[发明专利]一种新型含磷含硅阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃剂技术领域，尤其涉及一种适用于聚烯烃电缆材料的新型含磷含硅阻燃剂及其制备方法。

背景技术

高分子材料常规的阻燃方法是添加各种阻燃剂进行阻燃，但随着对高性能、高效、环境友好聚合物阻燃体系要求的提高，阻燃评价方法的不断完善和更加科学，以及世界各国阻燃法规的日趋严格，使得传统的卤素等阻燃体系受到了严峻的挑战。因此，开发和使用新型环保的无卤、低烟、低毒、适用于电缆材料的高分子阻燃体系就显得非常必要和迫切。

SPDPC双螺环是一种结构高度对称的笼状化合物，它集酸源、碳源于一身，它本身在燃烧过程中能很好的脱水成炭，同时双螺环阻燃剂是双官能团的反应型阻燃剂，可与含-OH、-NH₂、-NH-等基团的化合物反应，得到一系列大、小分子量的聚合型膨胀型阻燃剂。

DOPO及其衍生物是磷菲类环状磷酸酯，属于有机磷类杂环化合物，具有较高的热稳定性、抗氧化性和优良的耐水性，作为反应型和添加型阻燃剂，被广泛应用于环氧树脂和工程塑料等阻燃领域，并且其含磷和硅元素，可以协同提高阻燃效果。

氢氧化镁阻燃剂MDH作为一种环保型的阻燃剂和抑烟剂，是未来阻燃剂市场的主导者之一，然而，MDH填充的无卤阻燃聚烯烃电缆材料也有其缺点，主要是阻燃效率低，填充量较大，且抗热变形能力差，这严重影响了它的使用范围。

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种含有侧基DOPO、主链为双螺环结构的新型含磷含硅阻燃剂，该阻燃剂适用于塑料、橡胶、纤维等高分子材料。

本发明的另一目的是提供该新型含磷含硅阻燃剂的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种新型含磷含硅阻燃剂，具有如下重复结构单元：

其中，m为2-4，n为5-8。

一种新型含磷含硅阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)三氯氧磷POCl₃与季戊四醇PER通过脱氯化氢反应生成具有如下结构式的第一中间体双螺环SPDPC；

(2)9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物DOPO与乙烯基甲基二甲氧基硅烷VMDMS通过加成并水解反应生成具有如下结构式的第二中间体含磷硅醇低聚物DOPO-VMDMS，式中m为2-4；

(3)将第一中间体双螺环SPDPC与第二中间体含磷硅醇低聚物DOPO-VMDMS进行共聚，得到新型含磷含硅阻燃剂SPDV。

优选的，上述新型含磷含硅阻燃剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)在反应器中加入季戊四醇PER，在室温和缓慢搅拌条件下，逐滴加入三氯氧磷POCl₃，搅拌1-2小时；然后缓慢升温至80-100℃，再搅拌6-9小时直至无氯化氢气体放出；将混合物过滤后用氯仿和丙酮洗涤多次，然后移至真空烘箱于50-60℃下干燥至恒重，得到白色粉末状物质即为第一中间体双螺环SPDPC；其中季戊四醇PER与三氯氧磷POCl₃的摩尔比为1∶2-6；

具体合成路线如下：

(2)在反应器中分别加入DOPO、VMDMS、第一溶剂及引发剂，机械搅拌和氮气保护条件下，逐步升温至第一溶剂的沸点，保持回流10-14h；然后加入KOH水溶液，继续在氮气保护下搅拌反应10-14h，停止通氮气，升温至110-130℃，保持此温度抽真空减压蒸馏6-8小时，除去未反应的原料和水，最后降至室温，得到常温下粘稠的浅黄色透明固体，即为第二中间体含磷硅醇低聚物DOPO-VMDMS；其中DOPO与VMDMS的摩尔比为1∶1-1.5，第一溶剂与DOPO的摩尔比为5-7∶1，引发剂的用量为DOPO质量的0.5-1％；

具体合成路线如下，其中，m为2-4：