[发明专利]阻燃剂烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机磷硅阻燃剂烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷化合物及其制备方法，具体涉及一种阻燃剂烷基三(1-氧-1-甲基-4-乙基-1-磷杂-2，6-二氧杂-环己烷基-<4>-甲氧基)硅烷化合物及其制备方法，该化合物含有磷、硅双重阻燃元素，磷硅协同有较高的阻燃效能，适合用作聚丙烯、聚酯PBT、PET、聚氨酯、聚氯乙烯等材料的阻燃剂。

背景技术

随着科学技术的快速发展，有机高分子材料得到了广泛的应用，由于有机高分子材料大多是易燃的，给人们的生命和财产常带来严重的火灾威胁。防止火灾的重要手段之一就是在高分子材料中加入阻燃剂，使高分子材料改性为阻燃材料。目前使用的阻燃剂中卤系阻燃剂占据较大的市场份额，这类阻燃剂具有阻燃效能高、添加量少、价格低廉等优点，但其在燃烧时会释放出大量的有害气体，对人们的生命产生二次危害。因此，开发高效、低烟、无毒的阻燃剂成为当前和今后阻燃剂研究领域的重要课题。

近年来，磷-硅协效阻燃剂的开发和研究已崭露头角。磷元素和硅元素都是优秀的阻燃元素，若将两者设计在同一分子结构中，将会产生较好的协同增效作用，为了达到上述目的，本发明公开了一种阻燃剂烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷化合物及其制备方法。其分子结构中含有磷、硅两种优异的阻燃元素，拥有磷系阻燃剂和硅系阻燃剂的优点，又表现出较好的成炭性和友好的加工性能，且稳定性好，适用范围广泛，是一种高效、抑烟、无毒的阻燃剂，有很好的应用和开发前景。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种磷、硅协同阻燃剂烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷化合物。其物理化学性能稳定，耐热性好，有成炭防滴落的作用，与高分子材料有较好的相容性，适合用作聚丙烯、聚酯PBT、PET、聚氨酯、聚氯乙烯等材料的阻燃剂，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：

一种烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：

式中R＝甲基、乙基、丙基或丁基。

本发明的另一目的在于提出一种如上所述烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷的制备方法，其工艺简单，原料廉价易得，成本低廉，具有良好的开发应用前景，该方法为：

氮气保护下，控制烷基三甲氧基硅烷与4-乙基-2，6，7-三氧杂-1-磷杂双环[2.2.2]辛烷(简称：笼状磷酸酯)的摩尔比为1∶3-1∶3.4，加入一定量的催化剂和有机溶剂，升温至回流，随着反应的进行回流温度逐渐升高，在100-180℃，回流和保温反应13-21h，减压蒸馏除去有机溶剂(回收使用)，冷却至50℃，经纯化处理，得产品烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷。

该还可方法为：

氮气保护下，控制烷基三甲氧基硅烷与4-乙基-2，6，7-三氧杂-1-磷杂双环[2.2.2]辛烷(简称：笼状磷酸酯)的摩尔比为1∶3-1∶3.3，加入一定量的催化剂，升温至回流，随着反应的进行回流温度逐渐升高，在100-180℃，回流和保温反应14-22h，冷却至50℃，经纯化处理，得产品烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷。

如上所述的烷基三甲氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷或丁基三甲氧基硅烷。

如上所述的有机溶剂为二乙二醇二甲醚、苯甲醚或二甲基甲酰胺(DMF)，其用量是有机溶剂的体积毫升数为烷基三甲氧基硅烷质量克数的2-7倍。

如上所述的一定量的催化剂为硫酸二甲酯、对甲苯磺酸甲酯或对甲苯磺酸乙酯，其用量为烷基三甲氧基硅烷质量的8％-11％。

如上所述的纯化处理为加入与产品理论质量克数相同体积毫升数的石油醚，搅拌20min，抽滤、烘干。

本发明烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷为白色固体，适合用作聚酯PBT、PET、聚氨酯、不饱和树脂、环氧树脂等材料的阻燃剂。

烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷的制备工艺原理如下式所示：

式中R＝甲基、乙基、丙基或丁基。

与现有技术相比，本发明的创新之处在于：

①本发明烷基三(磷杂环甲氧基)硅烷化合物含有磷、硅两种阻燃元素，高温下，磷元素转化为磷酸或聚磷酸能催化促成炭的形成，形成的聚磷酸膜有隔热绝氧作用；硅与碳形成致密的硅炭层，能有效防止熔融滴落的发生。磷、硅从不同的机理协同阻燃，能发挥较高的阻燃效能。