CA1196008A - Esters benzyl phosphoniques halogenes, leur procede de fabrication et leur application comme ignifugeants - Google Patents

Esters benzyl phosphoniques halogenes, leur procede de fabrication et leur application comme ignifugeants

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CA1196008A
CA1196008A CA000435422A CA435422A CA1196008A CA 1196008 A CA1196008 A CA 1196008A CA 000435422 A CA000435422 A CA 000435422A CA 435422 A CA435422 A CA 435422A CA 1196008 A CA1196008 A CA 1196008A
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phosphonates
benzylphosphonates
chlorine
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CA000435422A
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Michel Bernard
Michel Demarcq
Paul Bourdauducq
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Produits Chimiques Ugine Kuhlmann
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Produits Chimiques Ugine Kuhlmann
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08K5/49Phosphorus-containing compounds
    • C08K5/51Phosphorus bound to oxygen
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    • C08K5/5317Phosphonic compounds, e.g. R—P(:O)(OR')2
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    • C08K5/5337Esters of phosphonic acids containing also halogens
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
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    • C07F9/02Phosphorus compounds
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    • C07F9/38Phosphonic acids [RP(=O)(OH)2]; Thiophosphonic acids ; [RP(=X1)(X2H)2(X1, X2 are each independently O, S or Se)]
    • C07F9/40Esters thereof
    • C07F9/4071Esters thereof the ester moiety containing a substituent or a structure which is considered as characteristic
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Abstract

La présente invention concerne des phosphonates de formule (I) < IMG > (I) dans laquelle X représente un atome de chlore ou de brome, m et n représentent les nombres moyens d'atomes X substituants des noyaux aromatiques et sont compris entre 0 et 5. L'invention concerne également un procédé de fabrication des phosphonates de formule (I) par condensation d'un ou plusieurs halogénures benzyliques avec le 2,2'¢1,2 éthane diyl bis (1,3,2 dioxaphospholane)!. Les phosphonates selon l'invention sont notamment utilisés pour ignifuger des matières plastiques (par exemple les mousses de polyuréthanes), les textiles artificiels, les élastomères.

Description

La p.résente inven-t:Lon concerne des nouveaux esters benzyl phosphoniques halogenés, :Leu.r mode de fabricati.on pré~
féré et leur application dans l':igni.fugation de matériaux in:Elammables.
Un grand nombre de composés organiques contenant du phosphore et du chlore ou du ~rome ont été proposés dans le passc commc addi~i:Es igni:E~ eants non :Eonctionnels ~pour lc3S
matières plastiqwes, les fibres synthétiques et divers autres matières inflammables. Quelques uns seulement ont connu une réalisation industrielle.
:L,e plus connu et le pl.us ancien sans doute est le phosphate de tris (2-chloro--éthy~e) PO(OCH2CH2Cl)3.
On peut ci-ter également le phosphate de tris (chloro isopropyle) PO ~OCH(CH2Cl) CH3~ 3.
Des phosphonates, par exemple le 2-chloro-éthyl phosphonate de bis 12~chloro-éthyle) ClCH2CH2 - PO(OCH2CH2Cl)2 pur ou partiellement polycondensé r ont également ete commer-cialises dans le même but.
Tous ces composes sont d'accès facile, mais presen-tent l'inconvenient d'être trop volatils et trop fluides, ce qui occasionne souvent au stockage des pertes par evaporation ou migra-tion et une permanence insuffisante de l'effet ig.nifu-geant.
Des composes de masse moleculaire plus élevee ont .25 eté proposes pour remedier à cet i.nconvenien-t, par exemple : l'éthylène diphosphate de tetrakis (2-chloro-ethyle) (ClCH2CH2O)2 P(O) - OCH2CH2O - P(O) (OCH2CH2C1)2, mais un tel compose, ainsi que d'autres composes analogues sont un peu trop solubles dans l'eau et/ou hydrolysables, ce qui a nou-veau est prejudiciable à la permanence de l'effet ignifugeant.
Des derives de 2,2-bi.s (chloromethyl)-1,3-propane diol echappant à la critique precedente, ont egalement ete proposes, par exemple le diphosphate (ClCA2CH2O)2 P(O) -OCH2 - C(CH2C1)2 - CH2O - P(O) (OCH2CH2Cl)2, mais de tels .~

composes posent souvent des problemes au niveau de la mise en oeuvre; par exemple dans l'ignifucJation des mousses de polyurethane, leur viscosite trop elevee rend difficile leur mise en oeuvre par pompe doseuseO
Des phosphates bromes comme le phosphate de tris (2-3~dibromo-1-propyle) PO(OCH2CHBr CH2Br)3, ou chlorobromes comme le phosphate de tris (l-bromo,3-chloro,2 propyle) P COCH (CH2Cl) Cll2B~ 3 ont également ete proposes ou u-tilises, mais ceux-ci on-t dû être abandonnes quand il fu-t reconnu qu'ils etaien-t doues de propriëtes cancerigenes.
Les nouveaux benzyl phosphonates halogenes ob~ets de la presente invention echappent largement aux critiques precedentes et se distinguent particulièrement par la perma-nence de leur effet ignifugeant. Ces phosphonates repondent a la formule (I), X O ~ n m ~ CH2 - P - OCH2 - CH2 o - P - CH2 ~ tI)
2 O ( I ) O - CH - CH X O - CH - CH X

dans laquelle X represente un atome de chlore ou de brome.
Les nombres moyens m et n, identiques ou differents, d'a-tomes X substituants des noyaux aromatiques sont compris entre 0 et 5. La posi-tion des a-tomes de chlore ou de brome sur le (ou les) noyau~x) benzeniques(s) est indifferemment ortho~ meta ou para. L'invention concerne egalement les melanges de deux ou plusieurs phosphonates repondant à la for-mule (I).
Le procede prefere de preparation de ces phosphona-tes, faisant lui aussi objet de l'invention, consiste a faire reagir le di-phosphite cyclique d'ethylène ~II) avec un ou plusieurs halogenures benzyliques (III) a des temperatures de 80 à 200C.

(1) Xm ~ xn 2 O~CH
2X ~ ~ ~ CEI X ¦ \P O H / 1 2 (III)(III) (II) Xm\ o o C 2 y OcH2cH2-o- P ~ CH2 {

I1 a eté trouve en effet de fa~on inattendue, que la condensation MICHAELIS-ARBUZOV des chlorures e-t des bro-mures benzyliques (III) avec le phosphite cyclique (~I) avait lieu selectivement avec ouverture du c~vclo selon l'equation (1~ c'est-a-dixe sans participation appreciable de la reaction concurrente (2) qui paraissait pourtant a priori également possible:
(2) 2~III) + (II)~ 2 ~ - CH2 ~ P / T ~ x cH2 cH2 x (IV) La reaction concurrente (2) etait hautement inde-sira~le d'une part parce qu'elle aurait sous-produit un hydro~
carbure dihalogene, avec abaissement du rendement ponderal de la condensation de MICHAELIS-ARBUZOV et perte inutile dans le produit final de deux atomes d'halogene, tres utiles pour l.'activite ignifugeante recherchee; d'autre part parce qu'un phosphonate cyc]ique d'ethylene tel que (IV) est en general extrêmement sensible a l'hydrolyse.
Le ~iphosph:ite cyclique (II) pourra être synthé-tise par exemple en transesterifiant deux molecules de phosphite de triethyle ou de triphenyle par trois molecules d'éthylène glycol ou en faisant réagir 2 molécules de 2 halogéno-1,3,2 dioxaphospholane avec une molécule d'éthylène glycol en pré-sence de deux molecules d'amine tertiaire.
Les halogenures benzyliques (III) in-tervenant dans la réaction (1) peuvent etre obtenus facilement par chlorura-tion ou bromuration du toluène, suivie ou non d'un fractionne-ment par distillation. La preférence est accordée aux halo génures (III) pour lesquels m ou n sont compris entre 1 et 3.
Eventuellement, les halogénures benzyliques (III) utilisés pourront contenir, comme impuretë inerte mais non gênante, jusqu'à 5 % de pol.yhalogéno toluènes.
Les nouveaux benzylphosphonates halogenes objets de l'invention peuvent être utilises comme additifs ignifu-geants dans un grand nombre de matières plastiques telles que polyurethanes, polystyrene, ABS, resines vinyliques, resines epoxy, dans les elastomères, les fibres textiles synthetiques, telles que polyester, polyamide, fibres acryliques ou moda-cryliques, employees seules ou en association avec d'autres fibres synthetiques ou naturelles, dans les peintures, les colles ou autres matériaux combusti.bles qu'il peu-t être sou~
hai.table de proteger contre le risque de feu.
Les proprietes igniEugeantes de ces produits sont particuliarement interessantes dans les mousses de polyure-thanes avec une permanence remarquable de l'effet ignifugeantmise en evidence lorsque l'on effectue des tests de vieillis-sement accelere.
EXEMPLE l On charge dans un ballon:
- 310 p de phosphite de triphenyle - 93 p d'ethylène glycol - 0,25 p de méthylate de sodium.
On chauEfe 1 h 30 mn a 150C. On ~is-tille sous un vide de 1 999~83 Pa~le phenol produit par la transesteri:Eica-tion puis on dis-tille le res:idu sous un vide de 133,32 Pa à
123C. On obtien-t 90 p de 2,2' [L,2 ethane diyl bis (1,3,2-dioxaphospholane)~ . On charge ce produit dans un ballon, on ajoute 142 p de chlorure de dichl.orobenzyle (melange d'iso-me.res essentiellement 2-4, 2-5 et 3-4). On chauf:Ee 18 h à
160C; on etete le melanye à 160C sous 1 99g,83 Pa. On obtient 225 p d'un li~uide c:Lair neutre repondant a la :Eormu-le:
(Cl~ OCI-I - CH Cl OCM2-CM2Cl (Cl)2 ~ CH2 ~ P ~ CH2 CH
O O
Indice de refraction nD20 = 1,5565 RMM:
lH : ~3,39 ~Ha); 4,20 (Hb, Hc) et 3,65 ppm (Hd) 3C : ~30,28 - 30,77 (Ca)i 65,14 - 66,55 (Cb, Cc) et 42,9 ppm (Cd) Reference externe Si ~CM3)4 EXE~PLE 2 25- On charge dans un ballon comme a l'exemple 1:
- 310 p de phosphite de triphenyle - 93 p d'ethyle glycol - 0,25 p de me-thylate de sodium.
On chauffe 1 h 30 mn a 150. On distille sous un vide de 1 999,83 Pa le phenol produit par la transesterifica-tion.
On ajoute directement dans le ballon:
- 190 p de chlorure de dichlorobenzyle (melange d'i.someres).

,~ , On chauffe 20 h à 160~C. On laisse re~roidi.r à
120C. On trai-te r?ar ].5 p d'ortho:Eormiate d'e-thyle pendant 30 mn pour neutraliser la légere acidi-té du produit. On étête le produit obtenu à 160C sous 1 999,83 Pa. On obtient 280 p d'un liquide clair constitué en majeure partie du pro-duit de l'exemple 1 On prépare des blocs de mousse souple de polyure-thanes par l.a mise en oeuvre de la formulation suivante:
- polyol UGIPOL 1120 (marque de commerce) (-triol de masse moléculaire ~ 4 000) 100 parties ~ eau 3,5 -- catalyseur aminé (N,N-diméthyl ethanolamine) 0,30 '' - catalyseur métallique (a base d'octoate stanneux) 0,25 '' - silicone tensio-actif du commerce 0,80 '' - additif ignifugeant 10 '' - toluène diisocyanate LILEN~ T 80 (indice 106 (marque de commerce)) 43 '' La masse volumique des blocs ob-tenus en expansion libre est de environ 30 kg/m3.
La réaction au feu des mousses est évaluée au moyen des essais conventionnels de laboratoire suivan-ts:
- mesure de l'lndice d'oxygène : norme NFT 51 071 - essai de combustion horizontale : norme ASTM D 1692-74 La mesure de l'indice d'oxygène consiste à détermi-ner, sur une éprouvette verticale de section 12,5 x 12,5 mm, la concentration minimale en oxygène d'un mélange oxygène +
azote, permettant l'entretien de la combustion pendant une duree de 3 minutes au moins (ou sur une longueur de 75 mm).
Il est admis que l'amélioration de la réaction au feu est d'autant plus importante que la valeur de l'indice d'oxygene est plus élevée La norme ASTM D 1692-74 prevoit d'exposer a la flamme d'un brûleur à gaz, l'ex-trémi-te d'une eprouvette horizon-tale (dimensions 50 x 150 x ].3 mm) suppor-tee par une toile metallique, pendant une duree de 30 secondes. L'essai consi.ste à mesurer la longueur cletruite par la combus-t.ion (au maximum jusqu'à un repère sit:ue à 127 mm de l'extremité
exposée) et la durée de la combustion. Si la combustion cesse spontanément avant la clestructi.on complè-te cle l'éprou-vette, et ce sur 5 eprouvettes, le materiau est classe auto-exti.nguible (<~sel~-extinguishing~> SE) dans les condit:Lons de l'essai.
I.es essais de reaction,au feu sont effectues avant et après vieillissement accélere des eprouvettes (en encein-te à 90C, 90 ~ dlhumidite relative pendant 5 ou 24 heures).
Les produits des exemples 1 et 2 sont evalues com-parativement à deux additif 6 ignifugeants disponibles commer-cialement: .
- l'un à base d'esters de l'acide 2-chloroethyl-phosphonique (ANTIBLAZE 78 (marque de commerce) de MOBIL
CHEMICAL), - llautre constitue par le phosphate de -tris(2-chloroethyle) ou TCEP.
Llensemble des résultats est donné dans le tableau suivant. Les essais de vieillissement accélére mettent par-ticulièrement en évidence les avantages des produits de 2S llinvention ~permanence de l'e:Efet ignifugean-t).

. .

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Claims (8)

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Benzylphosphonates halogénés répondant à la formule générale (I) (I) dans laquelle X représente un atome de chlore ou de brome, m et n, identiques ou différents, représentent les nombres moyens d'atomes X substituants des noyaux aromatiques et sont compris entre 0 et 5.
2. Benzylphosphonates selon la revendication 1, caractérisés en ce que m et n ont pour valeur 1, 2 ou 3.
3. Benzylphosphonates selon la revendication 1, caractérisés en ce que m et n ont pour valeur 2.
4. Benzylphosphonates selon la revendication 1, caractérisés en ce que X représente un atome de chlore.
5. Mélanges de deux ou plusieurs benzylphospho-nates tels que définis dans la revendication 1, 2 ou 3.
6. Procédé pour la fabrication des phosphonates tels que définis dans la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait réagir un ou plusieurs halogénures benzyliques de formule C6H5-m Xm - CH2X et C6H5-n Xn CH2X dans les-quelles X représente un atome de chlore ou de brome, m et n, identiques ou différents, représentent les nombres moyens d'atomes X substituants des noyaux aromatiques et sont compris entre 0 et 5, avec le diphosphite cyclique de formule (II) (II)
7. Méthode pour l'ignifugation de différents matériaux de synthèse choisis dans un groupe comprenant les matières plastiques, les thermodurcissables, les élastomères et les textiles, caractérisée en ce qu'on ajoute auxdits matériaux, lors de leur fabrication, un additif constitué
d'au moins un des phosphonates définis dans la revendication 1.
8. Méthode pour l'ignifugation des mousses de polyuréthanes, caractérisée en ce qu'on ajoute auxdites mous-ses, lors de leur fabrication, un additif constitué d'au moins un des phosphonates définis dans la revendication 1.
CA000435422A 1982-08-27 1983-08-26 Esters benzyl phosphoniques halogenes, leur procede de fabrication et leur application comme ignifugeants Expired CA1196008A (fr)

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DE3330934A1 (de) 1984-04-05
DE3330934C2 (de) 1985-06-20
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