阻燃剂二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种阻燃剂二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制备方法，该化合物的结构如下式所示：制备方法为：在25℃以下，于有机溶剂中四氯化硅与等摩尔3-溴丙醇反应，而后滴加相对于四氯化硅0.5倍摩尔的乙二醇，滴完后升温至55-75℃，反应6-10h；再滴加相对于四氯化硅2-3倍摩尔3-溴丙醇，在65-85℃保温反应7-10h；再加入缚酸剂，搅拌保温1h。经纯化处理，得阻燃剂二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷。本发明化合物阻燃效能高，适合用作聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂和不饱和树脂等材料的阻燃剂，且制备工艺简单，成本低，易于实现工业化生产。
【专利说明】阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物及其制备方法，该化合物可用作聚氯乙烯、不饱和聚酯、聚氨酯和环氧树脂等材料的阻燃剂。
【背景技术】[0002]随着人们的生活水平不断提高，安全防火意识不断增强，促进了阻燃剂工业的快速发展。从欧盟1986年公布发现多溴二苯醚阻燃剂燃烧时产生致癌物二噁喑，卤系阻燃剂的使用受到了限制，但由于卤系阻燃剂综合性价比优良，阻燃效能高，对材料的机械加工性能影响小，并且难以找到理想的替代物，无卤环保阻燃剂的呼声虽高，但无卤化依然是一个漫长的过程，从而开发高效卤系阻燃剂以减少阻燃剂的用量而降低其毒性已成为卤系阻燃剂的重要研究方向。其中通过多种阻燃剂复配提高阻燃效果是实现阻燃增效的方法之一，设计分子结构中含有多重阻燃元素，而通过分子内的阻燃元素协同增效，是实现阻燃剂增效的更为有效的方法。
[0003]本发明阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷分子中同时嵌入了硅和溴两种优异的阻燃元素，在高效溴系阻燃的基础上又增加了硅元素的阻燃作用，双重元素协同从不同的阻燃机理产生协同增效作用，硅在燃烧时形成致密的硅炭层，从而可表现出更高的阻燃效能；其中所用的原料四氯化硅又是多晶硅产业的副产物，为解决多晶硅副产物四氯化硅的综合利用问题开辟了一条新的途径，具有很好的环境效益；分子中的双硅酸酯结构可增加与聚氯乙烯等高分子材料的相容性；该化合物阻燃效能高、用途广，可产生较好的经济效益。
【发明内容】
[0004]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(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物。其物理化学性能稳定，耐热性好，与高分子材料相容性好，而且具有增塑和成炭防滴落作用，可克服现有技术中的不足。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
[0006]阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷化合物，其特征在于，该化合物结构如下式所示:
[0007](BrCH2CH2CH20 ^ Si0CH2CH20S1-(i 0CH2CH2CH2Br) 3。
[0008]本发明的另一目的在于提出一种阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)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:
[0009]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，用冷水浴冷却，使反应体系温度降低到25°C以下，滴加相对于四氯化硅等摩尔的3-溴丙醇，滴加过程控制反应温度不高于30°C，滴完后，升温至45°C，保温反应2h ;待HC1气体放完后，再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°C，滴完后升温至55-75°C，反应6-10h ;待HC1气体放完后，再将体系降温至40°C以下，滴加相对于四氯化硅2-3倍摩尔3-溴丙醇，以滴加速度控制反应温度不高于55°C，滴完后，将体系温度升至65-85°C，保温反应7-10h dtHCl气体放完后，再加产品理论质量(g)2% _5%的缚酸剂，搅拌lh，检测溶液PH = 5-6为反应终点。经纯化处理，得产品阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷。
[0010]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。
[0011]如上所述的缚酸剂为三聚氰胺。
[0012]如上所述的经纯化处理为冷却至30°C，过滤，滤液减压蒸馏除去溶剂和过量的3_溴丙醇(回收使用)及少量低沸点物，而后降温到60°C，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。
[0013]如上所述的石油醚为石油醚的沸程在60_90°C或90_120°C。
[0014]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，因此选用了先让四氯化硅与等摩尔3-溴丙醇反应，生成硅酸单酯后，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。
[0015]本发明公开的阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷为浅黄色液体，其产率为 86.6%~95.2%。其闪点(开口杯):200±51:，密度:1.6388/0113(25°0，折光率:111)25=1.4027 ;其适合作为聚氯乙烯、不饱和聚酯、聚氨酯和环氧树脂等材料的阻燃剂之用。
[0016]阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基乙撑酯的制备工艺原理如下式所示:
[0017]
【权利要求】
1.一种阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)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:
2.根据权利要求1所述二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制备方法，其特征在于，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，用冷水浴冷却，使反应体系温度降低到25°C以下，滴加相对于四氯化硅等摩尔的3-溴丙醇，滴加过程控制反应温度不高于30°C，滴完后，升温至45°C，保温反应2h ;待HC1气体放完后，再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°C，滴完后升温至55-75°C，反应6-10h JtHCl气体放完后，再将体系降温至40°C以下，滴加相对于四氯化硅2-3倍摩尔3-溴丙醇，以滴加速度控制反应温度不高于55°C，滴完后，将体系温度升至65-85°C，保温反应7-10h dtHCl气体放完后，再加产品理论质量(g)2% _5%的缚酸剂，保温搅拌lh，检测溶液PH = 5-6为反应终点；经纯化处理，得阻燃剂二 [三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷。
3.根据权利要求2所述的阻燃剂二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制备方法，其特征在于: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。
4.根据权利要求2所述的阻燃剂二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制备方法，其特征在于:所述的滴加3-溴丙醇分为两次滴加。
5.根据权利要求2所述的阻燃剂二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制备方法，其特征在于:所述的缚酸剂为三聚氰胺。
6.根据权利要求2所述的阻燃剂二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制备方法，其特征在于:所述的经纯化处理为冷却至30°C，过滤，滤液减压蒸馏除去溶剂和过量的3-溴丙醇及少量低沸点物，而后降温到60°C，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。
7.根据权利要求6所述的阻燃剂二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制备方法，其特征在于:所述的石油醚为石油醚的沸程在60-90°C或90-120°C。
8.根据权利要求6所述的阻燃剂二[三(3-溴丙氧基)硅酰氧基]乙烷的制备方法，其特征在于:所述的减压蒸馏为收集的溶剂或3-溴丙醇回收使用。
【文档编号】C08L27/06GK103665016SQ201310557109
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】王彦林, 杨海军, 董信 申请人:苏州科技学院相城研究院