阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯化合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种阻燃成炭剂硅酸四笼环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20℃下，将四氯化硅滴加到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4～10h，再加入定量的缚酸剂，搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点；冷却，抽滤，水洗，烘干，得硅酸四笼环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】
阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯化合物及其制备方法
本专利技术涉及一种阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯化合物及其制备方法，具体涉及涉及一种阻燃成炭剂硅酸四{1-氧基磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷-(4)-甲}酯化合物及其制备方法，该化合物含磷、硅双重阻燃元素，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
随着高分子材料科学的发展，塑料、橡胶和纤维等在日常生活中得到了广泛的应用，但这些材料大多很容易燃烧，常给人们的生命和财产带来安全隐患。因此，阻燃剂和阻燃高分子材料的研究与开发受到了人们的重视。由于阻燃法规的日趋完善和人们环保意识的增强，对卤系阻燃剂有了一定的限制，同时促进了环保型阻燃剂的研究开发应用，尤其是对新型、高效、低毒型磷、氮、硅阻燃剂面临更加迫切的需求，磷系阻燃剂具有绝氧隔热的作用，氮系阻燃剂有膨胀隔热功能，硅系阻燃剂能形成致密的硅炭层发挥阻燃作用，能够有效防止材料受热熔融滴落而产生的二次燃烧。磷、硅协同阻燃剂特别是P、Si阻燃元素处于同一分子结构中的协同阻燃剂的开发研究具有重要的现实意义。本专利技术阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯属多磷对称结构，还含有协同阻燃硅元素。磷硅双重阻燃元素，使材料阻燃效能更高，大大提高了阻燃体系的成炭性和阻燃性；且分子结构中的笼状对称结构，具有极佳的热稳定性，分解温度高，与高分子材料有很好的相容性，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阻燃成炭剂硅酸四笼环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：一种阻燃成炭剂硅酸四笼环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阻燃成炭剂硅酸四笼环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：控制四氯化硅和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，将四氯化硅在20℃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30℃，滴完后，升温至80～140℃，搅拌反应4～10h，待氯化氢放完后，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；冷却，抽滤，滤饼用产品理论质量(g)数约2-4倍体积(ml)数的水淋洗，抽滤，烘干，得硅酸四笼环PEPA酯。如上所述的有机溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、乙腈、二氧六环或二甲苯，其有机溶剂的体积(ml)数是PEPA质量(g)数的4～14倍。如上所述的控制四氯化硅和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)一定的摩尔比为四氯化硅∶PEPA是1∶4～1∶5。如上所述的缚酸剂为三乙胺、吡啶、二甲基苯胺。本专利技术阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯为白色固体，不溶于水及多数极性溶剂，且对水的稳定性高。产品产率为77.3％～94.6％，分解温度：280±5℃，熔点：200±2℃，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。其阻燃成炭剂硅酸四笼环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本专利技术阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯结构新颖，含磷、硅双阻燃元素；结构对称好，稳定性高，能适用于多种工程塑料的高温加工。②本专利技术阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯不含卤素，属环境友好型的阻燃成炭剂。③本专利技术阻燃成炭剂硅酸四笼环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本专利技术阻燃成炭剂硅酸四笼环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。⑤本专利技术以多晶硅的副产物四氯化硅为原料制备磷、硅协同阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯，为解决四氯化硅综合利用的难题提供了一条有效途径。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、图1是阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯的红外光谱图：图1表明，2960.8cm-1、2913.5cm-1为CH2的C-H的伸缩振动吸收峰；1465.2cm-1、1409.3cm-1为CH2的C-H的弯曲振动吸收峰；1321.8cm-1为P＝O的特征吸收峰；1037.4cm-1为P-O-C的特征吸收峰；1084.3cm-1、802.6cm-1为Si-O-C的吸收峰；922.9cm-1、861.2cm-1、763.9cm-1为环状结构的特征吸收峰。2、图2是阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯的核磁光谱图：图2表明，氘代二甲亚砜做溶剂，δ4.62～4.70为O＝P(OCH2)3-上的亚甲基H峰，δ3.54～3.59为-CH2OSi-上的亚甲基的H峰，δ3.37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250ml四口烧瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入7.20g(O.04mol)PEPA与90ml乙二醇二甲醚，搅拌，在20℃下，滴加1.70g(1.15ml，0.01mol)四氯化硅，滴加过程控制温度不高于30℃，滴完后，升温至85℃，反应8h，待HCl气体放完后，再加入0.2g三乙胺，保温搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点；冷却，抽滤，滤饼用20ml水淋洗，抽滤，烘干，得硅酸四笼环PEPA酯，产率为77.3％，分解温度280±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250ml四口烧瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入7.56g(O.042mol)PEPA与70ml乙腈，搅拌，在20℃下，滴加1.70g(1.15ml，0.01mol)四氯化硅，滴加过程控制温度不高于30℃，滴完后，升温至80℃，反应10h，待HCl气体放完后，再加入0.25g三乙胺，保温搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点；冷却，抽滤，滤饼用20ml水淋洗，抽滤，烘干，得硅酸四笼环PEPA酯，产率为80.5％，分解温度280±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，加入8.10g(0.045mol)PEPA与60ml二氧六环，搅拌，在20℃下，滴加1.70g(1.15ml，0.01mol)四氯化硅，滴加过程控制温度不高于30℃，滴完后，升温至100℃，反应6h，待HCl气体放完后，再加入0.3g吡啶，保温搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点；冷却，抽滤，滤饼用20ml水淋洗，抽滤，烘干，得硅酸四笼环PEPA酯，产率为94.6％，分解温度280±5℃。实施例4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，加入8.46g(0.047m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃成炭剂硅酸四笼环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】
1.一种阻燃成炭剂硅酸四笼环PEPA酯的制备方法，其特征在于，该方法为：在装有搅拌器，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，加入8.10g(0.045mol)PEPA与60ml二氧六环，搅拌，在20℃下，滴加1.70g(1....

【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