[發明專利]利用原位包覆改性聚磷酸銨制備阻燃聚丙烯的方法

在審

• 申請號: 202010555335.5
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111704769A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 梅啟林;巫煉;羅成;倪圣;劉惠智;沈南柱;肖晗
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08K13/06;C08K9/10;C08K3/32;C08K5/521;B01J13/14
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;閉釗

本發明涉及一種利用原位包覆改性聚磷酸銨制備阻燃聚丙烯的方法。該方法首先以環氧樹脂為壁材、聚磷酸銨為芯材，采用階躍式升溫模式原位聚合得到了環氧樹脂包覆聚磷酸銨微膠囊，接著將其與季戊四醇等碳源復合得到膨脹型阻燃劑，最后將聚丙烯與該阻燃劑混煉、成型，制得了性能優異的阻燃聚丙烯產品。實驗表明，采用本發明方法制得的聚磷酸銨微膠囊固化更加完全，最終的聚丙烯產品阻燃及成炭性能大幅改善，且不再出現滴落現象。

技術領域

本發明涉及阻燃材料技術領域，具體涉及一種利用原位包覆改性聚磷酸銨制備阻燃聚丙烯復合材料的方法。

背景技術

膨脹型阻燃劑(IFR)因其環境友好性和高效性受到青睞。IFR經過一系列化學反應(例如酯化、碳化、膨脹和固化)形成膨脹的炭層，該炭層可以充當屏障，保護內部材料免受熱量破壞和緩慢的質量傳遞影響。與傳統的鹵素阻燃劑相比，以聚磷酸銨(APP)為主要成分的膨脹型阻燃劑具有無鹵、低煙、低毒等優點。聚磷酸銨由于自身的化學結構特點吸濕性很強且易團聚，與聚合物材料的相容性差，在高溫、高濕度的情況下極易向材料表面遷移并滲出，從而降低了材料的綜合效能，尤其是阻燃性能。

為降低聚磷酸銨的水溶性、提高其熱穩定性、改善與聚合物之間的相容性，通常會對聚磷酸銨進行表面改性處理。越來越多的學者采用微膠囊包覆聚磷酸銨改善其性能，環氧樹脂因具有良好的化學穩定性和熱穩定性而成為制備APP微膠囊的一種理想囊壁材料。中國專利CN1480253A公開了一種以聚磷酸銨為芯材，以蜜胺-甲醛樹脂為包覆材料的微膠囊包覆聚磷酸銨的制備方法，但是在反應過程中APP部分水解使其利用率較低，所得包覆產品的產率較低。中國專利CN101760049A公開了一種核殼型二氧化硅包覆聚磷酸銨的制備方法，該方法環保無污染，所得產品的阻燃性較好，但是制備過程太過繁瑣。中國專利CN101537331A公開了一種環氧樹脂包覆聚磷酸銨阻燃劑微膠囊的制備方法，該方案有效降低了APP的吸水性且提高了APP的分散性，但是其采用的升溫方式使得環氧樹脂的固化反應不夠完全。

聚丙烯樹脂(PP)是一種性能優異、用途廣泛的材料，但是存在易燃、燃燒滴落等不足，通常加入含鹵阻燃劑進行改性以便提高其阻燃性能。近年來含鹵阻燃劑的缺點日益暴露，越來越多的國家和組織轉而選用無鹵型膨脹阻燃劑。上世紀70年代季戊四醇磷酸酯誕生，該化合物具有較高的磷含量、良好的熱穩定性、優異的耐水性，80年代逐漸用作PP阻燃復合材料的碳化劑。時至今日，PP復合材料的阻燃性能、熱穩定性仍有待提高，開發新的阻燃體系仍然十分迫切。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用原位包覆改性聚磷酸銨制備阻燃聚丙烯的方法，該方法包括以下步驟：(a)將環氧樹脂(EP)、固化劑分散在有機溶劑中，再加入聚磷酸銨、分散劑并攪拌均勻，反應得到環氧樹脂包覆聚磷酸銨微膠囊；(b)將環氧樹脂包覆聚磷酸銨微膠囊與碳源混合均勻，得到膨脹型復合阻燃劑；(c)將聚丙烯基體與制得的膨脹型復合阻燃劑充分干燥，接著按比例投入混煉機中混煉，最后成形即可。

進一步的，所述環氧樹脂選自縮水甘油醚類環氧樹脂、縮水甘油酯類環氧樹脂、縮水甘油胺類環氧樹脂、脂環族環氧樹脂、脂肪族環氧樹脂中的至少一種，所述固化劑選自多乙烯多胺、聚醚胺、聚酰胺、乙二胺、二甲基咪唑中的至少一種，所述有機溶劑選自乙醇、甲醇、丙醇、環己酮、丙酮、正丁醇、異丁醇中的至少一種，所述分散劑選自蒙脫土、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、OP乳化劑中的至少一種，所述碳源選自季戊四醇或其衍生物、季戊四醇磷酸酯或其衍生物中的至少一種，所述聚丙烯基體選自聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯中的至少一種。

進一步的，步驟(a)中環氧樹脂、固化劑、分散劑的加入量分別相當于聚磷酸銨質量的5％-30％、0.5％-5％、0.5％-2％，有機溶劑與聚磷酸銨的用量比為1.5-3mL:1g。

進一步的，步驟(b)中環氧樹脂包覆聚磷酸銨微膠囊與碳源混合時的質量比為1:1-7:1，優選為4:1。

進一步的，聚磷酸銨、分散劑使用前需充分干燥。