含膦酸酯阻燃剂的聚合物配混物的制作方法

含膦酸酯阻燃剂的聚合物配混物
1.本发明的主题
2.本发明涉及含有聚合物材料和基于氨基甲基双膦酸根的磷阻燃剂的配混物、用于制造该配混物的方法、阻燃剂的用途以及选定的阻燃剂结构。
3.发明背景
4.已知多种物质可用于装配具有阻燃性的聚合物材料；这些物质可以单独使用，也可以与提供类似或补充阻燃性的其他物质结合使用。最著名的阻燃剂包括：卤化有机化合物、金属氢氧化物、有机或无机磷酸盐/酯、膦酸盐/酯或次膦酸盐/酯，以及1,3,5-三嗪化合物的衍生物和它们的混合物。阻燃剂可分为低分子型和高分子型。尽管高分子或聚合物阻燃剂(例如科莱恩公司(clariant)的卤化多元醇exolit op 550)有利地在聚合物材料中仅具有较小的软化效果(softener effect)和较低的迁移能力，与低分子阻燃添加剂不同，其在技术加工期间通常不易与待保护的聚合物材料混合，尤其是在较低熔融能力下。此外，添加高分子阻燃剂会对聚合物材料的固化产生负面影响。
5.因此，大多数使用的阻燃剂都是低分子化合物。其中，已知磷化合物在这方面特别有效。在火灾中，这些物质会在聚合物材料中膨胀成大量保护层，这被称为膨胀。该过程形成了阻隔层，阻止氧气供应，防止聚合物材料继续燃烧。在固相中，阻燃效果也可以基于聚合物材料炭化率的增加或无机玻璃的形成。阻燃活性也通过气相机制促进，所述气相机制涉及通过与磷化合物燃烧产生的po自由基的自由基结合(radical combination)，显著减缓了聚合物材料的燃烧过程。卤化磷酸盐/酯如三(2-氯乙基)磷酸酯(tcep)和三(2-氯异丙基)磷酸酯(tcpp)是最重要的磷化合物。但由于其潜在的毒性和与其使用相关的生态问题，其使用越来越受限，特别是因为该磷酸盐/酯发生生物积累，并且城市水处理厂很难从废水中去除这些磷酸盐/酯。此外，其含有卤素，会在火灾中产生并释放hx气体和其它有毒化合物。这种腐蚀性火灾气体代表着升高的风险，尤其是在电子应用中。
6.卤化和无卤磷酸盐/酯是磷阻燃剂的替代品。与磷酸盐/酯相比，其具有特别明显的阻燃气相活性。de 2 128 060描述了在聚氨酯中使用磷浓度高达23.2重量％的氨基甲烷膦酸酯作为阻燃剂。氨基甲烷膦酸酯由六亚甲基四胺和二烷基或二芳基膦酸酯产生。这些膦酸酯的使用包括使其与其他可能需要的添加剂一起溶解在聚氨酯形成混合物的多元醇组分中，然后向其中添加多异氰酸酯。含有nh基团的酯通过添加到异氰酸酯基团上而掺入聚合物材料中。
7.ep 0 001 996涉及n,n-双-(2-羟基烷基)氨基甲烷膦酸二甲酯的生产，其主要用作聚合物材料、尤其是聚氨酯中的阻燃添加剂。其通过向二甲基次磷酸酯和噁唑烷的混合物中添加h-酸性化合物作为催化剂来合成。该产品具有末端仲羟基，并且当添加聚氨酯形成混合物的聚合物组分时，可将其掺入聚合物材料中。然而，添加的h-酸性物质仍保留在聚合物材料中，可能会损害其特性。或者，在添加多元醇组分以使其与膦酸酯分离之前，需要转化为相应的碱性盐。
8.ca 2 027 078涉及氨基甲烷膦酸芳基酯，其可用作泡沫、热塑性塑料和硬塑性塑料中的阻燃剂。相应化合物通过胺与三烷基次磷酸酯或三芳基次磷酸酯和多聚甲醛反应生
成。该产品可以在挤出期间添加到经加工的聚合物材料中，也可以用作聚合物缩合反应中共缩合组分的添加剂。
9.liu等人在工业工程化学研究(ind.eng.chem.res.)(2017),56,8789-8696中讨论了具有阻燃效果的dopo衍生物，这些衍生物由dopo(9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物)、多聚甲醛和哌嗪制成。这些材料不含卤素，用于聚碳酸酯时具有阻燃效果。但与上述文献一样，这些化合物的热稳定性也非常低，这是由p-ch2n基团的弱p-c键引起的。尽管p-c键理论上是化学和热稳定的，但α-氨基使均裂产生的碳自由基稳定了；因此，这些阻燃剂中的p-c键在相对较低的温度下已经断裂。由于均裂形成的叔胺摩尔质量较低，后者作为挥发性组分消散，并导致相应的质量损失。当阻燃剂嵌入聚合物材料中时，胺的释放可能会导致升高的烟气。由于低分解温度，阻燃剂在嵌入它们的聚合物材料模塑加工期间已经部分分解。这些阻燃剂的另一个缺点是，由于其磷浓度低，必须以高浓度添加到聚合物材料中，这显著损害了聚合物材料的加工性、柔韧性和其他产品特性。
10.任务
11.鉴于此背景，本发明的任务是提供一种含有聚合物材料的组合物，其阻燃剂具有与现有技术中已知的类似或甚至更好的阻燃特性，可在组合物中以较低浓度使用、同时还能提供良好的阻燃性，仅在高于已知阻燃剂的温度下分解、优选在远高于加工和/或生产温度且略低于聚合物材料分解温度或在聚合物材料分解温度下分解，并且当阻燃剂在聚合物材料中分解时，会产生较低的烟气密度和/或降低的烟气毒性。
12.方案
13.本发明通过指定组合物来解决该问题，所述组合物包含聚合物材料，尤其是热固性聚合物材料，且其中含有和/或结合有阻燃剂，含量为相对于整个组合物的1重量％至40重量％，其特征在于，所述阻燃剂是式(i)的化合物、其相应的铵盐、其相应的膦酸盐或上述化合物的混合物：
[0014][0015]
其中，
[0016]
(n-i)r1和r2是相同或不同的取代基，并且选自下组：直链、支化或环状烷基、烯基和炔基、未取代和烷基取代的苯基、单核芳烃和最多4个核的多核芳烃、单核杂芳烃和最多4个核的多核杂芳烃、甲硅烷基、烯丙基、烷基或芳醇，或
[0017]
(n-ii)r1和r2与n原子一起形成具有4-8个环原子的饱和或单不饱和或多不饱和杂环，所述环原子选自碳、氧、硫、磷、硅和氮，其中，如果其具有氮原子作为环原子，则杂环上的这些氮原子优选被h、烷基、芳基或具有以下结构(ii)的甲基二膦酸根基团取代，
[0018][0019]
并且，如果具有碳、磷或硅作为环原子，则杂环上的这些原子可以优选具有选自下组的取代基：h，烷基，芳基，-nh2，-nhr，-nr2，-oh，-or，＝o，-i，-cl，-br，f，-n3，-sh，-sr，-ocn，环氧基，内酰胺，内酯，氮杂环丙烷，乙交酯，噁唑啉，醚，亚烯基和亚炔基，-sir
xhy
，其中，r＝烷基、烯基、炔基或芳基，并且x+y＝3，
[0020]
并且，其中-x-是氧原子-o-，或-x-是单键，并且
[0021]
其中，
[0022]
(p-i)r3、r4、r5和r6是相同或不同的取代基，并且选自下组：h、直链、支化或环状烷基、烯基和炔基、未取代和烷基取代的苯基、最多4个核的多核芳烃、单核杂芳烃和最多4个核的多核杂芳烃、甲硅烷基、烯丙基、烷基或芳醇，以下结构(iii)和(iv)，其中，n＝0至100，
[0023][0024]
以及阳离子，其中，阳离子是na
+
、k
+
、mg
2+
、ca
2+
、b
3+
、al
3+
、zn
2+
、nh
4+
或胺化合物的铵离子，所述胺化合物选自三聚氰胺或其缩合产物组成的组，优选蜜白胺(melam)、蜜勒胺(melem)、蜜瓜胺(melon)、脲、胍、吗啉和哌嗪，
[0025]
和/或
[0026]
(p-ii)当
–
x
–
是氧原子
–o–
，-or3和-or4以及/或者
–
or5和
–
or6以及/或者
–
or3和
–
or5以及/或者
–
or4和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，
[0027]
和/或
[0028]
(p-iii)当
–
x
–
是单键时，-r3和-or4以及/或者
–
r3和
–
or5与次膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，并且/或者
–
or5和
–
or6以及/或者
–
or4和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，
[0029]
其中，
[0030]
a.)取代基r1至r6中的一个或
[0031]
b.)当
[0032]
1)取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酯或环膦酸酯时，或
[0033]
2)取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酐或环膦酸酐时，或
[0034]
3)取代基r1和r2根据(n-ii)形成杂环时，
[0035]
所形成的环中的一个
[0036]
具有不带电荷或带负电荷的第一官能团，所述不带电荷或带负电荷的第一官能团具有：
[0037]
a)选自下组的杂原子：p、o、n、s、i、cl、br、f；和/或
[0038]
b)烯烃或炔基，
[0039]
其中，官能团不是-oh，并且
[0040]
对于1)至3)的环之一具有官能团的情况，所述环的环原子被官能团或具有官能团的取代基取代。
[0041]
本发明将官能团定义为键中的原子团，其实质上决定了物质性质和化合物的反应行为，例如，因为其影响了分子的极性和/或因为其可以与其他化合物反应。然而，本发明规定的官能团不包括这些原子团：其中a)项下引用的杂原子之一或烯烃或炔烃基团是芳烃体系(例如芳烃和杂芳烃)环一部分。
[0042]
为了本发明的目的，不带电荷或带负电荷的官能团不是-oh的事实并不意味着取代基r1至r6或当取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酯或环膦酸酯或取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酐或环膦酸酐或取代基r1和r2根据(n-ii)形成杂环时所形成的环之一不能具有oh基团。然而，为了本发明的目的，其必须另外具有如权利要求1所述的不带电荷或带负电荷的第一官能团。
[0043]
取代基r1至r6或当取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酯或环膦酸酯或取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酐或环膦酸酐或取代基r1和r2根据(n-ii)形成杂环时所形成的环之一优选不具有oh基团。例如，当oh基团与聚合物材料中的其他添加剂反应时，这可能是有利的。
[0044]
当取代基r1至r6根据1)至3)形成环时，官能团可以仅设置在环原子的取代基上，并且因此可以不是环本身的一部分。因此，官能团并未设置在环中，而是设置在环的环原子的取代基上。例如，r1至r2可以形成吗啉环，并由此根据3)形成环；然而，环中所含的醚基团并不代表如本发明所定义的官能团。然而，吗啉的环原子可另外被根据本发明的官能团或具有根据本发明的官能团的取代基取代。
[0045]
在优选实施方式中，
–
x
–
是氧原子
–o–
，并且-or3和-or4与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，并且
–
or5和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐。
[0046]
在优选实施方式中，
–
x
–
是氧原子
–o–
，并且-or3和-or5与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，并且
–
or4和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐。
[0047]
在其它优选实施方式中，
–
x
–
是单键，并且-r3和-or4与次膦酸根的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环次膦酸酯或环次膦酸酐，并且
–
or5和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐。
[0048]
在其它优选实施方式中，
–
x
–
是单键，并且-r3和-or5与次膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环次膦酸酯或环次膦酸酐，并且
–
or4和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐。
[0049]
特别优选地，r1和r2与氮原子一起形成吗啉环或哌啶环。
[0050]
在本发明的优选实施方式中，取代基r3至r6或由后者所形成的环具有第一官能团。
[0051]
在本发明的优选实施方式中，r1和r2与氮原子一起根据(n-ii)形成杂环，其中，如果具有碳、磷或硅作为环原子，则杂环上的原子具有优选选自下组的取代基：h，烷基，芳基，-nh2，-nhr，-nr2，-oh，-or，＝o，-i，-cl，-br，f，-n3，-sh，-sr，-ocn，环氧基，内酰胺，内酯，氮杂环丙烷，乙交酯，噁唑啉，醚，亚烯基和亚炔基，-sir
xhy
，其中，r＝烷基、烯基、炔基或芳基，并且x+y＝3。
[0052]
在本发明的优选实施方式中，第一和/或第二其它官能团具有来自下组的杂原子：p、o、n、s、si或烯基或炔基。因为当阻燃剂在火灾中分解时，基于卤素的取代基会产生升高的烟雾，因此可以通过避免卤素取代基使烟气体积最小化。
[0053]
特别优选地，组合物的总卤素含量以重量计《1000ppm，优选以重量计《850ppm。卤素含量可通过本领域技术人员已知的常规方法确定，例如，燃烧离子色谱法(cic)。与现有技术的阻燃剂相比，特别低的卤素含量是有利的，因为已知的阻燃剂以无机和有机结合卤素的形式具有不期望的高卤素量。本文所限定的术语“不含卤素”允许上述最大值内的少量卤素污染物。但卤素的量通常必须受到限制，以避免卤素的不利影响。
[0054]
在本发明的优选实施方式中，取代基r3、r4、r5和r6中的至少一个是有机基团，其中，这些有机基团各自具有超过两个、优选超过三个碳原子。
[0055]
根据本发明的阻燃剂可以使用如de 31 33 308 a1所述的方法来生产。根据后者，当乙酸酐或乙酰氯和磷酸的反应产物使用烷基甲酰胺按化学计量比转化时，以非常好的产率获得烷基氨基甲烷-二膦酸或其丙烯酸类衍生物。通过将第一转化阶段(例如，乙酸酐或乙酰氯与磷酸的转化)的反应温度保持在40℃至60℃，可获得尽可能高的产率。第一反应步骤也可以用三氯化磷和乙酸的混合物代替反应物乙酸酐或乙酰氯和磷酸进行。单烷基和二烷基甲酰胺(例如，甲基和二甲基甲酰胺、乙基和二乙基甲酰胺)以及吗啉、哌啶、吡咯烷(pyrolidine)、噁唑烷、烷醇胺的甲酰基化合物被描述为合适的烷基甲酰胺。
[0056]
根据本发明的阻燃剂的热稳定性比现有技术已知的膦酸盐/酯更高，后者氮的α位置上的碳仅被一个膦酸根基团取代。这意味着分解温度高于相当的已知膦酸盐/酯。在本发明的上下文中，分解温度定义为达到2重量％的阻燃剂干燥样品质量损失时的温度。例如，氨基三亚甲基膦酸(atmp，cas:6419-19-8)在176.4℃时已达到2重量％的质量损失(参见图5)。对于根据本发明的膦酸酯(phosphonate)，只有在明显更高的温度下才能达到相应的质量损失(参见图2和图4)。
[0057]
样品的质量损失随温度的变化可通过热重分析法测定。在这种情况下，“干燥/干”表示阻燃剂的含水量小于0.5重量％。阻燃剂的含水量可通过本领域技术人员已知的方法测定，例如比色卡尔费休滴定法(colorimetric karl fischer titration)或近红外光谱法。根据本发明的阻燃剂尤其适合掺入将会通过挤出进行加工的聚合物材料中，因为其在通常用于挤出的加工温度下不会分解，而是仅在火灾期间发生的较高温度下分解，并且随后发挥其阻燃效果。
[0058]
根据本发明的阻燃剂的特征还为较低的烟气发生率。这也表示为分解后的较高的残余质量。
[0059]
发明人假设根据本发明的阻燃剂的热稳定性增强是基于其特殊结构。氨基甲烷膦
酸酯的热分解首先导致p-ch2n基团的弱p-c键断裂。尽管p-c键理论上是化学和热稳定的，但α-氨基使均裂产生的碳自由基稳定了；因此，这些阻燃剂中的p-c键在相对较低的温度下已经断裂。由于现有技术已知化合物上的α-氨基具有相对较低的摩尔重量，因此相应的胺在均裂后可作为气体产物消散。胺的消散代表反应的热力学驱动力，因此反应优先发生。在本发明的阻燃剂上，另一膦酸根基团在胺基的α位置与碳自由基结合。因此，胺的摩尔重量更高，因此，原理上只能以低得多的比例消散。为了使胺可以在较低的温度下消散，其必须具有较低的质量；这只能通过使p-c键均匀地断裂至第二膦酸根基团来实现。但因为这会产生特别不稳定的碳负离子，所以这个反应要么不发生，要么根本不会发生。因此，聚合物材料中的任何分解都会导致显著降低的胺释放，从而降低烟气的发生率。此外，由于胺在键断裂后不会立即消散，因此可能发生反向反应，例如，两个自由基结合成原始键。上述效应的结果是，使p-c键破裂不像现有技术中化合物的情况那样有利；因此，根据本发明的氨基甲烷膦酸酯具有明显更高的热稳定性。
[0060]
具有第一官能团和任何其它官能团的至少一个杂原子和/或至少一个烯基或炔基也导致增强的阻燃性。发明人假设杂原子和/或烯基或炔基可以与其高激发自由电子对和/或π键合电子对形成自由基。这些自由基与燃烧过程中产生的其它自由基的结合减缓了分解反应。由于根据本发明的阻燃剂非常均匀地分布在聚合物材料中，因此实现了特别好的阻燃性能。
[0061]
在本发明的优选实施方式中，取代基r1至r6或通过其形成的环具有至少一个其它官能团，所述至少一个其它官能团是选自下组的杂原子：p、o、n、s、si、i、cl、br、f和/或烯基或炔基。这进一步提高了上述减缓自由基驱动的分解过程的效果，从而增强了阻燃效果。
[0062]
在本发明的优选实施方式中，取代基r1至r6或由其形成的环具有至少两个、优选至少三个、更优选至少四个、最优选至少五个其它官能团。
[0063]
在本发明的优选实施方式中，取代基r1至r6或由后者形成的环各自具有至少一个官能团。在本发明特别优选的实施方式中，取代基r3至r6或由后者形成的环各自具有至少一个官能团。特别优选地，官能团的数量与所有取代基或由此形成的环匹配。最优选地，r3至r6是相同的取代基。该通式(i)的化合物尤其容易获得，例如通过相应膦酸的酯化。
[0064]
在本发明的优选实施方式中，第一和/或其它官能团用于使阻燃剂的极性与聚合物材料的极性匹配。当阻燃剂和聚合物材料具有相当的极性，阻燃剂可能更容易掺入聚合物材料中，因此导致更好的分布。随后阻燃剂更难从聚合物材料中迁移。
[0065]
在本发明的优选实施方式中，阻燃剂的第一官能团和/或其它官能团选自下组：-nh2，-nhr，-nr2，-oh，-or，＝o，-sh，-sr，-cooh，-coor，-ocn，-scn，-sir
xhy
，-i，-cl，-br，-f，-n3，以及环氧基，内酰胺，内酯，氮杂环丙烷，乙交酯，噁唑啉，其中，r＝烷基、烯基、炔基或芳基，并且x+y＝3。
[0066]
选择这些官能团具有如下优点：与没有官能团的烷基和/或芳基取代基相比，取代基的极性增加。因此，相应的阻燃剂可以更容易掺入极性聚合物材料(例如，聚丙烯酸酯、聚氨酯或聚酰胺)中，并且更难以从聚合物材料中迁移。
[0067]
在本发明的其它优选实施方式中，阻燃剂的第一官能团和/或其它官能团选自下组：-sir
xhy
，亚烯基(alkenylenes)和亚炔基(alkinylenes)，其中，r＝烷基、烯基、炔基或芳基，并且x+y＝3。
[0068]
选择这些官能团具有如下优点：与没有官能团的烷基和/或芳基取代基相比，取代基的极性降低。因此，相应的阻燃剂可以更容易掺入非极性聚合物材料如聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯)中，并且更难以从聚合物材料中迁移。
[0069]
此外，具有上述官能团的化合物可以用作共聚单体，用于生产聚合物材料，由此使阻燃剂共价结合到聚合物材料中。这具有如下优点：阻燃剂不能从聚合物材料中迁移或只能非常困难地从聚合物材料中迁移。还实现了聚合物材料中更均匀的阻燃剂分布。这导致了提高的阻燃性。
[0070]
在优选的实施方式中，第一官能团和/或其它官能团可以是nh
2-基团。随后可以将阻燃剂添加到聚合物缩合反应中，并且通过与其中一个单体的亲电基团反应而嵌入聚合物链中。下文显示了聚酰胺6,6形成的示例。
[0071][0072]
在本发明的特别优选的实施方式中，根本发明的阻燃剂具有选自下组的其它官能团：-nh2，-nhr，-nr2，-oh，-or，＝o，-sh，-sr，-cooh，-coor，-ocn，-sir
xhy
，-i，-cl，-br，-f，以及环氧基，内酰胺，内酯，氮杂环丙烷，乙交酯，噁唑啉，醚、亚烯基和亚炔基，其中，r＝烷基、烯基、炔基或芳基，并且x+y＝3。
[0073]
这提高了使阻燃剂嵌入聚合物链的可能性，并使得与嵌入相关的优点最大化。在本发明的特别优选的实施方式中，根据本发明的阻燃剂具有至少两个官能团，所述至少两个官能团与聚合物材料单体的那些匹配。因此，阻燃剂可以嵌入聚合物链中，而不会导致链终止。
[0074]
在本发明的特别优选的实施方式中，根据本发明的阻燃剂具有至少两个不同的官能团。因此，阻燃剂可以嵌入不同的聚合反应中。例如，一个官能团可以是nh2基团，而另一个可以是烯基。随后，可以使用自由基驱动聚合或使用与nh2基团的缩聚反应，使阻燃剂嵌入具有烯基的聚合物链中。
[0075]
根据本发明的阻燃剂具有如下优点：其是液体和/或易于溶解在极性溶剂中，并且因此对溶剂粘度的影响很小。因此，根据本发明的阻燃剂容易进行加工，并且嵌入聚合反应中。特别地，可以通过使用根据本发明的阻燃剂来减少加聚和缩合反应期间发生的粘度问题。这导致随后发生特罗姆斯多夫-诺里什效应(trommsdorf-norrish effect)；因此，可以获得更高的聚合物材料平均摩尔质量。
[0076]
在优选实施方式中，r1和r2形成环，并且是相同或不同的取代基，其中，至少一个取
代基是三聚氰胺，其中氨基基团的氮原子被h、烷基、芳基或以下结构(ii)的甲基二膦酸根基团取代。
[0077][0078]
特别优选地，在氨基基团的各氮原子上，一个取代基是h，并且另一个是结构(ii)的甲基二膦酸根基团。在另一优选实施方式中，各氮原子上的两个取代基是结构(ii)的甲基二膦酸根基团。
[0079]
阻燃剂和聚合物材料的极性差异导致根据类别，极性阻燃剂(如磷酸酯)容易从非极性聚合物材料(如聚乙烯)中迁移。
[0080]
特别优选地，阻燃剂的第一官能团和/或其它官能团是烯基或炔基。这具有如下优点：阻燃剂可以在聚合反应期间，尤其是自由基驱动或离子驱动聚合反应期间，与非极性聚合物材料(例如聚烯烃)结合。这防止从聚合物材料的迁移。
[0081]
特别是，当受保护的聚合物材料不是非极性聚烯烃而是极性聚合物如聚酰胺、聚氨酯、或聚酯时，其可以有利地将本发明的阻燃剂用作酸。阻燃剂优选是酸，当用作共缩合/加成组分时尤为如此。在本发明的优选实施方式中，因此r3、r4、r5和r6中至少一个、优选至少两个、特别优选至少三个、最优选四个基团是h。例如，根据本发明的阻燃剂可以优选地以酸形式添加至聚氨酯发泡工艺，用作共加成组分。不囿于该理论，发明人假设异氰酸酯和膦酸基团的反应通过形成特别稳定的p-o-c(＝o)-n基团使阻燃剂嵌入聚合物中，这有利地影响了聚氨酯的分解行为。类似地，这适用于通过加聚反应生产的其他聚合物，如聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚乙二醇和聚脲。在这里，膦酸基团也与其中一种组分反应，因此嵌入聚合物中。因此，在生产这些聚合物时，使用酸形式的阻燃剂作为共加成组分是特别优选的。
[0082]
类似地，优选实施方式使用酸形式的本发明阻燃剂作为聚合反应中的共缩合组分。在这种情况下，发明人假设膦酸基团与缩合反应组分的羟基或胺基反应，从而使之嵌入聚合物中。因此，根据本发明的阻燃剂优选以酸形式用作共缩合组分，以产生聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺。
[0083]
在本发明的优选实施方式中，取代基r3和/或r4和/或r5和/或r6有机基团具有超过两个碳原子。含有短链碳基团、尤其是甲基的膦酸酯是现有技术已知的。但因为这些物质在分解条件下具有烷基化作用，因此其可能毒性非常高。例如，人dna可能会永久性受损。但随着链长增加，烷基化效果大幅降低。
[0084]
在使聚合物嵌入塑料基质的热加工方法期间，聚合物的分解温度优选高于塑料基质的加工温度。这确保了当达到塑料基质的加工温度时，聚合物不会发生分解过程。聚合物的分解温度优选比塑料基质的加工温度高超过10℃，尤其优选比塑料基质的加工温度高超过20℃，最优选比塑料基质的加工温度高超过50℃。
[0085]
当聚合物的分解温度显著高于聚合物所嵌入的塑料基质的分解温度时，塑料基质将在火灾事件中分解，然后聚合物可以部分分解以发挥其阻燃效果。相反，当聚合物的分解
温度显著低于塑料基质的分解温度时，分解的聚合物可能已经进行了后续反应，从而大幅降低了其阻燃效果。因此，聚合物的分解温度与塑料基质的分解温度之差优选小于100℃、尤其优选小于50℃、最优选小于20℃。
[0086]
在本发明的优选实施方式中，分解温度(例如，干阻燃剂的质量损失为2重量％)只在200℃的温度开始，尤其优选在220℃、最优选在245℃的温度开始达到。
[0087]
聚合物的分解温度依赖“测量方法”章节中所述的热重分析方法来确定。如果加热速率为10k/分钟，则分解温度是干燥样品质量损失达到2％时的温度。
[0088]
由于氮α位置上的碳原子被膦酸根基团取代两次，因此根据本发明的阻燃剂的磷含量比现有技术中已知的膦酸酯更高。我们能够确定磷基阻燃剂的阻燃效应随着磷含量的增加而增加。因此，根据本发明的阻燃剂的效果，例如每单位质量的所用阻燃剂的阻燃效应特别高。即使在聚合物材料中的阻燃剂浓度较低的情况下，也可以达到良好的阻燃效果。同时，材料的性能(尤其是其加工性能和断裂伸长率)几乎不受影响。在优选实施方式中，阻燃剂的磷含量为至少10重量％，优选至少12重量％、特别优选至少14重量％、最优选至少15重量％。为了确保本发明阻燃剂的高磷含量，取代基r
1-r6有利地具有尽可能低的质量。
[0089]
尤其是当优选催化的聚合反应的一种或几种组分作为添加剂添加时，有利的是使用作为盐或酯的本发明阻燃剂，尤其优选作为盐。这避免了阻燃剂的游离酸基与反应催化剂等组分的潜在相互作用。根据本发明的阻燃剂还有利地作为盐或酯用在ph敏感聚合物材料上，该ph敏感聚合物材料例如是当暴露于酸时其结构会改变和/或分解的聚合物材料。对于该应用，盐形式也可以溶解在水中，并以某种方式与多元醇均匀混合。水溶性盐形式也可容易且均匀地掺入水基涂料和涂层体系中。当阻燃剂作为酯使用时，相关的疏水作用可以另外促进与基质的更好结合，继而产生改进的力学性能，减少从聚合物的迁移。
[0090]
在本发明的优选实施方式中，基团r3、r4、r5和r6中的至少一个、优选至少两个、甚至更优选至少三个、最优选至少四个因此是阳离子，其中，阳离子是na
+
、k
+
、mg
2+
、ca
2+
、b
3+
、al
3+
、zn
2+
、nh
4+
或胺化合物的铵离子，所述胺化合物选自三聚氰胺或其缩合产物，优选蜜白胺、蜜勒胺、蜜瓜胺、脲、胍、吗啉和哌嗪。na
+
和ca
2+
是特别优选的。最优选na
+
用作阳离子，因为其摩尔质量低；因此，阻燃剂中磷的重量份额可以保持尽可能高。
[0091]
在优选的实施方式中，聚合物材料包含阻燃剂，相对于整个聚合物组合物，其量为至少1.5重量％、或至少5重量％,、或至少10重量％、或至少15重量％并且/或者其量不超过35重量％、或不超过30重量％、或不超过25重量％。
[0092]
在本发明的优选实施方式中，整个组合物包含量为至少50重量％，优选至少70重量％、特别优选至少80重量％、最优选至少90重量％的聚合物材料。
[0093]
这些量的比首先确保了聚合物组合物的良好阻燃性，其次对聚合物材料的加工和材料性能的影响仅非常小。
[0094]
根据本发明的阻燃剂可以有利地与其它阻燃剂组合使用，例如，与通过另一机制提供阻燃性的那些阻燃剂组合使用。根据本发明的阻燃剂与其他阻燃剂的相互作用可实现协同效应，例如，超出单个组分的阻燃效果之和的效果。
[0095]
根据本发明的组合物的聚合物材料可以是弹性体、热固性或热塑性聚合物材料。聚合物材料优选是热固性或热塑性聚合物材料，特别优选是热固性聚合物材料。
[0096]
在优选实施方式中，聚合物材料包含至少一种其它阻燃剂组分，所述至少一种其
它阻燃剂组分优选选自：氮碱，三聚氰胺衍生物，磷酸盐/酯，焦磷酸盐/酯，多磷酸盐/酯，有机和无机次膦酸盐/酯，有机和无机膦酸盐/酯和上述化合物的衍生物，优选选自：聚磷酸铵；以及三聚氰胺；三聚氰胺树脂；三聚氰胺衍生物；硅烷；硅氧烷；聚硅氧烷；硅酮或聚苯乙烯；涂覆和/或未涂覆并且交联的聚磷酸铵颗粒；以及1,3,5-三嗪化合物，其包括三聚氰胺、蜜白胺、蜜勒胺、蜜瓜胺、阿梅林(ammelin)、阿梅利德(ammelid)、2-脲基三聚氰胺、乙酰胍胺、苯并胍胺、二氨基苯基三嗪、三聚氰胺盐和加合物、氰脲酸三聚氰胺、硼酸三聚氰胺、正磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、焦磷酸双三聚氰胺、二乙基次膦酸铝、聚磷酸三聚氰胺、1,3,5-三嗪化合物的低聚物和聚合物和1,3,5三嗪化合物的多磷酸盐；鸟嘌呤；磷酸哌嗪；多磷酸哌嗪；乙二胺磷酸盐；季戊四醇；双季戊四醇；磷酸硼；1,3,5-三羟乙基异氰脲酸酯；1,3,5-三缩水甘油基异氰脲酸酯；三烯丙基异氰脲酸酯和上述化合物的衍生物。在优选实施方式中，聚合物材料包含蜡、硅酮、硅氧烷、脂肪或矿物油，用于改进其他阻燃剂组分的分散。
[0097]
除了根据本发明的阻燃剂之外，聚合物材料优选包含磷酸盐/酯，尤其是聚磷酸铵，作为其他阻燃剂组分。聚磷酸铵特别优选是晶型i、ii或v的聚磷酸铵或其混合物，后者特别优选进行涂覆。
[0098]
晶形ii的聚磷酸铵(与其他晶形相比基本不溶于水)是特别优选的。这是粉末状物质，在没有涂覆的情况下已经具有良好的阻燃效果，同时在水中的溶解度也很低。使用经涂覆的晶形ii的聚磷酸铵的优点是，其具有更高的热稳定性，并且与聚合物的相容性更高。这导致阻燃剂在聚合物中更好地分散，改进了聚合物的加工性能，以及更高效的防火。
[0099]
由于磷酸盐/酯的固相活性通常超过膦酸酯，相比之下，膦酸酯具有更高的气相活性，因此组合可产生特别显著的阻燃效果。
[0100]
在优选的实施方式中，根据本发明的阻燃剂与聚合物材料中至少一种其他阻燃剂组分的比率为1:18至1:1，优选1:9至1:4，尤其优选1:6至1:4。这些比率也适用于当聚磷酸铵用作其他阻燃剂组分时。
[0101]
除了本发明的阻燃剂，聚合物材料还包含选自如下的其它填料：碳酸钙、硅酸盐(如滑石、粘土或微光)、高岭土或硅灰石(wolastonite)、硅藻土、硫酸钙和硫酸钡、氢氧化铝、玻璃纤维和玻璃球，以及木粉、纤维素粉和灯黑和石墨。这些填料可产生聚合物材料的其它所需性能。尤其是，这可以降低聚合物材料的价格，给聚合物材料上色，或改进其机械性能，例如通过玻璃纤维增强。
[0102]
如果使用模塑工艺将阻燃剂掺入受保护的聚合物材料中，则在掺入阻燃剂时有利地使用分散剂。因此，在本发明的其它实施方式中，相对于根据本发明的阻燃剂的重量，根据本发明的聚合物材料含有量为0.01至10重量％的分散剂，优选量为0.1至5.0重量％的分散剂，其中，分散剂优选选自：脂肪酸(包括脂肪酸酰胺，包括脂肪酸单酰胺、脂肪酸双酰胺和脂肪酸烷醇酰胺，例如油酸酰胺和芥酸酰胺)、脂肪酸酯(包括甘油酯和蜡酯)、c16至c18脂肪酸、脂肪酸醇(包括十六烷基脂肪酸醇和硬脂基脂肪酸醇)、天然蜡和合成蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡，以及金属硬脂酸盐(优选硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钡、硬脂酸铝、硬脂酸镉和硬脂酸铅)。添加上述分散剂改进了添加阻燃剂的能力、聚合物材料挤出能力以及阻燃剂分散在聚合物材料中的均匀性。
[0103]
在本发明的其它实施方式中，根据本发明的阻燃剂的游离水含量(含水量)为＜
0.6重量％、优选＜0.4重量％。低含水量同样改进了添加阻燃剂的能力、聚合物材料挤出能力以及阻燃剂分散在组合物中的均匀性，并防止水解引起的分解。
[0104]
阻燃剂可以用各种方法掺入聚合物材料中。阻燃剂可以首先在模塑工艺期间嵌入聚合物材料中。如果聚合物材料例如通过挤出进行加工，阻燃剂可以在挤出加工期间添加，例如，使用母料进行添加。本发明限定的母料是一种颗粒或粉末形式的聚合物材料，其包含浓度高于最终应用的阻燃剂和任意其它添加剂。为了生产根据本发明的聚合物材料，一种母料或不同的母料以与最终产品中所希望的阻燃剂浓度相对应的量或比例与其它聚合物材料(不含母料中所含阻燃剂)组合。与以糊料、粉末或液体的形式添加各种物质相比，母料具有确保高加工可靠性、易于加工和添加的优点。阻燃剂通过挤出均匀分散在聚合物材料中。
[0105]
阻燃剂可以掺入的聚合物材料优选选自下组：聚乙烯醇缩丁醛(pvb)；聚丙烯(pp)；聚乙烯(pe)；聚酰胺(pa)；聚酯，例如，聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)；聚氨酯(pu)；热塑性聚氨酯(tpu)；聚脲；聚苯醚；聚缩醛；聚丙烯酸酯；聚甲基丙烯酸酯；聚甲醛；聚乙烯醇缩醛；聚苯乙烯；丙烯酸-丁二烯-苯乙烯(abs)；丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(asa)；聚碳酸酯；聚醚砜；聚磺酸酯；聚四氟乙烯；聚脲；甲醛树脂；三聚氰胺树脂；聚醚酮；聚氯乙烯；聚交酯；聚硅氧烷；酚醛树脂；环氧树脂；聚酰亚胺；双马来酰亚胺-三嗪；热塑性聚氨酯；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(eva)；聚交酯(pla)；聚羟基丁酸(phb)；上述聚合物的共聚物和/或混合物。本发明的阻燃剂特别优选用于上述聚合物材料的泡沫中，尤其优选用于聚氨酯泡沫中。在该情况下，阻燃剂优选以添加剂或多元醇组分的共缩合/加成组分添加。当阻燃剂作为添加剂添加时，后者优选是盐或酯。当阻燃剂作为共缩合/加成组分添加时，后者优选是酸。
[0106]
我们可以观察到这些膦酸酯不仅具有阻燃效果，还可以对聚氨酯发泡进行催化。
[0107]
本发明还包括阻燃剂，其是式i的化合物、其相应铵盐、其相应膦酸盐、其混合物，其中，取代基r3至r6或由其形成的环优选具有第一官能团，并且/或者是，取代基r3至r6中不超过三个是h。
[0108]
本发明还包括用于生产阻燃剂的方法，所述方法包括以下步骤：
[0109]
■
提供如下物质的混合物：
[0110]
a)反应容器中的至少一种膦酸或次膦酸，其选自下组：式(v)和(vi)的化合物
[0111][0112]
其中-x-是氧原子-o-，或-x-是单键，并且
[0113]
其中，
[0114]
(p-i)r3、r4、r5和r6是相同或不同的取代基，并且选自下组：h、直链、支化或环状烷基、烯基和炔基、未取代和烷基取代的苯基、最多4个核的多核芳烃、单核杂芳烃或最多4个核的多核杂芳烃、甲硅烷基、烯丙基、烷基或芳醇，以下结构(iii)和(iv，其中，n＝0至100，
[0115][0116]
以及阳离子，其中，阳离子是na
+
、k
+
、mg
2+
、ca
2+
、b
3+
、al
3+
、zn
2+
、nh
4+
或胺键的铵离子，所述胺键选自三聚氰胺或其缩合产物组成的组，优选蜜白胺、蜜勒胺、蜜瓜胺、脲、胍、吗啉和哌嗪，
[0117]
和/或
[0118]
(p-ii)当
–
x
–
是氧原子
–o–
，-or3和-or4以及/或者
–
or5和
–
or6以及/或者
–
or3和
–
or5以及/或者
–
or4和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，
[0119]
和/或
[0120]
(p-iii)当
–
x
–
是单键时，-r3和-or4以及/或者
–
r3和
–
or5与次膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，并且/或者
–
or5和
–
or6以及/或者
–
or4和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，
[0121]
b)hc(or7)3，其中r7＝烷基、芳基或烯基，优选三乙氧基甲烷，
[0122]
c)式(vii)的氨基化合物，
[0123][0124]
其中，
[0125]
(n-i)r1和r2是相同或不同的取代基，并且选自下组：直链、支化或环状烷基、烯基和炔基、未取代和烷基取代的苯基、单核芳烃和最多4个核的多核芳烃、单核杂芳烃和最多4个核的多核杂芳烃、甲硅烷基、烯丙基、烷基或芳醇，或
[0126]
(n-ii)r1和r2与n原子一起形成具有4-8个环原子的饱和或单不饱和或多不饱和杂环，所述环原子选自碳、氧、硫、磷、硅和氮，其中，如果其具有氮原子作为环原子，则在杂环上这些氮原子优选被h、烷基、芳基或具有以下结构(ii)的甲基二膦酸根基团取代，
[0127][0128]
并且，如果其具有碳、磷或硅作为环原子，则在杂环上这些原子可以优选具有选自
下组的取代基：h，烷基，芳基，-nh2，-nhr，-nr2，-oh，-or，＝o，-i，-cl，-br，f，-n3，-sh，-sr，-ocn，环氧基，内酰胺，内酯，氮杂环丙烷，乙交酯，噁唑啉，烯基和炔基，-sir
xhy
，其中，r＝烷基、烯基、炔基或芳基，并且x+y＝3，
[0129]
其中优选，
[0130]
a.)取代基r1至r6中的一个，或者
[0131]
b.)当
[0132]
1)取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酯或环膦酸酯时，或
[0133]
2)取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酐或环膦酸酐时，或
[0134]
3)取代基r1和r2根据(n-ii)形成杂环时，
[0135]
所形成的环中的一个
[0136]
具有不带电荷或带负电荷的第一官能团，所述不带电荷或带负电荷的第一官能团具有：
[0137]
a)选自下组的杂原子：p、o、n、s、i、cl、br、f；和/或
[0138]
b)烯基或炔基，
[0139]
其中，官能团不是-oh，并且
[0140]
对于1)至3)的环之一具有官能团的情况，所述环的环原子被官能团或具有官能团的取代基取代。
[0141]
■
将混合物加热至40-150℃的温度。
[0142]
混合物的加热之后可以是纯化步骤。后者优选包括：混合物的蒸馏或色谱纯化。
[0143]
在转化期间，式(vii)的氨基化合物或膦酸或次膦酸依靠ph或nh基团的自由电子对与原酸酯hc(or7)3的中心碳原子形成亲核键。这会生成式(i)的化合物，同时释放三个当量的醇hor7。
[0144][0145]
为了实现更高的转化率，本发明的优选实施方式涉及在转化期间分离hor7，优选通过蒸馏进行分离，特别优选通过在减压下蒸馏来进行分离。
[0146]
本发明还包括生产通式(v)和(vi)化合物的方法。
[0147][0148]
这些可通过次膦酸或膦酸与式hc(or
3/4/5/6
)3化合物的酯化来获得。在该方法的优选实施方式中，hc(or
3/4/5/6
)3是三乙氧基甲烷。为了根据本发明方法的目的，次膦酸或膦酸
与式hc(or
3/4/5/6
)3化合物混合并加热至40℃至140℃、优选80℃至120℃、更优选90℃至120℃、最优选100℃至120℃的温度。混合物特别优选加热至沸腾。反应混合物在这些温度下搅拌10分钟至10小时，优选1小时至5小时，更优选1小时至3小时，最优选1小时至2小时。在该反应时间后，用于分馏的反应溶液将包含主要成分为hor
3/4/5/6
的一个馏分，以及含有式(v)或(vi)化合物的另一个馏分。
[0149]
上述方法特别优选用于生产二乙基亚磷酸酯。
[0150]
本发明还包括式(i)的化合物、其对应铵盐、其对应膦酸盐或其混合物的用途，用于表面处理，优选以涂料形式用于表面处理，
[0151][0152]
其中，
[0153]
(n-i)r1和r2是相同或不同的取代基，并且选自下组：直链、支化或环状烷基、烯基和炔基、未取代和烷基取代的苯基、单核芳烃和最多4个核的多核芳烃、单核杂芳烃和最多4个核的多核杂芳烃、甲硅烷基、烯丙基、烷基或芳醇，或
[0154]
(n-ii)r1和r2与n原子一起形成具有4-8个环原子的饱和或单不饱和或多不饱和杂环，所述环原子选自碳、氧、硫、磷、硅和氮，其中，如果其具有氮原子作为环原子，则在杂环上这些氮原子优选被h、烷基、芳基或具有以下结构(ii)的甲基二膦酸根基团取代，
[0155][0156]
并且，如果其具有碳、磷或硅作为环原子，则在杂环上这些原子可以优选具有选自下组的取代基：h，烷基，芳基，-nh2，-nhr，-nr2，-oh，-or，＝o，-i，-cl，-br，f，-n3，-sh，-sr，-ocn，环氧基，内酰胺，内酯，氮杂环丙烷，乙交酯，噁唑啉，亚烯基和亚炔基，-sir
xhy
，其中，r＝烷基、烯基、炔基或芳基，并且x+y＝3，
[0157]
并且，其中-x-是氧原子-o-，或-x-是单键，并且
[0158]
其中，
[0159]
(p-i)r3、r4、r5和r6是相同或不同的取代基，并且选自下组：h、直链、支化或环状烷基、烯基和炔基、未取代和烷基取代的苯基、最多4个核的多核芳烃、单核杂芳烃和最多4个核的多核杂芳烃、甲硅烷基、烯丙基、烷基或芳醇，以下结构(iii)和(iv)，其中，n＝0至100，
[0160][0161]
以及阳离子，其中，阳离子是na
+
、k
+
、mg
2+
、ca
2+
、b
3+
、al
3+
、zn
2+
、nh
4+
或胺键的铵离子，所述胺键选自三聚氰胺或其缩合产物组成的组，优选蜜白胺、蜜勒胺、蜜瓜胺、脲、胍、吗啉和哌嗪，
[0162]
和/或
[0163]
(p-ii)当
–
x
–
是氧原子
–o–
，-or3和-or4以及/或者
–
or5和
–
or6以及/或者
–
or3和
–
or5以及/或者
–
or4和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，
[0164]
和/或
[0165]
(p-iii)当
–
x
–
是单键时，-r3和-or4以及/或者
–
r3和
–
or5与次膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，并且/或者
–
or5和
–
or6以及/或者
–
or4和
–
or6与膦酸根基团的p原子一起形成环大小为4至10个原子的环膦酸酯或环膦酸酐，
[0166]
其中优选，
[0167]
a.)取代基r1至r6中的一个或
[0168]
b.)当
[0169]
1)取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酯或环膦酸酯时，或
[0170]
2)取代基r
3-r6根据(p-ii)或(p-iii)形成环次膦酸酐或环膦酸酐时，或
[0171]
3)取代基r1和r2根据(n-ii)形成杂环时，
[0172]
所形成的环中的一个
[0173]
具有不带电荷或带负电荷的第一官能团，所述不带电荷或带负电荷的第一官能团具有：
[0174]
a)选自下组的杂原子：p、o、n、s、i、cl、br、f；和/或
[0175]
b)烯基或炔基，
[0176]
其中，官能团不是-oh，并且
[0177]
对于1)至3)的环之一具有官能团的情况，所述环的环原子被官能团或具有官能团的取代基取代。
[0178]
在优选实施方式中，该涂料对物体起阻燃剂作用，特别优选作为聚合物材料的阻燃剂。
[0179]
该实施方式特别优选用于金属或聚合物材料的表面处理，尤其用于热固性聚合物。例如，特别优选在复合材料中使用。在这种情况下，上述膦酸酯可以液体形式，例如作为溶液或液体纯物质，施加至聚合物基质和/或增强材料(例如玻璃纤维)上。这种情况下的优点是：根据本发明的阻燃剂为液体，或仅引起悬浮液中粘度的微小变化。因此，阻燃剂可以
均匀分布在复合物中。相比之下，现有技术中已知的阻燃剂通常为固体或需要大量溶剂才能获得低粘度溶液。因此，这些阻燃剂只能非常困难地掺入复合材料中。织造复合材料也会产生阻燃剂的过滤效果。因此，仅在一侧提供保护。使用本发明的阻燃剂可以克服上述缺点。
[0180]
在本发明的特别优选的实施方式中，式(i)的化合物用于形成涂层，例如，凝胶涂层。其优点是，根据本发明的化合物在多种极性溶剂中具有良好的溶解性。因此，可以在溶剂中实现均匀分布，从而最终在经处理的表面上实现均匀分布。由于良好的溶解性，溶液的粘度要么不受影响，要么只受轻微程度影响。
[0181]
式(i)化合物优选以相对于整个涂料组合物的1至40重量％、更优选2至30重量％、甚至更优选3至20重量％、最优选4至10重量％的涂料来使用。
[0182]
例如，式(i)化合物的溶液可用于涂覆纺织品、纸张、陶瓷或复合材料或其中间相，例如预浸料。
[0183]
由于吸收率低且与涂料体系的其他组分(尤其是与粘合剂)的均匀混合性，式(i)化合物优选适用于所谓的“透明涂层”或透明涂料。当位于涂层下的结构不进行隐藏时，该透明涂层尤其有利，例如，对于木材上的透明涂层。
实施例
[0184]
现在将基于根据本发明的阻燃剂的具体实施方式、根据本发明的组合物的制造实施例、基于阻燃剂实施例并基于附图详细讨论本发明。
[0185]
根据本发明的阻燃剂的具体实施方式
[0186]
在氨基上具有第一官能团的实施方式
[0187][0188]
在氨基上具有第一和第二官能团的实施方式
[0189][0190]
在膦酸基团之一上具有第一官能团的实施方式
[0191][0192]
在膦酸基团之一上具有第一官能团的实施方式
[0193][0194]
在膦酸基团之一上具有第一官能团的实施方式
[0195][0196]
在膦酸基团之一上具有第一官能团的实施方式
[0197][0198]
在膦酸基团上具有第一和第二官能团的实施方式
[0199][0200]
在膦酸基团之一上具有第一官能团的实施方式
[0201][0202]
具有第一环状官能团的实施方式
[0203][0204]
具有第一环状官能团的实施方式
[0205][0206]
具有第一环状官能团的实施方式
[0207][0208]
具有吗啉momp的实施方式
[0209][0210]
具有哌嗪pimp的实施方式
[0211][0212]
用于本发明组合物的生产实施例
[0213]
输入物质：
[0214]
[0215][0216]
其它阻燃剂：
[0217]
budit 240:基于磷的部分交联的聚丙烯酸酯，根据wo 2014/124933实施例1生产
[0218]
budit 315:来自布敦海姆化工公司(chemische fabrik budenheim kg)的三聚氰胺氰脲酸酯
[0219]
budit 342:来自布敦海姆化工公司(chemische fabrik budenheim kg)的聚磷酸三聚氰胺
[0220]
budit 667:来自布敦海姆化工公司(chemische fabrik budenheim kg)的基于多磷酸铵的膨胀型阻燃体系
[0221]
tcpp:西格玛奥德里奇公司的三(2-氯异丙基)磷酸酯tcpp(cas:13674-84-5)
[0222]
op 550:科莱恩公司(clariant ag)的磷基多元醇exolit op550(cas:184538-58-7)
[0223]
测量方法：
[0224]
动态差示量热法(dsc)-使用同步热重-动态差示量热法(sta/tg-dsc)装置，在25至500℃的氮气气氛、10k/分钟加热速度下进行测量，该装置型号为sta409 pc/3/h luxx，耐驰盖特堡股份有限公司(netzschgmbh)。初始样品重量约为15mg。使用软件netzsch proteus进行分析。
[0225]
热重分析(tag)使用同步热重-动态差示量热法(sta/tg-dsc)装置，在25至800℃的氮气气氛、10k/分钟加热速度下进行测量，该装置型号为sta409 pc/3/h luxx，耐驰盖特堡股份有限公司(netzschgmbh)。初始样品重量约为12-15mg。使用软件netzsch proteus分析tga曲线。
[0226]
用于本发明组合物的生产实施例
[0227]
实施例1：吗啉-甲氨基二膦酸(momp-h4)的合成
[0228]
将0.1mol 4-甲酰吗啉放入500ml圆烧瓶中，并与0.2mol膦酸和30ml乙酸酐混合。反应溶液在65℃下搅拌90分钟。然后，在约30mbar的减压下，在旋转蒸发器上去除所产生的
乙酸和多余的水。然后在85℃下在干燥柜中从剩余溶剂中去除残余物4小时。
[0229]
实施例2：哌嗪-二(甲氨基二膦酸)(pimp-h4)的合成
[0230]
在搅拌的同时，将0.28mol膦酸溶解在250ml圆烧瓶中的31ml完全去离子水中。将0.07mol二甲酰哌嗪溶液滴入30ml完全去离子水中，历时15分钟。在添加期间，观察到温度升高了几度。添加结束后，反应混合物在回流下搅拌3小时。在溶液冷却后，在旋转蒸发器上去除多余的水。将饱和哌嗪溶液滴入液体蒸馏残余物中。加热期间形成白色无定形沉淀。
[0231]
实施例3：二甲基-甲氨基二膦酸(damp-h4)的合成
[0232]
将0.9mol二甲基甲酰胺放入500ml圆烧瓶中，并与1.8mol膦酸和225ml乙酸酐混合。反应溶液在90℃下搅拌90分钟。然后，在约300mbar的减压下，在旋转蒸发器上去除所产生的乙酸和多余的水。然后在85℃下在干燥柜中从剩余溶剂中去除残余物4小时。
[0233]
实施例4：吗啉-甲氨基二膦酸(momp-h-na3)三钠盐水性溶液的合成
[0234]
将0.289mmol吗啉甲氨基二膦酸(momp-h4)溶解在50ml完全去离子水中，然后添加0.867mmol naoh。溶液的ph值为～9。
[0235]
实施例5：吗啉-甲氨基二膦酸四乙酯(momp-h4)的合成
[0236]
momp-et4通过以下方式提供：在搅拌同时称量0.1mol吗啉到反应器中。然后滴入0.1mol三乙氧基甲烷。然后添加0.2mol二乙基亚磷酸酯。将混合物加热至120℃，并在该温度下搅拌4小时。在反应结束后，产物通过在50毫巴和150℃下真空蒸馏进行清洁。
[0237]
在优选实施方式中，所有取代基r3、r4、r5和r6是阳离子或有机基团，特别优选乙基，因为对应取代的化合物可以用作催化剂，用于聚氨酯泡沫合成。使用该混合物是特别有利的，因为其使合成加速，并且还改进了最终聚合物的阻燃性质。具有p-oh基团的化合物(例如，momp-h4)并未呈现出相应的催化效果，可能是因为其以偶极离子(po-/nh
+
)形式存在，其季氨基确实具有催化性质。
[0238]
与具有p-oh基团的化合物(例如momp-h4)相比，使用相应取代的化合物时，直至发泡的所谓开始时间显著缩短，将基于以下试验显示。
[0239]
常规方法：以1000r/分钟使多元醇(22.5g)与催化剂(乙二醇，1.05g)、戊烷(4.5g)和相应的阻燃剂混合。在关闭分散器的情况下添加异氰酸酯(mdi，60.0g)；然后以1500r/分钟搅拌混合物10秒，然后立即重新填充。
[0240][0241]
*php-每百份多元醇的份数
[0242]
实施例6：吗啉-甲氨基二dopo(mom-dopo2)的合成
[0243][0244][0245]
该反应是缩合反应，通过4-甲酰吗啉(4-fm)上的甲酰官能团和dopo分子的p-h基团生成产物mom-dopo2，并伴有h2o分裂。将40g dopo溶解在100ml乙酸酐(ac2o)中，同时在250ml烧杯中搅拌，然后将混合物加热至120℃。在达到温度时，添加10g 4-fm。在5小时后用80毫升水中和溶液，然后设定外部回火。冷却后，白色固体沉淀，过滤，并用水洗涤。产生乙酸作为其它副产物。
[0246]
实施例7：吗啉-甲氨基二膦酸zn盐(momp-h2)的合成
[0247]
锌盐(1:1)通过使50.0g(0.191mol)momp分散在500g h2o中，然后与14.6g zno(0.191mol)混合而成。将反应混合物加热至95℃，并在该温度下搅拌4小时。然后使批料冷却至低于50℃，然后分离固体与母液。滤饼在120℃的循环空气中进行干燥。
[0248][0249]
实施例8：哌嗪-二(甲氨基二膦酸)(pimp-h4)的合成
[0250][0251]
将0.1mol 1,4-二甲酰哌嗪和0.1mol乙酸酐填充到反应器中并混合。将该混合物加热至120℃。将0.4mol磷酸分别溶解在0.3mol乙酸酐中。然后将该溶液滴入反应器中。最后，添加另外0.5mol乙酸酐，然后将批料加热至135℃。在30分钟反应时间后，将2.1mol水滴入。在额外40分钟反应时间后，使批料冷却至室温。然后加入70ml氢氧化钠溶液。使产物与母液分离，并溶解于水中。然后使溶液在硫酸中重新沉淀，然后过滤、洗涤并对产物进行干燥。
[0252]
实施例9：二乙基亚磷酸酯的合成
[0253]
膦酸(29.7g，0.36mol)和三乙氧基甲烷(107.3g，0.72mol)在具有蒸馏装置的500ml三颈烧瓶中进行混合，然后在搅拌的同时加热至90℃。45分钟后，温度升高至135℃，开始沸腾(气相温度73℃)，并获得乙醇和甲酸乙酯的第一馏分。沸腾停止后，施加真空(30毫巴)以获得第二馏分。相关产物是二乙基亚磷酸酯。获得了35.0g的无色、低气味液体。
[0254]
实施例10：4-羟基-1-(甲氨基二膦酸)哌啶(“oh-pidmp-h
4”)的合成
[0255][0256]“oh-pidmp-et
4”通过将4-羟基哌啶(0.1mol)添加至250ml烧瓶中并搅拌来得到。滴入三乙氧基甲烷(0.1mol)。然后添加0.2mol二乙基亚磷酸酯。将混合物加热至120℃，并且在该温度下搅拌4小时，随后通过在50毫巴、150℃下真空蒸馏对产物“oh-pidmp-et
4”进行清洁。
[0257][0258]
然后将产物与5倍过量的1n hcl共混，其中可观察到少量加热。将所产生的乙醇蒸馏掉，由此以89％产率获得产物“oh-pidmp-h
4”。熔点为250℃。
[0259]
实施例11：4-亚甲基-1-(甲氨基二膦酸四乙酯)-哌啶(“4-亚甲基-pidmp-et
4”)的合成
[0260][0261]“4-亚甲基-pidmp-et
4”通过将4-亚甲基哌啶盐酸盐(0.05mol)和三乙胺(0.1mol)注入250ml烧瓶中并搅拌来获得。滴入三乙氧基甲烷(0.12mol)。然后添加二乙基亚磷酸酯(0.31mol)。将混合物加热至140℃，并在该温度下搅拌6小时。冷却至室温后，加入乙醚(125ml)，用氢氧化钠溶液(0.5n，50ml)对混合物进行中和，进行相分离，并且用250ml水对有机相进行洗涤。有机相通过蒸馏进行加工，其中，产物在2mmbar下的沸点为180℃。产率为58％。
[0262]
实施例12：4-羟基-4-乙烯基-1-(甲氨基二膦酸四乙酯)-哌啶(“oh-乙烯基-pidmp-et
4”)的合成
[0263]
[0264]“oh-乙烯基-pidmp-et
4”通过将4-哌啶酮乙烯缩酮(0.1mol)添加至250烧瓶中并搅拌来得到。滴入三乙氧基甲烷(0.1mol)。然后添加0.2mol二乙基亚磷酸酯。将混合物加热至120℃，并且搅拌4小时，随后通过在50毫巴、150℃下真空蒸馏对产物“ketal-pidmp-et
4”进行清洁。
[0265][0266]“ketal-pidmp-et
4”与5倍摩尔过量的80％乙酸混合，并且在80℃下搅拌2小时。将所产生的乙二醇蒸馏掉，并且中间产物“keton-pidmp-et
4”通过在50毫巴和150℃下真空蒸馏进行清洁。
[0267][0268]“oh-乙烯基-pidmp-et
4”通过将thf(纯的(absolute))作为溶剂填充到无水设备中，然后在其中产生格氏试剂(c＝1.5摩尔)来获得。然后将镁碎屑添加到thf中，同时连续滴入溴乙烯(1.2mmol)。持续滴入“keton-pidmp-et
4”(1mmol)。反应结束后(通过沸点下降证实，总反应时间约为2小时)，反应混合物用冷却的1n hcl(水性)水解。通过分离水相并通过蒸馏从有机相中去除溶剂来处理混合物。所获得的oh-乙烯基-pidmp-et
4”的熔点为239℃。反应产率为85％。
[0269]
阻燃剂示例：
[0270]
组合物
[0271]
ul94试验在符合iec/din en 60695-11-10标准的测试试样上进行，以验证阻燃性能，并将根据本发明的阻燃组合物分类为各种聚合物。
[0272]
ul94-v测试
[0273]
对于各测量，分别将5个测试试样夹在垂直位置，然后将测试试样固定在本生燃烧器火焰的开口端。用设置在测试试样下方的棉垫评估燃烧时间和燃烧颗粒的掉落。按照美国保险商实验室标准ul94的规定，精确地进行测试，并将其暴露在2厘米高的本生燃烧器火
焰中。
[0274]
引用防火等级v-0至v-2的分类作为结果。在该情况下，v-0意味着5个受试测试试样的总燃烧时间小于50秒，且棉垫不会因测试试样的闪光或燃烧液滴而着火。分类v-1意味着5个受试测试试样的总燃烧时间超过50秒但小于250秒，且棉垫不会类似地着火。在该情况下，v-2意味着5个受试测试试样的总燃烧时间小于250秒，但棉垫在5项测试中至少一项中通过闪光或燃烧液滴而着火。缩写nc表示“不可分类”，并且表示测量的总燃烧时间超过250秒。在许多不可分类的情况下，测试试样完全燃烧。
[0275]
ul94-hb测试
[0276]
对于各测量，分别将至少3个测试试样夹在水平位置，然后将测试试样固定在本生燃烧器火焰的开口端。这包括评估燃烧速率和总燃烧距离。按照美国保险商实验室标准ul94的规定，精确地进行测试，并将其暴露在2厘米高的本生燃烧器火焰中。
[0277]
引用防火等级hb的分类作为结果。“hb”分类意味着两个标记之间的燃烧速率小于40毫米/分钟，第一标记距离火焰面端25毫米，第二标记距离火焰面端100毫米。火焰前沿也未超过100mm标记。“nc”分类表示“不可分类”，并表示75mm距离的燃烧速率》40毫米/分钟或总燃烧距离》100mm。
[0278]
l*a*b*值
[0279]
l*a*b*值由hunterlab公司的装备有ultrascanvis传感器的ultrascan vis-2光谱光度计测定。为此，将样品填充到玻璃反应杯中，然后冲击反应杯或使样品致密化，以在朝向测量开口的反应杯侧形成均匀表面。相关的easy match qc 4.64b软件使用“usvis 1145”传感器和“rsin模式”设置来计算l*a*b*值。
[0280]
该方法符合en iso 11664-4当前有效版本的要求。
[0281]
实施例13：聚丙烯中momp-h4的阻燃性质
[0282]
聚合物
[0283]
在以下实施例中使用以下聚合物材料来生产阻燃组合物：
[0284]
来自北欧化工(borealis ag)的聚丙烯(pp)hd120 mo
[0285]
在典型的聚丙烯挤出条件下，使用赛默飞世尔科技有限公司(thermo fisher scientific inc.)生产的双螺杆挤出机(型号process 11)生产粒度约为3x1x1 mm的颗粒。挤出过程以约5-7kg/h的产量、450-500rpm的螺杆转速和190-220℃的挤出区温度运行。然后通过热压获得符合ul94标准的高质量试样。测试试样的厚度分别为1.6毫米和3.2毫米。然后在挤出加工期间将根据实施例1生产的膦酸酯掺入聚合物材料中。
[0286]
表1：
[0287][0288]
实施例14：聚氨酯(pu)中momp-h4的阻燃性质
[0289]
阻燃组合物通过在发泡反应中使以下组分一起转化而制备：
[0290]
多元醇：22.5g
[0291]
催化剂(乙二醇)：1.05g
[0292]
戊烷：4.5g
[0293]
异氰酸酯(mdi)：60g
[0294]
在反应前，将根据本发明的阻燃剂添加到多元醇组分中。下表中引用的阻燃剂的质量比是指多元醇、催化剂、阻燃剂和异氰酸酯质量之和。
[0295][0296]
#
momp-h4的双钾盐
[0297]
**w/o催化剂
[0298]
实施例15：热塑性聚氨酯(pu)中momp-h4的阻燃性质
[0299]
在以下实施例中使用以下聚合物材料来生产阻燃组合物：
[0300]
热塑性聚氨酯(tpu)elastollan 1185a，来自巴斯夫公司(basf se)
[0301]
在典型的tpu挤出条件下，使用赛默飞世尔科技有限公司(thermo fisher scientific inc.)生产的双螺杆挤出机(型号process 11)生产粒度约为3x1x1 mm的颗粒。挤出过程以约5kg/h的产量、300rpm的螺杆转速和205℃的挤出区温度运行。然后通过热压获得符合ul94标准的高质量试样。测试试样的厚度为0.8毫米。然后在挤出加工期间将根据实施例1生产的膦酸酯掺入聚合物材料中。
[0302][0303]
*
butc＝测试样品向下燃烧至夹具
[0304]
#
ditc＝液滴下落点燃棉花
[0305]
～
不能进行第二次火焰暴露，因为测试试样在第一次火焰暴露后已经燃烧掉
[0306]
实施例16：热塑性聚酰胺(pa)中momp-h2zn的阻燃性质
[0307]
在以下实施例中使用以下材料来生产阻燃组合物：
[0308]
聚酰胺6：ultramid b3s(巴斯夫公司)
[0309]
pa的玻璃纤维(gf)：cs7928(朗盛公司(lanxess))
[0310]
在典型的pa6挤出条件下，使用赛默飞世尔科技有限公司(thermo fisher scientific inc.)生产的双螺杆挤出机(型号process 11)生产粒度约为3x1x1 mm的颗粒。挤出过程以约5kg/h的产量、300rpm的螺杆转速和280℃的挤出区温度运行。然后通过热压获得符合ul94标准的高质量试样。测试试样的厚度为0.8毫米。然后在挤出加工期间将根据实施例7(momp-h2zn)生产的膦酸酯掺入聚合物材料中。
[0311][0312]
*
butc＝测试样品向下燃烧至夹具
[0313]
**exolit op 1230
[0314]
～不能进行第二次火焰暴露，因为测试试样在第一次火焰暴露后已经燃烧掉
[0315]
实施例17：热塑性聚氨酯涂料中momp-et4的阻燃性质和透明性质
[0316]
来自irurena集团的聚氨酯树脂面漆goylake a-1219-9与momp-et4混合，并在剧烈搅拌的同时混合。momp-et4在由momp-et4质量和聚氨酯树脂质量组成的总质量(250g)中的比例为5重量％(配方a)或10重量％(配方b)。相对于该总质量，分别添加10重量％来自irurena集团的固化催化剂c-212，然后在剧烈搅拌的同时对混合物进行混合。
[0317]
然后使用500μm刮刀将透明混合物施加至市售可购得的刨花板上，然后在80℃下对面板进行干燥。
[0318]
根据nf p 92-501进行的后续外辐射火灾测试(epiradiator fire test)，配方a和配方b都获得了m3分类。
[0319]
透明度测量
[0320]
为了验证配方a和b的透明度，在各种情况下，使用500μm刮刀将各配方作为涂层施加至白色和黑色基材上。然后分别为具有涂层的两个样品(试验号1和2)和无涂层的两个对照样品(试验号3和4)确定各基材的l*a*b值。
[0321]
如下表所示，配方a和配方b的涂层仅会导致l*a*b颜色空间中可忽略的值变化，例如，涂层具有高透明度，不会对基材的外观产生影响或仅会对基材的外观产生非实质性影响。因此，根据本发明的阻燃剂特别适合用于透明涂料。
[0322]
配方a
[0323]
黑基材
[0324]
#涂层l*a*b*1+10.2-0.5-1.32+9.1-0.5-1.33-8.2-0.3-1.44-8.1-0.4-1.2
[0325]
白基材
[0326]
#涂层l*a*b*1+90.8-0.51.62+90.6-0.51.73-91.2-0.81.54-91.1-0.91.5
[0327]
配方b
[0328]
黑基材
[0329]
#涂层l*a*b*1+9.0-0.4-1.42+9.0-0.4-1.53-8.6-0.4-1.34-8.4-0.3-1.3
[0330]
白基材
[0331]
#涂层l*a*b*1+90.8-0.622+90.7-0.41.93-91.1-0.91.64-91.2-0.81.4
附图说明
[0332]
所附附图显示热重测量；其显示为：
[0333]
图1：damp-h4的差示量热测量
[0334]
图2：damp-h4的热重测量
[0335]
图3：momp-h4的差示量热测量
[0336]
图4：momp-h4的热重测量
[0337]
图5：atmp的差示量热测量
[0338]
图6：atmp的热重测量
[0339]
图7：momp-et4的差示量热测量
[0340]
图8：momp-et4的热重测量
[0341]
图9：momp-dopo2的差示量热测量
[0342]
图10：mom-dopo2的热重测量
[0343]
图11：momp-h2zn的差示量热测量
[0344]
图12：momp-h2zn的热重测量
[0345]
图13：pimp的差示量热测量
[0346]
图14：pimp的热重测量
[0347]
材料1％重量损失2％重量损失500℃下的残余质量momp-h4251.7℃276.9℃64.29％damp-h4244.5℃273.1℃71.41％atmp-h4176.4℃193.9℃72.43％momp-et4101.7℃117.1℃19.58％mom-dopo2305.5℃318.9℃7.50％momp-h2zn375.0℃382.3℃78.75％pimp-h4199.3℃245.4℃71.63％