原有的紫红色,使其白度化,在作为阻燃剂添加在材料中时便于着色。
5、第四包覆层的制备,采用以下A)或B)步骤制备:
A)采用蜜胺树脂包覆,将4)所得产物按重量百分比配制成20~50%水溶液,加入红磷重量0.5~2.0%的表面活性剂、红磷重量0.1~1.0%渗透剂及红磷重量30~80%钛白粉,乳化分散0.5~1.0小时,加入红磷量5~40%蜜胺树脂,调节pH值为4.0~8.0,于60℃温度下加入树脂固化剂,其加入量为树脂量的0.5~8.0%,于70~100℃温度下固化反应0.5~3.5小时,冷却至60℃,加入蜜胺树脂量5~30%的甲醛捕捉剂,搅拌0.5~1.5小时,冷却至室温,过滤、水洗,于90~120℃温度下真空干燥5~10小时,得白度化微胶囊红磷。
B)采用环氧树脂或酚醛树脂包覆,取红磷量5~40%的环氧树脂或酚醛树脂,加入树脂量8~20倍的丙酮或汽油溶解,加入4)所得产物、表面活性剂、渗透剂及红磷重量30~80%钛白粉,搅拌均匀,于90~120℃温度下真空干燥5~10小时,得灰白色白度化微胶囊红磷。
其中,A)和B)中的表面活性剂是是离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂中的一种,如吐—80、司盘—80、十二烷基磺酸钠等中的一种;蜜胺类树脂是蜜胺甲醛树脂、蜜胺乙醛树脂、蜜胺脲醛树脂、蜜胺磷酸盐、蜜胺聚磷酸盐、蜜胺焦磷酸盐及蜜胺氰尿酸盐等中的一种;树脂固化剂是是氯化铵、磷酸二氢铵、磷酸氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾等中的一种;甲醛捕捉剂是尿素、亚硫酸氢钠、环亚乙基脲、2-羟甲基尿中的一种,用于消除反应中产生的甲醛,有利于环境保护。该第四层的主要作用是使红磷进一步达到白度化的效果,同时提高第三包覆层的稳定性,另一方面,所加的蜜胺树脂还为红磷阻燃剂提供了氮元素,有利于发挥P-N协同阻燃作用,提高阻燃效果。
以上各步骤中的PH值调节均按常规方法调节,采用常用PH调节剂,如碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸、盐酸、磷酸等。
本发明白度化微胶囊红磷及其制备方法的优点在于工艺简单,成本低,所得产品白度化微胶囊红磷致密、均匀,并能吸收产品在储存过程中产生的磷化氢,减小其应用过程中对环境的潜在危害,提高了红磷阻燃剂的的阻燃性能,其吸湿性、抗氧化性、磷化氢释放量、着火点及白度值均有显著改善。可广泛用于各种树脂、橡胶等高分子材料和涂料中,不影响制品着色,使其用范围更加广泛。
具体实施方式
实施例1:
本发明白度化微胶囊红磷以红磷为芯材,表面有四层包覆层,第一层是氢氧化铝包覆层,第二层是明胶—甲醛包覆层,第三层为碳酸镍层,第四层是含有钛白粉的蜜胺甲醛树脂包覆层。
其操作步骤如下:(各组分加入量均为红磷的重量百分数)
1)芯材乳液的制备:将70g200目红磷配制成20%(重量)的水溶液,加入红磷重量0.8%的明胶及红磷重量0.1%JFC,乳化分散0.5小时,得芯材乳液。
2)在1)所得乳液中加入红磷重量80%的硫酸铝,于40℃温度下调节pH为4.0,加热升温至60℃,在氮气保护下继续保温反应3小时,得第一包覆层。
3)于60℃温度下向2)所得溶液中加入红磷重量2.0%固化剂甲醛,调节pH为4.0,搅拌反应0.5小时,得第二包覆层。
4)将3)所得的溶液冷却至室温后,加入红磷重量25%的氯化镍,调节pH值为6.0,于80℃温度下搅拌反应1.0小时,冷却至室温,水洗、过滤、干燥,得具有3层包覆层的灰色微胶囊化红磷。
5)将4)所得产物配制成20%的悬浮液,加入红磷重量0.5%的吐温—80、0.1%JFC及30%超细钛白粉,乳化分散0.5小时,室温下加入红磷量5%蜜胺甲醛树脂,调节pH值为4.0,再加入蜜胺甲醛树脂重量0.5%的磷酸二氢钠,于90℃温度下反应1.5小时,使树脂固化,冷却至60℃,加入蜜胺甲醛树脂重量5%的尿素,搅拌1.0小时,冷却,水洗、过滤后于105℃温度下真空干燥8小时,得产品白度化微胶囊红磷,其性能指标如表1所示。
实施例2
本发明白度化微胶囊红磷以红磷为芯材,表面有四层包覆层,第一层是氢氧化铝、氢氧化镁及氢氧化锌包覆层,第二层是明胶—甲醛包覆层,第三层为氢氧化铜层,第四层是含有钛白粉的蜜胺乙醛树脂包覆层。
其操作步骤如下:(各组分加入量均为红磷的重量百分数)
1)芯材乳液的制备:将70g200目红磷配制成35%(重量)的水溶液,加入红磷重量1.5%的明胶及红磷重量0.5%JFC,乳化分散2.0小时,得芯材乳液。
2)在1)所得乳液中加入红磷重量15%的硫酸铝、15%的硫酸镁及15%的氯化锌,于40℃温度下调节pH为6.0,加热升温至100℃,在氮气保护下继续保温反应4小时,得第一包覆层。
3)于80℃温度下向2)所得溶液中加入红磷重量10.0%固化剂甲醛,调节pH为7.0,搅拌反应1.5小时,得第二包覆层。
4)将3)所得的溶液冷却至室温后,加入红磷重量1%的氯化铜,调节pH值为4.0,于40℃温度下搅拌反应1.0小时,冷却至室温,水洗、过滤、干燥,得具有3层包覆层的灰色微胶囊化红磷。
5)将4)所得产物配制成35%的悬浮液,加入红磷重量2.0%的司盘—80、0.5%JFC及50%超细钛白粉,乳化分散1.0小时,室温下加入红磷量5%蜜胺乙醛树脂,调节pH值为6.0,再加入蜜胺乙醛树脂重量8.0%的磷酸二氢铵,于70℃温度下反应3.5小时,使树脂固化,冷却至60℃,加入蜜胺乙醛树脂重量18%的亚硫酸氢钠,搅拌1.5小时,冷却,水洗、过滤后于120℃温度下真空干燥5小时,得产品白度化微胶囊红磷,其性能指标如表1所示。
实施例3
本发明白度化微胶囊红磷以红磷为芯材,表面有四层包覆层,第一层是氢氧化铝、氢氧化镁及氢氧化锌包覆层,第二层是聚乙烯醇—戊二醛包覆层,第三层为碳酸铜层,第四层是含有钛白粉的蜜胺甲醛树脂包覆层。
其操作步骤如下:(各组分加入量均为红磷的重量百分数)
1)芯材乳液的制备:将70g300目红磷配制成50%(重量)的水溶液,加入红磷重量3.0%的聚乙烯醇及红磷重量1.0%JFC,乳化分散1.0小时,得芯材乳液。
2)在1)所得乳液中加入红磷重量5%的硫酸铝、5%的硫酸镁及5%的氯化锌,于40℃温度下调节pH为8.0,加热升温至80℃,在氮气保护下继续保温反应6小时,得第一包覆层。
3)于70℃温度下向2)所得溶液中加入红磷重量25%固化剂戊二醛,调节pH为5.5,搅拌反应1.0小时,得第二包覆层。
4)将3)所得的溶液冷却至室温后,加入红磷重量25%的氯化铜,调节pH值为8.0,于60℃温度下搅拌反应0.5小时,冷却至室温,水洗、过滤、干燥,得具有3层包覆层的灰色微胶囊化红磷。
5)将4)所得产物配制成50%的悬浮液,加入红磷重量1.2%的十二烷基磺酸钠、1.0%JFC及80%超细钛白粉,乳化分散0.7小时,室温下加入红磷重量25%蜜胺甲醛树脂,调节pH值为8.0,再加入蜜胺甲醛树脂重量4.0%的氯化铵,于100℃温度下反应0.5小时,使树脂固化,冷却至60℃,加入蜜胺甲醛树脂重量30%的环亚乙基脲,搅拌0.5小时,冷却,水洗、过滤后于90℃温度下真空干燥10小时,得产品白度化微胶囊红磷,其性能指标如表1所示。
实施例4
本发明白度化微胶囊红磷以红磷为芯材,表面有四层包覆层,第一层是氢氧化铝、氢氧化锡及氢氧化锌包覆层,第二层是明胶—甲醛包覆层,第三层为碱式碳酸铜层,第四层是含有钛白粉的蜜胺脲醛树脂包覆层。
其操作步骤如下:(各组分加入量均为红磷的重量百分数)
1)芯材乳液的制备:将70g350目红磷配制成35%(重量)的水溶液,加入红磷重量3.0%的明胶及红磷重量0.5%JFC,乳化分散0.5小时,得芯材乳液。
2)在1)所得乳液中加入红磷重量15%的硫酸铝、15%的硫酸锡及15%的氯化锌,于40℃温度下调节pH为7.0,加热升温至80℃,在氮气保护下继续保温反应1.5小时,得第一包覆层。
3)于60℃温度下向2)所得溶液中加入红磷量10%固化剂甲醛,调节pH为4.0,搅拌反应1.0小时,得第二包覆层。
4)将3)所得的溶液冷却至室温后,加入红磷重量15%的硫酸铜,调节pH值为6.0,于60℃温度下搅拌反应1.0小时,冷却至室温,水洗、过滤、干燥,得具有3层包覆层的灰色微胶囊化红磷。
5)将4)所得产物配制成35%的悬浮液,加入红磷重量1.0%的吐—80、0.1%JFC及80%超细钛白粉,乳化分散0.5小时,室温下加入红磷量25%蜜胺脲醛树脂,调节pH值为6.0,再加入蜜胺脲醛树脂重量4.0%的氯化铵,于80℃温度下反应1.5小时,使树脂固化,冷却至60℃,加入蜜胺脲醛树脂重量20%的尿素,搅拌0.7小时,冷却,水洗、过滤后于120℃温度下真空干燥5小时,得产品白度化微胶囊红磷,其性能指标如表1所示。
实施例5
本发明白度化微胶囊红磷以红磷为芯材,表面有三层包覆层,第一层是氢氧化铝、氢氧化镁及氢氧化锌包覆层,第二层是明胶—甲醛包覆层,第三层是含有钛白粉的蜜胺甲醛树脂包覆层。
其操作步骤1)、2)、3)及5)同实施例2,无步骤4),得产品白度化微胶囊红磷,其性能指标如表1所示。
实施例6
本发明白度化微胶囊红磷以红磷为芯材,表面有四层包覆层,第一层是氢氧化铝、氢氧化镁及氢氧化锌包覆层,第二层是蜜胺—乙醛树脂包覆层,第三层为碱式碳酸镍层,第四层是含有钛白粉的蜜胺乙醛树脂包覆层。
其操作步骤如下:(各组分加入量均为红磷的重量百分数)
1)芯材乳液的制备:将70g250目红磷配制成20%(重量)的水溶液,加入红磷重量1.5%的明胶,乳化分散2.0小时,得芯材乳液。
2)在1)所得乳液中加入红磷重量15%的硫酸铝、15%的硫酸镁及15%的氯化锌,于40℃温度下调节pH为6.0,加热升温至100℃,在氮气保护下继续保温反应4.0小时,得第一包覆层。
3)于60℃温度下向2)所得溶液中加入红磷重量5%的蜜胺乙醛树脂,调节pH为4.0,搅拌反应0.5小时,得第二包覆层。
4)将3)所得的溶液冷却至室温后,加入红磷重量10%的氯化镍,调节pH值为4.0,于40℃温度下搅拌反应1.0小时,冷却至室温,水洗、过滤、干燥,得具有3层包覆层的灰色微胶囊化红磷。
5)将4)所得产物配制成35%的悬浮液,加入红磷重量2.0%的司盘—80及50%超细钛白粉,乳化分散1.0小时,室温下加入红磷量40%的蜜胺乙醛树脂,调节pH值为6.0,再加入蜜胺乙醛树脂重量8.0%的磷酸二氢铵,于70℃温度下反应3.5小时,使树脂固化,冷却至60℃,加入蜜胺乙醛树脂重量18%的亚硫酸氢钠,搅拌1.5小时,冷却,水洗、过滤后于120℃温度下真空干燥8小时,得产品白度化微胶囊红磷,其性能指标如表1所示。
实施例7
本发明白度化微胶囊红磷以红磷为芯材,表面有四层包覆层,第一层是氢氧化铝、氢氧化镁及氢氧化锌包覆层,第二层是蜜胺—甲醛树脂包覆层,第三层为氢氧化铜和碳酸铜包覆层,第四层是含有钛白粉的环氧树脂包覆层。
其操作步骤如下:(各组分加入量均为红磷的重量百分数)
1)芯材乳液的制备:将70g200目红磷配制成35%(重量)的水溶液,加入红磷重量1.5%的明胶及红磷重量0.8%的JFC-2,乳化分散2.0小时,得芯材乳液。
2)在1)所得乳液中加入红磷重量15%的硫酸铝、15%的硫酸镁及15%的氯化锌,于40℃温度下调节pH为6.0,加热升温至100℃,在氮气保护下继续保温反应4.0小时,得第一包覆层。
3)于70℃温度下向2)所得溶液中加入红磷重量10%的蜜胺甲醛树脂,调节pH为7.0,搅拌反应1.5小时,得第二包覆层。
4)将3)所得的溶液冷却至室温后,加入红磷重量15%的氯化铜,调节pH值为6.0,于70℃温度下搅拌反应1.0小时,冷却至室温,水洗、过滤、干燥,得具有3层包覆层的灰色微胶囊化红磷。
5)取红磷重量5%的环氧树脂,加入树脂量8倍的丙酮溶解,加入4)所得产物、加入红磷重量1.0%吐温—80、0.8%JFC-2、60%的超细化钛白粉,乳化分散0.5小时,于90℃温度下真空干燥8小时,得产品白度化微胶囊红磷,其性能指标如表1所示。
实施例8
本发明白度化微胶囊红磷以红磷为芯材,表面有四层包覆层,第一层是氢氧化铝、氢氧化镁及氢氧化锌包覆层,第二层是蜜胺—甲醛树脂包覆层,第三层为碳酸铜包覆层,第四层是含有钛白粉的酚醛树脂包覆层。
其操作步骤如下:(各组分加入量均为红磷的重量百分数)
1)芯材乳液的制备:将70g400目红磷配制成35%(重量)的水溶液,加入红磷重量1.5%的明胶及红磷重量0.8%的JFC-S,乳化分散1.5小时,得芯材乳液。
2)在1)所得乳液中加入红磷重量15%的硫酸铝、15%的硫酸镁及15%的氯化锌,于40℃温度下调节pH为6.0,加热升温至100℃,在氮气保护下继续保温反应4.0小时,得第一包覆层。
3)于80℃温度下向2)所得溶液中加入红磷重量20%的蜜胺甲醛树脂,调节pH为5.5,搅拌反应1.5小时,得第二包覆层。
4)将3)所得的溶液冷却至室温后,加入红磷重量15%的硫酸铜,调节pH值为7.0,于70℃温度下搅拌反应1.0小时,冷却至室温,水洗、过滤、干燥,得具有3层包覆层的灰色微胶囊化红磷。
5)取红磷重量40%的酚醛树脂,加入树脂量20倍的丙酮溶解,加入4)所得产物、加入红磷重量1.0%吐温—80、0.8%JFC-S、80%的超细化钛白粉,乳化分散0.5小时,于90℃温度下真空干燥8小时,得产品白度化微胶囊红磷,其性能指标如表1所示。
表1:白度化微胶囊红磷性能测试结果
实施例 | PH<sub>3</sub>(μg/g·h) | 氧化稳定性(mg/g·h) | 吸湿性(%) | 白度值 | 着火点(℃) | 颜色 |
实施例1 | 15.214 | 0.693 | 0.495 | 30.5 | 375 | 灰色 |
实施例2 | 5.719 | 0.1082 | 0.12 | 36.7 | 405 | 灰色 |
实施例3 | 3.251 | 0.1251 | 0.167 | 65.4 | 391 | 灰白色 |
实施例4 | 0.408 | 0.1173 | 0.159 | 68.0 | 397 | 灰白色 |
实施例5 | 3.523 | 0.1161 | 0.174 | 43.8 | 390 | 粉红色 |
实施例6 | 0.825 | 0.1077 | 0.135 | 51.7 | 392 | 浅灰色 |
实施例7 | 1.961 | 0.1190 | 0.273 | 58.9 | 385 | 浅灰色 |
实施例8 | 0.354 | 0.1032 | 0.132 | 65.6 | 408 | 灰白色 |
红磷原料 | 111.23 | 4.741 | 4.53 | 7.4 | 260 | 紫红色 |
注:白度化微胶囊红磷性能按下列方法测试。
1、氧化稳定性:
准确称取10.00g红磷悬浮于200ml水中,将此悬浮液加热至沸腾1.0小时,过滤,向滤液中加入10.00g分析纯氯化钠,溶解后用已标定的氢氧化钠溶液滴定滤液中因磷氧化形成的含氧酸,以每克红磷消耗的氢氧化钠的毫克数来表示氧化稳定性。
2、吸湿性:
准确称取2.00g红磷,均匀分散于称量瓶中,将称量瓶放入30℃,装有18.6±0.5%硫酸溶液(相对湿度为90%)的密闭干燥箱中,放置10天后称重,计算红磷增加的重量,以每克红磷平均每天的增重百分比来表示吸湿性。
3、磷化氢释放量:
准确称取红磷样品10.00g悬浮于含100ml蒸馏水的500ml三口烧瓶中,使其在120℃硅油浴中加热保温2小时,在氮气的驱动下使产生的磷化氢与HgCl2反应生成不溶性的P(HgCl)3,P(HgCl)3被碘氧化,过量的碘用硫代硫酸钠滴定,从而计算每克红磷每小时释放的磷化氢的量,以μg/g·h表示。
4、着火点:
采用TGS-2测TGA,或用DSC—2C测DSC进行测定。
5、白度值的测定:
用SBDY-1数显白度仪测定,以黑丝绒布校正零点,以标准碳酸钙白度为100为标准,采用SBDY-1数显白度仪进行测定。