DE2736846C2 - Poly-di-(dialkylaminoaryloxy)-phosphazene - Google Patents
Poly-di-(dialkylaminoaryloxy)-phosphazeneInfo
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- Y10S260/24—Flameproof
Description
und/oder
OC4H4R
OC4H4R
-U-
OC4H4R
10
15
20
25
30
wobei die Di(dialkylaminoaryloxy)phosphazensegmente in einer Menge von mindestens 10% des
Polymeren vorliegen, (Ri und R2» gleiche oder
verschiedene geradekettige oder verzweigte Alkylreste
mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen; R = Wasserstoff, Halogen oder geradekettiger oder verzweigter
Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, geradekettiger oder verzweigter Alkoxyrest mit 1 bis 4
Kohlenstoffatomen oder Gemische aus diesen Substituenten; der Rest -NR1R2 ist in Meta- oder
Para-Stellung des Phenoxyrestes gebunden; n=20
bis 2000) und ihre wasserlöslichen Salze.
2. Polymeres nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ri und R2 gleich sind und geradekettige
oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten.
3. Verwendung eines Poly-(dialkylaminoaryloxyphosphazens) nach Anspruch 1 oder 2 zur
Herstellung gehärteter Formkörper, Folien, Platten, geschäumter Platten, Rohrisolierungen oder mit
Hilfe eines chemischen Treibmittels geschäumter Schaumstoffe.
55
Die Erfindung betrifft elastomere Poly-di(dialkylaminoaryloxy)phosphazene,
aus diesen Polymeren hergestellte flexible und halbstarre Schaumstoffe sowie ein
Verfahren zur Herstellung dieser Polymeren und Schaumstoffe.
Die erfindungsgemäßen Polymeren sind löslich in Tetrahydrofuran, Benzol und Dimethylformamid und
zeigen ausgezeichnete flammhemmende und filmbilden-
eo
65
de Eigenschaften.
Die durch Umsetzen dieser Polymeren mit starken Säuren, wie'Chlorwasserstoff säure, Schwefelsäure und
dergleichen, gebildeten, entsprechenden Aminsalze sind
wasserlöslich.
Aus diesen Polymeren hergestellte Schaumstoffe zeigen ausgezeichnete flammhemmende Eigenschaften
und führen zur Bildung niederer Rauchpegel, wenn sie ait der offenen Flamme erhitzt werden.
Sämtliche der beschriebenen Polymeren können bei mäßigen Temperaturen in Gegenwart von radikalbildenden
Initiatoren vernetzt werden, wobei ihre Eigenschaften modifiziert und ihr Anwendungsgebiet
ausgedehnt wird.
Die Herstellung von Polyaryloxyphosphazen ist in den US-PS 38 56 712 von Reynard et aL, 38 56 713 von
Rose et aL und 38 83 451 von Reynard et aL beschrieben.
Im Gegensatz zu den erfindungsgemäßen Polymeren enthalten jedoch die in der US-PS 38 56 712 beschriebenen
Polymeren ausgewählte Anteile sowohl an Alkoxyals auch an Aryloxy-Seitenketten an dem Polymeren-Rückgrat,
während die in der zuletzt genannten US-PS durch das Vorliegen von halogensubstituierten Arylseitenketten
an dem Polymeren-Rückgrat gekennzeichnet sind.
Die in der US-PS 38 56 713 beschriebenen Polymeren unterscheiden sich ebenfalls von den erfindungsgemäßen
Polymeren, weil sie durch das ausschließliche Vorliegen von aryloxy- und alkylsubstituierten Aryloxy-Seitenketten
gekennzeichnet sind.
Weiterer Stand der Technik ist in den US-PS 35 15 688, 37 00 629, 37 02 833 und 38 56 712 zu finden;
in jedem Fall unterscheiden sich jedoch die in diesen Patentschriften beschriebenen Polymeren von den
erfindungsgemäßen Polymeren durch ihre Struktur und physikalischen Eigenschaften.
Für die erfindungsgemäßen Polyphosphazene ist es wesentlich, daß sie Struktureinheiten aufweisen, in
denen der Phenoxyrest mit einer Aminogruppe substituiert ist. Diese längs der Polymerenkette
vorliegenden Aminosubstituenten bewirken, daß sie Polymerenlöslichkeit in sauren, wäßrigen Lösungen
besitzen, eine Eigenschaft, die allen bisher bekannten Phosphazenen nicht verliehen werden konnte.
Aus den britischen Patentschriften 14 13 784 und 14 13 785 sind dagegen Poly(aryloxyphosphazne) bekannt,
die beispielsweise durch Umsetzen von Halogenphosphazenen mit Phenolaten hergestellt werden. Die
Möglichkeit, in den Phenolkern spezielle Substituenten einzuführen, um die physikalisch-chemischen Eigenschaften
des erhaltenen Polymeren zu modifizieren, wird in keiner der beiden GB-PS überhaupt nur
erwähnt.
Die erfindungsgemäßen Polyphosphazene, die Aminophenoxygruppen
tragen, sind neue Verbindungen mit Eigenschaften, die bisher bei Polymeren dieses Typs
nicht beobachtet wurden.
Gegenstand der Erfindung und beansprucht sind Poly-di(dialkylaminoaryloxy)phosphazene, bestehend
aus wiederkehrenden Einheiten der Formel
OC4H4NR1R2
OC4H4NR1R2
und gegebenenfalls Einheften der Formel
OC4H4NR1R2"
-P=N
OC(H4R
und/oder
OC(H4R
-P=M-
OC(H4R
wobei die Di(dialkylaminoaryloxy)phosphazensegmente in einer Menge von mindestens 10% des Polymeren
vorliegen, (Ri und R2=gleiche oder verschiedene
geradekettige oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen; R=Wasserstoff, Halogen oder
geradekettiger oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 10
Kohlenstoffatomen, geradekettiger oder verzweigter Alkoxyrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder
Gemische aus diesen Substi tuen ten; der Rest -NRiR2
ist in Meta- oder Para-Stellung des Phenoxyrestes gebunden; η=20 bis 2000) und ihre wasserlöslichen
Salze.
Zu Beispielen für die Reste Ri und R2 gehören Mi'thyl,
Äthyl, Propyl, Isopropyl, η-Butyl, Isobutyl, Hexyl und
Dodecyl. Zu Beispielen für den Rest R gehören Methyl, Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, η-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl,
Fluor-, Chlor-, Brom- und Jod, Methoxy, Äthoxy, Propoxy und n-Butoxy und dergleichen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß es zwar erfindungsgemäß bevorzugt wird, daß alle Reste Ri und alle Reste R2
gleiche Gruppen bedeuten, daß jedoch Ri und R2 auch
gemischt sein können. Die Gemische können Gemische aus verschiedenen Alkylresten an dem Stickstoffatom,
Gemische aus unterschiedlichen Dialkylaminresten, verteilt über das gesamte Phosphazenpolymere, oder
Gemische aus diesen beiden Gemischen darstellen.
Außerdem kann auch die Stellung der Aminreste an dem Phenoxykern variiert werden, so daß Gemische aus
unterschiedlichen Meta- und Para-Alkylaminisomeren
erhalten werdea
Für den Fachmann ist jedoch leicht ersichtlich, daß aufgrund der sterischen Hinderung die Eigenschaft so
gefordert wird, daß relativ voluminöse Gruppen in der Para-Stellung am Phenoxyring vorliegen, da, wie
nachstehend erläutert wird, die Polymeren durch Umsetzung eines substituierten Metallphenoxids mit
einem Chloratom an einem Phosphoratom hergestellt werden.
Es ist daher wünschenswert, daß keine Gruppen vorliegen, welche diese Reaktion sterisch behindern.
Abgesehen von der vorstehenden Bedingung ist die Wahl der verschiedenen Reste Ri und R2 für den
Fachmann auf diesem Fachgebiet angesichts der vorliegenden Beschreibung offensichtlich.
Aus Gründen der Vereinfachung können die erfindungsgemäßen Polymeren durch die Formel
ist,sogiltjf+7=Z
Die vorstehend angegebene Formel stellt ein Honiopolymeres oder Copolymer« dar; die Erfindung
umfaßt jedoch auch Aryloxyphosphazen-Polymere, die Terpoiymere darstellen. Dies ist dann der Fall, wenn,
wie vorstehend erwähnt, die Reste Ri und R2 gemischt
sind und/oder wenn die Stellung, in der der Rest R1R2N
gebunden ist, unterschiedlich ist Zusätzlich kann auch der Substituent R gemischt sein, wobei ein Polymeres
der Formel
[NP(OC6H4-NR1R2)x((OC6H4-R')(OCsH4-R"))Jl·
erhalten wird, worin R' und R" unterschiedliche Reste
bedeuten und die vorstehend für R gegebene Definition haben und Ri, R2, x, /und π die vorstehend angegebene
Bedeutung haben.
Diese Polymeren sind zur weiteren Reaktion bei mäßigen Temperaturen (beispielsweise 93 bis 177°C) in
Gegenwart von freie Radikale bildenden Initiatoren, üblichen Härtungs- oder Vulkanisationszusätzen, die auf
dem Kautschukgebiet bekannt sind, oder anderer Reagentien, häufig sogar in Abwesenheit von Beschleunigern,
befähigt, wobei übliche Mengen, Methoden und Verarbeitungsvorrichtungen angewendet werden.
Zu geeigneten Beispielen für freie Radikale bildende
Initiatoren gehören
Benzoylperoxid,
Bis-(2,4-dichlorbenzoylperoxid), Di-tert-butylperoxid,
Dicumylperoxid,
2,5-Dimethyl-(2,5-di-tert.-butylperoxy)-hexan,
t-Butyl-perbenzoat,
2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-
2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-
hepten-3 und
1,1 -Bis-(tert-butyIperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan.
1,1 -Bis-(tert-butyIperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan.
[NP(OCaH4 - NR1R2MOC6H4 - R)Jn
dargestellt werden, in der π etwa 20 bis etwa 2000 oder
darüber, χ größer als 0 und y= 0 ist. Wenn y größer als 0
Die zur Vernetzung geeigneten allgemeinen Klassen der Peroxide umfassen somit Diacylperoxide, Peroxyester
und Diacylperoxide.
Im allgemeinen werden die Verarbeitbarkeit, Rauchbildung,
Einfriertemperatur und andere physikalische Eigenschaften durch die Art der Reste R, Ri und R2 und
die Anteile dieser Spezies in den Phosphazenpolymeren beeinflußt.
So wird in Homopolymeren oder Copolymeren, welche nur den Rest -NRiR2 enthalten, durch
Erhöhung der Größe von Ri und/oder R2 oder indem
-NR1R2 von der Meta- in die Para-Stellung an dem Aryloxyring gebracht wird, eine Verminderung der
Rauchbildung an der offenen Flamme verursacht, die von einer gleichzeitigen Erhöhung der Brennbarkeit
begleitet ist.
Diese Veränderungen führen jedoch zu flexibleren Folien oder Filmen und zu einer verbesserten
Schäumbarkeit.
Wenn der Rest -NR1R2 konstant gehalten wird und der Rest R in das Phosphazenpolymeren eingeführt
wird, so wird das Verhältnis von χ: y ein Merkmal,
welches im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften wichtig ist. In Polyphosphazenen dieses Typs wird
durch eine Erhöhung des Anteils des Restes R, der einen Alkoxyrest bedeutet, in MoI-0ZO, beispielsweise die
Menge des Rauches vermindert, der von dem Polymeren gebildet wird, wenn diese einer offenen
Flamme ausgesetzt werden.
Darüber hinaus wird bei einer Verminderung des Anteils an — NR1R2 in den Polymeren, die einen
beliebigen Rest R enthalten, die Kristallinität der Polymeren in einem solchen Ausmaß erhöht, daß ihre
Verschäumungseignung vermindert wird. Wenn natür-Hch geringere Mengen der Gruppe R vorhanden sind, so
nähert sich das Verhalten der Polymeren dem von 100%
der Gruppen - NRi R2 enthaltenden Materialien.
Bevorzugte Polymere gemäß der Erfindung sind solche, die sowohl Gruppen -NRiR2, als auch Reste R
enthalten. In diesem Fall beträgt das Molverhältnis von χ: y vorzugsweise mindestens etwa 1 :6 und bis zu 6 :1
und liegt insbesondere zwischen etwa 1 :4 und 4:1.
Die erfindungsgemäßen Polymeren können in an sich bekannter Weise mit Hilfe des Verfahrens hergestellt
werden, das in der US-PS 33 70 020 von Allcock et al. beschrieben ist Danach können die erfindungsgemäßen
Polymeren mit Hilfe eines mehrstufigen Verfahrens hergestellt werden, dessen erste Stufe in der thermischen Polymerisation einer Verbindung der Formel
(NPCl2J3
durch Erhitzen dieser Verbindung auf eine Temperatur und während einer Dauer, die im Bereich von etwa
2000C während 48 Stunden bis 3000C während 30
Minuten, vorzugsweise in Abwesenheit von Sauerstoff, und insbesondere unter einem Vakuum von mindestens
10-'mm Hg, besteht Das heißt, die Verbindungen
werden auf eine Temperatur im Bereich von etwa 2000C
bis etwa 3000C während etwa 30 Minuten bis 48 Stunden erhitzt, wobei höhere Temperaturen kürzere
Behandlungszeiten und niedrigere Temperaturen längere Behandlungszeiten erfordern. Die Verbindungen
müssen während einer solchen Zeit erhitzt werden, daß nur eine geringe Menge an nichtumgesetztem Ausgangsmaterial verbleibt und daß eine überwiegende
Menge des Hochpolymeres gebildet worden ist Dieses Ergebnis wird im allgemeinen erreicht, wenn die
vorstehend erläuterten Bedingungen von Temperatur und Behandlungszeit eingehalten werden.
Es wird bevorzugt, die thermische Polymerisation in
Gegenwart eines Inertgases, wie Stickstoff, Neon, Argon oder unter einem Vakuum, beispielsweise von
weniger als etwa 10-' mm Hg durchzuführen, da die Reaktion in Gegenwart von Luft sehr langsam abläuft
Die Verwendung eines solchen Gases ist jedoch nicht kritisch.
Die in der thermischen Polymerisationsstufe des Verfahrens gebildeten Polymeren liegen in Form eines
Polymerengemisches aus verschiedenen Polymeren mit unterschiedlichen Ketteniängen vor. Das bedeutet, da3
das Produkt der thermischen Polymerisation ein Gemisch von Polymeren der Formel
55
darstellt, worin π im Bereich von etwa 20 bis etwa 2000
liegt So kann beispielsweise das gewonnene Reaktionsmedium kleine Mengen eines Polymeren, in welchem π
20 beträgt, und überwiegende Mengen eines Polymeren, in welchem π 2000 bedeutet, enthalten. Das Medium
kann außerdem Polymere, die aus 21 bis 1999 wiederkehrenden Einheiten bestehen, und etwas nichturngesetztes Trirneres enthalten.
Das vollständige Gemisch aus Polymeren und nichtumgesetztem Trimerem bildet das Einsatzmaterial
für die zweite Stufe des Verfahrens.
zweite oder Veresterungsstufe des Verfahrens umfaßt die Behandlung des in der thermischen Polymerisationsstufe gebildeten Gemisches mit einer Verbindung der
Formel
M(OC6H4-NR1R2)Z,
M(OC6H4 -R)2,
oder deren Gemischen
worin M ein Lithium-, Natrium-, Kalium-, Magnesiumoder Calciumatom bedeutet, ζ gleich der Wertigkeit des
Metalls M ist und R, Ri und Rj die vorstehend gegebene
Definition haben.
Das Polymerengemisch wird bei Temperaturen im Bereich von etwa 25° C bis etwa 2000C während einer
Dauer von etwa 3 Stunden bis etwa 7 Tagen mit der oder den Alkali- oder Erdalkalimetallverbindung(en)
umgesetzt, wobei niedrigere Temperaturen längere Reaktionszeiten erfordern und höhere Temperaturen
kürzere Reaktionszeiten ermöglichen.
Diese Bedingungen werden natürlich in der Weise angewendet, daß eine möglichst vollständige Umsetzung erzielt wird, d. h, um den vollständigen Ersatz der
Chloratome in dem Polymerengemisch durch die entsprechende Estergruppe der Alkali- oder Erdalkalimetall-Ausgangsmaterialien zu gewährleisten.
Die vorstehend beschriebene Veresterungsstufe wird in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt. Das in
der Veresterungsstufe angewendete Lösungsmittel muß einen realtiv hohen Siedepunkt (z. B. etwa 115° C oder
höher) haben und sollte ein Lösungsmittel sowohl für das Polymere, als auch für die Alkali- oder Erdalkalimetallverbindungen darstellen.
Außerdem muß das Lösungsmittel im wesentlichen wasserfrei sein, d. h, in dem Lösungsmittel oder den
Metallverbindungen darf nicht mehr Wasser enthalten; sein, als zu einem Wassergehalt von mehr als 1 Gew.-%
in dem Reaktionsgemisch führt Der Ausschluß von Wasser aus dem System ist erforderlich, um die
Reaktion der verfügbaren Chloratome in dem Polymeren mit Wasser zu verhindern.
Diäthylenglykol-dimethyläther, Triäthylenglykol-dimethyläther,
Tetraäthylenglykol-dimethyläther, Toluol und Xylol.
Die Menge des verwendeten Lösungsmittels ist nicht kritisch und jede Menge, die zum Lösen des aus Chlorid
und Polymeren bestehenden Gemisches ausreicht, kann angewendet werden.
Entweder das Polymerengemisch oder die Erdalkalioder Alkalimetallverbindung oder -Verbindungen kön-,
nen als Lösung in einem inerten, organischen Lösungs-1
mittel eingesetzt werden. Es wird jedoch bevorzugt, daß!
mindestens eines der Ausgangsmaterialien in Formf
einer Lösung in einer Verbindung eingesetzt wird, diel
ein Lösungsmittel für das Polymerengemisch darstellt]
Die kombinierte Menge der verwendeten Alkalime-j
tall- oder Erdalkalimetallverbindung- oder Verbindung
gen sollte mindestens molekular äquivalent der Anzahl der verfügabern Chloratome in dem Polymerengemisch \
sein.
Es wird jedoch bevorzugt, einen Überschuß der]
Metallverbindungen zu verwenden, um die vollständige j Umsetzung aller verfügbaren Chloratome zu gewährlei- \
sten. Im allgemeinen bestimmt das Verhältnis der] einzelnen Alkalimetall- oder Erdalkalimetall verbindun-l
gen in dem kombinierten Gemisch das Verhältnis der Gruppen, die mit dem Polymerenrückgrat verknüpft
sind.
Für den Fachmann ist es jedoch leicht ersichtlich, daß die Art und insbesondere die sterische Konfiguration
der verwendeten Metallverbindungen ihre relative Reaktivität beeinflussen kann. Das Verhältnis der Reste
R, Ri und R2 in dem Veresterungsprodukt kann daher
erforderlichenfalls durch Anwendung eines stöchiometrischen Überschusses der langsamer reagierender
Metallverbindung kontrolliert werden.
Zu Beispieln für Alkali- oder Erdalkalimetallverbindungen, die sich zur Herstellung eignen, gehören
folgende Verbindungen:
und dergleichen.
Die zweite Stufe des Verfahrens führt zur Bildung der beanspruchten Polymeren und dem entsprechenden
Metallchloridsalz.
Das aus der zweiten oder Veresterungsstufe erhaltene polymere Reaktionsgemisch wird dann einer
Behandlung zur Entfernung des Salzes unterworfen, welches durch Reaktion der Chloratome des Copolymerengemisches mit dem Metallatom der Alkali- oder
Das Salz kann durch bloßes Ausfällen und durch Filtration entfernt werden oder es kann durch jede
andere geeignete Methode, wie durch Waschen des Reaktionsgemisches mit Wasser, entfernt werden.
Die nächste Stufe des Verfahrens besteht in der fraktionierten Fällung des polymeren Materials, um das
Hochpolymere von Niederpolymerem und eventuell vorliegendem nichtumgesetztem Trimerem abzutrennen.
Die fraktionierte Fällung erfolgt durch vorzugsweise
'.tropfenweise Zugabe des veresterten Polymerengemisches zu einem Material, welches ein Nicht lösungsmittel
für das Hochpolymere und ein Lösungsmittel für das Niederpolymere und für nichtumgesetztes Trimeres
darstellt
' sungsmittel für Polymere, in denen η mehr als 350
bedeutet, und ein Lösungsmittel für die verbleibenden
der gewünschten Polymeren verwendet werden kann.
Zu Beispielen für Materialien, die sich zu diesem
Zweck eignen, gehören Hexan, Diäthyläther.Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Dioxan, Methanol, Wasser und
dergleichen.
Die fraktionierte Fällung des Veresterten Polymerengemisches sollte im allgemeinen mindestens zweimal
und vorzugsweise mindestens viermal erfolgen, um möglichst viel des Niederpolymeren aus dem Polyme-
ίο
rengemisch zu entfernen. Die Fällung kann bei jeder beliebigen Temperatur durchgeführt werden, es wird
jedoch vorzugsweise Raumtemperatur eingehalten.
Das neue hochmolekulare Polymerengemisch kann dann durch Filtration, Zentrifugieren, Dekantieren oder
dergleichen gewonnen werden.
Die erfindungsgemäßen neuen Polymerengemische sind, wie vorstehend erwähnt, thermisch sehr stabil.
Die Gemische sind löslich in spezifischen organischen Lösungsmitteln, wie Tetrahydrofuran, Benzol, Xylol,
Toluol, Dimethylformamid und dergleichen und können aus Lösungen der Polymeren durch Verdampfen des
Lösungsmittels zu Filmen verformt werden.
Die Polymeren sind bei Raumtemperatur wasserbeständig und unterliegen nicht der Hydrolyse bei hohen
Temperaturen. Die Polymeren können zur Herstellung von Filmen und Folien, Fasern, Überzügen, Formmassen
und dergleichen verwendet werden.
Sie können mit Zusätzen, wie Antioxydationsmitteln, Ultraviolettlichtabsorbern, Gleitmitteln, Weichmachern,
Farbstoffen, Pigmenten, Füllstoffen, wie Litharge, Magnesiumoxid, Calciumcarbonat, Ruß, Aluminiumoxid-trihydrat
und hydratisierten Kieselsäuren, anderen Harzen und dergleichen vermischt werden, ohne daß
vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.
Zusätzlich zu der ausgezeichneten Löslichkeit der erfindungsgemäßen Polymeren in organischen Lösungsmitteln
können diese Phosphazene auch in Wasser gelöst werden, wenn man sie in die entsprechenden
Säuresalze überführt.
So lassen sich beispielsweise die erfindungsgemäßen Aminoaryloxyphosphazen-Homopolymeren und -Copolymeren
leicht in einer 5%igen wäßrigen Lösung von Chlorwasserstoffsäure lösen. Die aus dem Reaktionsgemisch
der Veresterungsreaktion abgetrennten Polymeren können direkt zur Bildung des Säuresalzes
verwendet werden oder gewünschtenfalls können auch die fraktioniert gefällten Phosphazene eingesetzt
werden.
Vorteilhaft werden die Polymeren zuerst in einem geeigneten wasserlöslichen Lösungsmittel gelöst, bevor
sie in die entsprechenden Salze übergeführt werden. Durch Zugabe einer verdünnten Lösung einer Säure,
z. B. Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure oder Schwefelsäure, werden die Säuresalze gebildet.
ίο Die erneute Umwandlung in das freie Amin erfolgt
durch Neutralisation der wäßrigen Lösungen dieser Salze mit einer Base. Die Umwandlung der organischen
Amine in Aminsalze und zurück in das freie Amin ist aus dem Stand der Technik gut bekannt.
Homopolymere Dialkylaminoaryloxyphosphazene
bilden diese Säuresalze ebenso gut wie die Copolymeren. Um jedoch die leichte Wasserlöslichkeit der
Säuresalze zu bewirken, ist ein Gehalt des Polymeren an Dialkylaminoaryloxyphosphazen-Segmenten von etwa
10%, vorzugsweise 20%, erforderlich, entsprechend beispielsweise einem Verhältnis χ: yvon 1 :9.
Die Polymeren können zur Herstellung von geschäumten Produkten verwendet werden, die ausgezeichnete
Feuerbeständigkeit zeigen und die zur Bildung eines niederen Rauchpegels führen oder im
wesentlichen keinen Rauch entwickeln, wenn sie an der offenen Flamme erhitzt werden. Die geschäumten
Produkte können aus gefüllten oder ungefüllten Zubereitungen unter Anwendung üblicher Verschäumungsmethoden
mit chemischen Blähmitteln, d.h. chemischen Verbindungen hergestellt werden, die bei
der ursprünglichen Raumtemperatur stabil sind, sich jedoch bei erhöhten Temperaturen zersetzen oder
reagieren, wobei ein zelliger Schaum gebildet wird.
Zu geeigneten chemischen Blähmitteln gehören folgende Verbindungen:
Blähmittel |
Wirksamer Temperaturbereich,
0C |
Azobisisobutyronitril | 105-120 |
Azodicarbonamid (1,1-AzobisformamJd) | 100-200 |
Benzolsulfonylhydrazid | 95-100 |
N,N-Dinitroso-N,N'-dimethylterephthalsäureamid | 100 |
Dinitrosopentamethylentetramin | 130-150 |
Ammoniumcarbonat | 58 |
p,p'-Oxybis-(benzolsulfonylhydrazid) | 100-200 |
Diazoaminobenzol | 84 |
Harnstoff-Biuret-Gemisch | 90-140 |
2,2 '-Azoisobutyronitril | 90-140 |
Azohexahydrobenzonitril | 90-140 |
Diisobutylen | 103 |
4,4'-Diphenyldisulfonylazid | 110-130 |
Typische schäumbare Zubereitungen enthalten folgende Bestandteile:
Phosphazen-Polymeres
Füllstoff (z.B. Aluminiumoxid-trihydrat) . Stabilisator (z.B. Magnesiumoxid)
Verarbeitungshilfsmittel (z.B. Zinksteänt) Weichmacherharz (z.B. Cumaron-Indenharz, Cumar P-IO) Blähmittel (z.B. 1,1-Azobisformamki) Aktivator (z.B. ölbehandelter Harnstoff) Peroxid-Härtungsmittel (z.B. 2,5-Dimethyl-2,5-di-
Füllstoff (z.B. Aluminiumoxid-trihydrat) . Stabilisator (z.B. Magnesiumoxid)
Verarbeitungshilfsmittel (z.B. Zinksteänt) Weichmacherharz (z.B. Cumaron-Indenharz, Cumar P-IO) Blähmittel (z.B. 1,1-Azobisformamki) Aktivator (z.B. ölbehandelter Harnstoff) Peroxid-Härtungsmittel (z.B. 2,5-Dimethyl-2,5-di-
[t-butylperoxy]-hexan)
Peroxid-Härtungsmittel (z.B. Bcnzoylperoxid) 100 Teile
0-100 Teile pro 100 TeUe
2,5- 10 Teüe pro 100 TeUe
2,5- 10 Teüe pro 100 Teüe
2,5- 10 Teüe pro 100 TeUe
2,5- 10 Teüe pro 100 Teüe
0- 50 TeUepro 100 Teüe
10- 50 Teüe pro 100 Teüe
10- 40 Teile pro 100 TeUe
10- 50 Teüe pro 100 Teüe
10- 40 Teile pro 100 TeUe
2,5- 10 Teüe pro 100 Teüe
2,5- 10 TeUe pro 100 TeUe
Die vorstehenden Angaben sollen Richtlinien für eine bevorzugte Zubereitung geben, offensichtlich können
jedoch einige oder alle Zusätze weggelassen, durch andere funktionell äquivalente Materialien ersetzt oder
die Mengenverhältnisse variiert werden, Maßnahmen, die innerhalb des fachmännischem Könnens des
Schaumstoffherstellers liegen.
Bei einem geeigneten Verfahren werden die Bestandteile der schäumbaren Masse unter Bildung einer
homogenen Masse miteinander vermischt.
So kann beispielsweise eine homogene Folie oder Bahn auf einem Zweiwalzenstuhl ausgebildet werden,
wobei vorzugsweise eine Walze bei Raumtemperatur und die andere bei mäßig erhöhter Temperatur, z. B. bei
38 bis 49° C gehalten wird.
Die homogene schäumbare Masse kann dann erhitzt werden, um eine geschäumte Struktur auszubilden, was
beispielsweise unter Verwendung eines Gemisches aus einem Härtungsmittel mit relativ niederer Initiierungstemperatur,
wie Benzoylperoxid, und eines Härtungsmittels mit relativ hoher Initiierungstemperatur, wie
2,5-Dimethyl-2,5-di-(t-butyIperoxy)-hexan, und teilweise Vorhärtung in einer geschlossenen Form während etwa
6 bis 30 Minuten bei 9333-121,1 TC und anschließende
freie Expansion während 30 bis 60 Minuten bei 149 bis 177°C erfolgen kann. Gemäß einer anderen Ausführungsform
kann die Verschäumung erreicht werden, indem die schäumbare Masse während 30 bis 60
Minuten auf 149 bis 177°C erhitzt wird, wobei ein
Hochtemperatur- oder Niedertemperatur-Härtungsmittel entweder für sicji oder in Kombination
verwendet wird.
Ein Vorteil der Anwendung der Schäumungsmethode unter partieller Vorhärtung besteht darin, daß eine
Erhöhung des Molekulargewichts des schäumbaren Polymeren vor der Schäumungsstufe eine bessere
Regelung der Porengröße und Porengleichförmigkeit in der Vorschäumungsstufe ermöglicht
Das Ausmaß der gewünschten »Vorhärtung« hängt von den erwünschten Eigenschaften des endgültigen
Schaumstoffes ab.
Die gewünschte Schäumungstemperatur ist von der Art des Blähmittels und der vorliegenden Vernetzungsmittel
abhängig.
Die Dauer des Erhitzens hängt von der Größe und Gestalt der zu verschäumenden Masse ab.
Die gebildeten Schaumstoffe sind dem Aussehen nach im allgemeinen hellbeige bis dunkelbraun und ihre
Eigenschaften variieren von flexibel bis halbstarr, in Abhängigkeit von der Einfriertemperatur des in der
Schaumstoffzubereitung vorliegenden Copolymeren.
« j
l CtIUl UC&
Copolymeren ist, umso flexibler ist der daraus hergestellte Schaumstoff.
Wie angegeben, können den Copolymer-Schaumstoffen inerte, verstärkende oder ander Füllstoffe, wie
Aluminiumoxid-trihydrat, hydratisierte Kieselsäuren oder Calciumcarbonat zugesetzt werden und das
Vorliegen dieser und anderer üblicher Zusätze soll von der Erfindung umfaßt werden.
Die erfindungsgemäßen Polymeren können, wie vorstehend erwähnt wurde, außerdem bei mäßigen
Temperaturen mit Hilfe von üblichen, freie Radiakle bildenden Initiatoren vernetzt werden.
Die Fähigkeit dieser Polymeren, bei Temperaturen unterhalb etwa 177°C gehärtet zu werden, macht sie
besonders gut geeignet als Verguß- und Einkapselungsmasse,
Versiegeiungsmasse, Überzugsmasse und dergleichen.
Diese Copolymeren sind außerdem geeignet zur Herstellung von vernetzten Schaumstoffen, die
wesentlich erhöhte Zugfestigkeit gegenüber ungehärteten Schaumstoffen zeigen.
Diese Copolymeren werden häufig in Gegenwart von inerten, verstärkenden oder anderen Füllstoffen vernetzt
In den nachstehenden Beispielen bedeuten alle Teile und Prozentangaben Gew.-Teile bzw. Gew.-%, wenn
ίο nichts anderes angegeben ist
Beispiel 1
a) Herste»»·» von ^NPCl^
a) Herste»»·» von ^NPCl^
250 Teile Phosphornitrilchlorid-Trimeres, das vorher aus n-Heptan umkristallisiert worden war, wurden
entgast und unter 10~2 mm Hg in einem geeigneten dickwandigen Reaktionsgefäß eingeschlossen und 6
Stunden auf 250° C erhitzt Die Polymerisation wurde zu diesem Zeitpunkt beendet nachdem eine Glaskugel mit
einem Durchmesser von 1,27 cm aufgrund der Viskositätserhöhung der geschmolzenen Masse sich nicht mehr
bewegte, wenn das Gefäß umgedreht wurde. Die Beendigung erfolgte durch Kühlung des Gefäßes auf
Raumtemperatur. Das erhaltene Polymerengemisch wurde dann in Toluol unter Bildung einer wasserfreien
Lösungs gelöst.
b) Herstellung von [N P(OC6H4 - 3 - N(C2H5W2In
Die nach obigen Angaben gebildete Lösung von Poly-(dichlorphosphazen) in wasserfreiem Toluol, die
0,47 Äquivalent Poly-(dichlorphosphazen) enthielt wurde zu einer wasserfreien Diäthylenglykol-dimethyläther-Benzol-Lösung
von 1,10 Äquivalenten
NaOC6H4-S-N(C2Hs)2
bei einer Temperatur von 95° C unter ständigem Rühren gegeben.
Nach dieser Zugabe wurde Benzol von dem Reaktionsgemisch abdestilliert, bis eine Temperatur von 115 bis 116° C erreicht war. Das Reaktionsgemisch wurde dann 50 bis 65 Stunden am Rückfluß erhitzt Nach Beendigung dieser Zeit wurde das Homopolymere durch Eingießen des Reaktionsgemisches in überschüssigen Methylalkohol ausgefällt Das Polymere wurde 24 Stunden in Methylalkohol gerührt Dann wurde es zu
Nach dieser Zugabe wurde Benzol von dem Reaktionsgemisch abdestilliert, bis eine Temperatur von 115 bis 116° C erreicht war. Das Reaktionsgemisch wurde dann 50 bis 65 Stunden am Rückfluß erhitzt Nach Beendigung dieser Zeit wurde das Homopolymere durch Eingießen des Reaktionsgemisches in überschüssigen Methylalkohol ausgefällt Das Polymere wurde 24 Stunden in Methylalkohol gerührt Dann wurde es zu
einem großen Überschuß Wasser gegeben und weitere 24 Stunden gerührt
Das erhaltene Produkt (Ausbeute 43%) war ein eierschalenfarbiges Kunststoffmaterial mit einer Einfriertemperatur
von — 7,1°C Das Produkt war löslich in Benzol, Toluol, Tetrahydrofuran und Dimethylformamid.
Das Polymere wurde dann zu einer zähen Folie verpreßt, die nicht brannte und wasserabweisend war.
Das Polymere wurde dann zu einer zähen Folie verpreßt, die nicht brannte und wasserabweisend war.
Das Homopolymere hatte einen Sauerstoffindex^OI) von 26,1, bestimmt nach der Verfahrensweise, die in der
ASTM Vorschrift D-2863-74 »Flammability of Plastics Using the Oxygen Index Method« beschrieben ist Bei
diesem Verfahren werden Materialproben mit den Abmessungen
15,2x5,l x0,025-0,076 cm
(6 χ 2 χ 0,01 bis 0,03 Inch) in einem U-förmigen Rahmen festgehalten und das Brennen dieser Proben unter einer
spezifischen Kombination von Bedingungen wird gemessen. Mit dieser Methode wird die niedrigste
Sauerstoffkonzentration in einer Atmosphäre gemes-
10
sen, die gerade das Weiterbrennen einer am oberen
Ende der entzündeten Probe verhindert (Fenimore et aL, »Combustion aüd Flame«, 10, 135 [1966]). Die
Sauerstoffindexwerte wurden außerdem mii der Temperatur in Beziehung gesetzt, bei der ein Gemisch aus
Brennstoff und einem kontrollierten Sauerstoffstrom gerade brennt, wenn der Brennstoff aus flüchtigen
Pyrolyseprodukten oder -bruchstücken bestehe. (Johnson et aL, »Rubber Age«, 107, Nr. 5,29 [1975]).
Berechnet (%) für das Homopolymere
[N P(OC6H4 - 3 - N(C2H5^)2I,:
C 6431; H 7,57; N 11,25;
Gefunden:
C 62,08; H 7,70; N 10,85; P 8,12
Beispiel 2
Herstellung von [NP(OC6H4 -3 - N(CH3J2) (OC6H5)J,
Die Verfahrensweise des Beispiels Ib wurde wiederholt, mit der Abänderung, daß 0,47 Äquivalent
Poly-(dichlorphosphazen) zu 0,56 Äquivalent NaOC6H5
und 0,56 Äquivalent
NaOCeH4-3-N(CH3)2
gegeben wurden.
Das gebildete Produkt (Ausbeute 31%) war ein eierschalenfarbener faserförmiger Feststoff mit einer
Einfriertemperatur von 0,00C Das Copolymere war löslich in Benzol, Toluol, Tetrahydrofuran und Dimethylformamid.
Folien aus diesem Material brennen nicht und sind wasserbeständig.
Analysenwerte (%):
Berechnet für das Copolymere
(]
C 6UO; H 5,52; N 10,22; P 11,29
Gefunden:
C 61,16; H 5,49; N 10,09; P 11,40
Beispiel 3
* Herstellung von
[NP(OC6H4-3-N(C2H5)2)2(OC6H4-4-Cl)l·
Die Verfahrensweise gemäß Beispiel Ib wurde wiederholt, mit der Abänderung, daß 0,47 Äquivalent
Poly-(dichlorphosphazen) zu 0,56 Äquivalent
NaOC6H4 -4 -Cl
und 0,56 Äquivalent
NaOC6H4-S-N(C2Hs)2
gegeben wurden.
Das erhaltene Produkt (Ausbeute 47%) war ein brauner, zäher elastomerer Feststoff mit einer Einfriertemperatur von -4,9° C Das Copolymere war löslich in
Benzol, Toluol, Tetrahydrofuran und Dimethylformamid. Die Gelchromatographie zeigte an, daß das
Copolymere ein Molekulargewicht Mw- 811 000 hatte.
Folien aus diesem Material brannten nicht und waren wasserbeständig.
Berechnet für das Copolymere
[NP(OC6H4 - 3 - N -(C2Hs)2) (OC6H4 -4 -Cl)J,:
C 57,06; H 5,40; N 832; P 9,20
Gefunden:
C 5634; H 5,20; N 8,12; P 9,26
Herstellung von
[NP(OC6H4 - 3 - N(CHs)2) (OC6H4 - 4 - OCH3)I,
Die Verfahrensweise des Beispiels Ib wurde wiederholt, mit der Abänderung, daß 0,47 Äquivalent
Poly-(dichlorphosphazen) zu 0,56 Äquivalent
NaOC6H4-4-OCH3
und 0,56 Äquivalent
20
gegeben wurden.
Das erhaltene Produkt (Ausbeute 31%) war ein dunkelbrauner plastischer Feststoff mit einer Einfriertemperatur von + 7J5°C Das Copolymere war löslich in
Benzol, Toluol, Tetrahydrofuran und Dimethylformamid.
Folien aus diesem Material hatten einen Sauerstoffindex von 25,1 ui. d waren wasserbeständig.
Berechnet für das Copolymere
[NP(OC6H4-3-N(CH3)2KOCsH4-4-OCH3)]:
C 59,21; H 5,63; N 9,21; P 10,18
Gefunden:
C 59,14; H 5,58; N 9,06; P 10,20
Beispiel 5
Herstellung von
Die Verfahrensweise des Beispiels Ib wurde wiederholt, mit der Abänderung, daß 0,47 Äquivalent
Poly-(dichlorphosphazen) zu 0,56 Äquivalent
NaOC6H4^-OCH3
und 0,56 Äquivalent
gegeben wurde.
Das erhaltene Produkt (Ausbeute 33%) war ein beige gefärbter elastomerer Feststoff mit einer Einfriertemperatur von -1,50C. Das Copolymere war löslich in
Benzol, Toluol, Tetrahydrofuran und Dimethylformamid.
Folien aus diesem Material hatten einen Sauerstoffindex von 22,8 und waren wasserbeständig.
Berechnet für das Copolymere
[NP(OC6H4-3-N(C2Hs)2XOC6H4-4-iso.-C3H7)l·:
C 66,26; H 732; N 8,13; P 8,99
Gefunden:
C 65,76; H 7,28; N 7,84; P 8,68
go Beispiele
Herstellung von
[N3P3(OC6H4-3-N(CH3)2)2(OC6H5)2-
^vH-Z6Ii4 — 4 — ISO. — \s31t7j2jn
Die Verfahrensweise des Beispiels Ib wurde wiederholt, mit der Abänderung, daß 0,47 Äquivalent
Poly-jjdichlorphosphazen) zu 037 Äquivalent NaOC6Hs,
037 Äquivalent
40
45
50
NaOC6H4-4 - iso. - C3H7
und 037 Äquivalent
gegeben wurde.
Das in einer Ausbeute von 35% gebildete Produkt war ein hellbrauner elastomerer Feststoff mit einer
Einfriertemperatur von -2,00C Das Copolymere war
löslich in Benzol, Toluol, Tetrahydrofuran und Dimethyl- to
formamid.
Folien aus diesem Material hatten einen Sauerstoffindex von 29,1 und waren wasserbeständig.
Berechnet für das Terpolymere
[N3Ps(OC6H4 - 3 - N(C2Hs)2HOC6Hs)2-(OC6H4 - 4 - iso. - C3Ht)2I,:
C 63,95; H 6,08; N 8,11; P 10,75
Gefunden:
C 63,82; H 6,03; N 8,00; P 20,80
Beispiel 7
Herstellung von
IS
20
ZS
Die Verfahrensweise des Beispiels Ib wurde wiederholt, mit der Abänderung, daß 0,92 Äquivalent
Poly-(dichlorphosphazen) zu 1,99 Äquivalenten
gegeben wurde.
Das gebildete Produkt {Ausbeute 19%) war ein beigegefärbter faseriger Feststoff, der in Benzol, Toluol,
Tetrahydrofuran und Dimethylformamid löslich war.
Die Folien brannten nicht und waren wasserbeständig.
Herstellung von Hydrochloridsalzen von
Poly-(dialkylaminoaryloxyphosphazenen)
Hydrochloride der Poly-(dialkylaminoaryloxyphosphazene) wurden hergestellt, indem 10 g des jeweiligen
Polymeren mit einem Oberschuß an 5%iger wäßriger Chlorwasserstoffsäure behandelt wurden. Das Polymere löste sich langsam und bildete eine dunkelbraune
Lösung.
Die Zugabe eines Oberschusses an 5%igem Natriumhydroxid führte zur Ausfällung des ursprünglichen
Polymeren. Dieses konnte durch Zugabe von 5%iger Chlorwasserstoffsäure erneut gelöst werden.
Durch Eindampfen der Lösung wurden braune durchsichtige Folien aus den Hydrochloridsalzen der
Poly-(dialkylaminoaryloxyphosphazene) erhalten. Die mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellten Polymer-Hydrochloride und ihre Einfriertemperaturen sind in der
nachstehenden Tabelle aufgeführt
Polymeres
Tg, "C*)
9
10
11
+68
0
+ 22
[(64(j5)J)2Li1
[NPiOC6H4-S-NH(CjH5)J)(OC6H4-^Cl)]; Cln-[NP(OC6H4-3-NH(CH,)j)(OC6H5)i:Cl.-
*) Bestimmt durch Differcntial-Scanning-K.akjcimetrie. Die vorstehenden Werte sind auf einen Indium-Standard bezogen (Schmelztemperatur 156,6 "Q.
Herstellung von geschäumten
[NP(OC6H4 - 3 - N(C2Hs)2) (OC6H4 - 4 - iso. - C3H7J]n
Zu 100 Teilen des nach der Verfahrensweise des Beispiels 5 hergestellten Copolymeren wurden 90 Teile
Aluminuimoxid-trihydrat, 5 Teile Magnesiumoxid, 10
Teile Zinkstearat, 2 Teile p-Cumaron-lnden-Harz (Cumar P-IO), 20 Teile U'-Azobisformamid (Celogen
AZ), 5 Teile eines ölbehandelten Harnstoffes als Aktivator (BIK-OT), 6 Teile 2,5-Dimethyl-2,5-di-(t-butylperoxy)-hexan, 2 Teile Benzoylperoxid (78% aktiv)
und 1 Teil Dicumylperoxid gegeben. Die vorstehend genannten Bestandteile wurden geknetet, um das
homogene Vermischen aller Materialien zu gewährleisten und wurden dann in einer offenen Form 5 Minuten
bei 1100C unter 140,6 kg/cm2 vorgehärtet Das vorgehärtete Copolymere wurde dann in einem Ofen mit
Luftzirkulation 30 Minuten bei 149° C frei expandiert.
Der erhaltene Schaumstoff war braun gefärbt und halbstarr und hatte einen Sauerstoffindec von 40,2 und
eine Schaumdichte von 0,4598 g/cm3.
Die erfindungsgemäßen Materialien eignen sich sowohl in ungeschäumter als auch in geschäumter Form
zur Herstellung von Formkörpern.
Geeignete Beispiele für derartige Formkörper sind in
den beigefügten F i g. 1 bis 4 gezeigt
Darin stellt F i g. 1 eine gegebenenfalls zweiteilige Rohrisolierung dar, die aus den Einzelteilen 1 und 2
ausgebildet ist
Fig.2 zeigt teilweise im Schnitt eine Platte bzw.
so einen Block aus dem erfindungsgemäßen Material. In dem korrekt gezeichneten Fall handelt es sich um eine
Platte, die aus einem geschäumten Polymeren besteht und Bezugsziffer 4 zeigt die in dem Material
vorliegenden Poren.
F i g. 3 ist eine dünne Platte aus dem Material, die sich u. a. als Bau- und Konstruktionsmaterial eignet.
F i g. 4 zeigt eine Folie oder Bahn, die vorzugsweise aus dem ungeschäumten erfindungsgemäßen Polymeren besteht
Grundsätzlich können alle Formkörper aus dem geschäumten oder dem ungeschäumten erfindungsgemäßen Polymeren gebildet sein. Bevorzugt bestehen
jedoch isolierende Teile, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, aus dem geschäumten Polymeren, während Folien,
wie die in F i g. 4 dargestellte Folie, vorzugsweise aus dem nichtgeschäumten Polymeren gebildet sind.
Claims (1)
1. Poly-di(dialkylaminoaryloxy)phosphazene, bestehend
aus wiederkehrenden Einheiten der Formel
OQH4NR1R2
und gegebenenfalls Einheiten der Forael OC4H4NR1R,"
-P=N
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