CN104710452B - 阻燃剂二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯化合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阻燃剂二甲基硅酸‑1,3‑丙二醇酯化合物及其制备方法,该化合物的结构如下式所示:
Description
技术领域
本发明涉及阻燃剂二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯化合物及其制备方法。二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯属无卤有机硅阻燃剂,适合用作聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂、不饱和树脂等材料的阻燃剂。
背景技术
有机合成高分子材料具有耐化学腐蚀、重量轻和易加工等优点,广泛应用于电子电器、机械、汽车、航空、航天和化工等行业。但许多的高分子材料是易燃的,在带给大家生活各种方便的同时,又使人们不得不面临火灾造成的生命财产的威胁。为了改善高分子材料易燃的弊端,阻燃剂的研发与应用得到重视。实践发现火灾发生时,卤系阻燃剂在阻燃过程中会产生卤化氢气体等有害物质,造成二次危害。所以无卤、低烟、低毒阻燃剂的发展成了研发的重点。由于有机硅阻燃剂分子中含有C-Si键,分解温度高、结构稳定,阻燃效果好,还有良好的成炭作用,因此有机硅阻燃剂的研究与应用具有很大的实用价值。
本发明公开了一种无卤、环保阻燃剂二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯化合物及其制备方法。该阻燃剂阻燃效果好,成本低,工艺简单,应用广泛,具有很好的应用开发前景。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种阻燃剂二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯化合物,其阻燃效能高,成炭性能好,物化性能稳定,无卤环保,可克服现有技术中的不足。
为实现上述发明目的,本发明采用了如下技术方案:
二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯化合物,其特征在于,该化合物的结构如下式所示:
本发明的另一目的在于提出一种二甲基硅酸-1,3-丙二醇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:
将1,3-丙二醇溶于有机溶剂中,在30℃下滴加等摩尔的二甲基二卤硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,1-2h升温到80-140℃,保温反应4-8h,加入产品质量1%-3%的缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热抽滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯。
如上所述的有机溶剂为乙二醇二甲醚、乙腈、二氯乙烷、二氧六环或二乙二醇二甲醚,其用量为,有机溶剂体积毫升数是1,3-丙二醇质量克数的3-7倍。
如上所述的二甲基二卤硅烷为二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷。
如上所述的缚酸剂为三乙胺、N,N-二甲基苯胺、三聚氰胺或吡啶。
本发明的二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯为无色透明液体,产率95.0%~98.5%,折光率nD 25=1.4418,密度(25℃)1.048±0.005g/cm3,沸点218℃。其适合用作不饱和树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚氯乙烯等材料的阻燃剂。
二甲基硅酸-1,3-丙二醇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,本发明的创新之处在于:
①本发明阻燃剂二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯具有环状有机硅结构,物理化学性能稳定,与高分子材料相容性好,燃烧时能生成致密的硅炭层,有成炭防滴落作用,加工性能好。
②本发明阻燃剂二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯属无卤阻燃剂,符合无卤环保阻燃剂的发展要求,有很好的应用开发前景。
③本发明阻燃剂二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯制备方法简单,原料廉价易得,成本低,易于规模化生产。
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-1,3-丙二醇酯的红外光谱图,详见说明书附图图1:
图1表明,2969cm-1处为C-H键的伸缩振动峰;2890cm-1处为与氧相连的C-H键的伸缩振动峰;1460cm-1处为C-H键的弯曲振动峰;1246cm-1处为C-O键的伸缩振动峰;1065cm-1处为Si-O键的伸缩振动峰;810cm-1处为C-Si键的伸缩振动峰。
2、二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯的核磁光谱图,详见说明书附图图2:
图2表明,氘代氯仿为溶剂,δ0.2-0.4是与硅相连的甲基H峰;δ1.4-1.6是环内硅对位的亚甲基H峰;δ3.35-3.75是与氧相连的亚甲基H峰。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及氯化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入30ml乙二醇二甲醚和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,1h升温到80℃,保温反应8h,加入约0.4g三乙胺缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热过滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率95.0%。
实施例2在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及氯化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入40ml乙腈和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,1h升温到80℃,保温反应6h,加入约0.4g N,N-二甲基苯胺缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热过滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率95.8%。
实施例3在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及氯化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入50ml二氯乙烷和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,1h升温到82℃,保温反应6h,加入约0.3g吡啶缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热过滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率96.4%。
实施例4在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及氯化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入30ml 1,4-二氧六环和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,2h升温到100℃,保温反应5h,加入约0.4g三聚氰胺缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热过滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率97.7%。
实施例5在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及氯化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入30ml二乙二醇二甲醚和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,2h升温到110℃,保温反应4h,加入约0.25g三乙胺缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热抽滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率98.3%。
实施例6在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及溴化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入30ml乙二醇二甲醚和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,1h升温到80℃,保温反应8h,加入约0.4g三乙胺缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热过滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率95.3%。
实施例7在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及溴化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入30ml乙二醇二乙醚和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,2h升温到120℃,保温反应4h,加入约0.4g三乙胺缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热过滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率95.7%。
实施例8在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及溴化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入40ml乙腈和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,1h升温到80℃,保温反应7h,加入约0.35g N,N-二甲基苯胺缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热过滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率95.9%。
实施例9在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及溴化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入50ml二氯乙烷和7.6g(0.1m0l)1,3-丙二醇,20℃下,滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,1h升温到82℃,保温反应7h,加入约0.3g吡啶缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热过滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率97.0%。
实施例10在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及溴化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入30ml 1,4-二氧六环和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,2h升温到100℃,保温反应5h,加入约0.35g三聚氰胺缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热过滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率97.9%。
实施例11在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干燥管及溴化氢吸收装置的100ml四口烧瓶中,加入30ml二乙二醇二甲醚和7.6g(0.1mol)1,3-丙二醇,20℃下,滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,2h升温到140℃,保温反应4h,加入约0.2g三乙胺缚酸剂,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热抽滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,产品得率98.5%。
本案发明人还将上述合成的二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯应用于E-44环氧树脂中。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。将二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯、E-44环氧树脂及固化剂乙二胺以不同比例混合均匀后,制成长15厘米、宽0.7厘米、厚3mm的样条,用HC900-2极限氧指数测定仪测试,实验表明二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯对E-44环氧树脂阻燃性能优良,还有较好的成炭性能,部分试验结果如表1所示:
表1二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯的阻燃性能测试数据
Claims (2)
1.一种阻燃剂二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯的制备方法,其特征在于,该方法为:
将1,3-丙二醇溶于有机溶剂中,在20℃下滴加等摩尔的二甲基二氯硅烷或二甲基二溴硅烷,滴加过程控制温度不超过40℃,滴完后,1-2h升温到80-140℃,保温反应4-8h,加入产品质量1%-3%的缚酸剂三乙胺、N,N-二甲基苯胺、三聚氰胺或吡啶,调至pH=5-6,搅拌1h,趁热抽滤,滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物,得无色透明液体二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯,该化合物的结构如下式所示:
2.如权利要求1所述阻燃剂二甲基硅酸-1,3-丙二醇酯的制备方法,其特征在于:所述有机溶剂为乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙腈、二氯乙烷、二氧六环或二乙二醇二甲醚,其用量为,有机溶剂体积毫升数是1,3-丙二醇质量克数的3-7倍。
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Yasuyuki Kita et al..0-SILYLATED KETENE ACETAL CHEMISTRY;DIVINYLOKYSILANE DERIVATIVES AS NOVEL AND USEFUL BIFUNCTIONAL PROTECTING AGENTS FOR H-ACIDIC MATERIALS.《Tetrahedron Letters》.1983,第24卷(第12期), * |
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