EP4168459A1 - Flameproof acrylate - Google Patents

Flameproof acrylate

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Publication number
EP4168459A1
EP4168459A1 EP21733425.9A EP21733425A EP4168459A1 EP 4168459 A1 EP4168459 A1 EP 4168459A1 EP 21733425 A EP21733425 A EP 21733425A EP 4168459 A1 EP4168459 A1 EP 4168459A1
Authority
EP
European Patent Office
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acrylate
meth
diacrylate
methacrylate
monomers
Prior art date
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Pending
Application number
EP21733425.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Heukelbach
Martin RÖSSLE
Manfred DÖRING
Michael Ciesielski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renolit SE
Original Assignee
Renolit SE
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Filing date
Publication date
Application filed by Renolit SE filed Critical Renolit SE
Publication of EP4168459A1 publication Critical patent/EP4168459A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
    • C07F9/02Phosphorus compounds
    • C07F9/547Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom
    • C07F9/6564Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having phosphorus atoms, with or without nitrogen, oxygen, sulfur, selenium or tellurium atoms, as ring hetero atoms
    • C07F9/6571Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having phosphorus atoms, with or without nitrogen, oxygen, sulfur, selenium or tellurium atoms, as ring hetero atoms having phosphorus and oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07F9/657163Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having phosphorus atoms, with or without nitrogen, oxygen, sulfur, selenium or tellurium atoms, as ring hetero atoms having phosphorus and oxygen atoms as the only ring hetero atoms the ring phosphorus atom being bound to at least one carbon atom
    • C07F9/657172Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having phosphorus atoms, with or without nitrogen, oxygen, sulfur, selenium or tellurium atoms, as ring hetero atoms having phosphorus and oxygen atoms as the only ring hetero atoms the ring phosphorus atom being bound to at least one carbon atom the ring phosphorus atom and one oxygen atom being part of a (thio)phosphinic acid ester: (X = O, S)
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    • C08F230/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal
    • C08F230/02Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing phosphorus
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    • C08L43/02Homopolymers or copolymers of monomers containing phosphorus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L2203/16Applications used for films

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of oxaphosphaphenantrenoxide acrylate monomers, the monomers obtainable therewith and their use for the production of flame-retardant thermoplastic (meth) acrylate polymers and a process for the production of flame-retardant thermoplastic (meth) acrylate polymers with the monomers thus obtainable Polymers and their use for the production of films and sheets.
  • Thermoplastic acrylate and methacrylate polymers are versatile plastics because of their transparency and UV resistance. For example, they can be used as a protective layer in decorative films for coating windows, doors and other components.
  • (meth) acrylate polymers are comparatively easily inflammable and combustible.
  • flame retardants are added.
  • Inorganic flame retardants such as metal hydroxides, are poorly suited, since the high loads required for adequate effectiveness suffer from transparency.
  • Halogen-containing flame retardants are widespread, but have come under fire because of toxicological and ecological concerns.
  • a wide variety of phosphorus-containing flame retardants have been proposed as halogen-free alternatives. If these are mixed in as low molecular weight compounds, the desired flame retardant effect is obtained, but the transparency can suffer and, in addition, migration of the flame retardants is frequent. This reduces their effect and the surface is changed or, in the case of multilayer films, the adhesion to adjacent layers is impaired.
  • a particularly effective group of phosphorus flame retardants are phosphinic acid derivatives such as 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantren-10-oxide (DOPO for short).
  • DOPO 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantren-10-oxide
  • DOPO and other phosphorus-containing flame retardants are known per se.
  • US 2014/0346418 A1, WO 2015/096127 A1 and US 2017/0029704 A1 describe flame retardancy by copolymerization with phosphorus-containing monomers.
  • DOPO other organic phosphates are described.
  • additives based on DOPO which carry a carboxylic acid group or its ester on phosphorus.
  • additives with several DOPO groups result.
  • a copolymerization is not provided, however, the additives should be mixed with the polymer and only polyamide and polyester are mentioned as polymers.
  • WO 2014/124933 A2 describes duromers made from DOPO and polyvalent acrylates with at least 3 acrylic groups, which are further reacted with (meth) acrylate. These thermosets should be suitable as flame retardant additives.
  • DOPO is converted into a monomer via a reaction with formaldehyde and then with acrylic acid chloride and then copolymerized with methyl methacrylate.
  • the procedure is analogous in EP 1 544227 A1, first of all the DOPO is coupled to an alcohol group, which is then reacted with acrylic acid chloride to form the DOPO acrylate monomer.
  • Acrylic acid chlorides are very reactive substances whose use on an industrial scale is problematic.
  • Wang et al. "Flexible, transparent flame retardant membrane Fire and Materials 2018, Vol. 42, pp. 99-108, describes a reaction of methyl-ethylcarboxy-phosphinic acid with acrylic acid-hydroxyethyl ester.
  • DE 102013223915 A1, DE 102013 101 487 A1 and WO 2019/141572 A1 disclose phosphorus-containing (meth) acrylate monomers for producing flame-retardant, thermoplastic resin compositions.
  • DOPO-oxymethylene methacrylate monomer is described as a phosphorus-containing (meth) acrylate monomer.
  • the monomer is reacted with one or more at least trivalent (meth) acrylate monomers to form a copolymer, which then forms part of the resin composition as a flame retardant.
  • the polymers of the first two documents mentioned are supposed to be thermosets and are.
  • slightly crosslinked or uncrosslinked copolymers are to be obtained by direct copolymerization with (meth) acrylate monomers by preparing phosphorus-containing triacrylate monomers from approximately equimolar amounts of phosphorus compound and acrylate groups in the triacrylate.
  • DOPO acrylate monomers are to be obtained by Michael addition with a DOPO deficit.
  • the document contains long lists of possible (meth) acrylates, including 1,4-butanediol di (meth) acrylate and 1,6-hexanediol di (meth) acrylate.
  • the aim is to achieve crosslinkable coatings in which the refractive index is set with DOPO. Copoly merization with acrylates is described.
  • the person skilled in the art can neither infer from this document that non-crosslinking monomers can be prepared, nor how this could be achieved.
  • the above object is therefore achieved by a process for the preparation of oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers by phospha-Michael addition to ⁇ , w-alkyldiol diacrylates having 2 to 6 carbon atoms in the alkyl chain in the presence of a sterically hindered, non-nucleophilic base and a polymerization inhibitor , the oxaphosphaphenanthrene oxide being reacted with the ⁇ , w-alkyl diol diacrylate in a molar ratio of 1: 1.5 to 1:10 at temperatures of 70 to 120 ° C.
  • w-alkyl diol diacrylate - is separated off - preferably by vacuum distillation.
  • the object is also achieved by the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers obtainable in this way, their use for the production of (meth) acrylate polymers and a process for the production of transparent, thermoplastic (meth) acrylate polymers by copolymerization of the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers with (meth) acrylate monomers.
  • the term (meth) acrylate polymer includes methacrylate polymers and acrylate polymers, as well as copolymers of one or more acrylic acid ester monomer (s) and / or one or more methacrylic acid ester monomer (s). Both homopolymers and copolymers, terpolymers, etc. are thus included, the monomers being acrylic acid ester monomers, methacrylic acid ester monomers, or both acrylic acid ester and methacrylic acid ester monomers.
  • the (meth) acrylate polymers contain, in addition to the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer (s) according to the invention, only (meth) acrylate monomer (s).
  • Typical acrylic acid ester monomers are methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, iso-butyl acrylate, tert-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate, and benzyl acrylate.
  • Usual methacrylic acid ester monomers are methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutymethacrylate, tert-butyl methacrylate, neopentyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl methacrylate, stearyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate and benzyl methacrylate.
  • Monomers that are less prone to chain transfer, such as ethyl acrylate, are particularly beneficial.
  • Methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutymethacrylate and tert-butymethacrylate, in particular methyl methacrylate, are preferred.
  • the monomers are also collectively referred to herein as (meth) acrylate monomers.
  • acrylic acid and methacrylic acid can also be used as monomers, but these are not readily miscible with oxaphosphaphenantrene oxides such as DOPO and are therefore preferably not used.
  • Preferred (meth) acrylate polymers are polymethyl methacrylate (PMMA) and copolymers of methyl methacrylate (MMA) with methyl acrylate (MA), ethyl acrylate (EA), butyl acrylate (BA) and n-butyl methacrylate (BMA).
  • additional comonomers such as acrylonitrile, can be polymerized in order to further improve the desired properties, including the fire behavior.
  • Oxaphosphaphenantrene oxides are known per se, including the preferred 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantrene-10-oxide (DOPO), and are commercially available. According to the invention, these are reacted with a, w-alkyldiol diacrylate to give oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers, which are then used as Comonomers can be polymerized into (meth) acrylate polymers.
  • Suitable a, w-alkyldiol diacrylates are those with 2 to 6 carbon atoms in the alkyl chain.
  • the reaction takes place at a molar ratio of oxaphosphaphenantrene oxide to ⁇ , w-alkyldiol diacrylate of 1: 1.5 to 1:10, preferably 1: 3 to 1: 7 and in particular of about 1: 5.
  • the choice of the ratio represents a compromise between the effort involved in removing the excess ⁇ , w-alkyl diol diacrylate and the selectivity of the reaction.
  • the temperature is generally from 70 to 120.degree. C., preferably from 80 to 100.degree.
  • Either an aprotic solvent with good dissolving power for the phosphaphenantrene oxide or an excess of ⁇ , w-alkyl diol diacrylate is used as the reaction medium.
  • the reaction is carried out without a solvent. This makes it easier to isolate the oxaphosphaphenanthene oxide acrylate monomer, which lowers costs.
  • a solvent has the advantage that the risk of premature polymerization is reduced, and solvents can also be more easily distilled off.
  • Preferred solvents are toluene, xylenes, ethyl acetate, acetonitrile and tetrahydrofuran, in particular toluene and xylenes (o-xylene, p-xylene, m-xylene and Mixtures thereof), most preferably toluene.
  • Suitable amounts are, for example, volumes of solvent to the sum of the volumes of starting materials and base from 1: 5 to 5: 1, preferably from 1: 2 to 2: 1.
  • the base used is sterically hindered and non-nucleophilic compounds, for example tertiary alkylamines, typically in amounts of 0.15 to 2.0 mol per mole of oxaphosphaphenantrenoxide, preferably from 0.5 to 1.2 mol per mol, particularly preferably from 0, 9 to 1.1 moles per mole.
  • the molar ratio of amine to DOPO can be reduced to about 0.15: 1; if the amount of amine is reduced still further, the addition becomes much slower and less selective. An excess of base is economically disadvantageous, but has little influence on the reaction.
  • Tertiary alkylamines are particularly suitable as bases, triethylamine being the most suitable in terms of price, boiling point and low toxicity.
  • N-ethyldiisopropylamine and tripropylamine as well as tributylamine can also be used, while trimethylamine is less suitable because of its very low boiling point.
  • Tertiary aromatic amines such as pyridine are also possible, but less preferred. It can be advantageous to add further base after the reaction has taken place for some time.
  • a polymerization inhibitor is added to prevent premature polymerization of the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate and the ⁇ , w-alkyl diol diacrylate.
  • hydroquinone, phenothiazine, 1-dodecanethiol, hydroquinone monobenzyl ether, methoxyhydroquinone and other known substances are suitable.
  • Hydroquinone and methoxyhydroquinone are preferred.
  • the necessary quantities are known per se. For example, the amount of stabilizer contained in commercial ⁇ , w-alkyl diol diacrylate can be sufficient.
  • oxaphosphaphenantrene oxides can react with water and base with ring opening, the reaction takes place with exclusion of water.
  • Water leads to ring opening and thus to side reactions, i.e. to the formation of the triethylammonium salt of the ring-opened oxaphosphaphenantrene oxide.
  • the absence of water means a maximum content of less than 1% by weight of water, preferably less than 0.1% by weight of water and particularly preferably less than 0.05% by weight of water in the liquid phase.
  • the reaction is preferably carried out under a dry protective gas such as nitrogen.
  • a dry protective gas such as nitrogen.
  • a reaction in air is not recommended for reasons of explosion protection.
  • triethylamine for example, is somewhat sensitive to oxidation and the reaction mixture could turn dark in the presence of air.
  • small amounts of oxygen are not a problem and can even be advantageous if the most frequently used inhibitor methoxyhydroquinone is used, since this is only active in the presence of traces of oxygen. In this respect, removal of oxygen from the starting materials and other components of the reaction solution is not necessary and is preferably not carried out.
  • the reaction is carried out until the oxa-phosphaphenantrene oxide has essentially completely reacted, which typically takes from 1 to 10 hours, often from 2 to 5 hours.
  • the oxaphosphaphenanthrene oxide is added either in portions or continuously, e.g. with a solids feeder, for example in the course of 2.5-3 hours.
  • the reaction temperature is maintained for a further 45-60 minutes after the addition has ended.
  • the addition in portions or continuously is advisable, since the addition reaction is moderately exothermic. If, in larger batches, all of the oxaphosphaphenanthrene oxide is added at the beginning, too much heat of reaction is released in a short time, so that the temperature could rise too high.
  • the reaction product used is primarily oxaphosphaphenantrene oxide acrylate, in addition to small amounts of di-oxaphosphaphenantrene oxide acrylate and the excess a, w-alkyldiol diacrylate obtained.
  • Substantially complete conversion means that a maximum of 5 mol%, preferably a maximum of 2 mol% of the oxaphosphaphenantrene oxide have not been converted.
  • the time to essentially complete conversion can be determined, for example, by means of 31 P-NMR. After the time for specific conditions has been determined, no further controls are necessary.
  • the reaction should be essentially complete, since residues of unconverted oxaphosphaphenantrene oxide are undesirable, but too long a reaction time does not bring any advantages.
  • the excess ⁇ , w-alkyldiol diacrylate and, if appropriate, the solvent are removed, preferably by means of vacuum distillation.
  • the excess ⁇ , w-alkyl diol diacrylate and, if necessary, the solvent can also be removed by liquid-liquid extraction.
  • the necessary temperature depends on the available vacuum and the necessary residence time at the high temperature. A thin-film evaporator is best suited because it only warms up for a very short time, which minimizes the risk of spontaneous polymerization. Here 75 - 140 ° C are useful. If the vacuum distillation is to be used for a longer period of time, 120 ° C should not be exceeded.
  • a pressure of 0.01 to 0.2 mbar, preferably 0.02 to 0.2 mbar, is used.
  • a liquid-liquid extraction with a hydrocarbon solvent such as cyclohexane is carried out to separate the reaction product from the excess ⁇ , w-alkyldiol diacrylate.
  • a hydrocarbon solvent such as cyclohexane
  • alkanes such as n-hexane, heptane, etc. can also be used, as can mixtures of alkanes, but cyclohexane was the most efficient of all the solvents tested.
  • the solution of the reaction product is mixed intensively with the hydrocarbon solvent, if appropriate before or after the distillation, if appropriate after the addition of solvent, and the hydrocarbon solvent phase which is separated off is drawn off. This can be repeated a few times, e.g. 2, 3, 4 or 5 times.
  • the vacuum distillation can be done before and / or take place after the separation of the ⁇ , w-alkyldiol diacrylate by extraction.
  • oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer is obtained with a maximum of 3 mol% of diacrylate, in particular with a maximum of 0.5 mol% of diacrylate.
  • the resulting oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer can be polymerized in a manner known per se, e.g. by means of free-radical emulsion, suspension or bulk polymerization, with (meth) acrylate monomers and, if necessary, further comonomers.
  • the monomers are mixed and a radical starter such as azobis (isobutyronitrile) (AIBN for short) or benzoyl peroxide is added.
  • oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer Usable proportions of oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer depend on the desired or necessary flame retardancy and are normally in the range from 10 to 30 mol%, preferably from 20 to 25 mol%, of oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer, based on the mixture of all monomers.
  • additives known per se such as thiols, can be added during the polymerization.
  • the quantities that can be used are usually very small and are known in the prior art.
  • the (meth) acrylate polymers according to the invention can contain further additives in a manner known per se, for example, but not exclusively, one or more flame retardants, surface-active agents, nucleating agents, coupling agents, fillers, plasticizers, impact enhancers, lubricants, antibacterial agents, release agents, heat stabilizers, antioxidants , Light stabilizers, compatibilizers, inorganic additives, antistatic agents, pigments, dyes, etc. and combinations thereof.
  • the additives can be added independently during the polymerization and / or during a pellet forming process (extrusion) to be included in the copolymer. The method for this and the amount added are known per se and are not particularly restricted.
  • the solid phase in order to further improve the flame retardancy properties of the (meth) acrylate polymer prepared according to the invention, the solid phase also contains copolymerized phosphorus compounds with flame retardancy. These support the effect of the oxaphosphaphenantrenoxide acrylate comonomer, which is active in the gas phase.
  • the first connection can be by means of
  • Reaction of diethyl chlorophosphate with hydroxyethyl acrylate can be synthesized in the presence of an auxiliary base, see, for example, Nair, CP Reghunadhan; Clouet, G .; European Polymer Journal (1989), 25 (3), 251.
  • the second connection is possible by reacting diethyl chlorophosphate with hydroxyethyl methacrylate in the presence of the auxiliary base such as triethylamine and copper (I) chloride as a catalyst, see CPR Nair, G Clouet, J Brossas; Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 26, 1791-1807 (1988).
  • the fourth compound is made by reacting diphenyl chlorophosphate (CAS No.
  • the fifth and sixth compounds are, for example, by reacting phosphorus oxychloride with neopentyl glycol to give 2-oxo-2-chloro-5,5-di-Me-1, 3,2-dioxa-phosphorinane and reacting the latter with hydroxyethyl acrylate or hydroxyethyl methacrylate available, see Xing, Weiyi; Song, lei; Lv, pin; Jie, Ganxin; Wang, Xin; Lv, Xiaoqi; Hu, Yuan; Materials Chemistry and Physics 123 (2010) 481-486 and CN 104497051 A.
  • the seventh compound is accessible analogously to the process according to the invention.
  • the amounts of solid-phase active phosphorus-containing (meth) acrylate monomer depend on the flame retardant effect required and are, for example, in the range from 5 to 30 mol%, preferably from 10 to 25 mol%, of phosphorus-containing (meth) acrylate monomer, based on the mixture of all Monomers.
  • the combination of oxaphosphaphenatrene oxide acrylate monomer and a monomer with a flame retardant active phosphorus compound in the solid phase allows the amount of the two comonomers to be reduced so that a total of 10 to 20 mol% is contained. For example, 3, 4, or 5 to 10 mol% of the oxaphosphaphenate renoxide acrylate monomer according to the invention are sufficient.
  • the amount of solid-phase active phosphorus-containing (meth) acrylate monomer can be reduced to from 3 to 20 mol%, preferably from 5 to 15 mol%.
  • the fire behavior is tested according to UL94 "Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances" according to IEC / DIN EN 60695-11-10 and -20 of the Underwriters Laboratories .
  • the tests are carried out with an open flame (Bunsen burner).
  • the ignition source has a power of 50 watts (20 mm high flame) and acts twice for 10 s on the test specimen during the V test and is then removed again.
  • the burning time and the falling off of burning parts are evaluated with the aid of a cotton swab, which is located under the test specimen.
  • a classification occurs when the following requirements are met:
  • V2 Total burning time of the 10 flame applications max. 250 s, self-extinguishing up to 30 seconds at the latest, burning droplets are permitted
  • V1 Total burning time of the 10 flame exposures max. 250 s, self-extinguishing up to 30 seconds at the latest, burning drops are not permitted, afterglow maximum 60 seconds
  • V0 Total burning time of the 10 flame applications max. 50 s, self-extinguishing up to 10 seconds at the latest, burning droplets are not permitted, afterglow max. 30 seconds.
  • the flame-retardant, transparent, thermoplastic (meth) acrylate polymers according to the invention generally achieve ratings of V1, frequently V0.
  • Such decorative films include, for example, a colored and / or printed base film, e.g. made of PVC or ( Meth) acrylate polymer.
  • the base film can be provided with a primer and / or adhesive on the underside, depending on the material of the base film and the material to be laminated with.
  • a protective film made of one or more layers of copolymer according to the invention is attached on the upper side to protect the base film and, if necessary, the print from UV radiation.
  • the decorative film can also be made from a copolymer according to the invention, if necessary from several layers thereof.
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • a cover film or coating is provided as the outer layer made of particularly scratch-resistant and durable plastic such as polytetrafluoroethylene (PTFE), PVDF, etc., which usually also provides protection Pollution provides.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Such decorative films can be partially or fully coextruded; non-coextruded layers are thermally laminated.
  • the surface can be embossed, for example if a wood look is desired. Suitable thicknesses of the decorative film are, for example, from 100 to 300 ⁇ m, preferably from 130 or 150 to 200 ⁇ m.
  • the protective layer made of copolymer according to the invention makes up 30 to 40% of the thickness and the cover layer, if present, makes up 3 to 4% of the thickness.
  • the term "made of a polymer” means that the said polymer is the main polymer component of the layer. The presence of one or more other polymers is not excluded, but their amount is generally (in each case) less than 50% by weight, mostly less than 30% by weight and often less than 10% by weight, based on all Polymer components.
  • the flame-retardant, transparent, thermoplastic (meth) acrylate polymers according to the invention are also suitable for producing transparent and colored sheets. These panels can be used in many ways, e.g. in interior construction.
  • the invention also relates to all combinations of preferred configurations, insofar as these are not mutually exclusive.
  • the information "about” or “approx.” in connection with a figure means that at least 10% higher or lower values or 5% higher or lower values and in any case 1% higher or lower values are included.
  • the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers were prepared in Three-necked flasks of various contents, which were equipped with a stirrer, a Claisen attachment with reflux condenser and a nitrogen supply. The temperature was controlled via an oil bath. Before each reaction, the apparatus was dried in vacuo with heating and filled with nitrogen. For the reaction, the ⁇ , w-alkyl diol diacrylate with the solvent (toluene) and the base (triethylamine) were introduced into the flask in a countercurrent of nitrogen. Then 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO) was added in portions over several hours.
  • DOPO 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide
  • the ⁇ , w-alkyldiol diacrylates used contained methoxyhydroquinone (4-methoxyphenol) as a polymerization inhibitor. In order to keep this active during the reaction, around 20 ml of air were injected at intervals of around 20 minutes. The course of the reaction was followed by taking samples and determining 31 P-NMR spectra.
  • 1,4-Butanediol diacrylate was reacted with DOPO in a molar ratio of 3.5: 1.
  • DOPO 1,4-Butanediol diacrylate
  • 1,4-butanediol diacrylate and 14.05 g of DOPO were added.
  • 80 ml of toluene and 0.17 mol (approx. 23.56 ml) of triethylamine were then added.
  • the mixture was then heated to just below its boiling point with stirring and under a nitrogen atmosphere (approx. 96 ° C., oil bath temperature approx. 107 ° C.).
  • Two further DOPO portions were added at 60 minute intervals (11.89 g, 10.81 g, a total of 36.75 g, 0.17 mol).
  • the mixture was stirred for a further 60 minutes at the same internal temperature (approx. 96 ° C.).
  • An NMR sample was then taken; the NMR indicated complete conversion.
  • Toluene and triethylamine were distilled off on a rotary evaporator in vacuo. Vacuum distillation was carried out on the residue. At an oil bath temperature of 90 ° C and a vacuum of 0.063 mbar, distillation was carried out until no more diacrylate condensed in the receiver. The temperature was then increased to 125 ° C. over several steps (vacuum 0.042 mbar). for Another vacuum distillation, the oil bath temperature was slowly increased to 150 ° C (vacuum 0.044 mbar). The distillation was stopped because the reaction product began to polymerize.
  • the reaction product obtained (49.91 g) of the formula: was then copolymerized with methyl methacrylate in an approximate molar ratio of 1: 2.7.
  • the reaction product was dissolved in 200 ml of toluene and transferred to a three-necked flask. About 33.3 g of destabilized methyl methacrylate were then added and the solution was heated to 97 ° C. under nitrogen. Since the solution must not contain oxygen during the copolymerization because of the 4-methoxyphenol inhibitor, the mixture was stirred for 1.5 hours at the same temperature under nitrogen.
  • the polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours. After drying, the product was slightly rubbery and could not be ground into small pieces. It became a thermogravimetric one Analysis (TGA) carried out. The sample was heated from 35 ° C to 800 ° C in a nitrogen stream at a heating rate of 10 K / min. The analysis showed a decomposition temperature of 318 ° C. with a weight loss of 5%.
  • a test specimen was produced with the polymer product in a laboratory press at a pressure of 25 bar within 4 minutes. At a temperature of 190 ° C it remained very elastic and rubbery. At a temperature of 225 ° C. or more, the test specimen became solid and brittle, which indicates post-crosslinking, ie not yet complete polymerization.
  • test specimen obtained at 225 ° C. was examined in a UL94 chamber.
  • the pressed test specimen showed a significantly slower burning behavior compared to pure PMMA, but did not achieve a V1 classification because it was not self-extinguishing.
  • Example 2 The procedure was as in Example 1, with the difference that the reaction product was extracted several times with n-hexane after the vacuum distillation (oil bath temperature 140 ° C., vacuum 0.031 mbar). First 3 times with 50 ml of n-hexane each time, then after adding 20 ml of toluene 4 times with 40 ml of n-hexane each time and after adding a further 20 ml of toluene again 4 times with 40 ml of n-hexane each time. The solvents were then removed on a rotary evaporator.
  • the reaction product (52.82 g) was dissolved in 200 ml of toluene and transferred to a three-necked flask. Then about 35 g of destabilized methyl methacrylate were added, the solution was heated to 97 ° C. under a nitrogen atmosphere and stirred for 2 hours at the same temperature. Then, with vigorous stirring, 1 ml of the 0.2 M AIBN solution was added dropwise over the course of 2 minutes and the temperature of the oil bath was increased to 117.degree. After 14 minutes, another 1 ml of AIBN was added. The solution began to boil heavily. After 27 minutes the solution became more and more viscous A voluminous gel-like substance separated from the solution for 34 minutes. The reaction was continued for an additional hour.
  • the polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours. After drying, the product remained slightly rubbery and could not be ground into small pieces with a mortar.
  • the TGA analysis showed a similar decomposition temperature as in Example 1, 312 ° C. with a mass loss of 5%.
  • Test specimens were produced with the product in a laboratory press at a pressure of 25 bar within 4 minutes. At 190 ° C the test specimen remained very elastic and rubbery. At a temperature of 225 ° C. or more, the test specimen became solid and brittle. The test specimen showed good transparency.
  • the test specimen pressed briefly at 225 ° C, went out immediately after the first flame exposure of 10 seconds and after the second it burned only about 4 seconds, i.e. it achieved a classification V0.
  • the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer was initially stirred at an internal temperature of about 97 ° C. for 30 minutes. Then 0.4 mol (40.07 g) of destabilized methyl methacrylate were added in a countercurrent of nitrogen. Since the solution must not contain oxygen during the copolymerization because of the 4-methoxyphenol, the mixture was stirred for a further 1.5 hours at the same temperature. Then, with vigorous stirring, 2 ml of the 0.2 molar AIBN solution in toluene were added dropwise over the course of 2 minutes. The solution began to boil strongly and a voluminous gel-like substance separated from the solution after a reaction time of a few minutes. The temperature of the oil bath was raised to 117 ° C and the reaction was continued for 1 hour.
  • the polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours and then finely ground. A white powder resulted. Thereafter, a thermogravimetric analysis (TGA) was carried out. The analysis showed a decomposition temperature of 255 ° C with a weight loss of 5%.
  • TGA thermogravimetric analysis
  • test specimens were produced with the powder in a laboratory press at temperatures of up to 260 ° C. and pressures of up to 25 bar. However, the powder could not be melted and no test specimen could be created.
  • the amount of DOPO was increased slightly (45.40 g, 0.21 mol) to reduce the number of unreacted dimethacrylates.
  • the amount of base and the time between the DOPO additions were increased to 60 minutes in order to ensure a faster conversion of the DOPO.
  • 0.2 mol (45.25 g) of buthylene glycol dimethacrylate and 9.5 g of DOPO were placed in the 500 ml three-necked flask filled with nitrogen. 100 ml of toluene and 0.21 mol (approx. 29.11 ml) of triethylamine were then added. The mixture was then heated to just below its boiling point (approx. 96 ° C, oil bath temperature approx.
  • the reaction product was copolymerized as in Comparative Example 1 with methyl methacrylate in a molar ratio of 1: 2.
  • the polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours and then finely ground with a ceramic mortar and pestle.
  • the TGA analysis showed a decomposition temperature of 275 ° C with a weight loss of 5%.
  • no test specimen could be produced with the product.
  • ethylene glycol dimethacrylate was reacted with DOPO in a molar ratio of 1.76: 1. 0.25 mol (49.60 g) of ethylene glycol dimethacrylate and 8.65 g of DOPO were placed in the 500 ml three-necked flask filled with nitrogen. Then 70 ml of toluene and 0.10 mol (about 13.7 ml) of triethylamine were added added. The mixture was then heated to just below its boiling point (approx. 96 ° C., oil bath temperature approx. 107 ° C.) while stirring and under a nitrogen atmosphere.
  • the reaction product was then copolymerized with 36 g of methyl methacrylate (molar ratio 1: 2).
  • the reaction product and 200 ml of toluene and 36 g of destabilized methyl methacrylate were placed in a three-necked flask and the solution was heated to 97 ° C. under a nitrogen atmosphere. Since the solution must not contain oxygen, the mixture was stirred for 1.5 hours at the same temperature. Then, with vigorous stirring, 3 ml of the 0.2 M AIBN solution were added dropwise over the course of 5 minutes. The solution began to boil heavily. After 10 minutes the temperature of the oil bath was increased to 117 ° C. After 10 minutes, a bulky gel-like substance precipitated out of the solution and the reaction was continued for an additional hour.
  • the polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 150 ° C. for 24 hours and then finely ground. A yellowish white powder resulted. The drying temperature was possibly too high and the product had partially decomposed. The TGA analysis showed a decomposition temperature of 258 ° C with a mass loss of 5%. A test specimen was created with the powder in the laboratory press. This was yellowish, slightly transparent and very brittle, it could not be removed from the mold without breaking. The degree of networking was still too great.
  • the pieces obtained were examined in a UL94 chamber.
  • the pressed test specimen showed a greatly slowed down burning behavior compared to pure PMMA, but not the desired self-extinguishing after exposure to the flame.
  • Triethylamine and toluene were distilled off in vacuo on a rotary evaporator. Next, it was extracted 3 times with 100 ml of n-hexane. A vacuum distillation was then carried out until no more dimethacrylate condensed in the receiver at an oil bath temperature of 85 ° C., a head temperature of 50 ° C. and a vacuum of 0.05 mbar. The vacuum distillation was repeated twice at an elevated temperature, 95 ° and 105 ° C. oil bath temperature, respectively. However, some of the product solution polymerized spontaneously. The 1 H-NMR showed that dimethacrylates were still contained in the reaction product.
  • the reaction product (119 g) was dissolved in 450 ml of toluene and transferred to the three-necked flask. About 36 g of destabilized methyl methacrylate were then added and the solution was heated to 97 ° C. under a nitrogen atmosphere. It was stirred for 1.5 hours at the same temperature. Then, with vigorous stirring, 2 ml of the 0.2 M AIBN solution were added dropwise over the course of 4 minutes, and the temperature of the oil bath was increased to 117.degree. After 10 minutes, another 1 ml of AIBN was added. The solution began to boil heavily. After 15 minutes the solution became more viscous. White flakes could be seen. After 17 minutes, a bulky gel-like substance precipitated from the solution and the reaction was continued for an additional hour.
  • the polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours and then finely ground with a ceramic mortar and pestle.
  • the TGA analysis showed a decomposition temperature of 241 ° C. with a weight loss of 5%.
  • a test specimen was created with the powder in the laboratory press. This was more transparent than in the comparative examples CE1, CE2 and CE3, but still very brittle. It could not be removed from the mold without breaking.
  • the excess ethylene glycol dimethacrylate was increased even further to a molar ratio of 3.5: 1.
  • 0.7 mol (138.8 g) of ethylene glycol dimethacrylate and 17.3 g of DOPO were placed in the 1 l three-necked flask filled with nitrogen.
  • 100 ml of toluene and 0.4 mol (approx. 55.5 ml) of triethylamine were then added.
  • the mixture was then stirred under a nitrogen atmosphere until heated to just below their boiling point (approx. 96 ° C, oil bath temperature approx. 107 ° C).
  • Two further DOPO portions were added at intervals of 60 minutes each (15.3 g, 10.8 g, a total of 43.24 g, 0.2 mol).
  • the mixture was stirred for a further 60 minutes at the same internal temperature (approx. 96 ° C.).
  • An NMR sample was then taken which showed complete conversion of DOPO.
  • Triethylamine and toluene were distilled off in vacuo on a rotary evaporator and vacuum distillation (oil bath temperature 80 ° C., vacuum 0.04 mbar) was carried out with the residue.
  • oil bath temperature 80 ° C., vacuum 0.04 mbar vacuum bath temperature 80 ° C., vacuum 0.04 mbar
  • the examples and comparative examples show that a usable acrylate comonomer is obtained neither with approximately equimolar amounts of starting material nor with an excess of oxaphosphaphenantrene oxide. Only if a sufficient excess of diacrylate is used, as provided according to the invention, can a diacrylate which has only simply reacted with oxaphospaphenantrene oxide be obtained.
  • thermoplastic (meth) acrylate polymers In addition to the selection of ⁇ , w-alkyl diol diacrylate and an excess thereof, the separation of the unreacted ⁇ , w-alkyl diol diacrylate provided according to the invention is also necessary in order to obtain thermoplastic (meth) acrylate polymers.
  • Table 1 gives an overview of the examples and comparative examples. Table 1
  • a DOPO acrylate monomer was produced from DOPO and 1,4-butanediol diacrylate, but with a molar ratio of butanediol diacrylate to DOPO of 7: 1.
  • 1.25 mol (297.3 g) of distilled butanediol diacrylate, 13.6 g of DOPO and 30 mg of 4-methoxyphenol were placed in a 250 ml three-necked flask filled with nitrogen.
  • 35 ml of triethylamine were then added via a syringe through the septum, and the mixture was heated to 85-87 ° C. over the course of 20 minutes (oil bath temperature) with stirring and under a nitrogen atmosphere.
  • the product solution obtained was divided into two parts.
  • the product was isolated for both parts by first distilling off the triethylamine, a partial vacuum being applied at the beginning and the oil bath being heated to a maximum of 50 ° C.
  • the main part of the excess butanediol diacrylate was then distilled (approx. 0.02 mbar), heating up to 105 ° C. in order to avoid spontaneous polymerization.
  • 250 ml of cyclohexane were added to the distillation residue and the mixture was then rapidly heated to the boil. After about 5 minutes of intensive stirring under reflux, the oil bath was removed. The contents of the flask were then cooled to approx. 40 ° C.
  • the polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours. After drying, the product remained slightly rubbery and could not be ground into small pieces with a mortar.
  • the TGA analysis showed a similar decomposition temperature as in Examples 1 and 2, 312 ° C. with a mass loss of 5%.
  • Test specimens were produced with the product in a laboratory press at a pressure of 25 bar within 4 minutes. At 190 ° C the test specimen remained very elastic and rubbery. At a temperature of 225 ° C. or more, the test specimen became solid and brittle. The test specimen showed good transparency.
  • the test specimen pressed briefly at 225 ° C. went out immediately after the first exposure of 10 seconds and after the second it only burned for about 4 seconds, ie it achieved a classification V0.
  • the results of the fire behavior test are listed in Table 2.
  • the DOPO monomer of Example 6 was used in various amounts
  • Methyl methacrylate and DDPO-HEMA, A converted to a methyl acrylate polymer both with and without the addition of a further monomer, such as methyl acrylate or n-butyl methacrylate.
  • a suspension polymerization took place in water with 1-decylthiol as regulator and dibenzoyl peroxide (BPO) as initiator.
  • BPO dibenzoyl peroxide
  • the liquid monomers were destabilized before the polymerization; DDPO-HEMA (A) was recrystallized from fe / f-butyl methyl ether (melting point 50.5 ° C.).
  • the syntheses of the methacrylate polymers were carried out in a reaction apparatus which consisted of a 250 ml three-necked flask, magnetic stirrer, heating bath, a dropping funnel and a reflux condenser to which a three-way stopcock with a bubble counter was attached. Both the dropping funnel and the three-way stopcock on the reflux condenser were connected with a Schlenk line.
  • test bars were produced using an oil hydraulic laboratory press of the type HB 20300 (Schmidt Maschinentechnik; Bretten-Bauerbach, Germany).
  • the test bars had the following dimensions: 70 mm x 10 mm x 0.8 mm.
  • temperatures of 210-245 ° C were used (depending on the melting behavior of the methacrylate polymers).
  • the quantities and results of the fire behavior test are listed in Table 2.
  • a mixture of 1.35 g of DDPO-HEMA (A), 1.35 g of DOPO monomer, 7.3 g of methyl methacrylate, 34 mg was placed in the dropping funnel Given 1-decyl mercaptan and 67 mg of hydrous BPO. Vacuum was then applied twice briefly and nitrogen was allowed to flow in again in each case. To remove the oxygen, the mixture of water and 1.3 ml of a 2% solution of the suspension stabilizer Kuraray Poval 25-88 (partially hydrolyzed polyvinyl alcohol) was stirred for 30 minutes at 85-90 ° C., with a moderate stream of nitrogen flowing through it the three-way stopcock was fed into the apparatus and to the bubble counter.
  • Kuraray Poval 25-88 partially hydrolyzed polyvinyl alcohol
  • the temperature was increased by 1 ° C. for 15 minutes until a temperature of 82 ° C. was reached. It was stirred vigorously for four hours. A solution of 65 mg of BPO and 500 mg of methyl methacrylate was then added and the temperature was increased to 87.degree. At this temperature, the reaction mixture was stirred for 12 hours under a nitrogen atmosphere. The result was globules and also somewhat compact material. The supernatant aqueous solution was decanted, then water was added and suction filtered through a paper filter. The methacrylate polymer was dried for 5 hours at 80 ° C. and for one hour at 100 ° C. in a vacuum (approx. 0.02 mbar).
  • the 31 P-NMR spectrum of this polymer recorded in deutero-chloroform only contained the signals of the DOPO unit (approx. 36 ppm) and the DDPO unit (-8.2 ppm).
  • the ratio of the signal integrals almost corresponded to the expected value of 1.00: 1.50.
  • Approx. 9 g of the methacrylate polymer were obtained.
  • the reaction flask containing the aqueous solution was also partially evacuated twice and each time refilled with nitrogen.
  • the contents of the flask were then heated to 95 ° C. with stirring, a moderate stream of nitrogen being passed through the three-way stopcock into the apparatus and to the bubble counter. After stirring for 30 minutes, the temperature was lowered to about 65 ° C.
  • the contents of the dropping funnel were added to the aqueous solution thus deoxygenated.
  • the contents of the flask were then heated to 73 ° C. in a gentle stream of nitrogen with stirring over a period of about 20 minutes. The temperature was increased to 83 ° C over the course of two hours. A moderate stream of nitrogen continued to be passed to the bubble counter. After a further hour, a solution of approx.
  • the reaction flask containing the aqueous solution was also partially evacuated twice and each time refilled with nitrogen.
  • the contents of the flask were then heated to 95 ° C. with stirring, a moderate stream of nitrogen being passed through the three-way stopcock into the apparatus and to the bubble counter. After stirring for 30 minutes, the temperature was lowered to about 65.degree.
  • the contents of the dropping funnel were added to the aqueous solution thus freed from oxygen.
  • the temperature of the oil bath was then increased to 75 ° C. with vigorous stirring of the reaction mixture, a milky-white suspension being formed. Stirring was continued for 3.5 hours, gradually increasing the temperature of the heating bath up to 84 ° C.
  • the 1 H-NMR spectrum of the polymer recorded in deutero-chloroform showed that it contained unreacted monomers.
  • the polymer was therefore heated in a fine vacuum (approx. 0.02 mbar) first to approx. 87 ° C. (4 h) and then to 93 ° C. (1 h). Thereafter, the 1 H-NMR spectrum of the methacrylate polymer showed the almost complete disappearance of the acrylate / methacrylate groups.
  • the signals of the DOPO unit and the DDPO unit present at approx. 36 ppm or approx. -8 ppm, with the integral ratio roughly corresponding to the expected value of 1.00: 1.66
  • the dropping funnel was partially evacuated twice and refilled with nitrogen in order to remove the atmospheric oxygen from the reagent mixture.
  • the reaction flask containing the aqueous solution was also partially evacuated twice and each time refilled with nitrogen.
  • the contents of the flask were then heated to 95 ° C. with stirring, a moderate stream of nitrogen being passed through the three-way stopcock into the apparatus and to the bubble counter. After stirring for 60 minutes, the temperature was lowered to about 63 ° C.
  • the contents of the dropping funnel were added to the aqueous solution thus freed from oxygen.
  • the temperature of the heating bath was then increased to 75 ° C. This temperature was maintained for 20 minutes; then the set temperature was increased to 77 ° C. and 30 minutes later increased to 80 ° C.
  • the NMR Spectra of the polymer obtained in this way showed an approx. 95% conversion of the acrylate and methacrylate groups.
  • the polymer was dried in vacuo (0.02 mbar) for three hours at 87-95 ° C. in order to remove residual water.
  • the 1 H-NMR spectrum of the methacrylate polymer showed the almost complete disappearance of the acrylate / methacrylate groups.
  • the signals of the DOPO unit and the DDPO unit were present at approx. 36 ppm and approx. -8 ppm, the integral ratio approximately corresponding to the expected value of 1.00: 2.33 .:
  • the methacrylate polymer thus obtained was well soluble in organic solvents such as chloroform. It softened at around 160 ° C and melted at around 200 ° C.
  • the DOPO monomer of Example 6 was used in various amounts
  • a suspension polymerization took place in water with 1-decylthiol as regulator and dibenzoyl peroxide (BPO) as initiator. The monomers were destabilized before the polymerization.
  • the syntheses of the methacrylate polymers were carried out in a reaction apparatus which consisted of a 250 ml three-necked flask, magnetic stirrer, heating bath, a dropping funnel and a reflux condenser to which a three-way stopcock with a bubble counter was attached. Both the dropping funnel and the three-way stopcock on the reflux condenser were connected with a Schlenk line.
  • the methacrylate polymers obtained were converted into compact test rods and films of various thicknesses using an oil hydraulic laboratory press of the type HB 20300 (Schmidt Maschinentechnik; Bretten-Bauerbach, Germany).
  • the test bars had the following dimensions: 70 mm x 10 mm x 0.8 mm.
  • temperatures of 220 - 245 ° C were used (depending on the melting behavior of the methacrylate polymers).
  • the quantities and results of the fire behavior test are listed in Table 2.
  • Example 7c The polymerization was carried out analogously to Example 7c. Most of the methacrylate polymer was obtained in compact pieces that were detached from the glass wall and washed with water. The 1 H-NMR spectrum of this polymer recorded in deutero-chloroform showed that it contained unreacted monomers. Therefore, the polymer was placed in a fine vacuum (approx.
  • Example 7c The polymerization was carried out analogously to Example 7c.
  • the methacrylate polymer was obtained as relatively large polymer spheres (granules) which were washed twice with water.
  • the polymer was dried in vacuo (0.02 mbar) at 87-105 ° C. for 5 hours and then examined by means of NMR spectroscopy.
  • the 1 H-NMR spectrum of the methacrylate polymer showed the complete disappearance of the acrylate / methacrylate groups.
  • the 31 P-NMR spectrum was also as expected: the signals of the DOPO unit and the diethyl phosphate unit were present at about 36 ppm and -1.3 ppm, respectively, with the integral ratio approaching the expected value of 1.00 : 1.74 corresponded.
  • the polymerization was carried out analogously to Example 7c.
  • the methacrylate polymer was obtained in compact pieces which were detached from the glass wall and washed with water.
  • the 1 H-NMR spectrum of this polymer recorded in deutero-chloroform showed a relatively high proportion of unreacted monomers.
  • the polymer was heated in a fine vacuum (approx. 0.02 mbar) first to approx. 87 ° C. (3 h) and then to 97 ° C. (1 h). Thereafter, the 1 H-NMR spectrum of the methacrylate polymer showed the almost complete disappearance of the acrylate / methacrylate groups.
  • the methacrylate polymer thus obtained had a phosphorus content of about 4% by weight.

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Abstract

The invention relates to: a process for producing oxa phosphaphenanthrene oxide acrylate monomers by phospha-Michael addition to acrylates, in which process oxa phosphaphenanthrene oxide is reacted with an α,ω-alkyldiol diacrylate in a molar ratio of 1:1.5 to 1:10 in the presence of a base and a polymerisation inhibitor at temperatures of 70 to 120°C and unreacted α,ω-alkyldiol diacrylate is removed; monomers obtainable by means of the process and the use thereof for producing flameproof thermoplastic (meth)acrylate polymers and a process for producing flameproof thermoplastic (meth)acrylate polymers using the monomers; polymers obtainable thereby and the use thereof for producing transparent films and panels.

Description

Flammqeschütztes Acrylat Flame retardant acrylate
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oxaphospha- phenantrenoxid-Acrylatmonomeren, die damit erhältlichen Monomere und ihre Verwendung zur Herstellung von flammgeschützten thermoplastischen (Meth)Acrylatpolymeren sowie ein Verfahren zur Herstellung von flamm geschützten thermoplastischen (Meth)Acrylatpolymeren mit den Monomeren, so erhältliche Polymere und deren Verwendung zur Herstellung von Folien und Platten. The present invention relates to a process for the production of oxaphosphaphenantrenoxide acrylate monomers, the monomers obtainable therewith and their use for the production of flame-retardant thermoplastic (meth) acrylate polymers and a process for the production of flame-retardant thermoplastic (meth) acrylate polymers with the monomers thus obtainable Polymers and their use for the production of films and sheets.
Thermoplastische Acrylat- und Methacrylatpolymere (kurz (Meth)Acrylatpolymere) sind wegen ihrer Transparenz und UV-Beständigkeit vielseitig einsetzbare Kunststoffe. Beispielsweise können sie als Schutzschicht in Dekorfolien zur Beschichtung von Fenstern, Türen und anderen Bauteilen eingesetzt werden.Thermoplastic acrylate and methacrylate polymers ((meth) acrylate polymers for short) are versatile plastics because of their transparency and UV resistance. For example, they can be used as a protective layer in decorative films for coating windows, doors and other components.
Nachteilig an (Meth)Acrylatpolymeren ist, dass sie vergleichsweise leicht entflamm- und brennbar sind. Um dies zu verbessern werden Flammschutzmittel zugefügt. Anorganische Flammschutzmittel wie Metallhydroxide eignen sich schlecht, da bei den für eine ausreichende Wirksamkeit erforderlichen hohen Beladungen die Transparenz leidet. Halogen-haltige Flammschutzmittel sind weit verbreitet, gerieten jedoch wegen toxikologischer und ökologischer Bedenken in die Kritik. Als halogenfreie Alternative sind u.a. verschiedenste Phosphor-haltige Flammschutzmittel vorgeschlagen worden. Werden diese als niedermolekulare Verbindungen zugemischt, ergibt sich zwar die gewünschte Flammschutzwirkung, aber die Transparenz kann leiden und außerdem ist eine Migration der Flamm schutzmittel häufig. Dadurch verringert sich deren Wirkung und die Oberfläche wird verändert bzw. bei Mehrschichtfolien die Haftung zu angrenzenden Schichten beeinträchtigt. The disadvantage of (meth) acrylate polymers is that they are comparatively easily inflammable and combustible. To improve this, flame retardants are added. Inorganic flame retardants, such as metal hydroxides, are poorly suited, since the high loads required for adequate effectiveness suffer from transparency. Halogen-containing flame retardants are widespread, but have come under fire because of toxicological and ecological concerns. A wide variety of phosphorus-containing flame retardants have been proposed as halogen-free alternatives. If these are mixed in as low molecular weight compounds, the desired flame retardant effect is obtained, but the transparency can suffer and, in addition, migration of the flame retardants is frequent. This reduces their effect and the surface is changed or, in the case of multilayer films, the adhesion to adjacent layers is impaired.
Um dies zu vermeiden, gelten copolymerisierbare Flammschutzmittel als optimal. Es gelingt jedoch bei weitem nicht jedes Flammschutzmittel als Comonomer bereitzustellen. Eine besonders wirksame Gruppe von Phosphorflammschutz mitteln sind Phosphinsäurederivate wie z.B. 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phospha- phenantren-10-oxid (kurz DOPO). To avoid this, copolymerizable flame retardants are considered optimal. However, by far not every flame retardant succeeds as a comonomer provide. A particularly effective group of phosphorus flame retardants are phosphinic acid derivatives such as 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantren-10-oxide (DOPO for short).
Beispiele für DOPO und andere Phosphor-haltige Flammschutzmittel sind an sich bekannt. So beschreiben US 2014/0346418 A1 , WO 2015/096127 A1 und US 2017/0029704 A1 einen Flammschutz durch Copolymerisation mit Phosphor haltigen Monomeren. Jedoch nennt keines der Dokumente DOPO, es werden andere organische Phosphate beschrieben. Examples of DOPO and other phosphorus-containing flame retardants are known per se. For example, US 2014/0346418 A1, WO 2015/096127 A1 and US 2017/0029704 A1 describe flame retardancy by copolymerization with phosphorus-containing monomers. However, none of the documents mention DOPO, other organic phosphates are described.
Aus der WO 2008/132111 A1 sind Additive auf Basis von DOPO bekannt, welche eine Carbonsäuregruppe oder deren Ester am Phosphor tragen. Im Fall der bevorzugten mehrwertigen Alkohole zur Esterbildung ergeben sich Additive mit mehreren DOPO-Gruppen. Eine Copolymerisation ist aber nicht vorgesehen, die Additive sollen dem Polymer zugemischt werden und als Polymer sind nur Polyamid und Polyester genannt. From WO 2008/132111 A1, additives based on DOPO are known which carry a carboxylic acid group or its ester on phosphorus. In the case of the preferred polyhydric alcohols for ester formation, additives with several DOPO groups result. A copolymerization is not provided, however, the additives should be mixed with the polymer and only polyamide and polyester are mentioned as polymers.
WO 2014/124933 A2 beschreibt Duromere aus DOPO und mehrwertigen Acrylaten mit mindestens 3 Acryl Gruppen, die mit (Meth)Acrylat weiter umgesetzt werden. Diese Duromere sollen sich als Flammschutzadditiv eignen. WO 2014/124933 A2 describes duromers made from DOPO and polyvalent acrylates with at least 3 acrylic groups, which are further reacted with (meth) acrylate. These thermosets should be suitable as flame retardant additives.
In dem Artikel von S. Jiang et al. , "In situ synthesis of a novel transparent poly (methyl methacrylate) resin ..." wird DOPO über eine Reaktion mit Formaldehyd und dann mit Acrylsäurechlorid zu einem Monomer umgesetzt und abschließend mit Methylmethacrylat copolymerisiert. Analog wird in EP 1 544227 A1 vorge gangen, zunächst erfolgt eine Kopplung des DOPO an eine Alkoholgruppe, die dann mit Acrylsäurechlorid zum DOPO-Acrylatmonomer umgesetzt wird. Acrylsäurechloride sind sehr reaktive Substanzen, deren großtechnischer Einsatz problematisch ist. Der Artikel Wang et al. , "Flexible, transparent flame retardant membrane Fire and Materials 2018, Bd. 42, S. 99-108, beschreibt eine Umsetzung von Methyl- Ethylcarboxy-Phosphinsäure mit Acrylsäure-hydroxyethylester. In the article by S. Jiang et al. "In situ synthesis of a novel transparent poly (methyl methacrylate) resin ...", DOPO is converted into a monomer via a reaction with formaldehyde and then with acrylic acid chloride and then copolymerized with methyl methacrylate. The procedure is analogous in EP 1 544227 A1, first of all the DOPO is coupled to an alcohol group, which is then reacted with acrylic acid chloride to form the DOPO acrylate monomer. Acrylic acid chlorides are very reactive substances whose use on an industrial scale is problematic. The article Wang et al. , "Flexible, transparent flame retardant membrane Fire and Materials 2018, Vol. 42, pp. 99-108, describes a reaction of methyl-ethylcarboxy-phosphinic acid with acrylic acid-hydroxyethyl ester.
DE 102013223915 A1 , DE 102013 101 487 A1 und WO 2019/141572 A1 offenbaren Phosphor-haltige (Meth)Acrylatmonomere zur Fierstellung flamm- geschützter, thermoplastischer Flarzzusammensetzungen. Als Phosphor-haltiges (Meth)Acrylatmonomer wird u.a. DOPO-oxymethylenmethacrylatmonomer beschrieben. Das Monomer wird mit einem oder mehreren mindestens dreiwertigen (Meth)Acrylatmonomeren zu einem Copolymer umgesetzt, welches dann als Flammschutzmittel einen Teil der Flarzzusammensetzung bildet. Die Polymere der beiden erstgenannten Dokumente sollen Duromere sein und sind es auch. Laut letztem Dokument sollen leicht vernetzte oder unvernetzte Copolymere durch direkte Copolymerisation mit (Meth)Acrylatmonomeren erhalten werden, indem Phosphorhaltige-Triacrylat-Monomere aus etwa äquimolaren Mengen Phosphorverbindung und Acrylatgruppen im Triacrylat hergestellt werden. DE 102013223915 A1, DE 102013 101 487 A1 and WO 2019/141572 A1 disclose phosphorus-containing (meth) acrylate monomers for producing flame-retardant, thermoplastic resin compositions. DOPO-oxymethylene methacrylate monomer is described as a phosphorus-containing (meth) acrylate monomer. The monomer is reacted with one or more at least trivalent (meth) acrylate monomers to form a copolymer, which then forms part of the resin composition as a flame retardant. The polymers of the first two documents mentioned are supposed to be thermosets and are. According to the last document, slightly crosslinked or uncrosslinked copolymers are to be obtained by direct copolymerization with (meth) acrylate monomers by preparing phosphorus-containing triacrylate monomers from approximately equimolar amounts of phosphorus compound and acrylate groups in the triacrylate.
Gemäß JP 2016-060865 A sollen DOPO-Acrylat-Monomere durch Michael- Addition mit einem DOPO-Unterschuss erhalten werden. Das Dokument enthält lange Listen möglicher (Meth)Acrylate, u.a. sind 1 ,4-Butandioldi(meth)acrylat und 1 ,6-Hexandioldi(meth)acrylat konkret aufgezählt. Ziel sind vernetzbare Beschich tungen in denen mit DOPO der Brechungsindex eingestellt wird. Eine Copoly merisation mit Acrylaten ist zwar beschrieben. Der Fachmann kann aber diesem Dokument weder entnehmen, dass nicht vernetzende Monomere herstellbar sind, noch wie dies erreichbar wäre. According to JP 2016-060865 A, DOPO acrylate monomers are to be obtained by Michael addition with a DOPO deficit. The document contains long lists of possible (meth) acrylates, including 1,4-butanediol di (meth) acrylate and 1,6-hexanediol di (meth) acrylate. The aim is to achieve crosslinkable coatings in which the refractive index is set with DOPO. Copoly merization with acrylates is described. However, the person skilled in the art can neither infer from this document that non-crosslinking monomers can be prepared, nor how this could be achieved.
Keiner dieser Vorschläge erlaubt die wirtschaftliche Herstellung von transpa renten, thermoplastischen (Meth)Acrylatpolymeren mit ausreichend wirksamen Phosphor-haltigen Flammschutzmitteln als Comonomer. Es bestand somit weiter die Aufgabe, brauchbare Flammschutzmittel für thermoplastische, transparente (Meth)Acrylatpolymere bereitzustellen. Überraschend wurde nun gefunden, dass ausgehend von DOPO und analogen Oxaphosphaphenantrenoxiden durch Phospha-Michael-Addition an a,w-Alkyldiol- diacrylate brauchbare Comonomere erhalten werden können, wenn das a,w-Alkyl- diol-diacrylat im Überschuss eingesetzt und nicht umgesetztes a,w-Alkyldiol- diacrylat z.B. durch Vakuumdestillation und/oder Extraktion entfernt wird. None of these proposals allows the economical production of transparent, thermoplastic (meth) acrylate polymers with sufficiently effective phosphorus-containing flame retardants as comonomers. There was thus the further object of providing useful flame retardants for thermoplastic, transparent (meth) acrylate polymers. Surprisingly, it has now been found that starting from DOPO and analogous oxaphosphaphenantrene oxides by phospha-Michael addition to α, w-alkyl diol diacrylates, useful comonomers can be obtained if the α, w-alkyl diol diacrylate is used in excess and unconverted a , w-alkyl diol diacrylate is removed, for example, by vacuum distillation and / or extraction.
Die obige Aufgabe wird daher gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomeren durch Phospha-Michael-Addition an a,w-Alkyldiol-diacrylate mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette in Anwesenheit einer sterisch gehinderten, nicht nukleophilen Base und eines Poly merisationsinhibitors, wobei das Oxaphosphaphenanthrenoxid mit dem a,w-Alkyl- diol-diacrylat im Molverhältnis 1:1,5 bis 1:10 bei Temperaturen von 70 bis 120 °C in Abwesenheit von Wasser umgesetzt wird und nicht umgesetztes a,w-Alkyldiol- diacrylat - vorzugsweise durch Vakuumdestillation - abgetrennt wird. Die Aufgabe wird auch durch die so erhältlichen Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylat- monomeren, deren Verwendung zur Herstellung von (Meth)Acrylatpolymeren sowie ein Verfahren zur Herstellung von transparenten, thermoplastischen (Meth)Acrylatpolymeren durch Copolymerisation der Oxaphosphaphenantrenoxid- Acrylatmonomere mit (Meth)Acrylatmonomeren gelöst. The above object is therefore achieved by a process for the preparation of oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers by phospha-Michael addition to α, w-alkyldiol diacrylates having 2 to 6 carbon atoms in the alkyl chain in the presence of a sterically hindered, non-nucleophilic base and a polymerization inhibitor , the oxaphosphaphenanthrene oxide being reacted with the α, w-alkyl diol diacrylate in a molar ratio of 1: 1.5 to 1:10 at temperatures of 70 to 120 ° C. in the absence of water and unreacted α, w-alkyl diol diacrylate - is separated off - preferably by vacuum distillation. The object is also achieved by the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers obtainable in this way, their use for the production of (meth) acrylate polymers and a process for the production of transparent, thermoplastic (meth) acrylate polymers by copolymerization of the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers with (meth) acrylate monomers.
Der Begriff (Meth)Acrylatpolymer umfasst wie zuvor erwähnt Methacrylatpolymere und Acrylatpolymere, sowie Copolymere von einem oder mehreren Acrylsäure- estermonomer(en) und/oder einem oder mehreren Methacrylsäureester- monomer(en). Es sind also sowohl Homopolymere als auch Copolymere, Terpolymere usw. umfasst, wobei die Monomere Acrylsäureestermonomere, Methacrylsäureestermonomere oder sowohl Acrylsäureester- als auch Methacrylsäureestermonomere sind. In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die (Meth)Acrylatpolymere neben dem(den) erfindungsgemäßen Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomer(en) nur (Meth)Acrylatmonomer(e). Typische Acrylsäureestermonomere sind Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butyl- acrylat, iso-Butylacrylat, tert-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, und Benzylacrylat. Bevorzugt sind Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, iso-Butylacrylat, tert-Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, insbesondere Ethylacrylat, n-Butylacrylat, iso-Butylacrylat und tert-Butylacrylat. Übliche Methacrylsäureestermonomere sind Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Isopropylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, iso-Butymethacrylat, tert-Butylmeth- acrylat, Neopentylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Laurylmethacrylat, Stearylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat und Benzylmethacrylat. Monomere, welche weniger zu Kettenübertragung neigen, wie beispielsweise Ethylacrylat, sind besonders günstig. Bevorzugt sind Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, iso-Butymethacrylat und tert-Butymethacrylat, insbesondere Methylmethacrylat. Die Monomere werden hierin auch zusammenfassend als (Meth)Acrylatmonomere bezeichnet. As mentioned above, the term (meth) acrylate polymer includes methacrylate polymers and acrylate polymers, as well as copolymers of one or more acrylic acid ester monomer (s) and / or one or more methacrylic acid ester monomer (s). Both homopolymers and copolymers, terpolymers, etc. are thus included, the monomers being acrylic acid ester monomers, methacrylic acid ester monomers, or both acrylic acid ester and methacrylic acid ester monomers. In a preferred embodiment, the (meth) acrylate polymers contain, in addition to the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer (s) according to the invention, only (meth) acrylate monomer (s). Typical acrylic acid ester monomers are methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, iso-butyl acrylate, tert-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate, and benzyl acrylate. Methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, tert-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate, in particular ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate and tert-butyl acrylate, are preferred. Usual methacrylic acid ester monomers are methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutymethacrylate, tert-butyl methacrylate, neopentyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl methacrylate, stearyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate and benzyl methacrylate. Monomers that are less prone to chain transfer, such as ethyl acrylate, are particularly beneficial. Methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutymethacrylate and tert-butymethacrylate, in particular methyl methacrylate, are preferred. The monomers are also collectively referred to herein as (meth) acrylate monomers.
Prinzipiell kommen auch Acrylsäure und Methacrylsäure als Monomere in Betracht, diese sind jedoch mit Oxaphosphaphenantrenoxiden wie DOPO nicht gut mischbar und werden daher vorzugsweise nicht eingesetzt. In principle, acrylic acid and methacrylic acid can also be used as monomers, but these are not readily miscible with oxaphosphaphenantrene oxides such as DOPO and are therefore preferably not used.
Bevorzugte (Meth)Acrylatpolymere sind Polymethylmethacrylat (PMMA) und Copolymere von Methylmethacrylat (MMA) mit Methylacrylat (MA), Ethylacrylat (EA), Butylacrylat (BA) und n-Butylmethacrylat (BMA). Preferred (meth) acrylate polymers are polymethyl methacrylate (PMMA) and copolymers of methyl methacrylate (MMA) with methyl acrylate (MA), ethyl acrylate (EA), butyl acrylate (BA) and n-butyl methacrylate (BMA).
Außerdem können zusätzliche Comonomere, wie z.B. Acrylnitril, einpolymerisiert werden, um gewünschte Eigenschaften, auch das Brandverhalten, weiter zu verbessern. In addition, additional comonomers, such as acrylonitrile, can be polymerized in order to further improve the desired properties, including the fire behavior.
Oxaphosphaphenantrenoxide sind an sich bekannt, inklusive des bevorzugten 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantren-10-oxid (DOPO), und kommerziell erhältlich. Diese werden erfindungsgemäß mit a,w-Alkyldiol-diacrylat zu Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomeren umgesetzt, welche dann als Comonomere in (Meth)Acrylatpolymere einpolymerisiert werden können. Geeignete a,w-Alkyldiol-diacrylate sind solche mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette. Ein wichtiges Kriterium im Hinblick auf die bevorzugte Entfernung von überschüssigem a,w-Alkyldiol-diacrylat durch Vakuumdestillation ist hierbei der Siedepunkt, je niedriger er liegt desto geringer ist das notwendige Vakuum bzw. die notwendige Temperatur bei der Entfernung des nicht umgesetzten a,w- Alkyldiol-diacrylat. Insofern sind a,w-Alkyldiol-diacrylate mit 2 bis 4 Kohlenstoff atomen in der Alkylkette, auch verzweigte, bevorzugt, insbesondere Ethylenglycol- diacrylat und n-Butylenglycol-diacrylat. Oxaphosphaphenantrene oxides are known per se, including the preferred 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantrene-10-oxide (DOPO), and are commercially available. According to the invention, these are reacted with a, w-alkyldiol diacrylate to give oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers, which are then used as Comonomers can be polymerized into (meth) acrylate polymers. Suitable a, w-alkyldiol diacrylates are those with 2 to 6 carbon atoms in the alkyl chain. An important criterion with regard to the preferred removal of excess a, w-alkyldiol diacrylate by vacuum distillation is the boiling point; the lower it is, the lower the vacuum or temperature required to remove the unreacted a, w- Alkyl diol diacrylate. In this respect, α, w-alkyldiol diacrylates with 2 to 4 carbon atoms in the alkyl chain, including branched ones, are preferred, in particular ethylene glycol diacrylate and n-butylene glycol diacrylate.
Die Umsetzung erfolgt bei einem Molverhältnis Oxaphosphaphenantrenoxid zu a,w-Alkyldiol-diacrylat von 1:1,5 bis 1:10, vorzugsweise 1:3 bis 1:7 und insbesondere von etwa 1 :5. Die Wahl des Verhältnisses stellt einen Kompromiss zwischen dem Aufwand bei der Entfernung des überschüssigen a,w-Alkyldiol- diacrylat und der Selektivität der Umsetzung dar. Je mehr a,w-Alkyldiol-diacrylat verwendet wird, desto aufwändiger ist die Entfernung des Überschuss (geringere Raum-Zeit-Ausbeute), aber desto weniger zweifach Oxaphosphaphenantrenoxid- funktionalisiertes Acrylat bildet sich. The reaction takes place at a molar ratio of oxaphosphaphenantrene oxide to α, w-alkyldiol diacrylate of 1: 1.5 to 1:10, preferably 1: 3 to 1: 7 and in particular of about 1: 5. The choice of the ratio represents a compromise between the effort involved in removing the excess α, w-alkyl diol diacrylate and the selectivity of the reaction. The more α, w-alkyl diol diacrylate is used, the more difficult it is to remove the excess (lower Space-time yield), but the less doubly oxaphosphaphenantrene oxide-functionalized acrylate is formed.
Die Temperatur beträgt in der Regel von 70 bis 120 °C, bevorzugt von 80 bis 100 °C. The temperature is generally from 70 to 120.degree. C., preferably from 80 to 100.degree.
Als Reaktionsmedium wird entweder ein aprotisches Lösungsmittel mit gutem Lösevermögen für das Phosphaphenantrenoxid oder der Überschuss an a,w-Alkyldiol-diacrylat verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ohne Lösungsmittel umgesetzt. Dadurch ist die Isolierung des Oxaphospha- phenantrenoxid-Acrylatmonomeren erleichtert, was die Kosten senkt. Ein Lösungsmittel hat den Vorteil, dass die Gefahr vorzeitiger Polymerisation herabgesetzt wird, zudem können Lösungsmittel leichter abdestillierbar sein. Bevorzugte Lösungsmittel sind Toluol, Xylole, Essigester, Acetonitril und Tetrahydrofuran, insbesondere Toluol und Xylole (o-Xylol, p-Xylol, m-Xylol und Gemische davon), am meisten bevorzugt Toluol. Geeignete Mengen sind beispielsweise Volumina Lösungsmittel zu der Summe der Volumina von Edukten und Base von 1 :5 bis 5: 1 , vorzugsweise von 1 :2 bis 2: 1 . Either an aprotic solvent with good dissolving power for the phosphaphenantrene oxide or an excess of α, w-alkyl diol diacrylate is used as the reaction medium. In a preferred embodiment, the reaction is carried out without a solvent. This makes it easier to isolate the oxaphosphaphenanthene oxide acrylate monomer, which lowers costs. A solvent has the advantage that the risk of premature polymerization is reduced, and solvents can also be more easily distilled off. Preferred solvents are toluene, xylenes, ethyl acetate, acetonitrile and tetrahydrofuran, in particular toluene and xylenes (o-xylene, p-xylene, m-xylene and Mixtures thereof), most preferably toluene. Suitable amounts are, for example, volumes of solvent to the sum of the volumes of starting materials and base from 1: 5 to 5: 1, preferably from 1: 2 to 2: 1.
Als Base dienen sterisch gehinderte und nicht-nukleophile Verbindungen, bei spielsweise tertiäre Alkylamine, typischerweise in Mengen von 0,15 bis 2,0 mol pro mol Oxaphosphaphenantrenoxid, vorzugsweise von 0,5 bis 1 ,2 mol pro mol, besonders bevorzugt von 0,9 bis 1 ,1 mol pro mol. Das Molverhältnis von Amin zu DOPO kann bis auf ca. 0,15:1 gesenkt werden; bei noch weiterer Verminderung der Aminmenge wird die Addition viel langsamer und weniger selektiv. Ein Basen überschuss ist ökonomisch nachteilig, hat aber kaum Einfluss auf die Reaktion. Als Base eignen sich insbesondere tertiäre Alkylamine, wobei Triethylamin hinsichtlich Preis, Siedepunkt und geringer Toxizität am besten geeignet ist. Brauchbar sind z.B. auch N-Ethyldiisopropylamin und Tripropylamin sowie Tributylamin, während Trimethylamin wegen seines sehr niedrigen Siedepunktes weniger geeignet ist. Tertiäre aromatische Amine wie Pyridin sind ebenfalls möglich, aber weniger bevorzugt. Es kann vorteilhaft sein, nach einiger Zeit der Umsetzung weitere Base zuzufügen. The base used is sterically hindered and non-nucleophilic compounds, for example tertiary alkylamines, typically in amounts of 0.15 to 2.0 mol per mole of oxaphosphaphenantrenoxide, preferably from 0.5 to 1.2 mol per mol, particularly preferably from 0, 9 to 1.1 moles per mole. The molar ratio of amine to DOPO can be reduced to about 0.15: 1; if the amount of amine is reduced still further, the addition becomes much slower and less selective. An excess of base is economically disadvantageous, but has little influence on the reaction. Tertiary alkylamines are particularly suitable as bases, triethylamine being the most suitable in terms of price, boiling point and low toxicity. For example, N-ethyldiisopropylamine and tripropylamine as well as tributylamine can also be used, while trimethylamine is less suitable because of its very low boiling point. Tertiary aromatic amines such as pyridine are also possible, but less preferred. It can be advantageous to add further base after the reaction has taken place for some time.
Ein Polymerisationsinhibitor wird zugefügt, um eine vorzeitige Polymerisation des Oxaphosphaphenantrenoxid-acrylat und des a,w-Alkyldiol-diacrylat zu verhindern. Geeignet sind beispielsweise Hydrochinon, Phenothiazin, 1-Dodecanthiol, Hydrochinonmonobenzylether, Methoxyhydrochinon, und andere bekannte Substanzen. Bevorzugt sind Hydrochinon und Methoxyhydrochinon. Die notwendigen Mengen sind an sich bekannt. Beispielsweise kann die in kommerziellem a,w-Alkyldiol-diacrylat enthaltene Stabilisatormenge reichen. A polymerization inhibitor is added to prevent premature polymerization of the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate and the α, w-alkyl diol diacrylate. For example, hydroquinone, phenothiazine, 1-dodecanethiol, hydroquinone monobenzyl ether, methoxyhydroquinone and other known substances are suitable. Hydroquinone and methoxyhydroquinone are preferred. The necessary quantities are known per se. For example, the amount of stabilizer contained in commercial α, w-alkyl diol diacrylate can be sufficient.
Da Oxaphosphaphenantrenoxide mit Wasser und Base unter Ringöffnung reagieren können, erfolgt die Umsetzung unter Ausschluss von Wasser. Wasser führt zu Ringöffnung und somit zu Seitenreaktionen, also zum Entstehen des Triethylammoniumsalzes des ringgeöffneten Oxaphosphaphenantrenoxids. Mit Abwesenheit von Wasser ist hier ein maximaler Gehalt von weniger als 1 Gew.-% Wasser, vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-% Wasser und besonders bevorzugt weniger als 0,05 Gew.-% Wasser in der flüssigen Phase gemeint. Since oxaphosphaphenantrene oxides can react with water and base with ring opening, the reaction takes place with exclusion of water. Water leads to ring opening and thus to side reactions, i.e. to the formation of the triethylammonium salt of the ring-opened oxaphosphaphenantrene oxide. With The absence of water here means a maximum content of less than 1% by weight of water, preferably less than 0.1% by weight of water and particularly preferably less than 0.05% by weight of water in the liquid phase.
Vorzugsweise erfolgt die Umsetzung unter einem trockenem Schutzgas wie z.B. Stickstoff. Eine Reaktion unter Luft ist aus Gründen des Explosionsschutzes nicht zu empfehlen. Außerdem ist z.B. Triethylamin etwas oxidationsempfindlich und die Reaktionsmischung könnte sich in Luftgegenwart dunkel färben. Geringe Mengen Sauerstoff sind aber unproblematisch und können sogar vorteilhaft sein, wenn der am häufigsten eingesetzte Inhibitor Methoxyhydrochinon verwendet wird, da dieser nur in Gegenwart von Sauerstoff-Spuren aktiv ist. Insofern ist eine Entfernung von Sauerstoff aus den Edukten und sonstigen Komponenten der Reaktionslösung nicht nötig und erfolgt vorzugsweise nicht. The reaction is preferably carried out under a dry protective gas such as nitrogen. A reaction in air is not recommended for reasons of explosion protection. In addition, triethylamine, for example, is somewhat sensitive to oxidation and the reaction mixture could turn dark in the presence of air. However, small amounts of oxygen are not a problem and can even be advantageous if the most frequently used inhibitor methoxyhydroquinone is used, since this is only active in the presence of traces of oxygen. In this respect, removal of oxygen from the starting materials and other components of the reaction solution is not necessary and is preferably not carried out.
Die Umsetzung wird bis zur im wesentlichen vollständigen Umsetzung des Oxa- phosphaphenantrenoxids durchgeführt, was typischerweise von 1 bis 10 Stunden, häufig 2 bis 5 Stunden dauert. Hierbei wird das Oxaphosphaphenanthrenoxid entweder portionsweise oder kontinuierlich, z.B. mit einem Feststoffdosierer, hinzugefügt, beispielsweise im Verlauf von 2,5 - 3 h. Zur Vervollständigung der Umsetzung wird die Reaktionstemperatur nach Abschluss der Zugabe noch 45 - 60 min gehalten. Die portionsweise bzw. kontinuierliche Zugabe ist sinnvoll, da die Additionsreaktion moderat exotherm ist. Wenn bei größeren Ansätzen das gesamte Oxaphosphaphenanthrenoxid zu Beginn zugegeben wird, wird zu viel Reaktionswärme in kurzer Zeit frei, so dass die Temperatur zu hoch steigen könnte. Außerdem verbessert die portionsweise bzw. über längere Zeit erfol gende, kontinuierliche Oxaphosphaphenanthrenoxid-Zugabe die Selektivität, es entsteht nur sehr wenig doppelt Oxaphosphaphenanthrenoxid-funktionalisiertes Diacrylat. The reaction is carried out until the oxa-phosphaphenantrene oxide has essentially completely reacted, which typically takes from 1 to 10 hours, often from 2 to 5 hours. Here, the oxaphosphaphenanthrene oxide is added either in portions or continuously, e.g. with a solids feeder, for example in the course of 2.5-3 hours. To complete the reaction, the reaction temperature is maintained for a further 45-60 minutes after the addition has ended. The addition in portions or continuously is advisable, since the addition reaction is moderately exothermic. If, in larger batches, all of the oxaphosphaphenanthrene oxide is added at the beginning, too much heat of reaction is released in a short time, so that the temperature could rise too high. In addition, the continuous addition of oxaphosphaphenanthrene oxide, which takes place in portions or over a long period of time, improves the selectivity, and only very little double-oxaphosphaphenanthrene-functionalized diacrylate is formed.
Als Umsetzungsprodukt wird vor allem Oxaphosphaphenantrenoxid-acrylat neben geringen Mengen Di-oxaphosphaphenantrenoxid-acrylat und dem Überschuss a,w-Alkyldiol-diacrylat erhalten. Im wesentlichen vollständige Umsetzung heißt, dass maximal 5 Mol-%, vorzugsweise maximal 2 Mol-% des Oxaphospha- phenantrenoxids nicht umgesetzt wurden. Die Zeit bis zur im wesentlichen vollständigen Umsetzung kann z.B. mittels 31P-NMR ermittelt werden. Nachdem die Zeit für konkrete Bedingungen ermittelt wurde, ist bei weiteren Umsetzungen keine Kontrolle mehr nötig. Die Umsetzung sollte im wesentlichen vollständig sein, da Reste an nicht umgesetztem Oxaphosphaphenantrenoxid unerwünscht sind, eine zu lange Reaktionszeit aber keine Vorteile bringt. The reaction product used is primarily oxaphosphaphenantrene oxide acrylate, in addition to small amounts of di-oxaphosphaphenantrene oxide acrylate and the excess a, w-alkyldiol diacrylate obtained. Substantially complete conversion means that a maximum of 5 mol%, preferably a maximum of 2 mol% of the oxaphosphaphenantrene oxide have not been converted. The time to essentially complete conversion can be determined, for example, by means of 31 P-NMR. After the time for specific conditions has been determined, no further controls are necessary. The reaction should be essentially complete, since residues of unconverted oxaphosphaphenantrene oxide are undesirable, but too long a reaction time does not bring any advantages.
Wenn die Umsetzung erfolgt ist, werden der Überschuss a,w-Alkyldiol-diacrylat und ggfs das Lösungsmittel - vorzugsweise mittels Vakuumdestillation - entfernt. Alternativ kann der Überschuss a,w-Alkyldiol-diacrylat und ggfs das Lösungsmittel auch durch Flüssig-Flüssig-Extraktion entfernt werden. Bei der Entfernung durch Vakuumdestillation richtet sich die notwendige Temperatur nach dem verfügbaren Vakuum und der notwendigen Verweilzeit bei der hohen Temperatur. Am besten ist ein Dünnschichtverdampfer geeignet, weil nur ein sehr kurzzeitiges Erwärmen erfolgt, was die Gefahr einer spontanen Polymerisation minimiert. Hier sind 75 - 140 °C brauchbar. Bei einer längeren Dauer der Vakuumdestillation sollten 120 °C nicht überschritten werden. Vorzugsweise wird für die Entfernung des Über schusses an a,w-Alkyldiol-diacrylat bei einem Druck von 0,01 bis 0,2 mbar, vorzugsweise von 0,02 bis 0,2 mbar gearbeitet. In einer Ausführungsform erfolgt zur Trennung des Umsetzungsprodukts von dem Überschuss a,w-Alkyldiol- diacrylat (zusätzlich) eine Flüssig-Flüssig-Extraktion mit einem Kohlenwasserstoff lösungsmittel wie Cyclohexan. Andere Alkane wie n-Hexan, Heptan usw. können auch verwendet werden, ebenso Alkangemische, aber Cyclohexan war von allen getesteten Lösungsmitteln am effizientesten. Die Lösung des Umsetzungs produkts wird dazu, ggfs vor oder nach der Destillation, ggfs nach Zugabe von Lösungsmittel, intensiv mit dem Kohlenwasserstofflösungsmittel vermischt und die sich abtrennende Kohlenwasserstofflösemittelphase abgezogen. Dies kann einige Male, z.B. 2, 3, 4 oder 5 mal, wiederholt werden. Die Vakuumdestillation kann vor und/oder nach der Abtrennung des a,w-Alkyldiol-diacrylat durch Extraktion erfolgen. When the reaction has taken place, the excess α, w-alkyldiol diacrylate and, if appropriate, the solvent are removed, preferably by means of vacuum distillation. Alternatively, the excess α, w-alkyl diol diacrylate and, if necessary, the solvent can also be removed by liquid-liquid extraction. When removing by vacuum distillation, the necessary temperature depends on the available vacuum and the necessary residence time at the high temperature. A thin-film evaporator is best suited because it only warms up for a very short time, which minimizes the risk of spontaneous polymerization. Here 75 - 140 ° C are useful. If the vacuum distillation is to be used for a longer period of time, 120 ° C should not be exceeded. To remove the excess α, w-alkyldiol diacrylate, a pressure of 0.01 to 0.2 mbar, preferably 0.02 to 0.2 mbar, is used. In one embodiment, a liquid-liquid extraction with a hydrocarbon solvent such as cyclohexane is carried out to separate the reaction product from the excess α, w-alkyldiol diacrylate. Other alkanes such as n-hexane, heptane, etc. can also be used, as can mixtures of alkanes, but cyclohexane was the most efficient of all the solvents tested. For this purpose, the solution of the reaction product is mixed intensively with the hydrocarbon solvent, if appropriate before or after the distillation, if appropriate after the addition of solvent, and the hydrocarbon solvent phase which is separated off is drawn off. This can be repeated a few times, e.g. 2, 3, 4 or 5 times. The vacuum distillation can be done before and / or take place after the separation of the α, w-alkyldiol diacrylate by extraction.
Erfindungsgemäß erhält man Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomer mit maximal 3 Mol-% Diacrylat, insbesondere mit maximal 0,5 Mol-% Diacrylat. According to the invention, oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer is obtained with a maximum of 3 mol% of diacrylate, in particular with a maximum of 0.5 mol% of diacrylate.
Das erhaltene Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomer kann zur erfindungs gemäßen Herstellung von (Meth)Acrylatpolymeren in an sich bekannter Weise, z.B. mittels radikalischer Emulsions-, Suspensions- oder Substanzpolymerisation, mit (Meth)Acrylatmonomeren und ggfs weiteren Comonomeren polymerisiert werden. Üblicherweise werden dazu die Monomere gemischt und mit einem Radikalstarter wie z.B. Azobis(isobutyronitril) (kurz AIBN) oder Benzoylperoxid versetzt. Brauchbare Anteile Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomer richten sich nach dem gewünschten bzw. notwendigen Flammschutz und liegen normaler weise im Bereich von 10 bis 30 Mol-%, vorzugsweise von 20 bis 25 Mol-% Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomer bezogen auf die Mischung aller Monomere. For the production of (meth) acrylate polymers according to the invention, the resulting oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer can be polymerized in a manner known per se, e.g. by means of free-radical emulsion, suspension or bulk polymerization, with (meth) acrylate monomers and, if necessary, further comonomers. Usually, the monomers are mixed and a radical starter such as azobis (isobutyronitrile) (AIBN for short) or benzoyl peroxide is added. Usable proportions of oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer depend on the desired or necessary flame retardancy and are normally in the range from 10 to 30 mol%, preferably from 20 to 25 mol%, of oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer, based on the mixture of all monomers.
Zur Begrenzung der Molmasse können an sich bekannte Additive wie z.B. Thiole bei der Polymerisation zugegeben werden. Die brauchbaren Mengen sind in der Regel sehr gering und im Stand der Technik bekannt. To limit the molar mass, additives known per se, such as thiols, can be added during the polymerization. The quantities that can be used are usually very small and are known in the prior art.
Die erfindungsgemäßen (Meth)Acrylatpolymere können in an sich bekannter Weise weitere Additive enthalten, z.B., aber nicht ausschließlich jeweils ein oder mehrere Flammhemmer, oberflächenaktive Mittel, Keimbildner, Kupplungsmittel, Füllstoffe, Weichmacher, Schlagverstärker, Schmiermittel, antibakterielle Mittel, Trennmittel, Wärmestabilisatoren, Antioxidationsmittel, Lichtschutzmittel, Verträglichmacher, anorganische Zusätze, Antistatikmittel, Pigmente, Farbstoffe etc. und Kombinationen davon. Die Additive können unabhängig voneinander während der Polymerisation und/oder während eines Pelletformungsverfahrens (Extrusion) zugesetzt werden, um in das Copolymer eingeschlossen zu werden. Das Verfahren dazu und die zugesetzten Menge sind an sich bekannt und nicht besonders beschränkt. Typische Gehalte an Addtiv sind jeweils 0,001 bis 10 Gew.-% Additiv bezogen auf die Gesamtmischung, bei Füllstoffen jedoch bis zu 50 Gew.-% und mehr. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zur weiteren Verbesserung der Flammschutzeigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten (Meth)Acrylat- polymers zusätzlich in der Festphase Flammschutz-aktive, copolymerisierte Phosphorverbindungen enthalten. Diese unterstützen die Wirkung des in der Gasphase aktiven Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatcomonomers. Geeignet sind vor allem Phosphor-haltige Monomere auf Basis von Alkyl(meth)acrylat und Flydroxyalkyl(meth)acrylat, vorzugsweise auf Basis von Flydroxyethyl(meth)acrylat, insbesondere die folgenden: The (meth) acrylate polymers according to the invention can contain further additives in a manner known per se, for example, but not exclusively, one or more flame retardants, surface-active agents, nucleating agents, coupling agents, fillers, plasticizers, impact enhancers, lubricants, antibacterial agents, release agents, heat stabilizers, antioxidants , Light stabilizers, compatibilizers, inorganic additives, antistatic agents, pigments, dyes, etc. and combinations thereof. The additives can be added independently during the polymerization and / or during a pellet forming process (extrusion) to be included in the copolymer. The method for this and the amount added are known per se and are not particularly restricted. Typical contents of additive are in each case 0.001 to 10% by weight of additive based on the total mixture, but in the case of fillers up to 50% by weight and more. In a particularly preferred embodiment, in order to further improve the flame retardancy properties of the (meth) acrylate polymer prepared according to the invention, the solid phase also contains copolymerized phosphorus compounds with flame retardancy. These support the effect of the oxaphosphaphenantrenoxide acrylate comonomer, which is active in the gas phase. Particularly suitable are phosphorus-containing monomers based on alkyl (meth) acrylate and flydroxyalkyl (meth) acrylate, preferably based on flydroxyethyl (meth) acrylate, in particular the following:
Diese Comonomere sind kommerziell erhältlich bzw. können in an sich bekannter Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann die erste Verbindung mittelsThese comonomers are commercially available or can be prepared in a manner known per se. For example, the first connection can be by means of
Umsetzung von Diethylchlorophosphat mit Hydroxyethylacrylat in Gegenwart einer Hilfsbase synthetisiert werden, siehe z.B. Nair, C. P. Reghunadhan; Clouet, G.; European Polymer Journal (1989), 25(3), 251. Die zweite Verbindung ist durch Umsetzung von Diethylchlorophosphat mit Hydroxyethylmethacrylat in Gegenwart der Hilfsbase wie Triethylamin und Kupfer(l)-chlorid als Katalysator möglich, vgl. CPR Nair, G Clouet, J Brossas; Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 26, 1791-1807 (1988). Die vierte Verbindung wird durch Umsetzung von Diphenylchlorophosphat (CAS-Nr. 2524-64-3) mit Hydroxyethyl- methacrylat in Gegenwart einer Hilfsbase hergestellt, siehe z.B. US 2019/0112457 A1. Die fünfte und sechste Verbindung sind z.B. mittels Umsetzung von Phosphor- oxychlorid mit Neopentylglycol zu 2-oxo-2-chloro-5,5-di-Me-1 ,3,2-dioxa- phosphorinan und Reaktion von letzterem mit Hydroxyethylacrylat bzw. Hydroxyethylmethacrylat erhältlich, siehe Xing, Weiyi; Song, Lei; Lv, Pin; Jie, Ganxin; Wang, Xin; Lv, Xiaoqi; Hu, Yuan; Materials Chemistry and Physics 123 (2010) 481-486 und CN 104497051 A. Die siebte Verbindung ist analog zum erfindungsgemäßen Verfahren zugänglich. Reaction of diethyl chlorophosphate with hydroxyethyl acrylate can be synthesized in the presence of an auxiliary base, see, for example, Nair, CP Reghunadhan; Clouet, G .; European Polymer Journal (1989), 25 (3), 251. The second connection is possible by reacting diethyl chlorophosphate with hydroxyethyl methacrylate in the presence of the auxiliary base such as triethylamine and copper (I) chloride as a catalyst, see CPR Nair, G Clouet, J Brossas; Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 26, 1791-1807 (1988). The fourth compound is made by reacting diphenyl chlorophosphate (CAS No. 2524-64-3) with hydroxyethyl methacrylate prepared in the presence of an auxiliary base, see e.g. US 2019/0112457 A1. The fifth and sixth compounds are, for example, by reacting phosphorus oxychloride with neopentyl glycol to give 2-oxo-2-chloro-5,5-di-Me-1, 3,2-dioxa-phosphorinane and reacting the latter with hydroxyethyl acrylate or hydroxyethyl methacrylate available, see Xing, Weiyi; Song, lei; Lv, pin; Jie, Ganxin; Wang, Xin; Lv, Xiaoqi; Hu, Yuan; Materials Chemistry and Physics 123 (2010) 481-486 and CN 104497051 A. The seventh compound is accessible analogously to the process according to the invention.
Die Mengen an festphasenaktivem Phosphor-haltigem (Meth)Acrylatmonomer richten sich nach der benötigten Flammschutzwirkung und liegen beispielsweise im Bereich von 5 bis 30 Mol-%, vorzugsweise von 10 bis 25 Mol-%, Phosphor haltigem (Meth)Acrylatmonomer bezogen auf die Mischung aller Monomere. The amounts of solid-phase active phosphorus-containing (meth) acrylate monomer depend on the flame retardant effect required and are, for example, in the range from 5 to 30 mol%, preferably from 10 to 25 mol%, of phosphorus-containing (meth) acrylate monomer, based on the mixture of all Monomers.
Durch die Kombination von Oxaphosphaphenatrenoxid-Acrylatmonomer und einem Monomer mit in der Festphase Flammschutz-aktiver Phosphorverbindung lässt sich die Menge der beiden Comonomeren senken, so dass insgesamt 10 bis 20 Mol-% enthalten sind. So reichen z.B. auch bereits 3, 4, oder 5 bis 10 Mol-% des erfindungsgemäßen Oxaphosphaphenatrenoxid-Acrylatmonomers. Die Menge an festphasenaktivem Phosphor-haltigen (Meth)Acrylatmonomer kann auf von 3 bis 20 Mol-%, bevorzugt von 5 bis 15 Mol-% gesenkt werden. The combination of oxaphosphaphenatrene oxide acrylate monomer and a monomer with a flame retardant active phosphorus compound in the solid phase allows the amount of the two comonomers to be reduced so that a total of 10 to 20 mol% is contained. For example, 3, 4, or 5 to 10 mol% of the oxaphosphaphenate renoxide acrylate monomer according to the invention are sufficient. The amount of solid-phase active phosphorus-containing (meth) acrylate monomer can be reduced to from 3 to 20 mol%, preferably from 5 to 15 mol%.
Das Brandverhalten wird gemäß Vorschrift UL94 „Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances“ (Tests zur Brennbarkeit von Kunststoffen für Teile in Geräten und Anwendungen) gemäß IEC/DIN EN 60695- 11-10 und -20 der Underwriters Laboratories geprüft. Die Tests werden mit offener Flamme (Bunsenbrenner) durchgeführt. Die Zündquelle hat eine Leistung von 50 Watt (20 mm hohe Flamme) und wirkt bei der V-Prüfung zweimal 10 s auf den Probekörper ein und wird anschließend wieder entfernt. Dabei werden die Brennzeit und auch das Abfallen brennender Teile mit Hilfe eines Wattebausches, welcher sich unter dem Probekörper befindet, bewertet. Es sind jeweils 5 Probe- körper (127 mm (5 Zoll) lang und 12,7 mm (0,5 Zoll) breit, Dicke anwendungs bezogen) zu untersuchen. Eine Klassifizierung erfolgt, wenn die folgenden Anforderungen erfüllt sind: The fire behavior is tested according to UL94 "Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances" according to IEC / DIN EN 60695-11-10 and -20 of the Underwriters Laboratories . The tests are carried out with an open flame (Bunsen burner). The ignition source has a power of 50 watts (20 mm high flame) and acts twice for 10 s on the test specimen during the V test and is then removed again. The burning time and the falling off of burning parts are evaluated with the aid of a cotton swab, which is located under the test specimen. There are 5 trial body (127 mm (5 in) long and 12.7 mm (0.5 in) wide, thickness application related). A classification occurs when the following requirements are met:
V2: Gesamtbrenndauer der 10 Beflammungen max. 250 s, selbstverlöschend bis spätestens 30 Sekunden, brennende Tropfen sind zulässig V1: Gesamtbrenndauer der 10 Beflammungen max. 250 s, selbstverlöschend bis spätestens 30 Sekunden, brennende Tropfen sind nicht zulässig, Nachglimmen maximal 60 Sekunden V2: Total burning time of the 10 flame applications max. 250 s, self-extinguishing up to 30 seconds at the latest, burning droplets are permitted V1: Total burning time of the 10 flame exposures max. 250 s, self-extinguishing up to 30 seconds at the latest, burning drops are not permitted, afterglow maximum 60 seconds
V0: Gesamtbrenndauer der 10 Beflammungen max. 50 s, selbstverlöschend bis spätestens 10 Sekunden, brennende Tropfen sind nicht zulässig, Nachglimmen maximal 30 Sekunden. V0: Total burning time of the 10 flame applications max. 50 s, self-extinguishing up to 10 seconds at the latest, burning droplets are not permitted, afterglow max. 30 seconds.
Die erfindungsgemäßen flammgeschützten, transparenten, thermoplastischen (Meth)Acrylatpolymere erreichen in der Regel Einstufungen von V1 , häufig V0.The flame-retardant, transparent, thermoplastic (meth) acrylate polymers according to the invention generally achieve ratings of V1, frequently V0.
Dies macht sie besonders geeignet zur Verwendung in Schichten von Dekorfolien zum Laminieren mit Bauteilen aus Metall, Holz und Kunststoff wie Fenster- und Türrahmen, Zäune, Fassadenplatten etc. Solche Dekorfolien umfassen beispiels weise eine eingefärbte und/oder bedruckte Basisfolie, z.B. aus PVC oder (Meth)Acrylatpolymer. Unterseitig kann die Basisfolie mit einem Primer und/oder Klebstoff versehen sein, je nach Material der Basisfolie und Material, mit dem laminiert werden soll. Oberseitig schließt sich eine Schutzfolie aus einer oder mehreren Schichten erfindungsgemäßem Copolymer an, zum Schutz der Basisfolie und ggfs des Druckes vor UV-Strahlung. Alternativ kann auch die Dekorfolie aus erfindungsgemäßem Copolymer sein, ggfs aus mehreren Schichten davon. In einer oder mehreren Schichten aus dem erfindungsgemäßen Copolymer kann Polyvinylidenfluorid (PVDF) als nicht brennbare Komponente zugemischt sein. Häufig wird eine Abdeckfolie oder -lackierung als äußere Schicht aus besonders kratzfestem und beständigem Kunststoff wie Polytetrafluorethylen (PTFE), PVDF etc. vorgesehen, die meist zugleich auch einen Schutz vor Verschmutzung bietet. Solche Dekorfolien können teilweise oder ganz coextrudiert werden, nicht coextrudierte Schichten werden thermisch laminiert. Die Oberfläche kann geprägt sein, z.B. wenn eine Holzoptik gewünscht wird. Geeignete Stärken der Dekorfolie betragen beispielsweise 100 bis 300 pm, vorzugsweise von 130 oder 150 bis 200 pm. Dabei macht die Schutzschicht aus erfindungsgemäßem Copolymer 30 bis 40% der Dicke und die Abdeckschicht, sofern vorhanden, 3 bis 4% der Dicke aus. Die Bezeichnung "aus einem Polymer" meint, dass das genannte Polymer die Hauptpolymerkomponente der Schicht ist. Die Anwesenheit von einem oder mehreren weiteren Polymeren ist nicht ausgeschlossen, deren Menge ist jedoch in der Regel (jeweils) geringer als 50 Gew.-%, meist geringer als 30 Gew.-% und oft geringer als 10 Gew.-% bezogen auf alle Polymerkomponenten. This makes them particularly suitable for use in layers of decorative films for lamination with components made of metal, wood and plastic such as window and door frames, fences, facade panels, etc. Such decorative films include, for example, a colored and / or printed base film, e.g. made of PVC or ( Meth) acrylate polymer. The base film can be provided with a primer and / or adhesive on the underside, depending on the material of the base film and the material to be laminated with. A protective film made of one or more layers of copolymer according to the invention is attached on the upper side to protect the base film and, if necessary, the print from UV radiation. Alternatively, the decorative film can also be made from a copolymer according to the invention, if necessary from several layers thereof. Polyvinylidene fluoride (PVDF) can be admixed as a non-flammable component in one or more layers of the copolymer according to the invention. Often a cover film or coating is provided as the outer layer made of particularly scratch-resistant and durable plastic such as polytetrafluoroethylene (PTFE), PVDF, etc., which usually also provides protection Pollution provides. Such decorative films can be partially or fully coextruded; non-coextruded layers are thermally laminated. The surface can be embossed, for example if a wood look is desired. Suitable thicknesses of the decorative film are, for example, from 100 to 300 μm, preferably from 130 or 150 to 200 μm. The protective layer made of copolymer according to the invention makes up 30 to 40% of the thickness and the cover layer, if present, makes up 3 to 4% of the thickness. The term "made of a polymer" means that the said polymer is the main polymer component of the layer. The presence of one or more other polymers is not excluded, but their amount is generally (in each case) less than 50% by weight, mostly less than 30% by weight and often less than 10% by weight, based on all Polymer components.
Außerdem eignen sich die erfindungsgemäßen flammgeschützten, transparenten, thermoplastischen (Meth)Acrylatpolymere zur Herstellung von transparenten und farbigen Platten. Diese Platten sind vielseitig verwendbar, z.B. im Innenausbau.The flame-retardant, transparent, thermoplastic (meth) acrylate polymers according to the invention are also suitable for producing transparent and colored sheets. These panels can be used in many ways, e.g. in interior construction.
Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele erläutert werden, ohne jedoch auf die speziell beschriebenen Ausführungsformen beschränkt zu sein. Soweit nichts anderes angegeben ist oder sich aus dem Zusammenhang zwingend anders ergibt, beziehen sich Prozentangaben auf das Gewicht, im Zweifel auf das Gesamtgewicht der Mischung. The invention is to be explained with the aid of the following examples, without, however, being restricted to the specifically described embodiments. Unless otherwise stated or the context necessarily indicates otherwise, percentages relate to the weight, in case of doubt to the total weight of the mixture.
Die Erfindung bezieht sich auch auf sämtliche Kombinationen von bevorzugten Ausgestaltungen, soweit diese sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Angaben "etwa" oder "ca." in Verbindung mit einer Zahlenangabe bedeuten, dass zumindest um 10 % höhere oder niedrigere Werte oder um 5 % höhere oder niedrigere Werte und in jedem Fall um 1 % höhere oder niedrigere Werte eingeschlossen sind.The invention also relates to all combinations of preferred configurations, insofar as these are not mutually exclusive. The information "about" or "approx." in connection with a figure means that at least 10% higher or lower values or 5% higher or lower values and in any case 1% higher or lower values are included.
Beispiele Examples
Die Herstellung der Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomere erfolgte in Dreihalskolben verschiedenen Inhalts, die mit einem Rührer, einem Claisenaufsatz mit Rückflusskühler und einer Stickstoffzufuhr ausgerüstet waren. Die Temperatur wurde über ein Ölbad geregelt. Vor jeder Umsetzung wurde die Apparatur unter Erwärmen im Vakuum getrocknet und mit Stickstoff gefüllt. Zur Umsetzung wurde jeweils das a,w-Alkyldiol-diacrylat mit dem Lösemittel (Toluol) und der Base (Triethylamin) im Stickstoffgegenstrom in den Kolben eingefüllt. Dann wurde 9,10- Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO) portionsweise über mehrere Stunden zugesetzt. Die verwendeten a,w-Alkyldiol-diacrylate enthielten Methoxyhydrochinon (4-Methoxyphenol) als Polymerisationsinhibitor. Um diesen während der Umsetzung aktiv zu halten wurden in Abständen von jeweils ca. 20 Minuten etwa 20 ml Luft eingespritzt. Der Verlauf der Umsetzung wurde durch Entnahme von Proben und Bestimmung von 31P-NMR-Spektren verfolgt. The oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers were prepared in Three-necked flasks of various contents, which were equipped with a stirrer, a Claisen attachment with reflux condenser and a nitrogen supply. The temperature was controlled via an oil bath. Before each reaction, the apparatus was dried in vacuo with heating and filled with nitrogen. For the reaction, the α, w-alkyl diol diacrylate with the solvent (toluene) and the base (triethylamine) were introduced into the flask in a countercurrent of nitrogen. Then 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO) was added in portions over several hours. The α, w-alkyldiol diacrylates used contained methoxyhydroquinone (4-methoxyphenol) as a polymerization inhibitor. In order to keep this active during the reaction, around 20 ml of air were injected at intervals of around 20 minutes. The course of the reaction was followed by taking samples and determining 31 P-NMR spectra.
Beispiel 1 example 1
1 ,4-Butandioldiacrylat wurde mit DOPO im Molverhältnis 3,5:1 umgesetzt. Dazu wurden in den mit Stickstoff gefüllten 500 ml-Dreihalskolben 0,6 mol (118,93 g)1,4-Butanediol diacrylate was reacted with DOPO in a molar ratio of 3.5: 1. For this purpose, 0.6 mol (118.93 g) were added to the 500 ml three-necked flask filled with nitrogen.
1 ,4-Butandioldiacrylat sowie 14,05 g DOPO gegeben. Dann wurden 80 ml Toluol sowie 0,17 mol (ca. 23,56 ml) Triethylamin zugefügt. Anschließend wurde die Mischung unter Rühren und Stickstoffatmosphäre bis knapp unter ihren Siede punkt erwärmt (ca. 96 °C, Ölbadtemperatur ca. 107 °C). In Abständen von jeweils 60 Minuten wurden 2 weitere DOPO-Portionen hinzugegeben (11,89 g, 10,81 g, insgesamt 36,75 g, 0,17 mol). Es wurde weitere 60 Minuten bei unveränderter Innentemperatur (ca. 96 °C) gerührt. Anschließend wurde eine NMR-Probe entnommen, das NMR zeigte eine vollständige Umsetzung an. 1,4-butanediol diacrylate and 14.05 g of DOPO were added. 80 ml of toluene and 0.17 mol (approx. 23.56 ml) of triethylamine were then added. The mixture was then heated to just below its boiling point with stirring and under a nitrogen atmosphere (approx. 96 ° C., oil bath temperature approx. 107 ° C.). Two further DOPO portions were added at 60 minute intervals (11.89 g, 10.81 g, a total of 36.75 g, 0.17 mol). The mixture was stirred for a further 60 minutes at the same internal temperature (approx. 96 ° C.). An NMR sample was then taken; the NMR indicated complete conversion.
Toluol und Triethylamin wurden am Rotationsverdampfer im Vakuum abdestilliert. Mit dem Rückstand wurde eine Vakuumdestillation durchgeführt. Bei einer Ölbad temperatur von 90 °C und einem Vakuum von 0,063 mbar wurde solange destil liert, bis kein Diacrylat mehr in der Vorlage kondensierte. Danach wurde über mehrere Schritte die Temperatur bis auf 125 °C erhöht (Vakuum 0,042 mbar). Für eine weitere Vakuumdestillation wurde die Ölbadtemperatur langsam bis auf 150 °C (Vakuum 0,044 mbar) erhöht. Die Destillation wurde abgebrochen, da das Umsetzungsprodukt zu polymerisieren begann. Toluene and triethylamine were distilled off on a rotary evaporator in vacuo. Vacuum distillation was carried out on the residue. At an oil bath temperature of 90 ° C and a vacuum of 0.063 mbar, distillation was carried out until no more diacrylate condensed in the receiver. The temperature was then increased to 125 ° C. over several steps (vacuum 0.042 mbar). for Another vacuum distillation, the oil bath temperature was slowly increased to 150 ° C (vacuum 0.044 mbar). The distillation was stopped because the reaction product began to polymerize.
Das erhaltene Umsetzungsprodukt (49,91 g) der Formel: wurde anschließend mit Methylmethacrylat im ungefähren Molverhältnis 1:2,7 copolymerisiert. Dazu wurde das Umsetzungsprodukt in 200 ml Toluol gelöst und in einen Dreihalskolben überführt. Danach wurden ca. 33,3 g entstabilisiertes Methylmethacrylat zugefügt und die Lösung unter Stickstoff auf 97 °C erwärmt. Da die Lösung wegen des 4-Methoxyphenol-lnhibitors bei der Copolymerisation keinen Sauerstoff enthalten darf, wurde 1,5 Stunden bei gleichbleibender Temperatur unter Stickstoff gerührt. Dann wurden unter kräftigem Rühren innerhalb von 2 Minuten 1 ml einer 0,2 M AIBN-Lösung in Toluol zugetropft und die Temperatur des Ölbades wurde auf 117 °C erhöht. Nach 10 Minuten wurde nochmal 1 ml AIBN-Lösung zugegeben. Die Reaktionslösung begann stark zu sieden. Nach 25 Minuten wurde die Lösung viskoser und nach 30 Minuten schied sich eine voluminöse, gelartige Substanz aus der Lösung aus. Die Copolymerisation wurde dann noch 1 Stunde lang fortgeführt. The reaction product obtained (49.91 g) of the formula: was then copolymerized with methyl methacrylate in an approximate molar ratio of 1: 2.7. For this purpose, the reaction product was dissolved in 200 ml of toluene and transferred to a three-necked flask. About 33.3 g of destabilized methyl methacrylate were then added and the solution was heated to 97 ° C. under nitrogen. Since the solution must not contain oxygen during the copolymerization because of the 4-methoxyphenol inhibitor, the mixture was stirred for 1.5 hours at the same temperature under nitrogen. Then, with vigorous stirring, 1 ml of a 0.2 M AIBN solution in toluene was added dropwise over the course of 2 minutes, and the temperature of the oil bath was increased to 117.degree. After 10 minutes, another 1 ml of AIBN solution was added. The reaction solution began to boil strongly. After 25 minutes the solution became more viscous and after 30 minutes a voluminous, gel-like substance separated from the solution. The copolymerization was then continued for 1 hour.
Das erhaltene Polymerprodukt wurde 24 Stunden bei 100 °C im Vakuumtrocken- schrank getrocknet. Nach der Trocknung war das Produkt leicht gummiartig und konnte nicht klein gemahlen werden. Es wurde eine Thermogravimetrische Analyse (TGA) durchgeführt. Hierbei wurde die Probe im Stickstoffstrom mit einer Heizrate von 10 K/min von 35 °C auf 800 °C erhitzt. Die Analyse ergab eine Zersetzungstemperatur von 318 °C bei einem Masseverlust von 5%. Mit dem Polymerprodukt wurde in einer Laborpresse bei einem Druck von 25 bar innerhalb von 4 Minuten ein Probekörper erstellt. Bei einer Temperatur von 190 °C blieb dieser sehr elastisch und gummiartig. Bei einer Temperatur ab 225 °C wurde der Probekörper fest und spröde, was auf eine Nachvernetzung, d.h. noch nicht vollständige Polymerisation, hindeutet. The polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours. After drying, the product was slightly rubbery and could not be ground into small pieces. It became a thermogravimetric one Analysis (TGA) carried out. The sample was heated from 35 ° C to 800 ° C in a nitrogen stream at a heating rate of 10 K / min. The analysis showed a decomposition temperature of 318 ° C. with a weight loss of 5%. A test specimen was produced with the polymer product in a laboratory press at a pressure of 25 bar within 4 minutes. At a temperature of 190 ° C it remained very elastic and rubbery. At a temperature of 225 ° C. or more, the test specimen became solid and brittle, which indicates post-crosslinking, ie not yet complete polymerization.
Der bei 225 °C erhaltene Probekörper wurde in einer UL94 Kammer untersucht. Der gepresste Probekörper zeigte im Flammtest ein im Vergleich zu reinem PMMA stark verlangsamtes Brennverhalten, erreichte aber keine V1 - Klassifizierung, da er nicht selbstverlöschend war. The test specimen obtained at 225 ° C. was examined in a UL94 chamber. In the flame test, the pressed test specimen showed a significantly slower burning behavior compared to pure PMMA, but did not achieve a V1 classification because it was not self-extinguishing.
Beispiel 2 Example 2
Es wurde wie in Beispiel 1 vorgegangen, mit dem Unterschied, dass das Umsetzungsprodukt nach der Vakuumdestillation (Ölbadtemperatur 140°C, Vakuum 0,031 mbar) noch mehrmals mit n-Hexan ausgeschüttelt wurde. Zunächst 3 mal mit je 50 ml n-Hexan, dann nach Zugabe von 20 ml Toluol noch 4 mal mit je 40 ml n-Hexan und nach Zugabe weiterer 20 ml Toluol nochmals 4 mal mit je 40 ml n-Hexan. Die Lösungsmittel wurden dann am Rotationsverdampfer entfernt.The procedure was as in Example 1, with the difference that the reaction product was extracted several times with n-hexane after the vacuum distillation (oil bath temperature 140 ° C., vacuum 0.031 mbar). First 3 times with 50 ml of n-hexane each time, then after adding 20 ml of toluene 4 times with 40 ml of n-hexane each time and after adding a further 20 ml of toluene again 4 times with 40 ml of n-hexane each time. The solvents were then removed on a rotary evaporator.
Für die Copolymerisation wurde das Umsetzungsprodukt (52,82 g) in 200 ml Toluol gelöst und in einen Dreihalskolben überführt. Danach wurden ca. 35 g entstabilisiertes Methylmethacrylat zugefügt, die Lösung unter Stickstoff atmosphäre auf 97 °C erwärmt und 2 Stunden bei gleichbleibender Temperatur gerührt. Dann wurde unter kräftigem Rühren innerhalb von 2 Minuten 1 ml der 0,2 M AIBN-Lösung zugetropft und die Temperatur des Ölbades auf 117 °C erhöht. Nach 14 Minuten wurde nochmal 1 ml AIBN zugegeben. Die Lösung begann stark zu sieden. Nach 27 Minuten wurde die Lösung viskoser und nach 34 Minuten schied sich eine voluminöse gelartige Substanz aus der Lösung aus. Die Reaktion wurde noch 1 Stunde lang fortgeführt. For the copolymerization, the reaction product (52.82 g) was dissolved in 200 ml of toluene and transferred to a three-necked flask. Then about 35 g of destabilized methyl methacrylate were added, the solution was heated to 97 ° C. under a nitrogen atmosphere and stirred for 2 hours at the same temperature. Then, with vigorous stirring, 1 ml of the 0.2 M AIBN solution was added dropwise over the course of 2 minutes and the temperature of the oil bath was increased to 117.degree. After 14 minutes, another 1 ml of AIBN was added. The solution began to boil heavily. After 27 minutes the solution became more and more viscous A voluminous gel-like substance separated from the solution for 34 minutes. The reaction was continued for an additional hour.
Das erhaltene Polymerprodukt wurde 24 Stunden bei 100°C im Vakuumtrocken schrank getrocknet. Nach der Trocknung blieb das Produkt leicht gummiartig und konnte nicht mit dem Mörser klein gemahlen werden. Die TGA-Analyse ergab eine ähnliche Zersetzungstemperatur wie bei Beispiel 1, 312 °C bei einem Masse verlust von 5 %. Mit dem Produkt wurden in einer Laborpresse bei einem Druck von 25 bar innerhalb von 4 Minuten Probekörper erstellt. Bei 190°C blieb der Probekörper sehr elastisch und gummiartig. Bei einer Temperatur ab 225°C wurde der Probekörper fest und spröde. Der Probekörper zeigte eine gute Transparenz. Bei der Untersuchung in der UL94 Kammer verlosch der kurzzeitig bei 225°C gepresste Probekörper nach der ersten Beflammung von 10 Sekunden direkt und nach der zweiten brannte er nur ca. 4 Sekunden, d.h. er erreichte eine Klassifizierung V0. The polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours. After drying, the product remained slightly rubbery and could not be ground into small pieces with a mortar. The TGA analysis showed a similar decomposition temperature as in Example 1, 312 ° C. with a mass loss of 5%. Test specimens were produced with the product in a laboratory press at a pressure of 25 bar within 4 minutes. At 190 ° C the test specimen remained very elastic and rubbery. At a temperature of 225 ° C. or more, the test specimen became solid and brittle. The test specimen showed good transparency. During the investigation in the UL94 chamber, the test specimen, pressed briefly at 225 ° C, went out immediately after the first flame exposure of 10 seconds and after the second it burned only about 4 seconds, i.e. it achieved a classification V0.
Vergleichsbeispiel VB1 Comparative example CE1
Es wurde analog zu Beispiel 1 vorgegangen, jedoch mit dem Unterschied, dass Butylenglycol-dimethacrylat und DOPO im Molverhältnis 1:1 um gesetzt wurden. In den mit Stickstoff gefüllten 500 ml-Dreihalskolben wurden 0,2 mol (45,25 g) Butylenglycol-dimethacrylat sowie 9,24 g DOPO gegeben. Dann wurden 100 ml Toluol sowie 0,12 mol (ca. 16,6 ml) Triethylamin hinzugefügt. Anschließend wurde die Mischung unter Rühren und Stickstoffatmosphäre bis knapp unter ihren Siedepunkt erwärmt (ca. 96 °C, Ölbadtemperatur ca. 107 °C). In Abständen von jeweils 30 Minuten wurden 6 weitere DOPO-Portionen hinzugegeben (8,54 g, 6,99 g, 6,50 g, 4,9 g, 4,00 g, 3,00 g, insgesamt 43,24 g, 0,2 mol). Es wurde weitere 30 Minuten bei unveränderter Innentemperatur (ca. 96 °C) gerührt. Anschließend wurde eine NMR-Probe entnommen. Die Reaktion war noch nicht vollständig abgelaufen und es wurde bei gleichen Bedingungen (ca. 96 °C Innentemperatur)The procedure was analogous to Example 1, but with the difference that butylene glycol dimethacrylate and DOPO were converted in a molar ratio of 1: 1. 0.2 mol (45.25 g) of butylene glycol dimethacrylate and 9.24 g of DOPO were placed in the 500 ml three-necked flask filled with nitrogen. Then 100 ml of toluene and 0.12 mol (approx. 16.6 ml) of triethylamine were added. The mixture was then heated to just below its boiling point (approx. 96 ° C., oil bath temperature approx. 107 ° C.) with stirring and under a nitrogen atmosphere. 6 more DOPO portions were added every 30 minutes (8.54 g, 6.99 g, 6.50 g, 4.9 g, 4.00 g, 3.00 g, a total of 43.24 g, 0.2 mol). The mixture was stirred for a further 30 minutes at the same internal temperature (approx. 96 ° C.). An NMR sample was then taken. The reaction was not yet complete and under the same conditions (approx. 96 ° C internal temperature)
3 Stunden weiter gerührt und danach eine NMR-Probe entnommen. Da die Reaktion immer noch nicht vollständig war, wurden nochmals 5 ml Triethylamin zugefügt und 1 weitere Stunde bei unveränderten Bedingungen gerührt. Eine weitere NMR-Probe wurde entnommen. DOPO war jetzt komplett umgesetzt.The mixture was stirred for a further 3 hours and then an NMR sample was taken. Since the The reaction was still not complete, a further 5 ml of triethylamine were added and the mixture was stirred for a further hour under unchanged conditions. Another NMR sample was taken. DOPO was now completely implemented.
Für die Copolymerisation wurde das Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomer zunächst bei einer Innentemperatur von ca. 97 °C 30 Minuten gerührt. Dann wurden 0,4 mol (40,07 g) entstabilisiertes Methylmethacrylat im Stickstoffgegen strom hinzugefügt. Da die Lösung wegen des 4-Methoxyphenol bei der Copoly merisation keinen Sauerstoff enthalten darf, wurde weitere 1 ,5 Stunden bei gleichbleibender Temperatur gerührt. Dann wurden unter kräftigem Rühren innerhalb von 2 Minuten 2 ml der 0,2-molaren AIBN-Lösung in Toluol zugetropft. Die Lösung begann stark zu sieden und es schied sich nach einigen Minuten Reaktionszeit eine voluminöse gelartige Substanz aus der Lösung aus. Die Temperatur des Ölbades wurde auf 117 °C erhöht und die Reaktion 1 Stunde lang fortgeführt. For the copolymerization, the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer was initially stirred at an internal temperature of about 97 ° C. for 30 minutes. Then 0.4 mol (40.07 g) of destabilized methyl methacrylate were added in a countercurrent of nitrogen. Since the solution must not contain oxygen during the copolymerization because of the 4-methoxyphenol, the mixture was stirred for a further 1.5 hours at the same temperature. Then, with vigorous stirring, 2 ml of the 0.2 molar AIBN solution in toluene were added dropwise over the course of 2 minutes. The solution began to boil strongly and a voluminous gel-like substance separated from the solution after a reaction time of a few minutes. The temperature of the oil bath was raised to 117 ° C and the reaction was continued for 1 hour.
Das erhaltene Polymerprodukt wurde 24 Stunden bei 100 °C im Vakuumtrocken schrank getrocknet und anschließend klein gemahlen. Es entstand ein weißes Pulver. Danach wurde eine Thermogravimetrische Analyse (TGA) durchgeführt. Die Analyse ergab eine Zersetzungstemperatur von 255 °C bei einem Masseverlust von 5 %. The polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours and then finely ground. A white powder resulted. Thereafter, a thermogravimetric analysis (TGA) was carried out. The analysis showed a decomposition temperature of 255 ° C with a weight loss of 5%.
Mit dem Pulver wurde in einer Laborpresse bei Temperaturen von bis zu 260 °C und Drücken bis 25 bar versucht, Probekörper herzustellen. Allerdings ließ sich das Pulver nicht aufschmelzen und es konnte kein Probekörper erstellt werden.An attempt was made to produce test specimens with the powder in a laboratory press at temperatures of up to 260 ° C. and pressures of up to 25 bar. However, the powder could not be melted and no test specimen could be created.
Ein Löslichkeitsversuch ergab, dass das erhaltene Polymer nicht in organischen Lösungsmitteln gelöst werden konnte. Dies zeigt, dass kein Thermoplast erhalten wurde. A solubility test showed that the polymer obtained could not be dissolved in organic solvents. This shows that no thermoplastic was obtained.
Vergleichsbeispiel VB2 Comparative example CE2
Gegenüber Vergleichsbeispiel VB1 wurde die Menge an DOPO leicht erhöht (45,40 g, 0,21 mol), um die Anzahl der nicht umgesetzten Dimethacrylate zu verringern. Außerdem wurde die Menge an Base und die Zeit zwischen den DOPO-Zugaben auf 60 Minuten erhöht, um eine schnellere Umsetzung des DOPO zu gewährleisten. In den mit Stickstoff gefüllten 500 ml-Dreihalskolben wurden 0,2 mol (45,25 g) Buthylenglycol-dimethacrylat sowie 9,5 g DOPO gegeben. Dann wurden 100 ml Toluol sowie 0,21 mol (ca. 29,11 ml) Triethylamin zugefügt. Anschließend wurde die Mischung unter Rühren und Stickstoffat mosphäre bis knapp unter ihren Siedepunkt erwärmt (ca. 96 °C, Ölbadtemperatur ca. 107 °C). In Abständen von jeweils 60 Minuten wurden 6 weitere DOPO- Portionen hinzugegeben (8,5 g, 7,5 g, 6,5 g, 5,5 g, 4,5 g, 3,4 g, insgesamt 45,40 g, 0,21 mol). Es wurde 60 min bei unveränderter Innentemperatur (ca. 96 °C) weiter gerührt. Anschließend wurde eine NMR-Probe entnommen. Die Reaktion war noch nicht vollständig abgelaufen. Daher wurden nochmal 2,5 Stunden bei unveränderten Bedingungen (ca. 96 °C Innentemperatur) gerührt und ein weiteres NMR-Spektrum aufgenommen. Nach 3 Stunden war DOPO gemäß 31P-NMR vollständig verbraucht. Compared to comparative example CE1, the amount of DOPO was increased slightly (45.40 g, 0.21 mol) to reduce the number of unreacted dimethacrylates. In addition, the amount of base and the time between the DOPO additions were increased to 60 minutes in order to ensure a faster conversion of the DOPO. 0.2 mol (45.25 g) of buthylene glycol dimethacrylate and 9.5 g of DOPO were placed in the 500 ml three-necked flask filled with nitrogen. 100 ml of toluene and 0.21 mol (approx. 29.11 ml) of triethylamine were then added. The mixture was then heated to just below its boiling point (approx. 96 ° C, oil bath temperature approx. 107 ° C) with stirring and a nitrogen atmosphere. 6 more DOPO portions were added at intervals of 60 minutes (8.5 g, 7.5 g, 6.5 g, 5.5 g, 4.5 g, 3.4 g, a total of 45.40 g, 0.21 mol). The mixture was stirred for a further 60 minutes at the same internal temperature (approx. 96 ° C.). An NMR sample was then taken. The reaction was not yet complete. For this reason, the mixture was stirred again for 2.5 hours under unchanged conditions (approx. 96 ° C. internal temperature) and a further NMR spectrum was recorded. After 3 hours, DOPO was completely consumed according to 31 P-NMR.
Das Umsetzungsprodukt wurde nach Entfernung von 4-Methoxyphenol wie in Vergleichsbeispiel 1 mit Methylmethacrylat im Molverhältnis 1:2 copolymerisiert. Das erhaltene Polymerprodukt wurde 24 Stunden bei 100°C im Vakuumtrocken schrank getrocknet und anschließend mit einem Mörser und Pistill aus Keramik klein gemahlen. Die TGA-Analyse ergab eine Zersetzungstemperatur von 275 °C bei einem Masseverlust von 5%. Mit dem Produkt ließ sich aber wie in Vergleichs beispiel VB1 kein Probekörper hersteilen. After removing 4-methoxyphenol, the reaction product was copolymerized as in Comparative Example 1 with methyl methacrylate in a molar ratio of 1: 2. The polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours and then finely ground with a ceramic mortar and pestle. The TGA analysis showed a decomposition temperature of 275 ° C with a weight loss of 5%. However, as in Comparative Example VB1, no test specimen could be produced with the product.
Vergleichsbeispiel VB3 Comparative example CE3
Analog zu Beispiel 1 wurde Ethylenglycol-dimethacrylat mit DOPO im Molver hältnis 1,76:1 umgesetzt. In den mit Stickstoff gefüllten 500 ml-Dreihalskolben wurden 0,25 mol (49,60 g) Ethylenglycol-dimethacrylat sowie 8,65 g DOPO gegeben. Dann wurden 70 ml Toluol sowie 0,10 mol (ca. 13,7 ml) Triethylamin hinzugefügt. Anschließend wurde die Mischung unter Rühren und Stickstoff atmosphäre bis knapp unter ihren Siedepunkt erwärmt (ca. 96°C, Ölbadtemperatur ca. 107°C). In Abständen von jeweils 45 Minuten wurden 4 weitere DOPO- Portionen zugegeben (7,57 g, 6,49 g, 5,41 g, 4,32 g, insgesamt 32,44 g, 0,15 mol). Es wurde weitere 60 Minuten bei unveränderter Innentemperatur (ca. 96°C) gerührt. Eine 31P-NMR Probe ergab 1 Stunde nach der letzten DOPO-Zugabe noch Spuren von nicht umgesetztem DOPO. Der Reaktionsansatz wurde über Nacht gelagert und eine weitere NMR-Probe zeigte eine nun im wesentlichen vollständige Umsetzung des DOPO. Analogously to Example 1, ethylene glycol dimethacrylate was reacted with DOPO in a molar ratio of 1.76: 1. 0.25 mol (49.60 g) of ethylene glycol dimethacrylate and 8.65 g of DOPO were placed in the 500 ml three-necked flask filled with nitrogen. Then 70 ml of toluene and 0.10 mol (about 13.7 ml) of triethylamine were added added. The mixture was then heated to just below its boiling point (approx. 96 ° C., oil bath temperature approx. 107 ° C.) while stirring and under a nitrogen atmosphere. 4 more DOPO portions were added at 45 minute intervals (7.57 g, 6.49 g, 5.41 g, 4.32 g, a total of 32.44 g, 0.15 mol). The mixture was stirred for a further 60 minutes at the same internal temperature (approx. 96 ° C.). A 31 P-NMR sample showed traces of unconverted DOPO 1 hour after the last addition of DOPO. The reaction mixture was stored overnight and a further NMR sample showed an essentially complete conversion of the DOPO.
Zur Abtrennung des überschüssigen Ethylenglycol-dimethacrylat wurden 31 ml n-Hexan zugefügt. Um eine bessere Phasentrennung zu erreichen wurde der Kolben über 12 Stunden im Tiefkühlschrank gelagert. Beide Phasen wurden im Scheidetrichter getrennt. Danach wurden nochmals 100 ml n-Hexan zugegeben und die Phasen erneut im Scheidetrichter getrennt. To separate off the excess ethylene glycol dimethacrylate, 31 ml of n-hexane were added. In order to achieve better phase separation, the flask was stored in the freezer for 12 hours. The two phases were separated in a separating funnel. Then another 100 ml of n-hexane were added and the phases were again separated in a separating funnel.
Das Umsetzungsprodukt wurde anschließend mit 36 g Methylmethacrylat (Molverhältnis 1 :2) copolymerisiert. Dazu wurden das Umsetzungsprodukt sowie 200 ml Toluol und 36 g entstabilisiertes Methylmethacrylat in einen Dreihalskolben gegeben und die Lösung unter Stickstoffatmosphäre auf 97 °C erwärmt. Da die Lösung keinen Sauerstoff enthalten darf, wurde 1 ,5 Stunden bei gleichbleibender Temperatur gerührt. Dann wurden unter kräftigem Rühren innerhalb von 5 Minuten 3 ml der 0,2 M AIBN-Lösung hinzugetropft. Die Lösung begann stark zu sieden. Nach 10 Minuten wurde die Temperatur des Ölbades auf 117 °C erhöht. Nach 10 Minuten schied sich eine voluminöse gelartige Substanz aus der Lösung aus und die Reaktion wurde noch 1 Stunde lang fortgeführt. The reaction product was then copolymerized with 36 g of methyl methacrylate (molar ratio 1: 2). For this purpose, the reaction product and 200 ml of toluene and 36 g of destabilized methyl methacrylate were placed in a three-necked flask and the solution was heated to 97 ° C. under a nitrogen atmosphere. Since the solution must not contain oxygen, the mixture was stirred for 1.5 hours at the same temperature. Then, with vigorous stirring, 3 ml of the 0.2 M AIBN solution were added dropwise over the course of 5 minutes. The solution began to boil heavily. After 10 minutes the temperature of the oil bath was increased to 117 ° C. After 10 minutes, a bulky gel-like substance precipitated out of the solution and the reaction was continued for an additional hour.
Das erhaltene Polymerprodukt wurde 24 Stunden bei 150 °C im Vakuumtrocken schrank getrocknet und anschließend klein gemahlen. Es entstand ein gelblich weißes Pulver. Die Trocknungstemperatur war evtl zu hoch und das Produkt hatte sich teilweise zersetzt. Die TGA-Analyse ergab eine Zersetzungstemperatur von 258 °C bei einem Masseverlust von 5%. Mit dem Pulver wurde in der Laborpresse ein Probekörper erstellt. Dieser war gelblich, leicht transparent und sehr spröde, er konnte nicht aus der Form entfernt werden ohne zu zerbrechen. Der Vernetzungs grad war immer noch zu groß. The polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 150 ° C. for 24 hours and then finely ground. A yellowish white powder resulted. The drying temperature was possibly too high and the product had partially decomposed. The TGA analysis showed a decomposition temperature of 258 ° C with a mass loss of 5%. A test specimen was created with the powder in the laboratory press. This was yellowish, slightly transparent and very brittle, it could not be removed from the mold without breaking. The degree of networking was still too great.
Die erhaltenen Stücke wurden in einer UL94 Kammer untersucht. Der gepresste Probekörper zeigte im Flammtest ein im Vergleich zu reinem PMMA stark verlangsamtes Brennverhalten, jedoch nicht das gewünschte Selbstverlöschen nach der Beflammung. The pieces obtained were examined in a UL94 chamber. In the flame test, the pressed test specimen showed a greatly slowed down burning behavior compared to pure PMMA, but not the desired self-extinguishing after exposure to the flame.
Vergleichsbeispiel VB4 Comparative example CE4
Gegenüber Vergleichsbeispiel 3 wurde der Überschuss Ethylenglycol-dimeth- acrylat auf 2,5:1 erhöht. In den mit Stickstoff gefüllten 1 I-Dreihalskolben wurden 0,75 mol (148,6 g) Ethylenglycol-dimethacrylat sowie 26 g DOPO gegeben. Dann wurden 140 ml Toluol sowie 0,5 mol (ca. 68 ml) Triethylamin hinzugefügt. Anschließend wurde die Mischung unter Rühren und Stickstoffatmosphäre bis knapp unter ihren Siedepunkt erwärmt (ca. 96 °C, Ölbadtemperatur ca. 107 °C). In Abständen von jeweils 60 Minuten wurden 2 weitere DOPO-Portionen hinzu gegeben (21 ,6 g, 17,3 g, insgesamt 64,88 g, 0,3 mol). Es wurde 60 Minuten bei unveränderter Innentemperatur (ca. 96 °C) weiter gerührt. Anschließend wurde eine NMR-Probe entnommen, die eine vollständige Umsetzung von DOPO anzeigte. Compared to Comparative Example 3, the excess ethylene glycol dimethacrylate was increased to 2.5: 1. 0.75 mol (148.6 g) of ethylene glycol dimethacrylate and 26 g of DOPO were placed in the 1 l three-necked flask filled with nitrogen. 140 ml of toluene and 0.5 mol (approx. 68 ml) of triethylamine were then added. The mixture was then heated to just below its boiling point (approx. 96 ° C., oil bath temperature approx. 107 ° C.) with stirring and under a nitrogen atmosphere. Two further DOPO portions were added at intervals of 60 minutes each (21.6 g, 17.3 g, a total of 64.88 g, 0.3 mol). The mixture was stirred for a further 60 minutes at the same internal temperature (approx. 96 ° C.). An NMR sample was then taken, which indicated complete conversion of DOPO.
Triethylamin und Toluol wurden am Rotationsverdampfer im Vakuum abdestilliert. Als nächstes wurde 3 mal mit 100 ml n-Hexan ausgeschüttelt. Anschließend wurde eine Vakuumdestillation durchgeführt bis bei einer Ölbadtemperatur von 85°C, einer Kopftemperatur von 50°C und einem Vakuum von 0,05 mbar kein Dimethacrylat mehr in der Vorlage kondensierte. Die Vakuumdestillation wurde noch zweimal bei jeweils erhöhter Temperatur, 95 bzw. 105 °C Ölbadtemperatur, wiederholt. Allerdings polymerisierte dabei die Produktlösung teilweise spontan. Das 1H-NMR zeigte, dass noch immer Dimethacrylate im Umsetzungsprodukt enthalten waren. Triethylamine and toluene were distilled off in vacuo on a rotary evaporator. Next, it was extracted 3 times with 100 ml of n-hexane. A vacuum distillation was then carried out until no more dimethacrylate condensed in the receiver at an oil bath temperature of 85 ° C., a head temperature of 50 ° C. and a vacuum of 0.05 mbar. The vacuum distillation was repeated twice at an elevated temperature, 95 ° and 105 ° C. oil bath temperature, respectively. However, some of the product solution polymerized spontaneously. The 1 H-NMR showed that dimethacrylates were still contained in the reaction product.
Das Umsetzungsprodukt (119 g) wurde in 450 ml Toluol gelöst und in den Dreihalskolben überführt. Danach wurden ca. 36 g entstabilisiertes Methyl- methacrylat hinzugefügt und die Lösung unter Stickstoffatmosphäre auf 97 °C erwärmt. Es wurde 1,5 Stunden bei gleichbleibender Temperatur gerührt. Dann wurden unter kräftigem Rühren innerhalb von 4 Minuten 2 ml der 0,2 M AIBN- Lösung zugetropft und die Temperatur des Ölbades auf 117 °C erhöht. Nach 10 Minuten wurde nochmal 1 ml AIBN hinzugegeben. Die Lösung begann stark zu sieden. Nach 15 Minuten wurde die Lösung viskoser. Es waren weiße Flocken zu erkennen. Nach 17 Minuten schied sich eine voluminöse gelartige Substanz aus der Lösung aus und die Reaktion wurde noch 1 Stunde lang fortgeführt. The reaction product (119 g) was dissolved in 450 ml of toluene and transferred to the three-necked flask. About 36 g of destabilized methyl methacrylate were then added and the solution was heated to 97 ° C. under a nitrogen atmosphere. It was stirred for 1.5 hours at the same temperature. Then, with vigorous stirring, 2 ml of the 0.2 M AIBN solution were added dropwise over the course of 4 minutes, and the temperature of the oil bath was increased to 117.degree. After 10 minutes, another 1 ml of AIBN was added. The solution began to boil heavily. After 15 minutes the solution became more viscous. White flakes could be seen. After 17 minutes, a bulky gel-like substance precipitated from the solution and the reaction was continued for an additional hour.
Das erhaltene Polymerprodukt wurde 24 Stunden bei 100 °C im Vakuumtrocken schrank getrocknet und anschließend mit einem Mörser und Pistill aus Keramik klein gemahlen. Die TGA-Analyse ergab eine Zersetzungstemperatur von 241 °C bei einem Masseverlust von 5%. Mit dem Pulver wurde in der Laborpresse ein Probekörper erstellt. Dieser war transparenter als in den Vergleichsbeispielen VB1 , VB2 und VB3, aber immer noch sehr spröde. Er konnte nicht aus der Form entfernt werden ohne zu zerbrechen. The polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours and then finely ground with a ceramic mortar and pestle. The TGA analysis showed a decomposition temperature of 241 ° C. with a weight loss of 5%. A test specimen was created with the powder in the laboratory press. This was more transparent than in the comparative examples CE1, CE2 and CE3, but still very brittle. It could not be removed from the mold without breaking.
Die erhaltenen Stücke wurden in einer UL94 Kammer untersucht, der gepresste Probekörper wies im Vergleich zu VB3 kein verbessertes Brandverhalten auf.The pieces obtained were examined in a UL94 chamber; the pressed test specimen did not show any improved fire behavior compared to VB3.
Vergleichsbeispiel VB5 Comparative example CE5
Der Überschuss Ethylenglycol-dimethacrylat wurde auf ein Molverhältnis von 3,5:1 noch weiter erhöht. In den mit Stickstoff gefüllten 1 I-Dreihalskolben wurden 0,7 mol (138,8 g) Ethylenglycol-dimethacrylat sowie 17,3 g DOPO gegeben. Dann wurden 100 ml Toluol sowie 0,4 mol (ca. 55,5 ml) Triethylamin zugefügt. Anschließend wurde die Mischung unter Rühren und Stickstoffatmosphäre bis knapp unter ihren Siedepunkt erwärmt (ca. 96 °C, Ölbadtemperatur ca. 107 °C). In Abständen von jeweils 60 Minuten wurden 2 weitere DOPO-Portionen zugegeben (15,3 g, 10,8 g, insgesamt 43,24 g, 0,2 mol). Es wurde 60 Minuten bei unveränderter Innentemperatur (ca. 96 °C) weiter gerührt. Anschließend wurde eine NMR-Probe entnommen, die eine vollständige Umsetzung von DOPO zeigte.The excess ethylene glycol dimethacrylate was increased even further to a molar ratio of 3.5: 1. 0.7 mol (138.8 g) of ethylene glycol dimethacrylate and 17.3 g of DOPO were placed in the 1 l three-necked flask filled with nitrogen. 100 ml of toluene and 0.4 mol (approx. 55.5 ml) of triethylamine were then added. The mixture was then stirred under a nitrogen atmosphere until heated to just below their boiling point (approx. 96 ° C, oil bath temperature approx. 107 ° C). Two further DOPO portions were added at intervals of 60 minutes each (15.3 g, 10.8 g, a total of 43.24 g, 0.2 mol). The mixture was stirred for a further 60 minutes at the same internal temperature (approx. 96 ° C.). An NMR sample was then taken which showed complete conversion of DOPO.
Triethylamin und Toluol wurden am Rotationsverdampfer im Vakuum abdestilliert und mit dem Rückstand eine Vakuumdestillation (Ölbadtemperatur 80 °C, Vakuum 0,04 mbar) durchgeführt. Während der Vakuumdestillation erfolgte bei einer Steigerung der Ölbadtemperatur auf 110 °C eine spontane Polymerisation des Produktes, es ließ sich nicht mehr rühren. Triethylamine and toluene were distilled off in vacuo on a rotary evaporator and vacuum distillation (oil bath temperature 80 ° C., vacuum 0.04 mbar) was carried out with the residue. During the vacuum distillation, when the oil bath temperature was increased to 110 ° C., spontaneous polymerization of the product took place and it was no longer possible to stir.
Die Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigen, dass weder mit etwa äquimolaren Mengen Edukt noch mit einem Überschuss an Oxaphosphaphenantrenoxid ein brauchbares Acrylat-Comonomer erhalten wird. Nur wenn wie erfindungsgemäß vorgesehen ein ausreichender Überschuss an Diacrylat verwendet wird, lässt sich ein nur einfach mit Oxaphospaphenantrenoxid umgesetztes Diacrylat erhalten.The examples and comparative examples show that a usable acrylate comonomer is obtained neither with approximately equimolar amounts of starting material nor with an excess of oxaphosphaphenantrene oxide. Only if a sufficient excess of diacrylate is used, as provided according to the invention, can a diacrylate which has only simply reacted with oxaphospaphenantrene oxide be obtained.
Der Überschuss an a,w-Alkyldiol-diacrylat ließ sich ausreichend gut abtrennen. Im Falle der a,w-Alkyldiol-dimethacrylate gelingt dies dagegen nicht. Insbesondere die Vergleichsbeispiele 1 und 2 zeigen, dass mit einer direkten Copolymerisation von Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomeren mit weiteren (Meth)Acrylat- monomeren, wie es in WO 2019/141572 A1 und JP 2016-060865 A vorge schlagen wird, keine thermoplastischen (Meth)Acrylatpolymere erhalten werden. Neben der Auswahl von a,w-Alkyldiol-diacrylat und einem Überschuss davon ist auch die erfindungsgemäß vorgesehene Abtrennung des nicht umgesetzten a,w-Alkyldiol-diacrylat notwendig, um thermoplastische (Meth)Acrylatpolymeren zu erhalten. Die folgende Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Beispiele und Vergleichsbeispiele. Tabelle 1 The excess of α, w-alkyl diol diacrylate could be separated off with sufficient ease. In the case of the a, w-alkyldiol dimethacrylate, however, this does not succeed. In particular, comparative examples 1 and 2 show that with a direct copolymerization of oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers with further (meth) acrylate monomers, as proposed in WO 2019/141572 A1 and JP 2016-060865 A, no thermoplastic (meth) acrylate polymers can be obtained. In addition to the selection of α, w-alkyl diol diacrylate and an excess thereof, the separation of the unreacted α, w-alkyl diol diacrylate provided according to the invention is also necessary in order to obtain thermoplastic (meth) acrylate polymers. The following table 1 gives an overview of the examples and comparative examples. Table 1
Beispiel 6_ Example 6_
Analog zu Beispiel 2 wurde ein DOPO-Acrylatmonomer aus DOPO und 1,4-Butan- dioldiacrylat hergestellt, jedoch mit einem molaren Verhältnis von Butandiol- diacrylat zu DOPO von 7:1. Dazu wurden in einen mit Stickstoff gefüllten 250ml- Dreihalskolben 1,25 mol (297,3 g) destilliertes Butandioldiacrylat, 13,6 g DOPO sowie 30 mg 4-Methoxyphenol gegeben. Dann wurden 35 ml Triethylamin mittels Spritze durch das Septum hinzugefügt, und die Mischung wurde unter Rühren und Stickstoffatmosphäre im Verlauf von 20 min bis auf 85 - 87°C erwärmt (Ölbad temperatur). Dann wurden weitere 9,0 g DOPO hinzugefügt. Nach weiteren 20 min wurde eine dritte Portion DOPO zugesetzt (9,0 g). Drei weitere Portionen (je 7,5 g) wurden in Abständen von ebenfalls je 20 min zugegeben. Die Reaktionsmischung wurde noch 30 min. bei unveränderter Temperatur gerührt. Dann wurde die Heizung abgestellt. Während der Phospha-Michael-Addition wurden in Abständen von je ca. 15 min. je 20 ml Luft eingespritzt um den Inhibitor aktiv zu halten. Analogously to Example 2, a DOPO acrylate monomer was produced from DOPO and 1,4-butanediol diacrylate, but with a molar ratio of butanediol diacrylate to DOPO of 7: 1. For this purpose, 1.25 mol (297.3 g) of distilled butanediol diacrylate, 13.6 g of DOPO and 30 mg of 4-methoxyphenol were placed in a 250 ml three-necked flask filled with nitrogen. 35 ml of triethylamine were then added via a syringe through the septum, and the mixture was heated to 85-87 ° C. over the course of 20 minutes (oil bath temperature) with stirring and under a nitrogen atmosphere. Then a further 9.0 g of DOPO was added. After a further 20 minutes a third portion of DOPO was added (9.0 g). Three further portions (7.5 g each) were added at intervals of 20 minutes each. The reaction mixture was stirred for a further 30 minutes at the same temperature. Then the heating was turned off. During the Phospha-Michael addition, 20 ml of air were injected at intervals of about 15 minutes each in order to keep the inhibitor active.
Für die Isolierung des DOPO-Monomers wurde die erhaltene Produkt-Lösung in zwei Teile geteilt. Die Produktisolierung erfolgte für beide Teile, indem zunächst das Triethylamin abdestilliert wurde, wobei zu Beginn ein Teilvakuum angelegt wurde und das Ölbad bis max. 50°C erwärmt wurde. Dann wurde der Hauptteil des überschüssigen Butandioldiacrylates destilliert (ca. 0,02 mbar), wobei bis 105°C erwärmt wurde, um eine spontane Polymerisation zu vermeiden. Zum Destillationsrückstand wurden 250 ml Cyclohexan gegeben, und dann wurde rasch zum Sieden erhitzt. Nach ca. 5 min. intensiven Rührens unter Rückfluss wurde das Ölbad entfernt. Anschließend wurde der Kolbeninhalt im Wasserbad auf ca. 40 °C abgekühlt, dann im Kühlschrank gekühlt, woraufhin die über stehende, leicht milchig trübe Phase dekantiert wurde. Es wurden weitere neun Extraktionen in analoger Weise durchgeführt (Cyclohexan wurde jeweils zurück gewonnen). Nun wurde der Extraktionsrückstand innerhalb von 45 min. auf 105 °C erwärmt, wobei der Druck auf ca. 0,02 mbar abgesenkt wurde. Diese Bedingun gen wurden ca. 20 min. gehalten. Nach dem Abkühlen wurde das DOPO-Mono- mer als leicht trübes, viskoses und farbloses Öl erhalten. Das in Deutero-Chloro- form aufgezeichnete 1H-NMR-Spektrum des auf diese Weise erhaltenen DOPO- Monomers zeigte eine gute Reinheit. Insbesondere zeigte es die erfolgreiche Abtrennung des überschüssigen 1 ,4-Butandioldiacrylats (< 1 Gew.-% Diacrylat; der Anteil an zweifach DOPO-funktionalisiertem Produkt betrug etwa 6 Gew.-%). To isolate the DOPO monomer, the product solution obtained was divided into two parts. The product was isolated for both parts by first distilling off the triethylamine, a partial vacuum being applied at the beginning and the oil bath being heated to a maximum of 50 ° C. The main part of the excess butanediol diacrylate was then distilled (approx. 0.02 mbar), heating up to 105 ° C. in order to avoid spontaneous polymerization. 250 ml of cyclohexane were added to the distillation residue and the mixture was then rapidly heated to the boil. After about 5 minutes of intensive stirring under reflux, the oil bath was removed. The contents of the flask were then cooled to approx. 40 ° C. in a water bath, then cooled in the refrigerator, whereupon the slightly milky, cloudy phase above was decanted. A further nine extractions were carried out in an analogous manner (cyclohexane was recovered in each case). The extraction residue was then heated to 105 ° C. over a period of 45 minutes, the pressure being reduced to about 0.02 mbar. These conditions were maintained for about 20 minutes. After cooling, the DOPO mono- mer as a slightly cloudy, viscous and colorless oil. The 1 H-NMR spectrum, recorded in deutero-chloroform, of the DOPO monomer obtained in this way showed good purity. In particular, it showed the successful removal of the excess 1,4-butanediol diacrylate (<1% by weight of diacrylate; the proportion of doubly DOPO-functionalized product was about 6% by weight).
52,82 g des DOPO-Monomers wurden für die Copolymerisation mit Methylmeth- acrylat in 200 ml Toluol gelöst und in einen Dreihalskolben überführt. Danach wurden ca. 35 g entstabilisiertes Methylmethacrylat zugefügt, die Lösung unter Stickstoffatmosphäre auf 97 °C erwärmt und 2 Stunden bei gleichbleibender Temperatur gerührt. Dann wurde unter kräftigem Rühren innerhalb von 2 Minuten 1 ml einer 0,2 M AIBN-Lösung zugetropft und die Temperatur des Ölbades auf 117 °C erhöht. Nach 14 Minuten wurde nochmal 1 ml AIBN zugegeben. Die Lösung begann stark zu sieden. Nach 27 Minuten wurde die Lösung viskoser und nach 34 Minuten schied sich eine voluminöse gelartige Substanz aus der Lösung aus. Die Reaktion wurde noch 1 Stunde lang fortgeführt. 52.82 g of the DOPO monomer were dissolved in 200 ml of toluene for the copolymerization with methyl methacrylate and transferred to a three-necked flask. About 35 g of destabilized methyl methacrylate were then added, the solution was heated to 97 ° C. under a nitrogen atmosphere and stirred for 2 hours at the same temperature. Then, with vigorous stirring, 1 ml of a 0.2 M AIBN solution was added dropwise over the course of 2 minutes, and the temperature of the oil bath was increased to 117.degree. After 14 minutes, another 1 ml of AIBN was added. The solution began to boil heavily. After 27 minutes the solution became more viscous and after 34 minutes a voluminous gel-like substance separated from the solution. The reaction was continued for an additional hour.
Das erhaltene Polymerprodukt wurde 24 Stunden bei 100 °C im Vakuumtrocken schrank getrocknet. Nach der Trocknung blieb das Produkt leicht gummiartig und konnte nicht mit dem Mörser klein gemahlen werden. Die TGA-Analyse ergab eine ähnliche Zersetzungstemperatur wie bei Beispiel 1 und 2, 312 °C bei einem Masseverlust von 5 %. Mit dem Produkt wurden in einer Laborpresse bei einem Druck von 25 bar innerhalb von 4 Minuten Probekörper erstellt. Bei 190 °C blieb der Probekörper sehr elastisch und gummiartig. Bei einer Temperatur ab 225 °C wurde der Probekörper fest und spröde. Der Probekörper zeigte eine gute Trans parenz. Bei der Untersuchung in der UL94 Kammer verlosch der kurzzeitig bei 225°C gepresste Probekörper nach der ersten Beflammung von 10 Sekunden direkt und nach der zweiten brannte er nur ca. 4 Sekunden, d.h. er erreichte eine Klassifizierung V0. Die Ergbenisse der Prüfung des Brandverhaltens sind in Tabelle 2 aufgelistet. Beispiel 7 The polymer product obtained was dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C. for 24 hours. After drying, the product remained slightly rubbery and could not be ground into small pieces with a mortar. The TGA analysis showed a similar decomposition temperature as in Examples 1 and 2, 312 ° C. with a mass loss of 5%. Test specimens were produced with the product in a laboratory press at a pressure of 25 bar within 4 minutes. At 190 ° C the test specimen remained very elastic and rubbery. At a temperature of 225 ° C. or more, the test specimen became solid and brittle. The test specimen showed good transparency. During the investigation in the UL94 chamber, the test specimen pressed briefly at 225 ° C. went out immediately after the first exposure of 10 seconds and after the second it only burned for about 4 seconds, ie it achieved a classification V0. The results of the fire behavior test are listed in Table 2. Example 7
Das DOPO-Monomer von Beispiel 6 wurde in verschiedenen Mengen mit The DOPO monomer of Example 6 was used in various amounts
Methylmethacrylat und DDPO-HEMA, A = sowohl mit als auch ohne Zugabe eines weiteren Monomers, wie Methylacrylat oder n-Butylmethacrylat, zu einem Methylacrylatpolymer umgesetzt. Es erfolgte eine Suspensionspolymerisation in Wasser mit 1 -Decylthiol als Regler und Dibenzoylperoxid (BPO) als Initiator. Die flüssigen Monomere wurden vor der Polymerisation entstabilisiert; DDPO-HEMA (A) wurde aus fe/f-Butylmethylether umkristallisiert (Schmelzpunkt 50,5 °C). Die Synthesen der Methacrylatpolymere wurden in einer Reaktionsapparatur durchgeführt, die aus einem 250 ml Dreihalskolben, Magnetrührer, Heizbad, einem Tropftrichter sowie einem Rückflusskühler, auf den ein Dreiwegehahn mit Blasenzähler aufgesetzt war, bestand. Sowohl der Tropftrichter wie auch der Dreiwegehahn auf dem Rückflusskühler waren mit einer Schlenk-Linie verbunden. Methyl methacrylate and DDPO-HEMA, A = converted to a methyl acrylate polymer both with and without the addition of a further monomer, such as methyl acrylate or n-butyl methacrylate. A suspension polymerization took place in water with 1-decylthiol as regulator and dibenzoyl peroxide (BPO) as initiator. The liquid monomers were destabilized before the polymerization; DDPO-HEMA (A) was recrystallized from fe / f-butyl methyl ether (melting point 50.5 ° C.). The syntheses of the methacrylate polymers were carried out in a reaction apparatus which consisted of a 250 ml three-necked flask, magnetic stirrer, heating bath, a dropping funnel and a reflux condenser to which a three-way stopcock with a bubble counter was attached. Both the dropping funnel and the three-way stopcock on the reflux condenser were connected with a Schlenk line.
Aus den erhaltenen Methacrylatpolymeren wurden kompakte transparente Prüfstäbe sowie transparente Folien unterschiedlicher Dicke mit einer öl hydraulischen Laborpresse des Typs HB 20300 (Schmidt Maschinentechnik; Bretten-Bauerbach, Deutschland) hergestellt. Die Prüfstäbe hatten folgende Abmessungen: 70 mm x 10 mm x 0,8 mm. Beim Pressen wurden Temperaturen von 210-245°C angewendet (abhängig vom Schmelzverhalten der Methacrylat polymere). Die Mengen und Ergebnisse der Prüfung des Brandverhaltens sind in Tabelle 2 aufgelistet. From the methacrylate polymers obtained, compact, transparent test bars and transparent films of different thicknesses were produced using an oil hydraulic laboratory press of the type HB 20300 (Schmidt Maschinentechnik; Bretten-Bauerbach, Germany). The test bars had the following dimensions: 70 mm x 10 mm x 0.8 mm. When pressing, temperatures of 210-245 ° C were used (depending on the melting behavior of the methacrylate polymers). The quantities and results of the fire behavior test are listed in Table 2.
Beispiel 7a Example 7a
Für die Copolymerisation wurde in den Tropftrichter eine Mischung aus 1 ,35 g DDPO-HEMA (A), 1,35 g DOPO-Monomer, 7,3 g Methylmethacrylat, 34 mg 1-Decylmercaptan und 67 mg wasserhaltigem BPO gegeben. Dann wurde zweimal kurzzeitig Vakuum angelegt und jeweils wieder Stickstoff einströmen gelassen. Um den Sauerstoff zu entfernen wurde die Mischung aus Wasser und 1,3 ml einer 2-%-igen Lösung des Suspensionsstabilisators Kuraray Poval 25-88 (teilweise hydrolysierter Polyvinylalkohol) 30 min. bei 85 - 90°C gerührt, wobei ein moderater Stickstoffstrom durch den Dreiwegehahn in die Apparatur und zum Blasenzähler geleitet wurde. Nachdem die wässrige Lösung auf ca. 62 °C abgekühlt worden war, wurde die Lösung aus dem Tropftrichter hinzugefügt. Dann wurde der Kolbeninhalt innerhalb von 20 min. auf 73 °C unter Rühren erwärmt. Es entstand eine milchige Emulsion. Die Verbindung zum Blasenzähler wurde 10 min. nach der Monomer-Zugabe abgesperrt. Nun wurde in Abständen von je ca. For the copolymerization, a mixture of 1.35 g of DDPO-HEMA (A), 1.35 g of DOPO monomer, 7.3 g of methyl methacrylate, 34 mg was placed in the dropping funnel Given 1-decyl mercaptan and 67 mg of hydrous BPO. Vacuum was then applied twice briefly and nitrogen was allowed to flow in again in each case. To remove the oxygen, the mixture of water and 1.3 ml of a 2% solution of the suspension stabilizer Kuraray Poval 25-88 (partially hydrolyzed polyvinyl alcohol) was stirred for 30 minutes at 85-90 ° C., with a moderate stream of nitrogen flowing through it the three-way stopcock was fed into the apparatus and to the bubble counter. After the aqueous solution had been cooled to approx. 62 ° C., the solution was added from the dropping funnel. The contents of the flask were then heated to 73 ° C. over the course of 20 minutes while stirring. A milky emulsion resulted. The connection to the bubble counter was shut off 10 minutes after the addition of the monomer. Now, at intervals of approx.
15 min. die Temperatur um jeweils 1 °C gesteigert, bis eine Temperatur von 82 °C erreicht worden war. Es wurde vier Stunden kräftig gerührt. Danach wurde eine Lösung aus 65 mg BPO und 500 mg Methylmethacrylat hinzugefügt und die Temperatur auf 87 °C gesteigert. Bei dieser Temperatur wurde die Reaktions mischung 12 h unter Stickstoffatmosphäre gerührt. Es entstanden Kügelchen, zudem auch etwas kompaktes Material. Die überstehende wässrige Lösung wurde dekantiert, dann wurde Wasser zugegeben und durch ein Papierfilter abgesaugt. Das Methacrylatpolymer wurde 5 h bei 80 °C sowie eine Stunde bei 100 °C im Vakuum (ca. 0,02 mbar) getrocknet. Das in Deutero-Chloroform aufgezeichnete 31P-NMR-Spektrum dieses Polymers beinhaltete nur die Signale der DOPO- Einheit (ca. 36 ppm) sowie der DDPO-Einheit (-8,2 ppm). Das Verhältnis der Signalintegrale entsprach nahezu dem zu erwartenden Wert von 1 ,00:1 ,50. Es wurden ca. 9 g des Methacrylatpolymers erhalten. The temperature was increased by 1 ° C. for 15 minutes until a temperature of 82 ° C. was reached. It was stirred vigorously for four hours. A solution of 65 mg of BPO and 500 mg of methyl methacrylate was then added and the temperature was increased to 87.degree. At this temperature, the reaction mixture was stirred for 12 hours under a nitrogen atmosphere. The result was globules and also somewhat compact material. The supernatant aqueous solution was decanted, then water was added and suction filtered through a paper filter. The methacrylate polymer was dried for 5 hours at 80 ° C. and for one hour at 100 ° C. in a vacuum (approx. 0.02 mbar). The 31 P-NMR spectrum of this polymer recorded in deutero-chloroform only contained the signals of the DOPO unit (approx. 36 ppm) and the DDPO unit (-8.2 ppm). The ratio of the signal integrals almost corresponded to the expected value of 1.00: 1.50. Approx. 9 g of the methacrylate polymer were obtained.
Beispiel 7b Example 7b
Für die Copolymerisation wurden in den Dreihalskolben 65 ml entionisiertes Wasser sowie 1,3 ml einer 2 Gew.-%-igen wässrigen Lösung von Kuraray Poval 25-88 KL (Suspensions-Stabilisator, teilweise hydrolysierter Polyvinylalkohol) gegeben. In den Tropftrichter wurde eine aus 1,7 g DDPO-HEMA (A), 1,5 g des DOPO-Monomers, 6,0 g Methylmethacrylat, 0,8 g Methylacrylat, 45 mg 1 -Decylthiol sowie 80 mg wasserhaltigem BPO (60 mg reines BPO) bestehende Lösung gegeben. Der Tropftrichter wurde zweimal teilevakuiert und wieder mit Stickstoff befüllt, um den Luftsauerstoff aus der Reagenzmischung zu entfernen. Auch der die wässrige Lösung enthaltende Reaktionskolben wurde zweimal teilevakuiert und jeweils wieder mit Stickstoff gefüllt. Dann wurde der Kolbeninhalt unter Rühren auf 95 °C erwärmt, wobei ein moderater Stickstoffstrom durch den Dreiwegehahn in die Apparatur und zum Blasenzähler geleitet wurde. Nach 30 min. Rühren wurde die Temperatur auf ca. 65 °C gesenkt. Zur auf diese Weise vom Sauerstoff befreiten wässrigen Lösung wurde der Inhalt des Tropftrichters gegeben. Dann wurde der Kolbeninhalt innerhalb von ca. 20 min. im schwachen Stickstoffstrom unter Rühren auf 73 °C erwärmt. Im Verlauf von zwei Stunden wurde die Temperatur auf 83 °C gesteigert. Es wurde weiterhin ein moderater Stickstoffstrom zum Blasenzähler geleitet. Nach einerweiteren Stunde wurde eine Lösung von ca. 35 mg wasserhaltigem BPO in 0,37 g Methylmethacrylat durch den Tropftrichter hinzugefügt. Anschließend wurde die Temperatur des Heizbades auf 87 °C erhöht. Nach weiteren 30 min. wurde die Verbindung zum Blasenzähler unterbrochen. Das Rühren bei 87 °C wurde 12 h fortgeführt. Dann wurde die wässrige Phase dekantiert. Es wurde ein Methacrylatpolymer als kompakte Stücke und folienartiges Material erhalten. Dieses Polymer war löslich in Chloroform und Dimethylsulfoxid. Um Monomerreste sowie Wasser zu entfernen wurde das Polymer im Vakuum (ca. 0,02 mbar) zuerst 3 h auf 90 °C und dann 45 min. auf 105 °C erwärmt. Im 31P-NMR-Spektrum des so erhaltenen Methacrylatpolymers waren die Signale der DOPO-Einheit und der DDPO-Einheit bei ca. 36 ppm bzw. ca. -8 ppm vorhanden, wobei das Intergral-Verhältnis annähernd dem Erwartungswert entsprach. For the copolymerization, 65 ml of deionized water and 1.3 ml of a 2% by weight aqueous solution of Kuraray Poval 25-88 KL (suspension stabilizer, partially hydrolyzed polyvinyl alcohol) were placed in the three-necked flask. One of 1.7 g of DDPO-HEMA (A), 1.5 g of des DOPO monomer, 6.0 g of methyl methacrylate, 0.8 g of methyl acrylate, 45 mg of 1-decylthiol and 80 mg of hydrous BPO (60 mg of pure BPO) were added. The dropping funnel was partially evacuated twice and refilled with nitrogen in order to remove the atmospheric oxygen from the reagent mixture. The reaction flask containing the aqueous solution was also partially evacuated twice and each time refilled with nitrogen. The contents of the flask were then heated to 95 ° C. with stirring, a moderate stream of nitrogen being passed through the three-way stopcock into the apparatus and to the bubble counter. After stirring for 30 minutes, the temperature was lowered to about 65 ° C. The contents of the dropping funnel were added to the aqueous solution thus deoxygenated. The contents of the flask were then heated to 73 ° C. in a gentle stream of nitrogen with stirring over a period of about 20 minutes. The temperature was increased to 83 ° C over the course of two hours. A moderate stream of nitrogen continued to be passed to the bubble counter. After a further hour, a solution of approx. 35 mg of hydrous BPO in 0.37 g of methyl methacrylate was added through the dropping funnel. The temperature of the heating bath was then increased to 87 ° C. After a further 30 minutes, the connection to the bubble counter was interrupted. Stirring at 87 ° C. was continued for 12 hours. Then the aqueous phase was decanted. A methacrylate polymer was obtained as compact pieces and sheet-like material. This polymer was soluble in chloroform and dimethyl sulfoxide. In order to remove monomer residues and water, the polymer was heated in vacuo (approx. 0.02 mbar) first to 90 ° C. for 3 hours and then to 105 ° C. for 45 minutes. In the 31 P-NMR spectrum of the methacrylate polymer thus obtained, the signals of the DOPO unit and the DDPO unit were present at approx. 36 ppm and approx. -8 ppm, the integral ratio approximately corresponding to the expected value.
Beispiel 7c Example 7c
Für die Copolymerisation wurden in den Dreihalskolben 55 ml entionisiertes Wasser sowie 1,5 ml einer 2 Gew.-%-igen wässrigen Lösung von Kuraray Poval 25-88 KL (Suspensions-Stabilisator, teilweise hydrolysierter Polyvinylalkohol) gegeben. Dann wurde eine Lösung aus 1 ,9 g DDPO-HEMA, 1 ,7 g des DOPO- Monomers, 5,4 g Methylmethacrylat, 1,0 g Methylacrylat, 25 mg 1 -Decylthiol sowie 90 mg wasserhaltigem BPO (entsprechend 67 mg reines BPO) in den Tropftrichter gegeben. Der Tropftrichter wurde zweimal teilevakuiert und wieder mit Stickstoff befüllt, um den Luftsauerstoff aus der Reagenzmischung zu entfernen. Auch der die wässrige Lösung enthaltende Reaktionskolben wurde zweimal teilevakuiert und jeweils wieder mit Stickstoff gefüllt. Dann wurde der Kolbeninhalt unter Rühren auf 95 °C erwärmt, wobei ein moderater Stickstoffstrom durch den Dreiwegehahn in die Apparatur und zum Blasenzähler geleitet wurde. Nach 30 min Rühren wurde die Temperatur auf ca. 65 °C abgesenkt. Zur so vom Sauerstoff befreiten wässrigen Lösung wurde der Inhalt des Tropftrichters gegeben. Dann wurde die Temperatur des Ölbads unter kräftigem Rühren der Reaktionsmischung auf 75 °C erhöht, wobei eine milchig-weiße Suspension entstand. Das Rühren wurde 3,5 h fortgesetzt, wobei die Temperatur des Heizbades allmählich bis auf 84 °C erhöht wurde. Dann wurde im Stickstoffgegenstrom eine Lösung von 35 mg BPO, 0,33 g Methylmethacrylat und 0,07 g Methylacrylat im Stickstoffgegenstrom durch den Tropftrichter hinzugefügt. Anschließend wurde die Temperatur des Heizbades auf 87 °C gesteigert. Nach einer weiteren Stunde wurde die Verbindung zum Blasenzähler unterbrochen und das Kühlwasser abgestellt. Die Reaktionsmischung wurde unter diesen Bedingungen weitere 12 h gerührt. Dann wurde die wässrige Lösung vom Methacrylatpolymer, das sich teils als Kügelchen, teils als kompaktes bzw. folienartiges Material gebildet hatte, dekantiert. Das Methacrylatpolymer wurde dreimal mit Wasser gewaschen und auf Filterpapier getrocknet. Das in Deutero-Chloroform aufgenommene 1H-NMR-Spektrum des Polymers zeigte, dass nicht umgesetzte Monomere enthalten waren. Deshalb wurde das Polymer im Feinvakuum (ca. 0,02 mbar) zunächst auf ca. 87 °C (4 h) und dann auf 93 °C (1 h) erwärmt. Danach zeigte das 1H-NMR-Spektrum des Methacrylatpolymers das fast vollständige Verschwinden der Acrylat-/Methacrylat- gruppen. Im 31P-NMR-Spektrum waren die Signale der DOPO-Einheit und der DDPO-Einheit bei ca. 36 ppm bzw. ca. -8 ppm vorhanden, wobei das Intergral- Verhältnis annähernd dem Erwartungswert von 1,00 : 1,66 entsprachFor the copolymerization, 55 ml of deionized water and 1.5 ml of a 2% by weight aqueous solution from Kuraray Poval were placed in the three-necked flask 25-88 KL (suspension stabilizer, partially hydrolyzed polyvinyl alcohol). A solution of 1.9 g of DDPO-HEMA, 1.7 g of the DOPO monomer, 5.4 g of methyl methacrylate, 1.0 g of methyl acrylate, 25 mg of 1-decylthiol and 90 mg of hydrous BPO (corresponding to 67 mg of pure BPO ) added to the dropping funnel. The dropping funnel was partially evacuated twice and refilled with nitrogen in order to remove the atmospheric oxygen from the reagent mixture. The reaction flask containing the aqueous solution was also partially evacuated twice and each time refilled with nitrogen. The contents of the flask were then heated to 95 ° C. with stirring, a moderate stream of nitrogen being passed through the three-way stopcock into the apparatus and to the bubble counter. After stirring for 30 minutes, the temperature was lowered to about 65.degree. The contents of the dropping funnel were added to the aqueous solution thus freed from oxygen. The temperature of the oil bath was then increased to 75 ° C. with vigorous stirring of the reaction mixture, a milky-white suspension being formed. Stirring was continued for 3.5 hours, gradually increasing the temperature of the heating bath up to 84 ° C. A solution of 35 mg of BPO, 0.33 g of methyl methacrylate and 0.07 g of methyl acrylate was then added in a countercurrent of nitrogen through the dropping funnel. The temperature of the heating bath was then increased to 87 ° C. After a further hour, the connection to the bubble counter was interrupted and the cooling water was switched off. The reaction mixture was stirred under these conditions for a further 12 hours. Then the aqueous solution of the methacrylate polymer, which had formed partly as a bead and partly as a compact or sheet-like material, was decanted. The methacrylate polymer was washed three times with water and dried on filter paper. The 1 H-NMR spectrum of the polymer recorded in deutero-chloroform showed that it contained unreacted monomers. The polymer was therefore heated in a fine vacuum (approx. 0.02 mbar) first to approx. 87 ° C. (4 h) and then to 93 ° C. (1 h). Thereafter, the 1 H-NMR spectrum of the methacrylate polymer showed the almost complete disappearance of the acrylate / methacrylate groups. In the 31 P-NMR spectrum, the signals of the DOPO unit and the DDPO unit present at approx. 36 ppm or approx. -8 ppm, with the integral ratio roughly corresponding to the expected value of 1.00: 1.66
Beispiel 7d Example 7d
Für die Copolymerisation wurden in den Dreihalskolben 60 ml entionisiertes Wasser sowie 2,0 ml einer 2 Gew-%-igen wässrigen Lösung von Kuraray Poval 25-88 KL (Suspensions-Stabilisator, teilweise hydrolysierter Polyvinylalkohol) gegeben. Dann wurde eine Lösung aus 2,22 g DDPO-HEMA, 1,8 g des DOPO- Monomers, 7,08 g Methylmethacrylat, 0,9 g Butylmethacrylat, 35 mg 1-Decylthiol sowie 108 mg wasserhaltigem BPO (entsprechend 81 mg reines BPO) in den Tropftrichter gegeben. Der Tropftrichter wurde zweimal teilevakuiert und wieder mit Stickstoff befüllt, um den Luftsauerstoff aus der Reagenzmischung zu entfernen. Auch der die wässrige Lösung enthaltende Reaktionskolben wurde zweimal teilevakuiert und jeweils wieder mit Stickstoff gefüllt. Dann wurde der Kolbeninhalt unter Rühren auf 95 °C erwärmt, wobei ein moderater Stickstoffstrom durch den Dreiwegehahn in die Apparatur und zum Blasenzähler geleitet wurde. Nach 60 min. Rühren wurde die Temperatur auf ca. 63 °C gesenkt. Zur so vom Sauerstoff befreiten wässrigen Lösung wurde der Inhalt des Tropftrichters gegeben. Anschließend wurde die Temperatur des Heizbades auf 75 °C erhöht. Diese Temperatur wurde 20 min. beibehalten; dann wurde die Solltemperatur auf 77 °C gesteigert und 30 min. später auf 80 °C erhöht. Diese Temperatur wurde 50 min. beibehalten. Dann wurde die Solltemperatur auf 85 °C erhöht. Es war eine milchige Emulsion entstanden. Es wurde drei Stunden sehr intensiv gerührt und weiterhin ein Stickstoffstrom in die Apparatur und zum Blasenzähler geleitet wurde. Es war die Entstehung von Polymer zu erkennen. Danach wurde die Verbindung zum Blasenzähler unterbrochen, das Kühlwasser abgestellt und weitere 12 h bei 85 °C unter leichtem Stickstoffgegendruck gerührt. Dann wurde die wässrige Lösung vom Methacrylatpolymer, das sich teils als kleine Kügelchen, teils als kompaktes Material gebildet hatte, dekantiert. Das Methacrylatpolymer wurde dreimal mit Wasser gewaschen und auf Filterpapier getrocknet. Die NMR- Spektren des auf diese Weise erhaltenen Polymers zeigten einen ca. 95 %-igen Umsatz der Acrylat- und Methacrylatgruppen. Das Polymer wurde im Vakuum (0,02 mbar) drei Stunden bei 87 - 95 °C getrocknet um Wasserreste zu entfernen. Das 1H-NMR-Spektrum des Methacrylatpolymers zeigte das fast vollständige Verschwinden der Acrylat-/Methacrylatgruppen. Im 31P-NMR-Spektrum waren die Signale der DOPO-Einheit und der DDPO-Einheit bei ca. 36 ppm bzw. ca. -8 ppm vorhanden, wobei das Intergral-Verhältnis annähernd dem Erwartungswert von 1 ,00:2,33 entsprach.: Das auf diese Weise erhaltene Methacrylatpolymer war gut in organischen Lösungsmitteln wie Chloroform löslich. Es erweichte bei etwa 160 °C und schmolz bei etwa 200 °C. For the copolymerization, 60 ml of deionized water and 2.0 ml of a 2% by weight aqueous solution of Kuraray Poval 25-88 KL (suspension stabilizer, partially hydrolyzed polyvinyl alcohol) were placed in the three-necked flask. A solution of 2.22 g of DDPO-HEMA, 1.8 g of the DOPO monomer, 7.08 g of methyl methacrylate, 0.9 g of butyl methacrylate, 35 mg of 1-decylthiol and 108 mg of hydrous BPO (corresponding to 81 mg of pure BPO ) added to the dropping funnel. The dropping funnel was partially evacuated twice and refilled with nitrogen in order to remove the atmospheric oxygen from the reagent mixture. The reaction flask containing the aqueous solution was also partially evacuated twice and each time refilled with nitrogen. The contents of the flask were then heated to 95 ° C. with stirring, a moderate stream of nitrogen being passed through the three-way stopcock into the apparatus and to the bubble counter. After stirring for 60 minutes, the temperature was lowered to about 63 ° C. The contents of the dropping funnel were added to the aqueous solution thus freed from oxygen. The temperature of the heating bath was then increased to 75 ° C. This temperature was maintained for 20 minutes; then the set temperature was increased to 77 ° C. and 30 minutes later increased to 80 ° C. This temperature was maintained for 50 minutes. Then the target temperature was increased to 85 ° C. A milky emulsion had formed. The mixture was stirred very vigorously for three hours and a stream of nitrogen was continued to be passed into the apparatus and to the bubble counter. The formation of polymer could be seen. The connection to the bubble counter was then interrupted, the cooling water was switched off and the mixture was stirred for a further 12 hours at 85 ° C. under a slight counterpressure of nitrogen. Then the aqueous solution of the methacrylate polymer, which had formed partly as small spheres and partly as a compact material, was decanted. The methacrylate polymer was washed three times with water and dried on filter paper. The NMR Spectra of the polymer obtained in this way showed an approx. 95% conversion of the acrylate and methacrylate groups. The polymer was dried in vacuo (0.02 mbar) for three hours at 87-95 ° C. in order to remove residual water. The 1 H-NMR spectrum of the methacrylate polymer showed the almost complete disappearance of the acrylate / methacrylate groups. In the 31 P-NMR spectrum, the signals of the DOPO unit and the DDPO unit were present at approx. 36 ppm and approx. -8 ppm, the integral ratio approximately corresponding to the expected value of 1.00: 2.33 .: The methacrylate polymer thus obtained was well soluble in organic solvents such as chloroform. It softened at around 160 ° C and melted at around 200 ° C.
Beispiel 8 Example 8
Das DOPO-Monomer von Beispiel 6 wurde in verschiedenen Mengen mit The DOPO monomer of Example 6 was used in various amounts
Methylmethacrylat und sowohl mit als auch ohne Zugabe eines weiteren Monomers, wie Methylacrylat oder n-Butylmethacrylat, zu einem Methylacrylatpolymer umgesetzt. Es erfolgte eine Suspensionspolymerisation in Wasser mit 1 -Decylthiol als Regler und Dibenzoylperoxid (BPO) als Initiator. Die Monomere wurden vor der Polymerisa tion entstabilisiert. Die Synthesen der Methacrylatpolymere wurden in einer Reaktionsapparatur durchgeführt, die aus einem 250 ml Dreihalskolben, Magnet rührer, Heizbad, einem Tropftrichter sowie einem Rückflusskühler, auf den ein Dreiwegehahn mit Blasenzähler aufgesetzt war, bestand. Sowohl der Tropftrichter wie auch der Dreiwegehahn auf dem Rückflusskühler waren mit einer Schlenk- Linie verbunden. Methyl methacrylate and converted to a methyl acrylate polymer both with and without the addition of a further monomer, such as methyl acrylate or n-butyl methacrylate. A suspension polymerization took place in water with 1-decylthiol as regulator and dibenzoyl peroxide (BPO) as initiator. The monomers were destabilized before the polymerization. The syntheses of the methacrylate polymers were carried out in a reaction apparatus which consisted of a 250 ml three-necked flask, magnetic stirrer, heating bath, a dropping funnel and a reflux condenser to which a three-way stopcock with a bubble counter was attached. Both the dropping funnel and the three-way stopcock on the reflux condenser were connected with a Schlenk line.
Aus den erhaltenden Methacrylatpolymeren wurden kompakte Prüfstäbe und Folien unterschiedlicher Dicke mit einer ölhydraulischen Laborpresse des Typs HB 20300 (Schmidt Maschinentechnik; Bretten-Bauerbach, Deutschland) hergestellt. Die Prüfstäbe hatten folgende Abmessungen: 70 mm x 10 mm x 0,8 mm. Beim Pressen wurden Temperaturen von 220 - 245 °C angewendet (abhängig vom Schmelzverhalten der Methacrylatpolymere). Die Mengen und Ergebnisse der Prüfung des Brandverhaltens sind in Tabelle 2 aufgelistet. The methacrylate polymers obtained were converted into compact test rods and films of various thicknesses using an oil hydraulic laboratory press of the type HB 20300 (Schmidt Maschinentechnik; Bretten-Bauerbach, Germany). The test bars had the following dimensions: 70 mm x 10 mm x 0.8 mm. When pressing, temperatures of 220 - 245 ° C were used (depending on the melting behavior of the methacrylate polymers). The quantities and results of the fire behavior test are listed in Table 2.
Beispiel 8a Example 8a
Die Polymerisation wurde analog zu Beispiel 7c durchgeführt. Das Methacrylat- polymer wurde größtenteils in kompakten Stücken erhalten, die von der Glaswand abgelöst, und mit Wasser gewaschen wurden. Das in Deutero-Chloroform aufge nommene 1H-NMR-Spektrum dieses Polymers zeigte, dass nicht umgesetzte Monomere enthalten waren. Deshalb wurde das Polymer im Feinvakuum (ca.The polymerization was carried out analogously to Example 7c. Most of the methacrylate polymer was obtained in compact pieces that were detached from the glass wall and washed with water. The 1 H-NMR spectrum of this polymer recorded in deutero-chloroform showed that it contained unreacted monomers. Therefore, the polymer was placed in a fine vacuum (approx.
0,02 mbar) zuerst auf ca. 87 °C (4 h) und dann auf 93 °C (1 h) erwärmt. Danach zeigte das 1H-NMR-Spektrum des Methacrylatpolymers das fast vollständige Verschwinden der Acrylat-/Methacrylatgruppen. Im 31P-NMR-Spektrum waren die Signale der DOPO-Einheit und der Diethylphosphat-Einheit bei ca. 36 ppm bzw. -1,3 ppm vorhanden, wobei das Intergral-Verhältnis annähernd dem Erwartungswert von 1 ,00 : 1 ,74 entsprach. 0.02 mbar) first to approx. 87 ° C (4 h) and then to 93 ° C (1 h). Thereafter, the 1 H-NMR spectrum of the methacrylate polymer showed the almost complete disappearance of the acrylate / methacrylate groups. In the 31 P-NMR spectrum, the signals of the DOPO unit and the diethyl phosphate unit were present at about 36 ppm and -1.3 ppm, respectively, the integral ratio approximately corresponding to the expected value of 1.00: 1.74 .
Beispiel 8b Example 8b
Die Polymerisation wurde analog zu Beispiel 7c durchgeführt. Das Methacrylat- polymer wurde als relativ große Polymerkügelchen (Granulat) erhalten, die zwei mal mit Wasser gewaschen wurden. Das Polymer wurde 5 h im Vakuum (0,02 mbar) bei 87 - 105 °C getrocknet und anschließend mittels NMR-Spektros- kopie untersucht. Das 1H-NMR-Spektrum des Methacrylatpolymers zeigte das vollständige Verschwinden der Acrylat-/Methacrylatgruppen. Auch das 31P-NMR- Spektrum war erwartungsgemäß: Es waren die Signale der DOPO-Einheit und der Diethylphosphat-Einheit bei ca. 36 ppm bzw. -1,3 ppm vorhanden, wobei das Intergral-Verhältnis annähernd dem Erwartungswert von 1,00:1,74 entsprach. Vergleichsbeispiel VB8a The polymerization was carried out analogously to Example 7c. The methacrylate polymer was obtained as relatively large polymer spheres (granules) which were washed twice with water. The polymer was dried in vacuo (0.02 mbar) at 87-105 ° C. for 5 hours and then examined by means of NMR spectroscopy. The 1 H-NMR spectrum of the methacrylate polymer showed the complete disappearance of the acrylate / methacrylate groups. The 31 P-NMR spectrum was also as expected: the signals of the DOPO unit and the diethyl phosphate unit were present at about 36 ppm and -1.3 ppm, respectively, with the integral ratio approaching the expected value of 1.00 : 1.74 corresponded. Comparative example VB8a
Die Polymerisation wurde analog zu Beispiel 7c durchgeführt. Das Methacrylat- polymer wurde in kompakten Stücken erhalten, die von der Glaswand abgelöst, und mit Wasser gewaschen wurden. Das in Deutero-Chloroform aufgenommene 1H-NMR-Spektrum dieses Polymers zeigte einen relativ hohen Anteil nicht umgesetzte Monomere. Das Polymer wurde im Feinvakuum (ca. 0,02 mbar) zuerst auf ca. 87 °C (3 h) und dann auf 97 °C (1 h) erwärmt. Danach zeigte das 1H-NMR-Spektrum des Methacrylatpolymers das fast vollständige Verschwinden der Acrylat-/Methacrylatgruppen. Das so erhaltene Methacrylatpolymer hatte einen Phosphorgehalt von etwa 4 Gew.-%. The polymerization was carried out analogously to Example 7c. The methacrylate polymer was obtained in compact pieces which were detached from the glass wall and washed with water. The 1 H-NMR spectrum of this polymer recorded in deutero-chloroform showed a relatively high proportion of unreacted monomers. The polymer was heated in a fine vacuum (approx. 0.02 mbar) first to approx. 87 ° C. (3 h) and then to 97 ° C. (1 h). Thereafter, the 1 H-NMR spectrum of the methacrylate polymer showed the almost complete disappearance of the acrylate / methacrylate groups. The methacrylate polymer thus obtained had a phosphorus content of about 4% by weight.
Tabelle 2 Table 2
Diese Beispiele zeigen, dass die Kombination des erfindungsgemäßen Oxa- phosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomeren mit einer copolymerisierten, Festphasen-aktiven Phosphorverbindung eine optimale Flammschutzwirkung bietet. Die Festphasen-aktive Phosphorverbindung alleine wirkt nicht ausreichend. Dies zeigt das Methacrylatpolymer von Vergleichsbeispiel 8a, dessen Flammschutzeffekt trotz höheren Phosphorgehalts schlechter war als von Beispielen 7c, 8a und 8b. These examples show that the combination of the oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer according to the invention with a copolymerized, solid-phase-active phosphorus compound offers an optimal flame retardant effect. The solid-phase active phosphorus compound alone does not work sufficiently. This is shown by the methacrylate polymer from Comparative Example 8a, the flame retardant effect of which, despite the higher phosphorus content, was worse than that of Examples 7c, 8a and 8b.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylat- monomeren durch Phospha-Michael-Addition an a,w-Alkyldiol-diacrylate mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette, wobei das Oxaphosphaphenantrenoxid mit dem a,w-Alkyldiol-diacrylat im Molverhältnis 1 : 1 ,5 bis 1 : 10 in Gegenwart einer Base und eines Polymerisationsinhibitors, bei Temperaturen von 70 bis 120 °C und in Abwesenheit von Wasser umgesetzt wird und nicht umgesetztes a,w- Alkyldiol-diacrylat abgetrennt wird. 1. Process for the preparation of oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomers by phospha-Michael addition to a, w-alkyldiol diacrylates with 2 to 5 carbon atoms in the alkyl chain, the oxaphosphaphenantrene oxide with the a, w-alkyldiol diacrylate in a molar ratio of 1: 1.5 to 1:10 is reacted in the presence of a base and a polymerization inhibitor, at temperatures of 70 to 120 ° C. and in the absence of water, and unreacted α, w-alkyldiol diacrylate is separated off.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxaphosphaphenantrenoxid 9, 10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantren-10- oxid verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the oxaphosphaphenantrene oxide used is 9, 10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantrene-10 oxide.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung von nicht umgesetztem a,w-Alkyldiol-diacrylat durch eine Vakuumdestillationund/oder eine Flüssig-Flüssig-Extraktion mit einem Kohlenwasserstofflösungsmittel vorgenommen wird, vorzugsweise durch Vakuumdestillation oder durch Vakuumdestillation und Flüssig-Flüssig- Extraktion vor und/oder nach der Vakuumdestillation. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the separation of unreacted α, w-alkyldiol diacrylate is carried out by vacuum distillation and / or liquid-liquid extraction with a hydrocarbon solvent, preferably by vacuum distillation or by vacuum distillation and liquid Liquid extraction before and / or after vacuum distillation.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenwasserstofflösungsmittel n-Pentan, n-Hexan und n-Heptan, insbesondere n-Hexan, verwendet wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the hydrocarbon solvent used is n-pentane, n-hexane and n-heptane, in particular n-hexane.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Phospha-Michael-Addition in Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol oder Gemischen von zwei oder mehr davon, insbesondere in Toluol, als Lösungsmittel erfolgt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the phospha-Michael addition is carried out in toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene or mixtures of two or more thereof, in particular in toluene, as the solvent .
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Base ein sterisch gehindertes tertiäres Amin, insbesondere Triethylamin, verwendet wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a sterically hindered tertiary amine, in particular triethylamine, is used as the base.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Base in einer Menge von 0,15 bis 2,0 mol pro mol Oxaphospha- phenantrenoxid, vorzugsweise von 0,5 bis 1,2 mol pro mol, besonders bevorzugt von 0,9 bis 1 , 1 mol pro mol, verwendet wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the base in an amount of 0.15 to 2.0 mol per mol of oxaphosphaphenantrenoxide, preferably from 0.5 to 1.2 mol per mol, particularly preferred from 0.9 to 1.1 moles per mole is used.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a,w-Alkyldiol-diacrylate mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette, besonders bevorzugt Ethylenglycol-diacrylat oder n-Butylengylcol-diacrylat, am meisten bevorzugt Ethylengylcol-diacrylat, als a,w-Alkyldiol-diacrylat verwendet wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a, w-alkyldiol diacrylate with 2 to 4 carbon atoms in the alkyl chain, particularly preferably ethylene glycol diacrylate or n-butylene glycol diacrylate, most preferably ethylene glycol diacrylate, is used as a, w-alkyldiol diacrylate.
9. Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomer erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8. 9. Oxaphosphaphenantrenoxid-acrylate monomer obtainable by a process according to any one of claims 1 to 8.
10. Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomer gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass maximal 3 Mol-% a,w-Alkyldiol-diacrylat enthalten ist, vorzugsweise maximal 0,5 Gew.-%. 10. Oxaphosphaphenantrenoxid-acrylate monomer according to claim 9, characterized in that it contains a maximum of 3 mol% of a, w-alkyldiol diacrylate, preferably a maximum of 0.5% by weight.
11. Verfahren zur Herstellung von flammgeschützten, thermoplastischen (Meth)Acrylatpolymeren durch Copolymerisation von mindestens einem (Meth)Acrylatmonomer mit einem Phosphor-haltigen Acrylatmonomer, dadurch gekennzeichnet, dass als Phosphor-haltiges Acrylatmonomer Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomer erhältlich gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird. 11. A process for the production of flame-retardant, thermoplastic (meth) acrylate polymers by copolymerization of at least one (meth) acrylate monomer with a phosphorus-containing acrylate monomer, characterized in that the phosphorus-containing acrylate monomer used is oxaphosphaphenantrene oxide acrylate monomer obtainable according to one of claims 1 to 8 will.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die (Meth)Acrylatmonomere ausgewählt sind unter Ethylacrylat, n-Butylacrylat, iso-Butylacrylat, tert-Butylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n- Butylmethacrylat, iso-Butymethacrylat, tert-Butymethacrylat und Mischungen davon, insbesondere unter Methylmethacrylat und Mischungen von Methylmethacrylat mit einem oder mehreren von Ethylacrylat, Butylacrylat, Methylacrylat. 12. The method according to claim 11, characterized in that the (meth) acrylate monomers are selected from ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, tert-butyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutymethacrylate, tert-butymethacrylate and mixtures thereof, especially methyl methacrylate and mixtures of methyl methacrylate with one or more of ethyl acrylate, butyl acrylate, methyl acrylate.
13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in der Festphase aktive, copolymerisierte Phosphorverbindungen einpolymerisiert werden, vorzugsweise Phosphor-haltige Monomere auf Basis von Alkylacrylat, Hydroxyalkyl(meth)acrylat, besonders bevorzugt auf Basis von Hydroxyethyl(meth)acrylat, insbesondere ausgewählt unter und Gemischen von zwei oder mehr davon. 13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that additionally active, copolymerized phosphorus compounds are polymerized in the solid phase, preferably phosphorus-containing monomers based on alkyl acrylate, hydroxyalkyl (meth) acrylate, particularly preferably based on hydroxyethyl (meth) acrylate , especially selected from and mixtures of two or more thereof.
14. Verwendung von Oxaphosphaphenantrenoxid-Acrylatmonomeren erhältlich gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von flammgeschützten, thermoplastischen (Meth)Acrylatpolymeren. 14. Use of oxaphosphaphenantrenoxide acrylate monomers obtainable according to one of claims 1 to 8 for the production of flame-retardant, thermoplastic (meth) acrylate polymers.
15. Flammgeschütztes, thermoplastisches (Meth)Acrylatpolymer erhältlich gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13. 15. Flame-retardant, thermoplastic (meth) acrylate polymer obtainable according to one of claims 11 to 13.
16. Verwendung eines flammgeschützten, thermoplastischen (Meth)Acrylat- polymeren gemäß Anspruch 15 zur Herstellung von Folien und Platten. 16. Use of a flame-retardant, thermoplastic (meth) acrylate polymer according to claim 15 for the production of films and sheets.
17. Verwendung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien oder Platten transparent sind. 17. Use according to claim 16, characterized in that the films or plates are transparent.
18. Verwendung gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Dekorfolie ist, die eine Schicht enthaltend ein (Meth)Acrylatpolymeren gemäß Anspruch 15 umfasst. 18. Use according to claim 16 or 17, characterized in that the film is a decorative film which comprises a layer containing a (meth) acrylate polymer according to claim 15.
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