本發明屬于化工技術領域，具體涉及一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑及其制備方法。

背景技術：

我國目前所用的阻燃劑大部分是傳統阻燃劑，傳統的無機阻燃劑和鹵系阻燃劑雖然阻燃效率高、適用面廣，但絕大多數需要高添加量并帶來較嚴重的金屬污染，對基材的機械物理性能也有明顯的不良影響。現代社會對高效阻燃劑的需求越來越顯著。

含磷阻燃劑相對于無機阻燃劑和鹵系阻燃劑具有非常明顯的優勢，比如價格低廉、無毒、無金屬，對基材的適用范圍廣等明顯優勢，已經成為現在阻燃劑行業的明確發展方向。膨脹型阻燃劑(ifr)因其具有低煙低毒、抑熔滴等優點而被認為是聚合物阻燃領域最具發展前景的綠色阻燃劑之一；磷-氮系膨脹型阻燃劑是現代發展較好的一類阻燃劑，它主要有酸源(脫水劑)，氣源(含氮發泡劑)和炭源(成炭劑)三部分組成，以磷、氮、碳為主要活性元素，添加這類阻燃劑的塑料受熱時，表面能生成一層均勻、致密的泡沫層，此泡沫層隔熱、隔氧、抑煙，并能一定程度抑制熔滴現象，阻燃效果顯著。如cn102020842a公開了一種磷-氮復合膨脹型活性阻燃劑改性環氧樹脂及其制備方法與應用；cn105778263a公開了一種協同膨脹阻燃聚烯烴彈性體電纜料及其制備方法；上述專利申請采用復配型磷-氮膨脹型阻燃劑雖取得了良好的效果，但該類阻燃劑存在著阻燃性能不持久、對基體力學性能破壞較大的缺點，而且阻燃效果與阻燃劑的添加量有很大的關系，必須達到一定比例的添加量后才會產生較好的阻燃效果；此外，復配型磷-氮膨脹型阻燃劑必須與高聚物類型相匹配，才能有效的對基材產生最佳的阻燃效果。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑及其制備方法，磷-氮單組份膨脹型阻燃劑集炭源、酸源、氣源于同一分子中，具有優良的阻燃性能和耐水溶性能，不含鹵素對環境污染小，與高分子基體具有很好的相容性，對聚合物本身的力學性能影響也較小，有效解決了復配型膨脹阻燃劑阻燃性能不持久、對基體力學性能破壞較大等問題。

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機溶劑中經過化學反應合成三維體型大分子結構。

所述的脫水劑為三聚氰胺聚磷酸鹽(mpp)、聚磷酸銨(app)的一種。

所述的成炭劑為氯化螺環磷酸酯(spdpc)、新戊二醇磷酰氯(dppc)、或季戊四醇、三氯氧磷與三聚氯氰的摩爾比為1:(2-1)：(0.5-1)合成的成炭劑(pepa)的一種。

所述的含氮發泡劑選自甲苯胺、乙二胺、三聚氰胺、對氨基苯磺酸鈉、氨基超支化聚硅氧烷中的一種或兩種以上組合。

所述的有機溶劑選自丙酮、甲苯、二甲苯的一種或兩種以上組合。

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：

在5-10℃條件下向反應釜中加入有機溶劑、脫水劑、成炭劑，機械攪拌混合均勻，在1-2h內滴加縛酸劑，滴完后持續反應2-4h；升溫至50-60℃，于1-3h內加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應3-6h；然后升溫至90-110℃，于1-3h內再次加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應5-8h；待反應結束后將混合液濃縮、過濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結構的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑。

所述的縛酸劑為吡啶、三乙胺和氫氧化鈉中的一種或多種。

所述的縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發泡劑摩爾比為(2-1)：1:(1-1.5)：(0.5-1)。

本發明具有如下優點：

該阻燃劑為三維體型大分子結構，可有效克服小分子膨脹型阻燃劑易遷移、易吸濕及與聚合物基體相容性差等缺點；不含鹵素對環境污染小，集炭源、酸源和氣源于一體的環保磷-氮單組份阻燃劑既能滿足人們對高性能阻燃劑的需求，又能簡化加工過程中的投料工序、節約成本；生產工藝簡單、容易控制，對生產設備要求較低，產率較高。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

實施例1

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機溶劑中經過化學反應合成三維體型大分子結構；脫水劑為三聚氰胺聚磷酸鹽(mpp)，成炭劑為氯化螺環磷酸酯(spdpc)，含氮發泡劑為甲苯胺，有機溶劑為丙酮。

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：在5℃條件下向反應釜中加入有機溶劑、脫水劑、成炭劑，機械攪拌混合均勻，在1h內滴加縛酸劑吡啶，滴完后持續反應2h；升溫至50℃，于1h內加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應3h；然后升溫至90℃，于1h內再次加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應5h；待反應結束后將混合液濃縮、過濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結構的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，其中縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發泡劑摩爾比為2:1:1:0.5。

實施例2

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機溶劑中經過化學反應合成三維體型大分子結構；脫水劑為聚磷酸銨(app)，成炭劑為新戊二醇磷酰氯(dppc)，含氮發泡劑為乙二胺、三聚氰胺的混合物，有機溶劑為甲苯。

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：在10℃條件下向反應釜中加入有機溶劑、脫水劑、成炭劑，機械攪拌混合均勻，在2h內滴加縛酸劑三乙胺，滴完后持續反應4h；升溫至60℃，于3h內加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應6h；然后升溫至110℃，于3h內再次加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應8h；待反應結束后將混合液濃縮、過濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結構的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，其中縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發泡劑摩爾比為1：1：1.5：1。

實施例3

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機溶劑中經過化學反應合成三維體型大分子結構；脫水劑為聚磷酸銨(app)，成炭劑為季戊四醇、三氯氧磷與三聚氯氰的摩爾比為1:2：0.5合成的成炭劑(pepa)，含氮發泡劑為對氨基苯磺酸鈉，有機溶劑為甲苯和二甲苯的混合物。

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：在8℃條件下向反應釜中加入有機溶劑、脫水劑、成炭劑，機械攪拌混合均勻，在1.5h內滴加縛酸劑氫氧化鈉，滴完后持續反應3h；升溫至55℃，于2h內加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應5h；然后升溫至100℃，于2h內再次加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應7h；待反應結束后將混合液濃縮、過濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結構的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，其中縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發泡劑摩爾比為1.5：1：1：0.5。

實施例4

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，由包含以脫水劑為酸源、以含氮發泡劑為氣源和以成炭劑為炭源組成，在有機溶劑中經過化學反應合成三維體型大分子結構；脫水劑為季戊四醇、三氯氧磷與三聚氯氰的摩爾比為1：1：1合成的成炭劑(pepa)，含氮發泡劑為氨基超支化聚硅氧烷，有機溶劑為丙酮。

一種環保磷-氮單組份膨脹型阻燃劑的制備方法，具體地，包含如下步驟：在10℃條件下向反應釜中加入有機溶劑、脫水劑、成炭劑，機械攪拌混合均勻，在2h內滴加縛酸劑三乙胺和氫氧化鈉的混合物，滴完后持續反應4h；升溫至55℃，于2h內加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應6h；然后升溫至110℃，于3h內再次加入含氮發泡劑水溶液，滴完后反應6h；待反應結束后將混合液濃縮、過濾、洗滌和干燥得三維體型大分子結構的磷-氮單組份膨脹型阻燃劑，其中縛酸劑、脫水劑、成炭劑與含氮發泡劑摩爾比為1：1：1.5：0.5。

經測試發現：本發明的環保磷-氮單組份阻燃劑具有良好的成炭性能，500℃時其殘炭量可達43.7％，可在基體分解前快速分解生成大量的炭保護層，具有良好的阻燃效果。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。