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聚磷酸铵的改性方法

发布日期:2021/10/27 13:55:38

背景及概述[1]

聚磷酸铵(Ammonium Polyphosphate以下简称APP)为磷系阻燃剂的主要品种,应用在灭火剂、阻燃涂料、阻燃高分子材料,是卤系阻燃剂的升级换代产品。卤素阻燃剂及其阻燃的高聚物材料在高温下热分解产生有毒的烟如多溴二苯英和多溴二苯并呋喃,而火灾的危害的80%来自吸入过量的浓烟,这是卤系阻燃剂的致命缺点,欧共体已提出限制该类阻燃剂的使用,且将逐渐淘汰。虽然聚磷酸铵阻燃效率不如卤系阻燃剂,但由于它燃烧时不产生有毒物质,热稳定性好且无烟无毒。基于上述情况,聚磷酸铵阻燃剂得到了高速增长。

改性方法[1-5]

聚磷酸铵应用于阻燃材料时,添加量大,降低阻燃材料的机械性能。一方面聚磷酸铵与有机高分子不相容,聚磷酸铵是极性较强的无机高分子物质,与通常的非极性高分子聚乙烯聚丙烯无法很好的混融,其阻燃材料存在薄弱点,材料力学性能下降;另一方面聚磷酸铵有一定的水溶解性,导致聚磷酸铵从阻燃材料中渗出,影响阻燃和机械性能。增大聚磷酸铵的聚合度,可以极大的降低其水溶解性,较大程度的减少渗出现象,但是聚磷酸铵表面极性没有改变。为了改善与有机高分子的相容性,聚磷酸铵通常需要表面改性处理以减少其表面极性和水溶解性,改性方法有微胶囊包膜、偶联剂封闭极性点、有机胺离子交换等,这些措施通常是有效的。

报道一、

在30℃下,在1000mL三口瓶中,将200g聚磷酸铵分散在500mL乙醇和水(V∶V=8∶2)的混合液中,加入N-甲基乙醇胺17.8g,机械搅拌反应1h后,得到聚磷酸铵-N-甲基乙醇胺盐,备用;

将6gγ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲基硅氧烷分散在500mL乙醇-水(V∶V=9∶1)混合溶剂中,在30℃下机械搅拌5分钟后,加入上述步骤的聚磷酸铵-N-甲基乙醇胺铵盐,搅拌分散,转速为500r/min,1h后进行抽滤,所得固体在105℃下干燥,得到白色粉末状的改性聚磷酸铵。

报道二、

a、取三聚氰胺25.2g、37wt%的甲醛溶液35.9g溶于50g水中,加碳酸钠调控PH为7~9, 温度为30℃,反应40min,生成预聚体MF;

b、取I型聚磷酸铵43g均匀分散在100g水中,加碳酸钠控制PH为5~6,温度为50℃, 向其中快速加入步骤a制得的预聚体MF43g,反应2h,在80℃下烘干,粉碎后得到三聚氰 胺甲醛树脂-聚磷酸铵(MFAPP);

c、取步骤b制得的MFAPP72g和过氧化二碳酸二异丙酯0.4g,加入105g乙醇中,搅拌 均匀,在40min内向其中滴加丙烯酸0.03g与丙烯酸乙酯8g形成的混合物,控制温度为60℃, 反应4h,在80℃下烘干,粉碎后得到原位聚合改性的聚磷酸铵粉末。

报道三、

一种用于水性防火涂料的聚磷酸铵的改性方法,步骤如下:

(1)聚磷酸铵表面羟基化处理:将100g聚磷酸铵与400ml去离子水加入反应容器中混合搅拌分散;随后,加入5.6g氨水,调节其pH值为7.0,在60℃下对聚磷酸铵表面羟基化处理;处理20min完后,将混合液过滤,乙醇溶剂洗涤。

(2)有机磷酸酯包覆聚磷酸铵:将步骤(1)羟基化处理后的100g聚磷酸铵、400ml丙酮混合搅拌半小时;随后,以1滴/3秒加至将含有5g环己六醇磷酸酯滴加进反应体系中,在50℃温度下,混合搅拌反应5h;反应完后,丙酮溶剂洗涤处理,获得包覆后的聚磷酸铵。

(3)硅烷偶联剂处理聚磷酸铵:将步骤(2)有机磷酸酯包覆后的100g聚磷酸铵、300ml甲醇混合搅拌分散,随后,以1滴/秒的滴加速度将其滴入含有15g硅烷偶联剂KH-550及100ml甲醇的反应容器中,并同时滴加7.13g氨水水解硅烷偶联剂,在40℃温度下反应4h后,将混合液过滤,洗涤,烘干获得包覆后的聚磷酸铵。

报道四、

a、取三聚氰胺25.2g、37wt%的甲醛溶液35.9g溶于50g水中,加碳酸钠控制PH为7~ 9,温度为30℃,反应40min,生成预聚体MF;

b、取I型聚磷酸铵43g均匀分散在100g水中,加碳酸钠控制PH为5~6,温度为50℃, 向其中快速加入步骤a制得的预聚体MF43g,反应2h,在80℃下烘干,粉碎后得到三聚氰 胺甲醛树脂-聚磷酸铵(MFAPP);

c、取步骤b制得的MFAPP72g、过氧化二碳酸二异丙酯0.4g与105g乙醇均匀搅拌,在 40min内向其中滴加丙烯酸0.02g、丙烯酸乙酯4g与醋酸乙烯4g的混合物,控制温度为60 ℃,反应4h,在80℃下烘干,粉碎后得到通过原位聚合改性的聚磷酸铵粉末。

报道五、

一种耐水性优良的密胺树脂包覆聚磷酸铵的制备方法,通过以下步骤实现:

步骤一、聚磷酸铵的前处理﹕按无水甲醇与十二烷基苯磺酸钠活性剂的质 量比为25﹕1的比例,将无水甲醇与十二烷基苯磺酸钠活性剂混合均匀,得前 处理溶液,将前处理溶液加入到具有加热搅拌功能的反应釜中;将聚磷酸铵加 入前处理溶液中,在35~55℃的反应温度下,搅拌反应20分钟,得到前处理聚 磷酸铵固液混合物,其中,聚磷酸铵的加入量为前处理溶液质量的50%;

步骤二、包覆处理液的制备﹕a、按照工业级三聚氰胺、37%(质量)甲醛 溶液和水的质量比依次为1:2:45的比例,将三聚氰胺、甲醛溶液和水混合得混 合液,调节混合液的pH值至8.5~9.0,然后在80℃的温度下,持续搅拌反应 60分钟,得到密胺树脂溶液;b、将a步骤得到的密胺树脂溶液冷却至40~65 ℃后,再向其中加入调理剂,保温搅拌反应30min,得包覆处理液;其中,调理 剂的加入量为密胺树脂溶液中三聚氰胺质量的0.5%,调理剂由质量比依次为 1:2:2的尿素、聚乙烯醇和间苯二酚配制而成;

步骤三、按步骤一得到的前处理聚磷酸铵固液混合物与步骤二得到的包覆 处理液的质量比为1﹕2.5的比例,将前处理聚磷酸铵固液混合物与包覆处理液 混合均匀得混合液,再向混合液中加入包覆处理液质量10%引发剂(引发剂是 90%(质量分数)磷酸与乙醇按质量比1:1的混合物),得包覆体系,调节包覆 体系的pH值至5.0~5.5,然后在70℃的温度下反应120分钟,得反应体系, 再将反应体系抽滤得到湿物料,再将湿物料在110℃的温度下干燥60分钟,得 到密胺树脂包覆聚磷酸铵,完成密胺树脂包覆聚磷酸铵的制备方法。

参考文献

[1] [中国发明,中国发明授权] CN201710480101.7 一种改性聚磷酸铵的制备方法

[2] [中国发明,中国发明授权] CN201310547613.2 改性聚磷酸铵及其制备方法和用途

[3] [中国发明,中国发明授权] CN201810069771.4 一种用于水性防火涂料的聚磷酸铵的改性方法

[4] [中国发明,中国发明授权] CN201310545994.0 原位聚合双层包覆改性聚磷酸铵及其制备方法和用途

[5] [中国发明,中国发明授权] CN201310742828.X 一种耐水性优良的密胺树脂包覆聚磷酸铵的制备方法

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