CN102344510A - 一种三源一体膨胀型阻燃剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种三源一体膨胀型阻燃剂的制备方法。具体步骤如下：将1-10g聚乙烯醇加入5-30g水中，在90℃下搅拌分散均匀，然后向体系中5-80g磷酸，继续搅拌升温至60-150℃，反应时间0.5-3.5h后，将体系温度降至50℃，再加入5-84g三聚氰胺与50-300g溶剂的混合液，在60-120℃反应0.5-2h后，冷却，过滤，干燥，得到白色的“三源一体”膨胀型阻燃剂粉末。该膨胀型阻燃剂具有流动性好，水溶性低，可用作塑料、橡胶、木材、织物、涂料等材料的阻燃。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种三源一体膨胀型阻燃剂的制备方法。
背景技术
膨胀型阻燃剂（IFR）通常是指以磷、氮、碳元素为主要核心成分的复合阻燃剂，它一般是由三部分组成的：炭化剂（碳源）、炭化催化剂（酸源）和膨胀剂（气源）。用其阻燃的聚合物受热时，会在其表面形成一定厚度的多孔炭层，该炭层具有隔热、隔氧、抑烟及防熔滴的功能，从而起到很好的阻燃作用。目前，膨胀型阻燃剂广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料、木材等材料的阻燃。
膨胀型阻燃剂虽然具有阻燃效率高、价格便宜、毒性较低等优点，也存在与聚合物相容性差、易吸湿渗出等缺陷。例如，常用的膨胀型阻燃剂——低聚合度聚磷酸铵（APP）和季戊四醇（PER）都是水溶性的。因此添加这些膨胀型阻燃聚合物材料在户外(雨、水)或潮湿的环境中使用时，膨胀型阻燃剂会向聚合物材料表面迁移而渗出，不仅会降低材料的力学性能和阻燃性能，甚至起不到阻燃保护作用。
为了解决膨胀型阻燃剂的耐水性差的问题，据合成化学( 2003年，第11卷，第260-264页）报道，采用水作反应介质，将三聚氰胺和磷酸在一定温度下进行反应，制备出三聚氰胺磷酸盐（MP）阻燃剂，发现该阻燃剂在水和有机溶剂中的溶解度都很低。
另据文献报道（Polymer Degradation and Stability, 2005, 90(3):523-534.），MP在一些聚合物（如聚丙烯）中虽然具有一定的阻燃作用，但阻燃效果不太好，这主要是因为MP只是一种集酸源和气源于一体的膨胀型阻燃剂，其分子中缺少碳源部分，在一些应用场合仍需要和碳源（如季戊四醇、双季戊四醇等）复配才能获得较好的阻燃效果。
因此研究集酸源、碳源和气源于一体，即“三源一体”的膨胀型阻燃剂具有一定理论意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种三源一体膨胀型阻燃剂的制备方法。
本发明提出的三源一体膨胀型阻燃剂的制备方法，具体步骤如下：
将1-10 g聚乙烯醇加入5-30 g水中，升温至90 ℃，不断搅拌分散均匀，然后向体系中5-80 g磷酸，继续搅拌升温至60-150 ℃，反应时间0.5-3.5 h后，将体系温度降至50℃，再加入5-84 g三聚氰胺与50-300 g溶剂的混合液，在60-120 ℃反应0.5-2 h后，冷却，过滤，以乙醇洗涤样品数遍，在90 ℃真空条件下干燥6 h以上，得到白色的三源一体膨胀型阻燃剂粉末。
本发明中，所述聚乙烯醇的分子量为2.5-30万。
本发明中，所述溶剂为醇类，如甲醇、乙醇，或它们的混合溶剂。
利用本发明方法制备得到的三源一体膨胀型阻燃剂，其分子式如下：
本发明的有益效果在于选用含有大量羟基化合物的聚乙烯醇作为碳源，并采用化学反应将膨胀型阻燃剂三源结合到一个大分子上，提高其耐水性及与聚合物间的相容性；同时制备工艺简便。
附图说明
图1为实施例1-3中所用的反应物（PVA）、PVA的酯化产物（PPVA）以及产物（PPVAM）的红外光谱图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明，而不是限制本发明的范围。
实施例1：
第一步：配制聚乙烯醇（PVC）水溶液
称取10 g PVA1788溶于30g水中，升温至90 ℃过程中不断搅拌分散均匀。
第二步：磷酸与聚乙烯醇酯化反应
在加入磷酸76.8 g后不断搅拌条件下升温至120 ℃，并在此温度下反应3 h。
第三步：气源引入
将体系温度降至50 ℃，加入84 g 气源三聚氰胺与200 g乙醇的混合液，在78 ℃下反应1 h。
上述反应结束后，抽滤、以乙醇洗涤产品数遍，置于真空烘箱中90℃下干燥6 h以上，得到白色的三源一体膨胀型阻燃剂粉末157.5 g。
实施例2：
第一步：配制聚乙烯醇水溶液
称取5 g PVA 2488溶于30 g水中，升温至90 ℃过程中不断搅拌分散均匀。
第二步：磷酸与聚乙烯醇酯化反应
在加入磷酸38.4 g后不断搅拌条件下升温至70 ℃，并保温反应2 h。
第三步：气源引入
将体系温度降至50 ℃，加入42 g 气源三聚氰胺与100 g乙醇的混合液，在78 ℃下反应0.5 h。
上述反应结束后，抽滤、以乙醇洗涤产品数遍，置于真空烘箱中90 ℃下干燥6 h以上，得到白色的三源一体膨胀型阻燃剂粉末77.5 g。
实施例3：
第一步：配制聚乙烯醇水溶液
称取5g PVA1750溶于80 g水中，升温至90℃过程中不断搅拌分散均匀。
第二步：磷酸与聚乙烯醇酯化反应
在加入磷酸38.4 g后不断搅拌条件下升温至100℃，并保温反应0.5 h。
第三步：气源引入
将体系温度降至50℃，加入21 g 气源三聚氰胺与250 g甲醇的混合液，在64℃下反应0.5 h。
上述反应结束后，抽滤、以乙醇洗涤产品数遍，置于真空烘箱中90℃下干燥6 h以上，得到白色的三源一体膨胀型阻燃剂粉末54.5 g。
实施例1-3中所制备的“三源一体”膨胀型阻燃剂在水中的溶解度见表1。制备三源一体膨胀型阻燃剂所用的反应物（PVA）、PVA的酯化产物（PPVA）以及产物（PPVAM）的红外光谱如图1所示。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
表 
三源一体膨胀型阻燃剂的溶解度
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 25℃溶解度（g/100ml） | 0.6 | 0.8 | 0.7 |
Claims (4)
1.一种三源一体膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
将1-10 g聚乙烯醇加入5-30 g水中，在90 ℃下搅拌分散均匀，然后向体系中5-80 g磷酸，继续搅拌升温至60-150 ℃，反应时间0.5-3.5 h后，将体系温度降至50℃，再加入5-84 g三聚氰胺与50-300 g溶剂的混合液，在60-120 ℃反应0.5-2 h后停止；过滤、干燥，得到三源一体膨胀型阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述聚乙烯醇分子量为2.5-30万。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述溶剂为醇类。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述得三源一体膨胀型阻燃剂，其分子式如下：
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