DE2701856B2 - Dioxaphosphorinane und sie enthaltende Polyurethane, Polyester oder Polystyrole - Google Patents
Dioxaphosphorinane und sie enthaltende Polyurethane, Polyester oder PolystyroleInfo
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Description
C(CH2X).,-
2. Schwer entflammbare Polyurethane, Polyester oder Polystyrole, dadurch gekennzeichnet, daß sie
eine Verbindung gemäß Anspruch 1 enthalten.
Gegenstand der Erfindung sind Dioxaphosphorinane propanol)phosphat umzusetzen. Diese Verbindung
und diese Verbindungen als flammhemmende Mittel 20 unterscheidet sich strukturell stark von den erfindungs-
enthaltende Polyurethane, Polystyrole und Polyester. gemäßen flammhemmenden Dioxaphosphorinanen.
Aus der US-PS 37 84 592 ist es bekannt, 3 MoJ Aus der US-PS 29 52 701 sind unter anderem
Dibromneopentylglykol mit einem Mol Phosphoroxid- Verbindungen der Formel
Chlorid unter Bildung von Tris-(2,2-bis[brommethyl]-3-
Chlorid unter Bildung von Tris-(2,2-bis[brommethyl]-3-
CH3
CH3
CH,-O
G CH3
P-O-CH2-C
CH3
-CH2-O- P
G 0—CH,
II/
CH2-O
0-CH2
CH3
CH3
bekannt, in der G für ein Sauerstoff- oder Schwefelatom stehen kann. Diese phosphororganischen Verbindungen
sind als flammhemmende Weichmacher, als Stabilisatoren, synthetische Schmiermittel, Kraftübertragungsmittel,
Schmierölzusätze, Schädlingsbekämpfungsmittel und als Zwischenprodukte für die Herstellung anderer
phosphororganischer Verbindungen bekannt.
Aus der US-PS 38 90 409 sind Verbindungen der allgemeinen Formel
(R1 CH2-O [O]11,
\ / \ll
c p—o-
CH2-O
R2
45
bekannt, in der
und R2 Wasserstoffatome oder
H2 H2
Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, η unter anderem den Wert 1,/nO oder 1 und Y unter anderem
eine Gruppe der allgemeinen Formel
-CH2-C(CH2X)2
Z
Z
bedeutet, in der X Chlor oder Brom und Z eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine
Brommethylgruppe oder eine Chlormethylgruppe darstellt. Diese Verbindungen sind als flammhemmende
Mittel brauchbar.
Aus der DE-PS 22 62 336 sind flammhemmende halogenierte Neopentylglykolmonophosphat- und -diphosphatester
der Formeln
Γ*
C-O Y
-C
H2
X-CH2
CH2O Y
Ml
Ρ—Ο—R
C-O
C-O
H2 CH2X Y OCH2
II/
POCH2CCH2OP
CH2O
CH2X OCH2
CH2X
CH2X
bekannt, in denen R unter anderem eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine Halogenalkylgruppe
mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder eine Hydroxyalkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen
und vorzugsweise eine Halogenalkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, X Halogenatome, vorzugsweise
Bromatome und Y Sauerstoff- oder Schwefelatome und vorzugsweise Sauerstoffatome bedeutet.
Da die vorbekannten flammhemmenden Mittel in ihrer Wirkung teilweise stark zu wünschen übriglassen,
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nun darin zu sehen, flammhemmende Mittel auf Phosphatestergrundlage
anzugeben, die insbesondere für Polyurethan oder Polystyrol geeignet sind und die es ermöglichen, das
flammhemmende Mittel auch chemisch an die Polymersubstrate zu binden. ι ο
In den genannten Veröffentlichungen ist nicht erwähnt, daß die betreffenden Verbindungen am
2'-Kohlenstoffatom Methylolsubstituenten tragen können. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet der
flammhemmenden Verbindungen bekannt ist, führt die wahllose Substitution von Halogenatomen oder Wassersloffatomen
durch Hydroxylgruppen zu einer starken Verringerung der hydrolytischen und thermischen
Stabilität der modifizierten, hydroxysubstituierten Verbindung. Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt,
daß es gelingt, Halogenatome oder Wasserstoffatome
durch Hydroxylgruppen zu ersetzen ohne die grundlegenden physikalischen Eigenschaften der nichthydroxylsubstituierten
Verbindung zu beeinträchtigen, wodurch überraschenderweise ein reaktionsfähiges flammhemmendes
Mittel gebildet wird, das chemisch in die Kette eines Polymeren, beispielsweise eines Polyurethans
oder eines Polyesters, gebunden werden kann, wodurch die Wanderung des flammhemmenden Mittels
und der sich daran anschließende Verlust der flammwidrigen Eigenschaften des Polymerisats verhindert wird.
Gegenstand der Erfindung sind daher die Dioxaphosphorinane nach Anspruch
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung stehen Z für Chloratome oder Bromatome, X für
Chloratome, Bromatome oder Hydroxylgruppen, η für eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 2 und
insbesondere mit einem Wert von
In der folgenden Tabelle I sind erfindungsgemäße Verbindungen der allgemeinen Formel I wiedergegeben.
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Br
Cl
Br
Cl
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Br
Br
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Br
Cl
OH
OH
OH
OH
Br Cl OH
OH
OH
Cl
Cl
Br
Cl
Cl
Br
OH OH OH OH
OH OH OH OH
H Br H
Br
Cl
Br
Cl
Br
Cl
Br
Cl
Br
Br
Br
Br
Br
Br
Cl
Br
Cl
Br
Cl
Br
Br
Br Cl Br Cl Br Cl Br Cl Br Br Br Br Br Br Cl Br Cl Br Cl Br
Br
Br
Cl Br Cl Cl Cl Cl Br Cl
Br Cl Br
Br Cl Br Cl Cl Cl Cl Br Cl
Br Cl Br
Br
Cl
Cl Cl
Br
Cl
Cl Cl
Besonders bevorzugte erfindi'ngsgemäße Verbindungen sind die folgenden:
2-(2',2'-Bis(brommethyl)-3'-hydroxypropoxy)-
5,5-bis(brommethyl)-
2-oxa-l,3,2-dioxaphosphorinan;
2-(2',2'-Bis(chlormethyl)-3'-hydroxypropoxy)-
5-bis(chlormethyl)-
2-oxa-1,3,2-dioxaphosphorinan; 2-(2',2'-Bis(hydroxymethyl)-3'-brompropoxy)-
5,5-bis(brommethyl)-
2-oxa-1,3,2-dioxaphosphorinan;
2-(2',2'-Bis(hydroxymethyl)-3'-chlorpropoxy)-
5,5-bis(chlormethyl)-
2-oxa-1,3,2-dioxaphosphorinan;
2',2'-Bis(hydroxymethyl)-l',3'-
bis(5,5-bis(brommethyl)-
2-oxa-1,3,2-dioxaphosphorinan)-propan;
2'-Hydroxymethyl-l'-3'-
bis(5,5-bis-(brommethyl)-2-oxal,3,2-dioxaphosphorinan)-2'-(5,5-bis(brom-
methyl)-2-oxa-1,3,2-
dioxaphosphorinan-2-methoxy)propanund
2',2'-Bis(hydroxymethyl)-
(ZCH2)C(CH2OHb + POCI.,
r,3'-bis(5,5-bis(chlcrmethyl)-2-oxa-l,3,2-dioxaphosphorinan)piopan.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen werden gemäPdem
folgenden Reaktionsschema hergestellt:
O O
P-Cl + 2HCl 1
»II 4 (CH2X)4^rC(CH2OH)11
ZCH
ZCH,
O O
O—Cl-l·-
CH1OH
-C(CH2X)., „ -f nHCl
worin n, X, Y und Z die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen besitzen. Im allgemeinen werden äquimolare
Mengen Dihalogenneopentylglykol und Phosphoroxidchlorid bei einer Temperatur zwischen etwa O und
etwa 1200C umgesetzt, bis sich die theoretische Menge Chlorwasserstoff entwickelt hat. Die Reaktion kann in
Gegenwart eines Lösungsmittels oder ohne Lösungsmittel durchgeführt werden. Beispiele für zu verwendende
Lösungsmittel sind Benzol, Toluol und Chloroform. Man kann katalytische Mengen eines Metallsalzes
oder Oxides, wie Magnesiumoxid, Magnesiumchlorid, Calciumoxid, Calciumchlorid, Titanchlorid oder Vanadiumacetat,
und stöchiometrische Mengen einer als Säureakzeptor dienenden schwachen organischen Base,
wie Pyridin oder Triäthylamin, benutzen, um die Beendigung der Reaktion zu beschleunigen. Das
erhaltene rohe 5,5-Bis(halogenmethyl)-2-oxa-2-chlor-1,3,2-dioxaphosphorinan
wird dann mit dem gewünschten Polyol, beispielsweise Pentaerythrit, Dibromneopentylglykol,
Monochlorpentaerythrit etc. in dem gewünschten stöchiometrischen Verhältnis umgesetzt,
wobei man dieselben .Reaktionsbedingungen benützt, die bei der anfänglichen Umsetzung des Dihalogenneopentylglykols
mit Phosphoroxidchlorid angewandt wurden, d. h. eine Reaktionstemperatur von etwa 0 bis
etwa 12O0C, wobei man gegebenenfalls in Gegenwart
eines Lösungsmittels, eines Metallkatalysators oder einer tertiären Aminbase arbeitet, bis die theoretische
Menge des Halogenwasserstoffs entwickelt worden ist.
In Abhängigkeit von der physikalischen Konsistenz des Endproduktes kann man verschiedene Nachbehandlungsmethoden
anwenden. Beispielsweise kann man flüssige Endprodukte mit wäßrigem Ammoniak waschen,
um etwa vorhandene restliche Säure zu entfernen. Dem Waschen mit wäßrigem Ammoniak
schließt sich ein Waschen mit Wasser an. Das gewaschene Produkt wird in üblicher Weise getrocknet,
beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 100 bis etwa 1300C, bis die Gewichtskonstanz erreicht worden
ist.
Feste Produkte kann man durch Waschen oder Umkristallisieren in üblicher Weise reinigen. So kann
man beispielsweise das feste Produkt mit Wasser oder organischen Lösungsmitteln, wie Benzol, Toluol, Methanol,
Äthanol etc., waschen oder kann es aus diesen Lösungsmitteln Umkristallisieren. Das gereinigte feste
Produkt wird dann in üblicher Weise bis zur Gewichtskonslanz getrocknet, beispielsweise bei einer
Temperatur von 50 bis 150cC.
Die erfindungsgemäßen Dioxaphosphorinane stellen wertvolle flammhemmende Mittel für polymere Zubereitungen
dar. Sie sind insbesondere für Polyurethane, einschließlich e'astischer und fester Schäume sowie
Elastomerer, und für Styrolpolymere, wie Polystyrol, einschließlich der kristallinen und hochstoßfesten
Typen, und für Styrolcopolymere und -terpolymere, wie Styrol/Acrylnitrilcopolymere, Styrol/Butadien-Copolymere
und Acrylnitril/Butadien/Styrol-Terpolymere geeignet. Eine weitergehende Beschreibung dieser PoIy-
jo meren findet sich in der Modem Plastics Encyclopedia.
Band 52, No. 1OA, McGraw-Hill, Inc., New York(1975).
Da die erfindungsgemäßen flammhemmenden Dioxaphosphorinane eine Hydroxylgruppe aufweisen, sind sie
für Polymere, mit deren Polymerkette sie reagieren
J5 können, besonders geeignet, da hierdurch ein Polymerisat
mit dauerhaften flammhemmenden Eigenschaften erhalten werden kann. Polymere, mit denen die
reaktionsfähige Hydroxylgruppe der erfindungsgemäßen Dioxaphosphorinane reagieren kann, sind PoIyester,
und zwar sowohl gesättigte als auch ungesättigte Polyester, Polyurethane, einschließlich der weichen
oder elastischen und festen Schäume und der Elastomeren, Zellulosepolymere, wie Baumwolle und Zellulose/
Polyester-Mischungen, wie 50/50-, 65/35- und 35/65-
4ι Baumwolle/Polyester-Mischungen, und Polyepoxide.
Die erfindungsgemäßen flammhemmenden Dioxaphosphorinane können unter Anwendung an sich
bekannter Verfahrensweisen in die genannten Polymeren einpolymerisiert oder auf diese aufgebracht werden.
Eine Beschreibung findet sich beispielsweise bei J. M. Lyons, »The Chemistry and Use of Fire Retardanis«,
Wiley-lnterscience, New York (1970), und Z.E. J olles,
»Bromine and Its Compounds«, Academic Press, New York (1966).
Die erfindungsgemäßen flammhemmenden Dioxaphosphorinane werden in einer Menge in die Polymeren
eingearbeitet, die meßbare flammhemmende Eigenschaften erzeugt. In Abhängigkeit von dem verwendeten
Dioxaphosphorinan und dem damit kombinierten
bo Polymeren liegt die Menge des erfindungsgemäßen
flammhemmenden Mittels bei etwa 35 Gew.-% oder mehr, bezogen auf die Gesamtzubereitung. In den
meisten Fällen wird das flammhemmende Dioxaphosphorinan etwa 1 bis etwa 25 Gew.-% der Gesamtzube-
b5 reitung ausmachen.
Die erfindungsgemäßen flammhemmenden Dioxaphosphorinane können zusammen mit sogenannten
synergistischen oder ergänzenden Mitteln in den
27 Ol
Polymeren verwendet werden, wodurch die flammhemmenden Wirkungen der einzelnen Komponenten erhöht
werden. Solche ergänzenden Mittel sind die Oxide und Halogenide der Elemente der Gruppen IV A und V A
des Periodensystems, nämlich die Oxide und Halogenide von Antimon, Wismut, Arsen, Zinn, Blei und Germanium,
organische und anorganische Verbindungen von Phosphor, Stickstoff, Bor und Schwefel sowie die Oxide
und Halogenide von Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Niob, Molybdän, Kupfer, Zink und Magnesium,
wie beispielsweise Antimonoxidchlorid, Antimorichlorid, Antimonoxid, Zinn(IV)-oxid, Zinn(IV)-chlorid, Arsenoxid,
Arsenchlorid, Triphenylphosphat, Ammoniumphosphat, Zinkborat, Thioharnstoff, Harnstoff, Zinnsulfid,
Titandioxid, Titanchlorid, Vanadiumpentoxid, π Chrombromid, Manganoxid, Molybdäntrioxid, Ammoniummolybdat,
Hydrate der obigen Verbindungen, wie beispielsweise Zinnoxidhydrat und Bleihydrat sowie
Kombinationen aus diesen Verbindungen. Geeignet sind ferner Verbindungen, die bei der Zersetzung, beispiels- ?<>
weise bei der Verbrennung diese Oxide liefern, wie beispielsweise einige organische Antimonate und
Antimonverbindungen, wie sie in den US-Patentschriften 32 05 196, 29 96 528 und 29 93 924 beschrieben sind.
Bevorzugte ergänzende Mittel sind Antimontrioxid, 2-i
Antimontrichlorid, Antimontribromid, Antimontrijodid, Antimonoxidchlorid, Arsentrioxid, Arsenpentoxid,
Zinkborat, BaB2O4 ■ H2O, 2 ZnO · 3 B2O3 ■ 3,5 H2O
und Zinn(II)-oxid-hydrat.
Die erfindungsgemäßen schwer entflammbaren Poly- J<> meren können auch weitere Hilfsstoffe enthalten, wie
beispielsweise Adhäsionspromotoren, Antioxidantien, antistatische Mittel, Antimikrobenmittel, färbende Mittel,
flammhemmende Mittel, wie sie in »Modem Plastics Encyclopedia«, ibid., Seiten 665 bis 668 beschrieben sind, r>
Wärmestabilisatoren, Lichtstabilisatoren und Füllstoffe.
Geeignete Füllstoffe sind beispielsweise Glas, Kunststoff, Zelluloseproduktc (Holzmehl, Kork und Schalenmehl),
Calciumcarbonat (Kreide, Kalkstein und gefälltes 4ii
Calciumcarbonat), Metallflocken oder -späne. Metalloxide (Aluminiumoxid, Berylliumoxid und Magnesiumoxid),
Metallpulver (Aluminium, Bronze, Blei, nichtrostender Stahl und Zink), Polymere (zerkleinerte
Polymere und Elastomerenmischungen), kieselsäurehal- -π
tige Produkte (Diatomeenerde, Novaculit, Quarz, Sand, Tripolit, geblähte kolloidale Kieselsäure, Kieselsäureaerogel
und nach Naßverfahren hergestelltes Siliciumdioxid), Silikate (Asbest, Kaolimit, Glimmer, Nephelin,
Syenil, Talkum, Wollastonit, Aluminiumsilikat und >n Calciumsilikat) und anorganische Verbindungen, wie
z. B. Bariumferrit, Bariumsulfat, Molybdändisulfid und Siliciumcarbid.
Eine vollständige Beschreibung der obengenannten Materialien einschließlich der 1-üllstoffe findet sich in π
der bereits erwähnten I.itcraturstclle »Modem Plastics
Encyclopedia«.
Die oben beschriebenen Materialien werden in Mengen verwendet, die keinen ungünstigen Einfluß auf
die gewünschten Ergebnisse ausüben, So kann die mi Menge sich von 0% bis zu einem Prozentsatz
erstrecken, bei dem die Zubereitung noch als Kunststoff klassifiziert werden kann. Im allgemeinen erstreckt sich
die Menge dieser Hilfssloffe von etwa 0 bis etwa 75% und noch bevorzugter von elwa I bis etwa 50%, hi
bezogen auf das Gesamtgewicht der Zubereitung.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Herstellung der Verbindung 1 von Tabelle I
Man beschickt einen 5-Liter-Kolben, der mit einem Kühler, einem Rührer und einem Thermometer
ausgerüstet ist, mit 1048 g Dibromneopentylglykol, 614 g Phosphorylchlorid und 3 g Magnesiumoxid. Man
erhitzt die Mischung unter Rühren auf 6O0C und hält diese Temperatur während 2 Stunden aufrecht. Dann
erhöht man die Temperatur langsam auf 85°C, hält sie während 3 Stunden bei dieser Temperatur und gibt
anschließend 995 g Dibromneopentylglykol zu. Man erhitzt die Mischung dann auf 1000C und hält sie
während 3 Stunden bei dieser Temperatur. Nachdem man auf 60°C abgekühlt hat, gibt man 1600 ml Methanol
zu. Hierbei scheidet sich ein weißer Feststoff ab, den man mit 500 ml Wasser versetzt. Nach dem Filtrieren
und Trocknen erhält man 1602 g eines weißen Feststoffs mit einem Schmelzpunkt zwischen 119 und 122°C. Das
Material wird über das NMR-Spektrum identifiziert, wobei sich zeigt, daß das Material eine Reinheit von
mehr als 95% aufweist.
Beispiel 2
Herstellung der Verbindung 3 von Tabelle I
Herstellung der Verbindung 3 von Tabelle I
Man erhitzt eine Mischung aus 164,6 g Dibromneopentylglykol, 0,3 g Magnesiumoxid und 96,3 g Phosphoroxidchlorid
in einem 500-ml-Kolben, der mit einem Kühler, einem Rührer und einem Thermometer
ausgerüstet ist, auf 1000C. Dann erhöht man im Verlaufe
einer halben Stunde die Temperatur auf 1000C und hält sie dann während 2 Stunden bei 2000C. Während einer
halben Stunde bei 1000C schließt man eine Absaugeeinrichtung
an. Das Reaktionsprodukt wird im Vakuum der Absaugeeinrichtung auf Raumtemperatur abgekühlt.
Dann gibt man 125 g Monobrompentaerythrit zu. Man erhitzt die gebildete Mischung auf 100 bis 1050C.
Nachdem man eine halbe Stunde bei 1000C gehalten hat, schließt man die Absaugeeinrichtung an und führt
die Reaktion während 5 Stunden und 45 Minuten bei 1000C im Vakuum der Absaugeeinrichtung fort. Dann
kühlt man das Reaktionsprodukt auf 500C ab und wäscht mit einer wäßrigen Ammoniaklösung. Man kühlt
das Produkt auf Raumtemperatur, wäscht bei 5O0C mit Wasser, löst es in Aceton und trocknet. Die Ausbeute
beträgt 143 g (45%).
Analysenwertc:
Br, berechnet: 47,5%, gefunden: 50,52%.
Hydroxylzahl, berechnet: 222, gefunden: 175.
Hydroxylzahl, berechnet: 222, gefunden: 175.
Säurezahl: keine gefunden.
Beispiel 3
Herstellung der Verbindung 5 der Tabelle I
Herstellung der Verbindung 5 der Tabelle I
Man beschickt einen 1-Liter-Kolben mit 172 g
Dibromneopentylglykolchlorphosphat (A) und 34 g Pentaerythrit (B) unter Rühren. Dann erhitzt man das
Gemisch wührcnd 4 Slundcn auf 110 bis 1150C. Nach 4
Stunden ist die Chlorwasscrstoffentwicklunc beende!.
27 Ol
\o
worauf das Gemisch eine weitere halbe Stunde im Vakuum gerührt wird. Die Reaktion läuft nach der
folgenden Gleichung:
BrCH
P-Cl + C(CH2C)H)4 >
P — OCH,-
ab. Man erhält ein hochviskoses, flüssiges Produkt, das über das IR-Spektrum als 2',2'-Bishydroxy methyl)-1',3'-
bis(5,5-bis{brommethyl)-2-oxa-1,3,2-dioxaphosphorinan)-propan
identifiziert wird.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Anwendung der erfindungsgemäßen Dioxaphosphorinane
und ihrer flammhemmenden Wirkung.
Zur Herstellung eines Polyurethanschaums verwendet man die folgenden Bestandteile:
Bestandteile
Gew.-Teile
Polyol (Alkanolaminpolyol mit 100
einem Molekulargewicht von etwa
3500 und einer Hydroxylzahl von
etwa 530)
3500 und einer Hydroxylzahl von
etwa 530)
Silikonglykol, oberflächenaktives 2
Mittel
Trichlorfluormethan 35
Polymeres aromatisches Poly- 135
isocyanat mit 31,5% verfügbarem
Man vereinigt das Polyol, das oberflächenaktive Mittel und das als Treibmittel dienende Trichlorfluormethan,
das auf 1000 g Polyol berechnet ist, um den Verlust des Treibmittels möglichst gering zu halten.
Dann wird das Polyisocyanat in einer austarierten (283,5 g) Papierhülle eingewogen, wobei man auf
Rückstände Rücksicht nimmt. Die Papierhülle wird dann beiseite gestellt, während die noch fehlenden
Bestandteile eingewogen und gemischt werden. Dann wiegt man den oben beschriebenen Polyolgrundansatz
in einer solchen Menge in ein umbehandeltes Papiergefäß mit einem Fassungsvermögen von 1,1 Liter ein, das
dieses 100 g Polyol enthält. Dann wiegt man in diesen 1,1-Liter-Behälter 10 g 2-(2',2'-Bis(hydroxymethyl)-3-
brompropyl)-5,5-bis(brommethyl)-2-oxa-1,3,2-dioxaphosphorinan
ein. Dann vermischt man den Inhalt dieses Gefäßes während 5 Minuten unter Anwendung
einer Rührgeschwindigkeit von 1000min-'. Dann gibt
man das Polyisocyanat zu und setzt das Rühren während 10 Sekunden mit einer Rührgeschwindigkeit von
1000 min-' fort. Die Mischung wird dann in ein unbehandeltes Papiergefäß mit einem Fassungsvermögen
von 2,27 kg gegossen und aufsteigen gelassen.
Nachdem der Schaum nicht mehr klebt und im wesentlichen vulkanisiert, d. h. vernetzt ist, wird er
mindestens 7 Tage aufbewahrt, bevor er dem sogenannten »Sauerstoff-Index-Test« gemäß der ASTN-Vorschrift
D-2863-74 unterworfen wird. Die Ergebnisse dieses Tests sind in der folgenden Tabelle II angegeben.
-C(CH2OH)2
Zu Vergleichszwecken sind in der folgenden Tabelle II auch die Ergebnisse angegeben, die man ohne
flammhemmendes Mittel, mit unterschiedlichen Mengen des flammhemmenden Mittels und verschiedenen
flammhemmenden Mitteln erzielt.
Flammhemmen | Zugegebene Menge | SauerstolT- |
des Mittel | (Gew.-Teile pro | Index |
100 Gew.-Teile des | ||
Polyols) | (%) |
Kontrolle
Verbindung 3
von Tabelle I
Verbindung 1
von Tabelle I
Verbindung 3
von Tabelle I
Verbindung 1
von Tabelle I
10
20
20
30
Beispiel 5
Beispiel 5
21,0
23,5
24,5
23,5
24,5
24,0
Man beschickt den ersten Tank einer Urethanschaum-Herstellungsvorrichtung,
die für die gleichzeitige Zugabe von bis zu 6 Komponenten eingerichtet ist, mit einer 80/20-Mischung aus Toluol-2,4-Diisocyanat
und Toluol-2,6-Diisocyanat (die im folgenden als TDI-Mischung bezeichnet wird). Dann bringt man
0,5 kg der Verbindung 3 der Tabelle I als flammhemmendes Mittel zusammen mit 10 kg eines Polypropylenglykols
mit einem Molekulargewicht von etwa 3000 und einer Hydroxylzahl von etwa 56 ir. den zweiten
Tank ein und vermischt die Bestandteile dort. Den dritten Tank beschickt man mit Zinn(II)-octoat als
Katalysator. In den vierten Tank bringt man ein oberflächenaktives Silikon ein. Der fünfte Tank wird mit
einer Wasser/Triäthylendiamin-Mischung (3,0/0,20 bis 0,40) beschickt. Das Triäthylendiamin wird in Form
einer 33prozentigen Lösung in Dipropylenglykol eingesetzt. Die genannten Bestandteile werden dann mit
einer vorherbestimmten Geschwindigkeit gleichzeitig in das Reaktionsgefäß gepumpt, wo sie mit einem
Stabmischer vermischt werden, der mit 3000 min-' betrieben wird. Die Bestandteile werden in folgenden
Mengen angewandt:
Bestandteile | Gewichisteile |
Flammhemmendes Mittel | 5 |
60 (Verbindung 3 der Tabelle I) | |
Polyol | 100 |
Oberflächenaktives Silikon | 1,0 bis 1,5 |
Triäthylendiamin | 0,40 bis 0,42 |
65 ZinndD-octoat-Katalysator | 0,10 bis 0,18 |
Wasser | 3,0 |
TDI-Mischung | Index 103 bis 105 |
Man läßt die Mischung während des Mischens in eine Pappschachtel mit den Abmessungen
35,6 χ 35,6 χ 15,2 cm tropfen. Nachdem der Schaum
seine volle Höhe erreicht hat, wird er während 30 Minuten bei etwa 99 bis 104°C in einem Umluftofen
nachvulkanisiert. Nach dem Stehenlassen des Schaumes während mindestens 7 Tagen wird der Schaum auf seine
Brennbarkeit gemäß dem Motor Vehicle Safety
Standard 312 des US-Departments of Transportation untersucht. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in
der Tabelle III angegeben, die auch die Ergebnisse umfaßt, die nach der Alterung der Schäume in
bestimmter Weise erzielt wurden. Die Tabelle III enthält ferner die Ergebnisse des Kontrollversuchs und
die Ergebnisse, die sich bei unterschiedlichen Mengen des flammhemmenden Mittels ergeben.
Brennbarkeit von geformten Polyurethanschäumen
Menge des fiammhemmenden Mittels
Kontrolle
Gew.-Teile pro
Gew.-Teile des
Polyols
Gew.-Teile des
Polyols
10 Gew.-Teile pro
100 Gew.-Teile des
Polyols
100 Gew.-Teile des
Polyols
Anfänglich | bestanden | bestanden, 0 | bestanden, 0 |
101,1 mm/min | |||
Gealtert") | nicht bestimmt | bestanden, 0 | bestanden, 0 |
Gealtert") | bestanden | bestanden, 0 | bestanden, 0 |
88,9 mm/min |
a) Gealtert nach der ASTM-D-1564 während 22Stunden in trockener Hitze bei 140'C.
b) Gealtert nach der Vorschrift FBMS-TM 10-12 der Firma General Motors Corporation.
Zum Nachweis der überlegenen flammhemmenden Wirkung der erfindungsgemäßen Dioxaphosphorinane
wurden flammhemmende Mittel enthaltende Polystyrolschäume hergestellt, die pro 100 g des Polystyrols
0,2,5 bzw. 5,0 g des flammhemmenden Mittels enthielten.
Als flammhemmende Mittel wurde die erfindungsgemäßen Verbindungen 1 und 5 der Tabelle I und als
Vergleichssubstanz Tris(2-chloräthyl)-phosphat, ein anerkannt gut wirksames flammhemmendes Mittel, das
von der Firma Stauffer Chemical Company vertrieben wird, verwendet.
Zur Herstellung der in dieser Weise behandelten
40 Polyurethanschäume bereitet man eine Lösung von
600 g Polystyrol und 2,5 bzw. 5 g des flammhemmenden Mittels pro 100 g des Harzes in 270 g Methylenchlorid
und 60 g Hexan. Dann gibt man 3 g Dicumylperoxid als synergistisches Mittel zu der Lösung, gießt die Mischung
in ein Polyäthylengefäß und läßt das Methylenchlorid an der Luft verdampfen. Danach behandelt man die Masse
mit Dampf, um einen rohen Schaum herzustellen. Dieser Schaum wird dann in eine ausreichende Zahl von
Proben der geeigneten Größe zerschnitten, deren Sauerstoffindex nach der ASTM-Vorschrift D 2863-74
bestimmt wird. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV zusammengestellt.
Tabelle IV | Menge | Sauerstoff- |
Flammhemmendes | (Gew.-Teile pro | Index |
Mittel | 100 Gew.-Teile | (%) |
des Harzes) | ||
0 | 19,5 | |
Kontrolle | 2,5 | 23,5 |
Verbindung 1 der | 5,0 | 25,5 |
Tabelle I | 5,0 | 25,0 |
Verbindung 5 der | ||
Tabelle I | 5,0 | 23,5 |
Vergleichssubstanz | ||
Aus den obigen Tabellen III und IV ist zu ersehen, daß bo men und Polystyrolschäumen ausüben und in ihrer
die erfindungsgemäßen Verbindungen eine ausgezeich- Wirkung auch den Vergleichssubstanzen erheblich
nete flammhemmende Wirkung in Polyurethanschäu- überlegen sind.
Dieses Beispiel dient der Verdeutlichung der Tatsa- 65 Mittel aufweisen und belegen die Tatsache, daß der
ehe, daß die erfindungsgemäßen Dioxaphosphorinane wahllose Ersatz eines Halogenatoms einer bestimmten
eine wesentlich bessere thermische Stabilität als Verbindung durch eine Hydroxylgruppe zu einer
anerkannt gut wirksame bekannte flammhemmende ausgesprochenen Verminderung der physikalischen
27 Ol 856
Eigenschaften dieser Verbindung führt, während dies überraschenderweise bei den erfindungsgemäßen Dioxaphosphorinanen
nicht der Fall ist. Hierbei wurden folgende Verbindungen untersucht: Als erfindungsgemäße Verbindungen:
Verbindung 1 der Tabelle I, d. h. 2-(2',2'-Bis(brommethyl)-3'-hydroxypropoxy)-5,5-bis(brommethyl)-
2-oxa-1,3,2-dioxaphosphorinan;
die Verbindung 5 der Tabelle I, d. h. 2',2'-Bis(hydroxymethyl)-r,3'-bis(5,5-bis-brommethyi)-2-oxa-
1,3,2-dioxaphosphorinan)-propan und die Vergleichsverbindungen:
Verbindung A: Tris(2,3-dibrompropyl)-phosphat, Verbindung B: Bis(3,2-dibrompropyl(3-brom-2-hydroxypropyl)-phosphat,
Verbindung A: Tris(2,3-dibrompropyl)-phosphat, Verbindung B: Bis(3,2-dibrompropyl(3-brom-2-hydroxypropyl)-phosphat,
Verbindung C: 2-(2',2'-Bis(brommethyl)-chIorpropoxy)-5,5-bis(brommethyl)-2-oxa-l,3,2-dioxaphosphorinan
und
Verbindung D: Tris(2-chloräthyl)-phosphat.
Verbindung D: Tris(2-chloräthyl)-phosphat.
Die thermische Stabilität dieser Verbindungen vurde
durch thermogravimetrische Analyse bestimmt, und zwar nach dem Verfahren, das im Abschnitt 9-951
»Thermogravimetrie Analyzer«, des »Instruction Manual 990, Thermal Analyzer and Modules« der Firma E. I.
DuPont de Nemours and Co. (Inc.), Instrument Products Division, Wilmington, Delaware, USA., beschrieben ist.
Die Ergebnisse der thermogravimetrischen Analyse sind in der folgenden Tabelle V als die Temperatur
aufgeführt, bei der die angegebenen Gewichtsverluste sich einstellen.
Tabelle V | Temperatur, bei Gewichtsverlust |
der sich einstellt |
der angegebene | C | D | Änderung bei der TGA, C |
1-C | Prozentual / bei der TGA |
\ndcrurij! |
1 5 | A | 8 | B-A | (B-A)/ A- 100% |
(1-C)/ C-100% |
||||
Verbindung | 66 | ||||||||
Gewichtsverlust | 175 | 255 | 187 |
Q
~o |
|||||
1 Gcw.-% | 247 245 | 260 | 95 | 206 | -165 | -63 | -3 | ||
5 Gew.-% | 273 | 298 | 231 | +8 | |||||
10Gcw.-% | 306 308 | 288 | 147 | 317 | 251 | -141 | + 10 | -49 | + 3 |
25Gcw.-% | 333 347 | 306 | 205 | 263 | -101 | -33 | +5 | ||
50Gew.-% | 434 | ||||||||
75Gew.-% | |||||||||
Aus der obigen Tabelle V ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen im Vergleich zu den
nicht hydroxylsubstituierten Vergleichssubstanzen eine bessere hydrolytische und thermische Stabilität besitzen.
Die Tabelle V zeigt ferner, daß der wahllose Ersatz eines Halogenatoms einer bestimmten Verbindung
durch eine Hydroxylgruppe zu einer drastischen Senkung der thermischen Stabilität der modifizierten
hydroxylsubstituierten Verbindung führen kann. Der einzige Unterschied zwischen dem Paar A und B und
dem Paar C und 1 ist die Hydroxylgruppe. Es wäre daher zu erwarten, daß die Differenz der thermischen
Stabilität zwischen dem Paar C und 1 von derselben Größenordnung ist wie die sehr beträchtliche Differenz
der thermischen Stabilität zwischen dem Paar A und B. Wie jedoch aus der Tabelle V zu ersehen ist, ist die
Γι thermische Stabilität der erfindungsgemäßen Verbindung
1 in sehr bemerkenswerter Weise der thermischen Stabilität der Verbindung C ähnlich und in gewissen
Fällen sogar besser.
Es ist daher überraschenderweise möglich, ein
Es ist daher überraschenderweise möglich, ein
4(i Halogenatom durch eine Hydroxylgruppe zu ersetzen,
ohne daß hierdurch die grundlegenden physikalischen Eigenschaften der keine Hydroxylgruppe aufweisenden
Verbindung beeinträchtigt werden. Hierdurch gelingt es, reaktionsfähige, flammhemmende Verbindungen
4Ί herzustellen, die durch chemische Reaktion an eine
Polymerkeite gebunden werden können, wodurch die Migration und der Verlust der flammhemmenden
Eigenschaften der polymeren Zubereitung vermindert werden können.
Claims (1)
- 27 OlPatentansprüche:. Dioxaphosphorinane der Formel I
/ ZCH2ZCHin der Z Wasserstoff, Chlor oder Brom, X Wasserstoff, Chlor, Brom oder Hydroxyl und η eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet.CH2OH
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