聚膦硅氮烷高分子阻燃剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种聚膦硅氮烷高分子阻燃剂及其制备方法和应用。该聚膦硅氮烷高分子阻燃剂的结构式为：其中，0＜m≤0.3，0.3≤n≤0.6，0.25≤p≤0.4，且m+n+p＝1。上述聚膦硅氮烷高分子阻燃剂在燃烧过程中会产生磷酸类物质，促使聚合物表面快速脱水碳化，形成碳化层或不燃层覆盖在基体材料表面，同时，结构中的P/N/Si多元素也能起到协效阻燃作用。由于不饱和双键、N

【技术实现步骤摘要】
聚膦硅氮烷高分子阻燃剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子阻燃剂
，具体而言，涉及一种聚膦硅氮烷高分子阻燃剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着高分子材料的不断发展，已经广泛应用于家居、医疗、轨道交通、汽车工业、航空航天等民用和军用领域。但据统计，世界上约32％以上的火灾事故都是由高分子材料的燃烧而引起或扩大的。除此之外，随着高科技的发展，高分子材料能够在极端条件下的应用成为追求目标，如航天飞行器壳体材料、临近空间及大气层内高速飞行器、返回式卫星、航空航天用的发动机排气结构、液体燃料壳体和发动机短舱等中的高分子材料，除了具备基础的力学性、耐热高温等性能外，还应具备优异的阻燃性。综上，性能优良的阻燃剂的研究和发展有着巨大的市场需求，如何提高高分子材料的阻燃性已成为人们日益关注的问题。
[0003]聚硅氮烷阻燃剂是一类以Si
‑
N键为主链、有机基团为侧链结构的高分子材料，高分子中硅原子和氮原子交替排列形成基本骨架，以分子式[R1R2Si
‑
NR3]n
的结构形成环形及线形聚合物，也是一种新型、高性能、高效、无卤、低烟和环境友好的阻燃剂。聚硅氮烷聚合物虽具有优异的耐高温性、耐腐蚀性、耐候性、憎水性以及防污等综合性能，但在阻燃方面已很难满足某些极端条件下应用的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种聚膦硅氮烷高分子阻燃剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中的高分子阻燃剂的阻燃性较局限的问题。
>[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种聚膦硅氮烷高分子阻燃剂，该聚膦硅氮烷高分子阻燃剂的结构式为：
[0006][0007]其中，0＜m≤0.3，0.3≤n≤0.6，0.25≤p≤0.4，且m+n+p＝1。
[0008]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述聚膦硅氮烷高分子阻燃剂的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，将包括氯硅烷和氨气的反应原料进行氨解反应及聚合反应，得到聚氮硅烷，步骤S2，氮气或惰性气体氛围中，将包括聚氮硅烷、9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物的加成反应原料进行加成反应，得到包括聚膦硅氮烷高分子阻燃剂的产
物体系，其中，氯硅烷包括甲基乙烯基二氯硅烷和甲基三氯硅烷，聚氮硅烷的结构式如下：
[0009][0010]其中，m、n、p同上述的m、n、p。
[0011]进一步地，上述甲基乙烯基二氯硅烷与甲基三氯硅烷的质量比为1:0.7～1.2。
[0012]进一步地，上述氨解反应和聚合反应均在
‑
30～40℃的温度下进行，优选氨解反应和聚合反应的总时间为4～10h。
[0013]进一步地，上述加成反应原料还包括引发剂，优选聚氮硅烷、9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物和引发剂的质量比为20:3～30:0.05～0.9，优选为20:10～30:0.2～0.5。
[0014]进一步地，上述引发剂为自由基引发剂，优选自由基引发剂选自偶氮二异庚腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二环己基甲腈、过氧化月桂酰中的任意一种或多种。
[0015]进一步地，上述加成反应的温度为45～100℃，优选加成反应的时间为3～12h。
[0016]进一步地，上述反应原料和加成反应原料还各自独立地包括溶剂，优选溶剂为质子溶剂，优选质子溶剂与氯硅烷的质量比为7～12：1，优选质子溶剂选自苯、甲苯、乙苯、对位二甲苯、邻位二甲苯、间位二甲苯、三甲苯、四甲苯中的任意一种或多种。
[0017]进一步地，将上述产物体系在90～150℃下进行减压蒸馏，得到蒸馏后产物，优选将蒸馏后产物进行一次洗涤和二次洗涤，优选一次洗涤所用的洗涤液为极性溶剂，优选极性溶剂选自乙腈、二氧六环、四氢呋喃、甲乙酮中的任意一种或多种；优选二次洗涤所用的洗涤液为非极性溶剂，优选非极性溶剂选自正己烷、环己烷、二硫化碳、四氯化碳中的任意一种或多种。
[0018]根据本专利技术的又一个方面，提供了一种聚膦硅氮烷高分子阻燃剂在阻燃高分子涂层中的应用，将上述的聚膦硅氮烷高分子阻燃剂加热到35～80℃后再进行涂布。
[0019]应用本专利技术的技术方案，本申请的上述聚膦硅氮烷高分子阻燃剂为以Si
‑
N键为主链，侧链含有甲基、不饱和双键(活性基团)、N
‑
H键(活性基团)、P元素与苯环结构的高分子材料，该高分子中的硅原子和氮原子交替排列形成环形及线形聚合物基本骨架，其中的Si
‑
N键可以和环氧树脂发生交联反应，赋予其良好的热稳定性和较高的质量保留率；侧链的磷杂菲结构，在燃烧过程中会产生磷酸类物质，促使聚合物表面快速脱水碳化，形成碳化层或不燃层覆盖在基体材料表面，同时，结构中的P/N/Si多元素也能起到协效阻燃作用。此外，通过活性基团与环氧基团反应，一方面可以通过控制活性基团的数量来调节环氧树脂的交联密度，起到固化的作用；另一方面将阻燃和耐热基元引入到环氧树脂分子结构，可以改善环氧树脂的阻燃、耐热及力学性能，得到兼具优异的耐热、阻燃和力学性能的环氧树脂材料。同时，由于不饱和双键、N
‑
H键作为活性位点使得聚膦硅氮烷高分子阻燃剂分子易自聚，
可以将聚膦硅氮烷高分子阻燃剂分子自聚后直接作为阻燃高分子涂层使用，从而使得该聚膦硅氮烷高分子阻燃剂能够广泛应用于航空航天、电子电气和动力能源等的高温结构阻燃材料领域。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0021]图1示出了根据本专利技术的实施例1提供的一种含聚膦硅烷阻燃剂的核磁氢谱图。
具体实施方式
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0023]如本申请
技术介绍
所分析的，现有技术中的高分子阻燃剂的阻燃性较局限，为了解决该问题，本申请提供了一种聚膦硅氮烷高分子阻燃剂及其制备方法和应用。
[0024]在本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种聚膦硅氮烷高分子阻燃剂，该聚膦硅氮烷高分子阻燃剂的结构式为：
[0025][0026]其中，0＜m≤0.3，0.3≤n≤0.6，0.25≤p≤0.4，且m+n+p＝1。
[0027]本申请的上述聚膦硅氮烷高分子阻燃剂为以Si
‑
N键为主链，侧链含有甲基、不饱和双键(活性基团)、N
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H键(活性基团)、P元素与苯环结构的高分子材料，该高分子中的硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚膦硅氮烷高分子阻燃剂，其特征在于，所述聚膦硅氮烷高分子阻燃剂的结构式为：其中，0＜m≤0.3，0.3≤n≤0.6，0.25≤p≤0.4，且m+n+p＝1。2.一种权利要求1中所述聚膦硅氮烷高分子阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤S1，将包括氯硅烷和氨气的反应原料进行氨解反应及聚合反应，得到聚氮硅烷，步骤S2，氮气或惰性气体氛围中，将包括所述聚氮硅烷、9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物的加成反应原料进行加成反应，得到包括聚膦硅氮烷高分子阻燃剂的产物体系，其中，所述氯硅烷包括甲基乙烯基二氯硅烷和甲基三氯硅烷，所述聚氮硅烷的结构式如下：其中，m、n、p同权利要求1中的所述m、所述n、所述p。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述甲基乙烯基二氯硅烷与所述甲基三氯硅烷的质量比为1:0.7～1.2。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述氨解反应和所述聚合反应均在
‑
30～40℃的温度下进行，优选所述氨解反应和所述聚合反应的总时间为4～10h。5.根据权利要求2至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述加成反应原料还包括引发剂，优选所述聚氮硅烷、所述9,10
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二氢
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氧杂
‑
10
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡之峰，刘章友，
申请(专利权)人：库贝化学上海有限公司，
类型：发明
国别省市：