专利名称：一种大分子型阻燃剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种大分子型阻燃剂及其制备方法，具体涉及一种集炭源、酸源、气源 于一体的“三位一体”大分子型膨胀型阻燃剂。
背景技术：
在现有的阻燃剂中，传统的卤系阻燃剂具有阻燃效率高、对材料基本性能影响小 等优点，但其在热分解和燃烧中会产生大量烟尘、腐蚀性气体以及一些有毒物质，严重危害 人类健康，并对环境造成污染。因此，卤系阻燃剂正逐渐被无卤的绿色阻燃剂所替代。膨胀 型阻燃剂(intumescent FlameRetardant，简称IFR)是以碳、氮和磷为核心成份的一类阻 燃剂，因其无卤、低烟、无腐蚀性气体放出。但是，膨胀型阻燃剂存在于聚合物相容性差、耐 水性差、易团聚等问题，使得膨胀型阻燃剂在聚合物制品中极易渗出而流失，从而对膨胀阻 燃复合材料的物理机械以及阻燃性能带来不利影响。
现有技术中，为了克服阻燃剂的上述缺点，科研人员将微胶囊包裹技术应用于阻 燃剂的改性方面，即用天然或合成高分子材料将阻燃剂包裹成直径为微米级的胶囊，从而 提高阻燃剂的耐水性与相容性。例如申请号为201010124603. 4中国发明专利申请公开说 明书公开了一种三源一体微胶囊化膨胀型阻燃剂及其制备方，这种阻燃剂集酸源、炭源和 气源于一体，制备过程是先将聚乙二醇、三聚氰胺、甲醛水溶液、促进剂和蒸馏水反应制得 聚乙二醇改性三聚氰胺-甲醛预聚体，然后将聚磷酸铵粉粒悬浮于分散剂中，加入上述预 聚体以及硬化剂，最后得到三源一体微胶囊化膨胀型阻燃剂粉粒。微胶囊化工艺一般存在 “工艺控制难”、“需高速搅拌，耗能高”、“成本较高”等问题。发明内容
本发明目的是提供一种大分子型阻燃剂及其制备方法，以使用简便的制备工艺制 备稳定性、高分子相容性良好的集炭源、酸源、气源于一体的大分子型膨胀型阻燃剂。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种大分子型阻燃剂制备方法，由 三聚氰胺与磷酸反应获得三聚氰胺磷酸盐，再由三聚氰胺磷酸盐与丙烯酸反应获得三聚氰 胺磷酸丙烯酸盐，最后聚合而成三聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐，得到所述大分子型阻燃剂，具体 地，上述技术方案包括以下步骤
(1)制备三聚氰胺磷酸盐配置浓度为13 18mol/L的磷酸水溶液，然后加热到 60 80°C，分3 5批加入三聚氰胺，快速搅拌，在60 80°C下反应2 证，得到三聚氰 胺磷酸盐的悬浊液A ；
(2)制备三聚氰胺磷酸丙烯酸盐将丙烯酸滴加入悬浊液A中，超声分散，在60 80°C下反应2 证，得到三聚氰胺磷酸丙烯酸盐的悬浊液B ；
(3)将引发剂加入悬浊液B中，在60 80°C下反应2 釙；冷却、过滤、洗涤、干 燥得大分子型阻燃剂；所述引发剂选自过硫酸钾或过硫酸铵中的一种。
上述技术方案中，磷酸、三聚氰胺、丙烯酸和引发剂的物质的量的比为2熟 35 观 35 10 90 1 5;优选的技术方案中，磷酸与三聚氰胺的摩尔比为1 1; 丙烯酸与三聚氰胺的摩尔比为3 1。
本发明同时要求保护上述技术方案所得三聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐大分子型阻燃 剂。
本发明的基本原理为本发明通过三聚氰胺磷酸盐与丙烯酸反应，将氮、磷、碳元 素引入同一高分子结构中合成大分子膨胀型阻燃剂，改善阻燃剂的稳定性及其与高分子的 相容性；同时，通过控制磷酸、三聚氰胺和丙烯酸的物质的量的比来实现各元素之间最佳比 例，达到良好的协同效果。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点
1.本发明将氮、磷、碳元素引入同一高分子结构中合成大分子膨胀型阻燃剂，改善 阻燃剂的稳定性及其与高分子的相容性。
2.本发明提供了一种新的大分子型膨胀型阻燃剂，其集炭源、酸源、气源于一体， 属于“三位一体”膨胀型阻燃剂。
图1为实施例中制备三聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐大分子膨胀阻燃剂的流程示意图2为实施例所得大分子膨胀阻燃剂中间产物三聚氰胺磷酸盐的元素分析图3为实施例所得大分子膨胀阻燃剂的红外分析图4为实施例八中阻燃环氧树脂燃烧前后的照片。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
实施例一，制备流程参加附图1
(1)在250mL三口烧瓶中加入150mL水及17. 02g磷酸(85%,0. 147mol)，搅拌均 勻后，水浴加热到80°C，分5批加入18. 60g三聚氰胺(0. 147mol)，快速搅拌，在80°C下反应 证，得到悬浊液A。
(2)将3. 87g丙烯酸(0. 053mol)滴加入悬浊液A中，在80°C下反应池，得到悬浊 液B。
(3)将1. 5g过硫酸钾加入悬浊液B中，在80°C下反应池，冷却后抽滤，蒸馏水洗涤 3次，将产物置于80°C烘箱中干燥Mh，得产品，收率为50. 2%。
对所得中间产物三聚氰胺磷酸盐进行元素分析，如图2，表明N和P的摩尔百分含 量分别为39. 58%和6. 79%，该结果表明生成三聚氰胺磷酸盐。
对所得产物三聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐进行红外分析，如图3中的a，表明 3370cm"\3152cm_1为-NH3+和-NH2中N-H伸缩振动吸收峰；1671CHT1为C = N伸缩振动吸收 峰；1618CHT1为N-H弯曲振动吸收峰；IMScnT1为P = 0伸缩振动吸收峰；1046CHT1附近双 峰为H2PO4-伸缩振动吸收峰。该结果表明成功制备得到三聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐。
实施例二，制备流程参加附图1
(1)在250mL三口烧瓶中加入150mL水及17. 02g磷酸(85%,0. 147mol)，搅拌均 勻后，水浴加热到80°C，分5批加入18. 60g三聚氰胺(0. 147mol)，快速搅拌，在80°C下反应4证，得到悬浊液A。
(2)将11.61g丙烯酸(0. 16mol)滴加入悬浊液A中，在70°C下反应池，得到悬浊 液B。
(3)将3g过硫酸钾加入悬浊液B中，在60°C下反应2h，冷却后抽滤，蒸馏水洗涤3 次，将产物置于80°C烘箱中干燥^h，得产品，收率为73. 4%。
对所得产物三聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐进行红外分析，如图2中的b，表明3596(3!^1 为-NH3+中N-H的伸缩振动吸收峰，3400 3000CHT1为氢键吸收峰；3000 ^OOcnT1为聚 丙烯酸中-CH2的特征吸收峰；167 !^1为C = 0的伸缩振动吸收峰1516(31^1为C = N的伸 缩振动吸收峰；1050cm-1 = 0的伸缩振动吸收峰。该结果表明成功制备得到三聚氰胺 磷酸聚丙烯酸盐。
实施例三 七
根据实施例一的方法制备三聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐，区别在于，丙烯酸与三聚氰 胺的比例不同，具体配比见下表；对所得产物进行元素分析，结果见下表
权利要求
1.一种大分子型阻燃剂制备方法，其特征在于，由三聚氰胺与磷酸反应获得三聚氰胺 磷酸盐，再由三聚氰胺磷酸盐与丙烯酸反应获得三聚氰胺磷酸丙烯酸盐，最后聚合而成三 聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐，得到所述大分子型阻燃剂。
2.根据权利要求1所述大分子型阻燃剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)制备三聚氰胺磷酸盐配置浓度为13 18mol/L的磷酸水溶液，然后加热到60 80°C，分3 5批加入三聚氰胺，快速搅拌，在60 80°C下反应2 证，得到三聚氰胺磷酸 盐的悬浊液A ；(2)制备三聚氰胺磷酸丙烯酸盐将丙烯酸滴加入悬浊液A中，超声分散，在60 80°C 下反应2 证，得到三聚氰胺磷酸丙烯酸盐的悬浊液B ；(3)将引发剂加入悬浊液B中，在60 80°C下反应2 证；冷却、过滤、洗涤、干燥得 大分子型阻燃剂；所述引发剂选自过硫酸钾或过硫酸铵中的一种。
3.根据权利要求2所述大分子型阻燃剂制备方法，其特征在于，磷酸、三聚氰胺、丙烯 酸和引发剂的物质的量的比为观 35 观 35 10 90 1 5。
4.根据权利要求3所述大分子型阻燃剂制备方法，其特征在于，优选的技术方案中，磷 酸与三聚氰胺的摩尔比为1 1;丙烯酸与三聚氰胺的摩尔比为3 1。
5.采用权利要求1、2、3或4中的制备方法制备得到的三聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐大分子 型阻燃剂。
全文摘要
本发明涉及一种大分子型阻燃剂及其制备方法，具体涉及一种集炭源、酸源、气源于一体的“三位一体”大分子型膨胀型阻燃剂；所述大分子型阻燃剂制备方法，由三聚氰胺与磷酸反应获得三聚氰胺磷酸盐，再由三聚氰胺磷酸盐与丙烯酸反应获得三聚氰胺磷酸丙烯酸盐，最后聚合而成三聚氰胺磷酸聚丙烯酸盐，得到所述大分子型阻燃剂。本发明将氮、磷、碳元素引入同一高分子结构中合成大分子膨胀型阻燃剂，改善阻燃剂的稳定性及其与高分子的相容性。
文档编号C09K21/14GK102030848SQ201010537280
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者董延茂 申请人:苏州科技学院