一种反应型结壳成炭硅树脂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种反应型结壳成炭硅树脂及其制备方法和应用，所述反应型结壳成炭硅树脂的制备方法包括如下步骤：S1.将硅氢化物与含烯基醇在第一催化剂的作用下，进行硅氢加成反应，得到含羟基硅烷中间体；S2.将所述含羟基硅烷中间体在第二催化剂的作用下，进行水解缩合反应，得到所述反应型结壳成炭硅树脂，该反应型结壳成炭硅树脂由上述制备方法制备得到。该反应型结壳成炭硅树脂具有极佳的成炭性、耐热性和阻燃性，其可适用于较高的加工温度，提供较佳的成炭作用和阻燃作用，可应用于阻燃领域中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
一种反应型结壳成炭硅树脂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种反应型结壳成炭硅树脂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]目前，高分子聚合材料已经被广泛应用于各个领域之中，但是大多数的高分子材料具有易燃的特点，并且有很多的高分子材料在燃烧时无法成炭，易于熔融滴落引燃其它可燃物。在高分子阻燃体系中加入成炭剂，可有助于高分子材料燃烧时在其表面形成一个有效的炭层。含碳量高的多元醇有机物为其中一种常用的成炭剂，比如季戊四醇、淀粉等，在燃烧时羟基可从碳链上断裂，失去羟基的碳链形成炭层。但是目前这些多元醇有机物通常只具有成炭作用而不具有阻燃性能，而且耐热性不佳，只能应用于加工温度较低的高分子材料中，对聚合物性能影响较大，具有极大的局限性。
[0003]因此，需要提供一种能够适用于较高加工温度，并且同时提供成炭作用和阻燃作用的成炭剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有的多元醇有机物类成炭剂耐热性不佳且不具有阻燃性的问题，提供一种新型的成炭剂，其可适用于较高的加工温度，提供较佳的成炭作用和阻燃作用。
[0005]本专利技术的第一方面提供了一种反应型结壳成炭硅树脂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0006]S1.将硅氢化物与含烯基醇在第一催化剂的作用下，进行硅氢加成反应，得到含羟基硅烷中间体；
[0007]S2.将所述含羟基硅烷中间体在第二催化剂的作用下，进行水解缩合反应，得到所述反应型结壳成炭硅树脂。
[0008]优选地，所述硅氢化物为含氢硅氧烷和含氢硅氯烷中的一种或多种。
[0009]优选地，所述含氢硅氧烷选自三甲氧基氢硅烷、三乙氧基氢硅烷和甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种；所述含氢硅氯烷选自三氯氢硅。
[0010]优选地，所述含烯基醇选自烯丙醇、2
‑
乙基
‑3‑
烯丁醇和2
‑
甲基
‑2‑
丙烯
‑1‑
醇中的一种或多种。
[0011]优选地，步骤S1中的硅氢化物与含烯基醇的摩尔比为(0.9～1.1):1。
[0012]优选地，所述第一催化剂为铂系催化剂；优选地，相对于1摩尔的所述硅氢化物，所述第一催化剂的加入量为10
‑4～10
‑7摩尔。
[0013]优选地，所述步骤S1中的硅氢加成反应的温度为70～100℃；时间为4～12h。
[0014]优选地，步骤S2中的第二催化剂为至少一种碱。
[0015]优选地，所述碱可以选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾
中的一种或多种。
[0016]优选地，相对于1摩尔的所述含羟基硅烷中间体，步骤S2中的水的量为1.5～3摩尔，所述第二催化剂相对于硅烷中间体的的质量分数为1～4％。
[0017]优选地，步骤S2中的水解缩合反应的温度为30～90℃；时间为6～24h。
[0018]优选地，步骤S2具体包括：先将含羟基硅烷中间体进行水解反应后浓缩，再加入有机溶剂将浓缩的水解产物溶解后，进行回流反应，反应结束后，水洗、干燥，得到所述反应型结壳成炭硅树脂。
[0019]上述水解过程中可加入乙醇/异丙醇，所述乙醇/异丙醇与羟基硅烷中间体之间的质量比为1～3:1。
[0020]所述有机溶剂为甲苯，所述有机溶剂与浓缩的水解产物之间的质量比为1～3:1。
[0021]本专利技术的第二方面提供一种反应型结壳成炭硅树脂，所述反应型结壳成炭硅树脂由上述的制备方法制备得到。
[0022]优选地，所述反应型结壳成炭硅树脂的结构式如式(I)所示：
[0023][0024]其中，每个R独立地由
‑
R1OH表示，其中R1选自取代或未取代的直链或支链亚烷基、取代或未取代的亚芳基、取代或未取代的亚环烷基中任意一种；
[0025]优选地，R1选自C2～C
10
取代或未取代的直链或支链亚烷基。
[0026]本专利技术的第三方面还提供了所述反应型结壳成炭硅树脂作为成炭剂的应用。
[0027]根据本专利技术提供的上述应用，可以将所述反应型结壳成炭硅树脂作为成炭剂用于高分子材料的改性。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述高分子材料可以为聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和尼龙6中的一种或多种。
[0029]优选地，所述反应型结壳成炭硅树脂的添加量为高分子材料总质量的1％～25％。
[0030]本专利技术的第四方面还提供了一种阻燃组合物，所述阻燃组合物包括作为成炭剂的本专利技术提供的反应型结壳成炭硅树脂和至少一种阻燃剂，其中，所述成炭剂与阻燃剂的质量比为1:(1.5～4)。
[0031]根据本专利技术提供的阻燃组合物，优选地，所述阻燃剂为聚磷酸铵。
[0032]本专利技术提供的反应型结壳成炭硅树脂及其制备方法和应用具有如下
[0033]有益效果：
[0034]1.本专利技术提供的反应型结壳成炭硅树脂具有多碳羟基和笼型聚倍半硅氧烷结构，
其中，多碳羟基链段可在炭化催化剂的作用下脱水成炭，羟基反应形成水蒸气使炭层膨胀，形成多微孔的炭层，笼型聚倍半硅氧烷主体结构可在燃烧时形成致密的含有
‑
Si
‑
O键和
‑
Si
‑
C
‑
键的无机隔热保护层，笼型聚倍半硅氧烷与多羟基结构协同赋予了结构良好的成炭性，形成的炭层结合了膨胀炭层和无机硅层的优点，可有效限制热量和燃烧气体的外溢，以及抑制高分子材料的热分解。
[0035]2.本专利技术提供的反应型结壳成炭硅树脂为具有八个碳羟基链段的笼型聚倍半硅氧烷，具有较高的硅含量、碳含量和羟基含量，可在较少的加入量的情况下就获得极佳的成炭效果。
[0036]3.将本专利技术的反应型结壳成炭硅树脂应用于成炭剂领域中，其不仅具有较好的成炭性，而且具有一定的阻燃性。
[0037]4.本专利技术提供的反应型结壳成炭硅树脂具有多个碳羟基基团，与高分子树脂的相容性好，不会影响高分子树脂的力学性能，还能提高高分子树脂耐热性和抗冲击性等性能，可广泛应用于各种热塑性聚合物或者热固性树脂等。
[0038]5.本专利技术的反应型结壳成炭硅树脂反应活性高，可作为固化剂应用于热固性树脂中，也可以作为反应单体参与聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂等的合成反应中。
附图说明
[0039]图1为本专利技术实施例1得到的反应型结壳成炭硅树脂的红外谱图。
具体实施方式
[0040]下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的范围。如无特别说明，实施例中采用的原料、设备均为本领域常用的原料、设备。
[0041]实施例1
[0042]本实施例制备本专利技术的反应型结壳成炭硅树脂，包括如下步骤：
[0043]S1.将12.2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反应型结壳成炭硅树脂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：S1.将硅氢化物与含烯基醇在第一催化剂的作用下，进行硅氢加成反应，得到含羟基硅烷中间体；S2.将所述含羟基硅烷中间体在第二催化剂的作用下，进行水解缩合反应，得到所述反应型结壳成炭硅树脂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述硅氢化物为含氢硅氧烷和含氢硅氯烷中的一种或多种；优选地，所述含氢硅氧烷选自三甲氧基氢硅烷、三乙氧基氢硅烷和甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种；所述含氢硅氯烷选自三氯氢硅。优选地，所述含烯基醇选自烯丙醇、2
‑
乙基
‑3‑
烯丁醇和2
‑
甲基
‑2‑
丙烯
‑1‑
醇中的一种或多种；优选地，步骤S1中的硅氢化物与含烯基醇的摩尔比为0.9～1.1:1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述第一催化剂为铂系催化剂；优选地，相对于1摩尔的所述硅氢化物，所述第一催化剂的加入量为10
‑4～10
‑7摩尔；优选地，所述步骤S1中的硅氢加成反应的温度为70～100℃；时间为4～12h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S2具体包括：先将含羟基硅烷中间体进行水解反应后浓缩，再加入有机溶剂将浓缩的水解产物溶解后，进行回流反应，反应结束后，水洗、干燥，得到所述反应型结壳成炭硅树脂。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S2中的第二催化剂为至少一种碱；优选地，所述碱选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、氢氧化钠、氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东明，李信成，陈楚宏，
申请(专利权)人：广州硅碳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：