[發明專利]一種含硅聚酰亞胺型高分子成炭劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201811060546.0
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN108997581A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 錢立軍;馮海生;孟乃奇;陳雅君;辛菲;許博
• 申請（專利權）人: 北京工商大學
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08L77/00;C08L67/00;C08L75/04;C08L79/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明涉及一種含硅聚酰亞胺型高分子成炭劑及其制備方法，該成炭劑簡稱為ODPA?PSOA，結構式如下式所示；其合成方法采用雙(對氨基苯氧基)二苯基硅烷和二苯醚四甲酸二酐為原料，首先在有機溶劑中實現二酐和二胺的開環加成反應，形成聚酰胺酸；然后加熱脫水得到ODPA?PSOA粗產物。通過洗滌提純，脫除溶劑后獲得ODPA?PSOA化合物。本發明采用“一鍋煮”的方法，與傳統合成聚酰亞胺工藝“兩步法”相比，具有反應步驟少，溫度低，操作方法簡單易行，反應過程綠色無污染，且產率高等優點。

技術領域

本發明涉及一種含硅聚酰亞胺型高分子成炭劑及其制備方法，是一種利用化學合成方法制備的含氮、硅元素的高分子成炭劑，屬于利用化學合成方法制備化工及高分子材料助劑的技術領域。

背景技術

高分子材料大多具有可燃性，但在很多應用領域，對材料提出了阻燃的要求，比如電子電器、電線電纜、家具、建筑、汽車內飾、紡織品等，要求可燃易燃的高分子材料具有阻燃性能；通常高分子材料的阻燃是通過在材料中加入阻燃劑實現的；傳統上，阻燃劑以溴系阻燃劑為主，但大量的研究發現，添加溴系阻燃劑的阻燃高分子材料遇火災燃燒后，會產生大量的濃煙和有毒物質，導致人員窒息，引起二次傷害；此外，這些材料的廢棄物在高溫回收時，容易生成二噁英等致癌物質，引起環境污染；因此，針對鹵系阻燃劑的問題，近年來開發新型無鹵阻燃劑成為熱點，出現了大量新型無鹵阻燃劑。

目前，在無鹵阻燃劑中，應用范圍最廣的是膨脹型阻燃體系(IFR)；IFR體系主要由酸源(脫水劑)、炭源(成炭劑)和氣源(發泡劑)組成；其中，酸源的作用是與炭源發生酯化反應，使之脫水；炭源的作用是在高溫下脫水炭化，高溫脫水過程是一個吸熱過程，可以降低燃燒物的溫度，產生的水汽可以稀釋氧的濃度，而形成的炭層是一層致密層，可以起到隔熱隔氧的作用，避免燃燒的發展；氣源在受熱分解時，能夠釋放大量無毒且不易燃氣體的化合物。

在膨脹型無鹵阻燃體系中，酸源和氣源化合物發展相對成熟，已有大量商用產品存在，如專利申請CN108275670A、CN104513210A、CN102532604A、CN108373486A，但對于炭源化合物，仍存在很多問題，可選余地不大；炭源化合物多為一些多羥基化合物，如專利申請CN102070413A、CN108384001A、CN107383098A等，多羥基化合物其缺點是易吸潮，在高分子材料中使用，會導致阻燃劑與基體相容性差、分布不均、易析出、熱分解溫度低，不適合在較高加工溫度基材中使用，降低材料的絕緣性，影響材料的持久阻燃性及物理機械性能等問題。

本發明針對成現有成炭化合物所存在的缺陷，開發了一種特定結構含硅聚酰亞胺型高分子成炭劑；該高分子成炭劑具有成炭性好、分子量高、耐遷移、不吸潮、耐高溫、不影響基體材料的物理機械性能等特點；可與磷氮系阻燃劑協同，應用于尼龍、聚酯、聚氨酯等材料中。

發明內容

本發明采用二苯醚四甲酸二酐(ODPA)和雙(對氨基苯氧基)二苯基硅烷(PSOA)為原料，通過“一鍋煮”合成：首先在有機溶劑中實現二酐和二胺的開環加成反應，形成聚酰胺酸；然后加熱脫水得到ODPA-PSOA粗產物；經過洗滌提純，脫除溶劑后獲得含硅聚酰亞胺，簡稱ODPA-PSOA。

ODPA-PSOA分子式如下：

式中n＝1-10⁵。

所用合成原料：二苯醚四甲酸二酐、雙(對氨基苯氧基)二苯基硅烷；反應溶劑包括：四氫呋喃、二甲基亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮；洗滌溶劑包括：甲醇、乙醇、環己醇、丙三醇、丙二醇、異丙醇、異丁基醇。

合成工藝