CN112011093A - 一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂及其制备方法和应用，该膨胀阻燃剂以聚磷酸铵为基体，利用壳聚糖衍生物和植酸对聚磷酸铵通过静电作用进行包覆改性，在聚磷酸铵表面形成富含碳、氮、磷的壳聚糖衍生物/植酸复合层，形成“三位一体”的复合膨胀阻燃剂。本发明公开的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂充分利用富含碳的壳聚糖作为碳源、和富含磷的植酸作为酸源对聚磷酸铵改性，提高聚磷酸铵的耐水性和膨胀阻燃效率，其制备方法简单、环境友好、阻燃性能好，可用于聚烯烃的阻燃。

Description

一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子阻燃复合材料技术领域，特别涉及一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术

膨胀阻燃剂(IFR)主要由酸源、气源和碳源三部分组成的一种新型阻燃剂，高分子材料燃烧时，酸源受热分解产生的磷酸作为脱水剂，使碳源脱水炭化；同时，受热反应产生的水蒸气和气源产生的不燃性气体使熔融体系膨胀发泡，形成膨胀碳层阻隔外界热量与氧气进入燃烧区，从而具有阻燃作用。IFR具有低烟、低毒、无腐蚀性气体产生等优点，成为当前阻燃技术开发的热点，近年来广泛应用于高分子材料的阻燃。

传统的IFR中常用的酸源为聚磷酸铵等含磷化合物，碳源为季戊四醇等多羟基化合物，其热稳定性差、易吸潮析出，与聚合物的相容性差，使其应用受到限制；而且针对聚烯烃聚合物的阻燃，传统IFR阻燃效率低，通过增加IFR用量改善高分子材料的阻燃性，但对高分子材料的物理性能产生一定的负面影响。

目前，为了降低IFR的吸湿性、提高其热稳定性，通常利用微胶囊化技术对聚磷酸铵进行包覆改性，如利用高分子树脂如用密胺树脂(CN108084496A)、环氧树脂(CN106279771A)、聚氨酯树脂(CN103725043B)等包覆改性聚磷酸铵，使用时将微囊化聚磷酸铵与碳源和气源配合，用于高分子的阻燃，膨胀阻燃剂的耐水性和热稳定性明显提高。但改性聚磷酸铵的生产工艺复杂、生产成本高，而且易出现团聚结块的问题，导致聚磷酸铵在高分子基材中分散不均，影响高分子复合材料的力学性能和阻燃性能。因此，开发新型改性聚磷酸铵复合阻燃剂，提高其阻燃效率，是膨胀阻燃剂的发展方向。

发明内容

为解决上述的现有膨胀阻燃剂吸湿性高、阻燃效率低、生产工艺复杂等技术问题，本发明提供一种低吸湿、高效阻燃、环境友好改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂及其制备方法和应用，采用的技术方案为：

一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂，改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂为多层核-壳结构复合材料，内核材料为聚磷酸铵，每层壳体均包括两层，内层壳体为壳聚糖衍生物层，外层壳体为植酸层。

一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将聚磷酸铵粉末分散在去离子水中，获得分散体A，恒温搅拌分散体A并向其中加入壳聚糖衍生物水溶液，获得反应液A，继续恒温搅拌反应液A15-120min，再洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后得到的粉末产物分散在去离子水中，获得分散体B，恒温搅拌分散体B并向其中加入植酸水溶液，获得反应液B，继续恒温搅拌反应液B15-120min，再洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2至少三次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末进行干燥、研磨过筛后，获得改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

优选地，所述步骤1中的壳聚糖衍生物为壳聚糖磷酸酯、壳聚糖聚磷酸酯、壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐中的一种或多种的混合物，且所述壳聚糖衍生物包括壳聚糖磷酸酯、壳聚糖聚磷酸酯和壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐的任意比例的组合。

优选地，所述壳聚糖衍生物的分子量为50-500kDa。

优选地，所述步骤1中的壳聚糖衍生物水溶液的质量百分比浓度为0.5-4wt％，pH值为2.5-5.5。

优选地，所述步骤2中的植酸水溶液的质量百分比浓度为1-8wt％，pH值为3.0-6.0。

优选地，所述分散体A和所述分散体B中粉末的质量百分比浓度均为10-40wt％。

优选地，所述反应液A中聚磷酸铵粉末和壳聚糖衍生物的质量比为4-25:1，所述反应液A中聚磷酸铵粉末和所述反应液B中植酸的质量比为2-16:1。

优选地，所述步骤3中，将所述步骤2过滤后得到的产物代替聚磷酸铵粉末循环进行步骤1和步骤2的次数为3-10次。

一种上述改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂在聚烯烃阻燃方面的应用。

本发明的有益效果如下：

(1)本申请的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂主要利用生物质资源壳聚糖和植酸对聚磷酸铵进行改性，壳聚糖和植酸通过相反电荷静电絮凝作用吸附在聚磷酸铵颗料表面，降低聚磷酸铵的亲水性，在聚磷酸铵表面形成富含C、N、P的壳聚糖衍生物/植酸复合层，形成“三位一体“的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂；

(2)壳聚糖富含碳和羟基，可作为膨胀阻燃剂的碳源，具有优良的成炭性；植酸的磷含量高，可作为膨胀阻燃剂的酸源；两者对聚磷酸铵复合改性后，提高复合膨胀阻燃剂的成炭率和膨胀阻燃效率；

(3)本申请所述改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法中，通过对壳聚糖衍生物的种类、分子量的选择，壳聚糖衍生物水溶液的质量百分比浓度和pH的调节、壳聚糖衍生物的用量的选择，以及植酸水溶液的质量百分比浓度和pH值的调节、植酸用量的选择，来调节聚磷酸铵表面包覆的壳聚糖衍生物和植酸的量，进而改善改性聚磷酸铵膨胀阻燃剂的成炭率、膨胀率和阻燃效率；还通过包覆层数的选择，综合改善改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的吸湿性、残炭率、膨胀率，提高阻燃复合材料的氧指数和垂直燃烧性能，从而获得了具有更佳的吸湿性、残炭率、膨胀率、氧指数和燃烧性能的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法；

(4)本申请所述改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂应用于聚烯烃阻燃时，天然生物质材料与无机材料的有机结合使聚磷酸铵表面产生良好的膨胀炭层结构，提高膨胀阻燃体系的阻燃效率；

(5)制备方法简单，原料来源丰富，绿色环保。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

以下结合对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

除非另有定义，本发明所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请所述改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法具体包括以下步骤：

步骤1、将聚合度大于1000的聚磷酸铵粉末分散在去离子水中，获得质量百分比浓度为10-40wt％的分散体A，在25-45℃的温度下恒温搅拌分散体A并向其中逐步滴加壳聚糖衍生物水溶液，获得反应液A，继续恒温搅拌反应液A 15-120min，再用去离子水洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后得到的粉末产物分散在去离子水中，获得质量百分比浓度为10-40wt％分散体B，在25-45℃的温度下恒温搅拌分散体B并向其中逐步滴加植酸水溶液，获得反应液B，继续恒温搅拌反应液B15-120min，再用去离子水洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2至少三次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末在40-80℃的温度下干燥、研磨过200-500目筛后，获得改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

本申请实施例中，配制壳聚糖衍生物水溶液的方法为：将分子量为50-500kDa的壳聚糖衍生物加入去离子水中，室温搅拌使其分散均匀，逐滴加入0.5-3mol/L的盐酸或氢氧化钠溶液，调节pH至2.5-5.5，继续搅拌至壳聚糖衍生物溶解，获得壳聚糖衍生物水溶液；配制植酸水溶液的方法为：将植酸加入去离子水中，室温搅拌使植酸溶解，再逐滴加入0.5-3mol/L的盐酸或氢氧化钠溶液，调节pH至3.0-6.0，获得植酸水溶液；

基于上述制备方法，提出本申请的实施例1-7以及对比例1-13。

实施例1

步骤1、取10g聚合度大于1000的聚磷酸铵粉末分散在15mL去离子水中，获得质量百分比浓度为40wt％的分散体A，在25℃的温度下搅拌分散体A并向其中逐步滴加由分子量为50kDa的壳聚糖磷酸酯配制的pH值为5.5、质量百分比浓度为4wt％的壳聚糖衍生物水溶液62.5mL，获得反应液A，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物的质量比为4：1，继续恒温搅拌反应液A30min，再洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后得到的粉末产物分散在15mL去离子水中，获得分散体B，在25℃的温度下搅拌分散体B并向其中逐步滴加pH值为3.0、质量百分比浓度为8wt％的植酸水溶液25mL，获得反应液B，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与所述反应液B中植酸的质量比为5：1，继续恒温搅拌反应液B30min，再洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2的操作3次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末在50℃下干燥、研磨过筛，获得目数为200目的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

实施例2

步骤1、取10g聚合度大于1000的聚磷酸铵粉末分散在30mL去离子水，获得质量百分比浓度为25wt％的分散体A，在25℃的温度下搅拌分散体A，并向其中逐步滴加由分子量为150kDa的壳聚糖聚磷酸酯配制的pH值为3.5、质量百分比浓度为3wt％的壳聚糖衍生物水溶液47.6mL，获得反应液A，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物的质量比为7：1，继续恒温搅拌反应液A30min，再洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后得到的粉末产物分散在30mL去离子水中，获得分散体B，在25℃的温度下搅拌分散体B并向其中逐步滴加pH值为4.0、质量百分比浓度为6wt％的植酸水溶液83.3mL，获得反应液B，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与所述反应液B中植酸的质量比为2：1，继续恒温搅拌反应液B 30min，再洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2的操作4次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末在40℃下干燥、研磨过筛，获得目数为400目的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

实施例3

步骤1、取15g聚合度大于1000的聚磷酸铵粉末分散在35mL去离子水，获得质量百分比浓度为30wt％的分散体A，在25℃的温度下搅拌分散体A并向其中逐步滴加由分子量为280kDa的壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为4、质量百分比浓度为2wt％的壳聚糖衍生物水溶液50mL，获得反应液A，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物质量比为15：1，继续恒温搅拌反应液A30min，再洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后得到的产物分散在35mL去离子水中，获得分散体B，在25℃的温度下搅拌分散体B并向其中逐步滴加pH值为4.5、质量百分比浓度为4wt％的植酸水溶液41.7mL，获得反应液B，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与所述反应液B中植酸的质量比为9：1，继续恒温搅拌反应液B 30min，再洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2的操作6次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末在60℃下干燥、研磨过筛，获得目数为350目的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

实施例4

步骤1、取10g聚合度大于1000的聚磷酸铵粉末分散在40mL去离子水，获得质量百分比浓度为20wt％的分散体A，在25℃的温度下搅拌分散体A并向其中逐步滴加由分子量为300kDa的壳聚糖磷酸酯和壳聚糖聚磷酸酯配制的pH值为4、质量百分比浓度为1.5wt％的壳聚糖衍生物水溶液66.7mL，且该壳聚糖衍生物水溶液中的壳聚糖磷酸酯和壳聚糖聚磷酸酯的质量比为1:1，获得反应液A，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物的质量比为10：1，继续恒温搅拌反应液A 30min，再洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后得到的粉末产物分散在40mL去离子水中，获得分散体B，在25℃的温度下搅拌分散体B并向其中逐步滴加pH值为4.5、质量百分比浓度为4wt％的植酸水溶液31.3mL，获得反应液B，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与所述反应液B中植酸的质量比为8：1，继续恒温搅拌反应液B 30min，再洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2的操作5次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末在50℃下干燥、研磨过筛，获得目数为250目的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

实施例5

步骤1、取15g聚合度大于1000的聚磷酸铵粉末分散在35mL去离子水，获得质量百分比浓度为30wt％的分散体A，在25℃的温度下搅拌分散体A并向其中逐步滴加由分子量为350kDa的壳聚糖聚磷酸酯和壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为4.5、质量百分比浓度为2wt％的壳聚糖衍生物水溶液35.7mL，且该壳聚糖衍生物水溶液中的壳聚糖聚磷酸酯和壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐的质量比为1:2，获得反应液A，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物的质量比为21：1，继续恒温搅拌反应液A 30min，再洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后得到的粉末产物分散在35mL去离子水中，获得分散体B，在25℃的温度下搅拌分散体B并向其中逐步滴加pH值为4.8、质量百分比浓度为5wt％的植酸水溶液25mL，获得反应液B，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与所述反应液B中植酸的质量比为12：1，继续恒温搅拌反应液B30min，再洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2的操作8次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末在55℃下干燥、研磨过筛，获得目数为300目的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

实施例6

步骤1、取15g聚合度大于1000的聚磷酸铵粉末分散在35mL去离子水，获得质量百分比浓度为30wt％的分散体A，在25℃的温度下搅拌分散体A并向其中逐步滴加由分子量为420kDa的壳聚糖磷酸酯和壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为5.0、质量百分比浓度为1wt％的壳聚糖衍生物水溶液60mL，且该壳聚糖衍生物水溶液中的壳聚糖磷酸酯和壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐的质量比为2:1，获得反应液A，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物的质量比为25：1，继续恒温搅拌反应液A 30min，再洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后得到的粉末产物分散在35mL去离子水中，获得分散体B，在25℃的温度下搅拌分散体B并向其中逐步滴加pH值为5.0、质量百分比浓度为3wt％的植酸水溶液31.2mL，获得反应液B，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与所述反应液B中植酸的质量比为16：1，继续恒温搅拌反应液B 30min，再洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2的操作10次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末在80℃下干燥、研磨过筛，获得目数为500目的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

实施例7

步骤1、取10g聚合度大于1000的聚磷酸铵粉末分散在90mL去离子水，获得质量百分比浓度为10wt％的分散体A，在25℃的温度下搅拌分散体A并向其中逐步滴加由分子量为500kDa的壳聚糖磷酸酯、壳聚糖聚磷酸酯和壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为2.5、质量百分比浓度为0.5wt％的壳聚糖衍生物水溶液111.1mL，且该壳聚糖衍生物水溶液中的壳聚糖磷酸酯、壳聚糖聚磷酸酯和壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐的质量比为2:1:1，获得反应液A，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物的质量比为18：1，继续恒温搅拌反应液A30min，再洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后获得的粉末产物分散在90mL去离子水中，获得分散体B，在25℃的温度下搅拌分散体B并向其中逐步滴加pH值为6.0、质量百分比浓度为1wt％的植酸水溶液166.7mL，获得反应液B，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与所述反应液B中植酸的质量比为6：1，继续恒温搅拌反应液B 30min，再洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2的操作7次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末在70℃下干燥、研磨过筛，获得目数为300目的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

对比例1

与实施例3不同的是，所述步骤1中，将由分子量为280kDa的壳聚糖配制的pH值为4、质量百分比浓度为2wt％的壳聚糖水溶液50mL逐步滴加入分散体A。

对比例2

与实施例3不同的是，所述步骤1中，将由分子量为550kDa的壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为4.0、质量百分比浓度为2wt％的壳聚糖衍生物水溶液50mL逐步滴加入分散体A。

对比例3

与实施例3不同的是，所述步骤1中，将由分子量为40kDa的壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为4.0、质量百分比浓度为2wt％的壳聚糖衍生物水溶液50mL逐步滴加入分散体A。

对比例4

与实施例3不同的是，所述步骤1中，将由分子量为280kDa的壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为2.0、质量百分比浓度为2wt％的壳聚糖衍生物水溶液50mL逐步滴加入分散体A。

对比例5

与实施例3不同的是，所述步骤1中，将由分子量为280kDa的壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为6.0、质量百分比浓度为2wt％的壳聚糖衍生物水溶液50mL逐步滴加入分散体A。

对比例6

与实施例3不同的是，所述步骤2中，将pH值为2、质量百分比浓度为4wt％的植酸水溶液41.7mL逐步滴加入分散体B中。

对比例7

与实施例3不同的是，所述步骤2中，将pH值为7、质量百分比浓度为4wt％的植酸水溶液41.7mL逐步滴加入分散体B中。

对比例8

与实施例3不同的是，所述步骤1中，将由分子量为280kDa的壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为4、质量百分比浓度为2wt％的壳聚糖衍生物水溶液250mL逐步滴加入分散体A中，获得反应液A，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物的质量比为3：1。

对比例9

与实施例3不同的是，所述步骤1中，将由分子量为280kDa的壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐配制的pH值为4、质量百分比浓度为2wt％的壳聚糖衍生物水溶液27.8mL逐步滴加入分散体A中，获得反应液A，且所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物的质量比为27：1。

对比例10

与实施例3不同的是，所述步骤2中，将pH值为4.5、质量百分比浓度为4wt％的植酸水溶液375mL逐步滴加入分散体B中，获得反应液B，且反应液A中聚磷酸铵粉末与反应液B中植酸的质量比为1：1。

对比例11

与实施例3不同的是，所述步骤2中，将pH值为4.5、质量百分比浓度为4wt％的植酸水溶液20.8mL逐步滴加入分散体B中，获得反应液B，且所述反应液A中的聚磷酸铵粉末与反应液B中的植酸的质量比为18：1。

对比例12

与实施例3不同的是，所述步骤3中，将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2的操作2次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末。

对比例13

与实施例3不同的是，所述步骤3中，将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2的操作11次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末。

对比例14

对比例14为聚磷酸铵粉末作为阻燃剂。

将实施例1-7以及对比例1-14制得的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂和聚丙烯加入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机中在170-200℃的温度下熔融混合均匀后得到阻燃聚丙烯混合料，将得到的阻燃聚丙烯混合料用注射机在180-210℃的温度下制备测试样条，并对制备的样条的阻燃性能进行检测分析，阻燃性能检测包括：

溶解度测试：将实施例1-7、对比例1-13所制备的改性聚磷酸铵粉末和对比例14的聚磷酸铵粉末，分散于水中，根据溶解在水溶液中聚磷酸铵的量计算其溶解度；

垂直燃烧测试：按GB/T2408-2008标准进行测试；

极限氧指数测试：按GB/T2406.2-2009标准进行测试；

残碳率、膨胀率测试，将样条置于马弗炉中，升温至600℃炭化后，观察其膨胀前后体积比及残炭量。

实施例1-7以及对比例1-14样条的阻燃性能如下表1所示：

表1实施例1-7、对比例1-14的样条的阻燃性能

根据上述检测结果可知：

(1)对比实施例3和对比例14的检测结果可知，经过壳聚糖衍生物和植酸包覆的聚磷酸铵制得的样条在聚烯烃方面的阻燃性能明显高于聚磷酸铵；

(2)实施例1-7制得的改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂应用在聚丙烯阻燃剂时，均具有较低的吸湿率和较高的阻燃效率，其中，实施例2-4中样条的阻燃性能更优；

(3)根据实施例3和对比例1的对比可知，以壳聚糖、植酸和聚磷酸铵为原料制备复合膨胀阻燃剂的样条的阻燃性能差于实施例3；

(4)根据实施例3与对比例2-9的检测结果对比可知，对比例2-9的复合阻燃剂的溶解度高于实施例3、样条残炭率、膨胀率和氧指数均差于实施例3；

(5)根据实施例3与对比例10和对比例11的检测结果对比可知，虽然对比例10的阻复合燃剂的膨胀率稍高于实施例3、但对比例10和对比例11的复合阻燃剂的溶解度高于实施例3，样条残炭率和氧指数均差于实施例3；

(6)根据实施例3与对比例12和对比例13检测结果可知，当本申请所述改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂制备方法的步骤3中重复所述步骤1和所述步骤2的次数小于3次或大于10次时，所制得的阻燃剂吸湿率高，且样条残炭率、膨胀率和氧指数均差于实施例3。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂，其特征在于，改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂为多层核-壳结构复合材料，内核材料为聚磷酸铵，每层壳体均包括两层，内层壳体为壳聚糖衍生物层，外层壳体为植酸层。

2.一种如权利要求1所述的一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将聚磷酸铵粉末分散在去离子水中，获得分散体A，恒温搅拌分散体A并向其中加入壳聚糖衍生物水溶液，获得反应液A，继续恒温搅拌反应液A15-120min，再洗涤、过滤；

步骤2、将所述步骤1过滤后得到的粉末产物分散在去离子水中，获得分散体B，恒温搅拌分散体B并向其中加入植酸水溶液，获得反应液B，继续恒温搅拌反应液B15-120min，再洗涤、过滤；

步骤3、将所述步骤2过滤后得到的粉末产物代替所述步骤1中的聚磷酸铵粉末循环进行所述步骤1和所述步骤2至少三次，获得多层包覆聚磷酸铵粉末；

步骤4、将所述步骤3获得的多层包覆聚磷酸铵粉末进行干燥、研磨过筛后，获得改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂。

3.根据权利要求2所述的一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的壳聚糖衍生物为壳聚糖磷酸酯、壳聚糖聚磷酸酯、壳聚糖磷酸酯三聚氰胺盐中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求2所述的一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖衍生物的分子量为50-500kDa。

5.根据权利要求2所述的一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的壳聚糖衍生物水溶液的质量百分比浓度为0.5-4wt％，pH值为2.5-5.5。

6.根据权利要求2所述的一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的植酸水溶液的质量百分比浓度为1-8wt％，pH值为3.0-6.0。

7.根据权利要求2所述的一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述分散体A和所述分散体B中粉末的质量百分比浓度均为10-40wt％。

8.根据权利要求2所述的一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述反应液A中聚磷酸铵粉末与壳聚糖衍生物的质量比为4-25:1；所述反应液A中聚磷酸铵粉末和所述反应液B中植酸的质量比为2-16:1。

9.根据权利要求2所述的一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，将所述步骤2过滤后得到的产物代替聚磷酸铵粉末循环进行步骤1和步骤2的操作3-10次。

10.一种如权利要求1所述的一种改性聚磷酸铵复合膨胀阻燃剂在聚烯烃阻燃方面的应用。