随着社会的发展,高分子材料愈来愈多地应用于国民经济的各个部门和人民生活的各个方面,但高分子材料大多为易燃材料。特别是近年来一些公共场所(如大型商场、宾馆、娱乐场所、医院、体育馆等)的装修大量采用聚合物材料,大大增加了潜在的火灾危险.对这类材料进行必要的阻燃处理将会大大减小火灾的危险性.传统的卤系阻燃剂虽然阻燃效果较好,但由于其阻燃过程中会释放出有毒和腐蚀性的卤化氢气体,因而发展无卤阻燃技术成为阻燃研究领域的热点之一.

聚磷酸铵是一种重要的无卤阻燃剂,其分子中同时含有磷、氮两种元素,在阻燃过程中磷、氮具有协同阻燃效应.因而阻燃效果优于单含磷阻燃剂或单含氮阻燃剂.目前在市场上销售的聚磷酸铵聚合度较小,与树脂的相容性差,影响阻燃树脂的机械性能和外观.提高聚合度将增大聚磷酸铵与树脂的相容性,改善阻燃树脂的机械性能和外观。

在带有电动搅拌器、温度计及氨气管的三口烧瓶中加入一定量的磷酸,开启搅拌器和加热套,缓慢加热,温度升到70℃时加入一定量的尿素.到90～100℃时完全澄清,并有少许气泡产生,等温度升到130℃左右时,发泡严重,溶液粘度急增,停止加热,保温5～15min,将反应物料倒入小托盘中,并将小托盘放入烘箱中,让物料在烘箱中在200～240℃固化1～2h,出料,将固化后的物质粉碎即得产品.

对产品进行水溶性、吸潮性、pH值、平均聚合度的测试,并将所得产品与聚乙烯共混,测试其阻燃性能。

反应在140℃以下时,温度一般对产品质量无影响.温度越高,脱氨速度越快,缩合反应也越快,但氨的损失也加大,发泡也更严重,溢料的可能性就大大增加,所以反应最好在130℃时进行.同时,反应时间也不能太长,因为时间太长物料的粘度会很大,甚至固化,所以时间最好不要超过20min.此外,由于料层中心和边缘温差太大,反应不均匀,也会造成夹生现象或“外焦里嫩”.若反应温度降低,时间则应延长,否则聚合度不高,难以固化.固化温度对产品质量有较大影响,采用磷酸与尿素的摩尔比为1∶1.7,在不同的温度下固化2h,测定聚磷酸铵产品的聚合度与溶解度。可知,当固化温度为230℃时产品质量最好,温度在200℃以下时产品难以固化(所需时间很长),温度高过250℃时,产品分解。

聚磷酸铵与聚乙烯共混制样,按ANSIUL29421985测试其阻燃性能,测试结果可见,单独使用25%的聚磷酸铵时,可使聚乙烯材料的阻燃级别达UL94V-2级,但有熔滴现象;聚磷酸铵与季戊四醇、三聚氰胺按一定配比加入到聚乙烯中,其阻燃级别可达UL94V-0级,且熔滴现象明显消除.这是因为聚乙烯为不含氧的聚合物,单一聚磷酸铵对其阻燃效果不理想,聚磷酸铵与季戊四醇、三聚氰胺组成了一种新型的高效膨胀阻燃剂,聚磷酸铵作为酸源,起成炭催化作用,季戊四醇为含碳的多羟基化合物,起成炭剂作用.三聚氰铵起发泡剂作用.受热时三组分发生反应,在聚合物表面形成膨胀型炭质层,它能阻挡聚合物与火焰之间的传热和传质,使火焰熄灭。

在最佳条件下合成的聚磷酸铵,其平均聚合度为29,高于市售商品的聚合度(20),在水中溶解度很小(工业品APP的溶解度为1.5～2.0g