[發明專利]金屬離子改性聚磷酸銨及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201410342545.0
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104131463A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 李強林;黃方千;馮西寧
• 申請（專利權）人: 成都紡織高等專科學校
• 主分類號: D06M15/263
• 分類號: D06M15/263;D06M11/72;D06M15/564;C08L23/12;C08K9/02;C08K3/32;D06M101/32
• 代理公司: 四川君士達律師事務所 51216
• 代理人: 芶忠義

技術領域

本發明涉及聚磷酸銨改性技術領域，特別公開一種金屬離子改性聚磷酸銨及其制備方法和應用。

背景技術

聚磷酸銨(Ammonium?Polyphosphate簡稱APP)是一種磷氮含量高、熱穩定性好、無醛無鹵無毒、燃燒時不產生有毒物質的高效磷氮系阻燃劑，它廣泛用于滅火劑、防火涂料、涂層阻燃和高分子材料阻燃劑、膨脹型阻燃劑等領域。然而，由于聚磷酸銨是一種無機高分子化合物，具有親水性，存放于空氣中時會吸收空氣中的水分，易吸潮導致聚磷酸銨水解；并且無機聚磷酸銨與有機高分子材料的相容性差，在加工過程中容易團聚而不能均勻分散，往往使力學性能等不能達到使用要求，為了使其能夠發揮阻燃作用的同時不影響材料其他性能，在很多情況下都需要對其表面進行改性。

聚磷酸銨改性通常采用物理改性方法和化學改性方法兩種。其中物理改性方法有表面活性劑改性和微膠囊化處理，化學改性方法有表面活化改性和偶聯劑改性處理。例如，謝吉星等在《阻燃材料與技術》上發表《聚磷酸銨的微膠囊化與阻燃應用》報道利用密胺甲醛樹脂對APP進行微膠囊化研究，獲得了較好的阻燃性，水溶性也顯著下降，但是游離甲醛和甲醛釋放量均大大增加。也有學者將APP在高溫下活化后利用三聚氰胺在不同條件下對APP進行包覆處理，從而也大大降低了APP的吸濕性和水溶性，但對APP在有機高分子材料中的相容性問題沒有得到良好的解決。

隨著聚磷酸銨改性技術的深入發展，出現了越來越多的聚磷酸銨改性方法。例如，專利CN101570325B公開一種改性聚磷酸銨的方法，將改性劑氨基烷烴與溶劑丙酮、無水乙醇、無水甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚、乙醚或苯的混合溶液倒入聚磷酸銨中，攪拌、靜止、再繼續攪拌，得到混合物，再將混合物在溫度為100℃～250℃的條件下烘干1～3小時，即得改性的聚磷酸銨。專利CN102618087A公開了一種含硅磷腈改性聚磷酸銨阻燃劑的制備方法，其將聚磷酸銨添加到APESP溶液體系中，除去溶劑后干燥，即得到改性后的聚磷酸銨阻燃劑。專利CN103382267A公開了一種有機胺改性聚磷酸銨及其制備方法：先在室溫下，將醇類化合物中的任一種與水按照體積比100:1～20混合，然后通入惰性氣體，并在惰性氣體氛圍下將聚磷酸銨和有機胺按摩爾比10:1～10加入到反應容器中，攪拌升溫至70～90℃，反應2～5h，乙醇洗滌、烘干即可。專利CN103554999A公開了一種改性聚磷酸銨及其制備方法，其采用三聚氰胺與甲醛溶液制成預聚體，再將預聚體包覆在聚磷酸銨上形成三聚氰胺甲醛樹脂改性的聚磷酸銨，然后再加入丙烯酸與至少一種丙烯酸酯類組成的混合物與三聚氰胺甲醛樹脂改性的聚磷酸銨反應形成雙層包覆的改性聚磷酸銨。

許多金屬磷酸鹽，性質穩定，耐高溫，不溶于水，安全性高，無不良反應和副作用，可作阻燃劑使用，如焦磷酸鐵用于合成纖維防火劑，磷酸鋁廣泛用于防火涂料，磷酸鋅通常用于氯化橡膠、合成高分子材料的阻燃劑，磷酸鎂、磷酸鈣等也廣泛用于防火添加劑。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬離子改性聚磷酸銨，其采用金屬離子改性劑對聚磷酸銨進行改性，使其具有良好的阻燃性，同時克服聚磷酸銨易吸潮、相容性差等問題，可獲得很良好的耐水效果，且不含鹵素和甲醛。

本發明的另一個目的在于提供一種新的聚磷酸銨的化學改性方法，其采用金屬離子改性劑和溶劑對聚磷酸銨進行改性，其制備操作簡單、改性成本低。

本發明的又一個目的在于提供金屬離子改性聚磷酸銨作為阻燃劑的應用，可廣泛應用于塑料、橡膠、防火涂料和紡織品涂層等領域。

本發明提供一種金屬離子改性聚磷酸銨，其以金屬離子對聚磷酸銨進行改性，獲得金屬離子改性聚磷酸銨。

較佳的，所述的金屬離子為鐵、鎂、鈣、鋁、鋅等離子中的一種或多種。

較佳的，所述的聚磷酸銨為I-型聚磷酸銨或II-型聚磷酸銨，優選的，所述的聚磷酸銨為聚合度為5～20的可溶性聚磷酸銨，或者聚合度為21～2000的不溶性聚磷酸銨。

本發明還提供一種制備金屬離子改性聚磷酸銨的方法，將聚磷酸銨分散于溶劑中，在攪拌條件下加入金屬離子飽和溶液，充分混合反應后，制得金屬離子改性聚磷酸銨。其化學反應式參見附圖1。

較佳的，將聚磷酸銨均勻分散于溶劑中，在攪拌下加入金屬離子的飽和溶液，充分混合反應、沉淀后，加熱至60～180℃，除去溶劑和結晶水，冷卻，粉碎，即得金屬離子改性聚磷酸銨成品。