CN104710461A

CN104710461A - 阻燃剂二甲基-2,4-戊二氧基环硅烷化合物的制备方法

Info

Publication number: CN104710461A
Application number: CN201510100752.XA
Authority: CN
Inventors: 侯宁; 王彦林; 俞春雷; 王世杰
Original assignee: Suzhou Yang Qiao Chemical Industry Science Co Ltd
Current assignee: Suzhou Yang Qiao Chemical Industry Science Co Ltd
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2015-06-17

Abstract

本发明涉及一种阻燃剂二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷化合物的制备方法，该化合物的结构如下式所示：

Description

阻燃剂二甲基-2,4-戊二氧基环硅烷化合物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷化合物的制备方法。二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷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

随着合成有机高分子材料的迅速发展，其越来越被广泛的应用到交通运输、建筑材料、电子电器、日用家具、室内装修等各个领域。但其绝大多数是易燃的，经常会引起火灾，为了克服合成高分子材料易燃性的不足，促进了阻燃剂的迅速发展。其中卤系阻燃剂，由于具有价格低廉、添加量少、阻燃效果好等优点，因而发展最快。但是，由于卤系阻燃剂在燃烧时分解产生卤化氢等有害气体，会产生二次污染，目前，其发展受到了限制。由于有机硅系阻燃剂具有分解温度高、阻燃效能高、低毒、成炭性好、有防滴落作用、与高分子材料相溶性好等优点，已成为研究的重要方向之一。

本发明公开了一种无卤、环保阻燃剂二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷化合物的制备方法。该化合物阻燃效果好、有较好的成炭作用、成本低、工艺设备简单、应用广泛，具有很好的应用开发前景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种阻燃剂二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷化合物的制备方法，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，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，如上所述二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷的制备方法，其特征在于，该方法为：

在装有搅拌器、温度计、高效分馏装置的反应器中，加入等摩尔的2，4-戊二醇和二甲基二甲氧基硅烷及适量的有机溶剂，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行游离的二甲基二甲氧基硅烷减少，反应体系的温度逐渐升高，在100～160℃保温反应5～9h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂(回收使用)及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷。

如上所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、二氧六环、四氯乙烷、乙二醇二乙醚或二乙二醇二甲醚，其用量为有机溶剂体积毫升数是产品理论质量克数的2-5倍。

本发明的二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷为无色透明液体，产率96.5％～98.6％，折光率n_D ²⁵＝1.4273，密度(25℃)1.042±0.005g/cm³，沸点226℃。其适合作为不饱和树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚氯乙烯等材料的阻燃剂之用。

二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷的制备工艺原理如下式所示：

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-2，4-戊二氧基环硅烷具有稳定的环状有机硅结构，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-2，4-戊二氧基环硅烷属无卤阻燃剂，符合阻燃剂无卤环保的发展要求，有很好的应用开发前景。

③本发明阻燃剂二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷制备方法简单，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-2，4-戊二氧基环硅烷的红外光谱图，详见说明书附图图1。

图1表明，2989cm^-1处为C-H键的伸缩振动峰；2856cm^-1处为与氧相连的C-H键的伸缩振动峰；1458cm^-1处为C-H键的弯曲振动峰；1255cm^-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；805cm^-1处为C-Si键的伸缩振动峰。

2、二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷的核磁光谱图，详见说明书附图图2。

图2表明，氘代氯仿为溶剂，δ0.1-0.3是Si-CH₃上的甲基6H峰；δ0.7-1.0是与碳相连的甲基6H峰；δ1.2-1.5是与碳相连的亚甲基2H峰；δ3.6-3.7是与氧相连的叔碳上2H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、高效分馏装置的150ml四口烧瓶中，加入10.4g(0.1mol)2，4-戊二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和60ml二氧六环，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行游离的二甲基二甲氧基硅烷减少，反应体系的温度会逐渐升高，在100℃保温反应约9h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂(回收使用)及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷，产品得率96.7％。

实施例2在装有搅拌器、温度计、高效分馏装置的100ml四口烧瓶中，加入10.4g(0.1mol)2，4-戊二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和40ml甲苯，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行游离的二甲基二甲氧基硅烷减少，反应体系的温度会逐渐升高，在110℃保温反应约7h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂(回收使用)及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷，产品得率96.5％。

实施例3在装有搅拌器、温度计、高效分馏装置的100ml四口烧瓶中，加入10.4g(0.1mol)2，4-戊二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和50ml 二甲苯，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行游离的二甲基二甲氧基硅烷减少，反应体系的温度会逐渐升高，在140℃保温反应约6h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂(回收使用)及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷，产品得率98.3％。

实施例4在装有搅拌器、温度计、高效分馏装置的100ml四口烧瓶中，加入10.4g(0.1mol)2，4-戊二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和50ml四氯乙烷，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行游离的二甲基二甲氧基硅烷减少，反应体系的温度会逐渐升高，在130℃保温反应约7h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂(回收使用)及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷，产品得率97.9％。

实施例5在装有搅拌器、温度计、高效分馏装置的100ml四口烧瓶中，加入10.4g(0.1mol)2，4-戊二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和40ml乙二醇二乙醚，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行游离的二甲基二甲氧基硅烷减少，反应体系的温度会逐渐升高，在120℃保温反应约8h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂(回收使用)及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷，产品得率96.8％。

实施例6在装有搅拌器、温度计、高效分馏装置的100ml四口烧瓶中，加入10.4g(0.1mol)2，4-戊二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和30ml二乙二醇二甲醚，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行游离的二甲基二甲氧基硅烷减少，反应体系的温度会逐渐升高，在160℃保温反应约5h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂(回收使用)及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷，产品得率96.9％。

实施例7在装有搅拌器、温度计、高效分馏装置的100ml四口烧瓶中，加入10.4g(0.1mol)2，4-戊二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和40ml二乙二醇二甲醚，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行游离的二甲基二甲氧基硅烷减少，反应体系的温度会逐渐升高，在120℃保温反应约7h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂(回收使用)及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷，产品得率98.5％。

实施例8在装有搅拌器、温度计、高效分馏装置的100ml四口烧瓶中，加入10.4g(0.1mol)2，4-戊二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和60ml四氯乙烷，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行游离的二甲基二甲氧基硅烷减少，反应体系的温度会逐渐升高，在140℃保温反应约7h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂(回收使用)及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷，产品得率98.6％。

表1 二甲基二甲氧基硅烷与2，4-戊二醇反应制备例主要工艺参数

本案发明人还将上述合成的二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷应用于聚氯乙烯(PVC)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-2，4-戊二氧基环硅烷、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、协效阻燃剂三氧化二锑(Sb₂O₃)和聚氯乙烯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，用HC900-2极限氧指数测定仪测试，实验表明二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷对PVC阻燃性能优良，还有较好的成炭性能，部分试验结果如表2所示：

表2 二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷的阻燃性能测试数据

Claims

1.一种阻燃剂二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷化合物的制备方法，其特征在于，该方法为：

在装有高效分馏装置的反应器中，加入等摩尔的2，4-戊二醇和二甲基二甲氧基硅烷及适量的有机溶剂，升温到80℃开始沸腾分馏反应，控制分馏柱顶温度不高于65℃，连续分出生成的甲醇，随着反应的进行反应体系的温度逐渐升高，在100～160℃保温反应5～9h，当分馏出的甲醇达到理论量时，停止反应，蒸馏出有机溶剂及少量低沸点物，得无色透明液体阻燃剂二甲基-2，4-戊二氧基环硅烷，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-2，4-戊二氧基环硅烷化合物的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、二氧六环、四氯乙烷、乙二醇二乙醚或二乙二醇二甲醚，其用量为有机溶剂体积毫升数是产品理论质量克数的2-5倍。