[发明专利]一种含硅聚羰基脲阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含硅聚羰基脲阻燃剂及其制备方法，通过两步法制备含硅聚羰基脲：首先以氨基甲酸甲酯为反应单体制备聚羰基脲，然后将聚羰基脲的端氨基和硅烷偶联剂KH‑560的环氧基进行反应，获得含硅聚羰基脲。本发明的含硅聚羰基脲阻燃剂分子链中具有高密度的酰胺键，端基含有阻燃硅元素，是一种高效、无毒、低成本阻燃剂，同时本发明制备的含硅聚羰基脲阻燃剂的热稳定性可调，可与不同的聚合物进行复配改性，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及功能高分子材料技术领域，尤其是涉及一种含硅聚羰基脲阻燃剂及其制备方法。

背景技术

膨胀型阻燃剂具有阻燃效果好、低烟和低毒的优点，符合环保要求，所以目前膨胀型阻燃剂是新一代阻燃剂研究重点和热点。成炭剂是膨胀型阻燃剂的重要组成部分，膨胀型阻燃剂应用于聚合物中的成炭量、成炭密度和成炭强度等都和成炭剂有直接的关系，这也会直接影响膨胀型阻燃剂对聚合物的阻燃效果。传统成炭剂分子中含有大量羟基，分子量比较小，热稳定性差，耐水性差，会影响聚合物材料的应用。目前研究热门的新型大分子类成炭剂在分子量、热稳定性、分子结构和基团反应活性等方面极大的弥补了传统成炭剂的缺点。

新型大分子类的成炭剂主要包括三嗪类、超支化类、酚醛树脂成炭剂和聚酰胺类成炭剂，前三种大分子类成炭剂目前都得到了广泛的研究，相对地聚酰胺类成炭剂研究比较多的主要是聚酰胺-6和芳香族聚酰胺，而其他种类的聚酰胺作成炭剂的应用较少，尤其是高密度酰胺键的聚酰胺。

发明内容

本发明的目的是提供一种含硅聚羰基脲阻燃剂及其制备方法，通过对聚羰基脲进行改性，引入硅氧键的同时提高了硅含量，得到了一种酰胺键密度高，且端基含有阻燃硅元素的聚酰胺类成炭剂，由于酰胺键本身具有很好的成炭能力，硅含量的增加可进一步提高阻燃效果。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种含硅聚羰基脲阻燃剂，所述含硅聚羰基脲阻燃剂的结构式为：

式中，

n为平均聚合度，n＝10～1000。

本发明还提供一种含硅聚羰基脲阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、将氨基甲酸甲酯、尿素、催化剂和溶剂混合，将混合液加热，使氨基甲酸甲酯、尿素完全溶解，混合液呈无色透明液体；

S2、将混合液继续加热，反应至混合液由无色透明液体变浑浊，而后变为乳白色液体；

S3、继续反应8～12小时后，向混合液中加入硅烷偶联剂KH-560，并滴加碱性溶液，调节pH至10-11，继续反应；

S4、将混合液底部的反应沉淀物进行水洗、醇洗、过滤、干燥，得到白色粉末产物。

进一步地，S1中，所述氨基甲酸甲酯与尿素的质量比为20～50:1；混合液加热至20～80℃。

进一步地，S1中，所述催化剂包括醇的碱金属盐、碳酸盐、碳酸酯和有机酸盐。

进一步地，S1中，所述催化剂为醇的碱金属盐，包括甲醇钠或甲醇钾；所述催化剂的用量为氨基甲酸甲酯质量的0.1～5％。

进一步地，S2中，将混合液继续加热至100～160℃。

进一步地，S3中，继续反应10小时后，向混合液中加入硅烷偶联剂KH-560，并滴加氢氧化钠溶液，调节pH至11，继续反应。

进一步地，S4中，将混合液底部的反应沉淀物采用去离子水和乙醇进行水洗和醇洗，在80～120℃的常压或真空条件下，干燥处理3～12h。优选的，在110℃下真空干燥6小时。

本发明中，聚羰基脲的化学反应方程式，如式(1)所示。