[发明专利]一种笼状含硅季鏻型阻燃表面活性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种笼状含硅季鏻型阻燃表面活性剂，具体涉及一种以四羟甲基鏻和烷基三甲氧基硅烷为原料制得的1-烷基-4-羟甲基-1-硅杂-4-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2，2，2]-辛烷季鏻盐化合物及其制备方法。该化合物是双功能阻燃表面活性剂，该化合物可用作聚烯烃、聚酯、聚氨酯、尼龙、涂料等材料的阻燃抗静电剂。

背景技术

随着科技的进步，塑料、橡胶、纤维等合成材料越来越广泛地用于社会各个领域，由于高分子材料的易燃性和不导电性，经常给人们带来火灾等灾害，因此高分子材料的阻燃与抗静电技术研究倍受全球关注。特别是煤矿火灾80％的都是由于运输带静电打火而引起，另外对工作台等都有阻燃抗静电的要求，所以一般要求阻燃的材料都要求抗静电，也即加阻燃剂的同时还要加入抗静电剂。发明者把阻燃和抗静电官能团设计在同一个分子中，制成阻燃表面活性剂，可提高化学原子利用率，降低生产成本，带来应用方便。本发明含硅季磷型阻燃表面活性剂是刚性笼状结构，物化性能稳定，由于分子中同时含有硅、磷两种协同阻燃元素，它有很好的阻燃性；分子中C-Si、C-P键的引入给分子带来稳定性的同时又提高了与材料的相容性，以及友好的机械加工性能；由于它含有季鏻阳离子结构和线型非极性结构将有较好的表面活性，就分子中的磷元素本身而言，就可起到阻燃和抗静电的双重作用。

由于本发明的结构特征组成它与材料有较好的融合分散性，并还能改善膨胀型阻燃剂等与材料融合性不佳的问题，解决聚酯、尼龙等市场急需的阻燃难题。所以研究开发多功能多元素协同的高效阻燃抗静电产品很有实际意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种含磷、硅两元素协同阻燃而又具有抗静电作用的双功能的化合物，具体涉及一种以四羟甲基鏻和烷基三甲氧基硅烷为原料制得1-烷基-4-羟甲基-1-硅杂-4-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2，2，2]-辛烷季鏻盐阻燃表面活性剂。其物化性能稳定，阻燃抗静电效能高，可克服现有技术中的不足，有很好的应用开发前景。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种笼状含硅季磷型阻燃表面活性剂化合物，其特征在于，该化合物结构如下式所示：

R为C₁-C₁₂烷基或苯基；X^-为Cl^-或SO₄^2-/2

本发明的另一目的在于提出笼状含硅季磷型阻燃表面活性剂的制备方法，其原料廉价易得，工艺简单，易于规模化生产，技术方案如下：

如上所述笼状含硅季磷型阻燃表面活性剂的制备方法，其特征在于，该方法为：

将摩尔(当量)比为1∶1的四羟甲基鏻和烷基三甲氧基硅烷于有机溶剂中，在一定温度下反应一段时间，并通过分馏装置不断蒸出反应生成的甲醇，直至蒸出的甲醇接近理论量，经提纯处理，制得笼状含硅季磷盐。

所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、二乙二醇二甲醚；反应温度为100℃～180℃；提纯处理方法为：对R≤C₅的烷基三甲氧基硅烷反应的产物，将反应液冷却结晶，过滤，干燥，制得固体笼状含硅季磷盐；提纯处理方法还可为：对R≥C₆的烷基三甲氧基硅烷反应的产物，将反应液蒸馏出溶剂，再用丙酮洗涤，分液，再减压蒸馏出低沸点物，制得液体笼状含硅季磷盐。所用溶剂回收重复使用。