一種聚磷酸銨阻燃劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于阻燃劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚磷酸銨阻燃劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)的日益重視以及日常生活的安全需要，越來越多功能型材料 和功能型助劑不斷的被開發(fā)出來，用于預(yù)防火災(zāi)發(fā)生，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)，這其中阻燃劑是 阻燃技術(shù)中非常重要的功能型助劑。
[0003] 阻燃劑是一種用于改善可燃易燃材料燃燒性能的特殊的化工助劑，廣泛應(yīng)用于各 類裝修材料的阻燃加工中。經(jīng)過阻燃劑加工后的材料，在受到外界火源攻擊時(shí)，能夠有效地 阻止、延緩或終止火焰的傳播，從而達(dá)到阻燃的作用，其本質(zhì)上是能夠使聚合物以及相關(guān)材 料不易著火燃燒或能夠減慢燃燒速度的一種助劑。
[0004] 阻燃劑可分為含鹵阻燃劑和無鹵阻燃劑，其中含鹵阻燃劑在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生較 多的煙霧和有毒的腐蝕性氣體，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，為此歐盟2003年公布了《報(bào)廢電子電氣 設(shè)備指令》（簡(jiǎn)稱《WEEE》）和《關(guān)于在電子電氣設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》（簡(jiǎn)稱 《RolS》）兩個(gè)指令，其核心就是環(huán)保、節(jié)能，并由此要求電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無重金屬、無鹵阻燃 化、無溶劑化。鑒于含鹵阻燃劑的嚴(yán)重弊端，無鹵阻燃劑必然成為了未來阻燃劑的重要發(fā)展 方向之一。
[0005] 在眾多無鹵阻燃劑，聚磷酸銨（簡(jiǎn)稱APP) -直受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。它是一種含 N和P的聚磷酸鹽，分子通式為，按聚合度可分為低聚、中聚以及高聚3種。 聚磷酸銨具有的無毒無味，不產(chǎn)生腐蝕氣體，吸濕性小等優(yōu)點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的非鹵阻燃 劑。聚磷酸銨按結(jié)構(gòu)可以分為結(jié)晶形和無定形，結(jié)晶態(tài)聚磷酸銨為長(zhǎng)鏈狀水不溶性鹽，結(jié)晶 態(tài)聚磷酸銨有五種變形體：I、II、III、IV、V型，I型為等分子一銨和尿素混合物于一個(gè)氨壓 280°C下加熱16小時(shí)制得的產(chǎn)品，與由聚磷酸氨化所得的產(chǎn)品相同，I型在不同溫度下加熱 可得到其他幾種變形體。
[0006] 在實(shí)際應(yīng)用中，聚磷酸銨通常作為阻燃劑或協(xié)同阻燃劑使用，加入聚磷酸銨的聚 合物燃燒時(shí)會(huì)在聚合物表面形成一層均勻的泡沫碳層，減少聚合物表面熱量，抑制聚合熱 分解，起到隔熱、隔氧、防止熔滴產(chǎn)生的作用，降低了聚合物火災(zāi)的危險(xiǎn)性。但是由于聚磷酸 銨自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，聚磷酸銨作為阻燃添加劑也存在很多缺陷，如熱穩(wěn)定性差以及相 容性差協(xié)同阻燃效果不好等問題，這已經(jīng)成為限制其廣泛應(yīng)用的桎梏。
[0007] 因此，如何進(jìn)一步提高聚磷酸銨的協(xié)同阻燃性能和熱穩(wěn)定性，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)生產(chǎn) 廠商亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種聚磷酸銨阻燃劑及其制備方 法，本發(fā)明提供的包覆型聚磷酸銨阻燃劑能夠有效的協(xié)同提高聚磷酸銨的阻燃性能和熱穩(wěn) 定性。
[0009] 本發(fā)明提供一種聚磷酸銨阻燃劑，其特征在于，包括氮化碳和聚磷酸銨；
[0010] 所述氮化碳和聚磷酸銨的質(zhì)量百分比為（〇? 05~0? 45) :1。
[0011] 優(yōu)選的，所述聚磷酸銨阻燃劑具有包覆型結(jié)構(gòu)。
[0012] 優(yōu)選的，所述包覆型結(jié)構(gòu)為氮化碳包覆聚磷酸銨結(jié)構(gòu)。
[0013] 本發(fā)明提供一種聚磷酸銨阻燃劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0014]A)將氮化碳與溶劑進(jìn)行超聲攪拌后，得到分散液；
[0015] B)將上述步驟A)得到的分散液與聚磷酸銨混合反應(yīng)后，得到聚磷酸銨阻燃劑。
[0016] 優(yōu)選的，所述溶劑為醇類溶劑。
[0017] 優(yōu)選的，所述醇類溶劑為甲醇、乙醇、丙醇和異丙醇中的一種或多種。
[0018] 優(yōu)選的，所述超聲攪拌的時(shí)間為1~10小時(shí)。
[0019] 優(yōu)選的，所述反應(yīng)的溫度為20~150 °C。
[0020] 優(yōu)選的，所述反應(yīng)的時(shí)間為1~24小時(shí)。
[0021] 優(yōu)選的，所述混合反應(yīng)后還包括干燥；
[0022] 所述干燥的溫度為80~120°C，所述干燥的時(shí)間為4~10小時(shí)。
[0023] 本發(fā)明提供一種聚磷酸銨阻燃劑，其特征在于，包括氮化碳和聚磷酸銨；所述氮化 碳和聚磷酸銨的質(zhì)量百分比為（0.05~0.45) :1。本發(fā)明還提供一種聚磷酸銨阻燃劑制備 方法，首先將氮化碳與溶劑進(jìn)行超聲攪拌后，得到分散液；再將上述步驟得到的分散液與聚 磷酸銨混合反應(yīng)后，得到聚磷酸銨阻燃劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的聚磷酸銨與氮 化碳的復(fù)合材料阻燃劑，以氮化碳、溶劑和為原料，將氮化碳在醇類溶劑環(huán)境中借助超聲分 散，再與聚磷酸銨混合反應(yīng)，制備了氮化碳包覆聚磷酸銨的包覆型無鹵阻燃劑。本發(fā)明制 備的復(fù)合型阻燃劑平均粒徑相比聚磷酸銨沒有明顯增加，表層氮化碳分散均勻，殘?zhí)苛匡@ 著提高，具有較好的阻燃性能和熱穩(wěn)定性，同時(shí)可用作聚烯烴、聚苯乙烯等高分子材料的協(xié) 同阻燃劑，具有較好的相容性，明顯的提高了阻燃效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在氮?dú)鈼l件下進(jìn)行 熱重分析，相比單一的聚磷酸銨，750°C時(shí)殘?zhí)苛刻岣吡私?66%，在氮?dú)鈼l件下進(jìn)行熱重分 析，750°C時(shí)殘?zhí)苛刻岣吡?60% ;作為聚苯乙烯材料（PS)的協(xié)同阻燃劑，在熱輻射為35kW/ m2時(shí)采用錐形量熱法進(jìn)行分析，相比聚苯乙烯材料和單一聚磷酸銨的復(fù)合材料，熱釋放速 率峰值和總熱釋放值，最高時(shí)降低了約47%和16. 3%。
【附圖說明】
[0024] 圖1為未經(jīng)包覆的聚磷酸銨SEM電鏡掃描圖；
[0025] 圖2為實(shí)施例1制備的聚磷酸銨阻燃劑SEM電鏡掃描圖；
[0026] 圖3為實(shí)施例2制備的聚磷酸銨阻燃劑SEM電鏡掃描圖；
[0027] 圖4為實(shí)施例3制備的聚磷酸銨阻燃劑SEM電鏡掃描圖；
[0028] 圖5為實(shí)施例3制備的聚磷酸銨阻燃劑SEM電鏡掃描圖；
[0029] 圖6為實(shí)施例4制備的聚磷酸銨阻燃劑SEM電鏡掃描圖；
[0030] 圖7為在氮?dú)鈼l件下實(shí)施例1~4制備的聚磷酸銨阻燃劑與單一聚磷酸銨的熱重 分析曲線圖；
[0031] 圖8為在空氣條件下實(shí)施例1~4制備的聚磷酸銨阻燃劑與單一聚磷酸銨的熱重 分析曲線圖；
[0032] 圖9為實(shí)施例1~4制備的聚磷酸銨阻燃劑作為PS材料的協(xié)同阻燃劑、單一PS 材料以及單一的聚磷酸銨作為PS材料的協(xié)同阻燃劑的TGA曲線圖；
[0033] 圖10為實(shí)施例1~4制備的聚磷酸銨阻燃劑作為PS材料的協(xié)同阻燃劑、單一PS 材料以及單一的聚磷酸銨作為PS材料的協(xié)同阻燃劑的DTG曲線圖；
[0034] 圖11為實(shí)施例1~4制備的聚磷酸銨阻燃劑作為PS材料的協(xié)同阻燃劑、單一PS 材料以及單一的聚磷酸銨作為PS材料的協(xié)同阻燃劑的熱釋放速率曲線圖；
[0035] 圖12為實(shí)施例1~4制備的聚磷酸銨阻燃劑作為PS材料的協(xié)同阻燃劑、單一PS 材料以及單一的聚磷酸銨作為PS材料的協(xié)同阻燃劑的總熱釋放曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0037] 本發(fā)明所有原料，對(duì)其來源沒有特別限制，在市場(chǎng)上購買的或按照本領(lǐng)域技術(shù)人 員熟知的常規(guī)方法制備的即可。
[0038] 本發(fā)明所有原料，對(duì)其純度沒有特別限制，本發(fā)明優(yōu)選采用分析純。
[0039] 本發(fā)明提供一種聚磷酸銨阻燃劑，其特征在于，包括氮化碳和聚磷酸銨；所述氮化 碳和聚磷酸銨的質(zhì)量百分比為（0. 05~0. 45) :1。
[0040] 本發(fā)明所述氮化碳和聚磷酸銨的質(zhì)量百分比優(yōu)選為（0. 05~0. 45) :1，更優(yōu)選為 (0. 1~0. 4) : 1，更優(yōu)選為（0. 15~0. 35) : 1，最優(yōu)選為（0. 2~0. 3) : 1 ;所述聚磷酸銨阻燃 劑為氮化碳與聚磷酸銨的復(fù)合材料；本發(fā)明對(duì)所述聚