一种稻秸表面原位聚合聚磷酸铵的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阻燃原料的制备方法，具体涉及一种在稻秸表面原位聚合聚磷酸铵的方法，属于阻燃复合材料领域。
【背景技术】
[0002]聚磷酸铵是一种含磷含氮的高效无卤低毒的阻燃剂，常用来提高植物纤维增强聚烯烃复合材料的阻燃性能。高温下，聚磷酸铵迅速分解成氨气和聚磷酸，聚磷酸是强脱水剂，可使植物纤维中的聚糖脱水炭化形成炭层，隔绝聚合物与氧气的接触，在固相起阻止燃烧的作用；脱水过程中形成的水气和聚磷酸铵分解的氨气可以稀释气相中的氧气浓度，从而起到阻止燃烧的作用。单独使用聚磷酸铵时存在着添加量相对较大、在潮湿的坏境下易于水解并向表面迀移而流失，导致阻燃效率的降低，同时，在复合材料的制备过程中，聚磷酸铵易团聚，与复合材料的相容性差，导致材料的加工性能和冲击性能明显下降。
[0003]近年来，利用纳米材料作为聚磷酸铵的阻燃协效剂进行阻燃迅速发展。通过将纳米二氧化硅和聚磷酸铵复配，利用两者之间的协同效应，可以起到促进成炭和稳定成炭的作用，提高阻燃效率、保持材料的物理机械性能。
[0004]农业加工剩余物如稻秸、稻壳，通过生物矿化作用在其外表面富含纳米二氧化硅，利用其表面的纳米二氧化硅可以直接和聚磷酸铵产生协同阻燃作用，提高阻燃性能，而不用单独添加。但是，聚磷酸铵的堆积密度约1.9g/cm3，稻秸原料的堆积密度约0.2g/cm3，两者之间在堆积密度、比表面积存在很大的差异，聚磷酸铵固体很难均匀分散在稻秸材料中，进而严重影响聚磷酸铵和稻秸表面纳米二氧化硅的聚合反应，从而对后续制品，如草塑复合材料的阻燃效果和加工性能产生不利的影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的:提供一种在稻秸表面原位均匀聚合聚磷酸铵的方法。该方法克服了现有聚磷酸铵和和稻秸表面二氧化硅反应时分散不均匀，反应不充分的不足。该方法制备简单快捷，易于控制，成本低，可用于工业化批量生产。
[0006]本发明的技术解决方案:将聚磷酸铵溶解在NaCl的水溶液中，加入一定量的分散剂，制成预聚体，再通过喷涂法将聚磷酸铵预聚体喷涂到稻秸表面，然后进行真空干燥，制备得到表面原位聚合聚磷酸铵的稻秸原料。
[0007]一种稻秸表面原位聚合聚磷酸铵的具体制备方法如下:
[0008](I)聚磷酸铵预聚体的制备:将聚磷酸铵分散在质量分数为0.5?3.0% NaCl水溶液中，所述聚磷酸铵和NaCl水溶液的质量比1: 100?15: 100，在70?100°C搅拌20?80min，加入一定量的分散剂，制备得到聚磷酸钱预聚体。
[0009](2)原位聚合过程:按稻秸和聚磷酸铵预聚体质量分数为1: 3?1: 10分别称取稻秸以及步骤(I)制备得到的聚磷酸铵预聚体，通过喷涂法聚磷酸铵预聚体喷涂到稻秸表面，再通过40°C的真空干燥，在稻秸表面原位聚合聚磷酸铵。
[0010]本发明的优点:
[0011](I)通过在稻秸表面原位聚合聚磷酸铵，促进聚磷酸铵在稻秸表面的均匀分散，提高了聚磷酸铵和稻秸表面纳米二氧化硅的反应程度，同时降低了聚磷酸铵的添加量。
[0012](2)以表面原位聚合聚磷酸铵的稻秸与塑料制成的草塑复合材料，性能测试表明:草塑复合材料的氧指数提高了 18?25%，冲击强度提高了 20?36%。
【具体实施方式】
[0013]实施例1，配置NaCl水溶液，其质量分数为0.5%。按聚磷酸铵和NaCl水溶液质量分数为1: 100混合，在70°C搅拌为30min，加入10%的硅烷偶联剂，制备得到聚磷酸铵预聚体。按稻秸和聚磷酸铵预聚体质量比1: 3分别称取稻秸和聚磷酸铵预聚体，然后将聚磷酸铵预聚体喷涂到稻秸表面，再放入真空干燥箱中在40°C干燥48h，即可得到表面原位聚合聚磷酸铵的稻秸原料。将处理好的稻秸原料与塑料制成草塑复合材料。经测试，制备得到的草塑复合材料氧指数提高了 18%，冲击强度提高了 20%。
[0014]实施例2，配置NaCl水溶液，其质量分数为1.5%。按聚磷酸铵和NaCl水溶液质量分数为3: 100混合，在70°C搅拌为40min，加入15%的钛酸酯偶联剂，制备得到聚磷酸铵预聚体。按稻秸和聚磷酸铵预聚体质量比1: 5分别称取稻秸和聚磷酸铵预聚体，然后将聚磷酸铵预聚体喷涂到稻秸表面，再放入真空干燥箱中在40°C干燥48h，即可得到表面原位聚合聚磷酸铵的稻秸原料。将处理好的稻秸原料与塑料制成草塑复合材料。经测试，制备得到的草塑复合材料氧指数提高了为22%，冲击强度提高了 36%。
[0015]实施例3，配置NaCl水溶液，其质量分数为2.0%。按聚磷酸铵和NaCl水溶液质量分数为10: 100混合，在80°C搅拌为60min，加入18%的硅烷偶联剂，制备得到聚磷酸铵预聚体。按稻秸和聚磷酸铵预聚体质量比1: 8分别称取稻秸和聚磷酸铵预聚体，然后将聚磷酸铵预聚体喷涂到稻秸表面，再放入真空干燥箱中在40°C干燥48h，即可得到表面原位聚合聚磷酸铵的稻秸原料。将处理好的稻秸原料与塑料制成草塑复合材料。经测试，制备得到的草塑复合材料氧指数提高了为23%，冲击强度提高了 31%。
[0016]实施例4，配置NaCl水溶液，其质量分数为3.0%。按聚磷酸铵和NaCl水溶液质量分数为15: 100混合，在100°C搅拌为80min，加入20%的异氰酸酯，制备得到聚磷酸铵预聚体。按稻秸和聚磷酸铵预聚体质量比1: 10分别称取稻秸和聚磷酸铵预聚体，然后将聚磷酸铵预聚体喷涂到稻秸表面，再放入真空干燥箱中在40°C干燥48h，即可得到表面原位聚合聚磷酸铵的稻秸原料。将处理好的稻秸原料与塑料制成草塑复合材料。经测试，制备得到的草塑复合材料氧指数提高了为25%，冲击强度提高了 28%。
【主权项】
1.一种稻秸表面原位聚合聚磷酸铵的方法，其特征在于按如下方法制得: (1)聚磷酸铵预聚体的制备:将聚磷酸铵分散在NaCl水溶液中，搅拌，加入分散剂，制备得到聚磷酸铵预聚体； (2)原位聚合过程:取稻秸以及步骤(I)制备得到的聚磷酸铵预聚体，通过喷涂法在稻秸表面形成聚磷酸铵预聚体，然后再在40°C的真空干燥箱中进行干燥，在稻秸表面原位聚合聚磷酸铵。2.根据权利要求1所述的一种稻秸表面原位聚合聚磷酸铵的方法，其特征在于所述步骤(I)中聚磷酸铵与NaCl水溶液的质量比为1: 100?15: 100，其中NaCl水溶液的质量分数为0.5?3.0%，搅拌温度为70?100°C，搅拌时间为20?80min。3.根据权利要求1所述的一种稻秸表面原位聚合聚磷酸铵的方法，其特征在于所述步骤(I)中分散剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或异氰酸酯，分散剂的质量为聚磷酸铵的10 ?20%。4.根据权利要求1所述的一种稻秸表面原位聚合聚磷酸铵的方法，其特征在于所述步骤(2)中稻秸、聚磷酸铵预聚体质量比1: 3?1: 10。
【专利摘要】本发明公开一种稻秸表面原位聚合聚磷酸铵的方法，属于阻燃复合材料领域。步骤为将聚磷酸铵分散在质量分数为0.5～3.0％NaCl水溶液中，在70～100℃搅拌20～80min，然后加入分散剂，制备得到聚磷酸铵预聚体。将制备得到的聚磷酸铵预聚体，通过喷涂法喷涂到稻秸表面，再通过40℃的真空干燥，在稻秸表面原位聚合聚磷酸铵。本发明通过将聚磷酸铵制成预聚体，喷涂到稻秸表面，促进聚磷酸铵在稻秸表面的均匀分散，提高了聚磷酸铵和稻秸表面纳米二氧化硅的聚合程度，同时降低了聚磷酸铵的添加量。该方法制备简单快捷，易于控制，成本低，可用于工业化批量生产。
【IPC分类】C08H8/00
【公开号】CN104892959
【申请号】CN201510348704
【发明人】潘明珠, 梅长彤, 蔡欣, 姜东
【申请人】南京林业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日