EP3046961A1 - Flammschutzmittelzusammensetzung - Google Patents

Flammschutzmittelzusammensetzung

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Publication number
EP3046961A1
EP3046961A1 EP14777259.4A EP14777259A EP3046961A1 EP 3046961 A1 EP3046961 A1 EP 3046961A1 EP 14777259 A EP14777259 A EP 14777259A EP 3046961 A1 EP3046961 A1 EP 3046961A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
flame retardant
retardant composition
polymer
substituted
melamine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14777259.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Butz
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Thor GmbH
Original Assignee
Thor GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Thor GmbH filed Critical Thor GmbH
Priority to EP14777259.4A priority Critical patent/EP3046961A1/de
Publication of EP3046961A1 publication Critical patent/EP3046961A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08J2323/06—Polyethene
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    • C08K5/5313—Phosphinic compounds, e.g. R2=P(:O)OR'

Definitions

  • the invention relates to a flame retardant composition
  • a flame retardant composition comprising a salt of components (A) and (B), wherein (A) is at least one pyrophosphonic acid derivative of general formula I,
  • R 1 and R 2 independently represent a substituted or unsubstituted straight-chain or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, substituted or unsubstituted benzyl or substituted or unsubstituted phenyl, and (B) is selected from the group consisting of Melamine, melam, meiern, melon, ammeline, ammelide, 2-ureidomelamine, substituted or unsubstituted heptazines, guanylurea, acetoguanamine, benzoguanamine and diaminophenyltriazine or two or more.
  • WO 00/02869 A1 discloses polyphosphate salts of 1,3,5-triazine compounds which have an average degree of condensation (number average) greater than 20 and a molar ratio of triazine compound, such as melamine, to phosphorus (M / P)> 1, 1 own.
  • This document also describes a two-step process for preparing these salts by converting a 1,3,5-triazine compound with orthophosphoric acid into the corresponding orthophosphate salt and thermal treatment to convert the orthophosphate salt to a polyphosphate of the 1,3,5-triazine compound.
  • pyrophosphates can also be used.
  • the polyphosphate salts described in this publication are said to be useful as flame retardants. However, phosphates or polyphosphate are comparatively weak flame retardants and can not yet develop their flame retardancy, especially at lower temperatures.
  • WO 96/09344 describes the use of melamine or melem-phosphoric acid reaction products as flame retardants in glass fiber-reinforced polyamide molding compositions.
  • Zinc borate, zinc phosphate etc. are used as co-flame retardants. These flame retardants may still have a nearly satisfactory flame retardancy in polyamides, but have no satisfactory effect, especially in polyolefins.
  • EP 1 544 206 A1 describes dialkylphosphinic acids and their salts, which are used with other selected components as flame retardants in thermoplastic polymers. Particularly suitable according to this prior art is a combination of aluminum trisdiethylphosphinate, melamine polyphosphate, zinc oxide and glass fibers in polyamide 6.6. These flame retardants may still have a nearly satisfactory flame retardancy in polyamides, but show no sufficient effect, especially in polyolefins.
  • Document EP 0 363 321 A1 describes melamine salts of methylphosphonic acid as flame retardant.
  • the melamine salts can be prepared by reacting methylphosphonic acid or its monomethyl ester with melamine.
  • the disadvantage of these salts is that they are comparatively hygroscopic and have an unsatisfactory temperature resistance.
  • a flame retardant is available, which has a high temperature stability, and is only to a small extent hygroscopic.
  • a further object of the invention is to provide a flame retardant which has high activity in the polymer, in particular in polyolefins, and can therefore be incorporated in smaller amounts, whereby the properties of the polymer are influenced to a lesser extent.
  • (A) is at least one Alkylpyrophosphonklarederivat the general formula (I),
  • R 1 and R 2 independently represent a substituted or unsubstituted straight-chain or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, substituted or unsubstituted benzyl or substituted or unsubstituted phenyl, and
  • (B) is selected from the group consisting of melamine, melam, Meiern, melon, ammeline, ammelides, 2-ureidomelamine, substituted or unsubstituted heptazines, guanylurea, acetoguanamine, benzoguanamine and diaminophenyltriazine or two or more.
  • the above-defined flame retardant composition is characterized in that the salt of components (A) and (B) contained therein has a high temperature resistance up to 290 ° C, whereby the flame retardant composition of the present invention at high temperatures in polymers such Polyamide, polybutyl terephthalate (PBT), polystyrene (PS), high impact polystyrene (HIPS) and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) can be incorporated without decomposing. Further advantages are that the salt of the components (A) and (B) is not / only to a small extent hygroscopic.
  • Another advantage lies in the processability of the flame retardant composition according to the invention, for example compared with the compositions described in EP 0 363 321 A1, since such compositions can release, for example, water and / or alcohols when incorporated into the polymer and, in the case of the use of an extruder, during incorporation into a polymer or the processing of a flame retardant composition according to the invention equipped polymer leads to lower deposits on the extruder screw.
  • the monoesters described in EP 0 363 321 A1 for example, can lead to alkylation reactions, resulting in odorous and sometimes toxic compounds.
  • the components of the flame retardant composition according to the invention also have a low water solubility, whereby they are dissolved out on contact with water or moisture to a lesser extent from the polymer.
  • the polymers equipped with the flame retardant composition according to the invention are therefore particularly suitable for agricultural films and moldings, housings or cables for damp rooms, washing machines and motor vehicles.
  • the above-defined flame retardant composition comprises, as further component, component (C), one or more component (s) which synergistically interacts with components (A) and (B).
  • this component (C) is a hindered amine compound which is sold under the brand name Flamestab ® NOR 116 from BASF SE. This flame retardant is disclosed in EP 0 889 085, the disclosure of which is incorporated herein by reference.
  • component (C) is a poly [2,4- (piperazin-1,4-yl) -6- (mo-holin-4-yl) -l, 3,5-triazine], which is also commercially available under the brand name ppmTriazin ® .
  • the proportion of this component (C), based on the sum of all components of the flame retardant composition is generally in the range of 1 to 30 wt .-%, preferably in the range of 5 to 25 wt .-%, particularly preferably in the range of 10 to 20 wt .-%.
  • the component (A) according to the general formula (I) is a pyrophosphonic acid derivative in which R and R are independently a substituted or unsubstituted straight or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, substituted or unsubstituted benzyl or substituted or represent unsubstituted phenyl.
  • R 1 and R 2 are the same and selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl and phenyl.
  • Alkyl means a saturated aliphatic hydrocarbon group which may be straight chain or branched and may have from 1 to 4 carbon atoms in the chain, for example, alkyl, methyl, ethyl, propyl, 2-propyl, 1-butyl, 2-butyl, 2-methyl-1-propyl (isobutyl) or 2-methyl-2-propyl (tert-butyl), preferably around methyl.
  • Substituted alkyl or “Substituted benzyl” or “Substituted phenyl”, the alkyl group or benzyl or phenyl group having one or more substituents selected from alkyl, optionally substituted aryl, optionally substituted aralkyl, alkoxy, amino, nitro, carboxy, carboalkoxy, cyano, alkylamino, halo, hydroxy, hydroxyalkyl, mercaptyl, alkylmercaptyl, Trihaloalkyl, carboxyalkyl or carbamoyl substituted.
  • component (A) is pyromethanephosphonic acid, an alkylpyrophosphonic acid derivative according to formula (II):
  • component (B) of the present invention is at least one compound selected from the group consisting of melamine, melam, Meiern, melon, ammeline, ammelides, 2-ureidomelamine, substituted or unsubstituted heptazines, guanylurea, acetoguanamine, benzoguanamine and Diaminophenyltnazine or two or more.
  • component (B) is a substituted or unsubstituted heptazine derivative according to general formula (III):
  • R independently of one another are H, or NH 2 .
  • Such compounds are known to the person skilled in the art, for example from WO 2006/034784 A1 or EP 2 256 122 A1, the disclosure of which is fully incorporated herein by reference.
  • Component (B) is melamine according to a preferred embodiment of the invention.
  • Preferred salts according to the invention are the melamine salt of pyromethylphosphonic acid or melamine salt of pyroethylphosphonic acid or the melamine salt of pyropropylphosphonic acid or the melamine salt of pyrophenylphosphonic acid. Particularly preferred is the melamine salt of pyromethylphosphonic acid.
  • the molar ratio of the components (A) to (B) varies depending on the component (s) (B).
  • component (B) is a compound selected from the group consisting of melam, Meiern, melon, ammeline, ammelide, 2-ureidomelamine, substituted or unsubstituted heptazines, guanylurea, acetoguanamine, benzoguanamine and diaminophenyltriazine, or two or more the molar ratio of (A) to (B) 0.5 to 2 to 2 to 0.5, preferably 1 to 1.
  • component (B) is melamine
  • the exact molar ratio of (A) to (B) depends in particular on whether component (B) is mono- or polybasic.
  • the molar ratio of components (A) and (B) to each other is generally to be chosen so that all free acid groups of component (A) are saturated or neutralized by component (B).
  • the flame retardant composition of the present invention is generally characterized by having the salt of the components (A) and (B) in an amount in the range of 1 to 100% by weight, preferably in the range of 30 to 100% by weight, based on the sum of all components of the flame retardant composition.
  • the flame retardant composition according to the invention consists of 100% by weight of the salt of components (A) and (B).
  • the present invention further relates to a process for the preparation of the above-described flame retardant composition.
  • the process is characterized by dispersing components (A) and (B) in a suitable liquid medium and over a period of 1 to 9 hours, preferably over a period of 5 to 7 hours at a temperature in the range of 60 ° C to 120 ° C, preferably in the range of 90 ° C to 100 ° C converts.
  • the resulting reaction mixture is then filtered, washed with a suitable solvent such as toluene, isopropanol, dioxane, water and dried.
  • the suitable liquid medium is generally selected from the group of toluene, isopropanol, dioxane and water. According to a preferred embodiment of the invention, the liquid medium is toluene.
  • the components (A) and (B) are known to the person skilled in the art.
  • the components (A) can be prepared pyrolytically, for example, as described in US Pat. No. 4,129,588 or EP 0 710 664 B1.
  • the present invention further relates to the use of the flame retardant composition for the flame retardant finishing of polymers or polymer blends.
  • the invention further relates to flame-retardant polymer molding compositions containing this flame retardant composition.
  • the polymer or polymer substrate may be any of a wide variety of polymer types including polyolefins, polyesters, polyamides, ABS polymers.
  • the polymers are particularly preferably selected from polyolefins, such as polyethylenes and polypropylenes, polyesters, polyamides, polystyrenes, ABS polymers, polyvinyl chlorides, polyvinyl acetates, polyureas, polyacrylonitriles, phenolic resins, melamine-formaldehyde resins and epoxy resins or mixtures of two or more.
  • polyolefins such as polyethylenes and polypropylenes, polyesters, polyamides, polystyrenes, ABS polymers, polyvinyl chlorides, polyvinyl acetates, polyureas, polyacrylonitriles, phenolic resins, melamine-formaldehyde resins and epoxy resins or mixtures of two or more.
  • the effective flame retardant amount of the flame retardant composition of the invention is that needed to exhibit flame retardant effectiveness. This is measured by one of the standard methods used to evaluate flame delay. These include the NFPA 701 standard fire test methods for flame retardant textiles and foils 1989 and 1996 edition; Electro UL 94 Flammability Test for Parts and Devices Materials, 5th Edition, October 29, 1996, Limiting Oxygen Index (LOI), ASTM-D2863 and Cohen Calorimetry ASTM E-1354. Furthermore, the standards for buildings (DIN4102B1) and for motor vehicles (MVSS 302) for the investigation of the flame retardant properties of the invention
  • Flame retardant composition can be applied.
  • the present invention thus also relates to a composition
  • a composition comprising:
  • the effective flame retardant amount of the flame retardant composition of the present invention is generally 0.1 to 30% by weight, more preferably 5 to 25% by weight, based on the polymer.
  • the flame retarded polymers containing the flame retardant compositions of the present invention can be prepared by known methods, for example, by blending the noted additives and optionally other additives with the polymer using equipment such as calenders, mixers, kneaders, extruders, and the like.
  • the additives can be added individually or in admixtures with each other. It is also possible to use so-called masterbatches.
  • the polymer can be used in the form of powders, granules, solutions, suspensions or in the form of latexes.
  • the flame retardant polymer compositions thus obtained can be formed into the desired shape by known methods.
  • Such processes include, for example, calendering, extruding, injection molding, spray coating, knife coating, spinning, compression melting, rotational molding, thermoforming or extrusion blow molding.
  • the finished flame-retardant polymer can also be made into foamed articles.
  • the polymer articles produced therewith are, for example, fibers, films, molded articles and foamed articles.
  • the present invention will be further illustrated by the following non-limiting examples and comparative examples.
  • the films are produced on a Einschneckenextruder 19 / 25D from the company. Brabender at 30 rpm and various temperatures via a film tool into films with a width of 100 mm and a thickness of 500 ⁇ .
  • the powder mixtures are fed manually via a funnel.
  • the tool is a broadband nozzle head 100 x 0.5 mm, the discharge belt is adjusted so that a film width of 90 mm and a thickness of 0.50 mm are achieved.
  • the cooling of the films takes place in the air.
  • the dimelaminium pyromethane phosphonate prepared in Example 1 was commercially available
  • the dimelaminium pyromethane phosphonate according to the invention is superior to the flame retardants known from the prior art. While the Melaminmethanphosphonat (AFLAMMIT ® 800 PCO) is comparable in terms of its flame-retardant properties with those of the Dimelaminiumpyromethanphosphonats, any other flame retardant compositions exhibit a poorer in accordance with DIN 4102-B2 firing results. In direct comparison with Melaminmethanphosphonat (AFLAMMIT ® PCO 800) notices that flame retardant compositions of the invention have significant advantages especially at processing temperatures in the range of 280 ° C. While the film equipped with the flame retardant according to the invention has no holes, as visual defects in the form of holes can be seen in with Melaminmethanphosphonat (PCO AFLAMMIT ® 800) equipped film.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flammschutzmittelzusammensetzung, die ein Salz der Komponenten (A) und (B) enthält, wobei (A) wenigstens ein Pyrophosphonsäurederivat der allgemeinen Formel (I) ist: (I) wobei R1 und R2 unabhängig voneinander eine substituierte oder nicht substituierte geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, substituiertes oder nicht substituiertes Benzyl oder substituiertes oder nicht substituiertes Phenyl darstellen, und (B) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Melamin, Melam, Melem, Melon, Ammeline, Ammelide, 2-Ureidomelamin, substituierte oder nicht substituierte Heptazine, Guanylharnstoff, Acetoguanamin, Benzoguanamin und Diaminophenyltriazin oder zweier oder mehrerer dieser Verbindungen.

Description

Flammschutzmittelzusammensetzung
Die Erfindung betrifft eine Flammschutzmittelzusammensetzung, die ein Salz der Komponenten (A) und (B) enthält, wobei (A) wenigstens ein Pyrophosphonsäurederivat der allgemeinen Formel I ist,
0 O
- I I I I
o-p-o-p-o
R 1 1 R 1 22
(I) wobei R1 und R2 unabhängig voneinander eine substituierte oder nicht substituierte geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, substituiertes oder nicht substituiertes Benzyl oder substituiertes oder nicht substituiertes Phenyl darstellen, und (B) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Melamin, Melam, Meiern, Melon, Ammeline, Ammelide, 2-Ureidomelamin, substituierte oder nicht substituierte Heptazine, Guanylharnstoff, Acetoguanamin, Benzoguanamin und Diaminophenyltriazin oder zweier oder mehrerer.
Die Verwendung der Kombination von Melamin-Kondensationsprodukten und Phosphorverbindungen in Flammschutzmittelzusammensetzungen ist beispielsweise aus der DE 601 11 720 T2 bekannt. Diese Literaturstelle beschreibt beispielsweise Salze von Melamin-Kondensationsprodukten mit einer Phosphor enthaltenden Säure, wobei die Phosphor enthaltende Säure eine Säure mit nur einem Säureäquivalent ist, und das Melamin-Kondensationsprodukt beispielsweise Melam ist. Nachteilig ist jedoch im Hinblick auf diese Kombinationen, dass diese beispielsweise bei erhöhten Temperaturen zu Nebenreaktionen neigen. Insbesondere die Phosphorester können zur Alkylierung der Stickstoffkomponente führen. Aus der WO 00/02869 AI sind Polyphosphatsalze von 1,3,5-Triazinverbindungen bekannt, die einen mittleren Kondensationsgrad (Zahlenmittel) größer als 20 und ein Mol Verhältnis von Triazinverbindung, wie von Melamin, zu Phosphor (M/P) > 1,1 besitzen. Dieses Dokument beschreibt ferner auch ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung dieser Salze durch Umwandlung einer 1,3,5-Triazinvebindung mit Orthophosphorsäure in das entsprechende Orthophosphatsalz sowie thermische Behandlung zur Umwandlung des Orthophosphatsalzes in ein Polyphosphat der 1,3, 5 -Triazinverbindung. Zusätzlich zu den Orthophosphaten können auch Pyrophosphate eingesetzt werden. Die in dieser Veröffentlichung beschriebenen Polyphosphatsalze sollen zweckmäßig als Flammschutzmittel verwendet werden. Phosphate bzw. Polyphosphat sind jedoch vergleichsweise schwache Flammschutzmittel und können ihre Flammschutzwirkung insbesondere bei tieferen Temperaturen noch nicht entfalten.
Die WO 96/09344 beschreibt die Verwendung von Melamin- oder Melem-Phosphorsäure- Umsetzungsprodukten als Flammhemmer in glasfaserverstärkten Polyamidformmassen. Als Co-Flammhemmer werden Zinkborat, Zinkphosphat etc. eingesetzt. Diese Flammschutzmittel mögen in Polyamiden noch eine beinahe zufriedenstellende Flammschutzwirkung aufweisen, zeigen jedoch insbesondere in Polyolefmen keine zufriedenstellende Wirkung.
Die EP 1 544 206 AI beschreibt Dialkylphosphinsäuren und ihre Salze, welche mit weiteren ausgewählten Komponenten als Flammschutzmittel in thermoplastischen Polymeren eingesetzt werden. Besonders geeignet ist nach diesem Stand der Technik eine Kombination aus Aluminiumtrisdiethylphosphinat, Melaminpolyphosphat, Zinkoxid und Glasfasern in Polyamid 6.6. Auch diese Flammschutzmittel mögen in Polyamiden noch eine beinahe zufriedenstellende Flammschutzwirkung aufweisen, zeigen jedoch insbesondere in Polyolefmen keine ausreichende Wirkung.
Dokument EP 0 363 321 AI beschreibt Melaminsalze von Methylphosphonsäure als Flammschutzmittel. Die Melaminsalze können durch Umsetzung von Methylphosphonsäure oder ihrem Monomethylester mit Melamin hergestellt werden. Der Nachteil von diesen Salzen ist, dass diese vergleichsweise hygroskopisch sind, und eine noch nicht zufriedenstellende Temperaturbeständigkeit aufweisen. Ausgehend von dem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung ein Flammschutzmittel auf Grundlage von Melaminderivaten und einer Phosphor enthaltenden Verbindung zur Verfügung zu stellen, das auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Flammschutzmittel zur Verfügung zu stellen, das eine hohe Temperaturstabilität aufweist, und nur in geringem Maße hygroskopisch ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Flammschutzmittel zur Verfügung zu stellen, das im Polymer, insbesondere in Polyolefinen eine hohe Wirksamkeit aufweist und daher in geringeren Mengen eingearbeitet werden kann, wodurch die Eigenschaften des Polymers in geringerem Maße beeinflusst werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Flammschutzmittelzusammensetzung, enthaltend ein Salz der Komponenten (A) und (B), wobei:
(A) wenigstens ein Alkylpyrophosphonsäurederivat der allgemeinen Formel (I) ist,
wobei R1 und R2 unabhängig voneinander eine substituierte oder nicht substituierte geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, substituiertes oder nicht substituiertes Benzyl oder substituiertes oder nicht substituiertes Phenyl darstellen, und
(B) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Melamin, Melam, Meiern, Melon, Ammeline, Ammelide, 2-Ureidomelamin, substituierte oder nicht substituierte Heptazine, Guanylharnstoff, Acetoguanamin, Benzoguanamin und Diaminophenyltriazin oder zweier oder mehrerer.
Die vorstehend definierte Flammschutzzusammensetzung zeichnet sich dadurch aus, dass das in ihr enthaltene Salz der Komponenten (A) und (B), eine hohe Temperaturbeständigkeit bis hin zu 290°C aufweist, wodurch sich die Flammschutzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung bei hohen Temperaturen in Polymere, wie Polyamid, Polybutylterephthalat (PBT), Polystyrol (PS), High Impact Polystyrol (HIPS) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) einarbeiten lässt, ohne sich zu zersetzen. Weitere Vorteile liegen darin, dass das Salz der Komponenten (A) und (B) nicht/nur in geringem Maße hygroskopisch ist. Ein weiterer Vorteil liegt in der Verarbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzung, beispielsweise gegenüber den in der EP 0 363 321 AI beschriebenen Zusammensetzungen, da derartige Zusammensetzungen bei der Einarbeitung in das Polymer beispielsweise Wasser und/oder Alkohole freisetzen können und im Falle der Verwendung eines Extruders bei der Einarbeitung in ein Polymer oder der Verarbeitung eines mit der erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzung ausgerüsteten Polymers zu geringeren Ablagerungen auf der Extruderschnecke führt. Die in der EP 0 363 321 AI beschriebenen Monoester können beispielsweise zu Alkylierungsreaktionen führen, wodurch geruchsintensive und zum Teil toxische Verbindungen entstehen. Die Komponenten der erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzung weisen zudem eine geringe Wasserlöslichkeit auf, wodurch diese bei Kontakt mit Wasser bzw. Feuchtigkeit in geringerem Maße aus dem Polymer herausgelöst werden. Die mit der erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzung ausgerüsteten Polymere eignen sich daher besonders für Agrarfolien und Formteile, Gehäuse bzw. Kabel für Feuchträume, Waschmaschinen und Kraftfahrzeuge.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die vorstehend definierte Flammschutzzusammensetzung als weitere Komponente, Komponente (C), eine oder mehrere Komponente(n), die mit den Komponenten (A) und (B) synergistisch zusammenwirkt(en). Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dieser Komponente (C) um eine gehinderte Aminverbindung die unter dem Markennamen FLAMESTAB® NOR 116 von der BASF SE, vertrieben wird. Dieses Flammschutzmittel ist in der EP 0 889 085 offenbart, deren Offenbarung durch Bezugnahme in der vorliegenden Anmeldung enthalten ist. Alternativ oder zusätzlich handelt es sich bei Komponente (C) um ein Poly-[2,4-(piperazin-l,4-yl)-6-(mo holin-4-yl)-l,3,5-triazin], das auch unter dem Markennamen ppmTriazin® kommerziell erhältlich ist.
Der Anteil dieser Komponente (C), bezogen auf die Summe aller Komponenten der Flammschutzmittelzusammensetzung liegt allgemein im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 Gew.-%.
Bei der Komponente (A) gemäß der allgemeinen Formel (I) handelt es sich um ein Pyrophosphonsäurederivat, bei dem R und R unabhängig voneinander eine substituierte oder nicht substituierte geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, substituiertes oder nicht substituiertes Benzyl oder substituiertes oder nicht substituiertes Phenyl darstellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind R1 und R2 gleich und ausgewählt aus der Gruppe Methyl, Ethyl, Propyl und Phenyl.
„Alkyl" bedeutet eine gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, die geradkettig oder verzweigt sein kann und von 1 bis 4 Kohlenstoffatome in der Kette haben kann. Bei Alkyl handelt es sich beispielsweise um Methyl, Ethyl, 1 -Propyl, 2-Propyl, 1-Butyl, 2- Butyl, 2-Methyl-l -propyl (Isobutyl) oder 2-Methyl-2-propyl (tert.-Butyl), bevorzugt um Methyl. „Substituiertes Alkyl" bzw.„Substituiertes Benzyl" oder„Substituiertes Phenyl" bedeutet, dass die Alkylgruppe bzw. Benzyl- oder Phenylgruppe mit einem oder mehreren Substituenten ausgewählt aus Alkyl, gegebenenfalls substituiertem Aryl, gegebenenfalls substituiertem Aralkyl, Alkoxy, Amino, Nitro, Carboxy, Carboalkoxy, Cyano, Alkylamino, Halo, Hydroxy, Hydroxyalkyl, Mercaptyl, Alkylmercaptyl, Trihaloalkyl, Carboxyalkyl oder Carbamoyl substituiert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Komponente (A) um Pyromethanphosphonsäure, ein Alkylpyrophosphonsäurederivat gemäß der Formel (II):
(Π)
Bei der Komponente (B) der vorliegenden Erfindung handelt es sich um wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Melamin, Melam, Meiern, Melon, Ammeline, Ammelide, 2-Ureidomelamin, substituierte oder nicht substituierte Heptazine, Guanylhamstoff, Acetoguanamin, Benzoguanamin und Diaminophenyltnazin oder zweier oder mehrerer. Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung handelt es sich bei der Komponente (B) um ein substituiertes oder nicht substituiertes Heptazinderivat gemäß der allgemeinen Formel (III):
(III)
Dabei stehen R beispielsweise unabhängig voneinander für H, oder NH2. Derartige Verbindungen sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus der WO 2006/034784 AI bzw. der EP 2 256 122 AI, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier vollständig aufgenommen wird.
Bei der Komponente (B) handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um Melamin.
Erfindungsgemäß bevorzugte Salze sind das Melaminsalz der Pyromethylphosphonsäure bzw. Melaminsalz der Pyroethylphosphonsäure bzw. das Melaminsalz der Pyropropylphosphonsäure bzw. das Melaminsalz der Pyrophenylphosphonsäure. Besonders bevorzugt ist das Melaminsalz der Pyromethylphosphonsäure.
Das Mol-Verhältnis der Komponenten (A) zu (B) zueinander variiert in Abhängigkeit der Komponente(n) (B). Handelt es sich bei der Komponente (B) um eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe Melam, Meiern, Melon, Ammeline, Ammelide, 2- Ureidomelamin, substituierte oder nicht substituierte Heptazine, Guanylharnstoff, Acetoguanamin, Benzoguanamin und Diaminophenyltriazin oder zweier oder mehrerer, so beträgt das molare Verhältnis von (A) zu (B) 0,5 zu 2 bis 2 zu 0,5, bevorzugt 1 zu 1. Handelt es sich bei der Komponente (B) um Melamin, so beträgt das Molare Verhältnis von (A) zu (B) 1 zu 2. Das exakte molare Verhältnis von (A) zu (B) hängt insbesondere davon ab, ob die Komponente (B) ein- oder mehrbasig ist. Das molare Verhältnis der Komponenten (A) und (B) zueinander ist allgemein so zu wählen, dass alle freien Säuregruppen der Komponente (A) durch die Komponente (B) abgesättigt bzw. neutralisiert werden. Die erfindungsgemäße Flammschutzmittelzusammensetzung ist allgemein dadurch gekennzeichnet, dass sie dass das Salz der Komponenten (A) und (B) in einer Menge im Bereich von 1 bis 100 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 30 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die Summe aller Komponenten der Flammschutzmittelzusammensetzung, enthält. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Flammschutzmittelzusammensetzung zu 100 Gew.-% aus dem Salz der Komponenten (A) und (B). Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Flammschutzmittelzusammensetzung. Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass man die Komponenten (A) und (B) in einem geeigneten flüssigen Medium dispergiert und über einen Zeitraum von 1 bis 9 Stunden, bevorzugt über einen Zeitraum von 5 bis 7 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 60°C bis 120°C, bevorzugt im Bereich von 90°C bis 100°C umsetzt. Das erhaltene Reaktionsgemisch wird daraufhin filtriert, mit einem geeigneten Lösemittel, wie Toluol, Isopropanol, Dioxan, Wasser gewaschen und getrocknet.
Das geeignete flüssige Medium ist allgemein ausgewählt aus der Gruppe Toluol, Isopropanol, Dioxan und Wasser. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem flüssigen Medium um Toluol.
Die Komponenten (A) und (B) sind dem Fachmann bekannt. Die Komponenten (A) können dabei beispielsweise wie in der US 4,129,588 oder der EP 0 710 664 Bl beschrieben, pyrolytisch hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Flammschutzmittelzusammensetzung zur flammhemmenden Ausrüstung von Polymeren bzw. Polymerblends. Die Erfindung betrifft ferner flammhemmend ausgerüstete Polymerformmassen, die diese Flammschutzmittelzusammensetzung enthalten. Das Polymer bzw. das Polymersubstrat kann dabei ein beliebiges aus einer großen Vielzahl von Polymerarten einschließlich Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden, ABS-Polymeren sein. Besonders bevorzugt sind die Polymere ausgewählt aus Polyolefinen, wie Polyethylenen und Polypropylenen, Polyestern, Polyamiden, Polystyrolen, ABS-Polymeren, Polyvinylchloriden, Polyvinylacetaten, Polyharnstoffen, Polyacrylnitrilen, Phenolharzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen und Epoxyharzen oder Mischungen zweier oder mehrerer.
Die wirksame flammverzögernde Menge der erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzung ist jene, die benötigt wird, um eine flammverzögernde Wirksamkeit zu zeigen. Diese wird durch eines der Standardverfahren gemessen, die zum Bewerten von Flamm Verzögerung verwendet werden. Diese schließen die NFPA 701- Standardverfahren zur Brandprüfung für flammwidrige Textilien und Folien 1989 und 1996er Ausgabe; den Elektro-UL 94-Test für die Entflammbarkeit von Kunststoffrnaterialien für Teile in Vorrichtungen und Geräten, 5. Ausgabe, 29. Oktober 1996, begrenzender Sauerstoffindex, Limiting Oxygen Index (LOI), ASTM-D2863 und Cohen Calorimetry ASTM E-1354 ein. Ferner können die Normen für Gebäude (DIN4102B1) und für Kraftfahrzeuge (MVSS 302) zur Untersuchung der flammhemmenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Flammschutzmittelzusammensetzung angewandt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch eine Zusammensetzung, die umfasst:
(a) ein oder mehrere Polymer(e) sowie
(b) eine wirksame flammhemmende Menge der erfindungsgemäßen Flammschutzmittelzusammensetzung. Die wirksame flammhemmende Menge der erfindungsgemäßen Flammschutzmittelzusammensetzung beträgt allgemein 0,1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Polymer.
Die die erfindungsgemäßen Flammschutzmittelzusammensetzungen enthaltenden flammgehemmten Polymere können durch bekannte Verfahren, zum Beispiel durch Vermischen der angeführten Additive und wahlweise weiteren Additive mit dem Polymer unter Verwendung von Ausrüstungen, wie Kallandern, Mischern, Knetern, Extrudern und dergleichen hergestellt werden. Die Additive können einzeln oder in Anmischungen miteinander zugesetzt werden. Es ist auch möglich, sogenannte Masterbatche zu verwenden. In solchen Vorgängen kann beispielsweise das Polymer in Form von Pulvern, Granulaten, Lösungen, Suspensionen oder in Form von Latices verwendet werden. Die somit erhaltenen flammhemmend ausgerüsteten Polymerzusammensetzungen können durch bekannte Verfahren in die gewünschte Form gebracht werden. Solche Verfahren sind zum Beispiel Kallandrieren, Extrudieren, Spritzguss, Sprühbeschichten, Rakelbeschichten, Spinnen, Kompressionsschmelzen, Rotationsgießen, Thermoformen oder Extrusionsblasen. Das fertige flammhemmend ausgerüstete Polymer kann auch zu geschäumten Gegenständen verarbeitet werden. Die hiermit hergestellten Polymergegenstände sind beispielsweise Fasern, Filme bzw. Folien, Formgegenstände und geschäumte Formkörper. Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden nicht beschränkenden Beispiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert werden.
1. Herstellungsbeispiel: Herstellung von Dimelaminiumpyromethanphosphonat
40,8 kg Pyromethanphosphonsäure und 59,2 kg Melamin werden in einem mit Stickstoff inertisierten 800 1 Reaktor in 300 kg Toluol über einen Zeitraum von 3 Stunden bei 110°C gerührt. Danach wird der Feststoff über ein Filter/Filterpresse abgetrennt und anschließend mit 50 kg Toluol gewaschen. Nach dem Trocknen erhält man 100 kg Dimelaminiumpyromethanphosphonat (Ausbeute >99%). Phosphor: 14,6%; Stickstoff: 36,5 %; Theorie: Phosphor: 14,6%; Stickstoff : 39,6%
2. Beispiele und Vergleichsbeispiele: Zur Veranschaulichung der Erfindung werden LD-Polyethylenfolien (aus Lupolen® 1800) hergestellt, die mit unterschiedlichen flammhemmenden Zusammensetzungen versetzt waren:
Herstellung der Pulvermischungen:
Eine genaue Menge an Polyethylenpulver Lupolen® 1800 und Pulvermischungen der Flammschutzmittel werden vermengt und mit Hilfe eines Labormischers homogenisiert.
Herstellung der Folien:
Die Herstellung der Folien erfolgt auf einem Einschneckenextruder 19/25D der Fa. Brabender bei 30 upm und verschiedenen Temperaturen über ein Folienwerkzeug zu Folien mit einer Breite von 100 mm und einer Dicke von 500 μπι. Die Pul Vermischungen werden dabei manuell über einen Trichter zugeführt. Als Werkzeug dient ein Breitbanddüsenkopf 100 x 0,5 mm, das Abzugsband wird so eingestellt, dass eine Folienbreite von 90 mm und eine Dicke von 0,50 mm erreicht werden. Die Abkühlung der Folien erfolgt an der Luft.
Beurteilung der Wirksamkeit:
Die Wirkung der Flammschutzmittel wurde optisch und gemäß DIN 4102-B2 untersucht. Hierzu wurden die Folien vertikal in eine Brennkammer eingespannt. Die Beflammung erfolgte auf der Fläche mit einer Flammhöhe von 20 mm und einem Flammungswinkel von 45°. Diese DIN entspricht der DIN 4102-B2, sofern die obere Messmarke des Brennprobenkörpers von der Flammenspitze nicht erreicht wird bzw. diese von selbst erlischt.
Als erfindungsgemäßes Flammschutzmittel wurde das in Beispiel 1 hergestellte Dimelaminiumpyromethanphosphonat mit den kommerzielle erhältlichen
Flammschutzmitteln Melaminmethanphosphonat (AFLAMMIT® PCO 800),
Melaminpyrophosphat, Melamin-polyphosphat (Melapur 200) und Diethylphosphinataluminium„Depal" (Exolit® OP 930) verglichen:
Wie den in der Tabelle dargestellten Ergebnissen zu entnehmen ist, ist das erfindungsgemäße Dimelaminiumpyromethanphosphonat den aus dem Stand der Technik bekannten Flammschutzmitteln überlegen. Während das Melaminmethanphosphonat (AFLAMMIT® PCO 800) hinsichtlich seiner Flammschutzeigenschaften mit denen des Dimelaminiumpyromethanphosphonats vergleichbar ist, zeigen alle weiteren Flammschutzzusammensetzungen ein nach DIN 4102-B2 schlechteres Brennergebnis. Im direkten Vergleich mit Melaminmethanphosphonat (AFLAMMIT® PCO 800) fällt auf, dass die erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzungen insbesondere bei Verarbeitungstemperaturen im Bereich von 280°C deutliche Vorteile haben. Während die mit dem erfindungsgemäßen Flammschutzmittel ausgerüstete Folie keine Löcher aufweist, so sind bei der mit Melaminmethanphosphonat (AFLAMMIT® PCO 800) ausgerüsteten Folie optische Mängel in Form von Löchern zu erkennen.

Claims

Patentansprüche
1. Flammschutzmittelzusammensetzung enthaltend ein Salz der Komponenten (A) und (B), wobei
(A) wenigstens ein Pyrophosphonsäurederivat der allgemeinen Formel (I) ist:
O O
_ I I I I
o-p-o-p-o
(I)
wobei R und R unabhängig voneinander eine substituierte oder nicht substituierte geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, substituiertes oder nicht substituiertes Benzyl oder substituiertes oder nicht substituiertes Phenyl darstellen, und
(B) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Melamin, Melam, Meiern, Melon, Ammeline, Ammelide, 2-Ureidomelamin, substituierte oder nicht substituierte Heptazine, Guanylharnstoff, Acetoguanamin, Benzoguanamin und Diaminophenyltriazin oder zweier oder mehrerer dieser Verbindungen.
2. Flammschutzmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrophosphonsäurederivat ein Alkylpyrophosphonsäurederivat gemäß der Formel (II)
0 O
_ I I I I
O- P- O- P- O
1 I
CH 3 CH 3
(Π) ist.
3. Flammschutzmittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (B) Melamin ist.
4. Flammschutzmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz der Komponenten (A) und (B) in einer Menge im Bereich von 1 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die Summe aller Komponenten der Flammschutzmittelzusammensetzung, enthalten ist.
5. Verfahren zur Herstellung der Flammschutzmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Komponenten (A) und (B) in einem geeigneten flüssigen Medium dispergiert und über einen Zeitraum von 1 bis 6 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 60°C bis 120°C umsetzt.
6. Verwendung einer Flammschutzmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur flammhemmenden Ausrüstung von Polymeren.
7. Verwendung nach Anspruch 6, wobei das Polymer ausgewählt ist aus Polyolefinen, wie Polyethylenen und Polypropylenen, Polyestern, Polyamiden, Polystyrolen, ABS- Polymeren, Polyvinylchloriden, Polyvinylacetaten, Polyharnstoffen, Polyacrylnitrilen, Phenolharzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen und Epoxyharzen oder Mischungen zweier oder mehrerer.
8. Verwendung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammschutzmittelzusammensetzung in einer Konzentration von 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Polymer, eingesetzt wird.
9. Flammhemmend ausgerüstete Polymerformmasse enthaltend eine Flammschutzmittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
10. Verfahren zur Verleihung von flammhemmenden Eigenschaften an ein Polymer, wobei das Verfahren die Zugabe der Flammschutzmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zu dem Polymer umfasst.
11. Polymer, enthaltend eine Flammschutzmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
12. Polymer nach Anspruch 11, ausgewählt aus Polyolefmen, wie Polyethylenen und Polypropylenen, Polyestern, Polyamiden, Polystyrolen, ABS-Polymeren,
Polyvinylchloriden, Polyvinylacetaten, Polyharnstoffen, Polyacrylnitrilen, Phenolharzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen und Epoxyharzen oder Mischungen zweier oder mehrerer.
13. Gegenstände, die das Polymer gemäß Anspruch 11 oder 12 enthalten, und ausgewählt sind aus Fasern, Filmen, Folien, Formgegenstände und geschäumten Formkörpern.
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