专利名称：含n-p笼形大分子膨胀型阻燃剂及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种阻燃剂及其制备工艺，特别是一种含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂及其制备工艺。
背景技术：
N-P膨胀型阻燃剂是以磷和氮为主要成分的阻燃剂，由于磷和氮之间存在协同作用，阻燃机理具有多重性，具有良好的阻燃性能，其发烟量小，有毒气体的生成量很小，被认为是今后阻燃剂的重要发展方向之一。N-P膨胀型阻燃剂体系一般由以下三个部分组成:酸源(脱水剂)，一般可以是无机酸或加热至100 250°C时生成无机酸的化合物，如磷酸、硫酸、硼酸、各种磷酸盐、磷酸酯、硼酸盐等；炭源(成炭剂)，它是形成泡沫炭化层的基础，主要是一些含碳量高的多羟基化合物，如淀粉、季戊四醇、季戊四醇二聚物、季戊四醇三聚物、含有羟基的有机树脂等；气源(氮源，发泡剂)，常用的发泡源一般为三聚氰胺、双氰胺、聚磷酸铵等。中国专利201210158248公开了一种无卤阻燃剂水相细化改性方法，它包括以下工艺步骤:(I)将无卤阻燃剂、水和硅烷偶联剂溶液加入高剪切乳化机中，在0 100°C下充分搅拌30 90分钟，制成偶联剂为无卤阻燃剂质量的0.1 5.0%的无卤阻燃剂浆液。
(2)将无卤阻燃剂浆液泵送至两级 搅拌球磨机中，研磨90 300分钟。(3)将两级研磨后的无卤阻燃剂浆液泵送至喷雾干燥器中脱水干燥，得到偶联剂包覆改性的无卤阻燃剂。所述硅烷偶联剂溶液为质量浓度为10%的硅烷偶联剂乙醇溶液；所述硅烷偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷。在采用球磨机生产的过程中，其耗能量大，且生产工时长，无形中增加生产成本。同时，在球磨过程中，温度控制难度较大，容易导致球磨混合时涂料鼓泡沸腾、稠度增大，使阻燃体系失效。中国专利201110122334.2公开了一种氯代烷基多具磷酸酯阻燃剂及其合成工艺，所述阻燃剂为三氯氧磷与二甘醇为原料反应生成中间体，中间体在于环氧丙烷在催化剂的条件下反应，合成得到本发明产物。虽然这种工艺较简单，生产成本低，但是在阻燃过程中，阻燃剂降解产生卤化氢或金属卤化物，这些化合物增加了火灾中有毒、遮蔽性气体的生成量，对环境和人体都构成极大的危害。聚磷酸铵作为传统阻燃剂的原料之一，就耐水性而言，国内的聚磷酸铵受自身的水溶性影响，容易吸潮，国外的聚磷酸铵虽然耐水性较好，但是成本很高。而且聚磷酸铵自身的聚合度、PH值等因素造成防火涂料涂层开裂、塌泡。另外，在温差较大的地区，实用聚合度较低的聚磷酸铵会导致涂层表面析出白色粉末，影响防火涂料的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种集“三源”于一体、阻燃效果好、生产耗能量少和使用成本低的含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂及其制备工艺。本发明的目的通过以下技术方案来实现:含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂，它包括磷酸、五氧化二磷、季戊四醇、三聚氰胺和催化剂，各组分的重量份数为:
磷酸20 60份
五氧化二磷10 30份
季戊四醇10 40份
三聚氰胺40 70份
催化剂5 10份。所述的催化剂为NKC-9。所述的含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂的制备工艺，它包括以下步骤:
A:向反应釜中加入前述重量份的磷酸和五氧化二磷，搅拌均匀，并升温至100°C 150。。；
B:向反应釜中加入前述重量份的季戊四醇和催化剂NKC-9反应600min 720min，得到季戊四醇磷酸酯中间体；
C:将步骤B所得到的酯类中间体与前述重量份的三聚氰胺混合均匀，控制其温度范围为180°C 280V之间，高温固化120min 300min，交联固化得到季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐；
D:将步骤C所得物粉碎至200 400目，最终制得成品。本发明具有以下优点 :
1、本发明所得到的复合高分子单体集酸源、炭源、气源“三源”于一体，有效地解决了传统阻燃剂的“三源”材料分散不均匀的缺陷。2、本发明的聚合度高，降低了吸潮性，耐水性好，而且耐表面迁移性能好，在高温灼烧时，逐层发泡，形成蜂窝状致密碳层，硬度高，能有效地延长耐火极限，其阻燃性能较传统的阻燃剂有大幅度地提高。3、在涂料的实际生产过程中，其原料不需球磨混合，有效解决球磨过程中温度控制难度高、涂料易鼓泡沸腾等难题，在耗能量低的同时降低生产成本。4、该阻燃剂在防火涂料的中的添加量约为聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇三个组分用量总和的1/2 3/4，其使用成本大大降低。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。实施例1:
含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂，它包括磷酸、五氧化二磷、季戊四醇、三聚氰胺和催化剂，各组分的重量份数为:
磷酸20份
五氧化二磷30份
季戊四醇40份
三聚氰胺70份
催化剂5份。所述的催化剂为NKC-9。
所述的含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂的制备工艺，它包括以下步骤:
A:向反应釜中加入重量份数为20份的磷酸和30份的五氧化二磷，搅拌均匀，并升温至IOO0C ；
B:向反应釜中加入重量份数为40份的季戊四醇和5份的催化剂NKC-9反应600min，得到季戊四醇磷酸酯中间体；
C:将步骤B所得到的酯类中间体与重量份数为70份的三聚氰胺混合均匀，控制其温度范围为180°C之间，高温固化120min，交联固化得到季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐；
D:将步骤C所得物粉碎至200目，最终制得成品。实施例2:
含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂，它包括磷酸、五氧化二磷、季戊四醇、三聚氰胺和催化剂，各组分的重量份数为:
磷酸40份
五氧化二磷20份
季戊四醇25份
三聚氰胺55份
催化剂8份。所述的催化剂为 NKC-9。所述的含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂的制备工艺，它包括以下步骤:
A:向反应釜中加入重量份数为40份的磷酸和20份的五氧化二磷，搅拌均匀，并升温至125 0C ；
B:向反应釜中加入重量份数为25份的季戊四醇和8份的催化剂NKC-9反应660min，得到季戊四醇磷酸酯中间体；
C:将步骤B所得到的酯类中间体与重量份数为55份的三聚氰胺混合均匀，控制其温度范围为230°C之间，高温固化210min，交联固化得到季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐；
D:将步骤C所得物粉碎至300目，最终制得成品。实施例3:
含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂，它包括磷酸、五氧化二磷、季戊四醇、三聚氰胺和催化剂，各组分的重量份数为:
磷酸60份
五氧化二磷10份
季戊四醇10份
三聚氰胺40份
催化剂10份。所述的催化剂为NKC-9。所述的含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂的制备工艺，它包括以下步骤:
A:向反应釜中加入重量份数为60份的磷酸和10份的五氧化二磷，搅拌均匀，并升温至150。。；
B:向反应釜中加入重量份数为10份的季戊四醇和10份的催化剂NKC-9反应720min，得到季戊四醇磷酸酯中间体；C:将步骤B所得到的酯类中间体与重量份数为40份的三聚氰胺混合均匀，控制其温度范围为280°C之间，高温固化300min，交联固化得到季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐；
D:将步骤C所得物粉碎至400目，最终制得成品。下面通过实验对本发明作进一步说明:
分别将传统的阻燃剂制得的防火涂料和本发明所制得的防火涂料按照《钢结构防火涂料应用技术规范》的要求进行涂刷，涂刷厚度为2mm，保养7天后，分别用3L汽油喷灯进行灼烧，火焰与钢板的间距为20 30cm，用本发明所制得的防火涂料涂刷的钢板灼烧了118min，涂层未出现脱落现象，碳层致密均匀，而使用传统的阻燃剂制得的防火涂料涂刷的钢板在灼烧32分钟时已经开始缩边，并出现部分脱落现象。根据上述实验得知，两次灼烧时间差异较大，也就说明采用本发明所制得的防火涂料的耐久性能远大于传统阻燃剂所制得的防火涂料的耐久性。而且本 发明所用到的原材料的成本也低于传统阻燃剂所用到的原材料的成本。
权利要求
1.含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂，其特征在于:它包括磷酸、五氧化二磷、季戊四醇、三聚氰胺和催化剂，各组分的重量份数为: 磷酸20 60份 五氧化二磷10 30份 季戊四醇10 40份 三聚氰胺40 70份 催化剂5 10份。
2.根据权利要求1所述的含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂，其特征在于:所述的催化剂为NKC-9。
3.根据权利要求1所述的含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂的制备工艺，其特征在于:它包括以下步骤: A:向反应釜中加入前述重量份的磷酸和五氧化二磷，搅拌均匀，并升温至100°C 150。。； B:向反应釜中加入前述重量份的季戊四醇和催化剂NKC-9反应600min 720min，得到季戊四醇磷酸酯中间体； C:将步骤B所得到的季戊四醇磷酸酯类中间体与前述重量份的三聚氰胺混合均匀，控制其温度范围为180°C 280°C之间，高温固化120min 300min，交联固化得到季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐； D:将步骤C所得物粉碎至200 400目，最终制得成品。
全文摘要
本发明涉及含N-P笼形大分子膨胀型阻燃剂，它包括磷酸20～60份、五氧化二磷10～30份、季戊四醇10～40份、三聚氰胺40～70份和催化剂5～10份。其制备工艺包括以下步骤A向反应釜中加入磷酸和五氧化二磷，搅拌均匀，并升温至100～150℃；B向反应釜中加入季戊四醇和NKC-9反应600～720min，得到季戊四醇磷酸酯中间体；C将步骤B所得到的酯类中间体与三聚氰胺混合均匀，其温度范围为180～280℃之间，高温固化120～300min，交联固化得到季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐；D将步骤C所得物粉碎，制得成品。本发明的优点在于集“三源”于一体、阻燃效果好、生产耗能量少和使用成本低。
文档编号C09D5/18GK103113775SQ20131002579
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者赖力嘉 申请人:四川卓安消防材料有限公司