[发明专利]磷-硫FR添加剂及含有它的聚合物体系

说明书

本申请要求于2006年12月12日提交的美国临时专利申请60/876,787 的优先权。

本发明涉及用于有机聚合物的阻燃添加剂，特别是磷-硫燃烧抑制添 加剂。

通常将燃烧抑制添加剂加入到在建筑、汽车、电子、电气层压材料、 电线和电缆、织物和其它应用中使用的聚合物产品中。FR添加剂提高聚 合物体系的极限氧指数(LOI)，从而允许由这些聚合物体系制成的制品通过 标准着火点试验。将各种低分子量(＜～1500g/mol)溴化化合物用作有机聚 合物用FR添加剂。这些中的许多，如六溴环十二烷和聚溴化二苯基醚受 到法规和公众压力限制，这可能导致对它们应用的限制，并且存在寻求替 代它们的动机。

已经将各种磷化合物用作FR添加剂。这些包括有机磷酸酯、膦酸酯 和磷酰胺，它们中的一些描述于美国专利4,070,336和4,086,205以及″The Chemistry and Use of Flame Retardants″，J.W.Lyons，第2章：Chemistry of Fire Retardants Based on Phosphorous第29-74页(1987)中。另一种可商购 的FR添加剂是2，2′-氧基双[5，5-二甲基-1，3，2-二氧杂磷杂环己烷2，2′-二硫化 物]，其具有下面的结构：

这些化合物倾向于提供温和的阻点燃性，并且通常不如六溴环十二烷或其 它溴化FR添加剂有效。

适宜的是提供一种用于有机聚合物，并且特别是用于发泡聚合物的备 选FR添加剂。所述的FR添加剂在以合理低的水平结合入聚合物中时应 当能够提供聚合物体系的LOI。类似地，FR添加剂同样当以合理低的水 平存在时应当能够赋予聚合物体系良好的灭火性质。由于在许多情况下， FR添加剂被最合适地加入到有机聚合物的熔体中，或者(或此外)，存在于 随后的熔融加工操作中，所以FR添加剂在熔融聚合物温度应当是热稳定 的。该温度典型地在150℃以上的范围内，并且通常高于220℃。优选FR 添加剂毒性低。

本发明在一个方面是一种聚合物组合物，所述的聚合物组合物包含可 燃聚合物，在所述的可燃聚合物中混合有：有效量的由结构式I表示的磷- 硫添加剂：

其中X是氧或硫，T是共价键，氧，硫或-NR⁴-，其中R⁴是氢，烷基，惰 性取代的烷基或P(X)[(X)’_mR]₂基团，条件是X和T中的至少一个是硫， 每个X’独立地是氧或硫，每个m在X’是氧时独立地是0或1，并且在X’ 是硫时独立地是0，1或2，n至少为1，并且优选至少2，每个R独立地 是未取代的或惰性取代的烃基或所述的R基团一起形成未取代的或惰性 取代的二价有机基团并且A是有机连接基团。

根据结构式(I)的化合物通常显示出高度有用和令人惊奇的性质组合， 在许多情况下包括非常低的哺乳动物毒性以及优异的水解和稳定性。它们 的热稳定性允许它们结合到高温聚合物配方和加工操作中。出人意料地， 已经发现这些材料中的许多在配制在各种聚合物和聚合物泡沫结构体中， 特别是在聚(乙烯基芳族)类泡沫时提供突出的阻燃性能。

在一些实施方案中，磷-硫添加剂是由结构式II或III表示的那些：

其中R，X，T，A和n如上所述，此外条件是X和T中的至少一个是硫。

在其它实施方案中，磷-硫添加剂是由结构式IV表示的那些：

其中X，X’，T，n和A如上定义，每个R²独立地是氢，烷基或惰性取代 的烷基，并且R³是共价键或二价连接基团。在结构式IV中，每个R²优 选为氢，并且R³优选为在直接与相邻的(R²)₂C基团连接的一个或多个碳原 子上没有氢的亚烷基。R³更优选为(二烷基)亚甲基，并且最优选为(二甲基) 亚甲基。

在再其它的实施方案中，磷-硫添加剂由结构式V表示：

其中X，X’，T，A和n如上。