笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯化合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯化合物及其制备方法，该化合物的结构如下式所示：制备方法为：在50℃下，将三甲基氯硅烷滴加到1-氧基磷杂-4-羟甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)与有机溶剂的溶液中，升温至80～140℃，搅拌反应5～11h，再加入定量缚酸剂，搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点，减压蒸馏后，经纯化处理，得笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯。本发明专利技术化合物是优良的无卤磷硅协同阻燃成炭剂，可应用于聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂和不饱和树脂等，其工艺简单，设备投资少，易于实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯化合物及其制备方法
本专利技术涉及一种笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯化合物及其制备方法，具体涉及一种阻燃成炭剂1-氧基磷杂-4-三甲基硅氧甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷化合物及其制备方法，该化合物含磷、硅双阻燃元素，可用作聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂和不饱和树脂等的阻燃成炭剂。
技术介绍
随着国际科学技术与经济的快速发展，阻燃材料发展很快，与此同时由于环境安全意识的增强，对阻燃剂提出了更高的要求，不但要求材料有良好的阻燃性能，还要求阻燃材料对环境具有友好性，因而阻燃剂的无卤化已成为阻燃材料研究的热点，进而促进了磷、氮、硅系阻燃剂的研究和发展。由于硅系阻燃剂中硅与碳为同族具有相似性，与材料有较好的相容性，燃烧时能生成致密的成炭结构C-Si层。同时硅与磷阻燃元素协同有较好的增效性，因而硅、磷协同阻燃剂的研究已成为无卤阻燃剂研究的重要课题。通常高分子材料加入阻燃剂即能阻止材料的燃烧，但在高温下材料往往受热熔融滴落而产生二次燃烧。因而人们总希望开发在材料燃烧时具有防止熔融滴落功能的成炭剂或本身具有成炭性的阻燃剂。本专利技术三甲基硅酸PEPA酯是一种优良的阻燃成炭剂。其分子内含磷、硅双重阻燃元素，燃烧时能生成致密的C-Si层、聚磷酸膜，具有绝氧隔热、膨胀等作用，从多重阻燃机理发挥阻燃效能，有优良的阻燃效能。该产品具有笼状结构，稳定性好，分解温度高，与高分子材料相容性好，能适应材料的高温加工，且基础原料廉价易得，应用范围广，具有市场急需性，有很好的应用和开发前景。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提出一种笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯化合物，其物化性能稳定，无毒，阻燃效能高，与高分子材料相容性好，可克服现有技术中的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：本专利技术的另一目的在于提出一种笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯的制备方法，其原料廉价易得，成本低廉，工艺简单，设备投资少，易于规模化生产，该方法为：控制三甲基氯硅烷和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)一定的摩尔比，将三甲基氯硅烷在50℃下，滴加到PEPA与有机溶剂的溶液中，滴加过程控制温度不高于60℃，滴完后，升温至80～140℃，搅拌反应5～11h，氯化氢气体放完后，再加入产品理论质量(g)2％～6％的缚酸剂，搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点；减压蒸馏回收溶剂，得到的固体粗产品留在反应器中，经纯化处理，得笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯。如上所述的有机溶剂为乙二醇二甲醚、乙腈、二氧六环、二甲基甲酰胺或二甲苯，其有机溶剂的体积(ml)数是PEPA质量(g)数的4～14倍。如上所述的控制三甲基氯硅烷和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)一定的摩尔比为三甲基氯硅烷∶PEPA是1∶1～1.5∶1。如上所述的缚酸剂为三乙胺、吡啶、二甲基苯胺。如上所述的经纯化处理为固体粗产品中加入产品理论质量(g)5倍体积(ml)的无水乙醇，搅拌加热使其溶解，冷却，使产品充分结晶析出，抽滤，烘干，得白色固体笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯。本专利技术笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯为白色固体，溶于多数极性有机溶剂和水。产品产率为75.2％～91.6％，分解温度：269±5℃，熔点：161±3℃，其适合用作聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂和不饱和树脂等的阻燃成炭剂。其笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯化合物的制备原理如下式所示：与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：①本专利技术笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯结构新颖，含硅、磷双重阻燃元素，稳定性高，能适用于多种工程塑料的高温加工。②本专利技术笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯不含卤素，属环境友好阻燃成炭剂。③本专利技术笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯成炭性好，还具有膨胀性，能克服PEPA作成炭剂易吸水、分解温度低、加工性能差的缺点。④本专利技术笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯的制备方法为一步反应，工艺简单，合成过程无需添加催化剂不引入杂质；设备简单，成本低廉，适于规模化生产，有很好的应用开发前景。附图说明为了进一步说明产品的结构和性能特给出如下附图。1、笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯的红外光谱图，详见说明书附图图1：图1表明，2963.2cm-1、2912.5cm-1为CH3与CH2的C-H的伸缩振动吸收峰；1472.8cm-1、1402.4cm-1为CH3与CH2的C-H的弯曲振动吸收峰；1322.4cm-1为P＝O的特征吸收峰；1035.4cm-1为P-O-C的特征吸收峰；1083.6cm-1为Si-O-C的吸收峰；923.6cm-1、859.2cm-1、763.9cm-1为环状结构的特征吸收峰；1265.2cm-1为Si-CH3的特征吸收峰。2、笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯的核磁光谱图，详见说明书附图图2：图2表明，氘代二甲亚砜做溶剂，δ4.57～4.62为O＝P(OCH2)3-上的亚甲基H峰，δ3.46～3.49为-CH2OSi-上的亚甲基的H峰，δ0.06-0.10为与Si相连的CH3上的H峰，δ3.36为H2O的H峰，δ2.50为溶剂氘代二甲亚砜交换的质子峰。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步说明。实施例1在装有磁力搅拌器，温度计和高效回流冷凝管，并在冷凝管上口装有干燥管的100ml四口烧瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，将4.5g(0.025mol)PEPA与30ml乙二醇二甲醚加入四口烧瓶中，搅拌，在50℃下，滴加2.716g(3.17ml，0.025mol)三甲基氯硅烷到四口烧瓶中，滴加过程控制温度不高于60℃，滴完后，升温至85℃，反应10h，待HCl气体放完后，再加入0.15g三乙胺，保温搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点。减压蒸馏回收溶剂，得固体粗产品留在蒸馏瓶中，转换成回流装置，再加入30ml无水乙醇，搅拌加热使其溶解，冷却，使产品充分结晶析出，抽滤，烘干，得笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯，产率为75.2％，分解温度：269±5℃。实施例2在装有磁力搅拌器，温度计和高效回流冷凝管，并在冷凝管上口装有干燥管的100ml四口烧瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，将4.5g(0.025mol)PEPA与20ml乙腈加入四口烧瓶中，搅拌，在50℃下，滴加2.99g(3.48ml，0.0275mol)三甲基氯硅烷到四口烧瓶中，滴加过程控制温度不高于60℃，滴完后，升温至80℃，反应11h，待HCl气体放完后，再加入0.2g吡啶，保温搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点。减压蒸馏回收溶剂，得固体粗产品留在蒸馏瓶中，转换成回流装置，再加入30ml无水乙醇，搅拌加热使其溶解，冷却，使产品充分结晶析出，抽滤，烘干，得笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯，产率为78.4％，分解温度：269±5℃。实施例3在装有磁力搅拌器，温度计和高效回流冷凝管，并在冷凝管上口装有干燥管的100ml四口烧瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，将4.5g(0.025m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：

【技术特征摘要】
1.一种笼状阻燃成炭剂三甲基硅酸PEPA酯的制备方法，其特征在于，该方法为：控制三甲基氯硅烷和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)的摩尔比为1∶1～1.5∶1，将三甲基氯硅烷在50℃下，滴加到PEPA与有机溶剂的溶液中，滴加过程控制温度不高于60℃，滴完后，升温至80～140℃，搅拌反应5～11h，氯化氢气体放完后，再加入产品理论质量2％～6％的缚酸剂，搅拌1h，检测溶液p...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志慧，董信，王彦林，
申请(专利权)人：苏州科技学院相城研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32