[发明专利]阻燃剂赛克三硅酸氯溴丙酯化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂赛克三硅酸氯溴丙酯化合物及其制备方法，具体涉及一种阻燃剂三[2-三(氯溴丙氧基)硅酰氧基乙基]异氰尿酸酯化合物及其制备方法，该化合物硅、氮、氯和溴四元素协同阻燃效能高，适合用作聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂与不饱和树脂等材料的阻燃剂。

背景技术

随着国家阻燃立法、行业指令的相继出台以及国际贸易往来的增加，阻燃剂消费量快速增长，尤其是对新型、高效、环保型阻燃剂具有更加迫切的需求。卤系阻燃剂是应用最广范、综合性价比最高的一类有机阻燃剂，但卤系阻燃材料发生火灾时会释放出大量烟雾、二噁喑等有害气体，特别是欧盟RoHS指令发布以后，给卤系阻燃剂的前景蒙上了一层阴影。由于卤系阻燃剂综合性价比高，应用技术已很成熟，在很多应用领域里目前还难于找到合适的替代物。不过阻燃剂的无卤化已成为发展方向，总的发展趋势是：无卤化的呼声虽高但无卤化的进程不会太快，也即阻燃剂的无卤化将是一个比较漫长的过程；同时开发高效卤系阻燃剂减少阻燃剂的添加量以达到减少燃烧时所放出的卤化氢的量及减少对材料机械加工性能的影响已是研究的重要方向之一。

光伏产业的发展产生大量的副产物四氯化硅无法处理，因此四氯化硅的综合利用已经成为制约我国光伏产业的瓶颈技术，而四氯化硅中的氯和硅都是可利用的有效的阻燃元素。硅系阻然剂本身具有优异的热稳定性，有防熔体滴落和阻燃抑烟性能，是目前低烟、低毒阻燃材料开发的重点之一。把硅、氮、卤多个阻燃元素设计在同一分子结构中，相互产生协同阻燃增效作用，有很好的阻燃效果。为了达到上述目的，推动科技的发展，本发明用四氯化硅为原料制备了硅、氮、卤多元素协同阻燃剂，阻燃剂分子结构中引入了芳性杂环结构，其具有电子结构的多向性及多硅酸酯与聚氯乙烯等高分子材料有较好的相容性，并具有优良的增塑性和成炭防滴落作用。本发明具有很好的市场应用开发前景。

发明内容

本发明的目的之一在于提出用四氯化硅制备一种硅、氮、氯和溴协同阻燃剂三[2-三(氯溴丙氧基)硅酰氧基乙基]异氰尿酸酯化合物，其阻燃增塑性好，可克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

阻燃剂三[2-三(氯溴丙氧基)硅酰氧基乙基]异氰尿酸酯化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：

其式中m为0-3的整数。

本发明的另一目的在于提出阻燃剂三[2-三(氯溴丙氧基)硅酰氧基乙基]异氰尿酸酯的制备方法，其原料廉价易得，工艺简单，设备投资少，易于规模化生产，该方法为：

用氮气置换掉反应容器内的空气，加入有机溶剂和四氯化硅，在搅拌下，用冷水浴冷却，使反应体系温度降低到30℃以下，滴加相对于四氯化硅2倍摩尔环氧溴丙烷，滴加过程控制反应温度不高于45℃，滴完后，升温至50℃，保温反应2h；再滴入相对于四氯化硅1/3倍摩尔的三羟乙基异氰尿酸酯(赛克)的有机溶液，以滴加速度控制反应温度不高于65℃，滴完后升温至80-95℃，反应9-13h，待HCl气体放完后，再将体系降温至40℃以下，滴加相对于四氯化硅1-1.5倍摩尔的环氧溴丙烷，以滴加速度控制反应温度不高于50℃，滴完后，将体系温度升至70-90℃，保温反应4-7h，检测溶液PH=5-6为反应终点。经纯化处理，得阻燃剂三[2-三(氯溴丙氧基)硅酰氧基乙基]异氰尿酸酯。

如上所述的有机溶剂为二氧六环、二氯乙烷、二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚或乙腈，其有机溶剂体积(ml)的量为四氯化硅质量(g)的2-3倍。

如上所述的三羟乙基异氰尿酸酯(赛克)的有机溶液为赛克溶解于所述有机溶剂中的溶液，其有机溶剂体积(ml)的量为赛克质量(g)的10-15倍。如上所述的经纯化处理为减压蒸馏除去溶剂和过量的环氧溴丙烷(回收使用)及少量低沸点物，而后降温到60℃，再加入产品理论质量(g)1-3倍体积(ml)的环己烷洗涤，搅拌0.5h，转移至分液漏斗中静置分层，分出下层料液，减压蒸馏除去少量的环己烷。

本发明阻燃剂赛克三硅酸氯溴丙酯为黄色透明液体，产率为89.8％～94.8％，其闪点(开口杯)：205±5℃，折光率：n_D²⁵=1.5137，密度(25℃)：1.626g/cm³。其适合作为聚氯乙烯、聚乙烯醇、环氧树脂、不饱和树脂和聚氨酯等材料的阻燃剂之用。

阻燃剂赛克三硅酸氯溴丙酯的制备工艺原理如下式所示：