CN102174213A - 棒状晶型三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种棒状晶型三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂及其制备方法。它由下述重量份的原料制成，三聚氰胺90～110、氰尿酸90～110、水1200～1600和改性剂1～3。其特点是在三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)的制备过程中加入改性剂，与MCA之间有强烈的氢键作用及空间位阻限制了MCA大平面氢键网络结构的生长，使MCA晶体结构在某一方向上择优生长，而形成棒状晶体。该方法工艺简单、生产时间短、效率高，所制备的阻燃剂的纯度高，在塑料基体中的加工流动性好，可提高塑料的力学性能。

Description

棒状晶型三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物材料阻燃剂的制备领域，具体的说是一种棒状晶型三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂及其制备方法。
背景技术
三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)是20世纪80年代由日本开发的阻燃剂产品，是一种具有滑腻感的白色结晶粉末，它无毒、无臭、无味，难溶于水和其它有机溶剂，是一种性能优良的氮系无卤阻燃剂，同时也是优良的塑料润滑剂。研究表明，MCA在材料燃烧过程中表现出的促进炭化和发泡的双重功能是其阻燃的关键。阻燃机理为凝聚相催化碳化膨胀和气相稀释阻燃机理。以MCA阻燃尼龙6为例：MCA在350℃升华吸热并分解成三聚氰胺及氰尿酸；氰尿酸可催化尼龙6降解为低聚物，并以熔滴形式迅速脱离燃烧区域，从而向环境转移大量热量；三聚氰胺尿酸盐进一步分解释放出的氮气等惰性气体则可稀释空气中的氧浓度而有效抑制燃烧。阻燃效果好，它具有极低的应用成本、优越的电性能、机械性能以及着色性能等种种优点，用量少、无毒、发烟量少、与尼龙树脂相溶性好，加工中不易发生粘模，发泡与结霜等现象。
目前MCA的制备一般采用氰尿酸法：此法系将三聚氰胺和氰尿酸置于水中形成悬浮液(或在碱金属、有机胺的催化条件下)，于90～120℃温度范围内反应0.8～4小时，待料浆明显变粘稠后继续反应一段时间，再经过滤，洗涤、干燥、破碎得到成品。母液可回收循环使用。该方法工艺简单，产品纯度高。但生产过程需要消耗大量的水，产品大部分需要后续提纯，增加了生产成本和工作量。另外市售MCA晶型多为无规颗粒状或片状，添加到塑料里面阻燃均会在一定程度上降低基体的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶型为棒状的三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂及其制备方法，其特点是在三聚氰胺氰尿酸盐的制备过程中加入改性剂，与MCA之间有强烈的氢键作用及空间位阻限制了MCA大平面氢键网络结构的生长，使MCA晶体结构在某一方向上择优生长，而形成棒状晶体。该方法工艺简单、生产时间短、效率高，所制备的阻燃剂的纯度高，在塑料基体中的加工流动性好，可提高塑料的力学性能。
一种棒状晶型三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂，其特征是，由下述重量份的原料制成：
三聚氰胺           90～110
氰尿酸             90～110
水                 1200～1600
改性剂             1～3
所述的三聚氰胺、氰尿酸均为工业级，其中三聚氰胺的质量百分含量为98％～99.8％，氰尿酸的质量百分含量为97％～98.5％。
所述改性剂为冰乙酸、草酸、甘露醇、季戊四醇、无水碳酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。
一种棒状晶型三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述重量份称取原料备用，在反应容器内加入1200～1600份的水作为溶剂，然后依次加入1～3份的改性剂和90～110份三聚氰胺，搅拌均匀升温至60～80℃时加入90～110份氰尿酸，搅拌升温至90～100℃时开始保温，持续搅拌反应40～80min，生成三聚氰胺氰尿酸盐淤浆；(2)将三聚氰胺氰尿酸盐淤浆经过滤、干燥和粉碎后得粒径为0.5～5μm的棒状晶型结构三聚氰胺氰尿酸盐。
本发明的有益效果是：
(1)、不使用碱金属和其他催化剂，反应产物无需进行纯化；
(2)、降低了反应体系的液固比和反应时间，提高了反应效率和设备利用率；
(3)、生成的三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)晶型为棒状或针状，对阻燃塑料基体的拉伸强度和冲击强度等力学性能有明显增强作用(晶型如说明书附图所示)；
(4)、阻燃剂与聚合物熔融共混过程中流动性能较好；
(5)、阻燃塑料的力学性能及阻燃性能较好。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片；
图2为本发明实施例2制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片；
图3为本发明实施例3制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片；
图4为本发明实施例4制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片；
图5为本发明对比例(传统工艺)制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明保护范围的限定。
实施例1
配比：三聚氰胺98、氰尿酸103、水1200、冰乙酸2
所述的三聚氰胺、氰尿酸均为工业级，其中三聚氰胺的质量百分含量为98％～99.8％，氰尿酸的质量百分含量为97％～98.5％。
制备方法：按上述重量份称取原料备用，在反应釜中加入1200份水，然后依次加入2份冰乙酸和98份三聚氰胺，搅拌均匀升温至80℃时，加入103份氰尿酸，搅拌升温至95℃时开始保温，持续搅拌反应50min，生成三聚氰胺氰尿酸盐淤浆，将三聚氰胺氰尿酸盐淤浆经过滤、干燥和粉碎后获得粒径为3.1μm、水份含量低于0.03％的棒状晶型结构三聚氰胺氰尿酸盐粉末产品，本实施例制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片见图1。
实施例2
配比：三聚氰胺100、氰尿酸110、水1400、草酸1
所述的三聚氰胺、氰尿酸均为工业级，其中三聚氰胺的质量百分含量为98％～99.8％，氰尿酸的质量百分含量为97％～98.5％。
制备方法：按上述重量份称取原料备用，在反应釜中加入1400份水，然后依次加入1份草酸和110份氰尿酸，搅拌均匀升温至75℃时加入100份三聚氰胺，搅拌升温至100℃开始保温，持续搅拌反应40min，生成三聚氰胺氰尿酸盐淤浆。将三聚氰胺氰尿酸盐淤浆经过滤、干燥和粉碎后获得粒径为3.5μm、水份含量低于0.04％的棒状晶型结构三聚氰胺氰尿酸盐粉末产品，本实施例制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片见图2。
实施例3
配比：三聚氰胺106、氰尿酸94、水1600、无水碳酸钠1
所述的三聚氰胺、氰尿酸均为工业级，其中三聚氰胺的质量百分含量为98％～99.8％，氰尿酸的质量百分含量为97％～98.5％。
制备方法：按上述重量份称取原料备用，在反应釜中加入1600份水，然后依次加入1份无水碳酸钠和94份氰尿酸，搅拌均匀升温至65℃时加入106份三聚氰胺，搅拌升温至90℃开始保温，持续搅拌反应80min，生成三聚氰胺氰尿酸盐淤浆。将三聚氰胺氰尿酸盐淤浆经过滤、干燥和粉碎后获得粒径为4.1μm，水份含量低于0.04％的棒状晶型结构三聚氰胺氰尿酸盐粉末产品，本实施例制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片见图3。
实施例4
配比：三聚氰胺110、氰尿酸103、水1500、十二烷基苯磺酸钠2
所述的三聚氰胺、氰尿酸均为工业级，其中三聚氰胺的质量百分含量为98％～99.8％，氰尿酸的质量百分含量为97％～98.5％。
制备方法：按上述重量份称取原料备用，在反应釜中加入1500份水，然后依次加入2份十二烷基苯磺酸钠和103份氰尿酸，搅拌均匀升温至65℃时加入110份三聚氰胺，搅拌升温至95℃保温，持续搅拌反应50min，生成三聚氰胺氰尿酸盐淤浆。将三聚氰胺氰尿酸盐淤浆冷经过滤、干燥和粉碎后获得粒径为3.4μm、水份含量低于0.04％的棒状晶型结构三聚氰胺氰尿酸盐粉末产品，本实施例制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片见图4。
对比例(传统制备工艺)
在反应釜中加入2200份水，然后加入103份氰尿酸，搅拌升温至90℃左右，加入98份三聚氰胺，升温至100℃保温，搅拌反应60min，生成三聚氰胺氰尿酸盐淤浆。将三聚氰胺氰尿酸盐淤浆过滤、干燥、粉碎后获得粒径为1.98μm，水份0.05％的三聚氰胺氰尿酸盐粉末产品，本对比例(传统工艺)制备的MCA×2700倍偏光透/反射显微镜照片见图5。
实施例和对比例阻燃剂在尼龙6中的应用
将实施例和对比例(传统三聚氰胺氰尿酸盐制备工艺)得到的三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂8份分别和92份的PA6加入双螺杆挤出机中挤出切粒，烘干后再加入到双螺杆注塑机中，于温度235℃熔融共混，注塑成标准试样，对其分别进行性能检测，检测结果见表1。
表1本发明产品和对比产品应用性能对比表
Figure BDA0000045618910000071
表1的数据显示本发明制备的棒状晶型的三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)阻燃PA6较传统氰尿酸法制备MCA阻燃PA6的力学性能和阻燃性能好。

Claims (3)

1.一种棒状三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂，其特征是，由下述重量份的原料制成：
三聚氰胺           90～110
氰尿酸             90～110
水                 1200～1600
改性剂             1～3
所述的三聚氰胺、氰尿酸均为工业级，其中三聚氰胺的质量百分含量为98％～99.8％，氰尿酸的质量百分含量为97％～98.5％。
2.根据权利要求1所述的一种棒状三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂，其特征是，所述改性剂为冰乙酸、草酸、甘露醇、季戊四醇、无水碳酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种棒状三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂的制备方法，其特征是，包括如下步骤：(1)按上述重量份称取原料备用，在反应容器内加入1200～1600份的水作为溶剂，然后依次加入1～3份的改性剂和90～110份三聚氰胺，搅拌均匀升温至60～80℃时加入90～110份氰尿酸，搅拌升温至90～100℃时开始保温，持续搅拌反应40～80min，生成三聚氰胺氰尿酸盐淤浆；(2)将三聚氰胺氰尿酸盐淤浆经过滤、干燥和粉碎后得粒径为0.5～5μm的棒状晶型结构三聚氰胺氰尿酸盐。
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