ES2667489T3 - Composiciones de agente ignífugo que contienen fosfatos de metal con intercalación de triazina - Google Patents

Composiciones de agente ignífugo que contienen fosfatos de metal con intercalación de triazina Download PDF

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Abstract

Compuestos de la fórmula general (I) (A - H)a (+) [Mb m+ (H2PO4)x1 (-) (HPO4)x2 2(-) (PO4)x3 3(-) (PO3)y (-)](a-) *pH2O (I) en la que (A - H)(+) es un derivado de triazina de las fórmulas (II-1), (II-2) o (II-3)**Fórmula** cada M >= Al; a es 2, b es 1, m >= 3 y x1 >= 0 o 1; x2 >= 0 o 2; x3 >= 1 o 0; y >= 2 o 0 y p >= 0 a 5, en la que: a + mb >= x1 + 2x2 + 3x3 + y.

Description

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DESCRIPCION
Composiciones de agente ignífugo que contienen fosfatos de metal con intercalación de triazina
La presente invención se refiere a composiciones de agente ignífugo que contienen fosfatos de metal con intercalación de triazina con estructuras de armazón abiertas (Open Framework), a su uso, a tales fosfatos de metal así como a su preparación.
Se sabe cómo usar silicatos estratificados organófilos, que se han preparado por ejemplo mediante intercambio iónico, como materiales de carga para materiales termoplásticos así como para duroplásticos, obteniéndose nanocompuestos. En el caso del uso de silicatos estratificados organófilos adecuados como materiales de carga se mejoran considerablemente las propiedades físicas y mecánicas de las piezas de moldeo fabricadas de este modo. Es de particular interés el aumento de la rigidez con una tenacidad al menos constante. Los nanocompuestos que contienen el silicato estratificado en forma exfoliada muestran propiedades particularmente buenas. Estos nanocompuestos se emplean preferiblemente como agentes ignífugos o como sinergistas.
Por la patente WO-A 00/44669 se conocen silicatos estratificados organófilos que se preparan mediante el tratamiento de un silicato estratificado natural o sintético o de una mezcla de tales silicatos con una sal de un compuesto de melamina cíclico, dado el caso cuaternario, o una mezcla de tales sales.
Han de aplicarse consideraciones similares también a fosfatos de metal organófilos con estructuras de armazón abiertas (véase en cuanto a esto Def. “A Review of Open Framework Structures”, Annu. Rev. Mater. Sci. 1996, 26, 135-151), en particular para aquellos que presentan una intercalación de melamina (el intercalado se denomina también compuesto intersticial, véase en cuanto a esto Def. en ROMPP, Chemielexikon, 9a Edición., 1995, G Thieme, tomo 3, pág. 2005).
En la bibliografía se han descrito diversos fosfatos de melamina que no presentan estructuras de armazón abiertas. Así, orto-fosfato de melamina en Magn. Reson. Chem. 2007, 45, pág. 231 - pág. 246., bis-melamina-di(piro)-fosfato en J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15069-15076 y poli-fosfato de melamina en J. Phys. Chem. B 2005, 1q9. 1352913537. Su uso como agente ignífugo está indicado en esos documentos en la bibliografía secundaria citada.
Ciertos fosfatos de metal de melamina están descritos en la patente WO-A 2009/015772. Pero estos compuestos poseen, como se muestra con el compuesto de aluminio, solo una (termo)estabilidad propia limitada que no es suficiente para una incorporación en poliamidas (véase los ejemplos 7 y 8).
Los fosfatos (de capas) de circonio con intercalación de melamina se conocen por Solid State Sciences 2009, H, 1007-1015. El uso como aditivos de plástico, en particular como agentes ignífugos, no obstante no se describe en ese documento. En la bibliografía no se han mostrado otros fosfatos de capas (de metal) con intercalación de melamina.
Se ha publicado una intercalación de a,u>-alcanodiaminas en trifosfato (de capas) de aluminio en J. Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chem. 1999, 34 401-412.
La estructura de capas de trifosfato de aluminio se muestra en Chem. Commun. 2006, 747-749. Una estructura de red abierta se conoce para productos de adición de etilendiamina-fosfato de zinc por Zeolites and Related Microporous Materials 1994, 2229-2236.
Se reivindica etilendiamina-bis-fosfato de zinc en las patentes estadounidenses US 5994435 y US6207735 como agente ignífugo. En la patente japonesa JP 8269230 se describe amina-fosfato de zinc que comprende también los aniones HPO4, H2PO4, Zn2(HPO4)a y Zn^(PO4)2 (HPO4B Las solicitudes JP9040686, JP10259275, JP11152373, JP11199708, JP11246754, JP11269187, JP11293155, JP2000063562, JP2000063563, JP2000154283,
JP2000154287, JP2000154324 y JP2001031408 describen procedimientos para la preparación de formas de aplicación especiales así como combinaciones de etilendiamina-fosfato de zinc. Sin embargo, los procedimientos no son rentables, ya que o bien trabajan con un exceso de H3PO4 o parten de complejos de Zn(en)3. Las patentes japonesas JP9169784 y JP2001011462 publican complejos de dietilentriamina- o piperazina-fosfato de zinc como agentes ignífugos.
Los fosfatos inorgánicos con estructuras de armazón abiertas están descritos en un artículo en Angew. Chem. 1999, 111, 3466-3492.
En el caso de los compuestos mencionados del estado de la técnica son desventajosas la limitada (termo)estabilidad propia y las propiedades mecánicas desfavorables que resultan después de la incorporación en el sustrato de polímero.
El objetivo consiste en facilitar composiciones de agente ignífugo que presenten un alto grado de (termo)estabilidad propia y que otorguen al polímero después de la incorporación propiedades mecánicas excelentes.
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El objetivo se resolvió, entre otras cosas, mediante la facilitación de composiciones de agente ignífugo que contienen
(a) al menos un fosfato de metal con intercalación de triazina con al menos una unidad de monómero de la siguiente fórmula general (I)
(A - H)a(+) [Mbm+ (H2PO4)x1 (-) (HPO4)x22H (PO4)x33H (PO3)yHf>pH2O (I) en la que
(A - H)(+) es un derivado de triazina de las fórmulas (II-1), (II-2) o (II-3)
imagen1
Melamina (II-l)
imagen2
Melam (II-2)
imagen3
Melem (II-3);
cada M = Al; a es 2, b es 1,
m = 3
y
xi = 0 o 1; X2 = 0 o 2; X3 = 1 o 0; y = 2 o 0 y p = 0 a 5, en la que: a + mb = X1 + 2x2 + 3x3 + y
y
(b) al menos otro componente de agente ignífugo distinto de (a).
En una forma de realización preferente de la invención, las composiciones de agente ignífugo que contienen los fosfatos de metal con intercalación de triazina (a) de la fórmula (I) presentan estructuras de armazón abiertas. Los derivados de triazina se conocen, al igual que melon, como precursores químicos para nitruro de carbono (C3N4)x.
Los fosfatos de metal con intercalación de triazina, en particular con estructuras de armazón abiertas, que se preparan preferiblemente mediante la reacción directa de fosfatos de metal ácidos (acuosos) con melamina y posterior atemperado a partir de los correspondientes precursores (precursor) muestran una elevada termoestabilidad en el caso del procesamiento en combinación con un excelente efecto de dispersión y adhesión a superficie límite. Estos sistemas se caracterizan por una separación de capas sorprendentemente buena, asociado a una excelente adhesión a una pluralidad de polímeros y cargas. Además, es sorprendente que los fosfatos de metal con intercalación de triazina según la invención con estructuras de armazón abiertas no solo son cargas excelentes para la mejora de las propiedades mecánicas de polímeros, sino que también actúan como agentes ignífugos. Los fosfatos (de metal) con intercalación de triazina con estructuras de armazón abiertas se pueden componer también de fosfatos de cadena (cinta) (tipo catena), filofosfatos (de tipo escalera u hoja, todos con estructuras 1-D), fosfatos estratificados (layered phosphates, con estructuras 2-D) o fosfatos 3-D (tipo zeolita).
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En una forma de realización particularmente preferente de la presente invención, en las composiciones de agente ignífugo que contienen el componente (a) (A-H)(+)= (II-1) y M= Al.
Preferiblemente, el componente (b) es al menos un compuesto de metal que no es ningún fosfato de metal del componente (a), y/o al menos un compuesto de fósforo sin metal.
Este al menos un compuesto de metal (b) es preferiblemente un óxido de metal, un hidróxido de metal, un fosfato de metal, un pirofosfato de metal, una hidrotalcita, una organoarcilla con modificación catiónica o aniónica, un estanato o una sal de molibdato, un borato de metal o un fosfinato de metal de la fórmula (III):
imagen4
en la que R1 y R2 son hidrógeno o un resto alquilo C1-C6 de cadena lineal o ramificado o un resto fenilo; y Mt = Ca, Mg, Zn o Al ym = 2 o 3 o una sal de hidrofosfito de la fórmula Mm+[H2PO2]mm" (M = Al, Ca, Mg y Zn así como m = 2 y 3).
Por organoarcillas se entiende minerales arcillosos con modificación organófila (principalmente montmorillonitas) a base de intercambio catiónico, tales como montmorillonita de trietanol-sebo-amonio y hectorita de trietanol-sebo- amonio (Dr. G. Beyer; Konf. Fire Resistance in Plastics 2007). Las organoarcillas aniónicas significan hidrotalcitas con modificación organófila a base de intercambio aniónico con rosinatos de metal alcalino, sales de ácidos grasos insaturados y saturados así como sulfonatos y sulfatos con sustitución de alquilo de cadena larga.
Como óxido de metal es particularmente preferente trióxido de diantimonio, tetróxido de diantimonio, pentóxido de diantimonio u óxido de zinc.
Como hidróxido de metal son particularmente preferentes hidróxido de aluminio (ATH) o gibbsita (hidrargillita), oxohidróxido de aluminio (boehmita) e hidróxido de magnesio (MDH, brucita) así como hidromagnesita. Aparte de gibbsita y boehmita se han de mencionar también las demás modificaciones de hidróxidos de aluminio, en concreto bayerita, nonstrandita y diásporo.
Como fosfato de metal se prefieren los pirofosfatos de metal. Se prefieren en particular pirofosfato de aluminio y de zinc así como trifosfato de zinc y de aluminio al igual que metafosfato de aluminio y ortofosfato de aluminio.
Como hidrotalcita se prefiere hidroxocarbonato de magnesio-aluminio y calcio-aluminio.
Entre las organoarcillas con modificación catiónica o aniónica se prefieren en particular las hidrotalcitas con modificación de sulfato de alquilo o carboxilato de ácido graso o los minerales arcillosos con modificación de amonio cuaternario de cadena larga.
Entre las sales de estanato y molibdato se prefieren en particular estanato de zinc, hidroxiestanato de zinc, heptamolibdato de amonio y octamolibdato de amonio. Así mismo cabe mencionar otros molibdatos (también polimolibdatos), tales como molibdato de calcio y zinc, molibdato de zinc básico y molibdato de calcio.
Como boratos se prefieren boratos de metal alcalino y de metal alcalinotérreo así como borato de zinc. Además cabe mencionar borato de aluminio, borato de bario, borato de calcio, borato de magnesio, borato de manganeso, borato de melamina, borato de potasio así como borofosfato de zinc.
Entre los fosfinatos de metal se prefieren los fosfinatos de Ca, Mg, Zn o Al. Se prefiere en particular fenil(benceno)fosfinato de Ca, Mg, Zn o Al y dietil(etano)fosfinato de Ca, Mg, Zn o Al.
Entre los hidrofosfitos se prefiere en particular la sal de Mg, Ca, Zn y Al.
Otra preferencia de la invención se refiere a composiciones de agente ignífugo que contienen como componente (b) al menos un compuesto de fósforo sin metal.
Este al menos un compuesto de fósforo sin metal (b) es fósforo rojo, un éster de fosfato oligomérico, un éster de fosfonato oligomérico, un éster de fosfonato cíclico, un éster de ácido tiopirofosfórico, pirofosfato de melamina, polifosfato de melamina, polifosfato de amonio, fenilfosfonato de melaminio así como su sal de semiéster (patente WO2010/063623), bencenofosfinato de melamina (patente WO2010/057851), óxidos de fosfina de hidroxialquilo (patente WO2009/034023), sales de tetraquis-hidroximetil-fosfonio y derivados de fosfolano o fosfol así como bisfosforoamidatos con piperazina como miembro de puente o un éster de fosfonito.
Los ésteres de fosfato oligoméricos poseen la fórmula (IV) o la fórmula (V):
imagen5
imagen6
en la que cada R es en cada caso independientemente hidrógeno, alquilo C1-C4 o hidroxi, n = 1 a 3 y o 1 a 10.
Se prefiere en particular el oligómero con Rn = H y resorcinol o hidroquinona como constituyente del miembro de 5 puente así como Rn = H y bisfenol-A o bisfenol-F como constituyente del miembro de puente.
Los ésteres de fosfonato oligoméricos están caracterizados preferiblemente por la fórmula (VI):
imagen7
en la que R3 = metilo o fenilo y x 1 a 20 y R, n poseen el significado que se ha indicado anteriormente.
Se prefiere en particular el oligómero con Rn = H y resorcinol o hidroquinona como constituyente del miembro de 10 puente.
Los ésteres de fosfonato cíclicos presentan preferiblemente la siguiente fórmula (VII):
imagen8
en la que y = 0 o 2. Se prefiere en particular P,P'-dióxido de bis[5-etil-2-metil-1,3,2-dioxafosforinan-5-il)metil]metil fosfonato.
15 Los ésteres de ácido tiopirofosfórico están caracterizados preferiblemente por la siguiente fórmula (VIII):
imagen9
Se prefiere en particular 2,2'-disulfuro de 2,2'-oxibis[5,5-dimetil-1,3,2-dioxafosforinano].
Entre los óxidos de fosfina de hidroxialquilo se prefiere óxido de fosfina de isobutil-bis-hidroximetilo así como su combinación con resinas epoxi (patente WO-A 2009/034023).
20 Entre las sales de tetraquis-hidroxialquil-fosfonio se prefieren en particular las sales de tetraquis-hidroximetil-
fosfonio.
Entre los derivados de fosfolano o fosfol se prefieren en particular los derivados de (óxido de) dihidrofosfol y derivados de (óxido de) fosfolano así como de sus sales (patentes europeas EP 089 296 y EP 1024 166).
Entre los bisfosforoamidatos se prefieren en particular los bis-di-orto-xililésteres con piperazina como miembro de 5 puente.
Entre los ésteres de fosfonito se prefieren éster de fenilo de ácido benceno-fosfínico y sus derivados funcionalizados con PH y derivados de DOPO.
Como derivados de DOPO (derivados de 10-óxido de 9,10-dihidro-9-oxa-10-fosfafenantreno o derivados de 6H- dibenzo(c,e) (1,2)-oxafosforin-6-óxido) (prefiriéndose derivados funcionalizados con PH) están representados 10 estructuralmente los siguientes compuestos (compárese con la patente WO-A 2008/119693):
imagen10

Claims (23)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Compuestos de la fórmula general (I)
    (A - H)a(+) [Mbm+ (H2PO4)x1(-) (HPO4)x22(-) (PO4)x33H (PO3)yH](a-)*pH2O (I)
    en la que
    (A - H)(+) es un derivado de triazina de las fórmulas (II-1), (II-2) o (II-3)
    imagen1
    imagen2
    Melamina (II-l)
    Melam (II-2)
    imagen3
    Melem (II-3);
    cada M = Al; a es 2, b es 1,
    m = 3
    10 y
    xi = 0 o 1; X2 = 0 o 2; X3 = 1 o 0; y = 2 o 0 y p = 0 a 5, en la que: a + mb = x1 + 2x2 + 3x3 + y.
  2. 2. Composición de agente ignífugo que contiene
    (a) al menos un compuesto según la reivindicación 1 como un fosfato de metal con intercalación de triazina con al menos una unidad de monómero de la fórmula general (I) y (b) al menos otro componente de agente ignífugo distinto 15 de (a).
  3. 3. Composición según la reivindicación 2, caracterizada por que este al menos otro componente (b) es un compuesto de metal, que no es un fosfato de metal del componente (a), y/o al menos un compuesto de fósforo sin metal.
  4. 4. Composición según la reivindicación 3, caracterizada por que el al menos un compuesto de metal (b) es un óxido 20 de metal, un hidróxido de metal, un fosfato de metal, un pirofosfato de metal, una hidrotalcita, una organoarcilla con
    modificación catiónica o aniónica, un estanato o una sal de molibdato, un borato de metal o un fosfinato de metal de la fórmula (III):
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    imagen4
    en la que R1 y R2 son hidrógeno o un resto alquilo C1-C6 de cadena lineal o ramificado o un resto fenilo; y Mt = Ca, Mg, Zn o AI y m = 2 o 3.

  5. 5. Composición según la reivindicación 3 o 4, caracterizada por que el al menos un compuesto de metal (b) es
    trióxido de diantimonio, tetróxido de diantimonio, pentóxido de diantimonio u óxido de zinc.

  6. 6. Composición según la reivindicación 3 o 4, caracterizada por que el al menos un compuesto de metal (b) es
    hidróxido de magnesio (brucita), trihidróxido de aluminio (ATH, gibbsita) o monohidróxido de aluminio (boehmita).

  7. 7. Composición según la reivindicación 3 o 4, caracterizada por que el al menos un compuesto de metal (b) es
    hidroxo-carbonato de magnesio-aluminio o hidroxo-carbonato de calcio-aluminio.
  8. 8. Composición según la reivindicación 3 o 4, caracterizada por que el al menos un compuesto de metal (b) es una hidrotalcita con modificación de sulfato de alquilo o carboxilato de ácido graso o un mineral arcilloso con modificación de amonio cuaternario de cadena larga.
  9. 9. Composición según la reivindicación 3 o 4, caracterizada por que el al menos un compuesto de metal (b) es heptamolibdato de amonio, octamolibdato de amonio, estanato de zinc o hidroxiestanato de zinc.
  10. 10. Composición según la reivindicación 3 o 4, caracterizada por que el al menos un compuesto de metal (b) es un borato de metal alcalino, de metal alcalinotérreo o de zinc.
  11. 11. Composición según la reivindicación 3 o 4, caracterizada por que el al menos un compuesto de metal (b) es fosfinato de Ca, Mg, Zn o Al (hidrofosfito), fenil(benceno)fosfinato de Ca, Mg, Zn o AI o dietil(etano)fosfinato de Ca, Mg, Zn o Al.
  12. 12. Composición según una de las reivindicaciones 3 a 11, caracterizada por que el al menos un compuesto de fósforo sin metal (b) es fósforo rojo, un éster de fosfato oligomérico, un éster de fosfonato oligomérico, un éster de fosfonato cíclico, un éster de ácido tiopirofosfórico, un polifosfato de melamina o un polifosfato de amonio, un óxido de fosfina de hidroxialquilo, una sal de tetraquis-hidroxialquil-fosfonio, un derivado (de óxido) de fosfolano o un derivado (de óxido) de dihidrofosfol o un éster de fosfonito.
  13. 13. Composición según una de las reivindicaciones 3 a 12, caracterizada por que el al menos un compuesto de fósforo sin metal es un éster de fosfato oligomérico de la fórmula (IV) o fórmula (V):
    imagen5
    imagen6
    en la que cada R es en cada caso independientemente hidrógeno, alquilo C1-C4 o hidroxi, n = 1 a 3 y o 1 a 10.
  14. 14. Composición según una de las reivindicaciones 3 a 12, caracterizada por que el al menos un compuesto de fósforo sin metal es un éster de fosfonato oligomérico de la fórmula (VI):
    5
    10
    15
    20
    25
    imagen7
    en la que R3 = metilo o fenilo y x 1 a 20 y R, n tienen el significado como en la reivindicación 13.
  15. 15. Composición según una de las reivindicaciones 3 a 12, caracterizada por que el al menos un compuesto de fósforo sin metal es un éster de fosfonato cíclico de la fórmula (VII):
    2‘y<°CH3)y (VII)
    en la que y = 0 o 2.
  16. 16. Composición según una de las reivindicaciones 3 a 12, caracterizada por que el al menos un compuesto de fósforo sin metal es un éster de ácido tiopirofosfórico de la fórmula (VIII):
    imagen8
    imagen9
  17. 17. Composición según una de las reivindicaciones 3 a 12, caracterizada por que el al menos un compuesto de fósforo sin metal está presente como éster de fosfonito en forma de un derivado de bencenomonofeniléster o como un derivado de DOPO (10-óxido de 9,10-dihidro-9-oxa-10-fosfafenantreno o derivado de 6H-dibenzo(c,e) (1,2)- oxafosforin-6-ona) de la fórmula (IX) o (X):
    imagen10
  18. 18. Composición según una de las reivindicaciones 3 a 17, caracterizada por que están contenidos adicionalmente polioles y/o aminouracilos y/o compuestos de POSS y/o trishidroxietilisocianurato y/o melaminacianurato y/o grafito expansible.
  19. 19. Composición según la reivindicación 18, caracterizada por que el poliol es pentaeritritol, dipentaeritritol o tripentaeritritol, el aminouracilo 1,3-dimetil-6-aminouracilo y el compuesto de POSS está basado en metilsiloxano.
  20. 20. Composición según una de las reivindicaciones 2 a 19, caracterizada por que la concentración del al menos un fosfato de metal con intercalación de triazina (a) y el componente (b) en un polímero o en una mezcla de polímeros asciende preferiblemente a del 0,1 al 60 % en peso con respecto al polímero que se va a procesar.
  21. 21. Uso de una composición según una de las reivindicaciones 2 a 20 como agente ignífugo en un polímero, papel, material textil o compuesto de madera y plástico (WPC).
  22. 22. Uso según la reivindicación 21, caracterizado por que el polímero es un termoplástico seleccionado preferiblemente del grupo compuesto por poliamida, policarbonato, poliolefina, poliestireno, poliéster, poli(cloruro de vinilo), poli(alcohol vinílico), ABS y poliuretano o es un duroplástico seleccionado preferiblemente del grupo compuesto por resina epoxídica, resina fenólica y resina de melamina.
  23. 23. Procedimiento para la preparación de un compuesto según la reivindicación 1 que contiene la etapa
    reacción de un compuesto (A), en el que (A) es una triazina de las fórmulas (II-4), (II-5) o (II-6)
    imagen11
    imagen12
    (II-4) Melamina
    (II-5) Melam
    imagen13
    (II-6) Melem
    con un fosfato de metal ácido de la fórmula Ha(+)[Mbm+ (H2PO4)xi(-) (HPO4)x22(-) (PO4)x33(-) cada M = Al.
    (PO3)y(H](a")*pH2O, en la que
    5 24. Procedimiento según la reivindicación 23, caracterizado por que la reacción tiene lugar en agua y
    preferiblemente a entre 20 y 90 °C, de forma particularmente preferente entre 20 y 60 °C y de forma muy particularmente preferente entre 20 y 40 °C.
    imagen14
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    Fig. 2
    imagen15
    Fig. 3
    imagen16
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