一种膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂是通过官能化POSS与PAMAM部分末端

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种阻燃剂，具体涉及一种膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂及其制备。

技术介绍

[0002]依据阻燃元素划分，阻燃剂包括卤系阻燃剂和磷系阻燃剂。卤系阻燃剂是塑料中主要应用的阻燃剂之一，具有阻燃效率高、耐候性好和热稳定性高等优点，同时，对材料机械性能的影响较小。但是，卤系阻燃剂在燃烧过程中会释放出腐蚀性气体和浓烟，增加了对环境和人类健康的危害，此外，释放出浓烟和刺激性气体还给处于火灾中的人员逃生带来困难。磷系阻燃剂主要是通过高沸点含氧酸来促进高分子材料脱水和炭化，具有毒性低、腐蚀性弱、热稳定性高和价格低廉等优点。近年来，随着全球环境问题的不断凸显，具有绿色环保性能的硅系阻燃得到了快速发展，硅系阻燃剂中的Si
‑
O
‑
Si结构与高分子材料相互作用，在燃烧过程中形成致密的阻隔炭层，具有防滴落、可抑烟的功能。笼型聚倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS)是一种由硅氧键构成的笼型纳米框架，其八个角是可以进一步予以修饰的活性位点，独特的笼型结构具有良好的溶解性、结构稳定性和耐热性，在设计新型阻燃剂领域具有巨大的应用前景。POSS对聚合物阻燃的贡献有以下三点：(1)POSS的笼状结构会降低聚合物分子链的运动速率，提高聚合物的热稳定性；(2)当混有POSS的高分子复合材料燃烧时，POSS八个角上的基团分解会消耗一部分热量，从而有效减缓聚合物的降解速率；(3)POSS本身经过燃烧后会产生一层绝热硅碳层覆盖在聚合物表面，进一步减缓了热量的传导。然而，当前POSS阻燃剂的理想阻燃效果往往需要较大的添加量，这大大增加的该类阻燃剂的使用成本。因此，如何找到能与之协同阻燃，同时降低成本的材料是开发新型POSS阻燃剂的研究重点之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的首要技术问题在于提供一种膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂。
[0004]本专利技术所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂，其一种结构示意图如图1所示，图中，笼状Si
‑
O
‑
Si结构部分为POSS，中间树枝状大分子为聚酰胺
‑
胺(PAMAM)，封端部分为磷酰氯。
[0005]所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂，是通过官能化POSS与PAMAM末端
‑
NH2部分反应，再通过磷酰氯对PAMAM剩余的
‑
NH2封端反应制得。
[0006]所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂，其中PAMAM、POSS、磷酰氯的物质的量之比为1：1～3：3～13。
[0007]其中树枝状大分子PAMAM的代数为一代、二代或三代。
[0008]所述的磷酰氯为2
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氧代
‑2‑
氯
‑
5，5
‑
二甲基
‑
1，3，2
‑
二氧磷杂环己烷(DCCP)。
[0009]本专利技术要解决的第二个技术问题在于提供一种上述阻燃剂的制备方法。
[0010]所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)含有一个苄氯的POSS与PAMAM末端
‑
NH2进行亲核加成
‑
消除取代反应，得到
PAMAM
‑
POSS。
[0012](2)PAMAM
‑
POSS与2
‑
氧代
‑2‑
氯
‑
5，5
‑
二甲基
‑
1，3，2
‑
二氧磷杂环己烷(DCCP)进行封端反应，制得膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂(PAMAM
‑
POSS
‑
DPPC)。
[0013]下面分别对上述步骤(1)～步骤(2)进行详细说明。
[0014]本专利技术步骤(1)所述的反应具体可按照如下进行：将PAMAM溶于溶剂中，加入一定量的缚酸剂，再滴加含有一个苄氯的POSS悬浮液，在35～90℃温度下搅拌反应8～36小时，分离制得PAMAM
‑
POSS。
[0015]步骤(1)中，所述的PAMAM与含有一个苄氯的POSS的投料物质的量之比为1：1～3。
[0016]步骤(1)中，所述的缚酸剂选自下述之一：三乙胺、吡啶，所述的缚酸剂与含有一个苄氯的POSS的投料物质的量之比为1.0～1.5：1.0。
[0017]步骤(1)中，所述的溶剂选自下述之一：醇类、呋喃类化合物、酰胺类化合物；优选下列之一：甲醇、乙醇、四氢呋喃、N,N'
‑
二甲基甲酰胺。
[0018]步骤(1)在反应结束后，可采用蒸馏等常规分离方法分离得到PAMAM
‑
POSS。
[0019]本专利技术步骤(2)所述的反应具体可按照如下进行：在溶剂中，步骤(1)制得的PAMAM
‑
POSS与DPPC在缚酸剂存在下，于25～60℃反应6～24小时，分离得PAMAM
‑
POSS
‑
DPPC。
[0020]步骤(2)中，所述的PAMAM
‑
POSS与DPPC的投料物质的量之比为1：3～13。
[0021]步骤(2)中，所述的缚酸剂选自下述之一：碳酸氢钠、碳酸钠，所述的缚酸剂与DPPC的投料物质的量之比为1.0～1.2：1.0。
[0022]步骤(2)中，所述的溶剂选自下述之一：卤代烃、酮类化合物；优选下列之一：三氯甲烷、丙酮。
[0023]步骤(2)在反应结束后，可采用蒸馏等常规分离方法分离得到PAMAM
‑
POSS
‑
DPPC。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在如下几方面：
[0025]本专利技术制得的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂不仅具有阻燃性，而且能对聚合物基体起到补强作用。利用接枝反应等对POSS进行化学改性，将阻燃元素磷、氮负载在POSS表面，并通过阻燃材料的制备将有阻燃元素磷、氮、硅均匀分散于聚合物基体中，解决了阻燃剂在高分子材料中的分散性问题，提高了阻燃剂对聚合物的阻燃效果；本专利技术所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂，将磷、氮元素锚固在POSS的表面，大大降低了其在使用中的毒性以及对环境的危害；本专利技术所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂，是以POSS为纳米增强填料，对聚合物基体具有增强作用，提高了阻燃材料的力学性能；本专利技术所述的阻燃剂利用磷氮系化合物与POSS协同阻燃作用，提高对高分子材料的阻燃效果，减少阻燃剂在高分子材料的使用量，降低阻燃材料的成本。本专利技术所述的阻燃剂添加量低、阻燃效果好、适用范围广。
附图说明
[0026]图1是PAMAM
‑
POSS
‑
DPPC的一种结构实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂，其特征在于，是通过官能化POSS与PAMAM部分末端
‑
NH2反应，再通过磷酰氯对PAMAM剩余的
‑
NH2封端反应制得。2.如权利要求1所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂，其特征在于，所述PAMAM的代数为一代、二代或三代；所述的磷酰氯为2
‑
氧代
‑2‑
氯
‑
5，5
‑
二甲基
‑
1，3，2
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二氧磷杂环己烷(DCCP)。3.如权利要求1所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂，其特征在于，所述的PAMAM、POSS、磷酰氯的物质的量之比为1：1～3：3～13。4.制备如权利要求1所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含有一个苄氯的POSS与PAMAM的部分末端
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NH2进行亲核加成
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消除取代反应，得到PAMAM
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POSS；(2)将PAMAM
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POSS与2
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氧代
‑2‑
氯
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5，5
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二甲基
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1，3，2
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二氧磷杂环己烷(DCCP)进行封端反应，制得膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂(PAMAM
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POSS
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DPPC)。5.如权利要求4所述的膨胀阻燃功能化POSS阻燃剂的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国波，肖圣威，冯新建，陈文杰，
申请(专利权)人：台州学院，
类型：发明
国别省市：