DE102007036465A1 - Phosphorhaltige Triazin-Verbindungen als Flammschutzmittel - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft phosphorhaltige Triazin-Verbindungen der Formel (I) und (III) sowie Polymere, erhältlich aus der Wasser abspaltenden Polykondensation einer Verbindung der Formel (II), und deren Verwendung als Flammschutzmittel. $F1 [(A-H)<SUP>+</SUP>]<SUB>m</SUB>[M<SUP>m+</SUP>(HPO<SUB>4</SUB><SUP>2-</SUP>)<SUB>m</SUB>] (III-1), [(A-H)<SUP>+</SUP>]<SUB>m</SUB>[M<SUP>m+</SUP>(P<SUB>2</SUB>O<SUB>7</SUB><SUP>4-</SUP>)<SUB>m/2</SUB>] (III-2).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft phosphorhaltige Triazin-Verbindungen, deren Verwendung als Flammschutzmittel und Polymere enthaltend die Verbindungen.
  • Metallphosphonate sind für sich oder in Kombination mit anderen Komponenten für eine große Anzahl von thermoplastischen Polymeren bekannt.
  • Stickstoffhaltige Flammschutzmittel, insbesondere auf Melamin-Basis sind seit langem bekannt und z. T. auch kommerziell erhältlich. Einige dieser Melamin-Verbindungen enthalten außerdem Phosphor.
  • In US-A 5 684 071 sind Melamin-Salze von Nitrilo(amino)trimethanphosphonsäure (NTMPA) als Flammschutzmittel allgemein beschrieben. Trimelamin- und Hexamelamin-NTMPA-Salz sind beschrieben in EP-A 1 116 773 . In EP-A 1 116 772 hingegen werden Trimagnesium-Trikalzium- und Trizink-nitrilo(amino)trimethanphosphonat als Flammschutzmittelkomponenten beschrieben.
  • Trotz der zahlreichen im Stand der Technik bekannten Flammschutzmittel besteht weiterhin ein Bedarf an Flammschutzmitteln mit optimierten Eigenschaften und verbesserter Umweltverträglichkeit.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit in der Bereitstellung solcher Flammschutzmittel.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindung der Formel (I)
    Figure 00020001
    wobei
    (A-H)+ ein Rest der Formel (IV)
    Figure 00020002
    ist, in der X H, CN, C(NH)NH2, C(O)NH2, C(NH)NHCN ist oder dessen Kondensationsprodukt;
    a 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 ist;
    jedes M unabhängig voneinander Ca, Mg, Zn oder Al ist;
    m 2 oder 3 ist;
    b 1, 2, 3, 4 oder 5 ist;
    c 0, 1, 2 oder 3 ist;
    d 1, 2 oder 3 ist und
    wobei gilt: a + b·m = (5 + c)·d
    oder ein Koordinationspolymer der Verbindung der Formel (I).
  • Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Polymer erhältlich aus der Wasser abspaltenden Polykondensation einer monomeren Verbindung der Formel (II)
    Figure 00030001
    wobei
    (A-H)+ und c die oben angegebene Bedeutung haben, oder dessen Salz.
  • Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch eine Verbindung der Formel (III-1) oder der Formel (III-2) [(A-H)+]m[Mm+(HPO4 2–)m] (III-1) [(A-H)+]m[Mm+(P2O7 4–)m/2] (III-2)wobei
    (A-H)+, M und m die oben angegebene Bedeutung besitzen.
  • Bei Verbindungen der Formeln (I), (II) und (III) tritt ein Rest [(A-H)+] auf, der der Formel (IV) entspricht und ionischer Natur ist. Die deprotonierte Grundform entspricht für X = H Melamin. Die Reste werden entsprechend ihrer Grundformen in Verbindungen der Formeln (I), (II) und (III) eingebracht. Hierbei können diese selbst oder Kondensationsprodukte dieser unter Ammoniak-Abspaltung eingesetzt werden. Im Fall des Melamins sind diese beispielsweise Melam, Melem oder Melon. Bevorzugt ist X = H.
  • Verbindungen der Formeln (I) und (II) leiten sich weiterhin aus Aminomethanphosphonsäuren ab und können Ethylenammonium-Einheiten (c ist von Null verschieden) enthalten. Solche Verbindungen können auf einfache Weise aus Ethylendiamin, Formaldehyd und phosphorige Säure oder Phosphiten hergestellt werden. Eine solche Herstellung ist beispielsweise in J. Org. Chem. (1966), 1603–1607 beschrieben.
  • Vorzugsweise ist c in den obigen Formeln 0 oder 1.
  • Die Verbindungen der Formel (I) können als solche eingesetzt werden oder sie werden thermisch in ihre Koordinationspolymere umgewandelt. Hierbei findet eine verbrückende koordinative Bindung eines phosphorhaltigen anionischen Liganden an zwei unterschiedliche Metallkationen statt, so dass ein polymeres Koordinationsgerüst gebildet werden kann.
  • Verbindungen der Formeln (I) und (III) enthalten Metallionen, die vorzugsweise Mg oder Al sind.
  • Bei Verbindungen der Formel (II) handelt es sich um Polymere, welche durch einfache thermische Dehydratisierung aus an sich bekannten Monomeren erhalten werden können oder es handelt sich um deren Salze, bei denen verbleibende OH-Gruppen unter Deprotonierung mit Kationen Salze bilden. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kationen um solche der Formel (A-H)+, insbesondere um Melaminium.
  • Bei den oben dargestellten chemischen Formeln handelt es sich um Grenzformeln, welche die Reste in ionischem Zustand darstellen. Dies muss jedoch nicht der tatsächlichen Ladungsverteilung entsprechen. Darüber hinaus können auch tautomere Formen der oben dargestellten Strukturen auftreten und werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit umfasst.
  • Beispiele für die neuen Verbindungen der Formel (I) sind folgende Verbindungen, wobei Mel für Melamin steht.
    • a) Derivate der Nitrilotrismethanphosphonsäure (H6-NTPMA, c = 0): [(Mel-H)+]3[Mg(HNTMPA)]3– (1) [(Mel-H)+]2[Al(HNTMPA)]2– (2) [(Mel-H)+]4[Mg3(HNTMPA)2]4– (3) [(Mel-H)+]4[Ca3(HNTMPA)2]4– (4) [(Mel-H)+]4[Zn3(HNTMPA)2]4– (5) [(Mel-H)+]3[Mg2Al(HNTMPA)2]3– (6) [(Mel-H)+]2[MgAl2(HNTMPA)2]2– (7)
    • b) Derivate der Ethylendiamin-tetrakismethanphosphonsäure (H8-EDTMP, c = 1) [(Mel-H)+]4[Mg(H2EDTMP)]4– (8) [(Mel-H)+]4[Ca(H2EDTMP)]4–( 9) [(Mel-H)+]4[Zn(H2EDTMP)]4– (10) [(Mel-H)+]3[Al(H2EDTMP)]3– (11) [(Mel-H)+]2[Mg2(H2EDTMP)]2– (12) [(Mel-H)+]2[Ca2(H2EDTMP)]2– (13) [(Mel-H)+]2[Zn2(H2EDTMP)]2– (14) [(Mel-H)+][MgAl(H2EDTMP)]– (15) [(Mel-H)+][CaAl(H2EDTMP)]– (16) [(Mel-H)+][ZnAl(H2EDTMP)]– (17)
    • c) Derivate der Diethylentriamin-pentakismethanphosphonsäure (H10-DETPMP, c = 2) [(Mel-H)+]5[Mg(H3DETPMP)]5– (18) [(Mel-H)+]5[Ca(H3DETPMP)]5– (19) [(Mel-H)+]5[Zn(H3DETPMP)]5– (20) [(Mel-H)+]4[Al(H3DETPMP)]4–(21) [(Mel-H)+]3[Mg2(H3DETPMP)]3– (22) [(Mel-H)+]3[Ca2(H3DETPMP)]3– (23) [(Mel-H)+]3[Zn2(H3DETPMP)]3– (24) [(Mel-H)+]2[MgAl(H3DETPMP)]2– (25) [(Mel-H)+]2[CaAl(H3DETPMP)]2– (26) [(Mel-H)+]2[ZnAl(H3DETPMP)]2– (27) [(Mel-H)+][Mg3(H3DETPMP)]– (28) [(Mel-H)+][Ca3(H3DETPMP)]– (29) [(Mel-H)+][Zn3(H3DETPMP)]– (30) [(Mel-H)+]4[Mg5(H3DETMP)2]4– (31) [(Mel-H)+]4[Ca5(H3DETMP)2]4– (32) [(Mel-H)+]4[Zn5(H3DETMP)2]4– (33) [(Mel-H)+]2[Mg3Al2(H3DETMP)2]2– (34) [(Mel-H)+]2[Ca3Al2(H3DETMP)2]2– (35) [(Mel-H)+]2[Zn3Al2(H3DETMP)2]2– (36)
    • d) Derivate der Triethylentetramin-hexakismethanphosphonsäure (H12-TETHMP, c = 3) [(Mel-H)+]6[Mg(H4TETHMP)]6– (37) [(Mel-H)+]6[Ca(H4TETHMP)]6– (38) [(Mel-H)+]6[Zn(H4TETHMP)]6– (39) [(Mel-H)+]5[Al(H4TETHMP)]5– (40) [(Mel-H)+]4[Mg2(H4TETHMP)]4– (41) [(Mel-H)+]4[Ca2(H4TETHMP)]4– (42) [(Mel-H)+]4[Zn2(H4TETHMP)]4– (43) [(Mel-H)+]2[Al2(H4TETHMP)]2– (44) [(Mel-H)+]2[Mg3(H4TETHMP)]2– (45) [(Mel-H)+]2[Ca3(H4TETHMP)]2– (46) [(Mel-H)+]2[Z3(H4TETHMP)]2– (47) [(Mel-H)+]3[MgAl(H4TETHMP)]3– (48) [(Mel-H)+]3[CaAl(H4TETHMP)]3– (49) [(Mel-H)+]3[ZnAl(H4TETHMP)]3– (50) [(Mel-H)+][Mg2Al(H4TETHMP)]– (51) [(Mel-H)+][Ca2Al(H4TETHMP)]– (52) [(Mel-H)+][Zn2Al(H4TETHMP)]– (53)
  • Solche Verbindungen sind im Allgemeinen gemäß der in 1 dargestellten Reaktionen zugänglich. Beispielhafte Koordinationspolymere sind in 2 dargestellt.
  • Verbindungen der Formel (II) sind beispielsweise die folgenden Derivate. Hierbei ist bevorzugt, dass die Polymere aus 2, 3, 4, 5 oder 6 Monomeren gebildet werden. Bei den Verbindungen (54) bis (57) handelt es sich um Salze, bei denen die OH-Gruppen nur teilweise unter Abspaltung von Wasser eine -O- Brücke bilden und die restlichen OH-Gruppen mit Melamin die entsprechenden Melaminium-Salze bilden.
  • Pyro-aminomethanphosphonsäure-Derivate:
    Figure 00070001
  • Figure 00080001
  • Weitere Polymere ausgehend aus Verbindungen der Formel (II) und Reaktionen, um solche Polymere herzustellen sind in 3 und 4 dargestellt.
  • Beispiele für Verbindungen der Formel (III) sind folgende Verbindungen: [(Mel-H)+]2[Mg(HPO4)2]2– (59) [(Mel-H)+]2[Ca(HPO4)2]2– (60) [(Mel-H)+]2[Zn(HPO4)2]2– (61) [(Mel-H)+]3[Al(HPO4)3]3– (62) [(Mel-H)+]2[MgP2O7]2– (63) [(Mel-H)+]2[CaP2O7]2– (64) [(Mel-H)+]2[ZnP2O7]2– (65) [(Mel-H)+]3[Al(P2O7)3/2]3– (66)
  • Bevorzugt sind: 1, 2, 8, 11, 12, 15, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 62, 63 und 66.
  • Besonders bevorzugt sind: 1, 2, 8, 11, 54, 55 und 56.
  • Ganz besonders bevorzugt sind: 54, 55 und 56.
  • Die Verbindungen 1 bis 53 (Kategorie a) stellen Metalla-aminophosphonate mit Komplex-Anionen dar, die mindestens ein vier- oder sechsbindiges Metallatom (Mg, Ca, Zn, Al) als Koordinationszentrum mit zweizähnigem (bipodalem) Phosphonat-Liganden und mindestens eine ternäre Ammonium-Phosphonat-Betain-Struktur (inneres Phosphonat) im Molekül enthalten.
  • Die Verbindungen 59 bis 66 (Kategorie b) repräsentieren Hydrogenphosphato- oder Pyrophosphato-Metallate mit Komplex-Anionen, die ein vier- oder sechsbindiges Metallatom (Mg, Ca, Zn, Al) als Koordinationszentrum mit zweizähnigem Hydrogenphosphat- oder Pyrophosphat-Liganden aufweisen.
  • Die Verbindungen 54 bis 58 (Kategorie c) enthalten Pyro-aminomethanphosphonat-Anionen mit ternären Ammonium-Phosphonat-Betain-Strukturen.
  • Die Synthese der Verbindungen der Kategorie a) kann nach Variante A) oder B) gemäß 1 erfolgen.
  • In Variante A) wird in erster Stufe zur M(H2PO4)2 oder 3-Lösung (Ia) umgesetzt, ausgehend von stöchiometrischen Mengen konz. H3PO4 und MtO/Mt2O3, Mt(OH)2 oder 3 bzw. MtCO3 wobei dieses vollständig in Lösung geht (s. Beispiel 1).
  • In Stufe 2) wird die so erhaltene wäßrige Lösung mit molaren Mengen wäßriger Aminomethanphosphonsäure-Lösung umgesetzt, wobei ein weißer Niederschlag ausfällt, der filtriert, gewaschen und getrocknet wird (IVa, s. Beispiel 2). Die freigewordene Phosphorsäure (bzw. deren konzentrierte Lösung) kann durch Eindampfen des Filtrates zurückgewonnen werden und erneut in den Reaktionskreislauf einfließen.
  • In Stufe 3) wird (IVa) bevorzugt in wäßriger Suspension bei 50–60°C vorgelegt und Melamin (IIIa) portionsweise zugegeben. Das voluminöse Endprodukt (VIa) wird abgesaugt, gewaschen und getrocknet (s. Beispiel 5).
  • Durch mehrstündiges Tempern bei 240°C entsteht ein Koordinationspolymer (VIIa).
  • In Variante B) erfolgt in erster Stufe eine Partialumsetzung zum Melamin-Aminomethanphosphonat (Va), das filtriert, gewaschen und getrocknet wird (s. Beispiel 3). In Stufe 2) wird (Va) mit (Ia) umgesetzt, wobei man bevorzugt (Ia) vorlegt und bei 50–60°C (Va) portionsweise zugibt. Das voluminöse Endprodukt (VIa) wird abgesaugt, gewaschen und getrocknet (s. Beipiel 5).
  • Durch mehrstündiges Tempern bei 240°C entsteht ein Koordinationspolymer (in 1 nicht dargestellt).
  • Beide Varianten liefern annähernd quantitative Ausbeuten an (VIa).
  • Variante B) wird bevorzugt.
  • Die Synthese der Verbindungen nach Kategorie a) erfolgt gemäß 1 und 2.
  • Gemäß Beispiel 1 wird mit H3PO4 zur wäßrigen Mt(H2PO4)2 oder 3-Lösung umgesetzt und diese anschließend mit festem Melamin (IIIa) homogenisiert. Alternativ kann die wäßrige Lösung auf Melamin aufgesprüht werden, wobei das Monomer (XIIa) entsteht – s. Beispiel 6.
  • Durch mehrstündiges Tempern bei 240°C werden oligomere oder polymere Pyrophosphatodialuminate (XIIIa und XIVa) erhalten.
  • Bevorzugt wird ein Sprühverfahren.
  • Die Synthese der Verbindungen nach Kategorie c) erfolgt gemäß 1 und 3. Partialaminomethanphosphonate (Va) – s. Beipiel 3, werden durch mehrstündiges Erhitzen auf 220°C in monomere Pyro-aminomethanphosphonate (Xa) überführt, aus denen im Anschluß durch Tempern bei 250–260°C polymere Pyro-aminomethanphosphonate (XIa) entstehen (s. Beispiel 4).
  • Die erfindungsgemäßen Flammschutzmittel sind bestens geeignet, synthetischen, insbesondere thermoplastischen Polymeren, Flammschutzeigenschaften zu verleihen.
  • Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindung als Flammschutzmittel in einem Polymer, vorzugsweise einem Thermoplast, insbesondere einem Polyamid, Polyurethan, Polystyrol, Polyolefin oder Polyester oder einem Duroplast, insbesondere Epoxidharz.
  • Dementsprechend ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Polymer enthaltend eine erfindungsgemäße Verbindung. Selbstverständlich können auch mehrere erfindungsgemäße Verbindungen eingesetzt werden.
  • Darüber hinaus kann das Polymer weitere von den erfindungsgemäßen Verbindungen verschiedene Verbindungen enthalten. Hierbei seien beispielsweise Melamin, Melaminiumphosphat oder Melamincyanurat.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft daher Polymer zusätzlich enthaltend mindestens eine der Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Melamin, Melaminiumphosphat und Melamincyanurat.
  • Beispiele für solche synthetische Polymere sind:
    • 1. Polymere von Mono- und Diolefinen, z. B. Polypropylen, Polyisobutylen, Polybuten-1, Poly-4-methylpenten-1, Polyvinylzyklohexan, Polyisopren oder Polybutadien und Polymerisate von Zykloolefinen, z. B. von Zyklopenten oder Norbornen und Polyethylen (auch vernetzt), z. B. High Density Polyethylen (HDPE) oder High Molecular Weight (HDPE-HMW), High Density Polyethylen mit Ultra-High Molecular Weight (HDPE-UHMW), Medium Density Polyethylen (MDPE), Low Density Polyethylen (LDPE) und Linear Low Density Polyethylen (LLDPE), (VLDPE) und (ULDPE).
    • 2. Polystyrole, Poly(p-methylstyrol), Poly(α-methylstyrol).
    • 3. Kopolymere sowie Propfkopolymere von Polybutadien-Styrol oder Polybutadien und (Meth)Acrylnitril wie z. B. ABS und MBS.
    • 4. Halogenhaltige Polymere z. B. Polychloropren, Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Kopolymere von Vinylchlorid/Vinylidenchlorid, Vinylchlorid/Vinylacetat oder Vinylchlorid/Vinylacetat.
    • 5. Poly(meth)acrylate, Polymethylmethacrylate (PMMA), Polyacrylamid und Polyacrylnitril (PAN).
    • 6. Polymere von ungesättigten Alkoholen und Aminen oder ihren Azylderivaten bzw. Azetalen, wie z. B. Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylazetate, -stearate, -benzoate oder maleate, Polyvinylbutyral, Polyallylphthalate und Polyallylmelamine.
    • 7. Homo- und Kopolymere von zyklischen Ethern, wie Polyalkylenglykole, Polyethylenoxide, Polypropylenoxide und deren Kopolymere mit Bisglyzidylethern.
    • 8. Polyazetale, wie Polyoxymethylene (POM) sowie Polyurethan und Acrylat modifizierte Polyazetale
    • 9. Polyphenylenoxide und -sulfide und deren Gemische mit Styrolpolymeren oder Polyamiden
    • 10. Polyamide und Kopolyamide hergeleitet von Diaminen und Dikarbonsäuren und/oder von Aminokarbonsäuren oder den entsprechenden Laktamen, wie z. B. Polyamid 4, Polyamid 6, Polyamid 6/6, 6/10, 6/9, 6/12, 12/12, Polyamid 11, Polyamid 12, aromatische Polyamide hergeleitet vom m-Xylylendiamin und Adipinsäure und Kopolyamide modifiziert mit EPDM oder ABS. Beispiele von Polyamiden und Kopolyamiden sind hergeleitet von ε-Kaprolaktam, Adipinsäure, Sebacinsäure, Dodekansäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Hexamethylendiamin, Tetramethylendiamin, 2-Methyl-pentamethylendiamin, 2,2,4-Trimethylhexamehthylendiamin, 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin, m-Xylylendiamin oder Bis(3-Methyl-4-aminozyklohexyl)methan.
    • 11. Polyharnstoffe, Polyimide, Polyamidimide, Polyetherimide, Polyesterimide, Polyhydantoine und Polybenzimidazole.
    • 12. Polyester hergeleitet von Dikarbonsäuren und Dialkoholen und/oder Hydroxykarbonsäuren oder den entsprechenden Laktonen, wie z. B. Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Poly-1,4-dimethylzyklohexanterephthalat, Polyalkylennaphthalat (PAN) und Polyhydroxybenzoate, Polymilchsäureester und Polyglykolsäureester.
    • 13. Polykarbonate und Polyesterkarbonate
    • 14. Polyketone.
    • 15. Mischungen bzw. Legierungen von o. g. Polymeren z. B. PP/EPDM, PA/EPDM oder ABS, PVC/EVA, PVC/ABS, PBC/MBS, PC/ABS, PBTP/ABS, PC/AS, PC/PBT, PVC/CPE, PVC/Acrylat, POM/thermoplastisches PUR, PC/thermoplastisches PUR, POM/Acrylat, POM/MBS, PPO/HIPS, PPO/PA6.6 und Kopolymere, PA/HDPE, PA/PP, PA/PPO, PBT/PC/ABS oder PBT/PET/PC.
    • 16. Duroplaste wie PF, MF oder UF oder Mischungen davon
    • 17. Epoxidharze – Thermoplaste und Duroplaste
    • 18. Phenoxyharze
    • 19. Wood-Plastic-Composites (WPC)
  • Die Konzentration des beanspruchten Flammschutzmittels in dem Polymer beträgt vorzugsweise 0,1 bis 60 Gew.-% bezogen auf das zuverarbeitende Polymer.
  • Das Flammschutzmittel kann z. B. durch Vormischung in Form von Pulver und/oder Granulat in einem Mixer und dann durch Homogenisieren in einer Polymerschmelze durch Kompoundieren (u. a. in einem Doppelschneckenextruder) hergestellt werden. Das Flammschutzmittel kann evtl. auch bei der Verarbeitung direkt zugegeben werden.
  • Das so flammgeschütze Material kann zu Fasern, Folien, Gußartikeln verarbeitet sowie zur Behandlung von Oberflächen verwendet werden.
  • Das Flammschutzmittel kann auch zur Oberflächenbehandlung (Imprägnierung) von Fasern, Folien, Textilien oder andere technische Materialien verwendet werden.
  • Durch Coating von Metalloberflächen kann auch ein antikorrosiver Schutzeffekt erzielt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Polymerzubereitungen können mit weiteren bekannten Synergisten und Co-Komponenten wie Aryl- oder Chloralkylphosphatestern, Arylen-diphosphatestern, Bisphenol-A (F)-diphosphatestern, polymerne Arylphosphatestern, Bis-Azinpentaerythritdiphosphat-Salzen, Hexa-aryloxy-triphosphazenen, Poly-aryloxy-phosphazenen und Siloxanen (R2SiO)r oder (RSiO1,5)r, insbesondere POSS-Verbindungen (Polyhedral Oligomeric SilSesquioxanes) sowie Metallphosphinaten oder Metallhypophosphiten (Metall: Mg, Ca, Zn und Al) oder den Kohlenstoffbildnern wie Pentaerythrit, Dipentaerythrit und Tripentaerythrit bzw. deren Ester oder Promotoren hierfür ausgerüstet werden,.
  • Folgende Zusatzstoffe seien weiterhin benannt:
    Metallhydroxide, beispielsweise Aluminium- oder Magnesiumhydroxid, Metallborate, wie beispielsweise Kalzium-, Magnesium-, Mangan- oder Zinkborate. Metalloxide wie Magnesium-, Aluminium-, Mangan-, Zink und Antimonoxid oder Titandioxid, Siliziumdioxid; Metallphosphate wie beispielsweise Magnesium-, Kalzium-, Zink- und Aluminiumphosphat; Tonmineralien wie Kaolinit, Muskovit, Pyrophyllit, Bentonit und Talk oder andere Mineralien wie Wollastonit, Quarz, Glimmer, Feldspat bzw. mineralische Anionenaustauscher wie Hydrotalzite oder andere, Magnesium-Aluminium-Hydroxokarbonate oder Kalzium-Aluminium-Hydroxokarbonate enthalten.
  • Als Schaumbildner seien genannt: Melamin, Melaminformaldehydharze, Melaminzyanurat, Melaminpolyphosphat; Harnstoffderivate wie Harnstoff, Thioharnstoff, Guanamine, Benzoguanamin, Azetoguanamin und Succinylguanamin, Dizyandiamid, Guanidin und Guanidinsulfamat sowie andere Guanidinsalze bzw. Allantoine, Glykolurile und Isozyanursäure-tris-hydroxyethylester.
  • Die erfindungsgemäßen Polymerzubereitungen können desweiteren Antidripping-Mittel, insbesondere auf Polytetrafluoroethylen-Basis enthalten. Die Konzentration solcher Antidrippingmittel beträgt 0,01 bis 15 Gew.-% bezogen auf das zuverarbeitende Polymer.
  • Zusätzlich können den Formulierungen weitere Komponenten zugegeben werden, z. B. Füllstoffe und Verstärkungsmittel, wie Glasfasern, Glasperlen oder mineralische Zusätze wie Kreide. Als weitere Additive können Antioxidantien, Lichststabilisatoren, Gleitmittel, Pigmente, Nukleierungsagentien und Antistatika.
  • Beispiele
  • Beispiel 1 – Vorstufe
  • Zubereitung von Aluminium-tris-dihydrogenphosphat (Ia): 23,4 g (0,3 Mol, feucht) Aluminiumhydroxid werden in 88,2 g (0,9 Mol, 85%ig) Phosphorsäure unter Rühren und Erwärmen gelöst.
  • Beispiel 2 – Vorstufe
  • Herstellung von (IVa): Zur Lösung von (Ia), hergestellt nach Beispiel 1, werden 89,7 g (0,3 Mol) Aminotrimethanphosphonsäure (IIa) (Dequest 2000, 50%ige Lösung der Fa. SOLUTIA) sukzessive zugegeben. Der ausgefallene weiße Niederschlag wird abfiltriert, gewaschen und bis zur Gewichtskonstanz getrocknet (Di-hydrogen-aminotrimethanphosphonato-aluminat-Betain (IVa)).
    • Ausbeute: 87 g (ca. 90% d. Th.); Fp: > 300°C
  • Beispiel 3 – Vorstufe
  • Herstellung von Bis-Melaminium-trihydrogen-aminotrimethanphosphonat-Betain (Va): Zu einer wäßrigen Lösung, enthaltend 89,7 g (0,3 Mol) Aminotrimethanphosphonsäure (IIa) (Dequest 2000, 50%ige Lösung der Fa. SOLUTIA), werden 75,7 g (0,6 Mol) Melamin (IIIa) unter Rühren und Erwärmen portionsweise zugegeben. Nach wenigen Minuten bildet sich ein voluminöser weißer Niederschlag, der abgesaugt und bis zur Gewichtkonstanz getrocknet wird.
    • Ausbeute: 155 g (ca 94% d. Th.); Fp: > 300°C
  • Beispiel 4 – erfindungsgemäß
  • Durch Erhitzen von (Va) auf 200–220°C ist das Pyro-aminomethanphosphonat-Betain (Xa) zugänglich, aus dem durch mehrstündiges Tempern bei 230–250°C polymeres Pyro-aminomethanphosphonat-Betain (XIa) entsteht.
  • Beispiel 5 – erfindungsgemäß
  • Herstellung von Bis-Melaminium-hydrogen-aminotrimethanphosphonato-aluminat-Betain (VIa):
  • Variante A: (IVa) + (IIIa)
  • 32,3 g (0,1 Mol) (IVa) werden in 800 ml Wasser suspendiert und unter Rühren auf 50–60°C erwärmt. Zu dieser Suspension gibt man portionsweise 25,3 g (0,2 Mol) Melamin (IIIa). Innerhalb weniger Minuten bildet sich ein voluminöser weißer Niederschlag, der abgesaugt und bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wird.
    • Ausbeute: 52,0 g (ca. 90% d. Th.); Fp: > 250°C.
  • Variante B: (Ia) + (Va)
  • Eine Lösung von 0,15 Mol (Ia), hergestellt nach Beispiel 1, wird in 800 ml Wasser vorgelegt und unter Rühren auf 50–60°C erwärmt. Zu dieser Lösung gibt man portionsweise 82,7 g (0,15 Mol) (Va). Nach etwa 4 Stunden entsteht ein voluminöses Produkt, das abgesaugt und bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wird.
    • Ausbeute: 78,0 g (ca. 90% d. Th); Fp: > 300°C
  • Beide Produkte lassen sich durch mehrstündiges Tempern bei 230–250°C in ein Koordinationspolymer (VIIa) überführen.
  • Beispiel 6 – erfindungsgemäß
  • Herstellung von Tris-Melaminium-tris-hydrogenphosphato-aluminat (XIIa):
  • Eine wäßrige Lösung von 318,0 g (1,0 Mol) (Ia) wird auf 378,4 g (3,0 Mol) Melamin (IIIa) aufgesprüht. Nach Trocknung ist die Produktausbeute praktisch quant. Fp.: > 300°C Durch mehrstündiges Tempern bei 230–250°C entsteht Hexamelaminium-tris-pyrophosphato-dialuminat (XIIIa), welches durch weiteres Erhitzen in Poly-Hexamelaminium-bis-pyrophosphato-phosphato-dialuminat (XIVa) übergeht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • - EP 1116773 A [0004]
    • - EP 1116772 A [0004]

Claims (11)

  1. Verbindung der Formel (I)
    Figure 00170001
    wobei (A-H)+ ein Rest der Formel (IV)
    Figure 00170002
    ist, in der X H, CN, C(NH)NH2, C(O)NH2, C(NH)NHCN ist oder dessen Kondensationsprodukt; a 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 ist; jedes M unabhängig voneinander Ca, Mg, Zn oder Al ist; m 2 oder 3 ist; b 1, 2, 3, 4 oder 5 ist; c 0, 1,2 oder 3 ist; d 1, 2 oder 3 ist und wobei gilt: a + b·m = (5 + c)·d oder ein Koordinationspolymer der Verbindung der Formel (I).
  2. Polymer erhältlich aus der Wasser abspaltenden Polykondensation einer monomeren Verbindung der Formel (II)
    Figure 00180001
    wobei (A-H)+ und c die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben, oder dessen Salz.
  3. Verbindung der Formel (III-1) oder der Formel (III-2) [(A-H)+]m[Mm+(HPO4 2–)m] (III-1) [(A-H)+]m[Mm+(P2O7 4–)m/2] (III-2) wobei (A-H)+, M und m die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung besitzen.
  4. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass c 0 oder 1 ist.
  5. Verbindung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass M Mg oder Al ist.
  6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass X in Formel (IV) H ist.
  7. Verwendung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Flammschutzmittel in einem Polymer.
  8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Thermoplast oder Duroplast ist.
  9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast ein Polyamid, Polyurethan, Polystyrol, Polyolefin oder Polyester und der Duroplast ein Epoxidharz ist.
  10. Polymer enthaltend eine Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  11. Polymer nach Anspruch 10 zusätzlich enthaltend mindestens eine der Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Melamin, Melaminiumphosphat und Melamincyanurat.
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