CN111484732B - 一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阻燃剂制备技术，属于无机化学和复合材料领域。本发明公开了一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂及其制备方法。所述的植酸盐复合阻燃剂包括离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇；并且所述阻燃剂在与聚酰胺混合后，离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇在聚酰胺共混物中的质量分数分别为0.1％～5％、5％～25％和1％～5％。本发明复合阻燃剂成本低廉，制备方法简单，对聚酰胺阻燃的效果优异。

Description

一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻燃剂制备技术，属于无机化学和复合材料领域。
背景技术
聚酰胺具有良好的机械性能和加工性能，被广泛应用于电子通讯、纺织品、化工制造等领域。但是，作为一种易燃高分子材料，聚酰胺极易引发火灾，通过在聚酰胺中添加阻燃剂可以提高其阻燃性。近几年，人们的环保与安全意识不断加强，开发环保型阻燃剂具有重要意义。膨胀型阻燃剂是一种绿色环保的阻燃剂，具有低烟、低毒、无卤等优点。膨胀型阻燃剂(IFR)是一种复合阻燃剂，一般含有P、N、C三种元素。通常由三部分组成：碳源(成碳剂)、酸源(脱水剂)和气源(膨胀剂)。燃烧时，各部分间相互作用形成多孔膨胀炭层，该层起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用，从而达到阻燃效果。基于绿色环保的考虑，以生物基原料作为阻燃剂的研究受到广泛关注。不少生物质高分子都是天然的炭源，可作为膨胀型阻燃体系。例如，木质素、壳聚糖、淀粉、环糊精、衣康酸等都可作为炭源替代传统膨胀阻燃体系中的季戊四醇。因此，以生物基原料制备用于聚酰胺的膨胀型阻燃剂具有重要的应用价值。
植酸又称肌醇六磷酸，主要存在于植物的种子、根干和茎中，其中以豆科植物的种子、谷物的麸皮和胚芽中含量最高。植酸中含有六个磷酸基团，磷含量高，作为阻燃剂使用可以提高乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、棉纤维和纸张的阻燃性能。此外，植酸具有很强的鳌合作用，能够与金属离子鳌合，而许多金属离子如Zn、Ni、Co能够促进APP和PER之间的反应，从而提高阻燃效率。因此，将植酸的磷酸基团与金属离子结合，有可能更好的发挥协效作用，进而提高膨胀阻燃体系的阻燃效率。然而，单纯的植酸盐用作阻燃协效剂与聚合物基体的相容性较差。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂及其制备方法。
一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂，所述的植酸盐复合阻燃剂包括离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇；并且所述阻燃剂在与聚酰胺混合后，离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇在聚酰胺共混物中的质量分数分别为0.1％～5％、5％～25％和1％～5％。
在一种实施例中，所述阻燃剂在与聚酰胺混合后，离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇在聚酰胺共混物中的质量分数分别为0.8％、7％和2％。
在一种实施例中，所述离子液体功能化的植酸盐：聚磷酸铵：季戊四醇质量比为1：9：3。
在一种实施例中，所述的植酸盐是含N、P离子液体功能化的无机盐。
在一种实施例中，所述的植酸盐包括植酸锌、植酸镍、植酸钴、植酸镁、植酸钙、植酸铜中的一种。
本发明的第二个目的在于提供一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将无机盐溶解于含离子液体的乙醇溶液中，得到无机盐-离子液体乙醇溶液；
(2)将植酸水溶液与乙醇混合，得到植酸水-乙醇溶液；
(3)将植酸水-乙醇溶液滴加到步骤(1)中的无机盐-离子液体乙醇溶液中，得到混合物；
(4)将步骤(3)所得混合物升温至50-80℃,搅拌反应1-12h，自然冷却至室温，将沉淀过滤，用乙醇洗涤5次，真空干燥得到离子液体功能化的植酸盐；
(5)将离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇加入到球磨机中，200-500转球磨1-5小时。
在一种实施例中，步骤(1)中所述离子液体包括季铵盐类、季鏻盐类、胍类离子液体中的一种；
在一种实施例中，步骤(5)中所述植酸盐：聚磷酸铵：季戊四醇以质量比为1：9：3。
有益效果：
本发明提供一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂及其制备方法。与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的阻燃剂体系是一种绿色环保安全的膨胀型阻燃体系，并且通过阻燃剂各成分的合理配比实现了对聚酰胺具有优异的阻燃效果。
(2)本发明的植酸盐是采用离子液体功能化的，结构经过设计改变其烷基链长度调控其性能，能够改善植酸盐与聚合物基体的相容性。
(3)本发明的阻燃剂制备方法简单、快速，并且原材料来源广泛，廉价易得，适合大规模工业生产。
具体实施方式
对比例1
将聚磷酸铵：季戊四醇以质量比3：1加入到球磨机中，300转每分钟的速度球磨2小时。将复合阻燃剂与聚酰胺66进行熔融共混造粒，其中，聚酰胺66的100份，阻燃剂12份。热压后制备出性能测试样条。
实施例1
取10g三丁基甲基氯化铵和0.2mol醋酸锌溶于250mL的乙醇中，搅拌均匀，得到无色透明的醋酸锌-离子液体醇溶液。将30g植酸(50％水溶液)溶于150mL的乙醇中，搅拌均匀，得到植酸水-乙醇溶液，将该溶液放置在恒压滴液漏斗中，缓慢滴加在醋酸锌-离子液体乙醇溶液中，在滴加过程中会产生白色沉淀。滴加完毕后,继续搅拌反应2h，机械搅拌转速保持在450r/min。反应结束，得到白色悬浊液，将该悬浊液置于80℃烘箱中陈化24h，悬浊液分层，上层为无色透明清液，下层为白色沉淀，倒掉上层清液，用去离子水洗涤沉淀5次，无水乙醇洗涤沉淀5次，将洗涤后的产物放在80℃烘箱中烘干，得到白色块状物质，研细后得到白色粉末，即离子液体功能化的植酸锌，产率为75.23％。将离子液体功能化的植酸锌：聚磷酸铵：季戊四醇以质量比1：9：3加入到球磨机中，500转/分球磨1小时，所得混合物作为阻燃剂与聚酰胺66共混造粒，其中，聚酰胺66的100份，阻燃剂12份。其余过程同对比例1。
实施例2
制备离子液体功能化的植酸镍，其余过程同实施例1。
实施例3
制备离子液体功能化的植酸钴，其余过程同实施例1。
实施例4
制备离子液体功能化的植酸铜，其余过程同实施例1。
实施例5
改变离子液体功能化的植酸锌：聚磷酸铵：季戊四醇以质量比0.5：9：3加入到球磨机中，其余过程同实施例1。
水平燃烧实验和极限氧指数结果表明，离子液体功能化的植酸锌具有最优的阻燃效果，自熄时间短，熔滴现象明显改善。对比例1和实施例1-5的阻燃效果通过水平燃烧实验和极限氧指数进行比较，结果分别为表1和表2。
表1
Figure GDA0003077533950000031
Figure GDA0003077533950000041
表2
Figure GDA0003077533950000042

Claims (8)

1.一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂，其特征在于，所述的植酸盐复合阻燃剂包括离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇；并且所述阻燃剂在与聚酰胺混合后，离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇在聚酰胺共混物中的质量分数分别为0.1％～5％、5％～25％和1％～5％。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂，其特征在于，所述阻燃剂在与聚酰胺混合后，离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇在聚酰胺共混物中的质量分数分别为0.8％、7％和2％。
3.根据权利要求1所述的一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂，其特征在于，所述离子液体功能化的植酸盐：聚磷酸铵：季戊四醇质量比为1：9：3。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂，其特征在于，所述的植酸盐是含N、P离子液体功能化的无机盐。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂，其特征在于，所述的植酸盐包括植酸锌、植酸镍、植酸钴、植酸镁、植酸钙、植酸铜中的一种。
6.根据权利要求1～5任一所述的一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将无机盐溶解于含有离子液体的乙醇溶液中，得到无机盐-离子液体乙醇溶液；
(2)将植酸水溶液与乙醇混合，得到植酸水-乙醇溶液；
(3)将植酸水-乙醇溶液滴加到步骤(1)中的无机盐-离子液体乙醇溶液中，得到混合物；
(4)将步骤(3)所得混合物升温至50-80℃，搅拌反应1-12h，自然冷却至室温，将沉淀过滤，用乙醇洗涤5次，真空干燥得到离子液体功能化的植酸盐；
(5)将离子液体功能化的植酸盐、聚磷酸铵、季戊四醇加入到球磨机中，200-500转球磨1-5小时。
7.一种如权利要求6所述的一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述离子液体包括季铵盐类、季鏻盐类、胍类离子液体中的一种。
8.一种如权利要求6所述的一种用于聚酰胺的植酸盐复合阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述植酸盐：聚磷酸铵：季戊四醇以质量比为1：9：3。
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