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DE102015009598A1 - Process for the preparation of a halogen-free flame retardant - Google Patents

Process for the preparation of a halogen-free flame retardant Download PDF

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DE102015009598A1
DE102015009598A1 DE102015009598.6A DE102015009598A DE102015009598A1 DE 102015009598 A1 DE102015009598 A1 DE 102015009598A1 DE 102015009598 A DE102015009598 A DE 102015009598A DE 102015009598 A1 DE102015009598 A1 DE 102015009598A1
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melamine
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preparation
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DE102015009598.6A
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Dr. Dave-Wehner Trupti
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines halogenfreien Flammschutzmittels enthaltend Metall (M), Stickstoff (N) und Phosphor (P) (MNP-Derivat) erhältlich durch Umsetzung von Melaminorthophosphat, Melaminpyrophosphat oder Melaminmetaphosphat mit einem Metall(hydr)oxid, Metalloxohydroxid oder Metall(hydroxy)karbonat bei einer Temperatur von 120 bis 350°C sowie die Verwendung dieser Produkte als Flammschutzmittel.The present invention relates to a process for preparing a halogen-free flame retardant containing metal (M), nitrogen (N) and phosphorus (P) (MNP derivative) obtainable by reacting melamine orthophosphate, melamine pyrophosphate or melamine metaphosphate with a metal (hydr) oxide, metal oxohydroxide or Metal (hydroxy) carbonate at a temperature of 120 to 350 ° C and the use of these products as flame retardants.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines halogenfreien Flammschutzmittels enthaltend Metall (M), Stickstoff (N) und Phosphor (P) (MNP-Derivat) erhältlich durch Umsetzung von Melaminorthophosphat, Melaminpyrophosphat oder Melaminmetaphosphat mit einem Metall(hydr)oxid, Metalloxohydroxid oder Metall(hydroxy)karbonat bei einer Temperatur von 120 bis 350°C sowie die Verwendung dieser Produkte als Flammschutzmittel.The present invention relates to a process for preparing a halogen-free flame retardant containing metal (M), nitrogen (N) and phosphorus (P) (MNP derivative) obtainable by reacting melamine orthophosphate, melamine pyrophosphate or melamine metaphosphate with a metal (hydr) oxide, metal oxohydroxide or Metal (hydroxy) carbonate at a temperature of 120 to 350 ° C and the use of these products as flame retardants.

Hintergrund und technische Aufgabe der ErfindungBackground and technical problem of the invention

Es ist bekannt, dass intumeszierende Mittel flammhemmend wirken, indem sie unter starker Erwärmung, z. B. unter Einwirkung eines Brandes, zu einer schwerbrennbaren Isolierschicht aufschäumen und hierbei u. a. das Abtropfen geschmolzenen, möglicherweise brennenden Materials unterdrücken.It is known that intumescent agents have a flame retardant effect by heating under strong heating, for. B. under the action of a fire, to foam a flame-retardant insulating layer and this u. a. suppress the dripping of molten, possibly burning material.

Melaminpolyphosphat ist ein bekanntes N- und P-haltiges synergistisch wirkendes kommerziell weitverbreitetes NP-Flammschutzmittel. Eine bereits im Markt befindliche Formulierung auf Basis von Melaminpolyphosphat ist in EP 1 537 173 B1 beschrieben. So werden mehrere Verfahren zur Herstellung von Melaminpolyphosphaten beschrieben, beispielweise in WO 00/02869 , EP 1 789 475 , WO 97/44377 und EP 0 974 588 . Diese Verfahren sind aber in der Herstellung zeitaufwendig und wegen der hohen Reaktionstemperaturen (340 bis 400°C) mit sehr hohem Energieverbrauch verbunden. Zusätzlich wird Harnstoff als weiterer Zusatz verwendet.Melamine polyphosphate is a known N- and P-containing synergistically-active, commercially-available NP flame retardant. A formulation already on the market based on melamine polyphosphate is known in EP 1 537 173 B1 described. Thus, several processes for the preparation of melamine polyphosphates are described, for example in WO 00/02869 . EP 1 789 475 . WO 97/44377 and EP 0 974 588 , However, these processes are time-consuming to produce and are associated with very high energy consumption because of the high reaction temperatures (340 to 400 ° C.). In addition, urea is used as a further additive.

Intumeszierende metallhaltige Melaminphosphate sind bereits in EP 2 183 314 B1 und EP 3 371 890 beschrieben und kommerziell bekannt als Safire® 200, 400, und 600. Dieses Verfahren beinhaltet eine sehr langwierige naßchemische Umsetzung ausgehend von Metallhydrogenphosphat und Melamin, gefolgt von Filtration und Trocknung. WO 2014/060003 beschreibt die Herstellung von Azin-Metallphosphate der Formel [(A-H)(+)[Mm+(PO4)x (3–)(P2O7)y (4–)](–)·pH2O]z ausgehend von Melamin, (Metall(hydr)oxid und Phosphorsäure.Intumescent metal-containing melamine phosphates are already in EP 2 183 314 B1 and EP 3 371 890 described and known commercially as Safire ® 200, 400, and 600. This method involves a very tedious wet chemical reaction starting from metal hydrogen phosphate and melamine, followed by filtration and drying. WO 2014/060003 describes the preparation of azine metal phosphates of the formula [(AH) (+) [M m + (PO 4 ) x (3-) (P 2 O 7 ) y (4-) ] (-) . pH 2 O] z of melamine, (metal (hydr) oxide and phosphoric acid.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand somit darin, wirksamere Flammschutzmittel zur Verfügung zu stellen, die durch ein effizienteres Verfahren zugänglich sind.The object of the present invention was therefore to provide more effective flame retardants that are accessible by a more efficient process.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit auch in der Bereitstellung solcher Flammschutzmittel. Diese sollten außerdem leicht zugänglich und durch ein Trockenverfahren herstellbar sein. Sie werden nachfolgend MNP-Derivate genannt.An object of the present invention is therefore also in the provision of such flame retardants. These should also be easily accessible and produced by a dry process. They are referred to below as MNP derivatives.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

MNP-DerivateMNP derivatives

Die Aufgabe wurde in der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung von MNP-Derivaten, erhältlich durch Umsetzung von Melaminorthophosphat, Melaminpyrophosphat (Melamindiphosphat) oder Melaminmetaphosphat mit einem Metall(hydr)oxid, Metalloxohydroxid oder Metall(hydroxy)karbonat bei einer Temperatur von 120 bis 350°C, ins besondere bei 200 bis 320°C und ganz besonders bei 250 bis 300°C überraschend gelöst, wobei das Metall(hydr)oxid, Metalloxohydroxid oder Metall(hydroxy)karbonat ausgewählt ist aus der Reihe der Oxide, Hydroxide oder Layered Double Hydroxides (LDH) von Magnesium, Zink oder Aluminium.The object has been achieved in the present invention by providing MNP derivatives obtainable by reacting melamine orthophosphate, melamine pyrophosphate (melamine diphosphate) or melamine metaphosphate with a metal (hydr) oxide, metal oxohydroxide or metal (hydroxy) carbonate at a temperature of 120 to 350 ° C, in particular at 200 to 320 ° C and especially at 250 to 300 ° C surprisingly dissolved, wherein the metal (hydr) oxide, metal oxohydroxide or metal (hydroxy) carbonate is selected from the series of oxides, hydroxides or layered double hydroxides (LDH) of magnesium, zinc or aluminum.

Diese Produktgruppe besteht hauptsächlich aus MgO, Mg(OH)2, Al2O3, Al(O)OH(Boehmit), ZnO, Zn(OH)2 und Mg, Al-, Zn, Al- und Mg/Zn, Al-Hydrotalcit oder Hydromagnesit, (bas.) MgCO3 oder (bas.) ZnCO3.This product group consists mainly of MgO, Mg (OH) 2 , Al 2 O 3 , Al (O) OH (boehmite), ZnO, Zn (OH) 2 and Mg, Al, Zn, Al and Mg / Zn, Al Hydrotalcite or hydromagnesite, (bas.) MgCO 3 or (bas.) ZnCO 3 .

Bevorzugt ist MgO und Mg(OH)2. Besonders bevorzugt ist ZnO.Preferably, MgO and Mg (OH) 2 . Particularly preferred is ZnO.

Eine weitere Bevorzugung gilt für Melaminorthophosphat und Melaminpyrophosphat.Another preference is for melamine orthophosphate and melamine pyrophosphate.

Das molare Verhältnis der Melaminphosphate zu den Metall(hydr)oxiden, Metalloxohydroxiden und Metall(hydroxy)karbonaten beträgt 1:1 bis 15:1. Bevorzugt 1:1 bis 10:1 und ganz besonders bevorzugt 1:1 bis 2:1.The molar ratio of the melamine phosphates to the metal (hydr) oxides, metal oxohydroxides and metal (hydroxy) carbonates is 1: 1 to 15: 1. Preferably 1: 1 to 10: 1 and most preferably 1: 1 to 2: 1.

Es konnte überraschend gezeigt werden, dass die MNP-Derivate der vorliegenden Erfindung thermisch stabiler sind als die in herkömmlichen Flammschutzmitteln verwendeten Verbindungen. Darüber hinaus sind sie in einem Einstufenprozess einfach herstellbar. Das Verfahren zu ihrer Herstellung ist energiesparend und ökonomisch, da die gesonderte Herstellung von Metall-Dihydrogenphosphaten entfällt. Dies ist besonders vorteilhaft, da Metall-Dihydrogenphosphate in der Mehrzahl der Fälle nur in der Wärme lagerstabil sind und bei Raumtemperatur nach einer gewissen Zeit zu Niederschlagsbildung neigen. Diese Niederschläge sind jedoch wieder schwer zu solubilisieren.It has surprisingly been found that the MNP derivatives of the present invention are thermally more stable than the compounds used in conventional flame retardants. In addition, they are easy to produce in a one-step process. The process for their production is energy efficient and economical, since the separate production of metal dihydrogen phosphates is eliminated. This is particularly advantageous because metal dihydrogen phosphates are stable in storage only in the heat in the majority of cases and tend to form precipitates at room temperature after a certain time. However, this rainfall is again difficult to solubilize.

Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer MNP-DerivateProcess for the preparation of MNP derivatives according to the invention

Bestandteil der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen MNP-Derivate durch Umsetzen eines
Melaminphosphatderivates (A)
mit einem Metall(hydr)oxid(Derivat) (B)
wobei das Melaminphosphatderivat (A) ausgewählt ist aus
Melaminorthophosphat (Melaminmonophosphat) der Formel (A-1) (Mel).H3PO4 (A-1) Melaminpyrophosphat (Melamindiphosphat) der Formel (A-2) (Mel)2.H4P2O7 (A-2) und Melaminmetaphosphat der Formel (A-3) (Mel).H3PO3 (A-3) wobei Mel gleich Melamin ist und das Metall(hydr)oxid(Derivat) (B)
ausgewählt ist aus Metall(hydr)oxiden (B-1),
Metalloxohydroxiden (B-2)
oder
Metall(hydroxy)karbonaten (B-3)
wobei das Metall(hydr)oxid, Metalloxohydroxid oder Metall(hydroxy)karbonat ausgewählt ist aus der Reihe der Oxide, Hydroxide oder Layered Double Hydroxides (LDH) von Magnesium, Zink oder Aluminium.
A component of the invention is also a process for the preparation of the MNP derivatives according to the invention described above by reacting a
Melamine phosphate derivatives (A)
with a metal (hydr) oxide (derivative) (B)
wherein the melamine phosphate derivative (A) is selected from
Melamine orthophosphate (melamine monophosphate) of the formula (A-1) (Mel) .H 3 PO 4 (A-1) Melamine pyrophosphate (melamine diphosphate) of the formula (A-2) (Mel) 2 .H 4 P 2 O 7 (A-2) and melamine metaphosphate of the formula (A-3) (Mel) .H 3 PO 3 (A-3) where Mel is melamine and the metal (hydr) oxide (derivative) is (B)
is selected from metal (hydr) oxides (B-1),
Metal oxohydroxides (B-2)
or
Metal (hydroxy) carbonates (B-3)
wherein the metal (hydr) oxide, metal oxohydroxide or metal (hydroxy) carbonate is selected from the series of oxides, hydroxides or layered double hydroxides (LDH) of magnesium, zinc or aluminum.

Diese Produktgruppe besteht haupsächlich aus MgO, Mg(OH)2, Al2O3, Al(O)OH (Boehmit), ZnO, Zn(OH)2 und Mg, Al-, Zn, Al- und Mg/Zn, Al-Hydrotalcit oder Hydromagnesit, (bas.) MgCO3 oder (bas.) ZnCO3 This product group consists mainly of MgO, Mg (OH) 2 , Al 2 O 3 , Al (O) OH (boehmite), ZnO, Zn (OH) 2 and Mg, Al, Zn, Al and Mg / Zn, Al Hydrotalcite or hydromagnesite, (bas.) MgCO 3 or (bas.) ZnCO 3

Bevorzugt ist MgO und Mg(OH)2. Besonders bevorzugt ist ZnO.Preferably, MgO and Mg (OH) 2 . Particularly preferred is ZnO.

Eine weitere Bevorzugung gilt für Melaminorthophosphat und Melaminpyrophosphat.Another preference is for melamine orthophosphate and melamine pyrophosphate.

Grundsätzlich können als Metall(hydr)oxid(Derivat) (B) auch Mischungen aus zwei oder mehreren der zuvor genannten Verbindungen verwendet werden.In principle, mixtures of two or more of the abovementioned compounds can also be used as the metal (hydr) oxide (derivative) (B).

Das molare Verhältnis der Melaminphosphate zu den Metall(hydr)oxid(Derivaten), Metalloxohydroxiden und Metall(hydroxy)karbonaten beträgt 1:1 bis 15:1. Bevorzugt 1:1 bis 10:1 und ganz besonders bevorzugt 1:1 bis 2:1.The molar ratio of the melamine phosphates to the metal (hydr) oxides (derivatives), metal oxohydroxides and metal (hydroxy) carbonates is 1: 1 to 15: 1. Preferably 1: 1 to 10: 1 and most preferably 1: 1 to 2: 1.

Das Verfahren umfasst bevorzugt die folgenden Schritte:

  • 1) Mischen bzw. Vermahlen und Homogenisieren von Melaminphosphat(Derivat) (A) und Metall(hydr)oxid(Derivat), Metall(hydroxy)karbonat (B) in einem Mischer;
  • 2) Umsetzung bei einer Temperatur von 120 bis 350°C, insbesondere bei 200 bis 320°C und ganz besonders bei 250 bis 300°C
The method preferably comprises the following steps:
  • 1) Mixing and homogenizing melamine phosphate (derivative) (A) and metal (hydr) oxide (derivative), metal (hydroxy) carbonate (B) in a mixer;
  • 2) Reaction at a temperature of 120 to 350 ° C, especially at 200 to 320 ° C and especially at 250 to 300 ° C.

Die Zerkleinerung von Edukten kann auch vor dem Schritt (1) in einer Kugelmühle, Hammermühle, Jetmühle oder in einer Singeltrack-Jetmühle stattfinden.The comminution of educts can also take place before step (1) in a ball mill, hammer mill, jet mill or in a single-track jet mill.

Für die Kalzinierung bevorzugte Einrichtungen sind Heiz/Kalt-Luftmischer, Kalzinierungsöfen und Kneter. Beispiele hierfür sind, Henschel-Mischer, AVA-Mischer, Banbury-Mischer, Ribbon-Mischer, Vakuumkneter, BUSS-Kneter, Drehrohröfen oder ein Far-IR rays conveyor furnace. Ein repräsentativer Überblick dieser Reaktoren ist nachzulesen in EP 2 615 061 A1 .Preferred facilities for calcination are heating / cold air mixers, calcination furnaces, and kneaders. Examples include Henschel mixers, AVA mixers, Banbury mixers, ribbon mixers, vacuum kneaders, BUSS kneaders, rotary kilns or a Far-IR rays conveyor furnace. A representative overview of these reactors can be found in EP 2 615 061 A1 ,

Besonders bevorzugt kann sich an Schritt (1) ein Schritt (2) sukzessiv in der gleichen Apparatur anschliessen. Particularly preferably, step (1) can be followed by a step (2) successively in the same apparatus.

Die Temperung des Reaktionsproduktes erfolgt typischerweise bei 120 bis 350°C, bevorzugt bei 250 bis 300°C.The heat treatment of the reaction product is typically carried out at 120 to 350 ° C, preferably at 250 to 300 ° C.

MNP-Derivate und deren ZusammensetzungenMNP derivatives and their compositions

Ferner wurde unerwartet gefunden, dass Zusammensetzungen, die durch Zugabe von Synergisten oder Co-Komponenten erhalten wurden, das Wirkungsprofil von MNP-Derivaten in Bezug auf Flammschutzwirkung und Intumeszenzverhalten weiter optimiert werden können. Diese weiteren Komponenten können metallhaltig oder metallfrei sein.Furthermore, it has unexpectedly been found that compositions obtained by adding synergists or co-components can further optimize the profile of action of MNP derivatives in terms of flame retardancy and intumescent behavior. These other components may be metal-containing or metal-free.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch eine Zusammensetzung, welche die zuvor beschriebenen MNP-Derivate Komponente (i) und eine weitere, von der Komponente (i) verschiedene metallhaltige Komponente (ii) und gegebenenfalls eine metallfreie Komponente (iii) beinhaltet.The present invention thus also relates to a composition which comprises the above-described MNP derivatives component (i) and a further metal-containing component (ii) other than component (i) and optionally a metal-free component (iii).

Die zusätzliche metallhaltige Komponente (ii) kann insbesondere Metall(hydr)oxid, Metalloxohydroxid, Metall(Doppel)-karbonat, Hydrotalcit, Hydrokalumit isnbesondere Metallphosphat, Metallpyrophosphat, kationisch- oder anionisch-modifizierter Organoclay, Stannat- oder Molybdatsalz, Metallborat oder Metallphosphinat der Formeln (a) oder (b) oder Metallphosphonat der Formel (c), hergestellt gemäß WO2014/060004 oder Aluminium, -tris-methyl-Methanphosphonat, umfassen,

Figure DE102015009598A1_0002
wobei R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, lineares oder verzweigtes C1-C6-Alkyl oder Phenyl sind; Mt1 Ca, Mg, Zn oder Al ist, m = 2 oder 3 ist und Mt Ca, Mg, Zn, Al, Sn, Zr, TiO, ZrO, Ce, MoO, WO2, VO, Mn, Bi oder Sb ist, D = O oder S ist und n 2 oder 3 ist.The additional metal-containing component (ii) may in particular metal (hydr) oxide, metal oxohydroxide, metal (double) carbonate, hydrotalcite, Hydrokalumit isnbesondere metal phosphate, metal pyrophosphate, cationic or anionic modified organoclay, stannate or molybdate salt, metal borate or metal phosphinate of the formulas (a) or (b) or metal phosphonate of the formula (c), prepared according to WO2014 / 060004 or aluminum, tris-methyl methane phosphonate,
Figure DE102015009598A1_0002
wherein R 1 and R 2 are independently hydrogen, linear or branched C 1 -C 6 alkyl or phenyl; Mt 1 is Ca, Mg, Zn or Al, m is 2 or 3 and Mt is Ca, Mg, Zn, Al, Sn, Zr, TiO, ZrO, Ce, MoO, WO 2 , VO, Mn, Bi or Sb , D = O or S and n is 2 or 3.

Hydrotalcit und Hydrokalumit besitzen beispielsweise die Zusammensetzung Mg6Al2(OH)16CO3 und Ca4Al2(OH)12CO3. Unter Organoclays versteht der Fachmann organophilmodifizierte Tonmineralien (haupsächlich Montmorillonite) auf Basis von Kationenaustausch wie Triethanol-Talg-Ammonium-Montmorillonit und Triethanol-Talg-Ammonium-Hektorit, wie in Dr. G. Beyer; Konf. Fire Resistance in Plastics, 2007 beschrieben. Anionische Organoclays bedeuten organophilmodifizierte Hydrotalcite auf Basis von Anionenaustausch mit Alkalirosinaten, ungesättigten und gesättigten Fettsäuresalzen sowie langkettig alkylsubstituierten Sulfonaten und Sulfaten.For example, hydrotalcite and hydrocalumite have the composition Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 and Ca 4 Al 2 (OH) 12 CO 3 . Organoclays are understood by the skilled artisan to be organophil modified clay minerals (mainly montmorillonites) based on cation exchange such as triethanol tallow ammonium montmorillonite and triethanol tallow ammonium hectorite as described in US Pat Dr. G. Beyer; Conf. Fire Resistance in Plastics, 2007 described. Anionic organoclays mean organophil-modified hydrotalcites based on anion exchange with alkali sarcosates, unsaturated and saturated fatty acid salts, and long-chain alkyl-substituted sulfonates and sulfates.

Metalloxide sind bevorzugt Diantimontrioxid, Diantimontetroxid, Diantimonpentoxid oder Zinkoxid.Metal oxides are preferably di-antimony trioxide, di-antimony tetroxide, di-antimony pentoxide or zinc oxide.

Bevorzugt sind bei den Metall(hydr)oxiden Magnesiumhydroxid (MDH, Brucit), Aluminiumtrihydroxid (ATH, Gibbsit, Apyral®) oder Aluminiummonohydroxid (Boehmit, Apyral®) sowie die Karbonate, Magnesit, Hydromagnesit, Hydrozinkit und die Doppelkarbonate Huntit (UltraCarb®) und Dolomit. Neben GIbbsit und Boehmit sind auch die anderen Modifikationen von Aluminiumtrihydroxiden, nämlich Bayerit, Nordstrandit und Diaspor anzuführen.Wherein the metal (hydr) oxides of magnesium hydroxide (MDH, brucite), aluminum trihydroxide are preferred (ATH, gibbsite, Apyral ®) or aluminum monohydroxide (boehmite Apyral ®) as well as the carbonates, magnesite, hydromagnesite, hydrozincite and Doppelkarbonate huntite (Ultracarb ®) and dolomite. In addition to GIbbsit and boehmite, the other modifications of aluminum trihydroxides, namely bayerite, nordstrandite and diaspore are also to be cited.

Als Metallphosphate sind Metallpyrophosphate bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Aluminium- und Zinkpyrophosphat sowie Zink- und Aluminiumtriphosphat ebenso wie Aluminium- und Zinkmetaphosphat sowie Aluminium- und Zinkorthophosphat.As metal phosphates, metal pyrophosphates are preferred. Particularly preferred are aluminum and zinc pyrophosphate and zinc and aluminum triphosphate as well as aluminum and zinc metaphosphate and aluminum and zinc orthophosphate.

Unter den kationisch- oder anionisch-modifizierten Organoclays sind die alkylsulfat- oder fettsäurecarboxylat- modifizierten Hydrotalcite oder langkettig quaternär-ammonium- modifizierte Tonmineralien besonders bevorzugt.Among the cationically or anionically modified organoclays, the alkyl sulfate or fatty acid carboxylate-modified hydrotalcites or long-chain quaternary ammonium-modified clay minerals are particularly preferred.

Weiterhin bevorzugt sind in Bezug auf Molybdat- oder Stannatsalze Ammoniumheptamolybdat, Ammoniumoctamolybdat, Zinkstannat oder Zinkhydroxystannat oder Mischungen davon. Diese wirken ferner als Rauchverminderer und verleihen somit den Flammschutzmitteln der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhafte Eigenschaften. Also preferred with respect to molybdate or stannate salts are ammonium heptamolybdate, ammonium octamolybdate, zinc stannate or zinc hydroxystannate or mixtures thereof. These also act as smoke reducers and thus give the flame retardants of the present invention particularly advantageous properties.

Aus der Klasse der Metallborate sind Alkali-, Erdalkali- oder Zinkborat bevorzugt. Weiterhin anzuführen sind Aluminiumborat, Bariumborat, Calciumborat, Magnesiumborat, Manganborat, Melaminborat, Kaliumborat, Zinkborphosphat oder Mischungen davon.From the class of metal borates alkali, alkaline earth or zinc borate are preferred. Also to be mentioned are aluminum borate, barium borate, calcium borate, magnesium borate, manganese borate, melamine borate, potassium borate, zinc boron phosphate or mixtures thereof.

Metallphosphinate sind bevorzugt Salze in denen Mt1 ausgewählt ist aus Ca, Mg, Zn oder Al. Bevorzugte Metallphosphinate sind Phenylphosphinat, Diethyl(methyl, ethyl)phosphinat, insbesondere in Verbindung mit den zuvor genannten Metallen.Metal phosphinates are preferably salts in which Mt 1 is selected from Ca, Mg, Zn or Al. Preferred metal phosphinates are phenylphosphinate, diethyl (methyl, ethyl) phosphinate, especially in combination with the aforementioned metals.

Unter den Hypophosphiten sind das Mg-, Ca-, Zn- und Al-Salz besonders bevorzugt.Among the hypophosphites, the Mg, Ca, Zn and Al salts are particularly preferred.

Bevorzugte Metallphosphinate (b) und Metallphosphonate (c) sind Salze mit Mt ausgewählt aus Ca, Mg, Zn oder Al. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Metallphosphinates (VI), das aus 6H-Dibenz[c,e][1,2]oxaphosphorin-6-oxid [CAS-Nr.: 35948-25-5) in Wasser ohne Verwendung von Alkalilauge hergestellt wird. Besonders bevorzugt ist auch die Verwendung von Metallphosphonaten (c), die beispielsweise durch thermische Zyklisierung von Vorstufen (b) zugänglich sind. Ganz besonders bevorzugt sind Zink- oder Aluminium-Phosphonate und Thiophosphonate (c). Die (Thio)Phosphonate werden vorzugsweise aus den (Thio)Phosphonsäuren (CAS-Nr: 36240-31-0 und CAS-Nr: 62839-09-2) hergestellt. Sämtliche Phosphorvorstufen sind als Handelsprodukte erhältlich.Preferred metal phosphinates (b) and metal phosphonates (c) are salts with Mt selected from Ca, Mg, Zn or Al. Particularly preferred is the use of a metal phosphinate (VI) prepared from 6H-dibenz [c, e] [1,2] oxaphosphorine 6-oxide [CAS #: 35948-25-5) in water without the use of caustic becomes. Also particularly preferred is the use of metal phosphonates (c), which are accessible for example by thermal cyclization of precursors (b). Very particular preference is given to zinc phosphonates or aluminum phosphonates and thiophosphonates (c). The (thio) phosphonates are preferably prepared from the (thio) phosphonic acids (CAS No: 36240-31-0 and CAS No: 62839-09-2). All phosphorus precursors are available as commercial products.

Die metallfreie(Co-)Komponente (Komponente (iii) der erfindungsgemäßen Zusammensetzung) umfasst insbesondere roten Phosphor, oligomere Phosphatester, oligomere Phosphonatester, zyklische Phosphonatester, Thiopyrophosphorsäureester, Melaminorthophosphat oder Melaminpyrophosphat, Di-Melaminphosphat, Melam(polyphosphat), Melem, Ammoniumpolyphosphat, Melamin-Phenylphosphonat sowie dessen Halbestersalz, wie in WO 2010/063623 beschrieben, Melamin-Benzolphosphinat, wie in WO 2010/057851 beschrieben, Hydroxyalkyl-Phosphinoxide, wie in WO 2009/034023 beschrieben, Tetrakishydroxymethylphosphoniumsalze und Phospholan(oxid)- bzw. Phosphol-Derivate sowie Bisphosphoramidate mit Piperazin als Brückenglied oder ein Phosphinatester, die Substanzklasse der NOR-HALS-Verbindungen (non-basic aminoether Hindered Amine Light Stabilizer) sowie Mischungen davon.The metal-free (co) component (component (iii) of the inventive composition) comprises in particular red phosphorus, oligomeric phosphate esters, oligomeric phosphonate esters, cyclic phosphonate esters, thiopyrophosphoric acid esters, melamine orthophosphate or melamine pyrophosphate, di-melamine phosphate, melam (polyphosphate), melem, ammonium polyphosphate, melamine Phenylphosphonat and its half ester salt, as in WO 2010/063623 described, melamine-benzenephosphinate, as in WO 2010/057851 described hydroxyalkyl-phosphine oxides, as in WO 2009/034023 Tetrakishydroxymethylphosphoniumsalze and phospholane (oxide) - or phosphole derivatives and Bisphosphoramidate with piperazine as a bridge member or a phosphinate ester, the class of compounds of the NOR-HALS compounds (non-basic amino ether Hindered Amine Light Stabilizer) and mixtures thereof.

Ebenfalls besonders bevorzugt sind Phosphinatester, wie beispielsweise Benzolmonophenylesterderivate oder 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (6H-Dibenzo(c,e)(1,2)-oxaphosphorin-6-on)-Derivate.Also particularly preferred are phosphinate esters such as benzene monophenyl ester derivatives or 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (6H-dibenzo (c, e) (1,2) -oxaphosphorin-6-one) derivatives ,

Ebenso bevorzugt sind zusätzlich Polyole, Aminouracile, POSS-Verbindungen, Trishydroxyethylisocyanurat, Melamincyanurat, Blähgraphit oder Mischungen davon. POSS-Verbindungen (polyhedral oligomeric silsesquioxanes) und deren Derivate werden näher beschrieben von Prof. Giovanni Camino in POLYMER, Vol. 46, S. 7855–7866 . Besonders bevorzugt sind hierbei POSS-Derivate auf Methylsiloxan-Basis.Also preferred are polyols, aminouracils, POSS compounds, trishydroxyethyl isocyanurate, melamine cyanurate, expandable graphite or mixtures thereof. POSS compounds (polyhedral oligomeric silsesquioxanes) and their derivatives are described in more detail by Prof. Giovanni Camino in POLYMER, Vol. 46, pp. 7855-7866 , Particularly preferred are POSS derivatives based on methylsiloxane.

Von dem Polyolen sind beonders boveorzugt Polyole auf Basis von Pentaerythrit, Dipentaerythrit und Polypentaerythrit, insbseonderes bevorzugt sind CharmorTM PM, DP und PP100.Of the polyols, especially preferred are polyols based on pentaerythritol, dipentaerythritol and polypentaerythritol, especially preferred are Charmor PM, DP and PP100.

Ferner können auch Tris-hydroxyethyl-isocyanurat-polyterephthalate sowie Triazinpolymere mit Piperazin-1,4-diyl-Brückengliedern und Morpholin-1-yl-Endgruppen in den Flammschutzmitteln der vorliegenden Erfindung enthalten sein.Further, tris-hydroxyethyl isocyanurate polyterephthalates and triazine polymers having piperazine-1,4-diyl bridge members and morpholin-1-yl end groups may also be contained in the flame retardants of the present invention.

Ferner können folgende Zusatzstoffen in den Flammschutzmitteln der vorliegenden Erfindung enthalten sein: Bis-Azinpentaerythritdiphosphatsalze, Hexa-aryloxy-triphosphazene, Poly-aryloxy-phosphazene und Siloxane, beispielsweise der allgemeinen Form (R2SiO)r oder (RSiO1,5)r.Further, the following additives may be included in the flame retardants of the present invention: bis-azine pentaerythritol diphosphate salts, hexa-aryloxy triphosphazenes, polyaryloxy phosphazenes, and siloxanes, for example, of the general form (R 2 SiO) r or (R 2 SiO 1.5) r.

Grundsätzlich können in den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung auch Mischungen zweier oder mehrerer der zuvor beschriebenen Verbindungen enthalten sein.In principle, mixtures of two or more of the compounds described above may also be present in the compositions of the present invention.

Verwendung der erfindungsgemäßen MNP-Derivate Use of the MNP derivatives according to the invention

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen MNP-Derivates in einem Polymer oder einer Polymermischung als Flammschutzmittel. Die vorliegende Erfindung betrifft somit ferner Zusammensetzungen, wie zuvor beschrieben, welche zusätzlich ein Polymer oder eine Polymermischung enthalten. Bevorzugt wird zunächst die zuvor beschriebene Zusammensetzung, umfassend die Komponenten (i), (ii) und gegebenenfalls (iii), hergestellt und diese Zusammensetzung in das Polymer oder die Polymermischung eingearbeitet.A particular embodiment of the invention relates to the use of the MNP derivative of the invention in a polymer or a polymer mixture as a flame retardant. The present invention thus further relates to compositions, as described above, which additionally contain a polymer or a polymer mixture. Preference is given to first preparing the above-described composition comprising components (i), (ii) and, if appropriate, (iii), and incorporating this composition into the polymer or the polymer mixture.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von flammgeschützten Polymerformmassen, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäßen stabilisierten Flammschutzmittel mit dem Polymergranulat und evtl. Additiven in einem Compoundieraggregat bei höheren Temperaturen in der Polymerschmelze homogenisiert werden und anschließend der homogenisierte Polymerstrang abgezogen, gekühlt und portioniert wird. Das erhaltene Granulat wird z. B. bei 90°C im Umluftofen getrocknet.The invention also relates to a process for the preparation of flame-retardant polymer molding compositions, characterized in that the stabilized flame retardants according to the invention are homogenized with the polymer granules and any additives in a compounding unit at higher temperatures in the polymer melt and then the homogenized polymer strand is withdrawn, cooled and portioned. The granules obtained is z. B. at 90 ° C in a convection oven.

Bevorzugt stammt das Compoundieraggregat aus der Gruppe der Einwellenextruder, Mehrzonenschnecken oder Doppelschneckenextruder. Geeignete Compoundieraggregate sind Einwellenextruder bzw. Einschneckenextruder z. B. der Fa. Berstorff GmbH, Hannover und oder der Fa. Leistritz, Nürnberg, Mehrzonenschnecken-Extruder mit Dreizonenschnecken und/oder Kurzkompresionsschnecken, Ko-Kneader z. B. Fa. Coperion Buss Compounding Systems, CH-Pratteln, z. B. MDK/E46-11 D und/oder Laborkneter (MDK 46 der Fa. Buss, Schweiz mit L = 11D); Doppelschneckenextruder z. B. der Fa. Coperion Werner Pfleiderer GmbH & Co. KG, Stuttgart (ZSK 25, ZSk 30, ZSK 40, ZSK 58, ZSK MEGAcompounder 40, 50, 58, 70, 92, 119, 177, 250, 320, 350, 380) und/oder der Fa. Berstorff GmbH, Hannover, Leistritz Extrusionstechnik GmbH, Nürnberg; TSE 24 MC Twin-screw Extruder der Fa. Thermo Scientific, Karlsruhe; Ring-Extruder z. B. der Fa. 3 + Extruder GmbH, Laufen mit einem Ring von drei bis zwölf kleinen Schnecken, die um einem statischen Kern rotieren und/oder Planetwalzenextruder z. B. der Fa. Entex, Bochem und/oder Entgassungsextruder und/oder Kaskadenextruder und/oder Maillefer-Schnecken; Compounder mit gegenläufiger Doppelschnecke z. B. Complex 37- bzw. -70-Typen der Fa. Krauss-Maffei Berstorff.The compounding unit preferably comes from the group of single-screw extruders, multizone screws or twin-screw extruders. Suitable compounding units are single-screw extruder or single-screw extruder z. B. Berstorff GmbH, Hannover and or the Fa. Leistritz, Nuremberg, multi-zone screw extruder with three-zone screws and / or short compression screws, Ko-Kneader z. B. Fa. Coperion Buss Compounding Systems, CH-Pratteln, z. B. MDK / E46-11 D and / or laboratory kneader (MDK 46 Fa. Buss, Switzerland with L = 11D); Twin-screw extruder z. Coperion Werner Pfleiderer GmbH & Co. KG, Stuttgart (ZSK 25, ZSk 30, ZSK 40, ZSK 58, ZSK MEGAcompounder 40, 50, 58, 70, 92, 119, 177, 250, 320, 350, 380) and / or Berstorff GmbH, Hanover, Leistritz Extrusionstechnik GmbH, Nuremberg; TSE 24 MC twin-screw extruder from Thermo Scientific, Karlsruhe; Ring extruder z. B. the Fa. 3 + Extruder GmbH, running with a ring of three to twelve small screws that rotate around a static core and / or planetary roller extruder z. As the Fa. Entex, Bochem and / or Entgassungsextruder and / or cascade extruder and / or Maillefer screws; Compounder with counter-rotating twin screw z. B. Complex 37- or -70 types of the company. Krauss -Maffei Berstorff.

Das Polymer ist typischerweise ein Thermoplast, der vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyamid, Polycarbonat, Polyolefin, Polystyrol, Polyester, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, ABS und Polyurethan, oder ein Duroplast ist, der vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Epoxidharz (mit Härter), Phenolharz und Melaminharz.The polymer is typically a thermoplastic, preferably selected from the group consisting of polyamide, polycarbonate, polyolefin, polystyrene, polyester, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, ABS and polyurethane, or a thermosetting resin, preferably selected from the group consisting of epoxy resin (with hardener), phenolic resin and melamine resin.

Es können auch Mischungen von zwei oder mehreren Polymeren, insbesondere Thermo- und/oder Duroplasten, in denen das erfindungsgemäße MNP-Derivat als Flammschutzmittel eingesetzt wird, verwendet werden.It is also possible to use mixtures of two or more polymers, in particular thermosets and / or thermosets, in which the MNP derivative according to the invention is used as flame retardant.

Beispiele für solche Polymere sind:

  • – Polymere von Mono- und Diolefinen, z. B. Polypropylen, Polyisobutylen, Polybuten-1, Poly-4-methylpenten-1, Polyvinylcyclohexan, Polyisopren oder Polybutadien und Polymerisate von Cycloolefinen, z. B. von Cyclopenten oder Norbornen und Polyethylen (auch vernetzt), z. B. High Density Polyethylen (HDPE) oder High Molecular Weight (HDPE-HMW), High Density Polyethylen mit Ultra-High Molecular Weight (HDPE-UHMW), Medium Density Polyethylen (MDPE), Low Density Polyethylen (LDPE), Green Polyethylen® und Linear Low Density Polyethylen (LLDPE), (VLDPE) und (ULDPE) sowie Copolymere von Ethylen und Vinylacetat (EVA) (z. B. EscoreneTM);
  • – Polyurethane: thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPU): aliphatische- und aromatische-TPU; Polyester- und Polyether-Polyurethane sowie Polycaprolactone. Beispiele hierfür sind: Elastollan®, Irogran®, Irostic® und Avalon®
  • – Polystyrole, Poly(p-methylstyrol), Poly(α-methylstyrol);
  • – Copolymere sowie Propfcopolymere von Polybutadien-Styrol oder Polybutadien und (Meth)Acrylnitril wie z. B. ABS und MBS;
  • – Halogenhaltige Polymere, wie z. B. Polychloropren, Polyvinylchlorid (PVC); Polyvinylidenchlorid (PVDC), Copolymere von Vinylchlorid/Vinylidenchlorid, Vinylchlorid/Vinylacetat oder Vinylchlorid/Vinylacetat;
  • – Poly(meth)acrylate, Polymethylmethacrylate (PMMA), Polyacrylamid und Polyacrylnitril (PAN);
  • – Polymere von ungesättigten Alkoholen und Aminen oder ihren Azylderivaten bzw. Azetalen, wie z. B. Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylacetate, -stearate, -benzoate oder -maleate, Polyvinylbutyral, Polyallylphthalate und Polyallylmelamine;
  • – Homo- und Copolymere von cyclischen Ethern, wie Polyalkylenglykole, Polyethylenoxide, Polypropylenoxide und deren Copolymere mit Bisglycidylethern;
  • – Polyacetale, wie beispielsweise Polyoxymethylene (POM) sowie Polyurethan und Acrylat-modifizierte Polyazetale;
  • – Polyphenylenoxide und -sulfide und deren Gemische mit Styrolpolymeren oder Polyamiden;
  • – Polyamide und Copolyamide hergeleitet von Diaminen und Dicarbonsäuren und/oder von Aminocarbonsäuren oder den entsprechenden Laktamen, wie z. B. Polyamid 4, Polyamid 6, Polyamid 6/6, 6/10, 6/9, 6/12, 12/12, Polyamid 11, Polyamid 12, aromatische Polyamide, hergeleitet vom m-Xylylendiamin und Adipinsäure und Copolyamide modifiziert mit EPDM oder ABS. Beispiele von Polyamiden und Copolyamiden sind hergeleitet von ε-Kaprolaktam, Adipinsäure, Sebacinsäure, Dodekansäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Hexamethylendiamin, Tetramethylendiamin, 2-Methyl-pentamethylendiamin, 2,2,4-Trimethylhexamethylendiamin, 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin, m-Xylylendiamin oder Bis(3-Methyl-4-aminozyklohexyl)methan;
  • – Polyharnstoffe, Polyimide, Polyamidimide, Polyetherimide, Polyesterimide, Polyhydantoine und Polybenzimidazole.
  • – Polyester, hergeleitet von Dicarbonsäuren und Dialkoholen und/oder Hydroxycarbonsäuren oder den entsprechenden Laktonen, wie z. B. Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Poly-1,4-dimethylzyklohexanterephthalat, Polyalkylennaphthalat (PAN) und Polyhydroxybenzoate, Polymilchsäureester und Polyglykolsäureester;
  • – Polycarbonate und Polyestercarbonate;
  • – Polyketone;
  • – Mischungen bzw. Legierungen von o. g. Polymeren z. B. PP/EPDM, PA/EPDM oder ABS, PVC/EVA, PVC/ABS, PBC/MBS, PC/ABS, PBTP/ABS, PC/AS, PC/PBT, PVC/CPE, PVC/Acrylat, POM/thermoplastisches PUR, PC/thermoplastisches PUR, POM/Acrylat, POM/MBS, PPO/HIPS, PPO/PA6.6 und Copolymere, PA/HDPE, PA/PP, PA/PPO, PBT/PC/ABS oder PBT/PET/PC, sowie TPE-O, TPE-S und TPE-E;
  • – Biopolymere der Klasse Polymilchsäure (PLA), zellulosebasiertes PH, Polycaprolate (PCl), Polybutyleneterephthalat (PBT), Polyhydroxyalkanoate (PHA), Green Polyethylenterephthalat (GPET), Poly-D-Lactid (PDLA) und Poly-L-Lactid (PLLA) und ggf. einen Weichmacher
  • – Duroplaste wie PF, MF oder UF oder Mischungen davon;
  • – Epoxidharze-Thermoplaste und Duroplaste;
  • – Phenolharze;
  • – Wood-Plastic-Composites (WPC) sowie Polymere auf PLA-, PHB- und Stärke-Basis.
Examples of such polymers are:
  • Polymers of monoolefins and diolefins, e.g. As polypropylene, polyisobutylene, polybutene-1, poly-4-methylpentene-1, polyvinylcyclohexane, polyisoprene or polybutadiene and polymers of cycloolefins, z. B. of cyclopentene or norbornene and polyethylene (also crosslinked), z. As High Density Polyethylene (HDPE) or high molecular weight (HDPE-HMW), high density polyethylene ultra-high molecular weight (HDPE-UHMW), medium density polyethylene (MDPE), low density polyethylene (LDPE), polyethylene Green ® and linear low density polyethylene (LLDPE), (VLDPE) and (ULDPE) as well as copolymers of ethylene and vinyl acetate (EVA) (Escorene eg.);
  • - Polyurethanes: thermoplastic polyurethane elastomers (TPU): aliphatic and aromatic TPU; Polyester and polyether polyurethanes and polycaprolactones. Examples include: Elastollan ®, Irogran ®, ® and Irostic Avalon ®
  • - polystyrenes, poly (p-methylstyrene), poly (α-methylstyrene);
  • - Copolymers and graft copolymers of polybutadiene-styrene or polybutadiene and (meth) acrylonitrile such. ABS and MBS;
  • - Halogen-containing polymers, such as. For example, polychloroprene, polyvinyl chloride (PVC); Polyvinylidene chloride (PVDC), copolymers of vinyl chloride / vinylidene chloride, vinyl chloride / vinyl acetate or vinyl chloride / vinyl acetate;
  • Poly (meth) acrylates, polymethyl methacrylates (PMMA), polyacrylamide and polyacrylonitrile (PAN);
  • - Polymers of unsaturated alcohols and amines or their Azylderivaten or acetals, such as. Polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetates, stearates, benzoates or maleates, polyvinyl butyral, polyallyl phthalates and polyallylamines;
  • - Homo- and copolymers of cyclic ethers, such as polyalkylene glycols, polyethylene oxides, polypropylene oxides and their copolymers with bisglycidyl ethers;
  • Polyacetals such as polyoxymethylene (POM) and polyurethane and acrylate-modified polyacetals;
  • - Polyphenylene oxides and sulfides and mixtures thereof with styrene polymers or polyamides;
  • - Polyamides and copolyamides derived from diamines and dicarboxylic acids and / or aminocarboxylic acids or the corresponding lactams, such as. Polyamide 4, polyamide 6, polyamide 6/6, 6/10, 6/9, 6/12, 12/12, polyamide 11, polyamide 12, aromatic polyamides derived from m-xylylenediamine and adipic acid and copolyamides modified with EPDM or ABS. Examples of polyamides and copolyamides are derived from ε-caprolactam, adipic acid, sebacic acid, dodecanoic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, hexamethylenediamine, tetramethylenediamine, 2-methyl-pentamethylenediamine, 2,2,4-trimethylhexamethylenediamine, 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, m- Xylylenediamine or bis (3-methyl-4-aminocyclohexyl) methane;
  • Polyureas, polyimides, polyamide-imides, polyether-imides, polyester-imides, polyhydantoins and polybenzimidazoles.
  • - Polyester, derived from dicarboxylic acids and dialcohols and / or hydroxycarboxylic acids or the corresponding lactones, such as. Polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate, polybutylene terephthalate, poly-1,4-dimethylcyclohexane terephthalate, polyalkylene naphthalate (PAN) and polyhydroxybenzoates, polylactic acid esters and polyglycolic acid esters;
  • - polycarbonates and polyestercarbonates;
  • - polyketones;
  • - Mixtures or alloys of the above polymers z. PP / EPDM, PA / EPDM or ABS, PVC / EVA, PVC / ABS, PBC / MBS, PC / ABS, PBTP / ABS, PC / AS, PC / PBT, PVC / CPE, PVC / Acrylate, POM / thermoplastic PUR, PC / thermoplastic PUR, POM / acrylate, POM / MBS, PPO / HIPS, PPO / PA6.6 and copolymers, PA / HDPE, PA / PP, PA / PPO, PBT / PC / ABS or PBT / PET / PC, as well as TPE-O, TPE-S and TPE-E;
  • - Polylactic acid (PLA) biopolymers, cellulose-based PH, polycaprolates (PCl), polybutylene terephthalate (PBT), polyhydroxyalkanoates (PHA), green polyethylene terephthalate (GPET), poly-D-lactide (PDLA) and poly-L-lactide (PLLA) and optionally a plasticizer
  • Thermosets such as PF, MF or UF or mixtures thereof;
  • - epoxy resin thermoplastics and thermosets;
  • - phenolic resins;
  • - Wood-plastic composites (WPC) as well as polymers based on PLA, PHB and starch.

Diese Polymere finden entweder als technische Kunststoffe (Engineering Plastics) ihre Anwendung in der Elektro- und Elektronikindustrie (Leiterplatten, Kabel, Kabelummantelungen, Bauteile für E & E) oder bilden die Matrix in diversen Anwendungen wie in Farben und Lacken, sowie in Coating von Metalloberflächen im Bau- und Transportwesen (Bahn, Schiffe und Flugzeuge), Fasern und Textilien.These polymers are used either as engineering plastics (engineering plastics) in the electrical and electronics industry (PCBs, cables, cable sheathing, components for E & E) or form the matrix in various applications such as paints and coatings, as well as in coating of metal surfaces in construction and transport (rail, ships and aircraft), fibers and textiles.

Die Konzentration der erfindungsgemäßen Flammschutzmittelzubereitungen, bestehend aus dem MNP-derivat (Komponente (i)) und der zusätzlichen metallhaltigen Komponente (ii) beträgt in einem Polymer oder einer Polymermischung bevorzugt 0,1 bis 60 Gew.-%, bezogen auf Polymer oder die Polymermischung. Das Komponentenverhältnis in der Zusammensetzung, bestehend aus MNP-Derivat (i) und Co-Komponenten (ii) und (iii), liegt im Bereich von 1:1 bis 1:10.The concentration of the flame retardant preparations according to the invention, consisting of the MNP derivative (component (i)) and the additional metal-containing component (ii) in a polymer or a polymer mixture is preferably from 0.1 to 60% by weight, based on the polymer or the polymer mixture , The component ratio in the composition consisting of MNP derivative (i) and co-components (ii) and (iii) is in the range of 1: 1 to 1:10.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das erfindungsgemäße Polymermaterial weitere Füllstoffe enthalten, die bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Metallhydroxiden und/oder Metalloxiden, vorzugsweise Erdalkalimetallhydroxiden, beispielsweise Magnesiumhydroxid und Aluminiumhydroxid, Silikaten, vorzugsweise Schichtsilikaten wie Bentonit, Kaolinit, Muskovit, Pyrophyllit, Markasit und Talk, oder anderen Mineralien, wie Wollastonit, Siliziumdioxid, wie Quarz, Glimmer, Feldspat, sowie Titandioxid, Erdalkalimetallsilikate und Alkalimetallsilikate, Carbonate, vorzugsweise Calciumcarbonat, sowie Talk, Ton, Glimmer, Kieselerde, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Pyrit, Glasfasern, Glaspartikeln, Glasperlen und Glaskugeln, Holzmehl, Cellulosepulver, Ruß, Graphit, Kreide und Pigmenten.According to a preferred embodiment of the invention, the polymer material according to the invention may comprise further fillers which are preferably selected from the group consisting of metal hydroxides and / or metal oxides, preferably alkaline earth metal hydroxides, for example magnesium hydroxide and aluminum hydroxide, silicates, preferably phyllosilicates such as bentonite, kaolinite, muscovite, pyrophyllite , Marcasite and talc, or other minerals such as wollastonite, silica, such as quartz, mica, feldspar, and titanium dioxide, alkaline earth metal silicates and alkali metal silicates, carbonates, preferably calcium carbonate, and talc, clay, mica, silica, calcium sulfate, barium sulfate, pyrite, glass fibers, Glass particles, glass beads and glass beads, wood flour, cellulose powder, carbon black, graphite, chalk and pigments.

Diese Füllstoffe können dem Polymermaterial weitere gewünschte Eigenschaften verleihen. Insbesondere kann z. B. durch eine Verstärkung mit Glasfasern die mechanische Stabilität erhöht werden oder durch Zugabe von Farbstoffen der Kunststoff eingefärbt werden.These fillers can impart further desired properties to the polymeric material. In particular, z. B. by a reinforcement with glass fibers, the mechanical stability can be increased or colored by the addition of dyes of the plastic.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Polymermaterialien weitere Zusatzstoffe, wie Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, Prozesshilfsmittel, Nukleierungsmittel, Antistatika, Gleitmittel, wie Calcium- und Zinkstearat, Viskositätsverbesserer, Impact Modifier und insbesondere Kompatibilisatoren und Dispergiermittel, enthalten.According to a further embodiment, the polymer materials may contain further additives such as antioxidants, light stabilizers, process aids, nucleating agents, antistatic agents, lubricants such as calcium and zinc stearate, viscosity improvers, impact modifiers and in particular compatibilizers and dispersants.

Außerdem können dem Polymer zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen MNP-Derivat Schaumbildner zugesetzt werden. Schaumbildner sind bevorzugt Melamin, Melaminformaldehydharze, Harnstoffderivate, wie Harnstoff, Thioharnstoff, Guanamine, Benzoguanamin, Azetoguanamin und Succinylguanamin, Dizyandiamid, Guanidin und Guanidinsulfamat sowie andere Guanidinsalze bzw. Allantoine und Glykolurile. In addition, foaming agents can be added to the polymer in addition to the MNP derivative of the present invention. Foaming agents are preferably melamine, melamine-formaldehyde resins, urea derivatives such as urea, thiourea, guanamine, benzoguanamine, acetoguanamine and succinylguanamine, dicyandiamide, guanidine and guanidine sulfamate, as well as other guanidine salts or allantoins and glycolurils.

Darüber hinaus kann ein Polymer, welches das erfindungsgemäße MNP-Derivat enthält, auch Antidripping-Mittel, insbesondere auf Polytetrafluoroethylenbasis, enthalten. Die Konzentration solcher Antidrippingmittel beträgt vorzugsweise 0,01 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das zu verarbeitende Polymer.In addition, a polymer containing the MNP derivative of the present invention may also contain antidripping agents, especially polytetrafluoroethylene-based. The concentration of such anti-dripping agents is preferably 0.01 to 15 wt .-%, based on the polymer to be processed.

Folgende repräsentative Auswahl der Beispiele dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.The following representative selection of examples serves to further explain the invention.

BeispieleExamples

Folgende kommerziell erhältliche Materialien werden verwendet: Melaminorthohosphat (CAS Nr.: 20208-95-1), Melaminpyrophosphat (CAS Nr.: 15541-60-3), Zinkoxid (CAS Nr.: 1314-13-2), Magnesiumhydroxid (CAS Nr.: 1309-42-8, Aluminiumhydroxid (CAS Nr.: 21645-51-2)The following commercially available materials are used: melamine orthophosphate (CAS No .: 20208-95-1), melamine pyrophosphate (CAS No: 15541-60-3), zinc oxide (CAS No .: 1314-13-2), magnesium hydroxide (CAS no .: 1309-42-8, aluminum hydroxide (CAS No .: 21645-51-2)

Beispiel 1example 1

896 g Melaminorthophosphat und 162 g ZnO wurden in einem Labormischer (Labormischer HTL 50-90, Fa. AVA) bei RT homogenisiert. Die so homogenisierte Mischung wurde bei 250 bis 290°C, 3–5 h unter Rühren thermisch behandelt. Es resultierten 950 g eines weißen Pulvers.896 g of melamine orthophosphate and 162 g of ZnO were homogenized in a laboratory mixer (laboratory mixer HTL 50-90, AVA) at RT. The thus homogenized mixture was thermally treated at 250 to 290 ° C, 3-5 h with stirring. This resulted in 950 g of a white powder.

Bespiel 2Example 2

1720 g Melaminpyrophosphat und 324 g ZnO wurden in einem Labormischer (Labormischer HTL 50-90, Fa. AVA) bei RT homogenisiert. Die so homogenisierte Mischung wurde bei 250 bis 290°C, 2–3 h unter Rühren thermisch behandelt. Es resultierten 1890 g eines weißen Pulvers.1720 g of melamine pyrophosphate and 324 g of ZnO were homogenized in a laboratory mixer (laboratory mixer HTL 50-90, AVA) at RT. The thus homogenized mixture was thermally treated at 250 to 290 ° C, 2-3 h with stirring. This resulted in 1890 g of a white powder.

Beispiel 3Example 3

1792 g Melaminorthophosphat und 324 g ZnO wurden in einem Labormischer (Vertikalmischer KM/HU 23, Fa. ZEPPELIN) bei RT homogenisiert. Die so homogenisierte Mischung wurde bei 250 bis 290°C, 1–2 h unter Rühren thermisch behandelt. Es resultierten 1950 g eines weißen Pulvers.1792 g of melamine orthophosphate and 324 g of ZnO were homogenized at RT in a laboratory mixer (vertical mixer KM / HU 23, ZEPPELIN). The thus homogenized mixture was thermally treated at 250 to 290 ° C for 1-2 h with stirring. This resulted in 1950 g of a white powder.

Beispiel 4Example 4

1793 g Melaminorthophosphat und 233 g Magnesiumhydroxid wurden in einem Labormischer (Labormischer HTL 50-90, Fa. AVA) bei RT homogenisiert. Die so homogenisierte Mischung wurde bei 270 bis 290°C, 3–5 h unter Rühren thermisch behandelt. Es resultierten 1250 g eines weißen Pulvers.1793 g of melamine orthophosphate and 233 g of magnesium hydroxide were homogenized in a laboratory mixer (laboratory mixer HTL 50-90, AVA) at RT. The thus homogenized mixture was thermally treated at 270 to 290 ° C, 3-5 h with stirring. This resulted in 1250 g of a white powder.

Beispiel 5Example 5

1721 g Melaminpyrophosphat und 233 g Magnesiumhydroxid wurden in einem Labormischer (Labormischer HTL 50-90, Fa. AVA) bei RT homogenisiert. Die so homogenisierte Mischung wurde bei 250 bis 290°C, 3–5 h unter Rühren thermisch behandelt. Es resultierten 1260 g eines weißen Pulvers.1721 g of melamine pyrophosphate and 233 g of magnesium hydroxide were homogenized in a laboratory mixer (laboratory mixer HTL 50-90, AVA) at RT. The thus homogenized mixture was thermally treated at 250 to 290 ° C, 3-5 h with stirring. This resulted in 1260 g of a white powder.

Beispiel 6Example 6

1345 g Melaminorthophosphat und 156 g Aluminiumhydroxid wurden in einem Labormischer (Labormischer HTL 50-90, Fa. AVA) bei RT homogenisiert. Die so homogenisierte Mischung wurde bei 250 bis 290°C, 3–5 h unter Rühren thermisch behandelt. Es resultierten 1030 g eines weißen Pulvers.1345 g of melamine orthophosphate and 156 g of aluminum hydroxide were homogenized in a laboratory mixer (laboratory mixer HTL 50-90, AVA) at RT. The thus homogenized mixture was thermally treated at 250 to 290 ° C, 3-5 h with stirring. This resulted in 1030 g of a white powder.

Beispiel 7Example 7

1290 g Melaminpyrophosphat und 156 g Aluminiumhydroxid wurden in einem Labormischer (Labormischer HTL 50-90, Fa. AVA) bei RT homogenisiert. Die so homogenisierte Mischung wurde bei 270 bis 290°C, 2–3 h unter Rühren thermisch behandelt. Es resultierten 1000 g eines weißen Pulvers.1290 g of melamine pyrophosphate and 156 g of aluminum hydroxide were homogenized in a laboratory mixer (laboratory mixer HTL 50-90, AVA) at RT. The thus homogenized mixture was thermally treated at 270 to 290 ° C, 2-3 h with stirring. This resulted in 1000 g of a white powder.

Beispiel 8 Example 8

2241 g Melaminorthophosphat und 81 g ZnO wurden in einem Labormischer (Labormischer HTL 50-90, Fa. AVA) bei RT homogenisiert. Die so homogenisierte Mischung wurde bei 270 bis 290°C, 3–5 h unter Rühren thermisch behandelt. Es resultierten 2000 g eines weißen Pulvers.2241 g of melamine orthophosphate and 81 g of ZnO were homogenized in a laboratory mixer (laboratory mixer HTL 50-90, AVA) at RT. The thus homogenized mixture was thermally treated at 270 to 290 ° C, 3-5 h with stirring. This resulted in 2000 g of a white powder.

Beispiel 9Example 9

2151 g Melaminpyrophosphat und 81 g ZnO wurden in einem Labormischer (Labormischer HTL 50-90, Fa. AVA) bei RT homogenisiert. Die so homogenisierte Mischung wurde bei 270 bis 290°C, 3–5 h unter Rühren thermisch behandelt. Es resultierten 1990 g eines weißen Pulvers.2151 g of melamine pyrophosphate and 81 g of ZnO were homogenized in a laboratory mixer (laboratory mixer HTL 50-90, AVA) at RT. The thus homogenized mixture was thermally treated at 270 to 290 ° C, 3-5 h with stirring. This resulted in 1990 g of a white powder.

Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1

Melamin-poly(Zinkphosphat) wurde gemäß WO2012/025362 hergestellt.Melamine poly (zinc phosphate) was prepared according to WO2012 / 025362 produced.

Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2

Zn(2'-Hydroxy[1,1'-Biphenyl-2-yl-2-phosphinat)2 wurde gemäß WO2014/060004 hergestellt.Zn (2'-hydroxy [1,1'-biphenyl-2-yl-2-phosphinate) 2 was prepared according to WO2014 / 060004 produced.

Beispiel 10Example 10

Bestimmung der Wärmefreisetzung mit dem Cone Calorimeter gemäß ( ISO 5660-1 ); Dual Cone Calorimeter der Fa. Fire Testing Technology, England.Determination of heat release with the Cone Calorimeter according to ( ISO 5660-1 ); Dual Cone Calorimeter from the company Fire Testing Technology, England.

Die Komponenten gemäß den Formulierungen V-1 und V-2 (Tabelle 1) wurden in einem Laborkneter zu einer homogenen Masse kompoundiert und danach zu einer Pressplatte verpresst;
Muster 9,1 cm × 9,1 cm × 0,3 cm; Bestrahlungsstärke: (35 kW/m2) Tabelle 1: Ergebnis der Cone-Calorimeter Untersuchung Komponenten V-1 (SdT) (Gew.%) V-2 (Gew.%) PE Exact 8201 Polyolefin Elastomer (ExxonMobil) 10 10 Fussabond MB226D Maleic Anhydride grafted PE (Du Pont) 30 30 ATH APYRAL 40CD (Nabaltec) 60 52 Produkt (Beispiel 1) - 8 Peak Heat Release PHR (kW/m2) 180 130
The components according to formulations V-1 and V-2 (Table 1) were compounded in a laboratory kneader to a homogeneous mass and then pressed into a press plate;
Pattern 9.1 cm × 9.1 cm × 0.3 cm; Irradiance: (35 kW / m2) Table 1: Cone calorimeter result components V-1 (SdT) (% by weight) V-2 (% by weight) PE Exact 8201 Polyolefin Elastomer (ExxonMobil) 10 10 Fussabond MB226D Maleic Anhydride grafted PE (Du Pont) 30 30 ATH APYRAL 40CD (Nabaltec) 60 52 Product (Example 1) - 8th Peak Heat Release PHR (kW / m 2 ) 180 130

Der Vergleich (Tab. 1 sowie ) zeigt, dass die erfindungsgemäße Formulierung (V-2) im Vergleich zum SdT (V-1) eine deutliche Reduzierung (> 25%) in der Wärmefreisetzung ergibt und damit eine hohe Flammschutzwirkung erzeugt wird. Ein weiterer Vorteil der Produkte liegt darin, dass bei der Verbrennung keine Freisetzung von Ammoniak beobachtet wurde. Dies steht im Gegensatz zu den Beobachtungen von C. Hoffendahl et. al., RSC Advances, 2014, 4(39): p. 20185–20199 The comparison (Tab. 1 and ) shows that the inventive formulation (V-2) compared to the SdT (V-1) results in a significant reduction (> 25%) in the heat release and thus a high flame retardancy is generated. Another advantage of the products is that no release of ammonia was observed during combustion. This is in contrast to the observations of C. Hoffendahl et. al., RSC Advances, 2014, 4 (39): p. 20185 to 20199

Beispiel 11Example 11

Bestimmung der Flammschutzwirkung in PA 6.6Determination of flame retardancy in PA 6.6

Kompoundierung:compounding:

Materialien: PA 6.6 (Akulon® S 223-D, Fa. DSM); Glasfaser (Chopvantage HP 3660, Fa. PPG); Melamin-Poly(Zinkphosphat) (Vergleichsbeispiel 1); Zn(2'-Hydroxy[1,1'-Biphenyl-2-yl-2-phosphinat)2 (Vergleichsbeispiel 2) und MNP-Derivat (Beispiel 1).Materials: PA 6.6 (Akulon ® S 223-D, from DSM.); Glass fiber (Chopvantage HP 3660, PPG company); Melamine-poly (zinc phosphate) (Comparative Example 1); Zn (2'-hydroxy [1,1'-biphenyl-2-yl-2-phosphinate) 2 (Comparative Example 2) and MNP derivative (Example 1).

Die Komponenten wurden auf einem Doppelschneckenextruder TSE 24 bei 290°C kompoundiert und granuliert. Aus diesen Granulaten wurden via Spritzgußtechnik normgerechte Prüfkörper (127 × 12,7 × 1,6 mm) gefertigt. Die Prüfkörper wurden bei 105°C, 16 h konditioniert.The components were compounded on a twin screw extruder TSE 24 at 290 ° C and granulated. From these granules standard test specimens (127 × 12.7 × 1.6 mm) were produced by injection molding. The test specimens were conditioned at 105 ° C, 16 h.

Die Brandtestprüfung wurde gemäß UL94-Test durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 2: Ergebnisse der UL94-Untersuchung Komponenten V-3 (Gew.%) V-4 (SdT) (Gew.%) PA 6.6 45,0 45,0 Glasfaser 30,0 30,0 Irganox B 1171 0,2 0,2 Calciumstearat 0,2 0,2 Flammschutz-Komponenten: Zn(2'-Hydroxy[1,1'-Biphenyl-2-yl-2-phosphinat)2 (Vergleichsbeispiel 2) 12,6 12,6 Melamin-poly(Zinkphosphat) (Vergleichsbeispiel 1) - 12,0 MNP-Derivat (Beispiel 3) 12,0 - UL94-Test V-0 V-0 The fire test test was performed according to UL94 test. The results are summarized in Table 2. Table 2: Results of the UL94 study components V-3 (% by weight) V-4 (SdT) (wt.%) PA 6.6 45.0 45.0 glass fiber 30.0 30.0 Irganox B 1171 0.2 0.2 calcium stearate 0.2 0.2 Flame retardant components: Zn (2'-hydroxy [1,1'-biphenyl-2-yl-2-phosphinate) 2 (Comparative Example 2) 12.6 12.6 Melamine-poly (zinc phosphate) (Comparative Example 1) - 12.0 MNP derivative (Example 3) 12.0 - UL94 test V-0 V-0

Die Versuche zeigen, dass im Effizienzvergleich das erfindungsgemäße MNP-Derivat (V-3) das nach dem Nassverfahren hergestellte Melamin-poly(Zinkphosphat) (V-4) ersetzen kann, woraus ein ökonomischer Vorteil resultiert.The experiments show that the MNP derivative (V-3) according to the invention can replace the wet-process melamine-poly (zinc phosphate) (V-4) in an efficiency comparison, resulting in an economic advantage.

Kurzbeschreibung der AbbildungBrief description of the picture

: Wärmefreisetzung im Cone Calorimeter : Heat release in Cone calorimeter

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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (6)

Verfahren zur Herstellung eines halogenfreien Flammschutzmittels enthaltend Metall (M), Stickstoff (N) und Phosphor (P) (MNP-Derivat), erhältlich durch Umsetzung von Melaminorthophosphat, Melaminpyrophosphat oder Melaminmetaphosphat (Komponente A) mit einem Metall(hydr)oxid, Metalloxohydroxid, Metall(hydroxy)karbonaten oder Layered Double Hydroxides (LDH) von Mg, Zn und Al (Komponente B) bei einer Temperatur von 120 bis 350°C.Process for the preparation of a halogen-free flame retardant comprising metal (M), nitrogen (N) and phosphorus (P) (MNP derivative), obtainable by reacting melamine orthophosphate, melamine pyrophosphate or melamine metaphosphate (component A) with a metal (hydr) oxide, metal oxohydroxide, Metal (hydroxy) carbonates or layered double hydroxides (LDH) of Mg, Zn and Al (component B) at a temperature of 120 to 350 ° C. Verfahren zur Herstellung von MNP-Derivaten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei einer Temperatur von 120 bis 350°C, insbesondere bei 200 bis 320°C und ganz besonders bei 250 bis 300°C durchgeführt wird.A process for the preparation of MNP derivatives according to claim 1, characterized in that the reaction is carried out at a temperature of 120 to 350 ° C, in particular at 200 to 320 ° C and especially at 250 to 300 ° C. Verfahren zur Herstellung von MNP-Derivaten nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (A):(B) im molaren Verhältnis 1:1 bis 15:1, bevorzugt 1:1 bis 10:1 und ganz besonders bevorzugt 1:1 bis 2:1 vorliegen.Process for the preparation of MNP derivatives according to Claims 1 to 2, characterized in that the components (A) :( B) in a molar ratio of 1: 1 to 15: 1, preferably 1: 1 to 10: 1 and most preferably 1 : 1 to 2: 1. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einem horizontalen oder vertikalen Mischer, in einem Drehrohrofen bevorzugt einem Schaufelmischer oder vertikalen Highspeed-Mischer durchgeführt wird.Process according to Claims 1 to 3, characterized in that it is carried out in a horizontal or vertical mixer, in a rotary kiln, preferably a paddle mixer or vertical high-speed mixer. Verwendung der MNP-Derivate hergestellt nach Ansprüchen 1 bis 4, als Flammschutzmittel oder als Flammschutzmittelkomponente für Polymere, Polymermischungen, Papier, Textilien oder Wood Plastic Composites (WPC).Use of the MNP derivatives prepared according to claims 1 to 4, as flame retardants or as flame retardant component for polymers, polymer blends, paper, textiles or wood plastic composites (WPC). Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Thermoplast ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyamid, Polycarbonat, Polyolefin insbesondere Polyethylen, EVA, Polystyrol, Polyester, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, ABS, Polyurethanen und Biopolymeren, basierend auf Polymilchsäure (PLA) und/oder Stärke, oder ein Duroplast ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharz, Phenolharz und Melaminharz.Use according to claim 5, characterized in that the polymer is a thermoplastic, preferably selected from the group consisting of polyamide, polycarbonate, polyolefin in particular polyethylene, EVA, polystyrene, polyester, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, ABS, polyurethanes and biopolymers, based on polylactic acid (PLA) and / or starch, or a thermoset, preferably selected from the group consisting of epoxy resin, phenolic resin and melamine resin.
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