一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法与流程

本发明涉及阻燃剂，尤其涉及一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法。

背景技术：

1、传统卤素阻燃剂具有优异的阻燃效果，是当前应用较为广泛的阻燃材料，但这类阻燃剂在燃烧时发烟量大、有毒、有腐蚀性气体，危害极大，这在极大程度上严重影响人体健康、破坏生态以及污染环境。近年来，随着环保意识不断提高，卤素阻燃剂逐渐被环境友好型的磷系阻燃剂所替代。磷系阻燃剂具有低烟、低毒、无卤，对环境友好等优点，它主要以凝聚相阻燃，热裂解或燃烧时在材料表面形成传质传热的屏障，阻燃过程中其生烟量、有毒及腐蚀气体产生量少，且磷具有生产降解特性，使用过程中不会遇到环境持久性和生物累积性的问题。

2、焦磷酸二三聚氰胺盐(dimelamine pyrophosphate，dmpy)作为一种氮-磷系膨胀型阻燃剂，呈白色结晶粉末，具有较高的氮含量和氮-磷协效作用，该阻燃剂具有热稳定好、阻燃性能优异、与基材相容性好、环保无卤、低烟性和耐水性等特点，是app-ii型理想的替代产品，主要用于聚烯烃、涂料、木材及纤维等中。迄今为止，聚磷酸三聚氰胺盐阻燃剂的合成工艺在国内外研究中均处于初步探索阶段，且鲜有专利报道，合成工艺主要有：(1)以五氧化二磷和三聚氰胺为原料合成焦磷酸二三聚氰胺，此工艺五氧化二磷极易吸潮，不易保存。(2)以三聚氰胺、硝酸和焦磷酸钠为原料，先将三聚氰胺与水混合，升温至80℃进行搅拌，后加入焦磷酸钠继续反应，最终合成焦磷酸二三聚氰胺。此工艺用到强酸，存在危险性，且反应温度较高，存在耗能；同时产生硝酸钠副产物，增加去除工序。针对上述这些问题，急需一种高效阻燃剂制备方法来解决。

技术实现思路

1、本发明提供一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法。

2、本发明的方案是：

3、一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法，包括下列步骤：

4、1)称取焦磷酸与三聚氰胺，所述原料焦磷酸作为固体磷源，克服了常用液体磷源在运输和储存上较为困难的缺点，而该原料极易吸潮、分解，需密封保存；所述原料三聚氰氨作为一种含氮量高、阻燃效率高、低烟低毒、热稳定性好的聚合物，可单独用作阻燃剂或者与其他物质反应合成阻燃剂；先将部分水加入反应釜中，然后向水中缓慢加入焦磷酸进行溶解，搅拌速率为25hz；

5、2)将三聚氰胺与剩余水进行混合后加入反应釜，搅拌速率为50hz；反应时间为3～5h，反应过程由于表现为放热过程，物料升温至12～16℃，同时每小时取样分析；

6、3)反应结束后，物料经离心、干燥与粉碎后最终得到焦磷酸二三聚氰胺盐产品；

7、反应式如下：

8、

9、作为优选的技术方案，所述焦磷酸与三聚氰胺的摩尔比为1：1.75～2.25。

10、作为优选的技术方案，所述水加入量为焦磷酸与三聚氰胺质量之和的6～8倍。

11、作为优选的技术方案，所述1)中部分水为焦磷酸与三聚氰胺质量之和的4.6倍；所述2)中剩余水为焦磷酸与三聚氰胺质量之和的2.4倍。

12、作为优选的技术方案，所述反应时间为3～5h，冷却温度为0℃，反应为放热过程，物料升温会至15℃。

13、作为优选的技术方案，所述3)反应结束后，物料经离心机进行固液分离，离心液暂存，固体取出后返回反应釜，进行水洗涤，其中洗涤水量为总物料的1～2倍；再次进行离心，固体进入烘箱进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为24h，气流粉碎。

14、为了避免直接加入三聚氰胺会产生团聚结块的问题。

15、所述焦磷酸加入水中时，搅拌速率为25hz，防止反应过快，温度升高，焦磷酸分解；之后三聚氰胺与水混合加入反应釜中时，搅拌速率为50hz，防止物料结块，同时能加速反应。

16、所述反应时间为4h，反应过程由于表现为放热过程，物料升温会至15℃，同时每小时取样分析，观察反应过程n、p含量及ph情况。

17、由于采用了上述技术方案一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法，包括下列步骤：1)称取焦磷酸与三聚氰胺，所述原料焦磷酸作为固体磷源，克服了常用液体磷源在运输和储存上较为困难的缺点，而该原料极易吸潮、分解，需密封保存；所述原料三聚氰氨作为一种含氮量高、阻燃效率高、低烟低毒、热稳定性好的聚合物，可单独用作阻燃剂或者与其他物质反应合成阻燃剂；设置模温机温度为0℃，先将部分水加入捏合机中，然后向水中缓慢加入焦磷酸进行溶解，搅拌速率为25hz；2)将三聚氰胺与剩余水进行混合后加入反应釜，搅拌速率为50hz；反应时间为3～5h，反应过程由于表现为放热过程，物料升温至12～16℃，同时每小时取样分析；3)反应结束后，物料经离心、干燥与粉碎后最终得到焦磷酸二三聚氰胺盐产品。

18、本发明的优点：

19、本发明工艺操作简单、反应条件温和、为简单的酸碱中和反应，无需催化剂，且以水为溶剂，易于离心分离。此外，反应过程稳定可控且时间较短，能耗低，对环境友好。

20、(1)本发明开发了一种高聚合度聚磷酸三聚氰胺盐的合成工艺，原料采用固体磷源，克服了常用液体磷酸(作为磷源)在运输和储存上较为困难的缺点。

21、(2)合成工艺简单、反应条件温和、为简单的酸碱中和反应，无需催化剂。

22、(3)反应过程稳定可控且时间较短，能耗低，对环境污染小，且以水为溶剂，易于离心分离。

23、(4)原料来源丰富，成本较低，易于工业化生产。

技术特征：

1.一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.如权利要求1所述的一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法，其特征在于：所述焦磷酸与三聚氰胺的摩尔比为1：1.75～2.25。

3.如权利要求1所述的一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法，其特征在于：所述水加入量为焦磷酸与三聚氰胺质量之和的6～8倍。

4.如权利要求1所述的一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法，其特征在于：所述1)中部分水为焦磷酸与三聚氰胺质量之和的4.6倍；所述2)中剩余水为焦磷酸与三聚氰胺质量之和的2.4倍。

5.如权利要求1所述的一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法，其特征在于：所述反应时间为3～5h，冷却温度为0℃，反应为放热过程，物料升温会至15℃。

6.如权利要求1所述的一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法，其特征在于：所述3)反应结束后，物料经离心机进行固液分离，离心液暂存，固体取出后返回反应釜，进行水洗涤，其中洗涤水量为总物料的1～2倍；再次进行离心，固体进入烘箱进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为24h，气流粉碎。

技术总结
本发明公开了一种高效阻燃剂焦磷酸二三聚氰胺盐的制备方法，包括下列步骤；1)将焦磷酸和部分水先加入到反应釜进行混合溶解，2)将三聚氰胺与剩余水进行混合后加入反应釜，反应时间为3～5h，反应过程由于表现为放热过程，物料升温至12～16℃；3)反应结束后，物料经离心、干燥与粉碎后最终得到焦磷酸二三聚氰胺盐产品。本发明采用固体磷源，克服了常用液体磷酸在运输和储存上较为困难的缺点。此外，该合成工艺操作简单、条件温和、无需催化剂，且以水为溶剂，易于分离。此外，反应过程稳定可控且时间较短，能耗低，对环境友好。产品理化性质及热分解性能经分析对比，本发明产品优异。

技术研发人员：马航,陆忠海,万邦隆,刘晨曦,李云东,杨晓龙,梅连平,朱境,李永翔
受保护的技术使用者：云南云天化股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19