[发明专利]阻燃剂乙二氧撑双硅酸氯丙酯化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂乙二氧撑双硅酸氯丙酯化合物及其制备方法，具体涉及一种阻燃剂二[三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制备方法，该化合物硅氯两元素协同阻燃效能高，适合用作聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂与不饱和树脂等材料的阻燃剂。

背景技术

随着全球日益严格的阻燃立法、防火安全标准和行业指令的相继出台，要求高分子材料阻燃的呼声越来越高，近二十多年来全球阻燃剂的市场需求呈快速增长趋势，尤其是对新型、高效和环保型阻燃剂的需求更加迫切。

目前卤系阻燃剂与有机磷系阻燃剂是应用范围较广且是综合性价比较高的两类有机阻燃剂，一般含卤阻燃材料发生火灾时会释放出大量烟雾有害气体，由于在阻燃材料领域，卤系阻燃剂已得到广泛应用，其加工技术成熟，综合性价比优良，所以目前还难于找到卤系阻燃剂理想的替代品，因而卤系阻燃剂在应用中仍然占有很大的比例。同时开发高效卤系阻燃剂减少阻燃剂的添加量，以达到减少燃烧时所放出的卤化氢的量及减少对材料机械加工性能的影响是研究的重要方向之一。

能源的紧张促进了光伏产业的发展，同时多晶硅产业产生大量的副产物四氯化硅无法处理，因此四氯化硅的综合利用已经成为制约我国光伏产业发展的瓶颈。而四氯化硅中的氯和硅都是高效阻燃元素。硅系阻然剂本身具有优异的热稳定性，有效的防熔体滴落和阻燃抑烟性能，是目前低烟与低毒阻燃材料开发的重点之一。把硅和氯两种优良的阻燃元素设计在同一分子结构中，产生协同阻燃效应，能产生理想的阻燃效果。为了达到上述目的，本发明公开了用四氯化硅为原料制备硅和氯两元素协同阻燃剂的方法，其分子结构属对称的多硅酸酯结构，具有优良的阻燃增塑性。本发明对解决四氯化硅的污染提供了一个有效途径，也为阻燃剂市场增加了一个高效阻燃剂新品种，具有迫切的现实意义和经济意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提出用四氯化硅制备一种阻燃剂二[三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物，其阻燃性好，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：

阻燃剂二[三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：

其式中m为0-3的整数。

本发明的另一目的在于提出一种阻燃剂二[三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制备方法，其原料廉价易得，工艺简单，设备投资少，易于规模化生产，该方法为：

用氮气置换掉反应容器内的空气，加入有机溶剂和四氯化硅，在搅拌下，用冰水浴冷却，使反应体系温度降到0℃，液面下滴加相对于四氯化硅2倍摩尔的环氧丙烷，滴加过程控制反应温度不高于25℃，滴完后，升温至40℃，保温反应1h；滴入相对于四氯化硅0.5倍摩尔的乙二醇，以滴加速度控制反应温度不高于50℃，滴完后升温至55-75℃，反应6-9h；待HCl气体放完后，再将体系降温至30℃以下，液面下滴加相对于四氯化硅1-1.5倍摩尔的环氧丙烷，以滴加速度控制反应温度不高于40℃，滴完后，将体系温度升至60-80℃保温反应4-7h，检测溶液PH＝5-6为反应终点。经纯化处理，得阻燃剂二[三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷。

如上所述的有机溶剂为乙腈、二氧六环、二氯乙烷、四氯化碳或乙二醇二甲醚，其有机溶剂体积(ml)的量为四氯化硅质量(g)的3-4倍。

如上所述的经纯化处理为蒸馏除去过量的环氧丙烷(回收使用)，再减压蒸馏除去溶剂(回收使用)及少量低沸点物，而后降温到60℃，再加入产品理论质量(g)2-3倍体积(ml)的石油醚洗涤，搅拌0.5h，转移至分液漏斗中静置分层，分出下层料液，减压蒸馏除去少量的石油醚。

如上所述的石油醚为石油醚的沸程在60-90℃或90-120℃。

发明人研究中发现乙二醇和四氯化硅很难溶合反应，呈果冻状不易扩散，且提高反应温度四氯化硅的挥发量又会增加，因此选用了先让1倍摩尔四氯化硅与2倍摩尔环氧丙烷反应，生成硅酸双酯后，再与乙二醇反应，克服了乙二醇和四氯化硅不易溶合的难题，也克服了四氯化硅高温易挥发的问题。

本发明公开的阻燃剂二[三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷为黄色透明液体，产率为89.3％～96.8％，其闪点(开口杯)：194±5℃，折光率：n_D²⁵＝1.4076，密度(25℃)：1.3458g/cm³。其适合作为聚氯乙烯、聚乙烯醇、环氧树脂、不饱和树脂和聚氨酯等材料的阻燃剂之用。

阻燃剂二[三(氯丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制备原理如下式所示：