本发明涉及一种改性焦磷酸哌嗪的制备方法和应用，具体涉及一种利用小分子醇改性焦磷酸哌嗪的制备方法。
背景技术：
无卤阻燃剂因其更加环保、燃烧过程中不易产生有毒烟气，阻燃效率高等特点，在越来越的应用领域取代卤系阻燃剂成为阻燃材料创制的首要选择。国际市场上，欧盟、日本等地区(国家)对电子产品无卤化的要求尤为严格。聚磷酸铵(app)作为无卤阻燃剂的基础在过去几十年中作为无卤阻燃剂的核心组分，对消防安全起到了不可磨灭的作用。然而，随着科技的进步，民众对建筑居住、产品使用安全意思的不断提升，对阻燃材料的创制提出了越来越高的要求。而app作为上一代产品，因其存在易析出、易迁移、阻燃效率低、加工易分解等问题，变得越来越无法满足先进行业的技术要求。为此，焦磷酸哌嗪作为取代app而作为无卤阻燃剂的创制核心被提出了出来。
目前，现有技术中的焦磷酸哌嗪的制备方法和工艺，已经比较成熟。例如中国专利201110124271.4公开的一种使用磷酸哌嗪脱水缩合制备焦磷酸哌嗪的方法，中国专利201610364678.7公开的一种采用磷酸二氢铵和哌嗪制备焦磷酸哌嗪的方法等。
然而，在焦磷酸哌嗪具体的使用过程中，由于其作为无机粉体与有机塑料树脂之间仍存在较大的性质差异，导致其添加量不能过高，否则容易析出，影响制件外观；或者为促进其分散需要通过后处理，将其颗粒粒径制备到极小(小于10微米)，而这又导致在加工过程中极难仅通过混炼的方式达到基本分散均匀的目的。这两个突出的问题导致了焦磷酸哌嗪不能大比例的添加且无法应用于对外观要求较高的产品件中。
技术实现要素：
本发明所要解决的问题是：如何提高焦磷酸哌嗪和塑料树脂之间的相容性，达到促进分散、提高阻燃效率的目的。
为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：
一种改性焦磷酸哌嗪的制备方法，其特征在于，在保护气体的条件下，向反应釜中，加入焦磷酸哌嗪、小分子醇及催化剂，在180-260℃条件下搅拌，保温反应1-5小时后，减压蒸馏脱除水分，即得改性的焦磷酸哌嗪。
优选地，所述保护气体采用氮气(纯度大于99.9％)或氩气(纯度大于99.9％)。
优选地，所述小分子醇的沸点高于180℃。
优选地，所述小分子醇采用苯甲醇、苯乙醇和季戊四醇中的任意一种或几种的混合物。
优选地，所述催化剂为醋酸锌、醋酸锰、醋酸钠、醋酸钾、醋酸钴、醋酸锂、醋酸酐、邻苯二甲酸酐、三氧化二锑、醋酸亚锡和醋酸钙中的任意一种或几种的混合物；所述催化剂的添加量为所有反应物总质量的0.1-0.3wt％。
优选地，所述焦磷酸哌嗪与小分子醇的摩尔比为1:1.0-1.5。
优选地，所述减压蒸馏的温度60℃。
本发明还提供了一种上述改性焦磷酸哌嗪的制备方法制得的改性焦磷酸哌嗪。
优选地，所述改性焦磷酸哌嗪的化学式为：
其中，r为
本发明还提供了一种上述改性焦磷酸哌嗪的应用，其特征在于，将其与均聚聚丙烯以质量比(20-24)：(76-80)的比例混合密炼，所得产物的阻燃等级达到ul94(1.6mm)v-0等级。
本发明通过对焦磷酸哌嗪进行分子结构改性，向焦磷酸哌嗪分子中引入非极性组分，以此增加其与塑料树脂之间的相容性，从而改善其在塑料中的分散性能，提高阻燃效率。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
在安装了搅拌器、温度计和抽气管的5l玻璃反应釜中，加入1.08kg焦磷酸哌嗪和0.65kg苯乙醇和3.46g醋酸锂，将反应釜中气氛置换为氩气(纯度大于99.99％)，经充分搅拌后，将反应釜升温至210℃并保持恒温搅拌2h；反应过程中，由于酯化反应的进行产生水分，物料逐渐变粘稠；反应2h后，将抽气管打开，采用真空抽气方式，将反应产生的水分脱出，得到粉末状改性后的焦磷酸哌嗪粉末，产率92.5％。
实施例2
在安装了搅拌器、温度计和抽气管的5l玻璃反应釜中，加入1.08kg焦磷酸哌嗪和0.70kg季戊四醇和8.9g醋酸酐，将反应釜中气氛置换为氩气(纯度大于99.99％)，经充分搅拌后，将反应釜升温至190℃并保持恒温搅拌1.5h；反应过程中，由于酯化反应的进行产生水分，物料逐渐变粘稠；反应1.5h后，将抽气管打开，采用真空抽气方式，将反应产生的水分脱出，得到粉末状改性后的焦磷酸哌嗪粉末，产率92.1％。
实施例3
在安装了搅拌器、温度计和抽气管的5l玻璃反应釜中，加入1.08kg焦磷酸哌嗪和0.54kg苯甲醇和8.1g邻苯二甲酸酐，将反应釜中气氛置换为氩气(纯度大于99.99％)，经充分搅拌后，将反应釜升温至190℃并保持恒温搅拌1.5h；反应过程中，由于酯化反应的进行产生水分，物料逐渐变粘稠；反应1.5h后，将抽气管打开，采用真空抽气方式，将反应产生的水分脱出，得到粉末状改性后的焦磷酸哌嗪粉末，产率91.8％。
实施例4
在安装了搅拌器、温度计和抽气管的10l真空捏合机中，加入2.16kg焦磷酸哌嗪和1.08kg苯甲醇和16.2g邻苯二甲酸酐，将捏合机中气氛置换为氮气(纯度大于99.99％)，经捏合均匀后，将反应釜升温至220℃并持续捏合2.5h；反应过程中，由于酯化反应的进行产生水分，物料逐渐变粘稠；反应2.5h后，将捏合机真空口打开，采用真空抽气方式，将反应产生的水分脱出，得到粉末状改性后的焦磷酸哌嗪粉末，产率91.6％。
实施例5
将24重量份苯甲醇改性焦磷酸哌嗪与86重量份均聚聚丙烯(t300，茂名石化)，在密炼机中180℃密炼5分钟后，190℃模压机压制成1.6mm薄片。
将上述薄片通过制样机制备得到ul941.6mm标准样条，于燃烧级数仪上进行标准测试。经测试，样品阻燃等级为：ul941.6mmv-0等级，拉伸强度35.3mpa，断裂伸长率90.7％。
实施例6
将24重量份苯乙醇改性焦磷酸哌嗪与86重量份均聚聚丙烯(t300，茂名石化)，在密炼机中180℃密炼5分钟后，190℃模压机压制成1.6mm薄片。
将上述薄片通过制样机制备得到ul941.6mm标准样条，于燃烧级数仪上进行标准测试。经测试，样品阻燃等级为：ul941.6mmv-0等级，拉伸强度33.5mpa，断裂伸长率150.7％。
对比例
将24重量份未改性焦磷酸哌嗪与86重量份均聚聚丙烯(t300，茂名石化)，在密炼机中180℃密炼5分钟后，190℃模压机压制成1.6mm薄片。
将上述薄片通过制样机制备得到ul941.6mm标准样条，于燃烧级数仪上进行标准测试。经测试，样品阻燃等级为：无等级，拉伸强度29.1mpa，断裂伸长率40.5％。