CN110105576B - 一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐及其制备方法和应用 - Google Patents
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐及其制备方法和应用,其制备方法包括以下步骤:a)将巯基类三烷氧基硅烷单体加入到含阴离子表面活性剂及碱催化剂的水溶液中进行反应;b)待a)步骤反应结束后,搅拌情况下,在紫外灯的光照下,依次加入对苯乙烯磺酸盐、甲基丙烯酸缩水甘油酯及1‑羟基环己基苯基甲酮;c)待b)步骤反应结束后,进行固液分离,得到固体;d)将c)步骤所得固体进行洗涤、干燥后,即得产物。本发明的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐在聚倍半硅氧烷链上接枝了磺酸盐和环氧基团,与PC的相容性好,而且易分散,耐迁移,污染小,极少的添加量便可使PC阻燃等级达到UL94V‑0级(1.6mm)以及优秀的持久性。
Description
技术领域
本发明涉及一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐及其制备方法和应用,属于高分子改性技术领域。
背景技术
目前,最常用于聚碳酸酯(PC)阻燃的是卤素阻燃剂,但是其燃烧时会产生有毒气体,污染环境。比较新型的PC阻燃剂包括有机硅阻燃剂和磺酸盐阻燃剂,其中有机硅阻燃剂是一类高效无毒、环境友好的阻燃剂,具有良好的应用前景。一般认为有机硅阻燃剂通过受热扩散到PC表面形成含有Si-O的抗氧化性炭层而阻燃,但是单独添加有机硅阻燃剂阻燃效果不够好,需要与其他阻燃剂复配才能使PC阻燃等级达到UL94V-0级(1.6mm)。磺酸盐类阻燃剂使PC的降解产物交联生成坚硬的芳香化合物炭层,阻燃效果十分突出,质量分数小于5‰的用量便可使PC阻燃等级达到UL94V-0级(1.6mm)。但是磺酸盐阻燃PC存在耐水解稳定性差且易迁移等缺陷,从而使之阻燃持久性差。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐,由于它同时在聚倍半硅氧烷链上接枝了磺酸盐和环氧基团,与PC的相容性好,而且易分散,耐迁移,污染小,极少的添加量便可使PC阻燃等级达到UL94V-0级(1.6mm)以及优秀的持久性。
本发明的目的之二在于提供一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,具有制备工艺简单可靠、操作方便的特点。
本发明的目的之三在于提供一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的应用,它通过与PC熔融共混,证明了阻燃高效性以及持久性。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现:
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐,其特征在于,具有式1所示结构:
式1中,X+Y+Z为10-40,X/Z为1/9-1/1,M为Na+或K+。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现:
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)将巯基类三烷氧基硅烷单体加入到含阴离子表面活性剂及碱催化剂的水溶液中进行反应;其中,反应时间为1-16h;反应温度为25-80℃;
b)待a)步骤反应结束后,搅拌情况下,在紫外灯的光照下,依次加入对苯乙烯磺酸盐、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)及1-羟基环己基苯基甲酮;其中,反应时间为1-4h;反应温度为0-25℃;
c)待b)步骤反应结束后,进行固液分离,得到固体;
d)将c)步骤所得固体进行洗涤、干燥后,即得产物。
进一步地,步骤a)中,所述巯基类三烷氧基硅烷单体为巯丙基三甲氧基硅烷或巯丙基三乙氧基硅烷。
进一步地,步骤a)中,所述阴离子表面活性剂为烷基硫酸钾盐、烷基硫酸钠盐、烷基苯磺酸钠盐、烷基苯磺酸钾盐中的一种或两种以上。
进一步地,步骤a)中,所述碱催化剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵或碱金属氢氧化物。
进一步地,对苯乙烯磺酸盐和甲基丙烯酸缩水甘油酯的总物质的量等于巯基类三烷氧基硅烷单体的物质的量;对苯乙烯磺酸盐和甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1:1-1:9。
进一步地,步骤b)中,所述对苯乙烯磺酸盐为对苯乙烯磺酸钠盐或对苯乙烯磺酸钾盐。
进一步地,步骤b)中,紫外灯的波长为365nm。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现:
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的应用,其特征在于,含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐与PC通过熔融共混制备得到阻燃PC组合物。
进一步地,阻燃PC组合物包括按重量份计的如下组分:100份的PC,0.1-0.5份的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐,0.1-0.5份的抗滴落剂。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
本发明通过将磺酸盐和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)同时与大分子聚倍半硅氧烷化学键合起来合成一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐,由于同时在倍半硅氧烷链上接枝了磺酸盐和环氧基团,能与羟基、羧基、氨基等基团反应,使其在PC基材中耐析出迁移且具有优异的增容扩链效果,极大的保证了阻燃的高效性,与PC的相容性好,而且易分散,耐迁移,污染小,质量分数小于5‰的添加量便可使PC阻燃等级达到UL94V-0级(1.6mm)以及优秀的持久性。
附图说明
图1为实施例1的产物的红外光谱图。
具体实施方式
下面,结合具体实施方式,对本发明做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐,具有式1所示结构:
式1中,X+Y+Z为10-40,X/Z为1/9-1/1,M为Na+或K+。
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,包括以下步骤:
a)将巯基类三烷氧基硅烷单体加入到含阴离子表面活性剂及碱催化剂的水溶液中进行反应;其中,反应时间为1-16h;反应温度为25-80℃;
b)待a)步骤反应结束后,搅拌情况下,在紫外灯的光照下,依次加入对苯乙烯磺酸盐、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)及1-羟基环己基苯基甲酮;其中,反应时间为1-4h;反应温度为0-25℃;
c)待b)步骤反应结束后,进行固液分离,得到固体;
d)将c)步骤所得固体进行洗涤、干燥后,即得产物。
含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法的合成路线如下式2:
作为优选的实施方式,步骤a)中,所述巯基类三烷氧基硅烷单体为巯丙基三甲氧基硅烷或巯丙基三乙氧基硅烷。
作为优选的实施方式,步骤a)中,所述阴离子表面活性剂为烷基硫酸钾盐、烷基硫酸钠盐、烷基苯磺酸钠盐、烷基苯磺酸钾盐中的一种或两种以上。
作为优选的实施方式,步骤a)中,所述碱催化剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵或碱金属氢氧化物。
作为优选的实施方式,对苯乙烯磺酸盐和甲基丙烯酸缩水甘油酯的总物质的量等于巯基类三烷氧基硅烷单体的物质的量;对苯乙烯磺酸盐和甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1:1-1:9。
作为优选的实施方式,步骤b)中,所述对苯乙烯磺酸盐为对苯乙烯磺酸钠盐或对苯乙烯磺酸钾盐。
作为优选的实施方式,步骤b)中,紫外灯的波长为365nm。
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的应用,含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐与PC通过熔融共混制备得到阻燃PC组合物。
作为优选的实施方式,阻燃PC组合物包括按重量份计的如下组分:100份的PC,0.1-0.5份的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐,0.1-0.5份的抗滴落剂。
以下是本发明具体的实施例,在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
实施例1:
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,包括以下步骤:
于250L的反应釜中加入100L的水,1kg十二烷基硫酸钠,1kg四甲基氢氧化铵水溶液(25%),搅拌下,升温至80℃,逐滴加入25kg(104.8mol)巯丙基三乙氧基硅烷单体,反应10h后,在冰浴下加入10.8kg(52.4mol)对苯乙烯磺酸钠和7.45kg(52.4mol)GMA,以及125g的1-羟基环己基苯基甲酮,在波长为365nm的紫外灯光照下反应2h,反应结束后过滤、洗涤、干燥得微粉产物。
参照图1,1000cm-1-1080cm-1处的双峰为Si-O-Si的伸缩振动吸收峰,同时在1040cm-1-1220cm-1处产生了与Si-O-Si的伸缩振动吸收峰部分重叠,归属于磺酸根的双峰,在1728cm-1处有明显的特征峰,这个峰是GMA的特征吸收峰。
实施例2:
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,包括以下步骤:
于250L的反应釜中加入100L的水,1kg十二烷基硫酸钠,1kg四甲基氢氧化铵水溶液(25%),搅拌下,升温至80℃,逐滴加入25kg(104.8mol)巯丙基三乙氧基硅烷单体,反应10h后,在冰浴下加入6.5kg(31.4mol)对苯乙烯磺酸钠和10.4kg(73.4mol)GMA,以及125g的1-羟基环己基苯基甲酮,在波长为365nm的紫外灯光照下反应2h,反应结束后过滤、洗涤、干燥得微粉产物。
实施例3:
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,包括以下步骤:
于250L的反应釜中加入100L的水,1kg十二烷基硫酸钠,1kg四甲基氢氧化铵水溶液(25%),搅拌下,升温至80℃,逐滴加入25kg(104.8mol)巯丙基三乙氧基硅烷单体,反应10h后,在冰浴下加入2.2kg(10.5mol)对苯乙烯磺酸钠和13.4kg(94.4mol)GMA,以及125g的1-羟基环己基苯基甲酮,在波长为365nm的紫外灯光照下反应2h,反应结束后过滤、洗涤、干燥得微粉产物。
实施例4:
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,包括以下步骤:
于250L的反应釜中加入100L的水,1kg十二烷基硫酸钠,1kg四甲基氢氧化铵水溶液(25%),搅拌下,常温下,逐滴加入25kg(104.8mol)巯丙基三乙氧基硅烷单体,反应10h后,在冰浴下加入10.8kg(52.4mol)对苯乙烯磺酸钠和7.45kg(52.4mol)GMA,以及125g的1-羟基环己基苯基甲酮,在波长为365nm的紫外灯光照下反应2h,反应结束后过滤、洗涤、干燥得微粉产物。
实施例5:
一种含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,包括以下步骤:
于250L的反应釜中加入100L的水,1kg十二烷基硫酸钠,1kg四甲基氢氧化铵水溶液(25%),搅拌下,升温至80℃,逐滴加入25kg(104.8mol)巯丙基三乙氧基硅烷单体,反应10h后,在25℃下加入10.8kg(52.4mol)对苯乙烯磺酸钠和7.45kg(52.4mol)GMA,以及125g的1-羟基环己基苯基甲酮,在波长为365nm的紫外灯光照下反应2h,反应结束后过滤、洗涤、干燥得微粉产物。
性能检测:
将实施例1制备得到的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐,3-苯磺酰基苯磺酸钾(KSS),聚苯基甲基倍半硅氧烷,PC专用抗滴落剂按照表1中所述比例(质量比)添加到聚碳酸酯中,分散混合后,通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、水冷却、切粒,粒子经过干燥后得到阻燃PC组合物。
挤出机各区温度为:一区200-220℃,二区240-250℃,三区245-255℃,四区245-255℃,五区235-245℃,六区235-245℃,七区225-235℃,八区225-235℃,机头温度245-255℃;螺杆转速:400-450r/min;真空度:>600mmHg。
将制备的阻燃PC粒子注塑成标准测试样条,依照UL94垂直燃烧测试方法进行阻燃测试(样品厚度1.6mm),室温情况下,样条放置3个月,性能检测结果如表1所示。
表1
从表1可以看出,相比对比例1-3,应用实施例1中,含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的2‰的添加量便可使PC阻燃等级达到UL94V-0级(1.6mm)以及具有更佳的持久性。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
2.一种如权利要求1所述的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)将巯基类三烷氧基硅烷单体加入到含阴离子表面活性剂及碱催化剂的水溶液中进行反应;其中,反应时间为1-16h;反应温度为25-80℃;
b)待a)步骤反应结束后,搅拌情况下,在紫外灯的光照下,依次加入对苯乙烯磺酸盐、甲基丙烯酸缩水甘油酯及1-羟基环己基苯基甲酮;其中,反应时间为1-4h;反应温度为0-25℃;
c)待b)步骤反应结束后,进行固液分离,得到固体;
d)将c)步骤所得固体进行洗涤、干燥后,即得产物。
3.如权利要求2所述的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,其特征在于,步骤a)中,所述巯基类三烷氧基硅烷单体为巯丙基三甲氧基硅烷或巯丙基三乙氧基硅烷。
4.如权利要求2所述的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,其特征在于,步骤a)中,所述阴离子表面活性剂为烷基硫酸钾盐、烷基硫酸钠盐、烷基苯磺酸钠盐、烷基苯磺酸钾盐中的一种或两种以上。
5.如权利要求2所述的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,其特征在于,步骤a)中,所述碱催化剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵或碱金属氢氧化物。
6.如权利要求2所述的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,其特征在于,对苯乙烯磺酸盐和甲基丙烯酸缩水甘油酯的总物质的量等于巯基类三烷氧基硅烷单体的物质的量;对苯乙烯磺酸盐和甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1:1-1:9。
7.如权利要求2所述的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,其特征在于,步骤b)中,所述对苯乙烯磺酸盐为对苯乙烯磺酸钠盐或对苯乙烯磺酸钾盐。
8.如权利要求2所述的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的制备方法,其特征在于,步骤b)中,紫外灯的波长为365nm。
9.一种如权利要求1所述的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的应用,其特征在于,所述含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐与PC通过熔融共混制备得到阻燃PC组合物。
10.如权利要求9所述的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐的应用,其特征在于,所述阻燃PC组合物包括按重量份计的如下组分:100份的PC,0.1-0.5份的含环氧基聚倍半硅氧烷磺酸盐,0.1-0.5份的抗滴落剂。
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