大粒径二烷基次膦酸盐的制备与性能研究

2024-01-12陈敏聪陈志钊翟勇强

山西化工 2023年12期

陈敏聪，陈志钊，翟勇强

（清远市普塞呋磷化学有限公司，广东清远 511540）

0 引言

塑料、橡胶、化纤等高分子材料由于质轻、价廉、耐酸碱腐蚀等特点而被广泛地应用于建筑行业、汽车工业、医疗卫生和家用电器领域。但高分子材料通常易燃或可燃，现实应用对其阻燃性能的要求越来越高。为了确保合成材料使用的安全性，并满足环境保护的要求，最有效的方法是在合成材料中加入无卤阻燃剂。阻燃剂是一种用于改善可燃易燃材料燃烧性能的特殊化工助剂，广泛应用于各类高分子材料如塑料、橡胶、纤维等的阻燃加工中[1-2]。

二烷基次膦酸盐是一种高效无卤阻燃剂，拥有堆积密度较低、阻燃剂用量较小、机械性能良好、色泽佳、烟密度低的特点，广泛应用于聚酰胺、聚酯、不饱和树脂、环氧树脂、聚氨酯等热塑性和热固性塑料中，由于其分解温度高尤其适用于对耐温要求高的工程塑料中。大量的研究表明，烷基次膦酸盐和氮系阻燃剂及各种无机化合物等具有良好的协效阻燃作用[3-5]。烷基次膦酸盐和廉价的氮系阻燃剂具有良好的协同阻燃作用，两者复合使用不仅能显著提高其阻燃效果，而且能降低阻燃成本。但通常使用的二烷基次膦酸盐类阻燃剂由于密度低、粒径小，容易造成该类阻燃剂在下料过程中扬尘，污染环境，而且会导致产品与树脂无法混合均匀，进而影响添加有该类阻燃剂的材料的机械性能[3，6]。

二烷基次膦酸盐的合成方法其主要是将烷基次膦酸或其盐与无机盐水溶液直接反应。大粒径二烷基次膦酸盐是指制备所得的二烷基次膦酸盐平均粒径D50≥10 μm。大量试验发现，当二烷基次膦酸盐的平均粒径D50≥10 μm 时，产品粉体扬尘降低，流散性和分散性有较大提高[7-8]。因此开发一种大粒径二烷基次膦酸盐具有广阔的市场前景。

1 实验部分

1.1 仪器与材料

本实验使用到的主要原材料如表1 所示。

表1 主要原材料

本实验使用到的主要仪器设备信息如表2 所示。

表2 主要仪器设备

1.2 二烷基次膦酸盐制备

按照表3 的配方，依照以下步骤制备二烷基次膦酸盐。

表3 二烷基次膦酸盐配方表

1）在反应器中，将二烷基次膦酸源溶液A、金属化合物溶液和相转移催化剂四丁基氯化铵混合，反应，生成小粒径二烷基次膦酸盐产品沉淀物1；反应条件为：压力为常压；温度为60～90 ℃；时间为0.3～0.8 h。

2）继续加入二烷基次膦酸源溶液B，进行反应，在沉淀产物1 的晶型颗粒基础上进行生长，得到大粒径二烷基次膦酸盐成品2，平均粒径D50≥10 μm。反应条件如下：压力为0.2～0.8 MPa；温度为100～160 ℃；时间为1.5～3 h。对比样1 无此步骤，因此无沉淀物2。

3）反应后将反应产物进行后处理，后处理包括过滤、水洗、干燥。制备所得的二烷基次膦酸盐产品结构式如下式所示：

式中：R1、R2分别独立表示C1～C4 的烷基；M表示金属；n＝2～4。

2 结果与讨论

2.1 产品粒径

使用激光粒度仪测试制备得到的二烷基次膦酸盐的粒径，其结果见表4。

表4 二烷基次膦酸盐粒径

从表4 中可以看出，试样1 和试样2 其D50＞50 μm，说明制备得到了大粒径二烷基次膦酸盐。而对比样1 和对比2 的D50粒径小于10 μm，这是由于本实验中加入的相转移催化剂在二烷基次膦酸源与金属化合物之间有亲和作用，能促进反应进行，使反应完全。通过相转移催化剂和反应温度的共同作用，能诱导反应使产品围绕步骤1）得到的沉淀产物析出增长，且结晶更精致，最终生成大粒径的二烷基次膦酸盐产品。

此外，表4 数据还说明制备的球形二烷基次膦酸盐堆积密度较大，因此易加料、易与高分子材料混合均匀，减小了阻燃剂加入后对高分子材料力学性能的影响。

试样1 的粒径分布图见图1 所示。