三聚氰胺磷酸盐的绿色合成及阻燃性研究
来源:    发布时间: 2018-09-28 17:09   2346 次浏览   大小:  16px  14px  12px
  随着生活中化学建材应用的增多,化学建材的阻燃性显得非常重要。因此,世界各国都在全力开展阻燃技术的研究[1-10]。就近几年国内阻燃剂的发展,绝大多数用于防火产品中的阻燃剂,都是含卤、多元醇及含氮化合物或聚磷酸盐等混合阻燃剂。但是含卤素的
  随着生活中化学建材应用的增多,化学建材的阻燃性显得非常重要。因此,世界各国都在全力开展阻燃技术的研究[1-10]。就近几年国内阻燃剂的发展,绝大多数用于防火产品中的阻燃剂,都是含卤、多元醇及含氮化合物或聚磷酸盐等混合阻燃剂。但是含卤素的阻燃剂在阻燃时会产生大量的浓烟及释放出有毒有害气体,对环境造成很大的威胁,其使用受到限制[11]。而混合型阻燃剂常使用三聚氰胺、磷酸盐或季戊四醇组成的复合体系,使用该混合体系也会有以下缺点:当使用量过多时会导致材料性能变差;对于反应的热稳定性以及水溶性和耐老化性等都会变差,甚至可能腐蚀基体[12-15],因此,为顺应绿色环保及可持续发展的战略思想,绿色阻燃剂的研制是目前最重要的课题。
  含有氮、磷成分的三聚氰胺磷酸酯(盐),简称MP,近年在国外一直大量用于防火涂料(特别是膨胀型防火涂料)、木材及纸张的阻燃。国内目前的研究和应用尚属起步,但发展较快[16-22]。MP不含卤素,在各类复合材料中能抑制烟雾产生,能防止发生熔滴现象,在氮和磷的协同作用下,形成紧密的炭层来隔绝热量和氧气,具有低烟、低毒、相容性好,受热时结炭成焦而隔热、隔氧的特点,因此能有效地阻燃和防止滴落、制止火焰的传播和蔓延,是一类阻燃效果很好的绿色阻燃剂。
  但是,MP合成反应过程中易产生凝聚块使反应物混合不均匀,热解反应不均匀,使得产物反应程度不一致,得到的是三聚氰胺磷酸盐、双三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺双磷酸盐等的混合物[23-27],故在反应过程中要注意在三聚氰胺高度分散后加入磷酸,且磷酸不可过量,从而减少结块;并控制反应温度和搅拌速率,避免局部过热。笔者用磷酸和三聚氰胺为原料,以去离子水作为分散剂,通过一步反应合成了膨胀型阻燃剂MP;运用正交试验法设计试验方案,考察了反应物的配比、反应温度和反应时间对反应产率的影响,并用傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪、极限氧指数(LOI)仪和垂直燃烧仪等对合成产物进行分析,为工业化生产提供依据,这对绿色阻燃剂的发展具有重要意义。
  1 实验部分
  1.1 主要原料
  三聚氰胺:化学纯,上海山浦化工有限公司;
  磷酸:分析纯,济宁宏明化学试剂有限公司;
  溴化钾:分析纯,阿拉丁试剂(上海)有限公司;
  去离子水:自制;
  热塑性聚氨酯(PUR-T):东莞九瑞塑胶原料有限公司;
  聚磷酸铵(APP):分析纯,郑州生裕化工产品有限公司。
  1.2 主要仪器及设备
  数显恒温水浴锅:HH-S型,金坛市大地自动化仪器厂;
  恒速搅拌器:DW-1型,巩义市矛华仪器有限公司;
  循环水式真空泵:SHB-III型,郑州长城科工贸有限公司;
  电热恒温鼓风干燥箱:101-1型,北京科伟永兴仪器有限公司;
  压片机:YP-Ⅱ型,上海山岳科学仪器有限公司;
  FTIR仪:Nicolet IS10型,美国T.F.S.公司;
  LOI仪:JF-3型,南京市江宁区分析仪器厂;
  转矩流变仪:RTOI-55/20型,广州市普同实验分析仪器有限公司。
  1.3 MP的化学合成及阻燃材料的制备
  (1) MP的化学合成。
  用分析天平称量三聚氰胺m1克(精确到0.000 1 g)置于200 mL四口烧瓶中,再加入130 mL去离子水再升温、回流,滴加12 g (精确到0.000 1 g)磷酸,滴加完成后,保温1.5 h,然后降温、过滤,干燥得产品m2克。http://www.pbchem.net/