一種紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紅磷阻燃劑，更具體地說，本發(fā)明涉及一種紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑及其制備方法，屬于阻燃制劑及制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]紅磷是一種高效的阻燃劑，紅磷受熱易氧化成氧化磷，在有水的情況下，又迅速轉(zhuǎn)化為磷酸、偏磷酸、聚磷酸等覆蓋在被燃物的表面，起著保護(hù)和屏蔽作用，混磷酸在高溫下對(duì)聚合物有很強(qiáng)的脫水炭化作用，可在被燃物表面形成穩(wěn)定的玻璃炭化層，進(jìn)一步增強(qiáng)阻燃效果。在聚合物發(fā)泡材料、環(huán)氧和不飽和聚酯涂層、涂料及織物的整理中添加紅磷可有效地起到阻燃的作用，但紅磷微粉由于粒徑小，直接添加易團(tuán)聚，分散不均勻，很難起到好的、均勻的阻燃效果；直接采用水或其它溶劑把紅磷微粉分散、攪勻進(jìn)行添加，這種添加也存在很大的弊端。首先，由于紅磷的密度約為2.34g/cm3，比水或使用的有機(jī)溶劑密度相對(duì)大得多，因此很容易沉降而固液分相，在添加的時(shí)候分散不均勻；其次，用水和其它溶劑對(duì)紅磷進(jìn)行直接分散，溶液中紅磷的含量受限，當(dāng)紅磷在溶液中的含量超過20%，其沉降的速度就非?？欤?dāng)把剛分散的紅磷靜置1min左右就幾乎完全沉降，以至于不能很好的添加和大量的添加，尤其是在處理大量的聚合物、涂料、涂層和織物需高含量紅磷時(shí)，基本無法滿足所需要求，并達(dá)到很好的均勻的阻燃效果；最后，因其沉降速度快，所以不能在一定時(shí)間內(nèi)大量制備。
[0003]經(jīng)檢索，現(xiàn)有技術(shù)中主要針對(duì)紅磷在空氣中易氧化、吸濕，容易引起粉塵爆炸等問題，并通常采用包覆處理方法制得微膠囊化紅磷阻燃劑。如中國專利CN103980542A公開的一種無塵微膠囊紅磷阻燃劑的制備方法，以及CN102702766A公開的一種微膠囊化紅磷阻燃木塑復(fù)合材料及其制備方法。而將紅磷微粉制成水性懸浮液阻燃劑的研宄國內(nèi)外均未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在針對(duì)現(xiàn)有紅磷微粉在用于涂層、涂料以及織物阻燃時(shí)，不易分散并難以大量添加的問題，提供一種紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑及其制備方法。由該方法制得的紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑，紅磷含量為20%~60%，不但有效成分紅磷含量高，且水性懸浮液流動(dòng)性好，使用時(shí)易于添加、處理和分散均勻，并對(duì)處理的材料具有很好的均勻的阻燃效果，同時(shí)，該水性懸浮液阻燃劑穩(wěn)定性好，穩(wěn)定時(shí)間達(dá)半年以上，且氣味低，可大規(guī)模制備和使用。
[0005]本發(fā)明的目的是基于以下的原理及所實(shí)施的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑的制備原理是:
首先，通過采用濕潤分散劑，并以研磨的方式使分散劑吸附于固體顆粒的表面，使得在降低液-液或固-液之間的界面張力的同時(shí)，也使凝聚的固體顆粒表面易于濕潤，同時(shí)還可在固體顆粒的表面形成吸附層，使固體顆粒表面的電荷增加，并提高形成立體阻礙的顆粒間的反作用力，使固體粒子表面形成雙分子層結(jié)構(gòu)，其外層分散劑極性端與水有較強(qiáng)親合力，可增加固體粒子被水潤濕的程度，而固體顆粒之間因靜電斥力而遠(yuǎn)離；其次，通過在紅磷微粉的水分散體系中添加抗沉降劑，可使抗沉降劑在體系中形成立體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并使體系的均勻、懸浮性能增加，從而保持分散體系的相對(duì)穩(wěn)定。另外，為與阻燃材料的粘度相匹配，還可通過加入增稠劑來對(duì)懸浮液的粘度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到更好的操作效果。
[0007]根據(jù)上述原理，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑，其特征在于:所述紅磷微粉水性懸浮液的紅磷含量為 20%~60%，粘度為 10~500cp，通常在 10~100cp。
[0008]所述紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑的制備方法按如下步驟進(jìn)行:
A、于稱量的紅磷微粉中，以紅磷微粉為基準(zhǔn)，按重量比分別加入0.5-5%的潤濕分散劑和5~10%的水后進(jìn)行研磨，以使紅磷微粉表面均勻覆蓋一層濕潤分散劑；
B、將經(jīng)步驟A研磨后表面覆蓋有一層濕潤分散劑的紅磷微粉轉(zhuǎn)入到塑料杯容器中，按重量比加入為紅磷微粉80~390%的水，然后用高速剪切乳化分散器在3000~5000rpm下，分散 30min ；
C、在經(jīng)步驟B分散后的紅磷微粉溶液中，再加入為紅磷微粉溶液質(zhì)量1~10%的抗沉降劑，并在3000~6000rpm下繼續(xù)分散10~15min，至抗沉降劑分散均勻即得紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑產(chǎn)品。
[0009]根據(jù)阻燃材料的粘度需求，在步驟C加入抗沉淀劑進(jìn)行分散后，還可添加為紅磷微粉溶液質(zhì)量0.1-5%的增稠劑，并繼續(xù)分散以得到粘度增大的紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑產(chǎn)品。
[0010]所述紅磷微粉可用穩(wěn)定化紅磷微粉替代，其粒徑均小于100 μ mo
[0011]所述穩(wěn)定化紅磷微粉是指采用有機(jī)或無機(jī)材料進(jìn)行包覆后的紅磷微粉。
[0012]所述濕潤分散劑為陰離子型多官能團(tuán)聚合物醇銨鹽溶液、丙烯酸酯共聚物銨鹽溶液、丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨溶液、丙烯酸丁酯-丙烯酸共聚物銨鹽溶液、N-油酰肌氨酸十八胺鹽溶液、十二烷基硫酸銨鹽溶液或月桂醇硫酸酯銨鹽溶液等中的至少一種。
[0013]所述抗沉降劑為氣相二氧化硅、有機(jī)膨潤土、改性脲溶液、丙烯酸乳液或氫化蓖麻油等中的一種或幾種。
[0014]所述增稠劑為聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酰胺(PMA)或可溶性淀粉中的一種或幾種，其中，聚乙烯醇優(yōu)選PVA1788，聚乙二醇優(yōu)選PEG600，聚丙烯酰胺優(yōu)選分子量在300萬左右的PMA。
[0015]本發(fā)明所制備的紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑，它可以以液態(tài)添加的形式用于聚合物水性發(fā)泡、地毯、無紡布等的浸漬和涂覆阻燃，也可以直接用于天然橡膠、人造橡膠、乳膠、膠粘劑、涂料以及聚合物發(fā)泡的阻燃，一般的使用量按重量比為5~15%，還可以與金屬氫氧化物、三聚氰胺及其衍生物、聚磷酸鹽等共同使用以達(dá)到更佳的阻燃效果。
[0016]本發(fā)明突出的技術(shù)效果表現(xiàn)在:
1、加入濕潤分散劑并經(jīng)潤濕研磨處理，在分散劑均勻的吸附于紅磷微粉的表面后，不僅可增加固體粒子被水潤濕的程度，還可使固體顆粒之間因靜電斥力而遠(yuǎn)離，從而有效阻止了紅磷微粉的團(tuán)聚。
[0017]2、在經(jīng)潤濕研磨后的紅磷微粉中加水分散，然后再于該紅磷微粉水分散體系中添加抗沉降劑，可有效增加分散體系的懸浮性能，從而很好的保持分散體系的相對(duì)穩(wěn)定，且穩(wěn)定時(shí)間達(dá)半年以上，氣味低。
[0018]3、通過加入增稠劑來調(diào)節(jié)懸浮液的粘度，可滿足不同阻燃材料的粘度需求，從而達(dá)到更好的操作效果。
[0019]4、本發(fā)明的水性懸浮液阻燃劑，紅磷含量為20%~60%，粘度為10~500cp，通常在10~100cp，不但有效成分紅磷含量高，且水性懸浮液流動(dòng)性好，使用時(shí)易于添加、處理和分散均勻，并對(duì)處理的材料具有很好的均勻的阻燃效果，同時(shí)，該水性懸浮液阻燃劑穩(wěn)定性好，穩(wěn)定時(shí)間達(dá)半年以上，且氣味低，可大規(guī)模制備和使用。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
A、于20g、粒徑50μ m的紅磷微粉中，加入0.5g丙烯酸酯共聚物銨鹽溶液和2g水后進(jìn)行研磨，致紅磷微粉表面均勻覆蓋一層濕潤分散劑；
B、將經(jīng)步驟A研磨后表面覆蓋有一層濕潤分散劑的紅磷微粉轉(zhuǎn)入到塑料杯中，加入78g水，然后用高速剪切乳化分散器在5000rpm下，分散30min ；
C、在經(jīng)步驟B分散后的紅磷微粉溶液中加入0.5g改性脲溶液，并在3000rpm下繼續(xù)分散lOmin，即得紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑產(chǎn)品。
[0021]該紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑的性能如下:
粘度:10cp，氣味低，懸浮液，保存時(shí)間6個(gè)月，長時(shí)間保存具有觸變性，輕微攪動(dòng)即成可流動(dòng)性液體。
[0022]實(shí)施例2
A、于100g、粒徑100μ m的紅磷微粉中，加入3g陰離子型多官能團(tuán)聚合物醇錢鹽溶液和5g水后進(jìn)行研磨，致紅磷微粉表面均勻覆蓋一層濕潤分散劑；
B、將經(jīng)步驟A研磨后表面覆蓋有一層濕潤分散劑的紅磷微粉轉(zhuǎn)入到塑料杯中，加入95g水，然后用高速剪切乳化分散器在5000rpm下，分散30min ；
C、在經(jīng)步驟B分散后的紅磷微粉溶液中加入2.5g改性脲溶液，并在5000rpm下繼續(xù)分散5min，即得紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑產(chǎn)品。
[0023]該紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑的性能如下:
粘度:20cp，氣味低，懸浮液，保存時(shí)間6個(gè)月，長時(shí)間保存具有觸變性，輕微攪動(dòng)即成可流動(dòng)性液體。
[0024]實(shí)施例3
A、于100g、粒徑50μπι的紅磷微粉中，加入2g丙烯酸酯共聚物銨鹽溶液和8水后進(jìn)行研磨，致紅磷微粉表面均勻覆蓋一層濕潤分散劑；
B、將經(jīng)步驟A研磨后表面覆蓋有一層濕潤分散劑的紅磷微粉轉(zhuǎn)入到塑料杯中，加入90g水，然后用高速剪切乳化分散器在5000rpm下，分散30min ；
C、在經(jīng)步驟B分散后的紅磷微粉溶液中加入2.5g改性脲溶液，并在3000rpm下繼續(xù)分散lOmin，然后加入0.2g聚丙烯酰胺，3000rpm下分散2min即得紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑產(chǎn)品。
[0025]該紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑的性能如下: 粘度:20cp，氣味低，懸浮液，保存時(shí)間6個(gè)月，長時(shí)間保存具有觸變性，輕微攪動(dòng)即成可流動(dòng)性液體。
[0026]實(shí)施例4
A、于500g、粒徑50μ m的穩(wěn)定化紅磷微粉中，加入25g十二烷基硫酸銨鹽溶液和25水后進(jìn)行研磨，致紅磷微粉表面均勻覆蓋一層濕潤分散劑；
B、將經(jīng)步驟A研磨后表面覆蓋有一層濕潤分散劑的紅磷微粉轉(zhuǎn)入到塑料杯中，加425g水，然后用高速剪切乳化分散器在5000rpm下，分散30min ；
C、在經(jīng)步驟B分散后的紅磷微粉溶液中加入30g氣相二氧化硅和20g丙烯酸乳液，并在4000rpm下繼續(xù)分散15min，然后再加入50g可溶性淀粉，5000rpm下分散5min即得紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑產(chǎn)品。
[0027]該紅磷微粉水性懸浮液阻燃劑的性能如下:<