[发明专利]一种含杂化结构的聚硅氧烷阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含杂化结构的聚硅氧烷阻燃剂及其制备方法，是在溶剂中利用含氢硅油、烯丙基缩水甘油醚、乙烯基硅烷类物质、含磷活性物质与硅烷偶联剂在催化剂作用下相互反应，得到聚硅氧烷阻燃剂。该阻燃剂分子中含有大量苯环等有机基团、较长的‑Si‑O‑Si‑主链以及杂化结构，具有疏水性，接触角达到95°，能够提高其与高聚物之间的相容性；具有较高的热稳定性，能够满足高聚物的加工要求；含有大量的碳、氮、磷和硅元素，可以同时作为膨胀体系中的碳源与气源，同时具有多种阻燃元素的协同阻燃效应，成碳能力强，阻燃效率高。

技术领域

本发明涉及一种含杂化结构的聚硅氧烷阻燃剂及其制备方法，属于阻燃剂制备技术领域。

背景技术

在当代生活中，高分子材料工业迅速发展，高分子材料在各行各业的应用越来越广泛，这使人们不但要求其具有优异的性能，而且要求其使用安全、对环境无害。而大多数高分子材料极易燃烧，在燃烧的时候会释放易燃气体与有毒烟雾，容易导致火灾并对人、环境造成危害。因此，为了减少火灾隐患以及减少火灾带来的损害，阻燃性已经成为材料性能的重要性能要求之一，人们对无卤环境友好型阻燃剂的需求不断增加。

近些年来，研究学者偏爱于膨胀型阻燃剂，膨胀型阻燃剂相关文章越来越多。膨胀型阻燃剂是由酸源、炭源和气源三个基本要素构成的高效低毒的绿色阻燃剂。含膨胀型阻燃剂的塑料在燃烧时表面会生成膨胀型炭质泡沫层，起到隔氧、隔热、抑烟、防滴等功效，具有优良的阻燃性能，并且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生。其不仅克服了含卤阻燃剂对人与环境有害的缺点，而且还克服了无机阻燃剂对基材带来的力学、加工性能等不良影响。目前，研究学者普遍关注于磷-氮系阻燃剂的研究和应用，其有良好的热稳定性、水溶性小、阻燃性能持久、毒性较低，应用前景广阔。但是有些磷-氮系阻燃剂具有易吸潮、易团聚等缺点影响了其阻燃效率、其与基体的相容性。通过采用分子设计的方法从而制备性能良好的阻燃剂是目前研究的热点。聚硅氧烷具有良好的耐热性、耐氧化性、优异阻燃性质等良好性质而引起了人们的广泛关注，以聚硅氧烷为主的含硅化合物作为新型阻燃剂研究逐渐广泛。

中国专利公开号为CN1724591公开了“一种含磷和环氧基的有机硅阻燃剂及其制备方法”，该方法的步骤是：甲基含氢硅油、烯丙基缩水甘油醚和含端反应性双键有机硅烷偶联剂在催化剂作用下加聚反应生成环氧化硅油，然后将其与含磷活性物质反应，冷却除去溶剂得到产物。该发明所得到的阻燃剂分子量较小，含有的阻燃元素较少，阻燃效果有待改善。

中国专利公开号为CN104017169A公开了“一种含交联及杂化结构的核壳型水性聚氨酯乳液的制备方法”，该方法通过多元醇、多元异氰酸酯、可反应性单体(丙烯酸酯单体或苯乙烯单体)在催化剂的催化下进行反应，得到含交联及杂化结构的核壳型水性聚氨酯乳液。该发明中产物具有较少的阻燃元素，阻燃效率较低。

中国专利公开号为CN101443346公开了“基于多元醇和至少一种聚合或非聚合的、尤其是聚有机硅氧烷类的其它分子实体的杂化化合物，及其制备方法和应用”，本发明是通过含氢硅油与多个含有硅元素的不饱和单体如炔类、腈类等在催化剂下进行反应，得到多种含有杂化结构的聚硅氧烷。

中国专利公开号为CN102432873A公开了“一种无机/有机杂化物的合成及其对环氧树脂的改性”，该发明以笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷(POSS-NH₂)为前躯体，将其与正丁基缩水甘油醚及1,4-丁二醇二缩水甘油醚按化学摩尔比1∶10∶2反应制得杂化物(DRT)，并用此杂化物对E-51环氧树脂进行改性。该发明中的笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷(POSS-NH₂)成本较高，且合成困难。

中国专利公开号为CN103159948A公开了“一种低介电常数POSS/含氟聚芳醚酮纳米复合材料及其制备方法”，该方法通过化学键合作用将POSS组分接枝于聚合物的侧链，形成杂化结构的纳米复合材料。而该复合材料中含有氟元素，用作阻燃剂时，会对环境与人体造成危害。含卤阻燃剂因其危害性会逐渐被淘汰，失去开发与应用价值，而无卤阻燃剂会逐渐受到学者与社会的青睐。