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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein neuartige Anwendungen für Brombenzoat-Verbindungen und
betrifft spezieller deren Verwendung als Modifiziermittel für die Verbrennung
in Polymersystemen.
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Verbindungen, die aromatisch gebundenes
Brom enthalten, sind bereits als Additive für Polyurethane, Polyvinylchlorid
und andere Polymersysteme verwendet worden, wie beispielsweise ungesättigte Polyester, Epoxide
und Kautschuke und speziell dort, wo eine Beständigkeit gegenüber thermische
und hydrolytische Zersetzung angestrebt wird. In den letzten Jahren
haben jedoch nicht erhärtete
Behauptungen, dass von diesen Verbindungen (wie beispielsweise bromierte
Diphenyloxide) bestimmte Vertreter für die Gesundheit des Menschen
gefährdend
sind, zu einer Suche nach Vertretern dieser Klasse geführt, die
nachweislich sicher und wirksam sind.
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Unter den Anforderungen an derartige
Verbindungen sind die, dass sie mit minimaler Wirkung auf die physikalischen
Eigenschaften des Polymers fließfähige Flüssigkeiten
sind. Sofern es einen Einfluss auf das Polymer gibt, wird angestrebt,
dass der Einfluss physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise
die Plastizität,
verbessert.
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Die US-P-3879445 offenbart die Verwendung
von 2,3,4-Trihalogenalkylbenzoat-Verbindungen als Flammschutzmittel
in Polymer-Zusammensetzungen. Es wurde eine Vielzahl von trihalogenierten
Verbindungen beschrieben, die alle Halogen-Substituenten in dem
aliphatischen Teil des Moleküls
enthalten, wobei jedoch nur einige von ihnen Halogen-Substituenten
in dem aromatischen Teil enthalten. Diese Patentschrift lehrt daher,
dass die Halogenierung des aliphatischen Teils solcher Moleküle eine
Vorbedingung für
das Flammhemmvermögen
ist, während
die Halogenierung des aromatischen Teils wahlfrei ist. Außerdem gibt
es in der US-P-3879445 keinen Vorschlag für eine Anwendung ihrer Verbindungen
auf Polyurethane.
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Es besteht daher ein Bedarf nach
verbesserten Modifiziermitteln für
die Verbrennung von Polymeren, wie beispielsweise Polyurethan. Die
vorliegende Erfindung ist auf diesen Bedarf gerichtet.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die
Bereitstellung von Polyurethan-Zusammensetzungen mit üben-aschend
verbesserten physikalischen Eigenschaften.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der
Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung offensichtlich.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Schaffung von flammhemmenden Polyurethanen
gewährt,
welches Verfahren die Einbeziehung einer Brombenzoat-Verbindung als Komponente
der Polyurethan-Mischung umfasst, wobei die Brombenzoat-Verbindung
die Formel hat:
worin n eine ganze Zahl von
1 bis 5 ist und R eine organische Gruppe mit bis zu etwa 30 Kohlenstoffatomen ist,
und die frei ist von Halogen.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine flammhemmende Polyurethan-Zusammensetzung geschaffen, die ein
Polyurethanpolymer aufweist und 2% bis 50 Gew.% der Zusammensetzung
einer Brombenzoat-Verbindung der Formel:
worin n eine ganze Zahl von
1 bis 5 ist und R eine organische Gruppe mit bis zu etwa 30 Kohlenstoffatomen ist,
und die frei ist von Halogen.
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In derartigen Verfahren und Zusammensetzungen
gewähren
die Brombenzoat-Verbindungen eine übenaschende und unerwartete
Kompatibilität
mit den Harzsystemen, indem sie zu Gesamtzusammensetzungen führen, die
hervonagende physikalische und chemische Eigenschafren zeigen.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Zum besseren Verständnis der
Grundsätze
der Erfindung wird nun auf die bevorzugten Ausführungsformen und den speziellen
Sprachgebrauch Bezug genommen, der zu ihrer Beschreibung angewendet
wird. Es gilt nichtsdestoweniger als selbstverständlich, dass damit keine Beschränkung des
Geltungsbereichs der Erfindung vorgesehen ist, so dass Veränderungen
und weitere Modifikationen in den bevorzugten Ausführungsformen
und weitergehende Anwendungen der Grundsätze der Erfindung, wie sie
hierin veranschaulicht sind, einem Fachmann auf dem Gebiet, auf
das sich die Erfindung bezieht, als selbstverständlich erscheinen.
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Wie bereits ausgeführt, beziehen
sich bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung auf Methoden zur
Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Polyurethanen.
Speziell werden in der vorliegenden Erfindung cyclisch bromierte
Benzoate (d. h. Brombenzoat-Verbindungen, wie beispielsweise Tetrabrombenzoat-Verbindungen)
als Flammschutzmittel in Polyurethanen verwendet. Im Allgemeinen
werden die Brombenzoat-Verbindungen direkt in das Polymer eingebaut,
um die vorgenannten nützlichen
Eigenschaften zu vermitteln.
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In diesem Zusammenhang schließen bevorzugte
Brombenzoat-Verbindungen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
solche ein, die in den Bereich der Formel (I) fallen:
worin n eine ganze Zahl von
1 bis 5 ist und R eine organische Gruppe mit bis zu etwa 30 Kohlenstoffatomen und
wahlweise substituiert mit einer oder mehreren Gruppen, wie beispielsweise
Alkoxy, Thio und dergleichen. In mehr bevorzugten Brombenzoaten
ist n eine ganze Zahl von 1 bis 4 und am meisten bevorzugt 2 bis
4.
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Wenn die Brombenzoate der vorliegenden
Erfindung in Polyurethane eingebaut sind, so erfüllen die Zusammensetzungen
wohl die Testkriterien der physikalischen Eigenschaften und der
Brennbarkeit für
Polyurethane ohne die Gesundheitsprobleme im Zusammenhang mit bromierten
Diphenyloxiden.
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Angestrebte Brombenzoate werden vorzugsweise
durch Umsetzen von Bromphthalsäureanhydrid
mit dem entsprechenden Alkohol in Gegenwart eines Decarboxylierungskatalysators
hergestellt. In einer der bevorzugten Ausfiihrungsformen wird die
Reaktion in einem inerten Lösemittel
ausgeführt,
um die Erzeugung von Phthalaten auf ein Minimum herabzusetzen. Benzoesäure- oder
Phthalsäureanhydrid,
die unterschiedliche Zahlen von Brom am Ring aufweisen, oder Mischungen
mit unterschiedlichen Bromierungsgraden können ebenfalls als Ausgangsmaterialien
in der Synthese der Benzoate verwendet werden. So werden in diesen
präparativen
Prozessen bevorzugte Brombenzoate erzeugt, die von der Formel (II)
erfasst werden:
worin jedes X, das das gleiche
sein kann oder von anderen verschieden sein kann, -Br oder -H unter
der Voraussetzung ist, dass mindestens eines der X -Br ist, wobei
R wie vorstehend in Formel (I) festgelegt ist. Bevorzugte Verbindungen
der Formel (II) sind solche, in denen X Br ist.
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Beispiele für Brombenzoate, die in der
vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind solche, die aus
Alkoholen mit einem Siedepunkt zwischen etwa 160° und etwa 230°C und vorzugsweise
zwischen 180° und
205°C hergestellt
werden. Diese Alkohole haben den Vorteil, dass sie die Reaktion
der Decarboxylierung mit einer zufriedenstellenden Geschwindigkeit
ablaufen lassen, während
sie noch ein leichtes Abtreiben des überschüssigen Alkohols aus dem Produkt
am Ende der Reaktion erlauben. Vorzugsweise ist der Alkohol ein
nichthalogenierter, keinen Schwefel enthaltender, keinen Stickstoff
enthaltender Alkohol (damit wird R vorzugsweise frei sein von Halogen,
Schwefel oder Stickstoff). Am meisten bevorzugt sind verzweigte
Alkohole.
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Geeignete Alkohole mit Siedepunkten
zwischen etwa 160° und
etwa 230°C
schließen
ein: 2-(2-Methoxy)ethoxyethanol,
2-Butoxyethanol, 3,3-Diethoxy-1-propanol, Di(propylenglykol)methylether,
2-Ethyl-1-hexanol,
3-Ethyl-1-hexanol, 3,4-Dimethyl-1-hexanol, 3,5-Dimethyl-1-hexanol,
3-Methyl-1- heptanol,
4-Methyl-1-heptanol, 2-Octanol, 5-Methyl-1-heptanol, 3-Octanol,
2-Propyl-1-pentanol, 2,6-Dimethyl-4-heptanol, 2-Nonanol,
Dihydromyrcenol, 3,5,5-Trimethyl-1-hexanol, 3,7-Dimethyl-1-octanol,
3,7-Dimethyl-3-octanol, gemischte C7-C9-Alkohole, Isooctanol, gemischte C9-Alkohole, 3-Furanmethanol, Furfurylalkohol,
Tetrahydrofurfurylalkohol, 3-Acetyl-1-propanol, 2-Isopropoxyethanol,
3-Methoxy-1butanol, 2-Cyclohexen-1-ol, 1,5-Hexadien-3-ol, tert,tert-2,4-Hexadien-1-ol,
3-Hexin-1-ol, 5-Hexin-l-ol, Cyclopentanmethanol, 4-Methyl-1-pentanol, 3-(Trimethylsilyl)allylalkohol,
Benzylalkohol, 3-Trimethylsilyl-1-propanol,
3-Cyclohexen-1-methanol, 3-Methyl-2-cyclohexen-1-ol, Cycloheptanol,
Cyclohexylmethanol, 1-Methylcyclohexanol, 2-Methylcyclohexanol, 3-Methylcyclohexanol,
4-Methylcyclohexanol,
1-Heptanol, 2-Heptanol, Propylenglykolbutylether, 2-Methylbenzylalkohol,
3-Methylbenzylalkohol,
4-Methylbenzylalkohol, Phenethylalkohol, sec-Phenethylalkohol, 1-Octin-3-ol, Cycloheptanmethanol,
2-Cyclohexylethanol, 1-Cyclohexylethanol, Cyclooctanol, 3-Cyclopentyl-1- propanol, 2,3-Dimethylcyclohexanol,
2,6-Dimethylcyclohexanol, 3,5-Dimethylcyclohexanol, 2-Ethylcyclohexanol, 4-Ethylcyclohexanol,
1-Octanol, 6-Methyl-5-hepten-2-ol, 1-Octen-3-ol, 6-Methyl-2-heptanol, 2-(Cyclohexyloxy)ethanol,
2,2-Dimethoxycyclohexanol, 2,4,4-Trimethyl-1-pentanol, 1-Phenyl-1- propanol, 1-Phenyl-2-propanol,
2-Phenyl-2-propanol, 3-Nonin-l-ol, 2,4-Dimethyl-2,6-heptadien-1-ol,
3-Cyclohexyl-1-propanol,
3,5,5-Trimethyl-2-cyclohexen-1-ol, 3-Nonen-1-ol, 3-Ethyl-2,2-dimethyl-3-pentanol, 1-Nonanol,
1-Myrtenol, 2-Phenyl-3-butin-2-ol, 1-Phenyl-1-cyclopropanmethanol,
2-Methyl-1- phenyl-2-propanol,
Isopulegol, Linalool, 1-Myrtenol, Nerol, Terpineol, Terpinen-4-ol,
Citronellol, 4-Cyclohexyl-1-butanol,
2-Decanol, 4-Decanol, gemischte C7-C11-Alkohole, Isodecanol, Hexyldecanol, 1,3-Dibrom-2-propanol,
2,3-Dibrompropanol, 1,3-Dichlor-2-propanol, 1,3-Difluor-2-propanol,
3-Brom-1-propanol,
3-Chlor-1-propanol, 4-Chlor-1-butanol, 2-(Methylthio)ethanol, 3-Brom-3-buten-1-ol,
3-Pynolidinol, 1,4-Dibrom-2-butanol,
2-(2-Chlorethoxy)ethanol, 3-Methylthio-1-propanol, 3-Thiophenmethanol,
2,2-Bis(chlormethyl)-1-propanol, Tetrahydro-4H-pyran-4-ol, 3-Brom-2,2-dimethyl-1- propanol, 2-(3-Thienyl)ethanol,
3-Chlor-2,2-dimethyl-1-propanol, 1-Methyl-3-pyrrolidinol, 4-(Methylthio)-1-butanol, 2-(Trimethylsilyl)ethanol,
2-(2-Thienyl)ethanol, Tetrahydropyran-2-methanol, 6-Brom-1-hexanol, 6-Chlor-l-hexanol,
7-Brom-1-heptanol, N,N-Diethylethanolamin, 1-Methyl-2-pynolidinmethanol,
1-Piperidenethanol, 3-(Methylthio)-1-hexanol, 3-Diethylamino-1-propanol,
2-(Diisopropylamino)ethanol und 2-[2-(Dimethylamino)ethyl]methylaminoethanol.
Von diesen sind bevorzugt: 3-Furanmethanol, Furfurylalkohol, Tetrahydrofurfurylalkohol,
3-Acetyl-1-propanol, 2-Isopropoxyethanol, 3-Methoxy-1- butanol, 2-Cyclohexen-1-ol,
1,5-Hexadien-3-ol, tert,tert-2,4-Hexadien-1-ol, 3-Hexin-1-ol, 5-Hexin-1-ol,
Cyclopeptanmethanol, 4-Methyl-1-pentanol, 3-(Trimethylsilyl)allylalkohol,
Cyclohexylmethanol, 3-Trimethylsilyl-1-propanol,
Benzylalkohol, 3-Cyclohexen-1-methanol, 3-Methyl-2-cyclohexen-1-ol,
Cycloheptanol, 1-Methylcyclohexanol, 2-Methylcyclohexanoll, 3-Methylcyclohexanol,
4-Methylcyclohexanol,
1-Heptanol, 2-Heptanol, Propylenglykolbutylether, 2-Methylbenzylalkohol,
3-Methylbenzylalkohol,
4-Methylbenzylalkohol, Phenethylalkohol, sec-Phenethylalkohol, 1-Octin-3-ol,
Cycloheptanmethanol, 2-Cyclohexylethanol, 1-Cyclohexylethanol, Cyclooctanol, 3-Cyclopentyl-1- propanol, 2,3-Dimethylcyclohexanol,
2,6-Dimethylcyclohexanol, 3,5-Dimethylcyclohexanol, 2-Ethylcyclohexanol,
4-Ethylcyclohexanol, 6-Methyl-5-hepten-2-ol, 1-Octen-3-ol, 2-(Cyclohexyloxy)ethanol, 2,2-Dimethoxycyclohexanol,
6-Methyl-2-heptanol, 1-Octanol, 2,4,4-Trimethyl-1-pentanol, 1-Phenyl-1- propanol, 1-Phenyl-2-propanol,
2-Phenyl-2-propanol, 2,4-Dimethyl-2,6-heptadien-1-ol, 3-Nonin-1-ol,
3,5,5-Trimethyl-2-cyclohexen-1-ol, 3-Cyclohexyl-1-propanol, 3-Nonen-1-ol,
1-Nonanol, 3-Ethyl-2,2-dimethyl-3-pentanol, 2-Phenyl-3-butin-2-ol,
1-Phenyl-1-cyclopropanmethanol, 1-Myrtenol, Isopulegol, 2-Methyl-1-phenyl-2-propanol,
Linalool, 1-Myrtenol, Nerol, Terpineol, Terpinen-4-ol, Citronellol,
2-Decanol, 4-Decanol,
4-Cyclohexyl-1-butanol, gemischte C7-C11-Alkohole, Isodecylalkohol und Hexyldecylalkohol,
während
die folgenden besonders bevorzugt sind: 3,3-Diethoxy-1-propanol,
2-(2-Methoxy)ethoxyethanol,
3,4-Dimethyl-1-hexanol, 2-Butoxyethanol, Di(propylenglykol)methylether,
3-Ethyl-1-hexanol,
2-Ethyl-1-hexanol, 3,5-Dimethyl-1-hexanol, 3-Methyl-1-heptanol,
4-Methyl-1-heptanol, 5-Methyl-1-heptanol, 2-Octanol, 3-Octanol,
2-Propyl-1-pentanol, 2,6-Dimethyl-4-heptanol, 2-Nonanol, 3,5,5-Trimethyl-1-hexanol,
Dihydromyrcenol, 3,7-Dimethyl-1-octanol, 3,7-Dimethyl-3-octanol,
gemischte C7-C9-Alkohole,
Isooctanol und gemischte C9-Alkohole.
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Der Gesamtgehalt des Brombenzoats
an organischem Brom ist ein wichtiger Faktor für die Wirksamkeit als Flammschutzmittel
und kann mit Hilfe des Alkohols und/oder Lösemittels eingestellt werden,
das in der Synthese verwendet wird, und/oder mit der Katalysatorbeladung
und/oder der Brom-Zahl
am aromatischen Ring. In einer der Ausführungsformen der Erfindung
liegt der Gesamtgehalt an organischen, aromatisch gebundenem Brom
des Brombenzoats im Bereich von 50% bis 65%. In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, wo die weichmachende Beschaffenheit des Brombenzoats
von besonderer Bedeutung ist, beträgt der Gesamtgehalt an organischen,
aromatisch gebundenem Brom des Brombenzoats zwischen 10% und 65%.
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Wie man in der Fachwelt erkennen
wird, wird die Brombenzoat-Verbindung in warmhärtbare Polymere, wie beispielsweise
Polyurethane, dadurch eingebaut, dass das Brombenzoat in die Polyurethan-Mischung bei der
Herstellung des Polymers einbezogen wird. Dieses Verfahren wird
als Einstufenmethode bezeichnet und wird spezieller beschrieben
in üblichen
Fundstellen, wie beispielsweise „Modern Plastics Encyclopedia", Bd. 71, Nr. 12
(1994), und kommt in den nachfolgenden Beispielen 11 bis 15 zur
Anwendung.
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Das Polyurethan kann ein Reaktionsspritzguss-Polyurethan
sein.
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Selbstverständlich wird die Menge des in
das Polymerharz einzuarbeitenden Brombenzoats, um einen wirksamen
Umfang an Flammschutz zu gewähren,
stark von zahlreichen Faktoren abhängen, wie beispielsweise das
spezielle Harz, das zur Anwendung gelangt, die vorgesehene Anwendung,
andere vorhandene Additive, usw. Im typischen Fall wird das Brombenzoat
in Mengen zwischen etwa 2% und 50% des Gesamtgewichts des Systems
und üblicherweise
in Mengen zwischen etwa 5% und 30% des Gesamtgewichts des Systems
eingebaut.
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Es versteht sich, dass auch andere
konventionelle Additive in die Polymersysteme eingebaut werden können. Beispielsweise
kann das Brombenzoatprodukt zusammen mit anderen bromierten flammhemmenden Verbindungen
eingebaut werden, wobei in diesem Zusammenhang jedoch bevorzugt
wird, dass die Brombenzoat-Verbindung einen überwiegenden Anteil (d.h. mehr
als 50 Gew.%) an der Gesamtmenge des bromierten Flammschutzmittel
ausmacht, das in das System einbezogen ist. Flammschutzmittel, wie
beispielsweise Oxide von Elementen der Gruppe V des Periodensystems
und speziell Antimonoxide, und/oder Phosphor-enthaltende Verbindungen
können
ebenfalls einbezogen werden. Zusätzliche
konventionelle Additive können
einschließen:
Antioxidantien, antistatische Mittel, Farbmittel, faseriges Verstärkungsmaterial,
Füllstoffe,
Schaumbildner/Blähmittel,
Katalysatoren, Wärmestabilisatoren,
Schlagfestmacher, Gleitmittel, Weichmacher, Verarbeitungshilfen,
UV-Stabilisierrriittel,
Vernetzungsmittel/Härtungsmittel,
usw.
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In der Erfindung lassen sich Mischungen
von Brombenzoaten verwenden, die eine Menge an Phthalat und geringe
Mengen anderer Verunreinigungen enthalten. Mischungen, die 50% oder
mehr Brombenzoat und vorzugsweise 65% oder mehr Brombenzoat enthalten
sind im Schutzumfang der vorliegenden Patentschrift und werden anhand
der folgenden Beispiele weiter beschrieben.
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Es wird nun Bezug genommen auf spezielle
Beispiele unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren.
Es gilt als selbstverständlich,
dass die Beispiele zur vollständigeren
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen gewährt werden
und dass damit keine Beschränkung
des Schutzumfanges der Erfindung vorgenommen werden soll.
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BEISPIEL 1
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SYNTHESE VON 2-ETHYLHEXYLTETRABROMBENZOAT
AUS 2,3,4,5-TETRABROMBENZOESÄURE
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Es wurde 2,3,4,5-Tetrabrombenzoesäure (438
g, 10 M) im Wege der Decarboxylierung von Tetrabromphthalsäureanhydrid,
2-Ethylhexanol (195 g, 1,5 M) und Titanisopropoxid (2,2 g, 0,008
M) hergestellt, die in einem mit Rührer versehenes Glasgefäß gegeben
wurden. Die Mischung wurde in Stickstoffatmosphäre unter Rühren für 8 Stunden bei 200°C erhitzt,
wobei das Wasser der Reaktion in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen.
Das resultierende dunkelbraune Reaktionsgemisch wurde bis 90°C gekühlt und
unter Rühren
mit festem Na2CO3·10H2O (5 Gew.% des Reaktionsgemisches) bei 90°C für 1 Stunde
neutralisiert. Nach dem Abtreiben des Dampfes zur Entfernung von überschüssigem 2-Ethylhexanol
wurde das Produkt zur Entfernung von unlöslichen festen Verunreinigungen
filtriert. Es wurde eine klare dunkelbraune Flüssigkeit (533 g, 97% Ausbeute)
erhalten. Dieses Rohprodukt wurde bei 192° bis 194°C und 0,1 bis 0,2 mmHg destilliert.
Es wurden insgesamt 527 g blassgelbe klare Flüssigkeit (99% Gewinnung) erhalten.
GLC-Assay: 96,2% Tetrabrombenzoat; OBr 56,6% (58,1% Theorie); Azidität 0,15%val
KOH/100 g; TGA 5 Gew.% Verlust bei 271°C; Gardner-Farbzahl 3.
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BEISPIEL 2
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SYNTHESE VON 2-ETHYLHEXYLDIBROMBENZOAT
AUS DIBROMPHTHALSÄUREANHYDRID
IN 2-ETHYLHEXANOL-LÖSEMITTEL
UNTER VERWENDUNG VON NATRIUMHYDROGENCARBONAT-KATALYSATOR
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Es wurden Dibromphthalsäureanhydrid
(153 g, 0,50 M), 2-Ethylhexanol (196 g, 1,5 M) und Natriumhydrogencarbonat
(3,8 g, 0,045 M) in ein mit Rührer
versehenes Glasgefäß gegeben.
Die Mischung wurde bis zum Rückfluss
erhitzt, wobei das Reaktionswasser in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen
wurde. Nach Beendigung der CO2-Entwicklung
wurde das Reaktionsgemisch gekühlt
und fltriert, um den Katalysator zu entfernen. Das überschüssige 2-Ethylhexanol
wurde durch Vakuumdestillation entfernt, um ein flüssiges Produkt zu
ergeben. Der Gehalt an organischem Brom des Produktes betrug etwa
38%.
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BEISPIEL 3
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SYNTHESE VON 2-ETHYLHEXYLTETRABROMBENZOAT
AUS TETRABROMPHTHALSÄUREANHYDRID IN
2-ETHYLHEXANOL-LÖSEMITTEL
UNTER VERWENDUNG VON NATRIUMHYDROGENCARBONAT-KATALYSATOR
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Es wurden Tetrabromphthalsäureanhydrid
(232 g, 0,50 M), 2-Ethylhexanol (196 g, 1,5 M) und Natriumhydrogencarbonat
(3,8 g, 0,045 M) in ein mit Rührer
versehenes Glasgefäß gegeben.
Die Mischung wurde bis zum Rückfluss
erhitzt, wobei das Reaktionswasser in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen
wurde. Nach Beendigung der CO2-Entwicklung
(etwa 3,5 Stunden) wurde das Reaktionsgemisch gekühlt und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Das überschüssige 2-Ethylhexanol wurde
durch Vakuumdestillation entfernt, um ein klares, bernsteinfarbenes
flüssiges
Produkt zu ergeben. Der GLC- Assay
zeigte: 76,1% Tetrabrombenzoat und 13,0% Tetrabromphthalsäurediester;
organisches Bromid („OBr") 55,16%; TGA 5 Gew.%
Verlust bei 217°C;
Gardner-Farbzahl 11.
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BEISPIEL 4
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SYNTHESE VON 2-ETHYLHEXYLTETRABROMBENZOAT
AUS TETRABROMPHTHALSÄUREANHYDRID IN
2-ETHYLHEXANOL-LÖSEMITTEL
UNTER VERWENDUNG VON KALIUMHYDROGENCARBONAT-KATALYSATOR
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Es wurden Tetrabromphthalsäureanhydrid
(232 g, 0,50 M), 2-Ethylhexanol (196 g, 1,5 M) und Kaliumhydrogencarbonat
(5,5 g, 0,055 M) in ein mit Rührer
versehenes Glasgefäß gegeben.
Die Mischung wurde bis zum Rückfluss
erhitzt, wobei das Reaktionswasser in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen
wurde. Nach Beendigung der CO2-Entwicklung
(etwa 3,5 Stunden) wurde das Reaktionsgemisch gekühlt und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Das überschüssige 2-Ethylhexanol wurde
unter Vakuum abgetrieben, um ein klares, bernsteinfarbenes flüssiges Produkt
zu ergeben. Der GLC-Assay zeigte: 66,7% Tetrabrombenzoat, 15,8%
Tetrabromphthalsäurediester;
OBr 54,04%; TGA 5 Gew.% Verlust bei 221°C; Gardner-Farbzahl 12.
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BEISPIEL 5
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SYNTHESE VON 2-ETHYLHEXYLTETRABROMBENZOAT
AUS TETRABROMPHTHALSÄUREANHYDRID IN
2-ETHYLHEXANOL-LÖSEMITTEL
UNTER VERWENDUNG VON KALIUMCARBONAT-KATALYSATOR
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Es wurden Tetrabromphthalsäureanhydrid
(464 g, 10 M), 2-Ethylhexanol (391 g, 3,0 M) und Kaliumcarbonat
(15,1 g, 0,11 M) in ein mit Rührer
versehenes Glasgefäß gegeben.
Die Mischung wurde bis zum Rückfluss
erhitzt, wobei das Reaktionswasser in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen
wurde. Nach Beendigung der CO2-Entwicklung
(etwa 3,5 Stunden) wurde das Reaktionsgemisch gekühlt und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Das überschüssige 2-Ethylhexanol wurde
unter Vakuum abgetrieben, um ein klares, bernsteinfarbenes flüssiges Produkt
zu ergeben. Der GLC-Assay zeigte: 63,5% Tetrabrombenzoat, 11,5%
Tetrabromphthalsäurediester;
OBr 52,29%; TGA 5 Gew.% Verlust bei 235°C; Gardner-Farbzahl 14.
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BEISPIEL 6
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SYNTHESE VON 2-ETHYLHEXYLTETRABROMBENZOAT
AUS TETRABROMPHTHALSÄUREANHYDRID IN
2-ETHYLHEXANOL-LÖSEMITTEL
UNTER VERWENDUNG VON LITHIUMCARBONAT-KATALYSATOR
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Es wurden Tetrabromphthalsäureanhydrid
(464 g, 1,0 M), 2-Ethylhexanol (390 g, 3,0 M) und Lithiumcarbonat
(8,1 g, 0,11 M) in ein mit Rührer
versehenes Glasgefäß gegeben.
Die Mischung wurde bis zum Rückfluss
erhitzt, wobei das Reaktionswasser in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen
wurde. Nach Beendigung der CO2-Entwicklung
(etwa 8,0 Stunden) wurde das Reaktionsgemisch gekühlt und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Das überschüssige 2-Ethylhexanol wurde
unter Vakuum abgetrieben, um ein klares, bernsteinfarbenes flüssiges Produkt
zu ergeben. Der GLC-Assay zeigte: 60,7% Tetrabrombenzoat, 10,4%
Tetrabromphthalsäurediester;
OBr 51,9%; TGA 5 Gew.% Verlust bei 240°C.
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BEISPIEL 7
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SYNTHESE VON 2-ETHYLHEXYLTETRABROMBENZOAT
AUS TETRABROMPHTHALSÄUREANHYDRID IN
2-ETHOXYETHYLETHER-LÖSEMITTEL
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Es wurden Tetrabromphthalsäureanhydrid
(1.391 g, 3,00 M), 2-Ethylhexanol (469 g, 3,60 M), 2-Ethoxyethylether
(771 g, 4,75 M) und Natriumhydrogencarbonat (25 g, 0,30 M) in ein
mit Rührer
versehenes Glasgefäß gegeben.
Die Mischung wurde bis zum Rückfluss
gebracht, wobei das Reaktionswasser in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen
wurde. Nach Beendigung der CO2-Entwicklung
(etwa 3,0 Stunden) wurde das Reaktionsgemisch gekühlt und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Das 2-Ethoxyethylether
und der Überschuss
an 2-Ethylhexanol wurden unter Vakuum abgetrieben, und lieferten
ein klares, bernsteinfarbenes flüssiges
Produkt. Der GLC-Assay zeigte: 85,0% Tetrabrombenzoat, 1,6% Tetrabromphthalsäurediester;
OBr 56,99%; TGA 5 Gew.% Verlust bei 209°C; Gardner-Farbzahl 11.
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BEISPIEL 8
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SYNTHESE VON 2-BUTOXYETHYLTETRABROMBENZOAT
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Es wurden Tetrabromphthalsäureanhydrid
(232 g, 0,5 M), 2-Butoxyethanol (226 g, 1,9 M) und Kaliumhydrogencarbonat
(8,3 g, 0,083 M) in ein mit Rührer
versehenes Glasgefäß gegeben.
Die Mischung wurde bis zum Rückfluss
erhitzt, wobei das Reaktionswasser in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen
wurde. Nach Beendigung der CO2-Entwicklung
(etwa 3,0 Stunden) wurde das Reaktionsgemisch gekühlt und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Der Überschuss an 2-Butoxyethanol
wurde unter Vakuum abgetrieben, um ein klares, bernsteinfarbenes
Produkt zu ergeben. Der GLC-Assay zeigte: 82,4% Tetrabrombenzoat,
7,9% Tetrabromphthalsäurediester;
OBr 57,84%; TGA 5 Gew.% Verlust bei 225°C; Gardner-Farbzahl 13.
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BEISPIEL 9
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SYNTHESE VON 2-METHOXYETHOXYETHYLTETRABROMBENZOAT
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Es wurden Tetrabromphthalsäureanhydrid
(232 g, 0,5 M), 2-Methoxyethoxyethanol (238 g, 2,0 M) und Kaliumhydrogencarbonat
(8,3 g, 0,083 M) in ein mit Rührer
versehenes Glasgefäß gegeben.
Die Mischung wurde bis zum Rückfluss
erhitzt, wobei das Reaktionswasser in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen
wurde. Nach Beendigung der CO2-Entwicklung
(etwa 2,0 Stunden) wurde das Reaktionsgemisch gekühlt und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Der Überschuss an 2-Methoxyethoxyethanol
wurde unter Vakuum abgetrieben, um ein klares, bernsteinfarbenes
Produkt zu ergeben. Der GLC-Assay zeigte: 81,2% Tetrabrombenzoat, 0,4%
Tetrabromphthalsäurediester;
OBr 59,82%; TGA 5 Gew.% Verlust bei 180°C; Gardner-Farbzahl 14.
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BEISPIEL 10
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SYNTHESE VON TETRABROMBENZOATEN
AUS GEMISCHTEN C7-C9-ALKOHOLEN
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Es wurden Tetrabromphthalsäureanhydrid
(464 g, 1,0 M), BASF C7-C9-Alkohol
(500 ml) und Natriumhydrogencarbonat (8,4 g, 0,10 M) in ein mit
Rührer
versehenes Glasgefäß gegeben.
Die Mischung wurde bis zum Rückfluss
erhitzt, wobei das Reaktionswasser in einer Dean-Stark-Falle aufgenommen
wurde. Nach Beendigung der CO2-Entwicklung
(etwa 3,5 Stunden) wurde das Reaktionsgemisch gekühlt und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Der überschüssige Alkohol wurde unter Vakuum abgetrieben,
um ein klares, goldfarbenes Produkt zu ergeben. OBr 52,77%; TGA
5 Gew.% Verlust bei 231°C;
Gardner-Farbzahl 5.
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BEISPIEL 11
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VERWENDUNG
EINES TETRABROMBENZOATS IN WEICH-ELASTISCHEM POLYURETHAN-SCHAUMSTOFF
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Das 2-Ethylhexyltetrabrombenzoat
von Beispiel 3 wurde zu weich-elastischem Polyurethan-Schaumstoff gegeben,
der nach dem folgenden Ansatz hergestellt wurde. Alle Komponenten
sind in Gewichtsteilen angegeben.
Komponente | Gewichtsteile |
Heteropolyol auf Basis von Glycerin mit
einer Molmasse von 3.000 | 100 |
2-Ethylhexyltetrabrombenzoat aus Beispiel
3 | 18 |
Wasser | 4,5 |
Amin-Katalysator (Triethylendiamin/Dimethylaminoethylether) | 0,33 |
L-620-Silicon-Tensid* | 0,9 |
Zinn(II)-octoat | 0,25 |
Toluoldiisocyanat (80/20) | 51,2 |
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Die Herstellung im Labor lieferte
einen weich-elastischen Polyurethan-Schaumstoff mit einer Dichte von
24,0 kg/m3 (1,51 b/ft.3)
und einen Luftdurchsatz von 1,9 × 10–3 m3/s (4,0 scfm). Der Schaumstoff genügte den
Kriterien des Brennbarkeitsversuch, Teil A in „California Bulletin 117" mit einer mittleren
Brenndistanz von 6,4 × 10–2 m
(2,5 inch) und keiner Brennzeit. Er genügt auch den Kriterien von Teil
D mit einer Gewichtserhaltung im Schweltest von mehr als 98%.
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BEISPIEL 12
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VERWENDUNG VON 2-ETHYLHEXYLTETRABROMBENZOAT/ARYLPHOSPHAT-GEMISCH
IN WEICH-ELASTISCHEM POLYETHER-POLYURETHAN-SCHAUMSTOFF
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Das Brombenzoat von Beispiel 3 wurde
einem weich-elastischen Polyether-Polyurethan-Schaumstoff ähnlich dem des vorangegangenen Beispiels mit der
Ausnahme zugesetzt, dass der Wassergehalt zur Verringerung der Dichte
erhöht
wurde. Ein Schaumstoff niedrigerer Dichte hat die Eigenschaft, dass
er sich schwerer flammhemmend machen lässt. Um das Verhalten im Entflammbarkeitsversuch
noch weiter zu verbessern wurden 6,7 Teile Triarylphosphat zugesetzt.
Dieses Phosphat kann separat zugesetzt werden oder mit dem Brombenzoat
gemischt werden, um ein verbessertes Produkt zu ergeben.
Komponente | Gewichtsteile |
Heteropolyol auf Basis von Glycerin mit
einer Molmasse von 3.000 | 100 |
2-Ethylhexyltetrabrombenzoat aus Beispiel
3 | 20 |
Wasser | 6,6 |
Amin-Katalysator (Triethylendiamin/Dimethylaminoethylether) | 0,6 |
L-620-Silicon-Tensid* | 0,8 |
Zinn(II)-octoat | 0,35 |
Toluoldiisocyanat (80/20) | 79,46 |
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Der resultierende Schaumstoff hatte
eine Dichte von 20,8 kg/m3 (1,31 b/ft.3) und einen Luftdurchsatz von 3,2 × 10–3 m3/s (6,7 scfm). Der Schaumstoff genügte den
Kriterien des „California
Bulletin 117" mit
einer mittleren Hohlraumlänge
von 1,3 × 10–2 m
(0,5 inch), Null Sekunden Brennzeit in dem Brennversuch mit offener Flamme.
Der Schaumstoff genügte
auch den Kriterien des MVSS-302, dem Entflammbarkeitsversuch für Komponenten
der Autoinnenausstattung.
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Ein hergestellter Schaumstoff, der
das Arylphosphat ohne das Brombenzoat von Beispiel 3 enthielt, versagte
im Entflammbarkeitsversuch nach dem „California Bulletin 117". Die Brennzeit überschritt
25 Sekunden und die Hohlraumlänge
war größer als
0,254 × 10–2 m
(10 inch). Die Dichte dieses Schaumstoffes betrug 20,8 kg/m3 (1,31 b/ft.3) mit
einem Luftdurchsatz von 2,4 × 10–3 m3/s (5,1 scfm).
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BEISPIEL 13
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VERWENDUNG
ANDERER TETRABROMBENZOATE IN WEICH-ELASTISCHEM POLYETHER-POLYURETHAN-SCHAUMSTOFF
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Es wurde festgestellt, dass das 2-Butoxyethyltetrabrombenzoat
von Beispiel 8 und das 2-Methoxyethoxyethyltetrabrombenzoat
von Beispiel 9 sich ebenfalls als Flammschutzmittel in weichelastischem
Polyether-Polyurethan-Schaumstoff gut verhielten. Der nachfolgende
Ansatz differierte geringfügig
von denen der Beispiele 11 und 12.
Komponente | Gewichtsteile |
Heteropolyol auf Basis von Glycerin mit
einer Molmasse von 3.000 | 100 |
Tetrabrombenzoat aus Beispiel 8 oder 9 | 23 |
Wasser | 4,5 |
Amin-Katalysator (Triethylendiamin/Dimethylaminoethylether) | 0,5 |
L-620-Silicon-Tensid* | 0,9 |
Zinn(II)-octoat | 0,4 |
Toluoldiisocyanat (80/20) | 57,15 |
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Es wurden Schaumstoffe mit einer
Dichte von 21,62 kg/m3 (1,35 b/ft.3) hergestellt. Der Luftdurchsatz des Schaumstoffes,
der das Brombenzoat von Beispiel 8 enthielt, betrug 2,3 × 10–3 m3/s (4,9 scfm). Der Schaumstoff, der das
Tetrabrombenzoat von Beispiel 9 enthielt, war offenzelliger (und
damit leichter entflammbar) mit einem Luftdurchsatz von 3,0 10–3 m3/s (6,3 scfm).
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Der Schaumstoff, der das Tetrabrombenzoat
von Beispiel 8 enthielt, genügte
den Kriterien des „California
Bulletin 117" mit
einer mittleren Hohlraumlänge
von 8,51 × 10–2 m
(3,35 inch). Der Schaumstoff, der das Tetrabrombenzoat von Beispiel
9 enthielt, hatte eine Testprobe von 5, die mehr als 0,2 m (8 inch)
weiter brannte.
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BEISPIEL 14
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VERWENDUNG VON TETRABROMBENZOAT
AUS GEMISCHTEN C7-C9-ALKOHOHLEN
IN WEICH-ELASTISCHEM POLYETHER-POLYURETHAN-SCHAUMSTOFF
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Das Tetrabrombenzoat von Beispiel
10 wurde ebenfalls in einen weich-elastischen Polyether-Polyurethan-Schaumstoff
eingearbeitet. Er wurde zu Schaumstoff geringer Dichte in Form eines
Gemisches mit aromatischem Phosphatester zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit
zugesetzt.
Komponente | Gewichtsteile |
Heteropolyol auf Basis von Glycerin mit
einer Molmasse von 3.000 | 100 |
75/25-Benzoatgemisch von Beispiel 10/Triarylphosphatester | 27 |
Wasser | 7,6 |
Amin-Katalysator (Triethylendiamin/Dimethylaminoethylether) | 0,5 |
L-620-Silicon-Tensid* | 1,0 |
Zinn(II)-octoat | 0,36 |
Toluoldiisocyanat (80/20) | 90,11 |
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Zur Erzeugung einer Dichte von 17,30
kg/m3 (1,081 b/ft.3)
wurden 5 Teile Dichlormethan als ein zusätzliches Blähmittel zugesetzt. Der Luftdurchsatz
betrug 4,1 × 10–3 m3/s (8,6 scfm). Dieser sehr leicht entflammbare
Schaumstoff genügte
den Kriterien des „California
Bulletin 117" mit
27 Teilen der Benzoatmischung. Die mittlere Hohlraumlänge betrug
0,2 m (6,3 inch) mit Null Sekunden Brennzeit.
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BEISPIEL 15
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VERWENDUNG VON TETRABROMBENZOAT
IN WEICH-ELASTISCHEM POLYETHER/WEICH-ELASTISCHEM POLYURETHAN-SCHAUMSTOFF
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Das Tetrabrombenzoat von Beispiel
3 wurde einem weich-elastischem Polyester-Polyurethan-Schaumstoff zugesetzt,
der unter Verwendung des nachfolgenden Ansatzes hergestellt wurde.
Sein Verhalten wurde mit dem von Tris(dichlorpropyl)phosphat verglichen,
das mit der gleichen Beladungsmenge verwendet wurde.
Komponente | Gewichtsteile |
Witco Fomrez 53-Polyesterpolyol | 100 |
Brombenzoat von Beispiel 3 oder Tris(dichlorpropyl)phosphat | 8 |
Wasser | 4,0 |
Amin-Katalysator 1 | 0,6 |
L-532-Silicon-Tensid* | 1,3 |
Amin-Katalysator 2 | 0,2 |
Toluoldiisocyanat (80/20) | 50,4 |
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Beide Ansätze lieferten Schaumstoffe,
die über
die gleichen Dichten von 33,6 kg/m3 (2,11
b/ft.3) verfügte. Beide genügten den
Entflammbarkeitskriterien MVSS-302 mit einer SE-Bewertung (höchste Bewertung).
Der Schaumstoff, der das Brombenzoat enthielt, hatte eine bessere
Zugfestigkeit von Anfangs 134,0 kPa (19,41 b/sq. in.) gegenüber 114,0
kPa (16,51 b/sq. in.) für
den Schaumstoff, der Tris(dichlorpropyl)phosphat enthielt. Er bewahrte
ebenfalls seine Zugeigenschaften mit mehr als 24 Stunden unter feuchter
Alterung (70°C),
was eine bessere hydrolytische Stabilität für das Benzoat zeigt.
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BEISPIEL 16
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VERWENDUNG VON TETRABROMBENZOAT
IN REAKTIONSSPRITZGUSS- POLYURETHAN
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Zur Bewertung des 2-Ethylhexyltetrabrombenzoats
von Beispiel 3 wurde ein kommerzielles Flammschutzmittel aus einem
Reaktionsspritzguss (RIM)-Polyurethansystem verwendet. Das Standard-RIM-System enthält 15% eines
Gemisches von Pentabromdiphenyloxid und eines aromatischen Phosphatesters (DE-60FS)
als ein Modifiziermmittel für
die Brennbarkeit. Es wurden RIM-Teile geformt, die dieses Standard-Modifiziermmittel
der Verbrennung enthielten und die gleiche Menge (15%) einer 2 :
1-Mischung von 2-Ethylhexyltetrabrombenzoat
und Triethylphosphat (BB/TEP) enthielten. Die Ergebnisse sind in
der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
-
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Mit beiden Modifiziermitteln der
Verbrennung konnte das Polymersystem dem gewünschten Standard der Brennbarkeit,
UL-94, V-0, genügen,
jedoch hielt die Mischung, die das Tetrabrombenzoat enthielt, die
wichtige physikalische Eigenschaft, die Wärmefestigkeitsgrenze, besser
als das Standardmodifiziermittel für die Brennbarkeit.
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BEISPIEL 17
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VERWENDUNG VON 2-ETHYLHEXYLTETRABROMBENZOAT
IN HART-POLYURETHAN-SCHAUMSTOFF
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Das 2-Ethylhexyltetrabrombenzoat
von Beispiel 3 wurde einem Hart-Polyurethan-Schaumstoff entsprechend
den Angaben in dem nachfolgenden Ansatz zugesetzt. Der resultierende
Schaumstoff, der über eine
gute Zellstruktur verfügte,
und eine Dichte von 33,6 kg/m3 (2,11 bs/ft.3) hatte, wurde auf Brennbarkeit in einem
1,22 m (4 ft.) Tunnel getestet, der so bemessen war, dass er in
Konelation mit den in einem größeren Maßstab im
7,62 m (25 ft.) Tunnel-Versuch nach ASTM E-84 erhaltenen Ergebnissen
stand.
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Der 1,22 m (4 ft.) Tunnel-Versuch
bestand aus einem Fisher-Brenner mit einer 1.070°C (1950°F) Butanflamme die unter einer
1,22 m (4 ft.) langen Probe dargestellt in einem Winkel von 15° angeordnet
wurde. Der Rauch wurde gemessen, indem die Verbrennungsprodukte
zwischen einem Lichtstrahl und einer Photozelle hindurch geführt wurden.
Zur Kalibrierung wurden Standards mit bekannten 7,62 m (25 ft.)
Tunnel-Versuch-Werten verwendet.
Komponente | Gewichtsteile |
Sucrosepolyol (N500 OH#) | 34 |
Tetrabromphthalat-Diol (N215 OH#) | 51 |
2-Ethylhexyltetrabrombenzoat von Beispiel
3 | 15 |
L-5540-Tensid (Produkt von OSI Spec.) | 1,5 |
Dimethylcyclohexylamin | 0,8 |
Dichlorfluorethan | 24,7 |
Polymeres MDI (N 125-Index) | 80,6 |
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Die Brennbarkeitsergebnisse der Prüfung im
1,22 m (4 ft.)-Tunnel bei diesem Schaumstoff lieferten eine vorhergesagte
Flammenausbreitung von 19 und eine Rauchentwicklung von 170. Beide
Werte liegen innerhalb der Anforderungen der Klasse 1 von weniger
als 25 für
die Flammenausbreitung und 450 für
die Rauchentwicklung bei dem 7,62 m (25 ft.)-Tunnel-Versuch. Obgleich
das Tetrabromphthalat-Diol zu dem Verhalten im Brennbarkeitsversuch
einen Beitrag leistet, werden mehr als 60 Teile dieses Diols in
diesem Ansatz benötigt,
wenn kein Tetrabrombenzoat vorhanden ist, um eine Flammenausbreitung
von weniger als 25 in dem 1,22 m (4 ft.)-Tunnel-Versuch zu erzielen.