[发明专利]一种含离子液体的纳米级笼型聚倍半硅氧烷阻燃剂及其制备方法和应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种含离子液体的纳米级笼型聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法及其在聚合物中的应用。

(二)背景技术

纳米阻燃剂是阻燃剂领域研究中的一个重要分支，自1976年第一篇有关纳米黏土阻燃尼龙的专利发表开始(Fujiwara S,Sakamoto KT.Falmmability properties of Nylon-6/mica nanocomposites.Japan Kokai Pat Appl,109998,1976)，纳米阻燃剂就呈现出蓬勃发展之势。随着纳米技术的不断发展，新的纳米阻燃剂陆续出现并得到迅速发展，纳米阻燃剂研究逐渐成为当前阻燃剂领域研究的一大热点。相对于传统阻燃剂而言，这些纳米阻燃剂最为显著特性就是在添加量极少(≤5％)的情况下，即可显著提高材料的阻燃性能和机械性能，而添加传统阻燃剂则将对材料的机械性产生不利影响。

笼型聚倍半硅氧烷的主体结构是Si-O-Si，这种结构赋予它较好的热氧化稳定性和阻燃性，其阻燃功效的发挥是通过降低燃烧时的热释放和反应生成裂解炭层，并提高炭层的抗氧化性达到阻燃目的。POSS不仅本身具有阻燃作用，还能同其它具有阻燃效果的功能基团产生协同作用，如环氧基POSS、苯基POSS、八氨苯基POSS等都具有较明显的阻燃效果。离子液体是低温下呈液态的盐，大部分离子液体具有良好的热稳定性，且对环境友好，将POSS与离子液体结合起来可以制备新型环保有机硅阻燃剂。

(三)发明内容

本发明目的是合成一种含离子液体的纳米级笼型聚倍半硅氧烷阻燃剂。本发明首先利用水解反应制备八氯丙基POSS，并将其与N-烷基叔胺反应实现离子化，然后利用含有不同阴离子的盐(如四氟硼酸钠、六氟磷酸钾、双三氟甲基磺酰亚胺锂等)进行离子交换得到不同阴离子的POSS微球，实现POSS与离子液体的协同阻燃。

本发明所述含离子液体的纳米级笼型聚倍半硅氧烷阻燃剂的结构如下式I所示：

式I中，X的通式为Aⁿ⁺(B^－)_n，n＝2或4；其中B^－为四氟硼酸根(BF₄^－)、六氟磷酸根(PF₆^－)或双(三氟甲磺酰)亚胺根((CF₃SO₂)₂N^－，简写TF₂N^－)，其中Aⁿ⁺为下列式a—式d所示基团之一：

式a～式d中，R₁和R₃各自独立为C₁～C₈的脂肪烃基或C₆～C₈芳香烃基，R₂为-CH₂-CH₂-CH₂-，R₂一端连接笼型聚倍半硅氧烷的Si-O结构的Si原子，另一端连接式a～式d所示基团中的N原子；

式a中，不同位置的R₁表示相同的基团，式b中，不同位置的R₃表示相同的基团。

进一步，式a或式b中，R₁、R₃各自独立优选为C₁～C₈的脂肪烷基或C₆～C₈芳香烃基，更优选R₁、R₃各自独立为甲基或乙基。

本发明提供所述含离子液体的纳米级笼型聚倍半硅氧烷阻燃剂的制备方法，所述方法为：

将八氯丙基笼型倍半硅氧烷(OCP-POSS)溶于溶剂i中，然后加入交联剂和催化剂，在60～80℃下搅拌反应1～2小时，反应结束后所得反应液a过滤获得产物i；将产物i溶于溶剂ii中，再加入含阴离子盐，在20～30℃搅拌反应15～24小时，反应结束后将所得反应液b倒入溶剂iii中析出固体产物，所得混合液抽滤、滤饼真空干燥后制得所述含离子液体的纳米级笼型聚倍半硅氧烷阻燃剂。

所述方法中，所述交联剂为下列式A～式D所示化合物之一：