季戊四醇磷酸蜜胺盐膨胀型阻燃剂的合成.pdf

第38卷第12期
化工技术与开发
Vol38 No 12
2009年12月
Technology &Development of Chemical Industry
Dec.2009
季戊四醇僯酸蜜胺盐膨胀型阻燃剂的合成
李健,付争兵
孝感学院化学与材料科学学院,湖北孝感432100)
摘要:采用磷酸、季成四醇和三聚領胺为原料,乙二醇为介质,在一定温度和搅拌下合成无卤膨胀型阻燃剂
季戊四醇磔酸蜜胺盐,并对产物进行了差热、热失重及红外分析。根据该阻燃剂的膨胀度、剩炭率的测定结果,确
定最佳合成条件为:n(裤酸):n(季成四醇):れ(三聚氰胺)=3:1:2;中间产物季成四醇裤酸酯中间体的合成温度
120℃,合成时间2h;最终产物磷酸酯三聚氰胺盐阻燃剂合成温度100℃,时间4h
关键词:蜜胺盐;膨胀型阻燃剂;合成
中图分类号:TQ314.248
文献标识码:A
文章编号:1671-9905(2009)12-0010-03
阻燃剂是用于提高材料的抗燃性,即阻止材料工等优点,具有一定的实践意义。
被引燃及抑制火焰传播的助剂。阻燃剂主要用于阻
燃高分子材料。按阻燃元素种类,阻燃剂常分为窗1实验部分
系、有机磷系及卤一磷系、无卤系。无卤阻燃剂主要1.1主要原料和仪器
分两类:一类是以Mg(OH)2、Al(OH)为代表的无
磷酸(AR)、五氧化二磷(AR)、季戌四醇(CP)、
机阻燃剂;另一类是膨胀型阻燃剂。膨胀型阻燃剂三聚氰胺(AR)、乙二醇(AR)。85-2恒温磁力搅拌
受热时可形成致密的炭层,通过其绝热隔氧的屏障器、ZD-90永磁直流电动机、 NICOLET380红外光
作用以阻碍内层基质的热分解与燃烧,因而具有发谱仪、SDTQ600差示扫描量热仪。
烟量少、无滴落、无有毒气体产生等优点]
1.2阻燃剂的制备
本文以磷酸、五氧化二磷制得聚磷酸,然后与季
将磷酸、五氧化二磷以一定的比例加人三颈烧
戊四醇反应生成季戊四醇磷酸酯中间体,最后中间瓶中,缓慢加热到80℃并恒温搅拌1h,再将体系升
体与三聚氧胺交联固化合成了磷酸酯三聚氰胺盐阻温至120℃,分3次加人季戊四醇恒温搅拌2h,生
燃剂。本实验合成的磷酸蜜铵盐阻燃剂通过设计把成酯中间产物,然后加入三聚氰胺的乙二醇溶液在
传统的“三源”合成到一个大分子中,与传统的磷酸100℃下反应4h即得最终产物。最终产物经多次
蜜胺盐与季戊四醇复配的膨胀型阻燃剂相比,具有去离子水水洗并抽滤,使母液pH值为6~7后真空
热分解温度适中,阻燃效率高,抗拉强度高,适于加于燥装袋备用。
CH2 OH
OCH
CH2-O
2HO-P-OH +HOHCC-CH2OH - HO-I
-OH
O-CH2
OH
CHOH
O
HN
O-CH外、ノCH2O、
P-OH +2
O-CH
N
HN
NH]0-
OHN
HN
基金项目:孝感学院2009年度科学研究项目(22009013)
收稿日:2009-08-05
第12期
李健等:季戊四醇磷酸蜜胺盐膨胀型阻燃剂的合成
1.3阻燃剂的膨胀度和剩炭率的测定
消耗,总酸值降低,但达到一定值后,很长时间不会
准确称取0.5g阻燃剂,放人50mL坩锅中,置有大幅度的变化,反应可能已经趋于平衡,因而适宜
于马弗炉中升温至400℃,保温20min,测量其膨胀的反应时间为2h。
体积和剩炭量,计算其膨胀度和剩炭率。
2.3反应温度对最终产物的影响
膨胀度=排晶受热煎后积变化
图1为反应时间4h,n(磷酸):n(季成四醇):
m(三聚氰胺)=3:1:2时,反应温度对产物剩炭率的
剩炭率=样晶受点器舍物重量
彩响。由图1可以直观地看出,反应温度控制在
1.4阻燃剂的红外光谱测试
100~120℃,反应较完全,此时剩炭率较高。
用傅立叶红外光谱仪上测定样品的红外光谱特
性,测定波长范围为4000~400cm~1,测定精度为1
8%4
1.5阻燃剂的DSC/TG测试
差示扫描量热仪的DSC技术测试合成的典型
样品的热稳定性,条件为:温度范围35~600℃、升
温速率10℃?min~1、氮气氛围。
%220
2结果及讨论
2.1温度对中间产物合成的影响
图1反应温度对最终产物剩炭率的羏晌
按n(磷酸):n(季成四醇)=2:1,反应时间一2.4反应时间对最终产物的影响
定,观察不同温度下的现象,结果见表1。
图2为反应温度100℃,n(礫酸):n(季戌四
寝1温度对中间产物合成的影响
醇):n(三聚氰胺)=3:1:2时,反应时间对产物剩炭
温度/C
反应现象
率的影响。由图2直观看出,反应时间控制在4~5
60季戊四醇不反应
h反应比较完全,剩炭率也高。
80季成四醇反应不完全,粘稠状
100白色稠乳液,有季戊四醇析出
淡黄色粘稠液体,季成四醇反应完全
140棕色粘稠液体,硝部分碳化
203
合成中间体是生成酯的过程,反应为吸热反应
s34
同时也有水生成,提高温度一方面可以加快反应速
度,另一方面有利于水的排出使反应向着生成酯的
方向进行,但温度不能过高,否则酯将部分脱水碳
208%42
化,使产品颜色变深,适宜的反应温度为120℃。
2.2反应时向对中间产物合成的影响
Tme/h
按れ(酸):れ(季成四醇)=2:1,反应温度为
图2反应时间对最终产物剩炭率的形响
120℃,不同反应时间,取样测其总酸值,结果见表2.5阻燃剂的膨胀度和剩炭率
2。
肜胀型阻燃剂主要通过形成多孔泡沫炭质层而
表2反应时间对中间产物合成的影响
在凝聚相起阻燃作用,它的一个重要特点就是受热
反应时间h
总酸值 mg KOH.~1
膨胀2]。剩炭率和膨胀度是用以表征膨胀型阻燃
9,80
剂阻燃性能的两个重要质量指标,它们与阻燃剂的
7.26
阻燃性能有密切的关系。一般膨胀度越大,剩炭率
7.23
越高,燃烧时形成的炭层越厚、越致密,阻燃效果越
4
7.18
好。因此本文对反应摩尔比不同时合成的阻燃剂进
反应初期速度很快,随着反应的进行,磷酸不断行了膨胀型实验,结果见表3