[发明专利]一种抗静电和阻燃的磷氮系阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗静电和阻燃的磷氮系阻燃剂及其制备方法，属于功能高分子材料领域。

背景技术

高分子材料一般都是易燃或可燃的，容易引发火灾事故，已成为引发火灾的主要着火材料。为确保材料的使用安全性，最有效的办法是在高分子材料中加入阻燃剂(FR)，使之可燃性降低，在燃烧过程中抑制烟雾或有毒气体的产生。阻燃剂的种类繁多，其中用量最大的是卤系阻燃剂，特别是溴系阻燃剂(BFR)。1986年瑞士的研究机构发现了卤系阻燃剂的二噁英(Dioxins)问题，即多溴二苯醚及其阻燃的高聚物在510℃～630℃下热分解产生有毒的多溴二苯并二烷(PBDD)和多溴二苯并呋喃(PBDF)，这就给卤系阻燃剂的发展带来严峻的挑战，并促使研究人员去开发低卤无卤新产品以减少对环境的影响。磷系阻燃剂的用量因此获得高速增长。磷系阻燃剂大都具有低烟、无毒、低卤、无卤等优点，符合阻燃剂的发展方向，具有很好的发展前景。

静电已成为高分子材料火灾的主要原因之一。通常高分子材料具有电绝缘性，如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)的表面电阻一般为10¹⁶～10²⁰Ω。因此，极易产生静电。当静电积累严重时，会产生静电火花，从而可能会引起火灾、爆炸、电击等事故。为了避免此类事故，在很多场合(煤矿、石油等行业)高分子材料制品的使用必须做抗静电处理。添加抗静电剂是消除高分子材料静电的最为简单有效的办法，且成本低，实用性强，应用也最为普遍。传统的方法是在高分子材料中添加少量表面活性剂或其他亲水性物质即可显示出抗静电效果。该方法的主要缺陷有：在比较干燥的条件下，由于表面吸收的水分有限，该方法就会失效；由于表面活性剂或其他亲水性物质会慢慢迁移到材料表层，导致材料里的表面活性剂或其他亲水性物质的量越来越少，应用该抗静电技术制备的抗静电材料的寿命是有限的，不是永久的。将各种导电填料(金属粉末、金属纤维、炭黑等)加入到高分子材料中的复合工艺简单易行，能够解决传统技术存在的两个问题，制得永久性抗静电性材料。现在采用的无机导电填料种类繁多，但用得最多的是导电炭黑。在聚合物中添加炭黑仍存在以下问题：复合材料中添加导电炭黑，使复合材料的力学性能损失严重，尤其是断裂伸长率降低明显；在炭黑的添加量与复合材料的电阻率曲线中，在逾渗值附近的曲线变化幅度特别大，这就使得材料电阻率的可控性的难度很大，可重复性也差。

采用本征型的导电高分子作为导电填料制备高分子的复合材料，能够解决上述的几个问题。由于聚苯胺(PANI)具有原料易得、合成工艺简单、化学及环境稳定性好、价格相对较低、性能稳定、导电性好等优点而得到了广泛的研究和开发，并在许多领域显示出了广阔的应用前景。PANI被认为是众多导电高分子中最具有商业前景的一种。采用PANI为导电填料制备抗静电性能优良的PANI复合材料，其材料的力学性能没有因PANI的加入而恶化。在PANI的添加量与复合材料的电阻率曲线中，在逾渗值附近的曲线比较平缓，从而使得材料电阻率的可控性较好。

在很多场合(煤矿、石油、化工、橡胶、造纸印刷、粉末加工等行业)使用的高分子材料制品必须同时具有阻燃和抗静电性能。为了制备这种双抗功能材料，不得不在高分子材料中同时加入阻燃剂和抗静电剂。由于阻燃和抗静电是两个相对独立的过程，将阻燃剂与抗静电剂复合是个复杂的过程，容易出现以下两个问题：首先，由于需要同时引入阻燃剂和抗静电剂才能达到双抗功能的指标，使得基材中的总填料量很大，两种填料与基材的相容性较差或两种填料之间的相互影响使得填料在基材中的分散不好，最终易导致复合材料的力学性能恶化或性能不稳定，在使用过程中出现添加剂的喷霜或渗出现象。其次，容易出现阻燃剂与抗静电剂之间相互削弱的现象，例如胺类抗静电剂与含氯阻燃剂。

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抗静电和阻燃的磷氮系阻燃剂及其制备方法，其特点是在聚磷酸铵的存在下，通过苯胺或其衍生物的原位聚合得到具有抗静电和阻燃双功能的磷氮系阻燃剂。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所有原料分数除特殊说明外，均为重量分数。

抗静电和阻燃的磷氮系阻燃剂由以下组分组成：

聚磷酸铵                                                         1份

苯胺或其衍生物                                            0.01～20份

其中，聚磷酸铵为I型、II型、III型、IV型、V型和VI型晶体中的至少一种。