[发明专利]一种弱酸性低腐蚀焦磷酸哌嗪制备方法

说明书

本发明涉及一种弱酸性低腐蚀焦磷酸哌嗪的制备方法，包括以下步骤：首先将哌嗪、水、浓磷酸共热制得含有二磷酸哌嗪的中间产物物料；再将中间产物物料与成核剂趁热混合，并一同冷却结晶，之后依次经过滤、洗涤、干燥后，得到中间产物晶体；最后将中间产物晶体进行高温脱水，即得到焦磷酸哌嗪。与现有技术相比，本发明具有制备工艺简单、可操作性强、在工业生产上易于实现、对产品质量提高明显等优点，对高效阻燃剂产品的创制具有一定的实用价值。

技术领域

本发明属于无卤阻燃剂技术领域，涉及一种弱酸性低腐蚀焦磷酸哌嗪制备方法。

背景技术

焦磷酸哌嗪是一类新型的无卤阻燃剂，将酸源、碳源和气源集成在一个分子结构中，成炭性能优异，热稳定性好，相比于聚磷酸铵(APP)而言，具有更高的阻燃效率与析出性，并对材料力学的影响也更小。市售几款性能优异的产品如日本艾迪科的FP-2200S、上海化工研究院ANTI-10、清远普塞呋EPFR-110DL、浙江旭森XS-FR-8310等阻燃剂产品均是以焦磷酸哌嗪为核心构筑的无卤阻燃剂。在这些阻燃剂体系中，焦磷酸哌嗪占比约为50-70％，是发挥凝聚相阻燃作用最关键的组份，而体系中复配的少量其它组分，如聚磷酸三聚氰胺(MPP)、焦磷酸二三聚氰胺(DMPY)、三聚氰胺氰尿酸(MCA)等，主要用于补强酸源或气源。就无卤阻燃剂发展而言，焦磷酸哌嗪在性能方面极有可能取代APP成为下一代无卤阻燃剂创制核心。

经文献报道焦磷酸哌嗪的制备方法大致分为4种：(1)专利US4599375采用焦磷酸钠为起始原料，通过酸化得到焦磷酸，再进一步与哌嗪进行反应，制备得到焦磷酸哌嗪，该方法所得产品钠离子含量通常较高；(2)专利CN102482239A以哌嗪和磷酸为起始原料，制备得到二磷酸哌嗪，再经热风设备或热混设备，高温反应得到焦磷酸哌嗪，该方法所得产品基本不含有钠离子(小于10ppm)，但色度相对较差；(3)张秀芹等提出的制备方法，采用浓磷酸酸解五氧化二磷制得焦磷酸，然后加入冰乙酸进行溶解后，加入无水哌嗪升温反应，进而制备得到焦磷酸哌嗪，通常热分解温度较低；(4)专利CN102304100A利用一磷酸哌嗪水溶性差的特点，首先合成一磷酸哌嗪，经过过滤脱除原料中的金属元素和其它胺类杂质，再将一磷酸哌嗪与等摩尔量磷酸在高温条件下反应，同时完成酸碱中和、水分蒸发、高温脱水等步骤，得到的焦磷酸哌嗪杂质含量低，产品质量优。

已经工业化的且产品性能较优的焦磷酸哌嗪，多是采用哌嗪与磷酸为起始原料，通过合成二磷酸哌嗪并进一步高温脱水制备得到。通过该方法制备的焦磷酸哌嗪，通常其酸碱度在3.5-4.5之间，具有一定的酸度。由于焦磷酸哌嗪主要用于塑料的无卤阻燃剂，加工过程使用常规的双螺杆挤出机，高温剪切过程中，助剂的酸度越高，对与之接触的金属材质设备的腐蚀性越大。同时在塑料热加工过程中，物料的酸性越大，越容易引发其他助剂甚至是自身在高温时分解，引发一系列的性能劣化现象，如材料发泡、表面劣化、力学性能、阻燃性能、电阻率等一系列材料性能的降低。

此外，焦磷酸哌嗪酸性过强还会影响色粉的显色效果，不适用于碳酸钙等常用碱性矿物填充体系，大大制约了焦磷酸哌嗪在塑料加工行业中的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种弱酸性低腐蚀焦磷酸哌嗪制备方法，用于解决由于制备工艺的缺陷导致焦磷酸哌嗪产品酸性过强、对设备腐蚀性较大、产品质量较差、应用范围受限的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种弱酸性低腐蚀焦磷酸哌嗪的制备方法，包括以下步骤：

1)将哌嗪、水、浓磷酸共热制得含有二磷酸哌嗪的中间产物物料；

2)将中间产物物料与成核剂趁热混合，并一同冷却结晶，之后依次经过滤、洗涤、干燥后，得到中间产物晶体；

3)将中间产物晶体进行高温脱水，即得到焦磷酸哌嗪。