[发明专利]原位聚合双层包覆改性聚磷酸铵及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种原位聚合双层包覆改性聚磷酸铵及其制备方法和用途。

背景技术

聚磷酸铵又称多聚磷酸铵或缩聚磷酸铵(简称APP)，1965年美国孟山都公司首先开发成功。聚磷酸铵无毒无味，不产生腐蚀气体，吸湿性小，热稳定性高，是一种性能优良的非卤阻燃剂，结晶态聚磷酸铵有五种变形体：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型，Ⅰ型为等分子一铵和尿素混合物于一个氨压280℃下加热16小时制得的产品，与由聚磷酸氨化所得的产品相同，Ⅰ型在不同温度下加热可得到其他几种变形体。

随着聚合物的广泛使用，阻燃剂作为最为有效的阻燃添加剂，已经发展成为了种类繁多的体系。阻燃剂根据使用方式的不同，可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两类，添加型阻燃剂是通过物理方法引入阻燃剂到聚合物中，但是相容性差，阻燃效果不能持久；反应型阻燃剂是将含磷阻燃单体与高聚物单体进行共聚，将阻燃基团引入高分子链或侧链，以共价键结合起来的本体阻燃聚合物，得到的树脂可有持久的阻燃效果，又能保持树脂原有的热学性质和力学性能。聚磷酸铵作为典型的无机磷系阻燃剂，因其高阻燃性、低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，广泛用于阻燃领域。结晶态聚磷酸铵有五种变形体：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型，Ⅰ型为等分子一铵和尿素混合物于一个氨压280℃下加热16小时制得的产品，与由聚磷酸氨化所得的产品相同，Ⅰ型在不同温度下加热可得到其他几种变形体。

加入聚磷酸铵的聚合物燃烧时会在聚合物表面形成一层均匀的泡沫炭层，减少聚合物表面热量，抑制聚合热分解，起到隔热、隔氧、防止熔滴产生的作用，降低了聚合物火灾的危险性。但是由于自身化学结构的特点，聚磷酸铵作为阻燃添加剂也存在很多的缺陷。例如：吸湿性强，各成分之间易发生醇解，导致聚合物抗水性下降；相对分子量较低，聚合物的热稳定性差，抗迁移性差，阻燃剂的物理机械性能降低；与聚合物的相容性差，使聚合物的力学性能、电性能和绝缘性能下降，这些因素影响了阻燃剂的阻燃性能，因此需要对聚磷酸铵进行改性处理。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种原位聚合双层包覆改性聚磷酸铵及其制备方法和用途。

本发明原位聚合双层包覆改性聚磷酸铵的制备方法，按以下步骤制备而成：

a、取三聚氰胺、甲醛溶液、水混合形成混合液，控制pH为7～9，反应温度为30～120℃，反应20～120min，生成预聚体，其中，混合液中三聚氰胺的浓度为18～35wt%，甲醛的浓度为10～30wt%；

b、取聚磷酸铵、水，混匀，控制pH为5～6，温度为30～100℃，向其中加入步骤a制得的预聚体，反应2～5h，烘干，粉碎得到三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵W₁；其中，按重量比聚磷酸铵：水=40～90：100；按重量比预聚体：聚磷酸铵=1:1～5；

c、取步骤b得到的三聚氰胺甲醛树脂改性的聚磷酸铵W₁、有机溶剂W₂、引发剂W₃，混匀后，在40～80min内向其中加入W₄，控制温度为50～100℃，反应4～5h，烘干，粉碎得到原位聚合改性聚磷酸铵粉末；

其中，所述的W₃为有机过氧化物、过硫酸盐中至少一种；所述的W₄为丙烯酸、丙烯酸酯类和W₅的混合物，W₅为醋酸乙烯、苯乙烯和丙烯腈中的至少一种；按重量比W₁：W₂：丙烯酸酯类：丙烯酸：W₃：=100:100～400:10～150:0.03～0.4:0.5～1；按重量比丙烯酸酯类：W₅=1：0.1～1。

步骤a中当加入低浓度的甲醛溶液时可以不加水，只要满足混合液中三聚氰胺的浓度为18～35wt%，甲醛的浓度为10～30wt%即可。

步骤b中加入预聚体的方式优选快速加入。

步骤c中加入W₄的方式优选滴加。

进一步地，为了能够得到预聚体，优选步骤a或b中控制pH的方式为加入可溶性碳酸盐、氢氧化钾、氢氧化钠和氨水中至少一种。

进一步地，优选步骤a或b中控制pH的方式为加入可溶性碳酸盐。

进一步地，从成本、来源考虑，优选所述的可溶性碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的至少一种，优选可溶性碳酸盐为碳酸氢钠与碳酸氢钾中至少一种；最优选可溶性碳酸盐为碳酸氢钠。