本發(fā)明屬于無機(jī)雜化高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽以及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工程塑料的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，對材料的性能提出了更高的要求，在保持高力學(xué)性能的前提下，阻燃性能、電器性能也有了更高的要求，所以在工程塑料阻燃改性研究中對綜合性能的全面評價越來越受到人們的重視。工程塑料常用的阻燃劑主要有鹵系阻燃劑、磷氮系阻燃劑、無機(jī)阻燃劑。其中鹵系阻燃劑添加量小，阻燃效率高，但燃燒時會產(chǎn)生有毒煙氣。無機(jī)阻燃劑熱穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、無毒，但添加量大，會降低材料的力學(xué)性能。為了克服上述不足，因而開發(fā)綜合性價比高的無鹵阻燃劑是材料阻燃改性的發(fā)展方向之一。
當(dāng)前三聚氰胺聚磷酸鹽應(yīng)用較為廣泛的磷氮協(xié)同阻燃劑，但由于其是單體分子三聚氰胺的鹽，表現(xiàn)有高溫時三聚氰胺易升華逸出，耐高溫性差等不足，因而如何對三聚氰胺聚磷酸鹽進(jìn)一步改進(jìn)，以克服其不足具有市場急需性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽及其制備方法，以三聚氰胺為原料，在弱堿性介質(zhì)條件下，與甲醛和水加熱進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)，再與無機(jī)雜化化合物進(jìn)行反應(yīng)，生成無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺，再加入磷酸進(jìn)行反應(yīng)，最終生成無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽，具有較高的阻燃性能和耐高溫性能。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽，其特征在于：分子結(jié)構(gòu)如下：
所述分子結(jié)構(gòu)中的X為無機(jī)雜化元素，包括B或Sb中的一種。
所述的無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽的制備方法，其特征在于：主要包括以下步驟：
將三聚氰胺、甲醛和水，在弱堿性介質(zhì)條件下，加熱進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)生成羥甲基三聚氰胺；
將生成的羥甲基三聚氰胺與無機(jī)雜化化合物在100～110℃的條件下反應(yīng)0.5～2小時，雜化反應(yīng)完成，再加入磷酸進(jìn)行反應(yīng)1～2小時，冷卻到40℃以下結(jié)晶過濾，得到無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽。
所述的無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽的制備方法，其特征在于：主要包括以下步驟：
(1)羥甲基化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入三聚氰胺、甲醛和水，加堿調(diào)節(jié)pH為8.0～9.0，在35～65℃的條件下，保溫30～120min進(jìn)行羥甲基反應(yīng)，得到羥甲基三聚氰胺樹脂；
(2)雜化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入無機(jī)雜化化合物和水，升溫到100～110℃反應(yīng)0.5～2小時，雜化反應(yīng)完成；
(3)成鹽反應(yīng)
向反應(yīng)釜中勻速加入磷酸，加入時間為1～2小時，加完后勻速攪拌10～30分鐘；
(4)冷卻過濾
冷卻到40℃以下結(jié)晶過濾，得到無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽。
所述的無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的無機(jī)雜化化合物為：硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸、硼酸鋅、磷酸硼、四水八硼酸鈉、三氧化二銻、五氧化二銻、鉬酸鈉、鉬酸鉀、鉬酸鋅、鉬酸銨、四鉬酸銨或七鉬酸銨中的一種。
所述的無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中調(diào)節(jié)pH所用堿為氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鉀或碳酸鉀，其質(zhì)量濃度為25～35％。
本發(fā)明專利的無機(jī)雜化反應(yīng)原理：
利用化合物上含有的羥甲基能與硼、鉬、銻元素發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的原理，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明專利的雜化反應(yīng)過程，因?yàn)榉忾]了羥甲基，消除了活潑基團(tuán)，反應(yīng)過程中的溫度可以大幅度提高至110℃，并且分子結(jié)構(gòu)上引入了硼、鉬、銻阻燃元素，使得產(chǎn)品的穩(wěn)定性、阻燃性能和耐高溫性能大幅提升。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、通過羥甲基化的三聚氰胺樹脂與無機(jī)雜化化合物的雜化交聯(lián)反應(yīng)，使得最終生成的無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽引入了硼、銻、鉬等耐高溫阻燃元素，從而提高了三聚氰胺的耐高溫性能和阻燃性能，與未雜化之前的三聚氰胺相比，耐高溫性能提高50℃以上，阻燃性能提高了至少20％。
2、該無機(jī)雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽的制備克服了三聚氰胺分子結(jié)構(gòu)引入阻燃元素的技術(shù)難題，解決了外添加阻燃劑對產(chǎn)品物理機(jī)械性能的影響和阻燃效果不理想等技術(shù)問題。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。
實(shí)施例1
硼雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽的制備
分子結(jié)構(gòu)式：
原料配比：
(1)羥甲基化反應(yīng)
按上述比例向反應(yīng)釜中加入三聚氰胺、甲醛和水，加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為8.0，在35℃的條件下，轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分，保溫120min進(jìn)行羥甲基反應(yīng)，得到羥甲基三聚氰胺；
(2)雜化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入四水八硼酸鈉和水，升溫到100℃反應(yīng)2小時，雜化反應(yīng)完成；
(3)成鹽反應(yīng)
向反應(yīng)釜中勻速加入磷酸，加入時間為1小時，加完后勻速攪拌30分鐘；
(4)冷卻過濾
冷卻到40℃以下結(jié)晶過濾，得到硼雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽。
實(shí)施例2
銻雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽的制備
分子結(jié)構(gòu)式：
原料配比：
(1)羥甲基化反應(yīng)
按上述比例向反應(yīng)釜中加入三聚氰胺、甲醛和水，加氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH為9.0，在65℃的條件下，轉(zhuǎn)速80轉(zhuǎn)/分，保溫30min進(jìn)行羥甲基反應(yīng)，得到羥甲基三聚氰胺；
(2)雜化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入三氧化二銻和水，升溫到110℃反應(yīng)0.5小時，雜化反應(yīng)完成；
(3)成鹽反應(yīng)
向反應(yīng)釜中勻速加入磷酸，加入時間為2小時，加完后勻速攪拌10分鐘；
(4)冷卻過濾
冷卻到40℃以下結(jié)晶過濾，得到銻雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽。
實(shí)施例3
鉬雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽的制備
分子結(jié)構(gòu)式：
原料配比：
(1)羥甲基化反應(yīng)
按上述比例向反應(yīng)釜中加入三聚氰胺、甲醛和水，加碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH為8.5，在50℃的條件下，轉(zhuǎn)速70轉(zhuǎn)/分，保溫80min進(jìn)行羥甲基反應(yīng)，得到羥甲基三聚氰胺；
(2)雜化反應(yīng)
向反應(yīng)釜中加入鉬酸鈉和水，升溫到105℃反應(yīng)1小時，雜化反應(yīng)完成；
(3)成鹽反應(yīng)
向反應(yīng)釜中勻速加入磷酸，加入時間為1.5小時，加完后勻速攪拌20分鐘；
(4)冷卻過濾
冷卻到40℃以下結(jié)晶過濾，得到鉬雜化羥甲基三聚氰胺磷酸鹽。