CN104693229A - 阻燃成炭剂二甲基硅酸二苯酯化合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阻燃成炭剂二甲基硅酸二苯酯化合物的制备方法，该化合物的制备方法为：在装有搅拌器、温度计和冷凝管的反应器中，用氮气置换掉反应器内的空气，加入苯酚钠和有机溶剂，滴加一定摩尔的二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷，滴完后在40℃～110℃下反应5～10h，经纯化处理得二甲基硅酸二苯酯。本发明二甲基硅酸二苯酯与材料相容性好，不易迁移，阻燃成炭性好，适合用作聚烯烃、聚酯、聚酰胺、环氧树脂、不饱和树脂等的阻燃成炭剂，并且生产工艺简单，成本低，易于实现工业化生产。

Description

阻燃成炭剂二甲基硅酸二苯酯化合物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种硅系阻燃成炭剂二甲基硅酸二苯酯化合物的制备方法，该化合物适合用作聚烯烃、聚酯、聚酰胺、环氧树脂、不饱和树脂等材料的阻燃成炭剂。

背景技术

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，合成纤维、塑料、橡胶等高分子材料越来越广泛地应用于交通运输、建筑材料、电子电器、日用家具、室内装修等各个领域。这些高分子材料大多是易燃的，经常引起火灾，对人们的生命财产安全造成严重的威胁。为了解决合成材料的易燃问题和燃烧时熔融滴落二次引燃的问题，最有效的方法是加入阻燃成炭剂。因此，对阻燃成炭剂的研究具有市场应用的急迫性。

本发明公开了以苯酚钠、二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷为主要原料制备硅系阻燃成炭剂二甲基硅酸二苯酯化合物的制备方法。硅元素能促进高分子材料成炭，生成致密的硅炭层，将易燃物与氧气隔离开，并能有效防止高分子材料熔融滴落形成二次燃烧。本发明阻燃剂阻燃效能高，成炭性好，应用范围广，有良好的经济及环境效益。

发明内容

本发明的目的在于提出一种硅系阻燃成炭剂二甲基硅酸二苯酯化合物的制备方法，其工艺简单，设备投资少，易于规模化生产，且原料廉价易得，成本低廉，该方法为：

在装有搅拌器、温度计和冷凝管的反应器中，用氮气置换掉反应器内的空气，加入苯酚钠和有机溶剂，滴加一定摩尔的二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷，以滴加速度控制反应温度不高于40℃，滴完后在40℃～110下反应5～10h；降温至30℃以下，抽滤除去氯化钠或溴化钠及少量不溶固体，滤液减压蒸馏除去溶剂及少量低沸点物，得二甲基硅酸二苯酯。

如上所述的有机溶剂是苯、甲苯或二甲苯，其用量体积毫升数是二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷质量克数的5～15倍。

如上所述的一定摩尔的二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷是二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷∶苯酚钠摩尔比为1∶2～1∶3。

本发明的二甲基硅酸二苯酯为无色液体，产品得率为87.4％～91.9％，分解温度为357℃±5℃，折光率为n_D ²⁵＝1.5305，密度(25℃)为1.09g/cm³。其适合用作聚烯烃、聚酯、聚酰胺、环氧树脂、不饱和树脂等材料的阻燃成炭剂。该二甲基硅酸二苯酯的制备工艺原理如下式所示：

式中X＝Cl或Br。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

①本发明二甲基硅酸二苯酯含阻燃元素硅，具有成炭作用，能有效防止材料受热熔融滴落而产生的二次燃烧，且不含有卤素，属环境友好型阻燃成炭剂。

②本发明二甲基硅酸二苯酯结构中硅原子上连有两个甲基，具有C-Si键，为有机硅结构，有机硅结构稳定性高、耐水性强，燃烧时更易于生成致密的炭-硅层，阻燃效果更优异。

③本发明二甲基硅酸二苯酯含有的苯环具有电子结构的多向性，与高分子材料相容性好，有利于改善材料的力学性能，能适应工程材料的高温加工，且与氮系阻燃剂复配有很好的协同增效作用。

④本发明二甲基硅酸二苯酯工艺简单，反应过程中生成的卤化钠容易定量分离，制备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、二甲基硅酸二苯酯的红外光谱图，详见说明书附图图1；

图1表明，1601.7cm^-1及1483.5cm^-1为苯环骨架的特征吸收峰，2961.3cm^-1为甲基的C-H伸缩振动吸收峰，3000cm^-1-3100cm^-1为苯环上C-H伸缩振动吸收峰，1248.3cm^-1处为C-O的伸缩振动吸收峰，1019.4cm^-1为Si-O-C的特征吸收峰，803.1cm^-1为Si-C的特征吸收峰。

2、二甲基硅酸二苯酯的核磁谱图，详见说明书附图图2；

图2表明，氘代氯仿做溶剂，δ0.44-0.52为SiCH₃上甲基氢峰，δ7.02-7.16及δ7.28-7.39为苯环上氢峰。

具体实施例

以下结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1在装有搅拌器、温度计和冷凝管的250ml四口瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入11.61g(0.1mol)苯酚钠和30ml苯，滴加6.45g(0.05mol)二甲基二氯硅烷，以滴加速度控制反应温度不高于40℃，滴完后升温至70℃，保温反应8h；降温至30℃以下，抽滤除去氯化钠及少量不溶固体，滤液减压蒸馏除去溶剂及少量低沸点物，得二甲基硅酸二苯酯，产率87.4％。

实施例2在装有搅拌器、温度计和冷凝管的250ml四口瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入12.77g(0.11mol)苯酚钠和50ml二甲苯，滴加6.45g(0.05mol)二甲基二氯硅烷，以滴加速度控制反应温度不高于40℃，滴完后升温至110℃，保温反应5h；降温至30℃以下，抽滤除去氯化钠及少量不溶固体，滤液减压蒸馏除去溶剂及少量低沸点物，得二甲基硅酸二苯酯，产率91.9％。

实施例3在装有搅拌器、温度计和冷凝管的250ml四口瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入17.41g(0.15mol)苯酚钠和100ml甲苯，滴加6.45g(0.05mol)二甲基二氯硅烷，以滴加速度控制反应温度不高于40℃，滴完后升温至90℃，保温反应6h；降温至30℃以下，抽滤除去氯化钠及少量不溶固体，滤液减压蒸馏除去溶剂及少量低沸点物，得二甲基硅酸二苯酯，产率90.7％。

实施例4在装有搅拌器、温度计和冷凝管的250ml四口瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入12.77g(0.11mol)苯酚钠和60ml苯，滴加10.9g(0.05mol)二甲基二溴硅烷，以滴加速度控制反应温度不高于40℃，滴完后升温至40℃，保温反应10h；降温至30℃以下，抽滤除去溴化钠及少量不溶固体，滤液减压蒸馏除去溶剂及少量低沸点物，得二甲基硅酸二苯酯，产率89.7％。

实施例5在装有搅拌器、温度计和冷凝管的250ml四口瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入14.51g(0.125mol)苯酚钠和50ml甲苯，滴加10.9g(0.05mol)二甲基二溴硅烷，以滴加速度控制反应温度不高于40℃，滴完后升温至110℃，保温反应5h；降温至30℃以下，抽滤除去溴化钠及少量不溶固体，滤液减压蒸馏除去溶剂及少量低沸点物，得二甲基硅酸二苯酯，产率93.6％。

实施例6在装有搅拌器、温度计和冷凝管的250ml四口瓶中，用氮气置换掉瓶内的空气，加入17.41g(0.15mol)苯酚钠和100ml二甲苯，滴加10.9g(0.05mol)二甲基二溴硅烷，以滴加速度控制反应温度不高于40℃，滴完后升温至60℃，保温反应9h；降温至30℃以下，抽滤除去溴化钠及少量不溶固体，滤液减压蒸馏除去溶剂及少量低沸点物，得二甲基硅酸二苯酯，产率90.4％。

表1 制备例主要工艺参数

本案发明人还将上述制备的二甲基硅酸二苯酯和聚磷酸铵(APP)进行复配应用于聚丙烯(PP)中。参照：GB/T2406-2008《塑料燃烧性能试验方法-氧指数法》测样品的极限氧指数。取二甲基硅酸二苯酯、APP和PP以不同比例混合均匀后，用挤出机挤出，制成直径为3mm的样条，并对其阻燃性能进行了测试，列出了部分试验结果如表2所示：

表2 二甲基硅酸二苯酯与APP复配在PP中的阻燃性能数据

根据表2可以看出，二甲基硅酸二苯酯有较好的成炭性，并与APP复配有明显的阻燃协同增效性。

Claims (3)

1.一种硅系阻燃成炭剂二甲基硅酸二苯酯的制备方法，其特征在于，该方法为：

在装有搅拌器、温度计和冷凝管的反应器中，用氮气置换掉反应器内的空气，加入苯酚钠和有机溶剂，滴加一定摩尔的二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷，以滴加速度控制反应温度不高于40℃，滴完后在40℃～110℃下反应5～10h；降温至30℃以下，抽滤除去氯化钠或溴化钠及少量不溶固体，滤液减压蒸馏除去溶剂及少量低沸点物，得二甲基硅酸二苯酯。

2.根据权利要求1所述二甲基硅酸二苯酯的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为苯、甲苯或二甲苯，其用量体积毫升数是二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷质量克数的5～15倍。

3.根据权利要求1所述二甲基硅酸二苯酯的制备方法，其特征在于，所述的一定摩尔的二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷为二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷：苯酚钠摩尔比为1∶2～1∶3。