一种含磷阻燃母粒及其制备方法与流程

本发明涉及阻燃剂加工，具体涉及一种含磷阻燃母粒及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯(pp)是一种广泛应用的高分子材料，由于其质轻、耐腐蚀、易加工等特点，被广泛应用于家电、汽车、建筑等领域。然而，聚丙烯材料在高温下易燃烧，阻燃性能差，为改善聚丙烯材料的燃烧性能，通常的会向聚丙烯材料中添加阻燃剂，而含磷阻燃剂是当前研究最为广泛的阻燃剂之一，含磷阻燃剂主要可分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂两类，其中，有机磷系阻燃剂主要是指含有磷元素的有机化合物，如磷酸酯、磷酰胺等。这些化合物在高温下通过磷元素与燃烧气体反应，生成具有阻燃性能的磷氧、磷酸盐等化合物，起到阻燃的作用。

2、现有技术中的聚丙烯是一种非极性聚合物，而含磷阻燃剂通常含有极性官能团，具有一定的极性，由于极性差异，聚丙烯和含磷阻燃剂之间的相互吸引力较弱，相容性差，含磷阻燃剂添加到聚丙烯材料中之后，含磷阻燃剂在聚丙烯中分散性差，含磷阻燃剂容易团聚，难以在聚丙烯中均匀分散，并且单一的含磷阻燃剂所起到的阻燃效果有限，导致聚丙烯材料的阻燃性能有待进一步提高，并且由于含磷阻燃剂与聚丙烯之间的相容性差，含磷阻燃剂的加入，容易在聚丙烯材料形成弱界面，导致聚丙烯材料的机械性能下降，含磷阻燃剂在聚丙烯中的应用所起到的积极效果差。

3、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种含磷阻燃母粒及其制备方法，用于解决现有技术中含磷阻燃剂在聚丙烯中分散性能差，单一的含磷阻燃剂对聚丙烯的阻燃改善效果有限，聚丙烯材料的阻燃性能有待进一步提高，并且含磷阻燃剂的加入会在聚丙烯材料中形成弱界面，导致聚丙烯材料的机械性能下降的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种含磷阻燃母粒，由改性聚α烯烃、辅助添加剂、阻燃添加剂和交联剂按用量比10g:2g:8g:1.5g组成；

4、所述阻燃添加剂由以下步骤加工而成：

5、a1、将对羟基苯甲醛、三乙胺、四氢呋喃加入到三口烧瓶中搅拌溶解，三口烧瓶温度降低至0-5℃，向三口烧瓶中缓慢滴加氯磷酸二苯酯，滴加完毕，三口烧瓶保温反应2-3h后，三口烧瓶温度升高至室温，保温反应2-3h，后处理得到中间体i；

6、中间体i的合成反应原理为：

7、

8、a2、将中间体i、n,n-二甲基甲酰胺加入到三口烧瓶中搅拌，待体系溶解后，向三口烧瓶中加入催化剂，室温下，向三口烧瓶中缓慢滴加2,3-二氨基苯酚溶液，滴加完毕后，保温反应40-60min，三口烧瓶温度升高至体系回流，保温反应3-5h，后处理得到阻燃添加剂；

9、阻燃添加剂的合成反应原理为：

10、

11、所述改性聚α烯烃的制备方法为：将聚α烯烃、引发剂、改性剂加入到转矩流变仪中，设置转矩流变仪转速为50-60r/min，温度为175-185℃，反应3-5h，降温至室温，得到改性聚α烯烃。

12、进一步的，步骤a1中对羟基苯甲醛、三乙胺、四氢呋喃的用量比为2g:1ml:7g，所述对羟基苯甲醛与氯磷酸二苯酯的摩尔比为1:1，所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度升高至45-55℃，减压蒸除溶剂，三口烧瓶温度降低至室温，向三口烧瓶中加入二氯甲烷与纯化水，搅拌15-25min，分液，有机相分别用饱和氯化钠与10wt％碳酸钠水溶液进行洗涤2次，用无水硫酸钠干燥2h，将有机相转移到旋转蒸发器中，设置水浴温度为45-55℃，减压蒸馏至无液体流出，得到中间体i。

13、进一步的，步骤a2中中间体i、n,n-二甲基甲酰胺、催化剂的用量比为1g:10g:1.5g，所述催化剂为过硫酸钠，所述2,3-二氨基苯酚溶液由2,3-二氨基苯酚和n,n-二甲基甲酰胺按用量比1g:3g组成，所述2,3-二氨基苯酚与中间体i的摩尔比为1:1，所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度降低至室温，向三口烧瓶中加入二氯甲烷与纯化水，搅拌20min，分液，有机相用纯化水洗涤2次，用无水硫酸钠干燥2h，将有机相转移到旋转蒸发器中，设置水浴温度为50-60℃，减压蒸馏至无液体流出，得到阻燃添加剂。

14、进一步的，所述聚α烯烃、引发剂、改性剂的用量比为10g:1g:3g，所述聚α烯烃的型号为pao40，引发剂为过氧化二异丙苯。

15、进一步的，改性剂的制备方法为：将3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷和无水乙醇加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度升高至62-70℃，保温反应40-50h，三口烧瓶温度降温至室温，得到前驱体溶液，向前驱体溶液中加入5-己烯基三甲氧基硅烷和10vt％氨水，三口烧瓶温度升高至45-55℃，保温反应2-3h，后处理得到改性剂。

16、改性剂的合成反应原理为：

17、

18、进一步的，所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇、5-己烯基三甲氧基硅烷和10vt％氨水的用量比为3g:40ml:1g:10ml，所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温升高至60-70℃，减压蒸除溶剂，向三口烧瓶中加入纯化水，超声30-50min，抽滤，滤饼用纯化水洗涤3次后，将滤饼转移到温度为65-75℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性剂。

19、进一步的，辅助添加剂由以下步骤加工而成：将三聚氰胺、n,n-二甲基甲酰胺加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌，三聚氰胺搅拌溶解后，向上三口烧瓶中加入2-氨基间苯二甲醛和催化剂，三口烧瓶温度升高至130-140℃，保温反应60-70h，后处理得到辅助添加剂。

20、辅助添加剂的合成反应原理为：

21、

22、进一步的，所述三聚氰胺、2-氨基间苯二甲醛的摩尔比为1:2；所述三聚氰胺、n,n-二甲基甲酰胺和催化剂的用量比为1g:20ml:5g，所述催化剂为6mol/l冰醋酸，所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度降低至室温，离心，得到固体物，将固体物用依次用丙酮和甲醇洗涤三次后抽干，固体物转移到温度为60-70℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到辅助添加剂。

23、一种含磷阻燃母粒的制备方法，将改性聚α烯烃、辅助添加剂、阻燃添加剂和交联剂按用量比10g:2g:8g:1.5g加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机从进料端向出料端的6个温度区段的温度依次为230℃、240℃、240℃、240℃、240℃、235℃，熔融挤出后，风冷降温成型，经切粒机切粒，制备得到含磷阻燃母粒。

24、本发明具备下述有益效果：

25、1、本发明的含磷阻燃母粒在制备时，通过三聚氰胺和2-氨基间苯二甲醛在催化剂条件发生胺酸加成，三聚氰胺上的氨基与2-氨基间苯二甲醛中的醛基发生缩聚反应，生成酰胺键结构，缩聚反应可以进行多次，形成逐渐增长的芳香胺酸链，最终，形成结构上有连续的三聚氰胺和苯甲醛单元的环形结构的辅助添加剂；辅助添加剂上含有丰富的氮原子，在高温条件下，单原子能够与含磷阻燃剂中的磷原子发生协同作用，形成一种凝胶或炭状物质的氮磷化合物，在高温环境下阻止火焰蔓延，并且这些氮磷化合物还可以在材料表面形成一层保护层，降低氧气进入材料内部的速度，从而减缓火焰；辅助添加剂上含有大量的芳环，其热稳定好，在高温下热解会消耗大量的热量，并且热解产物包括如一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、有机气体和一些残留的碳状物质，这些气体本身不可燃，随着气体的释放，能够进一步的降低材料表面的氧气浓度，从而进一步的提高阻燃性能。

26、2、本发明的含磷阻燃母粒在制备时，通过对羟基苯甲醛上的酚羟基和氯磷酸二苯酯的卤素发生取代加成反应，制备出具有苯甲醛修饰的磷酸二苯酯，然后其与2,3-二氨基苯酚进行缩聚反应，生成具有环形结构的化合物的阻燃添加剂；磷酸二苯酯类化合物在高温下释放磷氧化合物，形成炭层，隔绝氧气，减缓火焰的蔓延，降低火灾的危险性，具有良好的阻燃性能，阻燃添加剂上具有的环形结构的化合物，因为环状结构可以减少分子内部的自由旋转和振动，使分子更难分解。这意味着在高温下，具有环形结构的分子在一定程度上能够抵抗分解，从而维持其阻燃性能，在阻燃添加剂中引入环形结构，使得阻燃添加剂的分子结构更加稳定，降低了在高温条件下，阻燃添加剂分子热解释放可燃气体或液体的可能性，促进材料表面碳化形成防止火势的扩散的碳炭层，提高材料的阻燃性能。

27、3、本发明的含磷阻燃母粒在制备时，通过3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷进行环氧化反应，制备出具有硅氧烷封端的前驱体，然后前驱体与5-己烯基三甲氧基硅烷在碱性环境下进行水解缩聚，生成具有羟基与双键修饰的网状结构的聚硅氧烷改性剂；改性剂上的双键与聚α烯烃在引发剂的作用下，进行聚合反应，改性剂中的双键官能团与pao40聚α烯烃的链端或链中的氢原子发生化学反应，将改性剂的分子固定到聚α烯烃的分子中，形成共聚物或交联结构的改性聚α烯烃，聚硅氧烷纳米粒子通常具有良好的耐高温性能，可以提高材料的热稳定性，并在材料受热分解时在材料的表面形成含硅氧化物的抗热解层，隔离氧气，聚硅氧烷纳米粒子还可以填充材料的孔隙和微观缺陷，提高材料的密度，从而增加其阻隔性能，减少火焰穿透的可能性，抑制火焰的蔓延；聚硅氧烷纳米粒子通常具有良好的耐高温性能，减缓材料的分解和火焰蔓延，提高材料的热稳定性；改性聚α烯烃、辅助添加剂、阻燃添加剂和异佛尔酮二异氰酸酯在熔融混合过程中，异佛尔酮二异氰酸酯上的异氰酸酯基能够与改性聚α烯烃、辅助添加剂、阻燃添加剂上的氨基、羟基等活性官能团反应，形成交联结构，改性聚α烯烃中的聚硅氧烷作为纳米无机粒径掺杂，能够提高聚丙烯的强度，聚α烯烃本身具有较高的抗冲击性和韧性并与聚丙烯具有良好的相容性，有助于提高含磷阻燃母粒在聚丙烯中均匀分散，进而提高聚丙烯材料的机械性能。