介紹

焦磷酸哌嗪是一種氮-磷協(xié)同無鹵環(huán)保的高效阻燃劑，化學式為C10H14N3O4P。它的外觀為白色粉末，具有無臭無味、熱穩(wěn)定性好、耐水性好、不析出、耐光老化和低煙無毒等特點。它是一種有機磷酸鹽，可溶于水和有機溶劑，具有較高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，因此可用于廣泛的應用領域。

焦磷酸哌嗪

應用

焦磷酸哌嗪是一類新型的無鹵阻燃劑，其分子結構中將酸源、碳源和氣源集中，成炭性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性好，相比于聚磷酸銨，具有更高的熱分解溫度和阻燃效率，且在使用時對材料的力學性能影響也更小。焦磷酸哌嗪與聚磷酸三聚氰胺/焦磷酸三聚氰胺復配成無鹵膨脹型阻燃劑時具有非常好的阻燃效果，目前已逐步取代聚磷酸銨復配三嗪成炭劑的體系成為當下無鹵膨脹型阻燃劑的主流產(chǎn)品。它具有極高的阻燃性能，同時還可以用作成炭劑與其它無鹵阻燃劑配合使用，可取代傳統(tǒng)季戊四醇、雙季戊四醇、季戊四醇磷酸酯、三嗪成炭劑等。

合成

以往合成的缺點

專利US4599375采用焦磷酸鈉作為起始原料，通過酸化得到焦磷酸，再進一步與哌嗪進行反應制備焦磷酸哌嗪；這種方法由于成本和鈉含量的問題，目前已經(jīng)被市場淘汰。專利CN100436433C以二磷酸哌嗪經(jīng)加熱混煉設備或者通過回流脫水法脫水得到焦磷酸哌嗪。專利CN111170964B通過哌嗪、水、濃磷酸共熱制得中間產(chǎn)物，再加入堿性成核劑得到中間產(chǎn)物晶體，高溫脫水后，即得到焦磷酸哌嗪。然而，上述合成焦磷酸哌嗪的過程中存在一個明顯的問題，二磷酸哌嗪晶體從溶液中析出時會產(chǎn)生聚集，形成較大的晶體結構，再在高溫下進行脫水，并不能精準控制最終只生成焦磷酸哌嗪，所以往往由于晶體的聚集、溫度偏高、或者反應時間偏長而生成了聚磷酸哌嗪，導致最終產(chǎn)物實際上為焦磷酸哌嗪和二磷酸哌嗪的混合物；同時，由于它具有特殊的親水結構，容易在空氣中吸水結塊，物料也由于長期被壓而導致結塊，造成產(chǎn)品不易儲存。

新合成方法

為克服上述現(xiàn)有技術的不足之處，李章武[1]提供一種焦磷酸哌嗪的制備方法與應用，所述方法可使制得的焦磷酸哌嗪的雜質峰面積占焦磷酸哌嗪峰面積的比例≤2％，且暴露在空氣中7天不發(fā)生結塊，很大程度提高了焦磷酸哌嗪的儲存穩(wěn)定性。

具體步驟如下：S1、在反應釜中加入720kg水、230.56kg質量濃度為85％的磷酸和126.68kg質量濃度為68％的哌嗪，隨后在80℃的溫度下反應4h后，得到二磷酸哌嗪反應液；S2、維持步驟S1所述溫度，向步驟S1所述二磷酸哌嗪反應液中加入10.77kg的分散劑，攪拌反應3h，得到二磷酸哌嗪和分散劑的混合液，所述分散劑為表面活性劑416；S3、將步驟S2反應體系降溫至20℃，有晶體析出后，將析出的晶體過濾、烘干，得到263.49kg二磷酸哌嗪晶體，隨后將晶體加入到耙式干燥器中，通入氮氣，進行脫水縮合，即得到所述焦磷酸哌嗪，所述脫水縮合的溫度為250℃，時間為6h；

該方法通過在焦磷酸哌嗪的制備過程中加入分散劑，使二磷酸哌嗪與分散劑結合，形成分子間的排斥力或者微膠囊的包裹的作用，產(chǎn)生抗聚集作用，使二磷酸哌嗪和分散劑的混合液中析出帶有分散劑的二磷酸哌嗪晶體，這樣在高溫脫水時，就能有效阻止二磷酸哌嗪分子之間的聚合，實現(xiàn)二磷酸哌嗪分子內脫水，從而得到高純度的焦磷酸哌嗪；同時，由于分散劑的加入，脫水縮合后得到的焦磷酸哌嗪阻燃劑不易吸潮，不易結塊，大大提高了最終制得的阻燃劑產(chǎn)品的儲存穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]李章武,陳志釗,劉華夏等. 一種焦磷酸哌嗪的制備方法與應用[P]. 廣東?。篊N117534633A,2024-02-09.