[發(fā)明專利]阻燃劑乙二氧撐雙硅酸氯丙酯化合物及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103554165A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王彥林;董信
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州科技學(xué)院相城研究院
• 主分類號: C07F7/04
• 分類號: C07F7/04;C08L27/06;C08K5/5415
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(xié)同阻燃效能高，適合用作聚氯乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂與不飽和樹脂等材料的阻燃劑。

背景技術(shù)

隨著全球日益嚴(yán)格的阻燃立法、防火安全標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)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(huán)保型阻燃劑的需求更加迫切。

目前鹵系阻燃劑與有機(jī)磷系阻燃劑是應(yīng)用范圍較廣且是綜合性價(jià)比較高的兩類有機(jī)阻燃劑，一般含鹵阻燃材料發(fā)生火災(zāi)時(shí)會釋放出大量煙霧有害氣體，由于在阻燃材料領(lǐng)域，鹵系阻燃劑已得到廣泛應(yīng)用，其加工技術(shù)成熟，綜合性價(jià)比優(yōu)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(yīng)用中仍然占有很大的比例。同時(shí)開發(fā)高效鹵系阻燃劑減少阻燃劑的添加量，以達(dá)到減少燃燒時(shí)所放出的鹵化氫的量及減少對材料機(jī)械加工性能的影響是研究的重要方向之一。

能源的緊張促進(jìn)了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)多晶硅產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物四氯化硅無法處理，因此四氯化硅的綜合利用已經(jīng)成為制約我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yōu)異的熱穩(wěn)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(fā)的重點(diǎn)之一。把硅和氯兩種優(yōu)良的阻燃元素設(shè)計(jì)在同一分子結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生協(xié)同阻燃效應(yīng)，能產(chǎn)生理想的阻燃效果。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開了用四氯化硅為原料制備硅和氯兩元素協(xié)同阻燃劑的方法，其分子結(jié)構(gòu)屬對稱的多硅酸酯結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的阻燃增塑性。本發(fā)明對解決四氯化硅的污染提供了一個(gè)有效途徑，也為阻燃劑市場增加了一個(gè)高效阻燃劑新品種，具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

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(jié)構(gòu)如下式所示：

其式中m為0-3的整數(shù)。

本發(fā)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(jià)易得，工藝簡單，設(shè)備投資少，易于規(guī)模化生產(chǎn)，該方法為：

用氮?dú)庵脫Q掉反應(yīng)容器內(nèi)的空氣，加入有機(jī)溶劑和四氯化硅，在攪拌下，用冰水浴冷卻，使反應(yīng)體系溫度降到0℃，液面下滴加相對于四氯化硅2倍摩爾的環(huán)氧丙烷，滴加過程控制反應(yīng)溫度不高于25℃，滴完后，升溫至40℃，保溫反應(yīng)1h；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(yīng)溫度不高于50℃，滴完后升溫至55-75℃，反應(yīng)6-9h；待HCl氣體放完后，再將體系降溫至30℃以下，液面下滴加相對于四氯化硅1-1.5倍摩爾的環(huán)氧丙烷，以滴加速度控制反應(yīng)溫度不高于40℃，滴完后，將體系溫度升至60-80℃保溫反應(yīng)4-7h，檢測溶液PH＝5-6為反應(yīng)終點(diǎn)。經(jīng)純化處理，得阻燃劑二[三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷。

如上所述的有機(jī)溶劑為乙腈、二氧六環(huán)、二氯乙烷、四氯化碳或乙二醇二甲醚，其有機(jī)溶劑體積(ml)的量為四氯化硅質(zhì)量(g)的3-4倍。

如上所述的經(jīng)純化處理為蒸餾除去過量的環(huán)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(diǎn)物，而后降溫到60℃，再加入產(chǎn)品理論質(zhì)量(g)2-3倍體積(ml)的石油醚洗滌，攪拌0.5h，轉(zhuǎn)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。

如上所述的石油醚為石油醚的沸程在60-90℃或90-120℃。

發(fā)明人研究中發(fā)現(xiàn)乙二醇和四氯化硅很難溶合反應(yīng)，呈果凍狀不易擴(kuò)散，且提高反應(yīng)溫度四氯化硅的揮發(fā)量又會增加，因此選用了先讓1倍摩爾四氯化硅與2倍摩爾環(huán)氧丙烷反應(yīng)，生成硅酸雙酯后，再與乙二醇反應(yīng)，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(fā)的問題。

本發(fā)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(chǎn)率為89.3％～96.8％，其閃點(diǎn)(開口杯)：194±5℃，折光率：n_D²⁵＝1.4076，密度(25℃)：1.3458g/cm³。其適合作為聚氯乙烯、聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂和聚氨酯等材料的阻燃劑之用。

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：