一种含N-P-Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种含N

【技术实现步骤摘要】
一种含N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于阻燃材料
，更具体地说，本专利技术涉及一种含N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]高分子的发现和发展历史悠久，从古代发现的天然高分，到近代合成高分子在塑料工业中的广泛应用，如今我国已经成为塑料生产和消耗大国。环氧树脂和聚碳酸酯是用量较大的两类高分子材料。然而，塑料主要由碳氢氧组成，存在极易燃烧的缺点，应用过程中存在火灾隐患，因此对聚合物基复合材料的阻燃研究广受关注。
[0003]阻燃剂在上个世纪迎来飞速发展，自20世纪50年代初至今的约60年间，尤其是自20世纪80年代初至今的约30年间，阻燃剂及阻燃高分子材料在减少由火灾引起的生命财产损失方面发挥了重要的作用。我国对于阻燃剂的研究历程相较于国外起步较晚，品种也较为单一，但经过几十年的发展，并且随着我国合成材料工业的发展和应用领域的不断拓展，阻燃剂在化学建材、电子电器、交通运输、航天航空、日用家具、室内装饰、衣食住行等各个领域都得到了应用，发展潜力巨大。
[0004]阻燃剂按照添加类型可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。工业常用的是添加型阻燃剂，其使用简单并且价格较为低廉，但是这种方法会导致阻燃剂与基材的相容性差，容易迁出，从而影响基材的力学性能；反应型阻燃剂则是通过化学反应将具有阻燃作用的化学元素引入基材的合成原料中，从而使合成后的基材具备一定的阻燃性，但这种方法往往需要很高的添加量才能达到一定的阻燃效果，而高添加量则势必会对材料的力学性能造成不良的影响。
[0005]其中，卤素系阻燃剂发展较早，已经工业化生产，具有价格便宜、阻燃性能优异而被应用广泛。但在1980年大量研究指出卤素阻燃剂在阻燃过程中释放大量致癌物质而被各国禁用。近年来，因磷系阻燃剂具有优异的阻燃性能，且磷系阻燃剂来源广泛，可分为无机磷阻燃剂(包括聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐和三聚氰胺磷酸盐等)和有机磷阻燃剂(包括膦酸酯、有机次膦酸、磷腈和杂菲等)，而且磷系阻燃剂可与其他阻燃剂协同，具有较好的设计性、阻燃性和低毒性，因而被人们广泛研究和应用。另外，磷
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氮系阻燃剂在受热裂解时也会产生一些惰性气体，例如NH3和H2O等，从而稀释体系中可燃气体和氧气的浓度，最终终止燃烧。在凝聚相中，含磷阻燃剂则是在受热分解产生一些磷酸盐或焦磷酸盐，而磷
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硅系阻燃剂还会产生二氧化硅的炭层，这类不燃的固体物质包裹在材料表面，能够隔绝氧气和热量继续向材料内部传递，从而达到阻燃效果。
[0006]目前，有关阻燃方面的研究都倾向于将磷系阻燃剂和其他具有阻燃作用的阻燃剂结合起来以提升材料的阻燃性能，毕竟单一的阻燃体系的阻燃效果有限，然而，为了保证阻燃效果，往往需要极大的添加量，这在一定程度上破坏了材料的力学性能。
[0007]此外，作为与阻燃密不可分的问题，对于抑烟减毒方面的研究也一直被人们所关注，开发绿色高效的抑烟减毒剂也越来越成为各类科研工作者们所关注的课题。
[0008]因此，我们亟需开发一种能够在磷、氮元素杂化，有机与无机组分协同的无卤多组分协同阻燃剂，在应用过程中提高复合材料阻燃性能，同时保证复合材料的其他性能不会明显降低。

技术实现思路

[0009]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0010]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种含N
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P
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1、取有机溶剂、浓盐酸和硅烷偶联剂前驱体在反应容器中混合，并使硅烷偶联剂在A温度酸性条件下水解A时间得到笼状聚倍半硅氧烷；
[0012]S2、取4
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氨基苯乙酮、苯胺、对甲基苯磺酸和DOPO加入反应容器中，并使反应在B温度氮气保护条件下通过席夫碱反应和加成反应B时间得到N H2‑
DOPO；
[0013]S3、在反应容器中加入去离子水、无水乙醇和N,N
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二甲基甲酰胺，然后加入笼状聚倍半硅氧烷、醛类化合物和NH2‑
DOPO，在C温度条件下反应C时间制得含P
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N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂。
[0014]优选的是，其中，所述S1中，所述硅烷偶联剂前驱体包括3
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氨丙基三乙氧基硅烷、3
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氨丙基甲基二乙氧基硅烷和γ缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种；所述S3中，所述醛类化合物中包括羧基苯甲醛、对苯二甲醛和多聚甲醛中的一种。
[0015]优选的是，其中，所述S1中，所述有机溶剂包括甲醇、甲苯和乙腈中的一种。
[0016]优选的是，其中，所述S1中，所述浓盐酸和所述硅烷偶联剂前驱体的体积比为1:1～3mL，其中浓盐酸浓度为36.0wt％，有机溶剂的体积大于90mL。
[0017]优选的是，其中，所述S2中，所述4
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氨基苯乙酮、苯胺、DOPO和对甲基苯磺酸的摩尔比为1:2～4:1:0.2～0.5。
[0018]优选的是，其中，所述S3中，所述笼状聚倍半硅氧烷、醛类化合物和NH2‑
DOPO的摩尔比为1:8～10:8～10。
[0019]优选的是，其中，所述S3中，所述去离子水、无水乙醇和N,N
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二甲基甲酰胺的体积比为1:1:1。
[0020]优选的是，其中，所述S1中，A温度为60～90℃，A时间为12～18h；
[0021]所述S2中，B温度为100～130℃，B时间为12～24h；
[0022]所述S3中，C温度为40～80℃，C时间为8～12h。
[0023]一种含N
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P
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的应用，所述含P
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N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂在环氧树脂中的应用包括以下步骤：
[0024]步骤一、按重量份，取1～10份所述P
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N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂、80～100份环氧树脂和20～25份固化剂混合，在80℃真空条件下机械搅拌30min，得到中间产物；
[0025]步骤二、将所述中间产物倒入模具中，根据100℃/3h+130℃/3h的程序升温模式进行固化反应，待反应完毕后冷却至室温，得到阻燃改性的环氧树脂复合材料。
[0026]一种含N
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P
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的应用，所述含P
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N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂在聚碳酸酯中的应用包括以下步骤：
[0027]步骤一、按重量份，取1～10份所述P
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N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取有机溶剂、浓盐酸和硅烷偶联剂前驱体在反应容器中混合，并使硅烷偶联剂在A温度酸性条件下水解A时间得到笼状聚倍半硅氧烷；S2、取4
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氨基苯乙酮、苯胺、对甲基苯磺酸和DOPO加入反应容器中，并使反应在B温度氮气保护条件下通过席夫碱反应和加成反应B时间得到N H2‑
DOPO；S3、在反应容器中加入去离子水、无水乙醇和N,N
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二甲基甲酰胺，然后加入笼状聚倍半硅氧烷、醛类化合物和NH2‑
DOPO，在C温度条件下反应C时间制得含P
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N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂。2.根据权利要求1所述的含N
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P
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述硅烷偶联剂前驱体包括3
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氨丙基三乙氧基硅烷、3
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氨丙基甲基二乙氧基硅烷和γ缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种；所述S3中，所述醛类化合物中包括羧基苯甲醛、对苯二甲醛和多聚甲醛中的一种。3.根据权利要求1或2所述的含N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述有机溶剂包括甲醇、甲苯和乙腈中的一种。4.根据权利要求1或2所述的含N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述浓盐酸和所述硅烷偶联剂前驱体的体积比为1:1～3mL，其中浓盐酸浓度为36.0wt％，有机溶剂的体积大于90mL。5.据权利要求1或2所述的含N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述S2中，所述4
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氨基苯乙酮、苯胺、DOPO和对甲基苯磺酸的摩尔比为1:2～4:1:0.2～0.5。6.据权利要求1或2所述的含N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述笼状聚倍半硅氧烷、醛类化合物和NH2‑
DOPO的摩尔比为1:8～10:8～10。7.据权利要求1所述的含N
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Si笼状聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述去离子水、无水乙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶文辉，吴涛，余传柏，刘长江，岳亮，李方利，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：