[发明专利]具有无卤素的阻燃剂的软质泡沫

说明书

本发明涉及具有磷腈的阻燃的聚氨酯软质泡沫以及通过组分A与组分B的反应制备PUR‑软质泡沫的方法：组分A包含：A1，异氰酸酯‑反应性组分，A2，发泡剂，包含水，A3，任选的助剂和添加剂，和A4，阻燃剂，B，异氰酸酯组分，其特征在于，阻燃剂A4包含式(I)的磷腈：[P_mN_mX_k](I)，其中，X彼此独立地代表O‑芳基或NR‑芳基并且至少一个芳基基团是被取代的，其中X可以代表桥，R选自H、C₁‑C₄烷基和芳基，和m代表数字1‑5，特别优选3或4，k取决于m并且代表数字0‑2m，和磷腈不带有异氰酸酯反应性的基团。

本发明涉及具有磷腈的阻燃且开孔的聚氨酯软质泡沫(在下文中也称为PUR-软质泡沫)及其制备方法和磷腈作为阻燃剂在用于制备PUR-软质泡沫的体系中的用途。

如同所有有机聚合物一样，PUR-软质泡沫也是可燃的，其中泡沫中每质量单位的大表面积还增强了这种性能。PUR-软质泡沫例如在家具工业中被用作座席软垫或通常用作隔音和隔热材料。因此，在PUR-软质泡沫的许多应用中需要通过所添加的阻燃剂的阻燃性。在此，存在着闷熄气相中的火焰的阻燃剂和存在着通过促进炭化或形成玻璃状覆层来保护聚合物材料的表面的阻燃剂。优选使用含卤素的化合物以及氮化合物和磷化合物作为阻燃剂。含卤素的化合物和低价磷化合物被认为是闷熄火焰的阻燃剂的典型代表。较高价的磷化合物应造成聚氨酯的催化裂解并由此导致形成固体的、含多磷酸酯且碳化的表面。这种膨胀层防止材料进一步燃烧(G.W. Becker, D. Braun: Polyurethane. In: G. Oertel(编辑), Kunststoff Handbuch, 慕尼黑, Carl Hanser Verlag, 1983, 2, 104-1-5)。

典型的阻燃剂例如是三聚氰胺或磷酸三氯丙酯(TCPP)。固体如三聚氰胺具有在反应混合物中沉积的缺点。通过将不溶性固体引入到反应混合物中，所获得的泡沫变硬。这常常难以补偿。液体阻燃剂如TCPP没有这种缺点。相反，化合物如TCPP具有相对挥发性的优点，并因此能够影响在火焰中进行的自由基链反应。这导致火焰的温度被降低，这又减少了被点燃的材料的分解。

然而，尤其是这些种类的含卤素的代表的一个缺点是它们是相对挥发性的并且因此能够从泡沫中迁移出来(J.C. Quagliano, V.M. Wittemberg, I.C.G. Garcia: RecentAdvances on the Utilization of Nanoclays and Organophosphorus Compounds inPolyurethane Foams for Increasing Flame Retardancy. In: J. Njuguna (编辑),Structural Nanocomposites, Engineering Materials, Berlin Heidelberg, SpringerVerlag, 2013, 1, 249-258)并且在使用时在燃烧过程中形成腐蚀性的氢卤酸。

由于具有有时候有害健康作用的有机卤素化合物在环境中的扩散增加，因此人们对无卤素的替代品产生了兴趣，例如，无卤素的磷酸酯和亚磷酸酯(S.V. Levchik, E.D.Weil: A Review of Recent Progress in Phosphorus-based Flame Retardants, J.Fire Sci., 2006, 24, 345-364)和红磷。

但是这些无卤素的替代品也具有缺点：它们有时候在典型用于PUR泡沫体系的碱性条件下是对水解敏感的或者是效果不令人满意的。红磷例如在快速吸湿和快速氧化方面具有缺点，这导致阻燃性的损失并且可能形成有毒的膦类化合物，并且此外具有粉末爆炸的倾向。常常将红磷微封装，以克服这些问题(L. Chen, Y.-Z. Wang: A review on flameretardant technology in China. Part 1: development of flame retardants,Polym. Adv. Technol., 2010, 21, 1-26)。