无机磷阻燃剂
无机磷阻燃剂很早就应用于纤维素织物的阻燃,无机磷阻燃剂品种主要包括红磷、磷酸铵、磷酸钠、磷酸铁等。早在1786年,磷酸铵就已被用作阻燃剂使用。
磷酸二氢铵和硼酸组成的混合物用于织物纤维的阻燃,效果不错;磷酸二氢铵、硼酸和钨酸钠组成的混合物对织物的阻燃也非常有效。这些无机阻燃剂价格低廉,易溶于水,因此整理方法简单,但也有添加量大、手感差、耐洗性差等缺点。
无机磷阻燃剂中的一个重要品种就是聚磷酸铵盐,聚磷酸铵盐可分为低分子量和高分子量两种,前者在纤维素纤维的阻燃中应用较为广泛。低分子量的聚磷酸铵盐为可溶性盐,对纤维素织物进行阻燃整理时,它经常和尿素混合使用以增强阻燃效果。
红磷是一种无机聚合物,分子式为(P4)n,因为只含磷元素,它的阻燃效率非常高,含红磷7.5%的聚胺的氧指数(LOI)可达35%。
红磷的缺点是易吸潮,与树脂兼容性差,要产生PH3气体,使被阻燃制品染色,这些使得红磷直接应用于聚合物阻燃受到极大限制。
因此,有人采用在红磷表面包覆保护膜的方法,制备出微胶囊化的红磷阻燃剂,它不仅阻燃效率高,对聚合物其它性能影响较小,而且与树脂兼容性好,不再有吸潮和产生PH3气体的缺点,同时低烟、低毒、热稳定性也很好。目前,微胶囊化红磷已应用于阻燃棉织物等。
磷位于元素周期表第15位,元素符号P,红磷是磷的同素异形体之一。红磷是紫红或略带棕色的无定形粉末,有光泽。密度2.34g/cm3,加热升华,但在4300KPa压强下加热至590℃可熔融。汽化后再凝华则得白磷。难溶于水和CS2,乙醚、氨等,略溶于无水乙醇,无毒无气味,燃烧时产生白烟(注:白烟为五氧化二磷),烟有毒。
化学活动性比白磷差,不发光磷在常温下稳定,难与氧反应。以还原性为主,80℃以上着火。与卤素、硫反应时皆为还原剂。用于生产安全火柴、有机磷农药、制磷青铜等。
阻燃剂TCEP|磷酸三(2-氯乙基)酯产品工艺
工业制法有三种:三氯氧磷与氯乙醇反应;三氯化磷与氯乙醇反应再氧化;三氯氧磷与环氧乙烷反应(工业常用方法)。
1、三氯氧磷和环氧乙烷以偏钒酸钠为催化剂,在50℃反应,反应物经中和、水洗、真空脱水脱低沸物,即得成品。也可用氯乙醇做原料,与三氯氧磷或三氯化磷反应来制造磷酸三(2-氯乙基)酯。
2、将326 kg三氯氧磷和1.0 kg偏钒酸钠投入反应釜中。充氮驱尽反应釜中的空气,在真空下通入650 kg环氧乙烷,于45~50 ℃下搅拌2~3h。蒸出过量的环氧乙烷后加碱中和至中性,水洗,真空脱水。得成品。
3.将三氯氧磷和偏磷酸钠投入反应釜中。充氮驱尽空气,在真空下通入环氧乙烷,于45~50℃下搅拌2~3h。蒸出过量的环氧乙烷后加碱中和至中性,水洗,真空脱水得成品。
阻燃剂TCEP|磷酸三(2-氯乙基)酯用途:
1.阻燃剂TCEP具有极佳的阻燃性,优良的抗低温性及抗紫外线性,其蒸气只能在225℃以上用明火直接点燃方可燃烧,但移走火源则即刻自熄。以本品为阻燃剂不但可提高被阻燃材料的材料级别,而且可改善阻燃材料的耐水性、耐酸性、耐寒性及抗静电性。常用于阻燃以硝基纤维和醋酸纤维为基材的油漆涂料,不饱和聚酯、聚氨酯、丙烯酸酯、酚醛树脂等,也可用于软质聚氯乙烯的增塑阻燃剂。本品用于不饱和聚酯添加量为10%~20%,在聚氨酯硬泡沫塑料(以阻燃聚醚为原料)中可为10%左右,在软质聚氯乙烯中用作辅助增塑阻燃剂时为5%~10%。阻燃剂、铀、钍、钚、锝等稀有金属的分离溶剂或萃取剂。
2.本品广泛用于化纤织物、醋酸纤维素作阻燃剂,除具有自熄性外,还可改善耐水性、耐寒性及抗静电性。一般用量5~10份。本品为合成材料的优良阻燃剂,兼具有良好的增型作用,广泛用于醋酸纤维素、硝基纤维清漆、乙基纤维素、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯、酚醛树脂等,所制得的产品除具有自熄性外,还可改善制品的物理性能,制品手感柔软,也可称为石油添加剂和稀有元素的萃取剂,并且还是阻燃橡胶输送带的主要阻燃材料,一般添加量为5%~10%。
3.用作添加型卤代磷酸酯类阻燃剂和增塑剂。分子中同时含磷和氯,阻燃效果显著,不易挥发及水解,对紫外线稳定性好。适用于酚醛树脂、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯等。也用作硝酸纤维素涂料的阻燃剂、聚氯乙烯阻燃性增塑剂、金属萃取剂、汽油添加剂及聚酰亚胺加工助剂等。能够改善耐水性、耐候性、耐寒性、抗静电性。参考用量5%~20%.
红磷是巨型共价分子,无定型结构。外观与性状:紫红色无定形粉末,无臭,具有金属光泽,在暗处不发磷光,无臭。不溶于水也不溶于二硫化碳以及乙醇等有机溶剂。
熔点(℃): 590(4357kPa)
相对密度(水=1):2.20
相对蒸汽密度( 空气=1): 4.77
饱和蒸汽压(kPa):4357(590℃)
引燃温度(℃):240
溶解性:微溶于水,略溶于乙醇、碱液, 不溶于二硫化碳。
爆炸下限%(V/V):48~64mg/m3
在416℃时红磷升华,它的蒸气冷却后变成白磷。
能燃烧与氧气生成十氧化四磷,五氧化二磷是其系数约分而来,在自然界不存在,红磷都易与卤素化合,生成三卤化磷或五卤化磷。
磷有黄磷和赤磷之分。农药生产上采用黄磷(亦称白磷),它是制备一切含磷农药中间体的起始原料,与硫反应得到五硫化二磷,与氯反应得到三氯化磷,进而可得一系列其他含磷中间体。此外,黄磷主要用于生产磷酸,少量用于生产赤磷和五氧化二磷,军事上用于制造燃烧弹、信号弹等,也用于生产磷铁合金以及医药、有机原料等行业。
红磷用于制备半导体化合物及用作半导体材料掺杂剂。本品可用于阻燃聚烃类、聚苯乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、环氧树脂、不饱和树脂、橡胶、纺织品等。而对聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯以及酚醛树脂等含氧高聚物的阻燃尤为有效。与其他磷系阻燃剂相比,相同质量的红磷能产生更多的磷酸,磷酸即可覆盖于被阻燃材料表面,又可在材料表面加速脱水碳化,形成液膜和碳层可将外部的氧,挥发性可燃物和热与内部的高聚物基质隔开而使燃烧中断。
由于红磷在达到同样的阻燃要求时用量较小,而且红磷的熔点高,溶解性差,因而以红磷阻燃的高聚物的某些物理性能比用一般阻燃剂制得的同类高聚物要好。红磷与卤系阻燃剂并用,可提高阻燃效率。
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