本發明專利技術涉及一種籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯化合物及其制備方法，該化合物的結構如下式所示：制備方法為：在50℃下，將三甲基氯硅烷滴加到1-氧基磷雜-4-羥甲基-2，6，7-三氧雜雙環[2.2.2]辛烷(PEPA)與有機溶劑的溶液中，升溫至80～140℃，攪拌反應5～11h，再加入定量縛酸劑，攪拌1h，檢測溶液pH＝5-6為反應終點，減壓蒸餾后，經純化處理，得籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯。本發明專利技術化合物是優良的無鹵磷硅協同阻燃成炭劑，可應用于聚烯烴、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、環氧樹脂和不飽和樹脂等，其工藝簡單，設備投資少，易于實現工業化生產。
【技術實現步驟摘要】
籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯化合物及其制備方法
本專利技術涉及一種籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯化合物及其制備方法，具體涉及一種阻燃成炭劑1-氧基磷雜-4-三甲基硅氧甲基-2，6，7-三氧雜雙環[2.2.2]辛烷化合物及其制備方法，該化合物含磷、硅雙阻燃元素，可用作聚烯烴、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、環氧樹脂和不飽和樹脂等的阻燃成炭劑。
技術介紹
隨著國際科學技術與經濟的快速發展，阻燃材料發展很快，與此同時由于環境安全意識的增強，對阻燃劑提出了更高的要求，不但要求材料有良好的阻燃性能，還要求阻燃材料對環境具有友好性，因而阻燃劑的無鹵化已成為阻燃材料研究的熱點，進而促進了磷、氮、硅系阻燃劑的研究和發展。由于硅系阻燃劑中硅與碳為同族具有相似性，與材料有較好的相容性，燃燒時能生成致密的成炭結構C-Si層。同時硅與磷阻燃元素協同有較好的增效性，因而硅、磷協同阻燃劑的研究已成為無鹵阻燃劑研究的重要課題。通常高分子材料加入阻燃劑即能阻止材料的燃燒，但在高溫下材料往往受熱熔融滴落而產生二次燃燒。因而人們總希望開發在材料燃燒時具有防止熔融滴落功能的成炭劑或本身具有成炭性的阻燃劑。本專利技術三甲基硅酸PEPA酯是一種優良的阻燃成炭劑。其分子內含磷、硅雙重阻燃元素，燃燒時能生成致密的C-Si層、聚磷酸膜，具有絕氧隔熱、膨脹等作用，從多重阻燃機理發揮阻燃效能，有優良的阻燃效能。該產品具有籠狀結構，穩定性好，分解溫度高，與高分子材料相容性好，能適應材料的高溫加工，且基礎原料廉價易得，應用范圍廣，具有市場急需性，有很好的應用和開發前景。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于提出一種籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯化合物，其物化性能穩定，無毒，阻燃效能高，與高分子材料相容性好，可克服現有技術中的不足。為實現上述專利技術目的，本專利技術采用了如下技術方案：一種籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯化合物，其特征在于，該化合物的結構如下式所示：本專利技術的另一目的在于提出一種籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯的制備方法，其原料廉價易得，成本低廉，工藝簡單，設備投資少，易于規模化生產，該方法為：控制三甲基氯硅烷和1-氧基磷雜-4-羥甲基-2，6，7-三氧雜雙環[2.2.2]辛烷(PEPA)一定的摩爾比，將三甲基氯硅烷在50℃下，滴加到PEPA與有機溶劑的溶液中，滴加過程控制溫度不高于60℃，滴完后，升溫至80～140℃，攪拌反應5～11h，氯化氫氣體放完后，再加入產品理論質量(g)2％～6％的縛酸劑，攪拌1h，檢測溶液pH＝5-6為反應終點；減壓蒸餾回收溶劑，得到的固體粗產品留在反應器中，經純化處理，得籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯。如上所述的有機溶劑為乙二醇二甲醚、乙腈、二氧六環、二甲基甲酰胺或二甲苯，其有機溶劑的體積(ml)數是PEPA質量(g)數的4～14倍。如上所述的控制三甲基氯硅烷和1-氧基磷雜-4-羥甲基-2，6，7-三氧雜雙環[2.2.2]辛烷(PEPA)一定的摩爾比為三甲基氯硅烷∶PEPA是1∶1～1.5∶1。如上所述的縛酸劑為三乙胺、吡啶、二甲基苯胺。如上所述的經純化處理為固體粗產品中加入產品理論質量(g)5倍體積(ml)的無水乙醇，攪拌加熱使其溶解，冷卻，使產品充分結晶析出，抽濾，烘干，得白色固體籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯。本專利技術籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯為白色固體，溶于多數極性有機溶劑和水。產品產率為75.2％～91.6％，分解溫度：269±5℃，熔點：161±3℃，其適合用作聚烯烴、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、環氧樹脂和不飽和樹脂等的阻燃成炭劑。其籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯化合物的制備原理如下式所示：與現有技術相比，本專利技術的有益之處在于：①本專利技術籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯結構新穎，含硅、磷雙重阻燃元素，穩定性高，能適用于多種工程塑料的高溫加工。②本專利技術籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯不含鹵素，屬環境友好阻燃成炭劑。③本專利技術籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯成炭性好，還具有膨脹性，能克服PEPA作成炭劑易吸水、分解溫度低、加工性能差的缺點。④本專利技術籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯的制備方法為一步反應，工藝簡單，合成過程無需添加催化劑不引入雜質；設備簡單，成本低廉，適于規模化生產，有很好的應用開發前景。附圖說明為了進一步說明產品的結構和性能特給出如下附圖。1、籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯的紅外光譜圖，詳見說明書附圖圖1：圖1表明，2963.2cm-1、2912.5cm-1為CH3與CH2的C-H的伸縮振動吸收峰；1472.8cm-1、1402.4cm-1為CH3與CH2的C-H的彎曲振動吸收峰；1322.4cm-1為P＝O的特征吸收峰；1035.4cm-1為P-O-C的特征吸收峰；1083.6cm-1為Si-O-C的吸收峰；923.6cm-1、859.2cm-1、763.9cm-1為環狀結構的特征吸收峰；1265.2cm-1為Si-CH3的特征吸收峰。2、籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯的核磁光譜圖，詳見說明書附圖圖2：圖2表明，氘代二甲亞砜做溶劑，δ4.57～4.62為O＝P(OCH2)3-上的亞甲基H峰，δ3.46～3.49為-CH2OSi-上的亞甲基的H峰，δ0.06-0.10為與Si相連的CH3上的H峰，δ3.36為H2O的H峰，δ2.50為溶劑氘代二甲亞砜交換的質子峰。具體實施方式以下結合具體實施方式對本專利技術的技術方案做進一步說明。實施例1在裝有磁力攪拌器，溫度計和高效回流冷凝管，并在冷凝管上口裝有干燥管的100ml四口燒瓶中，用氮氣置換掉瓶內的空氣，將4.5g(0.025mol)PEPA與30ml乙二醇二甲醚加入四口燒瓶中，攪拌，在50℃下，滴加2.716g(3.17ml，0.025mol)三甲基氯硅烷到四口燒瓶中，滴加過程控制溫度不高于60℃，滴完后，升溫至85℃，反應10h，待HCl氣體放完后，再加入0.15g三乙胺，保溫攪拌1h，檢測溶液pH＝5-6為反應終點。減壓蒸餾回收溶劑，得固體粗產品留在蒸餾瓶中，轉換成回流裝置，再加入30ml無水乙醇，攪拌加熱使其溶解，冷卻，使產品充分結晶析出，抽濾，烘干，得籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯，產率為75.2％，分解溫度：269±5℃。實施例2在裝有磁力攪拌器，溫度計和高效回流冷凝管，并在冷凝管上口裝有干燥管的100ml四口燒瓶中，用氮氣置換掉瓶內的空氣，將4.5g(0.025mol)PEPA與20ml乙腈加入四口燒瓶中，攪拌，在50℃下，滴加2.99g(3.48ml，0.0275mol)三甲基氯硅烷到四口燒瓶中，滴加過程控制溫度不高于60℃，滴完后，升溫至80℃，反應11h，待HCl氣體放完后，再加入0.2g吡啶，保溫攪拌1h，檢測溶液pH＝5-6為反應終點。減壓蒸餾回收溶劑，得固體粗產品留在蒸餾瓶中，轉換成回流裝置，再加入30ml無水乙醇，攪拌加熱使其溶解，冷卻，使產品充分結晶析出，抽濾，烘干，得籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯，產率為78.4％，分解溫度：269±5℃。實施例3在裝有磁力攪拌器，溫度計和高效回流冷凝管，并在冷凝管上口裝有干燥管的100ml四口燒瓶中，用氮氣置換掉瓶內的空氣，將4.5g(0.025m本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯化合物，其特征在于，該化合物的結構如下式所示：
【技術特征摘要】
1.一種籠狀阻燃成炭劑三甲基硅酸PEPA酯的制備方法，其特征在于，該方法為：控制三甲基氯硅烷和1-氧基磷雜-4-羥甲基-2，6，7-三氧雜雙環[2.2.2]辛烷(PEPA)的摩爾比為1∶1～1.5∶1，將三甲基氯硅烷在50℃下，滴加到PEPA與有機溶劑的溶液中，滴加過程控制溫度不高于60℃，滴完后，升溫至80～140℃，攪拌反應5～11h，氯化氫氣體放完后，再加入產品理論質量2％～6％的縛酸劑，攪拌1h，檢測溶液p...
【專利技術屬性】
技術研發人員：韓志慧，董信，王彥林，
申請(專利權)人：蘇州科技學院相城研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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