Brevet FR2230652A1 — publié le 19741220

ta présente invention se rapport à da nouveaux agents ignifugeants et plus précisément à de nouveaux phosphates organiques halogénés capables de conférer à des matières organiques de propiétés ignifuges. Certaines matières organiques telles que des matières à haut poids moléculaire possèdent d'excellentes propriétés mécaniques et électriquas et sont légères, ce qui leur ouvra des applications étendues sous la forme d'articles mouiés compacts ou alvéolaires, de matières fibreuses St sous des formes analogues. Cependant, les applications de ces produits sont inévitablement limitées par leur propriété d'inflammabilité. On a donc cherché à conférer à ces matières organiques, an particulier à celles qui sont destinées à être utilisées comme matériaux de construction, sous la forme de pièces électriques, de vetements, de décorations intérieures ate, des propriétés d'inflammabilité ou de résistance aux flammes.Les matières organiques ne peuvent pas être entièrement ininflammables mais on peut retarder leur combustion ou les rendres auto-extinguibles en faisant appel à des agents Ignifugeants mélangés ou combiné chimiquement. Parmi les agents ignifugeants connus, il existe des composés phosphorés comme le phosphate de trierésyle. On utilise également comme agents ignifugeants dans des matières organiques variées des composés phosphorés et halegénés, par exemple des phosphates d:alkyle halogénés,entre autres je phosphate de tris(-chioréthyle) et le phosphate de tris(dibromopropyle). Plus précisément, parmi les agents ignifugeants qu'on utilise des des matières plastiques variées par mélange, on pourra citer des phosphates tels que le phosphate de triphényle et le phosphate de tricrésyle, des phosphates halogénés tels que le phosphate de tris(ss-chloréthyle) et le phosphate de tris(dichloropropyle), des composés halogénés tels que la paraffine chlorée et le tétrabromobisphénol A, et des composés minéraux tels que le trioxyde d'antimoine et le phosphate d'ammonium. Malheureusement, ces agents ignifugeants mélangés ont tendance à provoquer des efflorescences sur les matières plastiques ou à les rendre collantes, ce qui amoindrit considérablement leur valeur commerciale; certains autres sont nocifs eut ne peuvent donc pas être utilisés. I1 faut qu'en outre les agents ignifugeants soient pratique ment non volatils de manière que les propriétés ignifuges de la matière plastique ne soient pas amoindries à la suite d'une sublimation. Du point de vue Industriel, les additifs ne doivent pas provoquer de corrosion sur les moules utilisés à température relativement élevée et ne doivent pas ternir les appareils. Il faut également qu'ils résistent à la chaleur et aux influences climatiques de manière que les matières plastiques protégées conservent leurs excellentes propriétés physiques et électriques. Parmi les agents ignifugeants mentionnés ci-dessus, les phosphates conviennent tout-à-fait à l'utilisation avec les matières plastiques en raison de leur bonne compatibilité, mais, pour parvenir à l'effet d'ignifugation recherché, il faut en ut-'li'ser de fortes proportions; les matières plastiques sont alors collantes et perdent leurs bonnes proprietés physiques à la suite d'un effet excessIf de plastification Cependant, on peut parvenir à lteffet dtignifugatior recherché en utilisant des proportions relativement faibles des phosphates halogénés mentionnés ci-dessus. Mais on ne peut pas assurer que l'addition de ces agents ignifugeants ne se manifeste jamais par un amoindrissement des propriétés de la matière plastique de sorte qu'or. recherche toujours des agents ignifugeants efficaces à des proportions aussi faibles que possible. La demanderesse a précisément recherché de nouveaux agents ignifugeants répondant aux exigences mentionnées ci-dessus. A la suite de ces recherches. la demanderesse a trouvé de nouveaux phosphates halogénés répondant à la formule I dans laquelle R1 et R2, identiques ou différents, représentent chacun un résidu hydrocarboné aliphatique en C1-C8 ou un résidu hydrocarboné halogéné en C1-C avec la condition supplémentaire que l'un au moins des symboles 18 R1 et R2 représente un résidu hydrocarboné halogéné, R est un résidu hydrocarboné à chatne droite ou ramifiée en C3 -C15, éventuellement substitué par un atome d'halogène ou un atome d'oxygène dtéther ou un groupe fonctionnel contenant un atome d'halogène ou un atome d'oxygène d'éther. L'invention comprend également un procédé de préparation de ces phosphates halogénés, le procédé se caractérisant- en ce que l'on fait réagir un halogénopnosphate de formule II, dans laquelle R1 et R2 ont les significations indiquées ci-dessus et X est un atome d'halogène, avec un triol de formule III R-(OH). (III) Jans laquelle R a la signification indiquée ci-dessus. Les résidus hydrocarbonés représentés par R1 et R2 sont entre autres des groupes alkyle en Cl-C8 et de préférence e C1-C4. Dans le procédé selon L'invention, on peut utiliser comme phosphate organique de formule II entre autres des halogénures d'arides (halogénoalkyl) phosphoriques, et par exemple le chlorure de l'acide di(2-chloréthyl)phosphorique, le bromure de l'acide di(2-bromêthyl)phosphorique, le chlorure de l'acide di(1,3-dichloroisopropyl)phosphorique, le chlorure de l'acide di(2,3-dibromopropyl)phosphorique, le chlorure de l'acide di(2,2,2-tri chloréthyl)phosphorique le bromure de 1 @ acide di(1-chloro-3-bromoisopropyl) phosphorique et les composés analogues ainsi que autres halogénures d'acides phosphoriques comme le chlorure de l'acide (2,3-dibromopropyl)-2-chloré- thylphosphorique, le chlorurr de l'acide méthyl(1,3-dichlorisopropyl)phos phoriqua, le chlorure de l'acide éthyl(2,3-dibromopropyl)phosphorique et les composés analogues Parmi les triols de formule III on citera le glycérol, le triméthylol-éthane, le triméthylol-propane, le 1,2,4-butane-triol, le 1,2,6hexane-triol et les composés analogues Parmi ces composés de formule III, on citera également les composés obtenus par réaction entre les triols mentionnés et un oxyde d'alkylène tel que oxyde d éthylène, l'oxyde de propyléne, l'oxyde de butylène et l'épichlorhydrine Pour la préparation des phosphates halogénés de fonriilel,onutilise l'halogéné phosphate de formule II et le trlol de formule III dans des proportions respectives de 0,9 à 1,5 mole et de préférence de 1,0 à 1,1 mole par groupe hydroxyle réactif du triol de formule III. La réaction est effectuée à une température de 50 à 2000C par simple mélange de l'halogénophosphate de formule II avec le triol de formule III en atmosphère de gaz inerte. La réaction peut être effectuée dans un solvant inerte lorsque les réactifs sont visqueux, lorsque la réaction dégage une forte quantité de ne leur ou lorsque la réaction est plus uniforme après dilution. Habituellement, on n'utilise pas d'agents déshydrohalogénants mais, selon les applications prévues pour l'agent ignifuge, on peut faire appel a uX tel agent. Les phosphates halogénés selon l'invention possèdent des effets ignifugeants identiques ou supérieurs à ceux des phosphates halogénés connus antérieurement; mais dans certains cas, ils peuvent remédier à certains des inconvénients des phosphates halogénés de la technique antérieure par exemple à l!utilisation de fortes proportions d'agents ignifugeants conduisant à un amoindrissement des diverses propriétés avantageuses des polymères macromoléculaires, en particulier les résistances mécaniques, la stabilité dimensionnelle, la résistance au vieillissement, la résistance à l'eau et des propriétés analogues, ou à une migration des phosphates conduisant à un amoindrissement de l'effet d'ignifugation. Les phosphates halogénés selon l'invention peuvent être utilisés de la manière habituelle avec des matières organiques synthétiques telles que les polyuréthanes, les matières plastiques polyvinyliques,les pdy,les ai cools polyvinyliques, les piyes}rw,les polyamides, les polyacrylate.s, les copolymères éthylène-acétate de vinyle et les matières synthétiques analogues ainsi qu'avec des matières organiques naturelles telles que des matières fibreuses utilisées dans de nombreuses applications par exemple sous forme de tissus, d'articles moulés,- de pellicules etc. Les matières résistent alors à la flamme ou meme deviennent auto-extinguibles.Dans ces applications, les phosphates de formule I peuvent être utilisés isolément ou en mélange entre eux ou encore en mélange avec d'autres agents ignifugeants, de préférence les agents ignifugeants minéraux mentionnés ci-dessus, en proportions de 1 à 50% du poids des matières à ignifuger. On donne à titre purement illustratif ciaprès Le mode opératoire d'utilisation avec une ma tière fibreuse. On dissout le phosphate de formule I,ou on l'émulsifie5dans un solvant organique à une concentration de 1 à 45%, de préférence de 10 à 30% en poids. Dans la solution ou émulsion obtenue, on plonge des matières fibreuses telles que des filés, des articles textiles, des tricots puis on les essore; on les soumet à un séchage préalable d'environ 2 minutes à 800C. Le traitement peut hêtre réalisé de manière à fixer de 1 à 40 parties, de préférence de 10 à 30 parties en poids de phosphate pour 100 parties en poids des matières fibreuses. Les solvants organiques utilisables dans l'opération sont par exemple le perchloréthylène, le trichloréthylène et des alcools. On peut encore mélanger le phosphate avec un liant ou résine qui sert ensuite à traiter la matière fibreuse. Bien qu'on puisse fixer plus de 40 parties de phosphate pour 100 parties de matière fibreuse, cela n'est pas recommandé car on affecte alors le toucher de la matière. On donne ci-après, ici encore à titre purement illustratif, un mode opératoire d'application des phosphate halogénés selon l'inven Pion à une substance macromoléculaire thermoplastique on fond la matière macromoléculaire thermoplastique sur un laminoire chaud, dans un malaxeur Bambury ou dans une extrudeuse et on mélange le phosphate selon l'invention avec la matière fondue. On peut en core mélanger le phosphate avec la matière organique an solution ou en dispersion dans un solvant approprié et éliminer ensuite le solvant, par exemple par évaporation. Le phosphate est appliqué en proportions de 1 à 35 parties, de préférence de 10 à 25 parties en poids pour 100 parties en poids de la matière organique.On peut dépasser la proportion de 35% de phosphate mais on risque alors de modifier les propriétés physiques de la matière orgariqu; et de supporter des frais trop élevés. Les exemples suivants illustrent invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples, les indications de parties et de pourcentages s'antendent en poids sauf mention contraire. EXEMPLE 1 Dars un ballon. équipé d'un thermomètre, d'un condenseur à reflux, d'un agitateur et d!une tubulure d'introduction d'azote-, on introduit 323 parties de chlorure de l'acide di(2-chloropropyl)phosphorique et 100 parties de dioxane; on ajoutepeu à peu 53,6 parties de triméthylolpropane. Or observe un dégagement de chaleur important et un dégagement d'HCl gazeux. Après l'addition du triméthylolpropane, on augmente peu à peu la température et on maintient au reflux pendant une durée de 12 à 14 heures. On arrete la réaction lorsque le dégagement d'HCl cesse. On élimine le solvant et les produits non convertis de la manière habituelle; on obtient 351,4 parties (rendement : 93,2%) d'un liquide visqueux de couleur jaune pâle. Analyse élémentaire : P Cl C H Trouvé (%) 11,9 24,8 34,7 5,6 Calculé (%) 11,2 25,5 34,6 5,7 EXEMPLE 2 Dans un ballon identique à celui de l'exemple 1, on introduit 406,2 parties de chlorure de l'acide di(1,3-dichlorisopropyl)phosphorique et 100 parties de dioxane; on ajoute peu à peu en atmosphère d'azote 53,6 parties de triméthylolpropane On augmente peu à peu la température et on maintient au reflux. La température de reflux augmente et il se dégage du chlorure d'hydrogène gazeux; 15 heures plus tard, ce dégagement cess. La température est alors de 154 C. On élimine le solvant et les produits non convertis de la manière habituelle; on obtient 398,2 parties (ren- dement 95,7%) d'un liquide visqueux brun clair. Analyse élémentaire P C1 C H Trouvé (%) 8,7 38,5 27,9 4,0 Calculé (%) 8,9 40,9 27,7 4,0 EXEMPLE 3 A partir d'une résine de phtalate de diallyle on prépare des échantillons selon les formules figurant ci-après; sur ces échantillons, on détermine l'effet d'ignifugation selon le mode opératoire de la norme japonaise JIS K-6911 (1962), et de lanorme américaine ASTM 535-56T. Les résultats sont rapportés dans le tableau I ci-après.A titre de comparaison, on a également utilisé le phosphate de tris(l,3-dichlorisopropyle) qui est un agent ignifugeant connu du type phosphate halogéné: (1) Feuille appliquée en doublage sur papier (teneur en résine : 60%) prépolymère de phtalate de diallyle (produit du commerce DAPON 101 de la firme FMC) 93 parties phtalate de diallyle monomère 7 parties peroxyde de benzoyle 3 parties acétone Q.S. phosphate de exemple 1 (agent ignifugeant) cf. tableau I (2) Objets coulés prépolymère de phtalate de diallyle (DAPON 101) 50 parties phtalate de diallyle monomère 50 parties perbenzoate de tert.-butyle ("TBP") 1 partie phosphate de l'exemple 1 cf tableau I (3) Moulages renforcés par fibres due verre (teneur en résine 50%) prépolymère de phtalate de diallyle (DAPON 201 de la 100 parties firme FMC) TBP 3 parties fibres de verre 100 parties phosphate de " exemple 1 cf tableau I T A B L E A U I Agent ignifugeant Proportion, Observation Durée d'auto- Vitesse de % extinction, combustion, secondes cm/mn Témoin - brûle - 1,4 # CH2Cl# auto Feuille appli- O=P#-OCH #3 10 extinction 103 quée en doubla- # CH2Cl# ge sur papier O CH3 auto C2H5C-#CH2OP-(OCH2CHCl)2#3 5 extinction 58 Témoin - brûle -- 0,66 # CH2Cl# Objects O=P#-OCH #3 5 auto- 502 coulés # CH2Cl# extinction O CH3 auto C2H5C-#CH2OP-(OCH2CHCl)2#3 5 extinction 36 Témoin - brûle - 0,8 Moulagesren- # CH2Cl# forcés par O=P#-OCH #3 5 auto- 450 fibres de # CH2Cl# extinction verre O CH3 5 auto- 179 C2H5C-#CH2OP-(OCH2CHCl)2#3 extinction EXEMPLE 4 Onprocède à des essais d'gnifugation sur une mousse d'uréthane dure conformément au mode opératoire de la norme ASTMD-1692-67T; les résultats obtenus sont rapportés dans le tableau II ci-après. Le témoin est le phosphate de tris(1,3-dichlorisopropyle). Formulation sorbitol ou polyol analogue 50 parties sH-193 ) (silicone) 0,75 partie Daiflon SI ) 17,5 parties diméthyléthanol-amine 0,75 partie tétraméthylbutane -diamine 0,75 partie Desmodur 44V c) 56,5 parties agent ignifugeant (phosphates des exemples l et 2) cf. tableau II Nota a) stabilisant des mousses vendu par la firme Toray Industries Inc. Japon; b) agent gonflant de la firme Daikin Kogyo Co., Japon; c) dlisocyanate brut vendu par la firme Bayer, Allemagne. VOIR TABLEAU II PAoe 9 EXEMPLE 5 On mélange respectivement 30 parties des phosphates de l'exemple 1 et de l'exemple 2 avec 70 parties de perchîoréthylène de manière à former deux bains de résine. Dans chacun de ces bains, on plonge un tissu de polyester du commerce et on l'essore au taux d'exprimage de 80X; on sèche à 80 C pendant 3 minutes. A titre de comparaison, on utilise un agent ignifugeant connu, le phosphate de tris(ss-chloréthyle). L'essai de combustion sur les tissus traités donne les résultats rapportés dans le tableau III ci-après. T A B t E A U III Agent ignifugeant Durée de combustion, Longueur de carbonisation, cm secondes Témoin 25 30 (brûle complètement) Exemple 1 0 9,5 Exemple 2 0 9,2 Phosphate de tris(ss chloréthyle) 0 12,5 T A B L E A U II Agent ignifugeant Témoin # CH2Cl# O CH3 O=P#-OCH #3 C2H5C-#CH2OP-(OCH2CHCl)2#3 # CH2Cl# Quantité,parties - 18 10 Densité, g/cm 0,034 0,039 0,040 Résistance à la # # 2,7 2,6 2,6 Proprié- compression, kg/cm # # 1,3 1,3 1,3 tés phy- Stabilité dimensionnelle siques 70 C # V (%) 2,7 2,6 2,4 de la 7 jours # l (%) 1,7 2,2 1,7 mousse 70 C 95% HR # V (%) 6,7 19,2 6,3 7 jours # l (%) 4,7 13,2 3,7 Après Observations brûle auto-extinction auto-extinction retrait Durée d'auto-extinction, seconde - 54 57 de la Distance de combustion, cm - 5,1 5,2 flamme Vitesse de combustion, cm/mn 11 - Remarques - on observe des craquelures REVENDICATIONS 1. Phosphates caractérisés en ce qu'ils répondent à la formule générale dans laquelle R1 et R2, identiques ou différents, représentent chacun un résidu hydrocarboné aliphatique en C1-C8 ou un résidu hydrocarboné halogéné en C1-C8 avec la condition supplémentaire que l'un au moins de ces symboles représente un résidu hydrocarboné halogéné, R représente un résidu hydrocarboné à chaine droite ou ramifiée en C3 -C15 éventuellement substitué par un atome d'halogène ou un atome :'oxygène éther ou par un groupe fonctionnel contenant un atome d'halogEle ou un atome d'oxygène d'éther. 2. Phosphates selon la revendication 1, caractérisés en ce que chacun des symboles R1 et R2 représente un groupe alkyle en C1-C8 ou halo génoalkyle en C1-C8. 3. Phosphate selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il répond à l'une des formules 4. Procédé de préparat-on des phosphates selon la revendication 1, le procédé se caractérisant en ce que l'on fait réagir un halogénophosphate de formule dans laquelle R1 et R2 ont les significations indiquées dans la revendica tion 1 et X représente un azyme d'halogène, avec un triol de formule R-(-OH)3 dans laquelle R a la signification donnée dans la revendication 1. 5. Procédé selon 1} revendication 1, caractérisé en ce que le triol est choisi dans le groupe formé par le glycérol, le triméthylol-éthane, le triméthylol-propane, le 1,2,4-butane-triol et le 1,2,6-hexane-triol. 6. Procédé d'ignifugation des matières organiques, caractérisé en ce que l'on mélange avec ladite matière organique, ou l-on applique sur ladite matière organique, un phosphate selon la revendication 1. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la matière organique est choisie dans le groupe formé par les polyuréthanes, les matières plastiques polyvinyliques, les alcools polyvinyliques, les polyesters, les polyamides, les polyacrylates, les copolymères éthylene- acétate de vinyle et les-matières fibreuses naturelles. 8. Matière organique ignifugée à l'aide d'un phosphate selon la revendication 1. 9. Utilisation d'un phosphate selon la revendication I comme agent ignifugeant.