双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯化合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯化合物及其制备方法，该化合物的结构如下式所示：，制备方法为：将二甲基二氯硅烷在40℃下，滴加到1-氧基磷杂-4-羟甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)与有机溶剂的溶液中，升温至80～140℃，搅拌反应4～9h，再加入定量缚酸剂，搅拌保温1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点。减压蒸馏后，经纯化处理，得白色固体双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯。本发明专利技术化合物是优良的磷硅协同阻燃成炭剂，可应用于聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂和不饱和树脂等，其工艺简单，设备投资少，易于实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯化合物及其制备方法
本专利技术涉及一种双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯化合物及其制备方法，具体涉及一种阻燃成炭剂二甲基硅酸二{1-氧基磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷-(4)-甲}酯化合物及其制备方法，该化合物含有磷、硅双阻燃元素，可用作聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚氯乙烯、环氧树脂和不饱和树脂等的阻燃成炭剂。
技术介绍
科学技术的进步促进了高分子工业的快速发展，有机合成材料的消费量已成为衡量一个国家或地区发达的重要指标，但是大多高分子材料是易燃的，经常会引起火灾，对人们的生命财产安全造成严重的威胁，防火问题引起了人们高度重视，合成高分子材料的阻燃率又成为衡量一个国家或地区发达如否的新标准，因此极大地促进了阻燃材料与阻燃技术的进步。随着环保安全意识的增强，目前对阻燃材料又提出了无卤化的要求。磷、氮系阻燃剂是实现无卤化的主体，硅系阻燃剂是新发展的后起之秀。含磷阻燃剂燃烧时能形成聚磷酸膜隔热绝氧，硅阻燃剂燃烧时能形成致密的硅炭层，能够有效防止材料受热熔融滴落而产生的二次燃烧。磷硅协同阻燃增效，能发挥更好的阻燃效能，因而磷硅协同阻燃剂已成为目前研究开发的热点之一。本专利技术双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯，将磷、硅设计在同分子结构中，更有益于发挥磷硅协同阻燃增效作用，磷硅从不同的阻燃机理产生阻燃作用，能有效提高材料的阻燃性，增加材料的成炭性，有效的克服熔融滴落引起的二次燃烧。又由于分子结构为双笼环对称结构，具有很高的热稳定性，可以作为大多数高分子材料的阻燃成炭剂，具有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提出一种双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯化合物，其物化性能稳定，无毒，阻燃效能高，与高分子材料相容性好，可克服现有技术中的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：本专利技术的另一目的在于提出一种双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯的制备方法，其原料廉价易得，成本低廉，工艺简单，设备投资少，易于规模化生产，该方法为：控制二甲基二氯硅烷和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)一定的摩尔比，将二甲基二氯硅烷在40℃下，滴加到PEPA与有机溶剂的溶液中，滴加过程控制温度不高于50℃，滴完后，升温至80～140℃，搅拌反应4～9h，氯化氢气体放完后，再加入产品理论质量(g)2％～6％的缚酸剂，搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点；减压蒸馏回收溶剂，固体粗产品留在反应器中，经纯化处理，得二甲基硅酸PEPA酯。如上所述的有机溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、乙腈、二氧六环、二甲基甲酰胺或二甲苯，其有机溶剂的体积(ml)数是PEPA质量(g)数的4～14倍。如上所述的控制二甲基二氯硅烷和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)一定的摩尔比为二甲基二氯硅烷∶PEPA是1∶2～1∶3。如上所述的缚酸剂为三乙胺、吡啶、二甲基苯胺。如上所述的经纯化处理为往固体粗产品中加入产品理论质量(g)5倍体积(ml)的无水乙醇，搅拌加热，冷却，抽滤，再加入产品理论质量(g)2-4倍体积(ml)的无水乙醇淋洗，抽滤，烘干，得白色固体双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯。本专利技术双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯为白色粉末固体，溶于多数极性有机溶剂和70℃以上的热水但不溶于冷水。产品产率为80.2％～93.4％，分解温度：298±5℃，熔点167±2℃，其适合用作聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂和不饱和树脂等的阻燃成炭剂。其双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯化合物的制备原理如下式所示：与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：①本专利技术双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯结构新颖，含磷，硅双阻燃元素，结构对称性好，稳定性高，能适用于多种工程塑料的高温加工。②本专利技术双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯不含卤素，属环境友好的阻燃成炭剂。③本专利技术双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯成炭性好，还具有膨胀性，能克服PEPA作成炭剂易吸水、分解温度低、加工性能差的缺点。④本专利技术双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯的制备方法为一步反应，工艺简单，合成过程无需添加催化剂不引入杂质，设备简单，成本低廉，适于规模化生产，有很好的应用开发前景。附图说明为了进一步说明产品的结构和性能特给出如下附图。1、双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯的红外光谱图，详见说明书附图图1：图1表明，2960.5cm-1、2912.5cm-1为甲基与亚甲基的C-H的伸缩振动吸收峰；1470.9cm-1、1410.5cm-1为甲基与亚甲基的C-H的弯曲振动吸收峰；1321.2cm-1为P＝O的特征吸收峰；1037.4cm-1为P-O-C的特征吸收峰；1085.3cm-1、802.4cm-1为Si-O-C的吸收峰；921.3cm-1、862.2cm-1、762.9cm-1为环状结构的特征吸收峰；1262.8cm-1为Si-CH3的特征吸收峰。2、双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯的核磁光谱图，详见说明书附图图2：图2表明，氘代二甲亚砜做溶剂，δ4.59～4.64为O＝P(OCH2)3-上的亚甲基H峰，δ3.51～3.54为-CH2OSi-上的亚甲基的H峰，δ0.06-0.09为与Si相连的CH3上的H峰，δ3.36为H2O的H峰，δ2.50为溶剂氘代二甲亚砜交换的质子峰。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步说明。实施例1在装有磁力搅拌器，温度计和高效回流冷凝管，并在冷凝管上口装有干燥管的100ml四口烧瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入4.5g(0.025mol)PEPA与60ml乙二醇二甲醚，搅拌，在40℃下，滴入1.61g(1.50ml，0.0125mol)二甲基二氯硅烷，滴加过程控制温度不高于50℃，滴完后，升温至85℃，反应8h，待HCl气体放完后，再加入0.1g三乙胺，保温搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点。减压蒸馏回收溶剂，固体粗产品留在反应器中，加入25ml的无水乙醇，搅拌加热，冷却，抽滤，再加入12ml的无水乙醇淋洗，抽滤，烘干，得双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯，产率为80.2％，分解温度298±5℃。实施例2在装有磁力搅拌器，温度计和高效回流冷凝管，并在冷凝管上口装有干燥管的100ml四口烧瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入4.95g(0.0275mol)PEPA与30ml乙腈，搅拌，在40℃下，滴入1.61g(1.50ml，0.0125mol)二甲基二氯硅烷，滴加过程控制温度不高于50℃，滴完后，升温至80℃，反应9h，待HCl气体放完后，再加入0.15g三乙胺，保温搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点。减压蒸馏回收溶剂，固体粗产品留在反应器中，加入25ml的无水乙醇，搅拌加热，冷却，抽滤，再加入15ml的无水乙醇淋洗，抽滤，烘干，得双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯，产率为93.4％，分解温度298±5℃。实施例3在装有磁磁力搅拌器，温度计和高效回流冷凝管，并在冷凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：

【技术特征摘要】
1.一种双笼环阻燃成炭剂二甲基硅酸PEPA酯化合物的制备方法，其特征在于，该方法为：控制二甲基二氯硅烷和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)的摩尔比为1∶2～1∶3，将二甲基二氯硅烷在40℃下，滴加到PEPA与有机溶剂的溶液中，滴加过程控制温度不高于50℃，滴完后，升温至80～140℃，搅拌反应4～9h，待氯化氢气体放完后，再加入产品理论质量2％～6％的三乙胺或二甲基苯胺，搅拌1h，检测溶液pH＝5-6为反应终点；减压蒸馏回...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦林，董信，
申请(专利权)人：苏州科技学院相城研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32