CN104710462A - 阻燃剂二甲基乙二氧基环硅烷化合物的制备方法 - Google Patents

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袁文常
王彦林
梅浩
王世杰
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Abstract

本发明涉及一种阻燃剂二甲基乙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

阻燃剂二甲基乙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乙二氧基环硅烷化合物的制备方法。二甲基乙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
由于合成有机高分子材料工业的迅速发展，其应用极为广泛。但由于高分子材料本身具有易燃性，在给人们带来方便的同时也带来了引发火灾的安全隐患。因此，阻燃剂的研发越来越受到重视。目前已开发生产出很多种阻燃剂产品，实践表明火灾发生时，卤系阻燃剂在材料燃烧过程中会产生大量的烟雾和有腐蚀性卤化氢气体，造成二次危害。所以开发无卤、低烟、低毒阻燃剂已成为人们迫切的追求。已发现分子中含有C-Si键的有机硅阻燃剂分解温度高、结构稳定，阻燃效果好，具有抑烟和成炭作用，所以有机硅阻燃剂的开发成了热点课题。
本发明公开了一种无卤、环保阻燃剂二甲基乙二氧基环硅烷化合物的制备方法。该阻燃剂阻燃效果好、成炭性好、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乙二氧基环硅烷的制备方法，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，如上所述二甲基乙二氧基环硅烷化合物的制备方法，其特征在于，该方法为：
在装有搅拌器、温度计、高效分馏装置的反应器中，加入等摩尔的乙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℃，连续分馏出生成的甲醇，随着反应的进行，低沸点物减少，反应体系的温度逐渐升高，在80～160℃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乙二氧基环硅烷。
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。
本发明的二甲基乙二氧基环硅烷为无色透明液体，产率95.5％～98.5％，折光率nD 25＝1.4385，密度(25℃)1.045±0.005g/cm3，沸点196℃。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。
二甲基乙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乙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乙二氧基环硅烷的阻燃剂属无卤阻燃剂，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乙二氧基环硅烷制备方法简单，原料廉价易得，成本低，设备投资少，工艺中不产生污染物，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、二甲基乙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，2956cm-1处为C-H键的伸缩振动峰；2846cm-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；1268cm-1处为C-O键的伸缩振动峰；1026cm-1处为Si-O的伸缩振动峰，803cm-1处为C-Si键的伸缩振动峰。
2、二甲基乙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，δ0.1-0.2为与Si相连的甲基H峰；δ3.6-3.9为与氧相连的亚甲基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、高效分馏装置的100ml四口烧瓶中，加入6.21g(0.1mol)乙二醇、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乙二氧基环硅烷，产品得率95.5％。
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6.21g(0.1mol)乙二醇、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乙二氧基环硅烷，产品得率98.5％。
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6.21g(0.1mol)乙二醇、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乙二氧基环硅烷，产品得率96.6％。
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6.21g(0.1mol)乙二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和30ml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乙二氧基环硅烷，产品得率96.4％。
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6.21g(0.1mol)乙二醇、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150℃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乙二氧基环硅烷，产品得率95.6％。
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6.21g(0.1mol)乙二醇、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乙二氧基环硅烷，产品得率96.8％。
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6.21g(0.1mol)乙二醇、12.02g(0.1mol)二甲基二甲氧基硅烷和40ml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乙二氧基环硅烷，产品得率95.4％。
本案发明人还将上述合成的二甲基乙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。将二甲基乙二氧基环硅烷、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，二甲基乙二氧基环硅烷对PVC具有优异的阻燃性能和良好的成炭性能。部分试验结果如表1所示：
表1 二甲基乙二氧基环硅烷的阻燃性能测试数据

Claims (2)

1.一种阻燃剂二甲基乙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，加入等摩尔的乙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℃，连续分馏出生成的甲醇，随着反应的进行反应体系温度逐渐升高，在80～160℃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，得无色透明液体二甲基乙二氧基环硅烷，该化合物的结构如下式所示：
2.如权利要求1所述阻燃剂二甲基乙二氧基环硅烷化合物的制备方法，其特征在于：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。
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