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一种用于高分子阻燃材料的纳米层状单质磷阻燃剂及其制备方法与应用CN116376109A
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-09-08 09:52:34
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-09-14 14:31:41
本发明公开了一种用于高分子阻燃材料的纳米层状单质磷阻燃剂及其制备方法与应用，该纳米层状单质磷阻燃剂的片层厚度为2～100nm，平面直径为20～1000nm，制备方法简便，通过用有机胺活化单质磷生成P‑N键，再在高温下发生P‑N键断裂、P‑P键重组制成，胺可循环利用，具有高阻燃效率、低添加量、低烟、低毒、无卤等优点，有效克服了传统红磷阻燃剂使用量大、分散不均匀、与基材相容性差等缺点，符合阻燃剂绿色、环保、高效的发展趋势。
1.一种用于高分子阻燃材料的纳米层状单质磷阻燃剂的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
将单质磷和有机胺均匀混合，在120～300℃下反应3～48h，离心分离，乙醇洗涤，干燥至恒重，即得所述纳米层状单质磷阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的用于高分子阻燃材料的纳米层状单质磷阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述单质磷和所述有机胺的比例为0.01～2g：1mL。
3.根据权利要求1所述的用于高分子阻燃材料的纳米层状单质磷阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述单质磷选自白磷、非晶态红磷、黑磷、紫磷、纤维磷中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于高分子阻燃材料的纳米层状单质磷阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述有机胺选自N-甲基乙二胺、N-乙基乙二胺、N,N-二甲基乙二胺、N,N-二乙基乙二胺、3-二甲胺基丙胺、3-甲氨基丙胺、N,N'-双(3-氨丙基)乙二胺、3,3'-二氨基二丙胺、N,N'-双(3-氨丙基)甲胺、正辛胺、正己胺、正丁胺、1,2-环己二胺中的至少一种。
高分子材料广泛用于建筑制品、电线电缆、纺织品、电子器件等，但普遍易燃。因此，需对高分子材料进行阻燃处理，通常通过添加阻燃剂实现。
阻燃剂按照阻燃元素分为卤系、磷系、氮系、硅系、硼系等。其中卤系阻燃剂由于燃烧后会释放出大量有毒气体，近年来已被逐渐淘汰。磷系阻燃剂作为替代品之一，不仅克服了卤系阻燃剂燃烧时发烟量大、释放有毒腐蚀性气体的缺点，而且阻燃效果优良，低烟，低毒，无腐蚀性气体产生。由于阻燃效应持久、热稳定性好、不挥发、无卤等优点，无机磷系阻燃剂越来越受到青睐，其中红磷的相关研究最为广泛。但是，传统红磷阻燃剂存在使用量大、分散不均匀、与基材相容性差等缺点。
近期，无机纳米粒子，作为一种新型的阻燃剂，受到了越来越多的关注。这归因于加入少量纳米粒子，即可显著降低高分子材料的热释放速率和质量损失速率等。纳米颗粒的几何特征很大程度上决定了其阻燃性能。据报道，相较于管状、球形等结构的粒子，具有层状结构的纳米颗粒具有极佳的阻燃效果。因此，开发性能优异的纳米无机磷系阻燃剂具有重要意义。
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与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明技术方案中，纳米层状单质磷阻燃剂先通过胺适度活化原料单质磷，然后中间体在高温下发生P-N键断裂，再经P-P键重组制成，即经过P-N键生成、P-N键断裂、P-P键重组等过程得到本发明的纳米层状单质磷阻燃剂；所使用的胺可以循环使用。
(2)本发明的纳米层状单质磷阻燃剂属于磷单质，具有阻燃性能优异、低毒、抑烟等优势。
(3)本发明的纳米层状单质磷阻燃剂为层状结构，具有优良的尺寸效应，可以均匀地分散到高分子材料中，与高分子材料的相容性佳，在低添加量时，即可实现高效阻燃，有效克服传统红磷阻燃剂使用量大、分散不均匀、与基材相容性差等缺点，符合阻燃剂绿色环保高效的发展趋势。
技术合作
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
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