一种苯基磺酸硅油酯阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种苯基磺酸硅油酯阻燃剂及其制备方法，苯基磺酸硅油酯阻燃剂具有以下的化学结构式：式中：R1为H或CH3，R2为CH2CH2CH2或CH2CH2CH2OCH2CH2。为提高阻燃材料的抗水解能力本发明专利技术选择疏水性更好的苯磺酸酯基，把苯磺酸酯基引入聚硅氧烷中能同时提高阻燃能力与热稳定性；同时为了提高聚硅氧烷阻燃能力，在聚硅氧烷上引入含硫基团，本发明专利技术含硫改性基团选用苯磺酰氯或对甲基苯磺酰氯，具有较高的反应活性，有机聚硅氧烷选用端羟烃基的长链硅油，长链硅油在保持反应活性的同时具有较高的热稳定性，羟烃基也容易被改性，进而互相协同提高材料的阻燃性能、热稳定性及抗水解能力。热稳定性及抗水解能力。热稳定性及抗水解能力。

【技术实现步骤摘要】
一种苯基磺酸硅油酯阻燃剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高分子阻燃剂及其制备方法，尤其涉及苯基磺酸硅油酯阻燃剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]为了满足高分子材料防火方面的要求，已提出了多种阻燃技术，其中添加阻燃剂是一种有效的方法。含硫阻燃剂是被广泛研究的一类阻燃剂，传统的含硫阻燃剂主要有二苯砜磺酸钾(KSS)，三氯苯磺酸钠(STB)，全氟丁烷基磺酸钾(KPFBS)等，但是传统的磺酸盐阻燃剂有容易水解，耐候性不佳等问题，并且价格较为昂贵。近年来，含硅化合物受到越来越多的关注，并且被认为是“环保型”阻燃剂，但是无机硅材料与高分子材料相容性不佳，往往导致高分子材料力学性能降低。有机硅化合物相对而言更容易在高分子材料中分散，但是单独使用很难使高分子材料达到阻燃效果。为解决含硫阻燃剂和含硅阻燃剂上述问题，合成一类新型硫硅阻燃剂尤为重要。
[0003]有鉴于上述现有的硅阻燃剂存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品设计制造多年，有着丰富的实践经验及专业知识，熟练和充分地运用化学机理，在实践中不断研究和创新，创设了一种苯基磺酸硅油酯阻燃剂及其制备方法，在不改变高分子材料力学性能的基础上，提高阻燃效果及稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一个目的是提供一种苯基磺酸硅油酯阻燃剂，提高其阻燃能力和热稳定性。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]本专利技术提出的苯基磺酸硅油酯阻燃剂，苯基磺酸硅油酯阻燃剂具有以下的化学结构式：
[0007][0008]式中：R1为H或CH3，R2为CH2CH2CH2或CH2CH2CH2OCH2CH2。
[0009]通过将苯磺酸酯基引入聚硅氧烷中能同时提高阻燃能力与热稳定性，同时为了提高聚硅氧烷阻燃能力，在聚硅氧烷上引入含硫基团，本专利技术含硫改性基团选用苯磺酰氯与对甲基苯磺酰氯，具有较高的反应活性，有机聚硅氧烷选用端羟烃基的长链硅油，长链硅油在保持反应活性的同时具有较高的热稳定性，羟烃基也容易被改性。
[0010]本专利技术的第二个目的是提供一种苯基磺酸硅油酯阻燃剂的制备方法，通过改善制备工艺，操作更加简便，同时制备的苯基磺酸硅油酯阻燃剂具有较好的阻燃能力和热稳定性。
[0011]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0012]本专利技术提出的苯基磺酸硅油酯阻燃剂的制备方法，包括如下操作步骤，
[0013]将1,4
‑
二氧六环、端羟烃基硅油和缚酸剂加入配置有加热和磁力搅拌装置及球形冷凝管的三口烧瓶，在磁力搅拌下，通过恒压滴液漏斗向三口烧瓶内缓慢加入苯基磺酰氯的1,4
‑
二氧六环混合溶液，滴加完毕后，低温反应后，加热再进行反应，反应均在氮气氛围下进行；反应结束后抽滤，滤液减压蒸馏除去溶剂，用二氯甲烷稀释后，再进行多次水洗；最后减压蒸馏除去溶剂，转入真空烘箱干燥12h，最后得到微黄色油状液体。
[0014]作为进一步优选的，端羟烃基硅油和苯基磺酰氯的摩尔比为1:2.0
‑
2.4。此反应中让苯基磺酰氯过量0
‑
0.2倍有利于端羟烃基硅油尽可能完全反应，提高产率。
[0015]作为进一步优选的，其中苯基磺酰氯为苯磺酰氯或对甲基苯磺酰氯，含硫改性基团选用苯磺酰氯与对甲基苯磺酰氯。苯磺酰氯与对甲基苯磺酰氯能溶于大部分有机溶剂，可选溶剂范围较广；苯磺酰氯与对甲基苯磺酰氯反应活性很高，容易进行亲核取代反应。
[0016]作为进一步优选的，其中端羟烃基硅油为端羟丙基硅油或端羟乙丙醚基硅油。端羟烃基具有较高的活性，容易进行改性。端基为碳链的硅油本身具有不错的热稳定性，封端后热稳定性可以进一步提高。采用不同的有机基团对硅油进行封端改性，可以提高它与不同高分子材料的相容性。
[0017]作为进一步优选的，缚酸剂为三乙胺，所述缚酸剂用量为苯基磺酰氯摩尔用量的1.5倍。
[0018]作为进一步优选的，苯基磺酰氯的1,4
‑
二氧六环溶液的滴加速度为12
‑
60滴/分钟。此反应为放热反应，前期过快的滴加速度容易导致反应液局部过热，增加副反应，不利于反应平稳进行；滴加速度过慢会导致反应时间延长。
[0019]作为进一步优选的，此反应为酰氯与烃羟基的亲核取代反应。反应前期反应物浓度较高，为控制反应速率，减少副反应，前期反应温度选为冰水浴，反应时间为6
‑
12h。
[0020]作为进一步优选的，为提高反应中后期的反应活性，加热的反应温度为60
‑
90℃，反应时间为12
‑
18h。
[0021]作为进一步优选的，为得到较为纯净的产物，水洗操作步骤如下：第一步，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液洗三遍除去残余的酰氯以及苯磺酸副产物；第二步，用0.1mol/L的盐酸溶液洗三遍除去残余的三乙胺；第三步，用蒸馏水洗三遍除去残余的三乙胺盐酸盐以及一二步中残余的少量酸碱。
[0022]综上所述，本专利技术提出的苯基磺酸硅油酯阻燃剂及其制备方法具有以下有益效果：
[0023]1)对于磺酸盐类阻燃剂，其中的磺酸盐基团是使得高分子材料获得高阻燃能力的关键，但是磺酸盐基团是亲水的，在潮湿环境中容易水解迁移，降低材料的阻燃能力，为提高阻燃材料的抗水解能力本专利技术选择疏水性更好的苯磺酸酯基，把苯磺酸酯基引入聚硅氧烷中能同时提高阻燃能力与热稳定性；同时为了提高聚硅氧烷阻燃能力，在聚硅氧烷上引入含硫基团，本专利技术含硫改性基团选用苯磺酰氯或对甲基苯磺酰氯，具有较高的反应活性，有机聚硅氧烷选用端羟烃基的长链硅油，长链硅油在保持反应活性的同时具有较高的热稳定性，羟烃基也容易被改性，进而互相协同提高材料的阻燃性能、热稳定性及抗水解能力。
[0024]2)采用本专利技术方法合成的苯磺酸硅油酯阻燃剂为无卤阻燃剂，对环境友好；同时合成苯磺酸硅油酯操作步骤较为简单，一锅法即可合成，节省了制备成本；
[0025]3)通过采用本专利技术的制备材料，互相之间协同作用，合成苯磺酸硅油酯与应用的高分子聚合物有较好的相容性，对材料力学性能影响较小，适宜推广应用。
附图说明
[0026]图1为本专利技术苯磺酸硅油酯DBSSO的合成路线；
[0027]图2为本专利技术苯磺酸硅油酯DBSSO的红外谱图(FTIR)，其中BSCl为苯磺酰氯，DHSO为端羟乙丙醚基硅油，DBSSO为苯磺酸硅油酯；
[0028]图3为本专利技术苯磺酸硅油酯DBSSO的核磁氢(1H NMR)谱图；
[0029]图4为本专利技术苯磺酸硅油酯DBSSO的热重分析TGA。
具体实施方式
[0030]为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，对依据本专利技术提出的一种苯基磺酸硅油酯阻燃剂及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
[0031]在本专利技术中，DBSSO的合成步骤如图1所示：
[0032]实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种苯基磺酸硅油酯阻燃剂，其特征在于，所述苯基磺酸硅油酯阻燃剂具有以下的化学结构式：式中：R1为H或CH3，R2为CH2CH2CH2或CH2CH2CH2OCH2CH2。2.制备权利要求1所述的苯基磺酸硅油酯阻燃剂的方法，其特征在于：包括如下操作步骤，将1,4
‑
二氧六环、端羟烃基硅油和缚酸剂加入配置有加热和磁力搅拌装置及球形冷凝管的三口烧瓶，在磁力搅拌下，通过恒压滴液漏斗向三口烧瓶内缓慢加入苯基磺酰氯的1,4
‑
二氧六环混合溶液，滴加完毕后，低温反应后，加热再进行反应，反应均在氮气氛围下进行；反应结束后抽滤，滤液减压蒸馏除去溶剂，用二氯甲烷稀释后，再进行水洗；最后减压蒸馏除去溶剂，转入真空烘箱干燥12h，最后得到微黄色油状液体。3.根据权利要求2所述的苯基磺酸硅油酯阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述苯基磺酰氯和端羟烃基硅油的摩尔比为2.0
‑
2.4：1。4.根据权利要求2或3所述的苯基磺酸硅油酯阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述苯基磺酰氯为苯磺...

【专利技术属性】
技术研发人员：王标兵，许德焕，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：