一种含硅阻燃增塑剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种含硅阻燃增塑剂及其制备方法，具体涉及一种以大豆油和三甲基 氯硅烷为原料制得的含硅阻燃增塑剂，该化合物是硅卤协同阻燃增塑剂，可用于聚氯乙烯、 涂料等阻燃增塑剂。
【背景技术】
[0002] 聚氯乙烯（PVC)类材料在医疗设备中有着广泛的应用，一般而言PVC均需要通过 添加增塑剂增加聚合物的柔性、伸长率或加工处理的方便性。其中以邻苯二甲酸酯类增塑 剂的生产与消费量最大，主要是以下三种增塑剂：邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DOP)、 邻苯二甲酸二异壬酯（DINP)、邻苯二甲酸二异癸酯（DIDP)。早在2006年7月1日，欧盟ROHS 指令就指出：邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DOP)，邻苯二甲酸二异壬邻（DINP)、邻苯二 甲酸二异癸邻（DIDP)、邻苯二甲酸二己酯（DEHP)，苯二甲酸二丁酯（DBP)和邻苯二甲酸苯 基丁酯（BBP) 6种增塑剂在所有儿童玩具和服装及其他物品所采用的PVC材料中的含量进 行了严格的限制，规定含量超标的产品不得在欧洲市场上销售。同时随着石油价格的飙升， 邻苯二甲酸的价格也在一直上涨，以及我国政府对环境问题的日益重视以及环保意识的增 强，使邻苯类增塑剂的使用受到了限制。所以开发新型环保类增塑剂成为热点，比如：生物 降解性增塑剂，柠檬酸酯类，环氧植物油类，烷基酯类。这些增塑剂各有优劣，一般增塑剂应 当考虑如下几个因素：增塑效果，加工性能，迀移速率，毒性等。生物可降解增塑剂包括植物 油基的甘油酯增塑剂，由于其毒性低，增塑效果好被广泛视为特殊用途尤其是医用和食品 包装用的最优替代增塑剂。CN 1626497A公布了一种基于蓖麻油和硬化蓖麻油的单甘油酯 或甘油二酯的组合物，该专利中所述的一系列化合物具有增塑效果，且同比DOP和DINP而 言，其增塑效果更好。但在增塑的同时也增加了材料的可燃性。
[0003] 当今高分子材料的应用越来越广泛，但因其易燃性常引起火灾，给人们的生命财 产带来了严重威胁，同时随着全球日益严格的阻燃立法、防火安全标准、行业指令的相继出 台以及环境保护的呼声越来越高，促进了阻燃技术的研究和阻燃增塑剂产业的快速发展， 尤其是对高效、环保性能具有更加迫切的需求。阻燃增塑剂是同时具有阻燃功能和增塑作 用的塑料加工助剂，它能克服由于易燃增塑剂的加入使高分子材料变得更易燃烧的问题。 目前卤系和有机磷系是应用范围最大、综合性价比最高的两类有机阻燃剂，但远远不能满 足材料发展的需求，人们总希望有新型高效、低毒且价格低廉的阻燃增塑剂在市场上出现。
[0004] 硅系阻燃剂本身具有优异的热稳定性，有效的防熔体滴落和阻燃性能，是目前低 烟、低毒阻燃材料开发的重点之一，能发挥理想的阻燃效果。本发明将三甲基氯硅烷引入到 植物基增塑剂的结构中，开辟了一个优良的阻燃增塑剂新品种，既具有良好的环境效益又 具有很好的经济效益。
【发明内容】
[0005] 解决的技术问题：本发明提供一种含硅阻燃增塑剂及其制备方法，以可再生资源 大豆油为原料制备环保、可生物降解的阻燃增塑剂，阻燃效能高，增塑性好，解决现有技术 存在的增塑剂多为石化产品以及易燃的问题。
[0006] 技术方案：一种含硅阻燃增塑剂，通式为：
[0007]
[0008] 其中R1、R2均为C 6_(：8的烷基。
[0009] 含硅阻燃增塑剂，化学结构式为：
[0010]
[0011] 含硅阻燃增塑剂的制备方法，步骤为：将大豆油、甲酸按摩尔比1: (0. 05~0. 26)， 以及催化剂对甲苯磺酸加到反应器中，水浴加热至45~75°C，滴加双氧水进行环氧化，反 应5~9h，得中间产物环氧大豆油，过滤后进行碱洗，脱水干燥；将中间产物环氧大豆油水 浴加热至30~80°C，然后将三甲基氯硅烷加到溶剂正己烷后，滴加到反应器中，反应5~ 9h，开环反应溶剂用量为三甲基氯硅烷质量的50~80%，减压蒸馏，除去溶剂，得到目标产 物含硅阻燃增塑剂。
[0012] 上述环氧化反应温度优选为50 °C。
[0013] 上述大豆油与甲酸的摩尔比优选为1 :0. 24。
[0014] 上述环氧化反应时间优选为8h。
[0015] 上述环氧化反应催化剂对甲苯磺酸的用量优选为大豆油质量的2%。
[0016] 上述开环反应温度优选为70°C，反应时间优选为8h。
[0017] 上述所加双氧水优选为大豆油质量的90%。
[0018] 上述三甲基氯硅烷与环氧大豆油的摩尔比优选为1:1，开环反应溶剂用量优选为 三甲基氯硅烷质量的55%。
[0019] 有益效果：
[0020] 1.本发明提出了一种含硅植物油基阻燃增塑剂，因为硅与碳是同族元素，含硅化 合物与高分子材料相似相溶性及增塑性好；同时由于含有硅元素热稳定性较好，硅卤协同 阻燃效能高，故有良好的阻燃性。
[0021] 2.本发明的含硅阻燃增塑剂，有十分优良的增塑与热稳定性能，与PVC的相容性 极好。
[0022] 3.本发明实现了以植物油为原料来替代石化能源，也为塑料助剂行业开发了新的 性能优良的环保阻燃增塑剂。
【附图说明】
[0023] 图1为含硅阻燃增塑剂的红外光谱图（实施例5)。
[0024] 由图1含硅阻燃增塑剂的红外光谱可知：2852cm 1和2923cm 1分别为亚甲基的对 称和不对称伸缩振动峰；1745cm 1处吸收峰为C = 0特征振动吸收峰；1462cm 1为甲基、亚 甲基的对称变形振动；1248cm1处吸收峰为C-Si的特征吸收峰；840cm 1处吸收峰为环氧基 的特征吸收峰。
【具体实施方式】
[0025] 下面以具体实施例作进一步说明：本发明中所有原料皆为市售。
[0026] 实施例1
[0027] 将大豆油、甲酸按摩尔比1:0. 06,以及催化剂对甲苯磺酸（大豆油质量的2% )加 到反应器中，水浴加热至50°C，滴加双氧水进行环氧化，反应4h，得中间产物环氧大豆油， 过滤后进行碱洗，脱水干燥。将中间产物环氧大豆油水浴加热至40 °C，然后将三甲基氯硅烷 (与环氧大豆油的摩尔比为1:1)加到溶剂正己烷后，滴加到反应器中，反应5h，开环反应溶 剂用量为三甲基氯硅烷质量的65%，减压蒸馏，除去溶剂，得到目标产物含硅阻燃增塑剂。 环氧值5. 6 %，酸值0. 6mg ? kg 1。
[0028] 实施例2
[0029] 将大豆油、甲酸按摩尔比1:0. 06,以及催化剂对甲苯磺酸（大豆油质量的2% )加 到反应器中，水浴加热至55°C，滴加双氧水进行环氧化，反应6h，得中间产物环氧大豆油， 过滤后进行碱洗，脱水干燥。将中间产物环氧大豆油水浴加热至45°C，然后将三甲基氯硅烷 (与环氧大豆油的摩尔比为1:1)加到溶剂正己烷后，滴加到反应器中，反应5h，开环反应溶 剂用量为三甲基氯硅烷质量的65%，减压蒸馏，除去溶剂，得到目标产物含硅阻燃增塑剂。 环氧值5. 7 %，酸值0. 5