CN102604655A - 一种新型的含氮有机硅阻燃剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的含氮有机硅阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂由苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇缩聚制成。本发明阻燃剂中含有碳、硅、氮三种元素，可更好地发挥其阻燃协同效应。由于该阻燃剂中联上了含硅苯基，因此疏水性能很好，增强了该阻燃剂与高聚物基体材料的相容性，改善了阻燃高分子材料的机械、加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃剂，尤其涉及一种新型的含氮有机硅阻燃剂及其制备方法。
背景技术
目前高分子材料已广泛应用于工业生产及日常生活中。大多数高分子材料都是易燃的。因此阻燃型的高分子材料成为材料领域的一个重点研究方向。添加型阻燃剂是目前使用最为广泛的，年使用量超过100万吨。有机卤系阻燃剂因具有高阻燃效率和高性价比等特点，应用较为广泛。但含卤的高聚物在燃烧时会产生大量有毒烟雾，既污染环境，也对火灾现场人类生命安全造成极大的威胁。因此其应用领域已受到限制。无卤阻燃剂具有低烟、无毒等优点，高效无卤膨胀型阻燃剂(IFR)成为阻燃工业的一个重要发展方向。IFR以磷、氮、碳为主要核心成份，在受热时会产生协同阻燃效应。复配的IFR通常以聚磷酸铵(APP)为酸源，以三聚氰胺(MEL)为发泡剂，以季戊四醇(PER)为成炭剂，受高热时可生成均匀致密的炭质泡沫层，可隔热、隔氧、抑烟、防熔滴，具有很好的阻燃性能。但该类阻燃剂多为亲水性的，与高聚物基材相容性差，且所需的添加量较大，影响了阻燃高聚物的物理性能，故有待进一步改善。
近年来发展的有机硅阻燃剂除了有较好的阻燃性能外还能改善基材的机械、加工性能，但因价格较贵，应用受到一定限制。当有机硅阻燃剂添加到IFR中时，除了能发挥协同阻燃效应之外，还能改善阻燃高聚物基材的其他性能。
发明内容
本发明提供了一种阻燃效果好、与高聚物基材相容性好的含氮有机硅阻燃剂。
一种含氮有机硅阻燃剂，由苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇缩聚制成。
该阻燃剂既可以单独使用，也可以与其他含磷的无卤阻燃剂(如APP)混配使用，可广泛应用于聚烯烃、聚酯、尼龙、橡胶等高聚物中。
三聚氰胺和季戊四醇的配比可根据需要而任意调节，再配以相应量的苯基三氯硅烷即可。所述的苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇的摩尔比为3∶2～1∶2～1。
上述阻燃剂以苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇作为起始原料，使苯基三氯硅烷中的RSi-Cl与三聚氰胺中的-NH2、季戊四醇中的-OH发生缩聚反应，释放HCl气体，生成RSi-N和RSi-O键。
因苯基三氯硅烷中有三个Si-Cl键，三聚氰胺中有三个-NH2，季戊四醇中有四个-OH，由于位阻效应，难以使这三种化合物各自一一对应反应生成一种结构明确的化合物，而是各分子间相互交联生成立体交联聚合物。
本发明还提供一种上述含氮有机硅阻燃剂的制备方法，包括：
将苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇混合，于50～160℃下反应2～8小时，对反应产物进行纯化、干燥。
所述的苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇的混合物反应前可以经溶剂稀释，溶剂可是为苯、甲苯、二甲苯、环己烷和三氯乙烷中的至少一种。
所述的纯化方法为：
减压蒸馏除去溶剂，加入蒸馏水，搅拌，过滤，并洗涤至滤液无氯离子。
所述的反应温度为80～130℃。
本发明阻燃剂中含有碳、硅、氮三种元素，且三种元素于同一分子中，可更好地发挥其阻燃协同效应，比复配的阻燃剂效果更好。由于该阻燃剂中联上了含硅苯基，因此疏水性能很好，增强了该阻燃剂与高聚物基体材料的相容性，不易产生迁移现象，从而使得高聚物材料获得持久的阻燃性能，同时改善了阻燃高分子材料的机械、加工性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明并不局限于以下提出的实施例。
实施例1
称取20g(0.158mol)三聚氰胺，20g(0.147mol)季戊四醇，75g(0.355mol)苯基三氯硅烷，加入到带搅拌器、温度计、冷凝管(外接气体吸收装置)的三口烧瓶中，再加入150ml苯，搅拌、加热，控温80℃使之回流，放出的HCl气体用碱液吸收，搅拌反应4小时，用pH试纸检测无HCl气体放出，停止反应，抽真空加热蒸发脱除苯(可回收再用)。稍冷，加入150ml蒸馏水，加热至80℃搅拌半小时，稍冷后过滤，用蒸馏水洗至滤液中无氯离子，烘干得白色疏松粉体74.5g，收率98％。在马弗炉中300℃灼烧30分钟，失重7.2％。
实施例2
反应物料加料情况同实施例1，溶剂改用加入150ml甲苯，控温100℃，搅拌反应3小时，检测已无HCl放出。后续处理步骤同实施例1，得产品73.8g，收率97.1％。在马弗炉中300℃灼烧30分钟，失重6.9％。
实施例3
称取40g(0.316mol)三聚氰胺，40g(0.294mol)季戊四醇，150g(0.709mol)苯基三氯硅烷，加入到带搅拌器、温度计、冷凝管(外接气体吸收装置)的三口烧瓶中，再加入300ml二甲苯，搅拌、加热，控温120℃，搅拌反应2小时，检测已无HCl气体放出。后续处理步骤同实施例1，得产品148.5g，收率97.7％。在马弗炉中300℃灼烧30分钟，失重7.1％。
实施例4
称取40g(0.316mol)三聚氰胺，20g(0.147mol)季戊四醇，108g(0.512mol)苯基三氯硅烷，200ml三氯乙烷于同实施例3的反应体系中，控温88℃使之回流，搅拌反应3.5小时，检测已无HCl气体放出。后续处理步骤同实施例1，得产品110g，收率98.2％。在马弗炉中300℃灼烧30分钟，失重5.8％。
实施例5
称取20g(0.158mol)三聚氰胺，40g(0.294mol)季戊四醇，116g(0.55mol)苯基三氯硅烷，200ml环己烷于同实施例3的反应体系中，控温85℃，回流搅拌反应4小时检测已无HCl气体放出。后续处理步骤同实施例1，得产品114g，收率97.4％。在马弗炉中300℃灼烧30分钟，失重8.3％。
应用例
将APP、实施例3制得的聚合物按质量比3∶2的比例混合，得到混合物A，将混合物A和聚丙烯(PP)在120℃下干燥3小时，放入高速混合机中混匀后，使用转矩流变仪在260℃预混然后在280℃注塑成标准试样，按美国UL94标准进行垂直燃烧法测定。
同时用未经处理的APP∶MEL∶PER＝3∶1∶1复配阻燃剂替换混合物A作为对比例，测试阻燃效果。同时与文献1(无卤膨胀型阻燃剂在聚丙烯中的应用研究，浙江化工，2008，39(12)，p3～4)以及文献2(新型膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯的研究，塑料助剂，2006，4，P29～33)比较，结果如下表所列：
由上表可以看出，本发明阻燃剂阻燃效果较好，在25％添加量的条件下可以达到V-0等级。
Claims (7)
1.一种含氮有机硅阻燃剂，其特征在于，由苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇缩聚制成。
2.根据权利要求1所述的含氮有机硅阻燃剂，其特征在于，所述的苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇的摩尔比为3∶2～1∶2～1。
3.一种上述含氮有机硅阻燃剂的制备方法，包括：
将苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇混合，于50～160℃下反应2～8小时，对反应产物进行纯化、干燥。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的苯基三氯硅烷、三聚氰胺和季戊四醇的混合物反应前经溶剂稀释。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为苯、甲苯、二甲苯、环己烷和三氯乙烷中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的纯化方法为：
减压蒸馏除去反应产物中的溶剂，加入蒸馏水，搅拌，过滤并洗涤至滤液无氯离子。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的反应温度为80～130℃。
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