一种聚磷酸铵阻燃剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于阻燃剂技术领域，尤其涉及一种聚磷酸铵阻燃剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会对安全生产的日益重视以及日常生活的安全需要，越来越多功能型材料 和功能型助剂不断的被开发出来，用于预防火灾发生，保护人民生命财产，这其中阻燃剂是 阻燃技术中非常重要的功能型助剂。
[0003] 阻燃剂是一种用于改善可燃易燃材料燃烧性能的特殊的化工助剂，广泛应用于各 类装修材料的阻燃加工中。经过阻燃剂加工后的材料，在受到外界火源攻击时，能够有效地 阻止、延缓或终止火焰的传播，从而达到阻燃的作用，其本质上是能够使聚合物以及相关材 料不易着火燃烧或能够减慢燃烧速度的一种助剂。
[0004] 阻燃剂可分为含卤阻燃剂和无卤阻燃剂，其中含卤阻燃剂在燃烧过程中会产生较 多的烟雾和有毒的腐蚀性气体，对环境产生污染，为此欧盟2003年公布了《报废电子电气 设备指令》（简称《WEEE》）和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》（简称 《RolS》）两个指令，其核心就是环保、节能，并由此要求电子产品实现无重金属、无卤阻燃 化、无溶剂化。鉴于含卤阻燃剂的严重弊端，无卤阻燃剂必然成为了未来阻燃剂的重要发展 方向之一。
[0005] 在众多无卤阻燃剂，聚磷酸铵（简称APP) -直受到业内的广泛关注。它是一种含 N和P的聚磷酸盐，分子通式为，按聚合度可分为低聚、中聚以及高聚3种。 聚磷酸铵具有的无毒无味，不产生腐蚀气体，吸湿性小等优点，是一种性能优良的非卤阻燃 剂。聚磷酸铵按结构可以分为结晶形和无定形，结晶态聚磷酸铵为长链状水不溶性盐，结晶 态聚磷酸铵有五种变形体：I、II、III、IV、V型，I型为等分子一铵和尿素混合物于一个氨压 280°C下加热16小时制得的产品，与由聚磷酸氨化所得的产品相同，I型在不同温度下加热 可得到其他几种变形体。
[0006] 在实际应用中，聚磷酸铵通常作为阻燃剂或协同阻燃剂使用，加入聚磷酸铵的聚 合物燃烧时会在聚合物表面形成一层均匀的泡沫碳层，减少聚合物表面热量，抑制聚合热 分解，起到隔热、隔氧、防止熔滴产生的作用，降低了聚合物火灾的危险性。但是由于聚磷酸 铵自身的化学结构特点，聚磷酸铵作为阻燃添加剂也存在很多缺陷，如热稳定性差以及相 容性差协同阻燃效果不好等问题，这已经成为限制其广泛应用的桎梏。
[0007] 因此，如何进一步提高聚磷酸铵的协同阻燃性能和热稳定性，已经成为业内生产 厂商亟待解决的问题。
【发明内容】
[0008] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚磷酸铵阻燃剂及其制备方 法，本发明提供的包覆型聚磷酸铵阻燃剂能够有效的协同提高聚磷酸铵的阻燃性能和热稳 定性。
[0009] 本发明提供一种聚磷酸铵阻燃剂，其特征在于，包括氮化碳和聚磷酸铵；
[0010] 所述氮化碳和聚磷酸铵的质量百分比为（〇? 05~0? 45) :1。
[0011] 优选的，所述聚磷酸铵阻燃剂具有包覆型结构。
[0012] 优选的，所述包覆型结构为氮化碳包覆聚磷酸铵结构。
[0013] 本发明提供一种聚磷酸铵阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0014]A)将氮化碳与溶剂进行超声搅拌后，得到分散液；
[0015] B)将上述步骤A)得到的分散液与聚磷酸铵混合反应后，得到聚磷酸铵阻燃剂。
[0016] 优选的，所述溶剂为醇类溶剂。
[0017] 优选的，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或多种。
[0018] 优选的，所述超声搅拌的时间为1~10小时。
[0019] 优选的，所述反应的温度为20~150 °C。
[0020] 优选的，所述反应的时间为1~24小时。
[0021] 优选的，所述混合反应后还包括干燥；
[0022] 所述干燥的温度为80~120°C，所述干燥的时间为4~10小时。
[0023] 本发明提供一种聚磷酸铵阻燃剂，其特征在于，包括氮化碳和聚磷酸铵；所述氮化 碳和聚磷酸铵的质量百分比为（0.05~0.45) :1。本发明还提供一种聚磷酸铵阻燃剂制备 方法，首先将氮化碳与溶剂进行超声搅拌后，得到分散液；再将上述步骤得到的分散液与聚 磷酸铵混合反应后，得到聚磷酸铵阻燃剂。与现有技术相比，本发明制备的聚磷酸铵与氮 化碳的复合材料阻燃剂，以氮化碳、溶剂和为原料，将氮化碳在醇类溶剂环境中借助超声分 散，再与聚磷酸铵混合反应，制备了氮化碳包覆聚磷酸铵的包覆型无卤阻燃剂。本发明制 备的复合型阻燃剂平均粒径相比聚磷酸铵没有明显增加，表层氮化碳分散均匀，残炭量显 著提高，具有较好的阻燃性能和热稳定性，同时可用作聚烯烃、聚苯乙烯等高分子材料的协 同阻燃剂，具有较好的相容性，明显的提高了阻燃效率。实验结果表明，在氮气条件下进行 热重分析，相比单一的聚磷酸铵，750°C时残炭量提高了近166%，在氮气条件下进行热重分 析，750°C时残炭量提高了 60% ;作为聚苯乙烯材料（PS)的协同阻燃剂，在热辐射为35kW/ m2时采用锥形量热法进行分析，相比聚苯乙烯材料和单一聚磷酸铵的复合材料，热释放速 率峰值和总热释放值，最高时降低了约47%和16. 3%。
【附图说明】
[0024] 图1为未经包覆的聚磷酸铵SEM电镜扫描图；
[0025] 图2为实施例1制备的聚磷酸铵阻燃剂SEM电镜扫描图；
[0026] 图3为实施例2制备的聚磷酸铵阻燃剂SEM电镜扫描图；
[0027] 图4为实施例3制备的聚磷酸铵阻燃剂SEM电镜扫描图；
[0028] 图5为实施例3制备的聚磷酸铵阻燃剂SEM电镜扫描图；
[0029] 图6为实施例4制备的聚磷酸铵阻燃剂SEM电镜扫描图；
[0030] 图7为在氮气条件下实施例1~4制备的聚磷酸铵阻燃剂与单一聚磷酸铵的热重 分析曲线图；
[0031] 图8为在空气条件下实施例1~4制备的聚磷酸铵阻燃剂与单一聚磷酸铵的热重 分析曲线图；
[0032] 图9为实施例1~4制备的聚磷酸铵阻燃剂作为PS材料的协同阻燃剂、单一PS 材料以及单一的聚磷酸铵作为PS材料的协同阻燃剂的TGA曲线图；
[0033] 图10为实施例1~4制备的聚磷酸铵阻燃剂作为PS材料的协同阻燃剂、单一PS 材料以及单一的聚磷酸铵作为PS材料的协同阻燃剂的DTG曲线图；
[0034] 图11为实施例1~4制备的聚磷酸铵阻燃剂作为PS材料的协同阻燃剂、单一PS 材料以及单一的聚磷酸铵作为PS材料的协同阻燃剂的热释放速率曲线图；
[0035] 图12为实施例1~4制备的聚磷酸铵阻燃剂作为PS材料的协同阻燃剂、单一PS 材料以及单一的聚磷酸铵作为PS材料的协同阻燃剂的总热释放曲线图。
【具体实施方式】
[0036] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的 限制。
[0037] 本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人 员熟知的常规方法制备的即可。
[0038] 本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
[0039] 本发明提供一种聚磷酸铵阻燃剂，其特征在于，包括氮化碳和聚磷酸铵；所述氮化 碳和聚磷酸铵的质量百分比为（0. 05~0. 45) :1。
[0040] 本发明所述氮化碳和聚磷酸铵的质量百分比优选为（0. 05~0. 45) :1，更优选为 (0. 1~0. 4) : 1，更优选为（0. 15~0. 35) : 1，最优选为（0. 2~0. 3) : 1 ;所述聚磷酸铵阻燃 剂为氮化碳与聚磷酸铵的复合材料；本发明对所述聚