CN1597747A - 一种氮－磷阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种氮－磷阻燃剂及其制备方法，其特点是将聚磷酸铵5～90重量份，有机氰胺5～90重量份，阻燃增效剂10～100重量份和水0～300份，加入带有搅拌器、温度计的混合釜中，于温度10～100℃，搅拌混合5～30分钟，混合均匀后，置入功率为100～5000W微波辐照设备下，辐照处理5～60分钟，冷却温度至50～60℃，粉碎，或再用微波辐照处理5～30分钟，研磨至平均粒径为10～100μm，所制备的氮－磷阻燃剂中氮含量为16～65％，磷含量为15～30％，热稳定性好、阻燃效率高、抑烟性强、不含卤素、有利于环保，可用于制备阻燃、抑烟型高分子材料。

Description

一种氮-磷阻燃剂及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种氮-磷阻燃剂及其制备方法，属于阻燃剂的制备领域。

二、背景技术

随着高分子材料科学的迅速发展，聚合物基材料已广泛应用于国防建设和国民经济的各个领域。然而，大多数聚合物材料，如通用塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，是可燃烧的；高分子材料制品燃烧、释放的有毒有害烟气造成的火灾悲剧正逐年上升。提高聚合物材料难燃或不燃性，降低其制品燃烧时的烟雾和有毒气体的排放量，使其服役后的产品易于回收、再利用，已成为一个重大的社会问题，也是关系高分子材料持续、稳定发展的战略问题。

聚合物的阻燃剂可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两大类。反应型阻燃剂虽然具有稳定性好，对高聚物力学性能的影响较小等优点，但其操作和加工工艺复杂，在实际应用中远不及添加型阻燃剂使用广泛。2001年统计数据显示，我国添加型阻燃剂中占主导地位的是卤素阻燃剂(大于80％)。与世界发达国家和地区相比，阻燃剂消费结构差距甚大。美国、日本、西欧无卤阻燃剂消费量分别占阻燃剂总消费量的60％、64％、50％，其中无机阻燃剂以氢氧化铝和氢氧化镁为主[阻燃材料与技术.2003(2).21]。卤素阻燃剂的优点在于分解温度大多在200℃～300℃左右，与各种高聚物的分解温度相匹配，能在最佳时刻在气相及凝聚相同时起阻燃作用，因此添加量小，阻燃效果好。虽然目前对卤素阻燃剂，特别是溴类阻燃剂，在燃烧时所产生的有毒气体和烟雾释放量等尚有争议，但使用部分该类阻燃剂生产的专用料在各国市场上将被限制销售。减少或限制卤素阻燃剂的使用，发展低烟低毒性气体排放的无卤阻燃体系，是当前阻燃领域研究的热点。

在无卤型阻燃剂中，氮、磷系阻燃剂，阻燃性强，烟、有毒及腐蚀性气释放量低，达到阻燃要求所需的填充量比使用无机阻燃剂氢氧化镁、氢氧化铝低，可以克服高填充量严重影响高分子材料力学性能的缺点。随纳米科技的进步，采用纳米级阻燃填料，如纳米级蒙脱土提高聚合物材料的阻燃和力学性能研究活跃[Macromolecular materialsand engineering V288，n3，Mar20，2003，P273-276]。然而纳米级阻燃填料极易团聚，在加工过程中难以分散均匀和其高昂的价格，限制了纳米级阻燃填料在阻燃专用料中的推广应用。

聚磷酸铵具有含磷氮量高，阻燃效果优越，易与其它阻燃剂配合使用等优点，在涂料、造纸等领域应用广泛。但因其存在吸湿性较大，受热易分解的缺点，在塑料工业上的应用被限制。有机氰胺类物质，如三聚氰胺、双氰胺等是含氮量高的氮系阻燃剂，其受热分解为NH₃、N₂、NO₂等无毒惰性气体，具有吸热、降温和稀释氧气的作用。然而有机氰胺类物质单独作为塑料的阻燃剂，因添加量高将影响材料的力学性能。美国专利5,599,626通过加热三聚氰胺使其升华，包覆在已研磨、粉碎的聚磷酸铵表面来改善聚磷酸铵的吸湿性、受热易分解的性能。该聚磷酸铵改性工艺能耗高且难以获得高的包覆率。改性后的聚磷酸铵包覆层在塑料加工中极易被破坏，其最终的使用效果难以保障。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种氮-磷阻燃剂及其制备方法。其特点是聚磷酸铵和有机氰胺类物质为基础原料，利用微波的热效应和非热效应，使有机氰胺类物质与聚磷酸铵反应，得到吸湿性小，热分解温度高的氮-磷阻燃剂。

本发明的目的是由以下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量份数。

氮—磷阻燃剂的起始原料的配方组分为：

    聚磷酸铵                       5-90份

    有机氰胺                       5-90份

    阻燃增效剂                     10-100份

    水                             0-300份

有机氰胺为三聚氰胺或双氰胺，阻燃增效剂为季戊四醇、硅钨酸、硼酸锌和/或三聚氰酸中的任一种。

氮-磷阻燃剂的制备方法：

将聚磷酸铵5-90份，有机氰胺5-90份，水0-300份，阻燃增效剂10-100份，在温度0-100℃下，高速搅拌5～30分钟，混合均匀，在100～5000W微波辐照下处理5～60分钟后，粉碎，或再用微波辐照处理5-30分钟，研磨至平均粒径为10～100μm的粉体。

该阻燃剂中氮含量为16～65％，磷含量为15～30％，热稳定性好、阻燃效率高、抑烟性强、不含卤素，可用于制备阻燃、抑烟型高分子材料。

本发明具有如下优点：

1.利用微波加热，增加了反应物分子间的碰撞，从而加快反应速率，同时又大大降低了能耗。

2.原料成本低，制备工艺简单、清洁、无污染。

3.该阻燃剂的氮、磷协同效应明显，有很好的阻燃效果。

4.该阻燃剂在赋予材料阻燃性能的同时，可提高力学性能。

四、具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只能用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例：

1.将聚磷酸铵250g、双氰胺150g，硼酸锌50g，在60℃下高速搅拌混合均匀，在900W微波辐照下处理20分钟，除去该体系中的分散介质后冷却至室温，粉碎，研磨至平均粒径小于20μm的粉体。

2.将聚磷酸铵200g、三聚氰胺200g，硅钨酸20g，以200g水为分散介质，在80℃下高速搅拌混合均匀，在600W微波辐照下处理30分钟，冷却至室温，粉碎至粒径小于500μm，再用300W微波辐照下处理20分钟，研磨至平均粒径小于10μm的粉体。

3.将聚磷酸铵200g、三聚氰胺300g，三聚氰酸80g，以300g水为分散介质，在90℃下高速搅拌混合均匀，在700W微波辐照下处理30分钟，冷却至室温，粉碎至粒径小于400μm、再用400W微波辐照下处理15分钟，研磨至平均粒径小于30μm的粉体。

4.将聚磷酸铵300g、双氰胺200g，季戊四醇100g，以300g水为分散介质，在70℃下高速搅拌混合均匀，在800W微波辐照下处理25分钟，冷却至室温，粉碎至粒径小于300μm，再用500W微波辐照下处理10分钟，研磨至平均粒径小于50μm的粉体。

应用实例：

将实施例1中所得氮-磷阻燃剂120g、尼龙-6 3000g和抗氧剂0.15g，加入搅拌机进行预混合后，将混合料在双螺杆挤塑机中，于温度220～250℃进行熔融共混、造粒后，于温度220～250℃注射成型，该产品阻燃性能测试可达到UL94-1.6mm V0级。其拉伸强度与未添加阻燃剂的尼龙-6相比提高30～40％。

Claims (4)

1.一种氮-磷阻燃剂，其特征在于该阻燃剂的配方组分按重量计为：

聚磷酸铵                      5-90份

有机氰胺                      5-90份

阻燃增效剂                    10-100份

水                            0-300份

其中有机氰胺为三聚氰胺或者双氰胺，该阻燃剂氮中含量为1665％，磷含量为15～30％。

2.按照权利要求1所述的氮-磷阻燃剂，其特征在于阻燃增效剂为季戊四醇、硅钨酸、硼酸锌或三聚氰酸中的任一种。

3.按照权利要求1或2所述氮-磷阻燃剂的制备方法，其特征在于：

将聚磷酸铵5～90重量份，有机氰胺5～90重量份，阻燃增效剂10～100重量份和水0～300重量份，加入带有搅拌器、温度计的混合釜中，于温度10～100℃，搅拌混合5～30分钟，混合均匀后，置入功率为100～5000W的微波辐照设备下，辐照处理5～60分钟，冷却温度至50～60℃，粉碎，或再用微波辐照处理5～30分钟，研磨至平均粒径为10～100μm的粉体。

4.按照权利要求1～3所述氮-磷阻燃剂的用途，其特征在于该阻燃剂主要用于制备阻燃、抑烟型高分子材料。