一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及阻燃剂，具体涉及一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着社会对安全的日益重视，人造板对阻燃的需求日益迫切。胶合板作为市场消费量最高的人造板产品，其阻燃的工艺主要包括两种：①、将单板经过阻燃剂浸泡处理后，再施胶粘接；②、向脲胶中加入阻燃剂，再用于单板的压制。前者的阻燃效果好，但浸渍成本较高，且浸渍的阻燃剂容易在单板表面析出，影响板材的胶黏性能和可饰面性。后者阻燃效果较差，若是提高阻燃剂用量，则会影响胶的固化时间和胶黏性能，但其工艺简单，备受市场关注。

2、向胶黏剂中添加阻燃剂导致胶性能受影响的原因，主要有：①、阻燃剂在胶黏剂中分散性差，容易成团、析出；②、阻燃剂的阻燃性能差，需要较高的添加量才可以满足阻燃需求；③、阻燃剂的酸碱性与胶的固化要求相差较大，导致胶的固化时间延长，影响其性能。

3、磷酸脒基脲作为一种高效的木材阻燃剂，因其阻燃效力高、发烟低、防腐防白蚁、吸湿性低、对木材的物理性能影响小、无毒、不污染环境、耐热性好等优点，备受同领域研究者的关注。双氰胺与磷酸和水的部分反应(不完全反应)产物(主要成分为脒基脲磷酸盐)，同硼酸复配而制得的木材阻燃剂，其缺点是存在混料不均、各组分间协调性差、与基材相容性差等缺点。

4、中国专利cn 113461720 a公开了一种硼酸配位磷酸脒基脲及其制备方法和应用，利用双氰胺中胺基与硼原子的配位作用，直接制备了硼酸配位的磷酸脒基脲单分子阻燃剂，与传统的磷酸脒基脲-硼酸复配阻燃剂相比，改善了混合型阻燃剂存在的一系列问题，纯度高，表面酸度显著降低，使用效果更高。然而，该阻燃剂在难燃胶合板的应用中也存在与胶混合不均匀，影响胶的固化时间问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中磷酸脒基脲在脲胶中的分散性能等问题，使其可以用于难燃胶合板的制备中，本发明提供一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂及其制备方法和应用，通过调整磷酸脒基脲合成过程中的酸度，降低双氰胺-磷酸-硼酸反应体系的酸度对本申请脲胶固化时间的影响；通过聚磷酸铵复配硼酸-磷酸脒基脲材料，获得改性的磷酸脒基脲阻燃剂，提高体系的阻燃性能；通过琼脂凝胶的三维网络结构实现改性磷酸脒基脲的均相分散，通过冷冻干燥工艺，避免改性磷酸脒基脲在结晶中的团聚问题，强化分散的均匀性。

2、一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂的制备方法，步骤依次包括：

3、(1)将双氰胺溶液升温至80℃～100℃，在搅拌、冷凝回流的条件下滴加磷酸，反应2～6h后，再滴加硼酸反应2～6h；

4、(2)加入双氰胺、磷酸和硼酸总质量1～2倍的聚磷酸铵，再加入磷酸氢二铵调节ph至6～8；

5、(3)加入双氰胺、硼酸、磷酸和聚磷酸铵总质量1％～5％的琼脂粉，搅拌使之溶解，最后冷却至室温，形成复配阻燃剂的琼脂凝胶；

6、(4)将复配阻燃剂的琼脂凝胶经过冷冻干燥后，球磨至50～200目，即得均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂；

7、其中，上述双氰胺、磷酸、硼酸摩尔比为1：(0.5～1)：(0.5～1)。

8、上述双氰胺溶液质量分数为20％～30％，双氰胺的纯度不低于99％；双氰胺溶解度3.03g/100ml(5℃)～26.5g/100ml(50℃)，温度升高，溶解度增加。

9、磷酸为工业级，有效含量不低于85％。

10、上述硼酸质量分数为20％～30％，硼酸的溶解度为4.18g/100ml(20℃)～26.6g/100ml(100℃)，温度升高，溶解度增加，较高浓度更有利于后续反应。

11、上述磷酸和硼酸的滴加速率不超过20ml/s。控制滴加速率，为了使过量的双氰胺尽可能多地消耗磷酸和硼酸，形成配位结构。

12、阻燃剂制备过程中的搅拌速率不低于200rpm/min。不低于200rpm/min的搅拌速率有利于强化传质，使磷酸、硼酸充分反应。

13、上述步骤(2)中调节ph至6～8，有利于后续琼脂更好的形成三维网络结构实现均匀分散。

14、上述步骤(4)冷冻干燥的条件为温度-5℃～0℃，压力-0.8bar～-0.6bar，时间12～24h。

15、上述步骤(4)中，优选的球磨至50～80目。

16、上述的制备方法制备得到的均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂及其在难燃胶合板制备工艺中的应用。

17、应用均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂制备难燃胶合板包括如下步骤：①脲胶和面粉搅拌均匀后，加入均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂，搅拌均匀待用；②单板经过施胶、铺装、冷压、割芯修补、热压、刮腻子、砂光、贴面后制得难燃胶合板。

18、上述脲胶、面粉、均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂的质量份数比为100：(30～40)：(20～40)。

19、本发明相比现有技术具有以下优点：

20、(1)通过ph更高的硼酸(ph 3.6～4.4)代替部分磷酸(ph 1.63～3.06)，用于合成硼酸-磷酸脒基脲，提高反应体系的ph，从而降低阻燃剂体系对脲胶固化时间的影响。

21、(2)通过聚磷酸铵协同硼酸-磷酸脒基脲，提高阻燃体系的阻燃性能。聚磷酸铵的氮、磷含量高，热稳定性好，价格低廉且无毒，其与硼酸-磷酸脒基脲复配后，受热分解时能产生co2、nh3和h2o等小分子气源，汽化的同时吸收热量，降低体系温度，抑制燃烧过程。这些小分子气源降低了木材表面的氧浓度，使木材不充分燃烧，形成炭层。同时，聚磷酸铵和硼酸-磷酸脒基脲作为酸源和气源，与木材提供的碳源共同组成了膨胀型阻燃体系，提高木材燃烧过程中的残碳量，降低燃烧放热量，阻止火焰进一步蔓延。

22、(3)琼脂在高温条件下溶解，在冷却形成凝胶的过程中，其三维网络结构能固定溶液相的阻燃剂成分，实现阻燃剂的均相分散。再结合冷冻干燥工艺，使体系的水以气体方式离开，避免阻燃剂结晶过程中的团聚。

23、(4)琼脂负载的改性磷酸脒基脲阻燃剂与脲胶、面粉体系相容性良好。琼脂能与面粉的羟基形成氢键，实现均匀分散，从而保证阻燃剂在脲胶中均匀分散，更好发挥阻燃效果。

技术特征：

1.一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤依次包括：

2.根据权利要求1所述的一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述双氰胺溶液质量分数为20％～30％。

3.根据权利要求1所述的一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述硼酸质量分数为20％～30％。

4.根据权利要求1所述的一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述磷酸和硼酸的滴加速率不超过20ml/s。

5.根据权利要求1所述的一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂的制备方法，其特征在于：阻燃剂制备过程中的搅拌速率不低于200rpm/min。

6.根据权利要求1所述的一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)冷冻干燥的条件为温度-5℃～0℃，压力-0.8bar～-0.6bar，时间12～24h。

7.权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂。

8.一种如权利要求7所述的均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂在难燃胶合板制备工艺中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：使用均相分散改性磷酸脒基脲阻燃剂制备难燃胶合板包括如下步骤：①脲胶和面粉搅拌均匀后，加入均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂，搅拌均匀待用；②单板经过施胶、铺装、冷压、割芯修补、热压、刮腻子、砂光、贴面后制得难燃胶合板。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述脲胶、面粉、均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂的质量份数比为100：(30～40)：(20～40)。

技术总结
本发明提供了一种均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂及其制备方法和应用，先通过pH更高的硼酸代替部分磷酸，用于合成硼酸‑磷酸脒基脲，然后通过聚磷酸铵改性硼酸‑磷酸脒基脲，再加入琼脂粉，形成复配阻燃剂的琼脂凝胶，将复配阻燃剂的琼脂凝胶经过冷冻干燥、球磨，得均相分散的改性磷酸脒基脲阻燃剂。琼脂在高温条件下溶解，在冷却形成凝胶的过程中，其三维网络结构能固定溶液相的阻燃剂成分，实现阻燃剂的均相分散。冷冻干燥工艺，使体系的水以气体方式离开，避免阻燃剂结晶过程中的团聚。改性磷酸脒基脲阻燃剂与脲胶、面粉体系相容性良好。琼脂能与面粉的羟基形成氢键，实现均匀分散与附着，从而保证阻燃剂在脲胶的抗流失性，更好发挥阻燃效果。

技术研发人员：汪述平,魏任重,王洪松,王阳,马同华,陆铜华
受保护的技术使用者：千年舟新材科技集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27