难溶聚磷酸铵的分散聚合及其对聚丙烯的阻燃作用研究

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聚磷酸铵(APP)是一种重要的无卤磷系阻燃剂。它有六种晶型,常用的是I型和Ⅱ型。和I型相比,Ⅱ型APP聚合度较高,吸湿性小,不易水解,热稳定性、阻燃性、抑烟性和加工性均较好。但其制备比较困难,目前的生产方法均存在着工艺复杂,设备要求高、投资大等问题。因此,开展其聚合新技术的研究具有重要的理论和实际意义。针对现有生产方法存在的问题,本研究开展了Ⅱ型难溶聚磷酸铵的分散聚合工艺研究。以柴油(260-280℃馏分)为反应介质,以磷酸氢二铵和尿素为原料,以聚乙二醇为分散剂,成功地制备出Ⅱ型难溶聚磷酸铵。此生产方法工艺简单,所需设备也很常见,生产成本较低。实验结果表明:Ⅱ型APP的较优制备条件为:n(尿素):n(磷酸二氢铵)=1.1:1,反应温度为220℃,通入湿氨气反应16h。在此条件下,制备出的APP氮磷含量分别为N%=14.04%,P2O5%=71.06%,溶解度=0.50g/100mL水,聚合度=204,经红外光谱与X射线衍射证实为Ⅱ型APP。对按以上条件制得的Ⅱ型APP阻燃聚丙烯(PP)进行了研究,并与Ⅰ型APP进行了比较。实验结果表明:Ⅱ型聚磷酸铵和三(2-羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)以质量比2.5:1复合而成的磷氮阻燃剂对PP具有良好的阻燃作用。当该阻燃剂体系添加量为30%时,PP的极限氧指数(LOI)为30.7%,垂直燃烧试验达FV-0级。而Ⅰ型聚磷酸铵的效果则较差,同条件下,PP试样的LOI=27.8%,在垂直燃烧试验中无阻燃级别。锥形量热仪测定数据表明:阻燃PP燃烧时的热释放速率、质量损失速率和总热释放量明显降低,热释放和质量损失更加平缓。和采用Ⅰ型APP与THEIC阻燃PP相比,同条件下采用Ⅱ型APP时PP试样热释放速率峰值更低。
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