阻燃劑乙二氧撐雙硅酸氯丙酯化合物及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種阻燃劑乙二氧撐雙硅酸氯丙酯化合物及其制備方法，該化合物的結構如下式所示：其式中m為0-3的整數。制備方法為：在0℃下，向四氯化硅的有機溶液中滴加相對于四氯化硅2倍摩爾環氧丙烷，于40℃反應1h；再滴入相對于四氯化硅0.5倍摩爾的乙二醇，而后在55-75℃反應6-9h；再降至30℃以下，滴加相對于四氯化硅1-1.5倍摩爾環氧丙烷，在60-80℃反應4-7h，經純化處理，得阻燃劑乙二氧撐雙硅酸氯丙酯；本發明化合物硅氯雙元素協同阻燃效能高，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】阻燃劑乙二氧撐雙硅酸氯丙酯化合物及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種阻燃劑乙二氧撐雙硅酸氯丙酯化合物及其制備方法，具體涉及一種阻燃劑二 [三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制備方法，該化合物硅氯兩元素協同阻燃效能高，適合用作聚氯乙烯、聚氨酯、環氧樹脂與不飽和樹脂等材料的阻燃劑。
【背景技術】
[0002]隨著全球日益嚴格的阻燃立法、防火安全標準和行業指令的相繼出臺，要求高分子材料阻燃的呼聲越來越高，近二十多年來全球阻燃劑的市場需求呈快速增長趨勢，尤其是對新型、高效和環保型阻燃劑的需求更加迫切。
[0003]目前鹵系阻燃劑與有機磷系阻燃劑是應用范圍較廣且是綜合性價比較高的兩類有機阻燃劑，一般含鹵阻燃材料發生火災時會釋放出大量煙霧有害氣體，由于在阻燃材料領域，鹵系阻燃劑已得到廣泛應用，其加工技術成熟，綜合性價比優良，所以目前還難于找到鹵系阻燃劑理想的替代品，因而鹵系阻燃劑在應用中仍然占有很大的比例。同時開發高效鹵系阻燃劑減少阻燃劑的添加量，以達到減少燃燒時所放出的鹵化氫的量及減少對材料機械加工性能的影響是研究的重要方向之一。
[0004]能源的緊張促進了光伏產業的發展，同時多晶硅產業產生大量的副產物四氯化硅無法處理，因此四氯化硅的綜合利用已經成為制約我國光伏產業發展的瓶頸。而四氯化硅中的氯和硅都是高效阻燃元素。硅系阻然劑本身具有優異的熱穩定性，有效的防熔體滴落和阻燃抑煙性能，是目前低煙與低毒 阻燃材料開發的重點之一。把硅和氯兩種優良的阻燃元素設計在同一分子結構中，產生協同阻燃效應，能產生理想的阻燃效果。為了達到上述目的，本發明公開了用四氯化硅為原料制備硅和氯兩元素協同阻燃劑的方法，其分子結構屬對稱的多硅酸酯結構，具有優良的阻燃增塑性。本發明對解決四氯化硅的污染提供了一個有效途徑，也為阻燃劑市場增加了一個高效阻燃劑新品種，具有迫切的現實意義和經濟意義。
【發明內容】
[0005]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(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物，其阻燃性好，可克服現有技術中的不足。
[0006]為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案:
[0007]阻燃劑二 [三(氯丙氧基)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:
[0008]
(CH3CicHcH2O^1SioCH2CH2OS1-(OCH2CHCICH3)m
[CH3 ( CICH2 ) CHO]3.m [OCH ( CH2CI) CH3]3.m
[0009]其式中m為0-3的整數。
[0010]本發明的另一目的在于提出一種阻燃劑二 [三(氯丙氧基)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:
[0011]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，用冰水浴冷卻，使反應體系溫度降到0°c，液面下滴加相對于四氯化硅2倍摩爾的環氧丙烷，滴加過程控制反應溫度不高于25°C，滴完后，升溫至40°C，保溫反應Ih ;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6-9h ;待HCl氣體放完后，再將體系降溫至30°C以下，液面下滴加相對于四氯化硅1-1.5倍摩爾的環氧丙烷，以滴加速度控制反應溫度不高于40°C，滴完后，將體系溫度升至60-80°C保溫反應4-7h，檢測溶液PH = 5-6為反應終點。經純化處理，得阻燃劑二 [三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷。
[0012]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。
[0013]如上所述的經純化處理為蒸餾除去過量的環氧丙烷(回收使用)，再減壓蒸餾除去溶劑(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。
[0014]如上所述的石油醚為石油醚的沸程在60_90°C或90_120°C。
[0015]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I倍摩爾四氯化硅與2倍摩爾環氧丙烷反應，生成硅酸雙酯后，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。
[0016]本發明公開的阻燃劑二 [三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷為黃色透明液體，產率為 89.3% ~96.8%，其閃點(開口杯):194±5°C，折光率:nD25 = 1.4076，密度(25°C ):
1.3458g/cm3。其適合作為聚氯乙烯、聚乙烯醇、環氧樹脂、不飽和樹脂和聚氨酯等材料的阻燃劑之用。
[0017]阻燃劑二 [三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備原理如下式所示:
【權利要求】
1.一種阻燃劑二 [三(氯丙氧基)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所述的阻燃劑二[三(氯丙氧基)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，用冰水浴冷卻，使反應體系溫度降到0°C，液面下滴加相對于四氯化硅2倍摩爾的環氧丙烷，滴加過程控制反應溫度不高于25 °C，滴完后，升溫至40°C，保溫反應Ih;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6-9h ;待HCl氣體放完后，再將體系降溫至30°C以下，液面下滴加相對于四氯化硅1-1.5倍摩爾的環氧丙烷，以滴加速度控制反應溫度不高于40°C，滴完后，將體系溫度升至60-800C，保溫反應4-7h，檢測溶液PH = 5-6為反應終點；經純化處理，得阻燃劑二 [三(氯丙氧基)娃酸氧基]乙燒。
3.根據權利要求2所述的阻燃劑二[三(氯丙氧基)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(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其特征在于:所述的滴加環氧丙烷分為兩次滴加。
5.根據權利要求2所述的阻燃劑二[三(氯丙氧基)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蒸餾除去過量的環氧丙烷，再減壓蒸餾除去溶劑及少量低沸點物，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。
6.根據權利要求5所述的阻燃劑二[三(氯丙氧基)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。
7.根據權利要求5所述的阻燃劑二[三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制備方法，其特征在于:所述的蒸餾或減壓蒸餾為收集的環氧丙烷或溶劑回收使用。
【文檔編號】C08K5/5415GK103554165SQ201310557291
【公開日】2014年2月5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, 董信 申請人:蘇州科技學院相城研究院