技术摘要：
本发明公开了一种原位包覆红磷阻燃剂、基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料及其制备方法，以红磷粉和己内酰胺单体为原料，先将己内酰胺单体活化，然后在助催化剂的存在下，己内酰胺在红磷粉表面反应聚合，制得微胶囊包覆的红磷阻燃剂，按聚酰胺40～68%、原位包覆红 全部
背景技术：
聚酰胺材料越来越多的应用在汽车电器、电动工具等带电的工作环境中，漏电、短 路、电弧、电火花等情况引起火灾的危险极大。因此，自 70 年代以来，世界各国相继开发了 阻燃聚酰胺。应用于聚酰胺的阻燃剂体系，以前曾一度以卤素类（特别是含溴阻燃剂）占主 导地位，但卤素阻燃剂在应用时面临较严重的环保问题。如含卤素化合物的阻燃塑料在受 火后释放较多量的有毒烟。 现有技术中，在聚酰胺材料中加入红磷阻燃剂可以达到很好的阻燃效果，并且发 烟量低，符合无卤环保趋势。然而，红磷阻燃剂在高温、空气中、湿度高和碱性环境下，红磷 易发生歧化反应，形成磷化氢和各种价态的磷酸。磷酸会对金属元件产生腐蚀，并同时其产 生的磷酸会沉积在电子电器制品表面，产品的抗电弧径迹性降低。目前，减少红磷反应的方 法有很多种，为了隔绝氧气在红磷表面涂覆硅油、石蜡油等，或者在红磷表面涂覆低分子量 聚合物。但这种液体物质和低分子量物质在高温环境下，容易析出，造成产品绝缘性能下 降。另外有学者用无机氢氧化物来原位包覆红磷粉，制得的红磷阻燃剂磷化氢释放下降，例 如专利文献CN104448934A（一种无机材料包覆阻燃剂微胶囊及其制备方的专利文献， 2015.03.25）。但是无机材料包覆的阻燃剂，在经过双螺杆挤出时受到强剪切力，其包覆层 很容易被破坏。还有一些学者研究了有机物和无机物双重包覆红磷粉，其生产工艺复杂，例 如专利文献CN108912671A（一种三聚氰胺改性木质素/氢氧化镁双重包覆洪林阻燃剂及其 在PA6树脂中的应用，2018.08.09）。此外，三聚氰胺包覆层的热稳定性欠佳，包覆层也易破 坏，防磷酸析出效果并不见得令人满意。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种原位包覆红磷阻燃剂，通过将已内酰胺单体活化后在 红磷粉表面反应聚合以得到微胶囊包覆的红磷阻燃剂，可以有效降低其磷酸根离子的浓 度。 本发明的另一目的在于提供一种基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料，该 阻燃聚酰胺材料以聚酰胺原位包覆的红磷阻燃剂与聚酰胺、玻璃纤维等为原料而制得，降 低了了现有阻燃聚酰胺材料中红磷的酸化程度，用于电子电器领域时，会降低因磷酸沉积 而产生的安全风险。 本发明的另一目的在于提供一种基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料的 制备方法，采用现有双螺杆挤出机挤出，原位包覆红磷阻燃剂则通过侧喂料加入到双螺杆 4 CN 111607221 A 说 明 书 2/8 页 挤出机中，可制备得刚性更好、阻燃性能更加优异的阻燃聚酰胺材料。 本发明通过下述技术方案实现：一种原位包覆红磷阻燃剂，所述原位包覆红磷阻 燃剂是以红磷粉和己内酰胺单体为原料，先将己内酰胺单体活化，然后在助催化剂的存在 下，己内酰胺在红磷粉表面反应聚合，制得微胶囊包覆的红磷阻燃剂。 所述活化是将己内酰胺单体在反应釜中加热，待温度达到130～140℃时，加入碱 性催化剂后搅拌，反应脱水，再保持真空度在0.09～0.1MPa，15～20min后，恢复常压，所述 碱性催化剂的用量为己内酰胺单体质量的0.05～0.15%。其中碱性催化剂可以是金属钠、醇 钠、氢氧化钠、碳酸钠等。 将活化后的己内酰胺、红磷粉、助催化剂加入密炼机中，于160～180℃下保温30～ 60min后，控制密炼机转速为10～200rpm，加工5～10min后出料，所述助催化剂的用量为己 内酰胺质量的1.5～3.5%。其中助催化剂可以是乙酞基己内酞胺、各种异氰酸酷、氨基甲酸 酷衍生物、碳酸酷、梭酸酷等。 所述红磷粉的平均粒径为1～200μm，所述己内酰胺与红磷粉的质量比为1：（1.5~ 5.7），所述红磷粉占原位包覆红磷阻燃剂含量的60～85%。其中红磷可以是未处理的红磷， 也可以是使用低分子量的液态物质（例如硅油、石蜡油等）处理的红磷。 一种基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料，包括以下按重量百分比组成的 原料配制而成： 聚酰胺：40～68%； 原位包覆红磷阻燃剂：6～12%； 玻璃纤维：20～50%； 稳定剂：0.2～1.0%； 润滑剂：0.1～0.7%， 所述原位包覆红磷阻燃剂是以红磷粉和己内酰胺单体为原料，先将己内酰胺单体活 化，然后在助催化剂的存在下，己内酰胺在红磷粉表面反应聚合，制得微胶囊包覆的红磷阻 燃剂。 所述聚酰胺选自尼龙6、尼龙66中的一种或两者的混合物，所述聚酰胺的相对粘度 指数为2.0～2.9。 所述玻璃纤维为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂其中的至少一种处 理过的玻璃纤维。 聚酰胺材料在加工过程中不可避免地会有氧化剂降解的趋势，稳定剂的加入，可 以降低或者消除这些反应，以提高整个材料加工过程中的稳定性，本发明采用抗氧剂作为 稳定剂，抗氧剂是指那些能够抑制或者延缓高聚物和其他有机化合物在某一环境中热氧化 的有机化合物或无机化合物，根据作用不同，一般可以分为主抗氧剂、辅抗氧剂及碳自由基 捕捉剂，通过主、辅抗氧剂的相互协同作用，可以大大提高材料的加工稳定性。 本发明中，所述稳定剂选自N,N’-双-（3-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己 二胺（1098）、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（168）、双（2,4-二叔丁基）季四醇二亚磷酸酯 （S-9228）中的至少一种。 本发明中，润滑剂的加入是为了提高润滑性，减少摩擦，可以减少在挤出过程中红 磷粉包覆层的破坏，获得酸析更少，表面更好的改性聚酰胺材料，因此，所述润滑剂选自硬 5 CN 111607221 A 说 明 书 3/8 页 脂酸锌、硬脂酸钙、乙撑双硬酯酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的至少一种。 一种基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料的制备方法，将聚酰胺、稳定剂 和润滑剂混合后由主加器送入双螺杆挤出机，通过第二加料器在双螺杆挤出机的第三段加 入原位包覆红磷阻燃剂，通过第三加料器在双螺杆挤出机的第五段加入玻璃纤维，控制挤 出温度为230～275℃，螺杆转速100～500rpm，按重量百分比计， 聚酰胺：40～68%； 原位包覆红磷阻燃剂：6～12%； 玻璃纤维：20～50%； 稳定剂：0.2～1.0%； 润滑剂：0.1～0.7%， 所述原位包覆红磷阻燃剂是以红磷粉和己内酰胺单体为原料，先将己内酰胺单体活 化，然后在助催化剂的存在下，己内酰胺在红磷粉表面反应聚合，制得微胶囊包覆的红磷阻 燃剂。 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果： （1）本发明以己内酰胺单体和红磷粉为原料制备原位包覆红磷阻燃剂，具体采用已内 酰胺熔融聚合包覆红磷粉而制得，其所含磷酸根的浓度仅为30～40mg/L。 （2）本发明制备的原位包覆红磷阻燃剂，其包覆层是熔融聚合的聚酰胺，其包覆层 和尼龙66及尼龙6相容性很好，其制备的阻燃尼龙材料综合性能更加优异。 （3）本发明以原位包覆红磷阻燃剂、聚酰胺、玻璃纤维等为原料制备阻燃聚酰胺材 料，该阻燃聚酰胺材料的磷酸根离子浓度较现有普通阻燃聚酰胺材料明显降低，红磷的酸 化得到有效控制，因此，该阻燃聚酰胺材料在用于电子电器领域时，因磷酸沉积而产生的安 全风险也能得到降低。 （4）在本发明的制备过程中，原位包覆红磷阻燃剂通过侧喂料的方式加入到双螺 杆挤出机中，可防止原位包覆红磷阻燃剂的包覆层在螺杆内遭剪切而破坏。
本发明公开了一种原位包覆红磷阻燃剂、基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料及其制备方法，以红磷粉和己内酰胺单体为原料，先将己内酰胺单体活化，然后在助催化剂的存在下，己内酰胺在红磷粉表面反应聚合，制得微胶囊包覆的红磷阻燃剂，按聚酰胺40～68%、原位包覆红 全部
背景技术：
聚酰胺材料越来越多的应用在汽车电器、电动工具等带电的工作环境中，漏电、短 路、电弧、电火花等情况引起火灾的危险极大。因此，自 70 年代以来，世界各国相继开发了 阻燃聚酰胺。应用于聚酰胺的阻燃剂体系，以前曾一度以卤素类（特别是含溴阻燃剂）占主 导地位，但卤素阻燃剂在应用时面临较严重的环保问题。如含卤素化合物的阻燃塑料在受 火后释放较多量的有毒烟。 现有技术中，在聚酰胺材料中加入红磷阻燃剂可以达到很好的阻燃效果，并且发 烟量低，符合无卤环保趋势。然而，红磷阻燃剂在高温、空气中、湿度高和碱性环境下，红磷 易发生歧化反应，形成磷化氢和各种价态的磷酸。磷酸会对金属元件产生腐蚀，并同时其产 生的磷酸会沉积在电子电器制品表面，产品的抗电弧径迹性降低。目前，减少红磷反应的方 法有很多种，为了隔绝氧气在红磷表面涂覆硅油、石蜡油等，或者在红磷表面涂覆低分子量 聚合物。但这种液体物质和低分子量物质在高温环境下，容易析出，造成产品绝缘性能下 降。另外有学者用无机氢氧化物来原位包覆红磷粉，制得的红磷阻燃剂磷化氢释放下降，例 如专利文献CN104448934A（一种无机材料包覆阻燃剂微胶囊及其制备方的专利文献， 2015.03.25）。但是无机材料包覆的阻燃剂，在经过双螺杆挤出时受到强剪切力，其包覆层 很容易被破坏。还有一些学者研究了有机物和无机物双重包覆红磷粉，其生产工艺复杂，例 如专利文献CN108912671A（一种三聚氰胺改性木质素/氢氧化镁双重包覆洪林阻燃剂及其 在PA6树脂中的应用，2018.08.09）。此外，三聚氰胺包覆层的热稳定性欠佳，包覆层也易破 坏，防磷酸析出效果并不见得令人满意。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种原位包覆红磷阻燃剂，通过将已内酰胺单体活化后在 红磷粉表面反应聚合以得到微胶囊包覆的红磷阻燃剂，可以有效降低其磷酸根离子的浓 度。 本发明的另一目的在于提供一种基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料，该 阻燃聚酰胺材料以聚酰胺原位包覆的红磷阻燃剂与聚酰胺、玻璃纤维等为原料而制得，降 低了了现有阻燃聚酰胺材料中红磷的酸化程度，用于电子电器领域时，会降低因磷酸沉积 而产生的安全风险。 本发明的另一目的在于提供一种基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料的 制备方法，采用现有双螺杆挤出机挤出，原位包覆红磷阻燃剂则通过侧喂料加入到双螺杆 4 CN 111607221 A 说 明 书 2/8 页 挤出机中，可制备得刚性更好、阻燃性能更加优异的阻燃聚酰胺材料。 本发明通过下述技术方案实现：一种原位包覆红磷阻燃剂，所述原位包覆红磷阻 燃剂是以红磷粉和己内酰胺单体为原料，先将己内酰胺单体活化，然后在助催化剂的存在 下，己内酰胺在红磷粉表面反应聚合，制得微胶囊包覆的红磷阻燃剂。 所述活化是将己内酰胺单体在反应釜中加热，待温度达到130～140℃时，加入碱 性催化剂后搅拌，反应脱水，再保持真空度在0.09～0.1MPa，15～20min后，恢复常压，所述 碱性催化剂的用量为己内酰胺单体质量的0.05～0.15%。其中碱性催化剂可以是金属钠、醇 钠、氢氧化钠、碳酸钠等。 将活化后的己内酰胺、红磷粉、助催化剂加入密炼机中，于160～180℃下保温30～ 60min后，控制密炼机转速为10～200rpm，加工5～10min后出料，所述助催化剂的用量为己 内酰胺质量的1.5～3.5%。其中助催化剂可以是乙酞基己内酞胺、各种异氰酸酷、氨基甲酸 酷衍生物、碳酸酷、梭酸酷等。 所述红磷粉的平均粒径为1～200μm，所述己内酰胺与红磷粉的质量比为1：（1.5~ 5.7），所述红磷粉占原位包覆红磷阻燃剂含量的60～85%。其中红磷可以是未处理的红磷， 也可以是使用低分子量的液态物质（例如硅油、石蜡油等）处理的红磷。 一种基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料，包括以下按重量百分比组成的 原料配制而成： 聚酰胺：40～68%； 原位包覆红磷阻燃剂：6～12%； 玻璃纤维：20～50%； 稳定剂：0.2～1.0%； 润滑剂：0.1～0.7%， 所述原位包覆红磷阻燃剂是以红磷粉和己内酰胺单体为原料，先将己内酰胺单体活 化，然后在助催化剂的存在下，己内酰胺在红磷粉表面反应聚合，制得微胶囊包覆的红磷阻 燃剂。 所述聚酰胺选自尼龙6、尼龙66中的一种或两者的混合物，所述聚酰胺的相对粘度 指数为2.0～2.9。 所述玻璃纤维为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂其中的至少一种处 理过的玻璃纤维。 聚酰胺材料在加工过程中不可避免地会有氧化剂降解的趋势，稳定剂的加入，可 以降低或者消除这些反应，以提高整个材料加工过程中的稳定性，本发明采用抗氧剂作为 稳定剂，抗氧剂是指那些能够抑制或者延缓高聚物和其他有机化合物在某一环境中热氧化 的有机化合物或无机化合物，根据作用不同，一般可以分为主抗氧剂、辅抗氧剂及碳自由基 捕捉剂，通过主、辅抗氧剂的相互协同作用，可以大大提高材料的加工稳定性。 本发明中，所述稳定剂选自N,N’-双-（3-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己 二胺（1098）、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（168）、双（2,4-二叔丁基）季四醇二亚磷酸酯 （S-9228）中的至少一种。 本发明中，润滑剂的加入是为了提高润滑性，减少摩擦，可以减少在挤出过程中红 磷粉包覆层的破坏，获得酸析更少，表面更好的改性聚酰胺材料，因此，所述润滑剂选自硬 5 CN 111607221 A 说 明 书 3/8 页 脂酸锌、硬脂酸钙、乙撑双硬酯酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的至少一种。 一种基于原位包覆红磷阻燃剂的阻燃聚酰胺材料的制备方法，将聚酰胺、稳定剂 和润滑剂混合后由主加器送入双螺杆挤出机，通过第二加料器在双螺杆挤出机的第三段加 入原位包覆红磷阻燃剂，通过第三加料器在双螺杆挤出机的第五段加入玻璃纤维，控制挤 出温度为230～275℃，螺杆转速100～500rpm，按重量百分比计， 聚酰胺：40～68%； 原位包覆红磷阻燃剂：6～12%； 玻璃纤维：20～50%； 稳定剂：0.2～1.0%； 润滑剂：0.1～0.7%， 所述原位包覆红磷阻燃剂是以红磷粉和己内酰胺单体为原料，先将己内酰胺单体活 化，然后在助催化剂的存在下，己内酰胺在红磷粉表面反应聚合，制得微胶囊包覆的红磷阻 燃剂。 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果： （1）本发明以己内酰胺单体和红磷粉为原料制备原位包覆红磷阻燃剂，具体采用已内 酰胺熔融聚合包覆红磷粉而制得，其所含磷酸根的浓度仅为30～40mg/L。 （2）本发明制备的原位包覆红磷阻燃剂，其包覆层是熔融聚合的聚酰胺，其包覆层 和尼龙66及尼龙6相容性很好，其制备的阻燃尼龙材料综合性能更加优异。 （3）本发明以原位包覆红磷阻燃剂、聚酰胺、玻璃纤维等为原料制备阻燃聚酰胺材 料，该阻燃聚酰胺材料的磷酸根离子浓度较现有普通阻燃聚酰胺材料明显降低，红磷的酸 化得到有效控制，因此，该阻燃聚酰胺材料在用于电子电器领域时，因磷酸沉积而产生的安 全风险也能得到降低。 （4）在本发明的制备过程中，原位包覆红磷阻燃剂通过侧喂料的方式加入到双螺 杆挤出机中，可防止原位包覆红磷阻燃剂的包覆层在螺杆内遭剪切而破坏。
