CN112279873A - 反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物及其制备方法与应用 - Google Patents

反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物及其制备方法与应用，该化合物的结构如下式所示：

Description

反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物及其制备 方法与应用
技术领域
本发明涉及一种反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物及其制备方法与应用，具体涉及一种反应型阻燃剂甲基乙烯基二{1-硫基-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷基-4-亚甲氧基}硅烷化合物及其制备方法与应用，该化合物可以作为反应型阻燃剂，与不饱和树脂、苯乙烯、丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等共聚形成本体阻燃材料；也可作为添加型阻燃剂用于环氧树脂、聚酯、聚氨酯、聚烯烃等材料的阻燃成炭剂。
背景技术
目前，随着环境保护和人类健康意识的提高，新型高效、低毒、无卤、环保型阻燃剂的研究已成为热点。添加型阻燃剂如无机金属氢氧化物和含硅、硼、氮、磷的有机化合物具有良好的阻燃性能，但其存在分散性差、添加量大、影响基体的机械性能等不足。这可以通过反应型阻燃剂与聚合物单体或与带有活性可聚合基的树脂共聚形成本体阻燃材料克服其不足。反应型阻燃剂在材料中分散均匀、负载量少，也是材料分子结构基体成分，没有分子间的排异性，对材料的机械性能影响较小，甚至还有改善材料性能的作用。特别是同分子中含有多种阻燃元素协同阻燃的反应型阻燃剂，具有阻燃效能高、炭化性能好等优点，具有很大的市场应用需求。
本发明公开了一种反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物及其制备方法与应用。本发明是以笼状硫代磷酸季戊四醇酯和甲基乙烯基二氯硅烷或甲基乙烯基二甲氧基硅烷为原料制备得到反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，工艺简单，成本低，易转化为工业化生产；本发明阻燃剂，具有阻燃效能高、成炭性好、结构对称与材料相容性好等优点。特别是分子中带有活性乙烯基通过聚合能制备得到本体阻燃高分子材料，阻燃剂不迁移、不因阻燃剂的加入恶化材料的物理性能，因此，本发明阻燃剂有非常好的应用开发前景。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种反应型阻燃剂甲基乙烯基二{1-硫基-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷基-4-亚甲氧基}硅烷化合物，该化合物具有结构对称、极性适中、与材料相容性好、能作为反应型阻燃剂使用、也可作为添加型阻燃剂使用等优点；作为反应型阻燃剂，将其与含有不饱和双键的单体或树脂聚合，如不饱和树脂、苯乙烯、丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等共聚形成本体阻燃材料，可克服现有技术中使用添加型阻燃剂带来的的不足。作为添加型阻燃剂，用于环氧树脂、聚酯、聚氨酯、聚烯烃等材料中也有很好的阻燃成炭性能。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种反应型阻燃剂甲基乙烯基二{1-硫基-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷基-4-亚甲氧基}硅烷化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：
Figure BSA0000222957810000021
本发明的目的之二在于提出一种反应型阻燃剂甲基乙烯基二{1-硫基-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷基-4-亚甲氧基}硅烷化合物的制备方法，其工艺简单，易于规模化生产，设备投资少，成本低廉。
该方法为：
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝器并接有干燥及氯化氢吸收装置的反应器中，加入有机溶剂、笼状硫代磷酸季戊四醇酯，升温到60℃，在氮气保护下，开始滴加甲基乙烯基二氯硅烷，滴完后，升温至90-140℃，保温反应10-14h，冷却至室温，过滤，滤饼用产物理论质量克数2-3倍体积毫升数的水洗涤至pH＝6-7，烘干，得白色固体反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯。
该方法还可为：
在装有搅拌器、温度计、分馏装置的反应器中，加入笼状硫代磷酸季戊四醇酯、有机溶剂和甲基乙烯基二甲氧基硅烷，升温至90-140℃，保温反应14-18h，整个过程控制塔顶温度不高于65℃，使分出的甲醇达到理论量，停止反应，冷却至室温，过滤，滤饼用产物理论质量克数2-3倍体积毫升数的水洗涤，烘干，得白色固体反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯。
如上所述的有机溶剂为二乙二醇二甲醚、苯甲醚、四氯乙烷、乙二醇二乙醚、二氧六环或氯苯，其用量体积毫升数是笼状硫代磷酸季戊四醇酯质量个数的4-6倍。
如上所述的笼状硫代磷酸季戊四醇酯为4-羟甲基-1-硫代-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷，其结构如下式所示：
Figure BSA0000222957810000031
本发明反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物为白色固体，分解温度：270±5℃，产品得率为85.2～92.8％，作为反应型阻燃剂可与不饱和树脂、苯乙烯、丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等共聚形成本体阻燃材料；也可作为添加型阻燃剂，用于环氧树脂、聚酯、聚氨酯、聚烯烃等材料的阻燃成炭剂。其反应型阻燃剂甲基乙烯基二{1-硫基-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷基-4-亚甲氧基}硅烷化合物的制备原理如下式所示：
Figure BSA0000222957810000041
本发明的目的之三在于提出将反应型阻燃剂甲基乙烯基二{1-硫基-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷基-4-亚甲氧基}硅烷与含有不饱和双键的单体聚合形成本体阻燃树脂材料，制备原理如下式所示：
Figure BSA0000222957810000042
式中m＞n，R为
Figure BSA0000222957810000043
-OCOCH3或-COOY，Y为C1-C4的烷基。
该方法为：
在反应器中加入一定比例的甲基乙烯基二{1-硫基-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷基-4-亚甲氧基}硅烷和含有不饱和双键的单体，再加入乳化剂，引发剂，在水相乳液聚合反应，在60℃-100℃温度下聚合反应6h-12h，冷却至室温，过滤出产品，用水洗涤3-4次，抽干，干燥，即得到本体阻燃材料。
如上所述加入引发剂，可选过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化对氯苯甲酰、偶氮二异丁腈或过氧化十二烷酰，加入量可选单体总重量的0.8％-1.5％。
如上所述乳化剂，可选聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚，加入量可选分别为单体总重量的1％-2.0％，0.5％-1.5％，0.8％-2.0％，可以是其中的一种或两种或三种的混合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
①本发明反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯属多笼化合物，其笼环结构对称性好，产品稳定。
②本发明反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯可作为反应型阻燃剂使用，也可作为添加型阻燃剂使用，应用范围广。
③本发明反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物成炭性好，属高效环境友好型阻燃剂，有较好的成炭防熔融滴落作用。
④本发明反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯研究发现相对于反应型有机硅阻燃剂乙烯基硅酸三硅笼醇酯或三笼状磷酸酯位阻较小，更易于同含有不饱和双键的单体共聚成本体阻燃材料。
⑤本发明反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯与含有不饱和双键的单体共聚形成永久性阻燃材料。阻燃元素分散均匀，阻燃效能高，完全克服了由于阻燃剂的加入带来的机械性能下降、阻燃剂易析出等缺点，并且研究发现其还有较好的抑烟作用。
⑥本发明反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物研究发现用于添加型阻燃剂使用分散性较好，并具有一定的增塑性，特别是用于聚氯乙烯增塑效果更明显。
⑦本发明反应型有机硅阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物的制备方法为一步反应，工艺简单，设备投资少，操作方便，易于规模化转化和生产。
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。
图1是乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯的红外光谱图；图1表明，2951.4、2898.7cm-1处是亚甲基上C-H伸缩振动峰，1751.4、1690.1cm-1是碳碳双键的伸缩振动峰，1044.2、1014.7cm-1处是P-O-C的伸缩振动峰，在1036.3cm-1处是Si-O的伸缩振动峰，873.7cm-1是C-Si的伸缩振动峰，688.4cm-1处为P＝S的特征吸收峰。
图2是甲基乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯核磁谱图；图2表明，以氘代DMSO作为溶剂，δ6.12-6.17为乙烯基上与硅相连的次甲基(CH2＝CH-Si)上质子峰；δ5.93-6.01ppm处的化学位移对应的是乙烯基端基亚甲基(CH2＝CH-)上的氢峰；δ4.56-4.61ppm处为与笼状结构中亚甲基(-CH2-)上的氢峰；δ3.53-3.57ppm处为与氧相连的亚甲基(-O-CH2-C-)上质子峰；δ0.16ppm处的化学位移对应的是与硅相连的甲基(Si-CH3)上的氢峰；δ2.5为DMSO溶剂中的溶剂峰；δ3.48为H2O中的氢峰。
图3是乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯差热谱图；图3表明，当温度升至270℃左右时开始失重；当加热到485℃的时候，产物的失重率达到50％；在最终温度达到800℃后，仍有31.4％的残余物，说明该合成的产物具有良好的热稳定性能。
图4是乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯与不饱和树脂固化后进行的锥形量热仪测试；图4表明，随着乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯的增加，固化后的材料的热释放速率，总的热释放量，烟释放速率和总的烟释放量都明显减少，说明在燃烧过程中产生的炭层不仅抑制了燃烧的强度，还减少了烟雾的释放量，说明乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯对不饱和树脂具有很好的阻燃效果。
图5是对锥形量热仪测试之后形成的炭渣做的扫描电镜图。图5表明不添加阻燃剂的不饱和树脂几乎被烧尽，在残渣表面发现不规则的碎屑，但是添加了乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯的固化物则残留了大量的膨胀性炭层，并且形成的二氧化硅颗粒通过聚膦酸膜连接，形成了致密膨胀的炭层，可以防止热量和氧气的转移，从而保护内部材料免于进一步燃烧。
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、回流冷凝管并在上口接有干燥管及氯化氢吸收装置的250ml三口烧瓶中，加入0.10mol(19.60g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯和100ml二乙二醇二甲醚，在氮气保护下，升温到60℃，开始滴加0.05mol(7.05g)甲基乙烯基二氯硅烷，滴完后，逐渐升温至140℃，保温反应10h，冷却至室温，过滤，用60ml水洗涤至pH＝6-7，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为85.2％。
实施例2在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管并在上口接有干燥管及氯化氢吸收装置的250ml三口烧瓶中，加入0.105mol(20.58g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯和110ml苯甲醚，在氮气保护下，升温到60℃，开始滴加0.05mol(7.05g)甲基乙烯基二氯硅烷，滴完后，逐渐升温至130℃，保温反应11h，冷却至室温，过滤，用60ml水洗涤至pH＝6-7，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为87.0％。
实施例3在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管并在上口接有干燥管及氯化氢吸收装置的250ml三口烧瓶中，加入0.110mol(21.56g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯和120ml四氯乙烷，在氮气保护下，升温到60℃，开始滴加0.05mol(7.05g)甲基乙烯基二氯硅烷，滴完后，逐渐升温至120℃，保温反应12h，冷却至室温，过滤，用70ml水洗涤至pH＝6-7，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为90.1％。
实施例4在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管并在上口接有干燥管及氯化氢吸收装置的250ml三口烧瓶中，加入0.115mol(22.54g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯和120ml乙二醇二乙醚，在氮气保护下，逐渐升温到60℃，开始滴加0.05mol(7.05g)甲基乙烯基二氯硅烷，滴完后，升温至110℃，保温反应13h，冷却至室温，过滤，用70ml水洗涤至pH＝6-7，烘干，得白色乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为92.2％。
实施例5在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管并在上口接有干燥管及氯化氢吸收装置的250ml三口烧瓶中，加入0.120mol(23.52g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯和120ml二氧六环，在氮气保护下，升温到60℃，开始滴加0.05mol(7.05g)甲基乙烯基二氯硅烷，滴完后，逐渐升温至100℃，保温反应14h，冷却至室温，过滤，用70ml水洗涤至pH＝6-7，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为92.8％。
实施例6在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管并在上口接有干燥管及氯化氢吸收装置的250ml三口烧瓶中，加入0.110mol(21.56g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯和120ml氯苯，在氮气保护下，升温到60℃，开始滴加0.05mol(7.05g)甲基乙烯基二氯硅烷，滴完后，逐渐升温至90℃，保温反应13h，冷却至室温，过滤，用70ml水洗涤至pH＝6-7，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为91.3％。
实施例7在装有搅拌器、温度计、分馏装置的250ml三口烧瓶中，加入0.10mol(19.60g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯、100ml二乙二醇二甲醚和0.05mol(6..61g)甲基乙烯基二甲氧基硅烷，升温到140℃，保温反应14h，整个过程控制塔顶温度不高于65℃，使分出的甲醇达到理论量，停止反应，冷却至室温，过滤，滤饼用60ml毫升水洗涤，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为85.2％。
实施例8在装有搅拌器、温度计、分馏装置的250ml三口烧瓶中，加入0.105mol(20.58g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯、110ml苯甲醚和0.05mol(6.61g)甲基乙烯基二甲氧基硅烷，逐步升温至130℃，保温反应15h，整个过程控制塔顶温度不高于65℃，使分出的甲醇达到理论量，停止反应，冷却至室温，过滤，滤饼用60ml毫升水洗涤，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为89.6％。
实施例9在装有搅拌器、温度计、分馏装置的250ml三口烧瓶中，加入0.110mol(21.56g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯、110ml四氯乙烷和0.05mol(6.61g)甲基乙烯基二甲氧基硅烷，逐步升温至120℃，保温反应16h，整个过程控制塔顶温度不高于65℃，使分出的甲醇达到理论量，停止反应，冷却至室温，过滤，滤饼用70ml毫升水洗涤，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为90.0％。
实施例10在装有搅拌器、温度计、分馏装置的250ml三口烧瓶中，加入0.115mol(22.54g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯、120ml乙二醇二乙醚和0.05mol(6.61g)甲基乙烯基二甲氧基硅烷，逐步升温至110℃，保温反应17h，整个过程控制塔顶温度不高于65℃，使分出的甲醇达到理论量，停止反应，冷却至室温，过滤，滤饼用70ml毫升水洗涤，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为92.0％。
实施例11在装有搅拌器、温度计、分馏装置的250ml三口烧瓶中，加入0.120mol(23.52g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯、120ml二氧六环和0.05m0l(6.61g)甲基乙烯基二甲氧基硅烷，逐步升温至100℃，保温反应18h，整个过程控制塔顶温度不高于65℃，使分出的甲醇达到理论量，停止反应，冷却至室温，过滤，滤饼用70ml毫升水洗涤，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为92.4％。
实施例12在装有搅拌器、温度计、分馏装置的250ml三口烧瓶中，加入0.110mol(21.56g)笼状硫代磷酸季戊四醇酯、120ml氯苯和0.05mol(6.61g)甲基乙烯基二甲氧基硅烷，逐步升温至90℃，保温反应17h，整个过程控制塔顶温度不高于65℃，使分出的甲醇达到理论量，停止反应，冷却至25℃，过滤，滤饼用70ml毫升水洗涤，烘干，得白色固体乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯，产率为91.5％。
实施例13在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯9g、乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯1g、0.11g过氧化苯甲酰，开动搅拌，升温至100℃，保温6h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤3～4次，抽干，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯。
实施例14在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯8.5g、乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯1.5g、0.1g过氧化苯甲酸叔丁酯，开动搅拌，升温至90℃，保温8h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤3～4次，抽干，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯。
实施例15在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、苯乙烯8g、乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯2g、0.09g过氧化对氯苯甲酰，开动搅拌，升温至70℃，保温10h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤3～4次，抽干，干燥，即得白色粒状本体阻燃聚苯乙烯。
实施例16在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％脂肪醇聚氧乙烯醚1.0ml、丙烯酸甲酯9g、乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯1g、0.11g过氧化苯甲酰，开动搅拌，升温至80℃，保温8h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤3～4次，抽干，干燥，即得本体阻燃聚丙烯酸甲酯。
实施例17在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％脂肪醇聚氧乙烯醚1.0ml、丙烯酸甲酯8.5g、乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯1.5g、0.1g偶氮二异丁腈，开动搅拌，升温至70℃，保温10h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤3～4次，抽干，干燥，即得本体阻燃聚丙烯酸甲酯。
实施例18在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％脂肪醇聚氧乙烯醚1.0ml、丙烯酸甲酯8g、乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯2g、0.09g过氧化十二烷酰，开动搅拌，升温至60℃，保温12h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤3～4次，抽干，干燥，即得本体阻燃聚丙烯酸甲酯。
实施例19在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、10％脂肪醇聚氧乙烯醚1.0ml、醋酸乙烯酯9g、乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯1g、0.11g偶氮二异丁腈，开动搅拌，升温至90℃，保温6h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤3～4次，抽干，干燥，即得本体阻燃聚醋酸乙烯酯。
实施例20在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、10％脂肪醇聚氧乙烯醚1.0ml、醋酸乙烯酯8.5g、乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯1.5g、0.1g过氧化对氯苯甲酰，开动搅拌，升温至80℃，保温8h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤3～4次，抽干，干燥，即得本体阻燃聚醋酸乙烯酯。
实施例21在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入蒸馏水50ml、10％聚乙烯醇溶液1.5ml、10％十二烷基硫酸钠溶液1.0ml、10％脂肪醇聚氧乙烯醚1.0ml、醋酸乙烯酯8g、乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯2g、0.09g过氧化十二烷酰，开动搅拌，升温至70℃，保温10h，停止反应，搅拌下，冷却至室温，过滤出产品粒子(滤液回收循环利用)，用水洗涤3～4次，抽干，干燥，即得本体阻燃聚醋酸乙烯酯。
表1反应型阻燃剂制备例主要工艺参数
Figure BSA0000222957810000121
本发明人还将上述制备的产品乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯应用于886不饱和树脂中，将乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯与886不饱和树脂和过氧化甲乙酮按照下列表格中的配比混合均匀后，倒入模具中，放入120-150℃的烘箱中加热2-3h，制成长15cm、宽1cm、厚0.3cm的阻燃树脂样条，测试其阻燃性能，并做了实验结果见表2。
表2乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯在不饱和树脂中的氧指数测试结果
Figure BSA0000222957810000131
由表2可知，在未添加阻燃助剂时，不饱和树脂的极限氧指数为19％，遇火即燃，当添加乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯质量分数为15％时，阻燃树脂样条极限氧指数可以达到难燃级别的27％以上；而当阻燃剂的添加量为18％时，其LOI达到29.1％且达到了V-0级别，而当阻燃剂的添加量达到20％时，其LOI达到30％以上，由于所合成的产物含有活性基团，与不饱和树脂固化成本体阻燃结构，因此，在添加大量的乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯后固化物的力学性能并无明显下降，得到性能优良的玻璃钢材料，并且阻燃元素都是被化学键固定在固化物的网状结构内，因此乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯应用于不饱和树脂中有很好的阻燃性能。
本发明人还将上述制备的产品乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯与苯乙烯、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯聚合形成本体阻燃材料，参照GB/T2406-2008《塑料燃烧性能试验方法-氧指数法》测产物的阻燃性能。取产物本体阻燃聚材料用挤出机挤出，并制成长15cm，直径为3mm的样条并对其阻燃性能进行了测试，试验结果如下表3、4和5所示：
表3不同比例乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯与苯乙烯共聚树脂性能数据
Figure BSA0000222957810000132
由表3可知，本体阻燃聚苯乙烯随着乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯所占质量百分比增大，极限氧指数也随之增大，并且在垂直燃烧测试中达到了V-0级别，表现有很好的阻燃效果。
表4不同比例乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯与丙烯酸甲酯共聚树脂性能数据
Figure BSA0000222957810000141
由表4可知，纯的聚丙烯酸甲酯氧指数仅为17.5％，本体阻燃聚丙烯酸甲酯随着乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯所占质量百分比增大，极限氧指数也随之增大，当添加量为15％时，样品在垂直燃烧测试中达到了V-0级别，表现有很好的阻燃效果。
表5不同比例乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯与醋酸乙烯酯共聚树脂性能数据
Figure BSA0000222957810000142
由表5可知，随着乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯所占质量百分比逐渐增大，本体阻燃聚醋酸乙烯酯的极限氧指数也随之增大，达到难燃级别，表现有很好的阻燃效果。

Claims (8)

1.一种反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：
Figure FSA0000222957800000011
2.反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物与含有不饱和双键的单体共聚形成本体阻燃材料，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：
Figure FSA0000222957800000012
式中m＞n，R为
Figure FSA0000222957800000013
-OCOCH3或-COOY，Y为C1-C4的烷基。
3.如权利要求1所述一种反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物的制备方法，其特征在于，该方法为：
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝器并接有干燥及氯化氢吸收装置的反应器中，加入有机溶剂、笼状硫代磷酸季戊四醇酯，升温到60℃，在氮气保护下，开始滴加甲基乙烯基二氯硅烷，滴完后，升温至90-140℃，保温反应10-14h，冷却至室温，过滤，滤饼用产物理论质量克数2-3倍体积毫升数的水洗涤至pH＝6-7，烘干，得白色固体反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯；如上所述的硫代笼状季戊四醇磷酸酯为4-羟甲基-1-硫代-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷，其结构如下式所示：
Figure FSA0000222957800000014
4.如权利要求1所述一种反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物的制备方法，其特征在于，该方法为：
在装有搅拌器、温度计、分馏装置的反应器中，加入笼状硫代磷酸季戊四醇酯、有机溶剂和甲基乙烯基二甲氧基硅烷，升温至90-140℃，保温反应14-18h，整个过程控制塔顶温度不高于65℃，使分出的甲醇达到理论量，停止反应，冷却至室温，过滤，滤饼用产物理论质量克数2-3倍体积毫升数的水洗涤，烘干，得白色固体反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯。
5.如权利要求3和4所述一种反应型有机硅阻燃剂甲基乙烯基二硫代笼状季戊四醇磷酸酯氧基硅烷化合物的制备方法，其特征在于：
所述的有机溶剂为二乙二醇二甲醚、苯甲醚、四氯乙烷、乙二醇二乙醚、二氧六环或氯苯，其用量体积毫升数是笼状硫代磷酸季戊四醇酯质量个数的4-6倍。
6.如权利要求2所述反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物与含有不饱和双键的单体共聚形成本体阻燃材料，其特征在于，该方法为：
在反应器中加入甲基乙烯基二{1-硫基-1-磷杂-2，6，7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷基-4-亚甲氧基)硅烷和含有不饱和双键的单体，再加入乳化剂，引发剂，在水相乳液聚合反应，在60℃-100℃温度下聚合反应6h-12h，冷却至室温，过滤出产品，用水洗涤3-4次，抽干，干燥，即得到本体阻燃材料。
7.如权利要求6所述反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物与含有不饱和双键的单体共聚形成本体阻燃材料，其特征在于：
如上所述加入引发剂，为过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化对氯苯甲酰、偶氮二异丁腈或过氧化十二烷酰，加入量可选单体总重量的0.8％-1.5％。
8.如权利要求6所述反应型阻燃剂乙烯基有机硅笼状硫代磷酸酯化合物与含有不饱和双键的单体共聚形成本体阻燃材料，其特征在于：
如上所述乳化剂，为聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚，加入量可选分别为单体总重量的1％-2.0％，0.5％-1.5％，0.8％-2.0％，可以是其中的一种或两种或三种的混合物。
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