阻燃劑二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種阻燃劑二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制備方法，該化合物的結構如下式所示：制備方法為：在25℃以下，于有機溶劑中四氯化硅與等摩爾3-溴丙醇反應，而后滴加相對于四氯化硅0.5倍摩爾的乙二醇，滴完后升溫至55-75℃，反應6-10h；再滴加相對于四氯化硅2-3倍摩爾3-溴丙醇，在65-85℃保溫反應7-10h；再加入縛酸劑，攪拌保溫1h。經純化處理，得阻燃劑二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷。本發明化合物阻燃效能高，適合用作聚氯乙烯、聚氨酯、環氧樹脂和不飽和樹脂等材料的阻燃劑，且制備工藝簡單，成本低，易于實現工業化生產。
【專利說明】阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制備方法，該化合物可用作聚氯乙烯、不飽和聚酯、聚氨酯和環氧樹脂等材料的阻燃劑。
【背景技術】[0002]隨著人們的生活水平不斷提高，安全防火意識不斷增強，促進了阻燃劑工業的快速發展。從歐盟1986年公布發現多溴二苯醚阻燃劑燃燒時產生致癌物二噁喑，鹵系阻燃劑的使用受到了限制，但由于鹵系阻燃劑綜合性價比優良，阻燃效能高，對材料的機械加工性能影響小，并且難以找到理想的替代物，無鹵環保阻燃劑的呼聲雖高，但無鹵化依然是一個漫長的過程，從而開發高效鹵系阻燃劑以減少阻燃劑的用量而降低其毒性已成為鹵系阻燃劑的重要研究方向。其中通過多種阻燃劑復配提高阻燃效果是實現阻燃增效的方法之一，設計分子結構中含有多重阻燃元素，而通過分子內的阻燃元素協同增效，是實現阻燃劑增效的更為有效的方法。
[0003]本發明阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷分子中同時嵌入了硅和溴兩種優異的阻燃元素，在高效溴系阻燃的基礎上又增加了硅元素的阻燃作用，雙重元素協同從不同的阻燃機理產生協同增效作用，硅在燃燒時形成致密的硅炭層，從而可表現出更高的阻燃效能；其中所用的原料四氯化硅又是多晶硅產業的副產物，為解決多晶硅副產物四氯化硅的綜合利用問題開辟了一條新的途徑，具有很好的環境效益；分子中的雙硅酸酯結構可增加與聚氯乙烯等高分子材料的相容性；該化合物阻燃效能高、用途廣，可產生較好的經濟效益。
【發明內容】
[0004]本發明的目的之一在于提出用四氯化硅制備一種阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物。其物理化學性能穩定，耐熱性好，與高分子材料相容性好，而且具有增塑和成炭防滴落作用，可克服現有技術中的不足。
[0005]為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案:
[0006]阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物，其特征在于，該化合物結構如下式所示:
[0007](BrCH2CH2CH20 ^ Si0CH2CH20S1-(i 0CH2CH2CH2Br) 3。
[0008]本發明的另一目的在于提出一種阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其原料廉價易得，工藝簡單，設備投資少，易于規模化生產，該方法為:
[0009]用氮氣置換掉反應容器內的空氣，加入有機溶劑和四氯化硅，在攪拌下，用冷水浴冷卻，使反應體系溫度降低到25°C以下，滴加相對于四氯化硅等摩爾的3-溴丙醇，滴加過程控制反應溫度不高于30°C，滴完后，升溫至45°C，保溫反應2h ;待HC1氣體放完后，再滴入相對于四氯化硅0.5倍摩爾的乙二醇，以滴加速度控制反應溫度不高于50°C，滴完后升溫至55-75°C，反應6-10h ;待HC1氣體放完后，再將體系降溫至40°C以下，滴加相對于四氯化硅2-3倍摩爾3-溴丙醇，以滴加速度控制反應溫度不高于55°C，滴完后，將體系溫度升至65-85°C，保溫反應7-10h dtHCl氣體放完后，再加產品理論質量(g)2% _5%的縛酸劑，攪拌lh，檢測溶液PH = 5-6為反應終點。經純化處理，得產品阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷。
[0010]如上所述的有機溶劑為乙腈、二氧六環、二氯乙烷、四氯化碳或乙二醇二甲醚，其有機溶劑體積(ml)的量為四氯化硅質量(g)的3-4倍。
[0011]如上所述的縛酸劑為三聚氰胺。
[0012]如上所述的經純化處理為冷卻至30°C，過濾，濾液減壓蒸餾除去溶劑和過量的3_溴丙醇(回收使用)及少量低沸點物，而后降溫到60°C，再加入產品理論質量(g)2-3倍體積(ml)的石油醚洗滌，攪拌0.5h，轉移至分液漏斗中靜置分層，分出下層料液，減壓蒸餾除去少量的石油醚。
[0013]如上所述的石油醚為石油醚的沸程在60_90°C或90_120°C。
[0014]發明人研究中發現乙二醇和四氯化硅很難溶合反應，呈果凍狀不易擴散，且提高反應溫度四氯化硅的揮發量又會增加，因此選用了先讓四氯化硅與等摩爾3-溴丙醇反應，生成硅酸單酯后，再與乙二醇反應，克服了乙二醇和四氯化硅不易溶合的難題，也克服了四氯化硅高溫易揮發的問題。
[0015]本發明公開的阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷為淺黃色液體，其產率為 86.6%~95.2%。其閃點(開口杯):200±51:，密度:1.6388/0113(25°0，折光率:111)25=1.4027 ;其適合作為聚氯乙烯、不飽和聚酯、聚氨酯和環氧樹脂等材料的阻燃劑之用。
[0016]阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基乙撐酯的制備工藝原理如下式所示:
[0017]
【權利要求】
1.一種阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物，其特征在于，該化合物的結構如下式所示:
2.根據權利要求1所述二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其特征在于，該方法為:用氮氣置換掉反應容器內的空氣，加入有機溶劑和四氯化硅，在攪拌下，用冷水浴冷卻，使反應體系溫度降低到25°C以下，滴加相對于四氯化硅等摩爾的3-溴丙醇，滴加過程控制反應溫度不高于30°C，滴完后，升溫至45°C，保溫反應2h ;待HC1氣體放完后，再滴入相對于四氯化硅0.5倍摩爾的乙二醇，以滴加速度控制反應溫度不高于50°C，滴完后升溫至55-75°C，反應6-10h JtHCl氣體放完后，再將體系降溫至40°C以下，滴加相對于四氯化硅2-3倍摩爾3-溴丙醇，以滴加速度控制反應溫度不高于55°C，滴完后，將體系溫度升至65-85°C，保溫反應7-10h dtHCl氣體放完后，再加產品理論質量(g)2% _5%的縛酸劑，保溫攪拌lh，檢測溶液PH = 5-6為反應終點；經純化處理，得阻燃劑二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷。
3.根據權利要求2所述的阻燃劑二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其特征在于:所述的有機溶劑為乙腈、二氧六環、二氯乙烷、四氯化碳或乙二醇二甲醚，其有機溶劑體積(ml)的量為四氯化硅質量(g)的3-4倍。
4.根據權利要求2所述的阻燃劑二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其特征在于:所述的滴加3-溴丙醇分為兩次滴加。
5.根據權利要求2所述的阻燃劑二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其特征在于:所述的縛酸劑為三聚氰胺。
6.根據權利要求2所述的阻燃劑二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其特征在于:所述的經純化處理為冷卻至30°C，過濾，濾液減壓蒸餾除去溶劑和過量的3-溴丙醇及少量低沸點物，而后降溫到60°C，再加入產品理論質量(g) 2-3倍體積(ml)的石油醚洗滌，攪拌0.5h，轉移至分液漏斗中靜置分層，分出下層料液，減壓蒸餾除去少量的石油醚。
7.根據權利要求6所述的阻燃劑二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其特征在于:所述的石油醚為石油醚的沸程在60-90°C或90-120°C。
8.根據權利要求6所述的阻燃劑二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其特征在于:所述的減壓蒸餾為收集的溶劑或3-溴丙醇回收使用。
【文檔編號】C08L27/06GK103665016SQ201310557109
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】王彥林, 楊海軍, 董信 申請人:蘇州科技學院相城研究院