本发明涉及耐水性阻燃剂，具体涉及一种耐水性焦磷酸哌嗪及其制备方法和应用。
背景技术：
1、聚合物材料含有大量碳氢元素，具有易燃的特性，通常需要添加阻燃剂进行阻燃改性以降低其火灾危险性，阻燃剂以磷系阻燃剂因其低烟低毒、高效阻燃以及添加量较低等优点最为响应国家、世界的环保政策以及民众不断提高的环保意识。目前已经产业化应用的含磷阻燃剂包括：焦磷酸哌嗪、聚磷酸铵(app)、三聚氰胺聚磷酸盐(mpp)、红磷等等，它们在目前国内的阻燃剂市场占据重要地位，无论是作为商业复配，还是科学研究使用，几乎都离不开它们的身影；但它们都存在耐水性差的缺点，比如app在生产包装运输过程中极易发生受潮而影响使用，同样地，焦磷酸哌嗪在包装过程中，一旦发生受潮，就会出现结块等问题，会严重影响销售及使用。另外，当阻燃剂的耐水性不足时，它可能会在与水或水汽接触后，发生水解或变质，甚至发生阻燃剂的析出，从而降低其对基材的保护作用，以及影响到复合材料的力学性能，包括其强度、韧性和耐用性等方面，最终导致材料在使用过程中出现性能下降或失效。
2、目前，聚磷酸铵耐水性处理方法已经较为成熟，较为有效的方式就是对聚磷酸铵进行表面处理、微胶囊包覆等方式，但对于焦磷酸哌嗪的耐水性处理方法还鲜有相关报道，一般情况下都只能急产急用，或严格密封处理，而密封有可能会出现涨袋等问题，从而引发产量低、成本高、影响运输和销售等一系列问题。如何有效提升焦磷酸哌嗪的耐水性，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本发明意在提供一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法，以解决现有技术中的焦磷酸哌嗪阻燃剂的耐水性能不理想的技术问题。
2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法，包括以下依次进行的步骤：
4、s1：以哌嗪衍生物和磷酸为原料，合成哌嗪衍生物的二磷酸酯；所述哌嗪衍生物包括：哌嗪的一个或者一个以上的碳原子上的一个或者两个氢原子由烷基取代形成的衍生物，或者哌嗪的一个或者两个氮原子上的氢原子由氨基烷基取代形成的衍生物；
5、s2：哌嗪衍生物的二磷酸酯经过聚合反应之后，获得耐水性焦磷酸哌嗪。
6、进一步，在s1中，所述烷基为甲基或者乙基或者异丙基，所述氨基烷基为氨乙基。
7、进一步，在s1中，所述哌嗪衍生物的结构式如式(1-1)、式(2-1)、式(3-1)、式(4-1)、式(5-1)、式(6-1)、式(7-1)、式(8-1)或式(9-1)所示；
8、
9、进一步，在s1中，在25-90℃条件下，将磷酸的水溶液以1-10滴/秒的速度滴加入哌嗪衍生物的水溶液，获得哌嗪衍生物的二磷酸酯；哌嗪衍生物和磷酸的摩尔比为1：0.8-1.5。
10、进一步，在s2中，在氮气环境中，哌嗪衍生物的二磷酸酯在200-300℃的温度条件以及0.05-0.3mpa压力条件下，反应3-8小时，获得耐水性焦磷酸哌嗪；反应过程中，维持氮气的流速为0.1-5l/min；
11、优选地，耐水性焦磷酸哌嗪的合成条件优选为240℃-300℃，合成时间为4-5h。
12、本技术方案还提供了一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法制备获得的耐水性焦磷酸哌嗪。
13、进一步，其分子式如式(1-2)、式(2-2)、式(3-2)、式(4-2)、式(5-2)、式(6-2)、式(7-2)、式(8-2)、或者式(9-2)所示；
14、
15、
16、其中，n＝500-2000。
17、本技术方案还提供了一种耐水性焦磷酸哌嗪在制备聚丙烯复合材料中的应用。
18、进一步，以重量份计，聚丙烯68-75份、耐水性焦磷酸哌嗪10-15份、普通阻燃剂6-10份、相容剂(kt-1)3-8份、硼酸锌0.5-2份、分散剂(yy-503a)0.1-2份、抗氧剂(168、1010、1098中的至少一种)0.1-1份。
19、进一步，所述聚丙烯由质量比为1：1.5-2.5的高熔指聚丙烯和低熔指聚丙烯组成。
20、进一步，所述聚丙烯复合材料由如下方法制备：将原料混合后通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，获得聚丙烯复合材料料粒；聚丙烯复合材料料粒通过注塑机注塑成型制得成品；聚丙烯复合材料料粒通过注塑机注塑成型制得成品；高混机转速为600-1500rpm，双螺杆挤出机温度为175-205℃，主螺杆转速为35-45hz；注塑温度为180-200℃。
21、综上所述，本技术方案通过改进阻燃剂的化学结构合成了能够解决阻燃材料耐水问题的耐水性焦磷酸哌嗪。合成耐水性焦磷酸哌嗪采用的哌嗪衍生物包括：哌嗪的一个或者一个以上的碳原子上的一个或者两个氢原子由烷基取代形成的衍生物，或者哌嗪的一个或者两个氮原子上的氢原子由氨基烷基取代形成的衍生物。其中，烷基优选甲基或者乙基或者异丙基，氨基烷基优选氨乙基。相比于现有技术的哌嗪，仅仅是增加了较短的碳链即可实现对材料耐水性能的极大改善，这是本领域技术人员在实验之前所未能预想到的。本技术方案进一步将合成的耐水性焦磷酸哌嗪应用于阻燃聚丙烯的制备中，得到一种耐水性阻燃聚丙烯复合材料，具有良好的耐水和阻燃特性。
1.一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：
2.根据权利要求1所述的一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法，其特征在于，在s1中，所述烷基为甲基或者乙基或者异丙基，所述氨基烷基为氨乙基。
3.根据权利要求1所述的一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法，其特征在于，在s1中，所述哌嗪衍生物的结构式如式(1-1)、式(2-1)、式(3-1)、式(4-1)、式(5-1)、式(6-1)、式(7-1)、式(8-1)或式(9-1)所示；
4.根据权利要求1所述的一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法，其特征在于，在s1中，在25-90℃条件下，将磷酸的水溶液以1-10滴/秒的速度滴加入哌嗪衍生物的水溶液，获得哌嗪衍生物的二磷酸酯；哌嗪衍生物和磷酸的摩尔比为1：0.8-1.5。
5.根据权利要求4所述的一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法，其特征在于：在s2中，在氮气环境中，哌嗪衍生物的二磷酸酯在200-300℃的温度条件以及0.05-0.3mpa压力条件下，反应3-8小时，获得耐水性焦磷酸哌嗪；反应过程中，维持氮气的流速为0.1-5l/min；
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法制备获得的耐水性焦磷酸哌嗪。
7.根据权利要求6所述的一种耐水性焦磷酸哌嗪的制备方法制备获得的耐水性焦磷酸哌嗪，其特征在于：其分子式如式(1-2)、式(2-2)、式(3-2)、式(4-2)、式(5-2)、式(6-2)、式(7-2)、式(8-2)、或者式(9-2)所示；
8.根据权利要求7所述的耐水性焦磷酸哌嗪在制备聚丙烯复合材料中的应用。
9.根据权利要求8所述的耐水性焦磷酸哌嗪在制备聚丙烯复合材料中的应用，其特征在于：以重量份计，聚丙烯68-75份、耐水性焦磷酸哌嗪10-15份、普通阻燃剂6-10份、相容剂3-8份、硼酸锌0.5-2份、分散剂0.1-2份、抗氧剂0.1-1份。
10.根据权利要求9所述的耐水性焦磷酸哌嗪在制备聚丙烯复合材料中的应用，其特征在于：所述聚丙烯由质量比为1：1.5-2.5的高熔指聚丙烯和低熔指聚丙烯组成。
