本发明属于新型无卤阻燃剂的合成领域，尤其涉及一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂及制备方法。
背景技术：
高分子材料广泛应用于各类日用化学品和工业化学品中，由于其具有易燃性，增加火灾发生的几率，给消费者的日常生活埋下了严重的安全隐患。因此，在工作地点和住所中使用添加了阻燃剂的阻燃材料，将给人们的生产和生活提供可靠的安全保障。聚碳酸酯(pc)是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，因抗冲击强度高，透光率高，加工尺寸稳定性好，易着色等优点，广泛应用于电子、电器、航空航天、机械等行业。虽然纯pc的阻燃性能达到ul94v-2级，但仍难以满足某些应用领域，如电视机、计算机、汽车部件、建筑材料等对pc阻燃性能的要求，因此需要研究更加高效的阻燃剂对pc进行阻燃改性。
常用的pc阻燃剂有以下几大类：卤系、磷系、硅系、磺酸盐系、硼系、磷-氮系及聚合物/无机纳米复合等。随着环保要求的提高，无卤阻燃剂取代卤系阻燃剂的趋势已势不可挡。磷系阻燃剂虽然应用最为广泛，却因为阻燃剂添加量大而影响材料的抗冲击强度，降低pc的水解稳定性及热变形温度；硅系阻燃剂虽然能够满足阻燃、环保及透明性的要求，但是生产成本较高；磺酸盐系阻燃剂虽然添加量小，但是水解稳定性差，在产品中的长期阻燃稳定性较差；硼系阻燃剂需要和其他类型阻燃剂复配才能达到所需阻燃要求；磷-氮系阻燃剂的研究已成为热点，但是尚未实现工业化生产和规模化应用；纳米复合及其他无机体系阻燃剂对材料的透明性影响较大。
目前，随着阻燃技术的进步以及人们对阻燃材料的要求日益苛刻，以上所述的单一型阻燃剂已不能满足行业需求，有相关的专家和学者提出了协同阻燃的概念，即将单一型阻燃剂复合化或者和其它阻燃剂进行有效组合，使一个体系中包含多个有效阻燃元素，这些阻燃元素能够相互协同，从而形成一个新的高效阻燃体系。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂及制备方法，本发明提供的阻燃剂热稳定性好，阻燃效率高，且所使用的原料易得、工艺先进、易于工业化生产。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂，所述阻燃剂的化学式如下：
其中r为氨丙基三乙氧基硅烷(nhch2ch2si(ch2ch3)3)或氨丙基三甲氧基硅烷(nhch2ch2si(ch3)3)。
基于相同的发明构思，本发明还提供了一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂，包括如下步骤：
s1:将六氯磷腈加入丙酮溶液中进行溶解；
s2：于所述步骤s1制得的六氯磷腈溶液中滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷进行反应，滴加速度为2～3滴/秒；
s3：于所述步骤s2制得的混合液中加入氧化铝，去除混合液中的有色杂质；
s4:于所述步骤s3制得的混合液中滴加氢氧化钠，将混合液的ph值调为中性；
s5：将所述步骤s4制得的混合液进行蒸馏，将混合液中的丙酮去除，蒸馏温度为50～70℃；
s6：将所述步骤s5制得的混合液进行减压抽滤，干燥得到所述阻燃剂。
优选地，所述步骤s2进一步包括：
s21：于所述步骤s1制得的六氯磷腈溶液中滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷，并于冰浴条件下反应1～3h；
s22：将所述步骤s21制得的混合液于常温下反应10～14h。
优选地，所述步骤s1中的丙酮与六氯磷腈的质量比为1：7。
优选地，所述步骤s2中的六氯磷腈与γ-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：6～1：7。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明提供了一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂，采用六氯磷腈与硅烷偶联剂为原料进行反应，其中硅烷偶联剂采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷，本发明提供的阻燃剂外观为白色，热稳定性好，阻燃效率高。
2)本发明还提供了一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂的制备方法，首先将六氯磷腈加入丙酮溶液中进行溶解，然后于六氯磷腈溶液中滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷进行反应，再加入氧化铝，去除混合液中的有色杂质，接着滴加氢氧化钠，将混合液的ph值调为中性，蒸馏去除混合液中的丙酮，最后对混合液进行减压抽滤，干燥制得阻燃剂，该阻燃剂外观为白色，热稳定性好，阻燃效率高，且本发明所使用的原料易得、工艺先进、易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例二中的六氯磷腈与γ-氨丙基三乙氧基硅烷反应的化学方程式；
图3为本发明实施例二中合成的氨丙基硅氧烷基环三磷腈的红外谱图；
图4为添加10％实施例二中的氨丙基硅氧烷基环三磷腈的聚丙烯的烟气释放量曲线；
图5为添加10％实施例二中的氨丙基硅氧烷基环三磷腈的聚丙烯的热释放速率曲线；
图6为添加10％实施例二中的氨丙基硅氧烷基环三磷腈的聚丙烯的总热释放量；
图7为本发明实施例三中的六氯磷腈与γ-氨丙基三甲氧基硅烷反应的化学方程式。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂及制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例一
本实施例提供了一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂，阻燃剂的化学式如下：
其中r为氨丙基三乙氧基硅烷(nhch2ch2si(ch2ch3)3)或氨丙基三甲氧基硅烷(nhch2ch2si(ch3)3)。
实施例二
基于相同的发明构思，参看图1所示，本实施例提供了一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂，包括如下步骤：
s1:将六氯磷腈加入丙酮溶液中进行溶解，其中原材料六氯磷腈购买自上海摩楷生物科技有限公司，其cas号为940-71-6，六氯磷腈的纯度为98％；原材料丙酮为国药试剂，其纯度大于等于99.5％，步骤s1的具体操作为：
将六氯磷腈溶于丙酮中，并用磁力搅拌器搅拌20min使其充分溶解，溶解过程中，采用薄膜将烧杯封住，防止丙酮过度挥发；
在本实施例中，丙酮与六氯磷腈的质量比为1：5-10，优选为1:7；
s2：于步骤s1制得的六氯磷腈溶液中滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷进行反应，反应式如图2所示，滴加速度为2～3滴/秒；
在本实施例中，步骤s2进一步包括：
s21：于步骤s1制得的六氯磷腈溶液中滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷，并于冰浴条件下反应1～3h，优选为2h；
s22：然后将步骤s21制得的混合液于常温下反应10～14h，优选为12h；
在本实施例中，六氯磷腈与γ-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：6～1：7，优选为1：6；
s3：于步骤s2制得的混合液中加入氧化铝，去除混合液中的有色杂质；
s4：于步骤s3制得的混合液中滴加氢氧化钠，将混合液的ph值调为中性；
s5：将步骤s4制得的混合液进行蒸馏，将混合液中的丙酮去除，蒸馏温度为50～70℃，优选为60℃；
s6：将步骤s5制得的混合液进行减压抽滤，干燥得到阻燃剂，具体为：
将步骤s5制得的混合液加水进行过滤，得到白色固体，将白色固体放入干燥箱中干燥六小时得到阻燃剂，参见图3所示，六氯磷腈溶液与γ-氨丙基三乙氧基硅烷反应合成制得氨丙基硅氧烷基环三磷腈，图3的曲线中，2980、2890cm-1处的峰为-ch2-的伸缩振动峰，1100cm-1处的峰为-si-o-ch3的伸缩振动峰，720cm-1处的峰为磷腈基团的伸缩振动峰，红外谱图证明合成的产物为氨丙基硅氧烷基环三磷腈。
参见图4至图6所示，将制得的阻燃剂进行烟气释放量、热释放速率及总热释放量的性能测试，参见图4所示，在材料燃烧初期和中期，添加阻燃剂的聚丙烯材料放烟量明显较少，说明该阻燃剂有一定的抑烟效果；参见图5所示，纯的聚丙烯热释放峰值为675kw/m2，添加10％阻燃剂后的热释放为375kw/m2，热释放峰值下降300kw/m2，下降44.4％；参见图6所示，聚丙烯热释放量为92mj/m2，添加10％阻燃剂后总热释放为81mj/m2,总热释放下降11mj/m2,下降11.9％。
通过该制备方法制得的阻燃剂外观为白色，热稳定性好，阻燃效率高，且本发明所使用的原料易得、工艺先进、易于工业化生产。
实施例三
基于相同的发明构思，本实施例提供了一种含磷腈结构与硅氧烷结构的阻燃剂，包括如下步骤：
s1:将六氯磷腈加入丙酮溶液中进行溶解，其中原材料六氯磷腈购买自上海摩楷生物科技有限公司，其cas号为940-71-6，六氯磷腈的纯度为98％；原材料丙酮为国药试剂，其纯度大于等于99.5％，步骤s1的具体操作为：
将六氯磷腈溶于丙酮中，并用磁力搅拌器搅拌20min使其充分溶解，溶解过程中，采用薄膜将烧杯封住，防止丙酮过度挥发；
在本实施例中，丙酮与六氯磷腈的质量比为1：6-10，优选为1:7；
s2：于步骤s1制得的六氯磷腈溶液中滴加γ-氨丙基三甲氧基硅烷进行反应，反应式如图7所示，滴加速度为2～3滴/秒；
在本实施例中，步骤s2进一步包括：
s21：于步骤s1制得的六氯磷腈溶液中滴加γ-氨丙基三甲氧基硅烷，并于冰浴条件下反应1～3h，优选为2h；
s22：然后将步骤s21制得的混合液于常温下反应10～14h，优选为12h；
在本实施例中，六氯磷腈与γ-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：6～1：7，优选为1：6；
s3：于步骤s2制得的混合液中加入氧化铝，去除混合液中的有色杂质；
s4:于步骤s3制得的混合液中滴加氢氧化钠，将混合液的ph值调为中性；
s5：将步骤s4制得的混合液进行蒸馏，将混合液中的丙酮去除，蒸馏温度为50～70℃，优选为60℃；
s6：将步骤s5制得的混合液进行减压抽滤，干燥得到阻燃剂，具体为：
将步骤s5制得的混合液加水进行过滤，得到白色固体，将白色固体放入干燥箱中干燥六小时得到阻燃剂。
通过该制备方法制得的阻燃剂外观为白色，热稳定性好，阻燃效率高，且本发明所使用的原料易得、工艺先进、易于工业化生产。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。