[发明专利]一种含硅阻燃型桐油基多元醇及其制备方法和应用

说明书

一种含硅阻燃型桐油基多元醇及其制备方法和应用,桐油经醇解反应得到桐油酸甘油单酯，桐油酸甘油单酯经过环氧化后得到的环氧化桐油酸甘油单酯，最后利用环氧基团的开环反应将含有3‑氨基丙基三乙氧基硅烷的阻燃结构引入到桐油酸甘油单酯的结构中，得到目标产物。由本发明含硅阻燃型桐油基多元醇制得的聚氨酯硬泡受热分解产物主要是二氧化碳、水蒸气和二氧化硅，所以它是一种低毒型的聚氨酯硬泡。

技术领域

本发明属于结构型植物油基阻燃多元醇技术领域，具体涉及一种含硅阻燃型桐油基多元醇及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国高层建筑的增多，对建筑墙体保温材料的需求量越来越大。聚氨酯硬泡由于具有优异的绝缘性能和良好的阻热保温性能，且价格相对较低，已被广泛用作建筑墙体的保温材料。用于生产聚氨酯硬泡的主要原料包括异氰酸酯、多元醇和其他助剂。传统多元醇的上游原料多源于石油和天然气等资源，但随着能源短缺危机和人们环保意识的日益增强，开发利用可再生资源制造生物质基多元醇已成为研究热点之一。制备生物质基多元醇的原料非常丰富，包括蔗糖、淀粉、松脂、植物油、纤维素和木质素等，通过适当的化学改性，即可得到可替代石油基多元醇的生物质基多元醇。

植物油是一种重要的生物质原料，其来源丰富，包括大豆油、蓖麻油、葵花籽油、棕榈油、菜籽油、桐油等，根据美国农业部报告，全球产量超过了1100万吨/年。植物油单元结构为各类饱和和不饱和脂肪酸及构成的甘油三酯，含有丰富的官能团，易于改性，是石油资源理想的替代原料。利用植物油为原料制得的化学品具有可生物降解，对环境友好的特点。利用植物油制备多元醇，部分植物油基多元醇已进入了工业化生产阶段，如大豆油多元醇、棕榈油多元醇。

桐油是由油桐种子榨取得到，是一种可再生的非食用油。我国桐油使用历史达千年之久，是世界上最大的桐油生产国，目前年产桐油10万吨左右，占世界总产量的80％和国际贸易量的60％。桐油的主要成分是桐油酸甘油酯，占桐油质量的73～80％。与其他天然油脂的成分相比，桐油酸酯的结构比较特殊，具有共轭双键、羧基等官能团，反应活性较强，能发生 Diels-Alder、Friedel-Crafts、酯交换、酰胺化反应。利用桐油特殊的化学结构与活泼的化学性质，依次经过酯交换反应、环氧化反应及开环反应得到桐油基多元醇，部分替代石油基多元醇用于制备聚氨酯硬泡。

聚氨酯硬泡材料密度小，比表面积大，与非泡材料相比，存在易燃、发烟量大、毒性高等特点，使其应用大大受到限制。我国高层建筑火灾事故频发，造成严重的人员伤亡和巨大财产损失，因此聚氨酯硬泡的耐燃性和安全性已成为能否用于建筑保温材料的重要技术指标。目前聚氨酯硬泡的阻燃技术主要有添加阻燃剂、添加无机填料、提高交联度和结构阻燃技术。由于添加阻燃剂存在易迁移现象，不能持久保持阻燃效果和对发泡工艺影响较大等缺点发展缓慢，而结构阻燃技术能很好地解决上述问题。利用结构阻燃技术得到的阻燃多元醇，是指分子中含有磷、氮、硅、卤等阻燃元素，其阻燃元素参与聚氨酯硬泡的合成反应，成为聚氨酯泡沫结构的一部分，具有高阻燃性且无析出现象。但含卤聚氨酯硬泡在阻燃过程中除了产生大量的烟雾外还产生有毒的腐蚀性气体卤化氢，造成二次伤害，故含卤阻燃剂的使用已受到相关法规的限定。

利用有机硅阻燃剂对生物质多元醇进行无卤阻燃改性，能够赋予聚氨酯硬泡较好的阻燃性能。有机硅阻燃剂具有高的耐热性，并在燃烧时保持高度安全性而不产生有害气体。它在赋予基材优异的阻燃性能的同时，还能改善基材的其他性能，如加工性能、机械性能、耐热性能和耐水性能等，具有无卤、低烟、低毒或无毒等特点，是一种具有开发和应用潜力的阻燃剂。3-氨基丙基三乙氧基硅烷常温下是液态，流动性好，使用方便，结构中含有活性氢与多元醇相容性好，由含3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)结构的阻燃型桐油基多元醇制得的聚氨酯泡沫具有较高的热稳定性，良好的机械性能和耐水性能，阻燃效果明显。

发明内容