阻燃剂二甲基硅酸二苄酯化合物及其制备方法.pdf

本发明涉及一种阻燃剂二甲基硅酸二苄酯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：将苄醇溶于有机溶剂中，在20℃下滴加二甲基二氯(溴)硅烷，控制二甲基二氯(溴)硅烷与苄醇的摩尔比为1∶2-1∶3，滴加过程控制温度不超过50℃，滴完后，1-2h升温到70-130℃，保温反应4-8h，纯化处理，得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯。本发明二甲基硅酸二苄酯阻燃效能高，成炭性好，与材料相容性好，适合用作聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂、不饱和树脂等材料的阻燃剂，并且生产工艺简单，设备投资少，成本低，易于实现工业化生产。

权利要求书
1.  一种阻燃剂二甲基硅酸二苄酯化合物，其特征在于，该化合物的结构如 下式所示：


2.  如权利要求1所述阻燃剂二甲基硅酸二苄酯的制备方法，其特征在于， 该方法为：
将苄醇溶于有机溶剂中，在20℃下滴加二甲基二氯硅烷，控制二甲基二氯 硅烷与苄醇的摩尔比为1∶2-1∶3，滴加过程控制温度不超过40℃，滴完后，1-2h 升温到70-110℃，保温反应4-8h，加入产品质量1％-3％的缚酸剂，调至pH＝5-6， 搅拌1h，趁热抽滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄醇及少量低沸点物，得无色透 明液体二甲基硅酸二苄酯。

3.  如权利要求1所述阻燃剂二甲基硅酸二苄酯的制备方法，其特征在于， 该方法为：
将苄醇溶于有机溶剂中，在20℃下滴加二甲基二溴硅烷，控制二甲基二溴 硅烷与苄醇的摩尔比为1∶2-1∶3，滴加过程控制温度不超过50℃，滴完后，1-2h 升温到80-130℃，保温反应4-8h，加入产品质量1％-3％的缚酸剂，调至pH＝5-6， 搅拌1h，趁热抽滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄醇及少量低沸点物，得无色透 明液体二甲基硅酸二苄酯。

4.  如权利要求2和3所述阻燃剂二甲基硅酸二苄酯的制备方法，其特征在 于：所述有机溶剂为乙二醇二甲醚、乙腈、二氯乙烷、二氧六环或二乙二醇二 甲醚，其用量为，有机溶剂体积毫升数是产品理论质量克数的1-3倍。

5.  如权利要求2和3所述阻燃剂二甲基硅酸二苄酯的制备方法，其特征在 于：所述缚酸剂为三乙胺、N，N-二甲基苯胺、三聚氰胺或吡啶。

说明书阻燃剂二甲基硅酸二苄酯化合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃剂二甲基硅酸二苄酯化合物及其制备方法。二甲基硅酸二 苄酯属无卤有机硅阻燃剂，适合用作聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂、不饱和树 脂等材料的阻燃增塑剂。
背景技术
随着现代工业的快速发展，合成有机高分子材料得到了广泛的应用。但高分 子材料本身具有易燃性，在给人们带来方便的同时也带来了引发火灾的安全隐 患。因此，在高分子材料中添加阻燃剂进行阻燃改性，使高分子材料变得难燃 或不燃，具有重要的研究意义。实践表明含卤阻燃剂在燃烧时会产生大量的烟 雾和腐蚀性卤化氢气体，造成二次危害。所以无卤、低烟、低毒阻燃剂的发展 成了研发的重点。研究发现有机硅系阻然剂具有有效的防熔体滴落和抑烟作用 等优点，所以，对有机硅系阻然剂的研究已成为目前阻燃剂开发的重要课题。
本发明公开了无卤、环保阻燃剂二甲基硅酸二苄酯化合物及其制备方法。 该阻燃剂阻燃效果好，在材料中分散性好，具有增塑性，成本低，工艺简单， 应用广泛，具有很好的应用开发前景。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种阻燃剂二甲基硅酸二苄酯化合物，其阻燃 效能高，成炭性能较好，物化性能稳定，无卤环保，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：
二甲基硅酸二苄酯化合物，其特征在于，该化合物的结构如下式所示：

本发明的另一目的在于提出一种二甲基硅酸二苄酯的制备方法，其工艺简 单，设备投资少，易于规模化生产，且原料廉价易得，成本低廉，该方法为：
将苄醇溶于有机溶剂中，在20℃下滴加二甲基二氯硅烷，控制二甲基二氯 硅烷与苄醇的摩尔比为1∶2-1∶3，滴加过程控制温度不超过40℃，滴完后，1-2h 升温到70-110℃，保温反应4-8h，加入产品质量1％-3％的缚酸剂，调至pH＝5-6， 搅拌1h，趁热抽滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄醇及少量低沸点物，得无色透 明液体二甲基硅酸二苄酯。
该方法还可为：
将苄醇溶于有机溶剂中，在20℃下滴加二甲基二溴硅烷，控制二甲基二溴 硅烷与苄醇的摩尔比为1∶2-1∶3，滴加过程控制温度不超过50℃，滴完后，1-2h 升温到80-130℃，保温反应4-8h，加入产品质量1％-3％的缚酸剂，调至pH＝5-6， 搅拌1h，趁热抽滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄醇及少量低沸点物，得无色透 明液体二甲基硅酸二苄酯。
如上所述的有机溶剂为乙二醇二甲醚、乙腈、二氯乙烷、二氧六环或二乙 二醇二甲醚，其用量为，有机溶剂体积毫升数是产品理论质量克数的1-3倍。
如上所述的缚酸剂为三乙胺、N，N-二甲基苯胺、三聚氰胺或吡啶。
本发明的二甲基硅酸二苄酯为无色透明液体，产率为94.1％～98.5％，折 光率nD25＝1.4465，密度(25℃)1.085±0.005g/cm3，沸点228℃。其适合用作 不饱和树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚氯乙烯等材料的阻燃剂。
二甲基硅酸二苄酯的制备工艺原理如下式所示：

式中X＝Cl或Br。
与现有技术相比，本发明的创新之处在于：
①本发明阻燃剂二甲基硅酸二苄酯的具有对称结构，其物理化学性能稳定， 与高分子材料相容性好，燃烧时能生成致密的硅炭层，有成炭防滴落作用，有 一定的增塑性，可代替部分增塑剂，加工性能好。
②本发明阻燃剂二甲基硅酸二苄酯属无卤阻燃剂，符合无卤环保阻燃剂的 发展要求，有很好的应用开发前景。
③本发明阻燃剂二甲基硅酸二苄酯制备方法简单，原料廉价易得，成本低， 易于规模化生产。
附图说明
为了进一步说明产品的结构和性能特给出如下附图。
1、二甲基硅酸二苄酯的红外光谱图，详见说明书附图图1：
图1表明，3065cm-1处为苯环上C-H键的伸缩振动峰；2962cm-1处为C-H键的 伸缩振动峰；2871cm-1处为与氧相连的C-H键的伸缩振动峰；1457cm-1处为C-H键 的弯曲振动峰；1260cm-1处为C-O键的伸缩振动峰；1069cm-1处为Si-O键的伸缩 振动峰；802cm-1处为C-Si键的伸缩振动峰。
2、二甲基硅酸二苄酯的核磁光谱图，详见说明书附图图2：
图2表明，氘代氯仿为溶剂，δ0.2-0.35是与硅相连的甲基H峰；δ4.2-4.65 是与氧相连的亚甲基H峰；δ7.55-8.0是苯环上的H峰。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及氯化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入40ml乙二醇二甲醚和21.6g (0.2mol)苄醇，20℃下，滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷，滴加过程控 制温度不超过40℃，滴完后，1h升温到70℃，保温反应8h，加入约0.6g三乙 胺缚酸剂，调至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物， 得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率94.1％。
实施例2在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及氯化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入50ml乙腈和23.76g(0.22mol) 苄醇，20℃下，滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷，滴加过程控制温度不超 过40℃，滴完后，1h升温到80℃，保温反应6h，加入约0.7g三聚氰胺缚酸剂， 调至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄醇及少量低沸点 物，得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率95.0％。
实施例3在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及氯化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入60ml二氯乙烷和27.0g (0.25mol)苄醇，20℃下，滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷，滴加过程 控制温度不超过40℃，滴完后，1h升温到82℃，保温反应6h，加入约0.5g二 甲基苯胺缚酸剂，调至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的 苄醇及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率96.8％。
实施例4在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及氯化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入50ml二氧六环和29.16g (0.27mol)苄醇，20℃下，滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷，滴加过程 控制温度不超过40℃，滴完后，2h升温到100℃，保温反应5h，加入约0.4g吡 啶缚酸剂，调至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄醇及 少量低沸点物，得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率97.4％。
实施例5在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及氯化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入60ml二乙二醇二甲醚和32.4g (0.3mol)苄醇，20℃下，滴加12.9g(0.1mol)二甲基二氯硅烷，滴加过程控 制温度不超过40℃，滴完后，2h升温到110℃，保温反应4h，加入约0.6g三乙 胺缚酸剂，调至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄醇及 少量低沸点物，得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率97.9％。
实施例6在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及溴化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入40ml乙二醇二甲醚和21.6g (0.2mol)苄醇，20℃下，滴加21.8g(0.lmol)二甲基二溴硅烷，滴加过程控 制温度不超过50℃，滴完后，1h升温到80℃，保温反应8h，加入约0.6g三乙 胺缚酸剂，调至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂及少量低沸点物， 得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率94.3％。
实施例7在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及溴化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入50ml乙腈和23.76g(0.22mol) 苄醇，20℃下，滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷，滴加过程控制温度不超 过50℃，滴完后，1h升温到80℃，保温反应7h，加入约0.5g吡啶缚酸剂，调 至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄醇及少量低沸点物， 得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率95.0％。
实施例8在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及溴化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入50ml二氯乙烷和27.0g (0.25mol)苄醇，20℃下，滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷，滴加过程 控制温度不超过50℃，滴完后，1h升温到82℃，保温反应7h，加入约0.4g三 聚氰胺缚酸剂，调至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄 醇及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率97.3％。
实施例9在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及溴化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入60ml二氧六环和29.16g (0.27mol)苄醇，20℃下，滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷，滴加过程 控制温度不超过50℃，滴完后，2h升温到100℃，保温反应5h，加入约0.5g二 甲基苯胺缚酸剂，调至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的 苄醇及少量低沸点物，得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率97.6％。
实施例10在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝管并在冷凝管上口装有干 燥管及溴化氢吸收装置的150ml四口烧瓶中，加入50ml二乙二醇二甲醚和32.4g (0.3mol)苄醇，20℃下，滴加21.8g(0.1mol)二甲基二溴硅烷，滴加过程控 制温度不超过50℃，滴完后，2h升温到130℃，保温反应4h，加入约0.6g三乙 胺缚酸剂，调至pH＝5-6，搅拌1h，趁热过滤，滤液蒸馏出溶剂和过量的苄醇及 少量低沸点物，得无色透明液体二甲基硅酸二苄酯，产品得率98.5％。
表1二甲基二卤硅烷与苄醇反应制备例主要工艺参数

本案发明人还将上述合成的二甲基硅酸二苄酯应用于聚氯乙烯(PVC)中。 参照：GB/T2406-2008《塑料燃烧性能试验方法-氧指数法》测样品的极限氧指 数。将二甲基硅酸二苄酯、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、协效阻燃剂三氧 化二锑(Sb2O3)和聚氯乙烯以不同比例混合均匀后，用挤出机挤出，制成直径为 3mm的样条，用HC900-2极限氧指数测定仪测试，实验表明二甲基硅酸二苄酯对 PVC阻燃性能优良，有较好的成炭性和增塑性能，部分试验结果如表2所示：
表2二甲基硅酸二苄酯的阻燃性能测试数据