[发明专利]一种磷硅复合阻燃剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明是涉及一种磷硅复合阻燃剂及其制备方法和应用，属于阻燃材料技术领域。

背景技术

目前，高分子材料阻燃剂领域中，应用较多的是卤系阻燃剂，虽然这类阻燃剂的阻燃效果很好，但由于卤素燃烧时释放卤化氢气体和不可降解性，现已被限制使用。

硅系阻燃剂作为阻燃剂家族中的后起之秀，始于20世纪80年代初期。它不但具有高效、低毒、抑烟和促进成炭等优异的阻燃性能，而且相对于传统阻燃剂，硅系阻燃剂在加工性能和力学性能等方面也得到了显著提升，深受众多研究者的青睐。目前，硅系阻燃剂主要有以下四类：

1)有机硅系阻燃剂：它是一种高效、生态友好、防熔滴并抑烟的新一代非卤成炭型阻燃剂，不仅能改善基材的加工、机械及耐热等性能，而且循环利用效果也十分优异，主要包括聚硅氧烷，聚有机硅倍半硅氧烷等品种。但单一的有机硅阻燃剂仅对部分高聚物主要是聚碳酸酯卓有成效，适用面不广；

2)无机硅系阻燃剂：一定条件下，无机硅化合物无论作为聚合物的添加剂，还是与聚合物组成共混体体系，均具有较好的阻燃作用。其阻燃的高聚物大多无毒少烟、燃烧值低、火焰传播速度慢，但一般需要与其它添加剂配合使用。

3)硅本质阻燃高聚物技术：因含硅基团的聚合物一般具有极高的本征阻燃性能、热稳定性、氧化稳定性、憎水性以及良好的柔顺性，所得含硅本质阻燃高聚物除拥有阻燃、耐高热、抗氧化、不易燃烧等特点外，还具有较高的耐湿性和分子链的柔软性。此外，含硅本质阻燃高聚物受热分解产物主要是二氧化碳、水蒸气和二氧化硅，对环境友好，因而受到广泛的关注。但含硅本质阻燃高聚物的应用制造工艺复杂、价格昂贵。

4)硅阻燃剂的协效阻燃技术：含硅阻燃剂与其它传统阻燃剂一起使用，表现出显著的协同阻燃作用和互补性，在燃烧过程中，两者能相互促进，形成含硅炭化保护层，具有卓越的隔热抑烟、断绝氧的供应，并防止熔滴等功能；能改善材料的加工性能，对物理机械性能影响小。

笼状八苯基倍半硅氧烷(简称为POSS)是一种具有纳米结构、相容性好、阻燃性强的有机-无机杂化材料，它同时具备有机硅系与无机硅系阻燃剂的优点，表现出与基材较好的相容性，可在塑料、橡胶等材料中获得应用。

磷系阻燃剂不仅具有高效、多功能的特点，且安全环保，是目前卤系阻燃剂中最主要的替代品种，但其热稳定性较低，在熔融状态或较低温度下加工时，会在塑料、橡胶中产生泡沫，从而导致应用面不广。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种磷硅复合阻燃剂及其制备方法和应用，将传统的磷系阻燃剂引入笼状七苯基三硅醇倍半硅氧烷中，发挥二者各自的优势，实现磷系阻燃剂与笼状七苯基三硅醇倍半硅氧烷的协效阻燃目的。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种磷硅复合阻燃剂，是具有如下结构的笼状七苯基三硅磷倍半硅氧烷：

一种制备本发明所述的磷硅复合阻燃剂的方法，包括如下步骤：

a)使笼状八苯基倍半硅氧烷(简称为POSS)在有机碱作用下进行水解反应，制得缺角POSS：笼状七苯基三硅醇倍半硅氧烷；

b)将上述缺角POSS：笼状七苯基三硅醇倍半硅氧烷与偏磷酸反应，得到所述的磷硅复合阻燃剂。

作为优选方案，所述的笼状八苯基倍半硅氧烷(简称为POSS)的制备，包括如下步骤：

1)使苯基三氯硅烷与苯和水体系在室温下搅拌8～16小时后静置6～12小时；

2)分液，除去底部的酸层，用蒸馏水或碱性溶剂冲洗有机相至pH＝7；

3)向步骤2)处理后的有机相中加入苄基三甲基氢氧化铵的甲醇溶液，搅拌回流反应24～36小时；

4)过滤、干燥，得到所述的笼状八苯基倍半硅氧烷(简称为POSS)。

作为进一步优选方案，按质量比计，苯基三氯硅烷∶苯∶水∶苄基三甲基氢氧化铵甲醇溶液＝(50～80)∶(250～400)∶(20～40)∶(8～13)；其中，苄基三甲基氢氧化铵甲醇溶液的体积百分比浓度为30～50％。

作为优选方案，步骤a)所述的有机碱为四甲基氢氧化铵。

作为进一步优选方案，步骤a)所述的水解反应是使笼状八苯基倍半硅氧烷(简称为POSS)在四氢呋喃、四甲基氢氧化铵水溶液中回流反应4～6小时。