DE10006870A1 - Aluminium-phosphinat-Gemische - Google Patents
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Abstract
Es werden Aluminium-phosphinat-Gemische der allgemeinen Formel Al(O¶2¶PR·1·R·2·)¶3¶ beschrieben. Man erhält sie durch Umsetzung der entsprechenden Alkali-phosphinat-Gemische mit wäßrigen Lösungen von Aluminium-Salzen. Die Aluminium-phosphinat-Gemische eignen sich als Flammschutzmittel für Polyamide, Polyester, Polycarbonate, Phenolharze und Melaminharze.
Description
Gegenstand der Erfindung sind Gemische von Aluminiumsalzen von Phosphinsäuren der all
gemeinen Formel Al(O2PR1R2)3, die Methyl- und Hydroxyalkyl-Gruppen enthalten, deren
Herstellung und Verwendung.
Aus der US-PS 4.208.321 sind flammgeschützte Polyamidharze bekannt, die Metallsalze,
darunter auch Aluminiumsalze einer Reihe von Phosphinsäuren enthalten. Die zur Gewin
nung der Salze erforderlichen Phosphinsäuren sind im technischen Maßstab nur über mehrere
Zwischenstufen und mit großem Aufwand zu gewinnen.
In der US-PS 3.776.953 werden Gemische von Alkalisalzen der Hydroxymethyl-methylphos
phinsäure und der Bis-hydroxymethyl-phosphinsäure beschrieben, die in einfacher Weise
durch Reaktion von weißem Phosphor mit Formaldehyd in Gegenwart von Alkalilauge herge
stellt werden können. Weitere Phosphinatgemische werden nach US-PS 3.644.595 durch Um
setzen von weißem Phosphor mit Epoxiden und Formaldehyd in Gegenwart von Basen erhal
ten.
Die US-PS 3.711.579 beschreibt ein Methylestergemisch dieser Phosphinsäuren, das auf ähn
liche Weise erzeugt wird. Es wurde nun gefunden, daß die Aluminiumsalze solcher, in techni
schem Maßstab sehr einfach herstellbarer Phosphinatgemische als Flammschutzmittel für
Polyamide, Polyester, Polycarbonate und Phenolharze mit gutem Erfolg eingesetzt werden
können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind deshalb Aluminiumsalze von Phosphinsäuren
der allgemeinen Formel
in der R1 = -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CH(OH)CH3 und -C(OH)(CH3)2 und
R2 = -CH2OH, -C2H4OH, -C3H6OH und -CH(OH)CH3 bedeuten.
R2 = -CH2OH, -C2H4OH, -C3H6OH und -CH(OH)CH3 bedeuten.
Desweiteren kann R2 aus der Reaktion von weißem Phosphor mit Oxethan, Methyloxethan,
Di-epoxybutan, Di-epoxyhexan und 2,6Dioxa-spiro[3,3]heptan herrühren.
Die beanspruchten Aluminiumphosphinatgemische können dadurch erhalten werden, dass
man in bekannter Weise aus den Alkaliphosphinatgemischen der genannten US-Patent
schriften die freien Phosphinsäuren in wässriger Lösung gewinnt und sie durch anschließen
des Kochen mit Aluminiumhydroxyd- oder Aluminiumoxyhydroxyd-Aufschlämmungen in
Wasser durch Kochen umsetzt. Es zeigt sich jedoch, dass diese Neutralisationsreaktionen
vielfach längere Reaktionszeiten beansprucht. Es ist deshalb sinnvoller, die aus der Phosphor
reaktion erhaltenen Alkaliphosphinate mit der erforderlichen Menge wasserlöslicher Alumi
niumsalze wie z. B. Chlorid, Hydroxychlorid, Sulfat, Nitrat oder Formiat in wässriger Lösung
zur Reaktion zu bringen, wobei es erforderlich sein kann durch einen geringen Mineralsäure
zusatz die Mischung vollständig in Lösung zu bringen, und anschließend durch Anheben des
pH-Wertes auf 4 bis 7 die Aluminiumphosphinat-Gemische auszufällen. Anschließendes Er
hitzen der wässrigen Suspension auf Temperaturen zwischen 105 und 150°C in Druckgefäßen
erleichtert das spätere Abtrennen des schwerlöslichen Niederschlages. Der Aluminiumphos
phinatniederschlag wird anschließend filtriert, gewaschen und getrocknet.
Die Aluminiumphosphinate können in die Polymerwerkstoffe eingearbeitet werden, in dem
man beide vermischt und anschließend in einem Compoundieraggregat wie z. B. einem Dop
pelschneckenextruder das Polymer aufschmilzt und die Aluminiumsalze in der Polymer
schmelze homogenisiert. Die Schmelze wird aus dem Extruder abgezogen, gekühlt, granuliert
und anschließend auf einer Spritzgußmaschine zu Prüfkörpern verarbeitet. In manchen Fällen
können die Phosphinsalze auch während des Polymerisationsprozesses den Monomermi
schungen zugesetzt werden. Je nach gewünschtem Flammschutzeffekt kann die Menge der
den Polymeren zuzusetzenden Aluminiumphosphinatgemischen innerhalb weiter Grenzen
variieren. Im allgemeinen verwendet man 5 bis 40 Gewichtsprozent Flammschutzadditiv.
31 g Natriumphosphinatgemisch - erhalten durch Verseifen des nach US-PS 3.644.595 aus
Oxiran, Formaldehyd und Phosphor entstandenen Reaktionsproduktes - werden in 50 ml
Wasser unter Zusatz von 2 ml konzentrierter Salzsäure gelöst und mit einer Lösung von 21 g
Aluminiumtrichlorid-Hexahydrat in 50 ml Wasser versetzt und anschließend mittels Zugabe
von 10%iger NAOH ein pH = 5,5 bis 6 eingestellt. Die erhaltene Suspension wird anschlie
ßend in einem Druckgefäß unter Rühren 2 Stunden bei 135°C gehalten. Nach dem Abkühlen
wird der Aluminiumphosphinat-Niederschlag abgesaugt, 2 mal mit je 100 ml Wasser aufge
schlemmt und erneut abgesaugt und getrocknet.
44 g Natriumphosphinat-phosphonat-Gemisch enthalten nach der US-PS 3.776.953 werden in
120 ml Wasser unter Zusatz von 5 ml konzentrierter Salzsäure gelöst und mit 22 g Alumini
umsulfat, gelöst in 50 ml Wasser versetzt. Die Lösung wird auf 95°C erhitzt und der pH auf
5,5 angehoben. Man hält noch unter kräftigem Rühren 30 min. bei Siedetemperatur, läßt ab
kühlen und filtriert die Suspension. Zum Entfernen der Natriumsalze schlemmt man mehr
mals in heißem Wasser auf und filtriert.
44 g Phosphinat-Phosphonat-Gemisch nach Beispiel 2 werden in 120 ml Wasser gelöst und
unter Rühren mit 90 ml einer Aluminium-hydroxychlorid-Lösung, die 3,5 g Aluminium ent
hält, versetzt. Man tropft solange 10%ige Salzsäure zu, bis der entstandene Niederschlag in
Lösung gegangen ist und dampft zur Trockene ein. Der Rückstand wird nochmals mit Wasser
versetzt, 30 Min. aufgekocht und abfiltriert.
Claims (6)
1. Aluminiumsalze von Phosphinsäure-Gemischen der allgemeinen Formel Al(O2PR1R2)3 in
der R1 = -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CH(OH)CH3 und -C(OH)(CH3)2 und
R2 = -CH2OH, -C2H4OH, -C3H6OH und -CH(OH)CH3 und Reste herrührend aus der
Umsetzung von weißem Phosphor mit Formaldehyd und Methyl-oxiran, Oxethan, Methyl
oxethan, Di-epoxybutan, Di-epoxyhexan und 2,6-Dioxa-spiro[3,3]heptan, bedeuten.
2. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-phosphinat-Gemischen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung der Alkali-phosphinat-Mischungen mit
wässrigen Lösungen von Aluminiumsalzen versetzt, und die Lösungen einengt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminium-phosphinat-
Mischungen durch Anheben des pH-Wertes auf 4 bis 7 zum Ausfallen bringt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die erhaltenen
Aluminium-phosphinat-Suspensionen auf Temperaturen zwischen 105 und 150°C in
Druckgefäßen erhitzt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anheben des pH-Wertes bei
Temperaturen zwischen 105 und 150°C in Druckgefäßen erfolgt.
6. Verwendung der Aluminium-phosphinat-Gemische nach Anspruch 1 zur Flammschutz
ausrüstung von Polymerwerkstoffen wie Polyamiden, Polyestern, Polycarbonaten,
Phenolharzen und Melaminharzen.
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