KR20260015905A - Flame-retardant polyurethane and its uses - Google Patents

Flame-retardant polyurethane and its uses

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올리버 하우엔슈타인
화 장
싱 티에 왕
조우 리
후 리우
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클라리언트 인터내셔널 리미티드
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Abstract

하기 화학식 (I)의 포스피네이트를 포함하는 난연제의 존재 하에 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 얻은 난연성 폴리우레탄:
(I)
상기 식에서, R1은 C1-C12 알킬 및 C6-C20 아릴 기로부터 선택된 탄화수소 라디칼이고; R2 및 R3는 동일하거나 또는 상이하며, 독립적으로 H 또는 C1-C12C1-C12 알킬을 나타낸다.
Flame-retardant polyurethane obtained by reacting a polyol and an isocyanate in the presence of a flame retardant comprising a phosphinate of the following chemical formula (I):
(I)
In the above formula, R1 is a hydrocarbon radical selected from C 1 -C 12 alkyl and C 6 -C 20 aryl groups; R2 and R3 are the same or different and independently represent H or C 1 -C 12 C1-C12 alkyl.

Description

난연성 폴리우레탄 및 이의 용도Flame-retardant polyurethane and its uses

본 발명은 특정한 유형의 포스피네이트 난연제를 함유하는 난연성 폴리우레탄, 이의 제조 방법 및 산업에서의 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to flame retardant polyurethanes containing a specific type of phosphinate flame retardant, a process for producing the same and their use in industry.

산업적 용도에 바람직한 난연성을 달성하기 위해, 연소 개질된 폴리우레탄은 통상적으로 적어도 하나의 유형의 난연성 물질을 포함한다. 이러한 응용 시나리오에서, 액체 난연제가 종종 고체 난연제보다 선호된다. 이러한 선호도는 여러 유리한 성질에서 비롯된다: 고체 난연제와 비교하여, 액체 난연제는 블렌딩 공정에서 폴리머 내에 더 용이하고 균일하게 분산되거나 또는 심지어 용해될 수 있으므로, 전체에 걸쳐 일관된 난연 효과를 제공한다. 또한, 액체 난연제는 종종 고체보다 더 낮은 온도에서 가공될 수 있어, 고온과 관련된 잠재적인 폴리머 분해 문제를 완화할 수 있다. 이러한 액체 첨가제는 상호작용을 위한 표면적이 더 넓기 때문에 수지 혼합물 내로 고체보다 더 신속하게 혼입될 수 있다. 또한, 일반적으로 액체 난연제는 폴리올과의 블렌딩 공정 동안 더 용이하게 취급될 수 있어, 정확한 투여량 제어 및 폴리머 제형과의 완벽한 통합(seamless integration)을 허용한다.To achieve the desired flame retardancy for industrial applications, combustion-modified polyurethanes typically include at least one type of flame retardant. In these application scenarios, liquid flame retardants are often preferred over solid flame retardants. This preference stems from several advantageous properties: Compared to solid flame retardants, liquid flame retardants can be more easily and uniformly dispersed, or even dissolved, within the polymer during the blending process, providing consistent flame retardant efficacy throughout the polymer. Furthermore, liquid flame retardants can often be processed at lower temperatures than solids, mitigating potential polymer degradation issues associated with high temperatures. Because these liquid additives have a larger surface area for interaction, they can be incorporated into the resin mixture more quickly than solids. Furthermore, liquid flame retardants are generally easier to handle during the blending process with the polyol, allowing for precise dosage control and seamless integration into the polymer formulation.

산업에서 널리 사용되는 하나의 일반적인 액체 난연제는 TCPP (트리스 (1-클로로-2-프로필) 포스페이트)로서, 이는 종종 소비자 제품 및 가정용 단열재의 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 뿐만 아니라 전자제품에도 혼입된다. 그러나, 효과적인 난연성을 제공함에도 불구하고, TCPP는 이의 할로겐화된 성질로 인하여 시간 경과에 따라 환경 내로 유출되어 부정적인 독성학적 및 생태독성학적(ecotoxicological) 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 또한, TCPP 난연제의 용출은 시간 경과에 따라 전반적인 난연 효과가 감소하도록 한다.One common liquid flame retardant widely used in industry is tris(1-chloro-2-propyl) phosphate (TCPP), which is often incorporated into polyurethane foams for consumer products and home insulation, as well as electronics. However, despite providing effective flame retardancy, TCPP has been shown to leach into the environment over time due to its halogenated nature, causing negative toxicological and ecotoxicological effects. Furthermore, the leaching of TCPP flame retardants reduces their overall flame retardant effectiveness over time.

US 9 631 144 B2는, 테트라브로모비스페놀 A와 에피클로로히드린을 반응시켜 얻은 브롬화 에폭시드인 하나 이상의 할로겐화 난연제를 포함하는 상이한 액체 난연제 조성물을 기술한다. 이 특정한 액체 난연제는, 강성 폴리우레탄 폼 내로의 안정한 혼입을 제공하고 우수한 난연성을 나타내는 것으로 언급된다. 그러나, US 9 631 144B2에 제공된 작업 실시예에서는 상기 브롬화 에폭시드가 높은 연화점을 갖는 수지 형태로 얻어졌기 때문에 고온에서 추가 가공을 필요로 한다는 것이 주목할 만한 점이다. 또한, 생성된 액체 난연제 조성물은 특히 적어도 30 중량%의 높은 브롬 함량을 특징으로 한다.US 9,631,144 B2 describes a different liquid flame retardant composition comprising at least one halogenated flame retardant, which is a brominated epoxide obtained by reacting tetrabromobisphenol A with epichlorohydrin. This particular liquid flame retardant is said to provide stable incorporation into rigid polyurethane foams and to exhibit excellent flame retardancy. However, it is noteworthy that in the working examples provided in US 9,631,144B2, the brominated epoxide is obtained in the form of a resin having a high softening point, which requires further processing at high temperatures. Furthermore, the resulting liquid flame retardant composition is particularly characterized by a high bromine content of at least 30 wt.-%.

할로겐화 난연제 사용에 대한 환경 보호를 위한 우려가 커지면서, 폴리머 및 폴리머 폼을 위한 대안적인 비할로겐화(non-halogenated) 액체 난연제를 찾기 위한 노력이 지속적으로 이루어져 왔다.As environmental concerns about the use of halogenated flame retardants grow, efforts have been made to find alternative non-halogenated liquid flame retardants for polymers and polymer foams.

US 4 458 035 A는 폴리우레탄 폼을 위한 올리고머 포스페이트 난연제를 기술하며, 상기 포스페이트는 하기 화학식 (1)을 갖는다:US 4 458 035 A describes an oligomeric phosphate flame retardant for polyurethane foams, wherein the phosphate has the following chemical formula (1):

(1) (1)

상기 식에서,In the above formula,

n은 0 내지 10이고,n is 0 to 10,

R은 C1-C10 (할로)알킬 라디칼이고,R is a C 1 -C 10 (halo)alkyl radical,

R1 및 R2는 수소 원자 또는 C1-C10 (할로)알킬 라디칼이다.R 1 and R 2 are hydrogen atoms or C 1 -C 10 (halo)alkyl radicals.

US 7 288 577 B1은 폴리우레탄을 위한 2종의 상이한 포스페이트 난연제의 블렌드를 기술하며, 상기 블렌드는 본질적으로 하기로 이루어진다:US 7 288 577 B1 describes a blend of two different phosphate flame retardants for polyurethanes, said blend consisting essentially of:

(a) 상기 블렌드의 50 중량%의 부틸화 트리페닐 포스페이트, 및(a) 50 wt% of butylated triphenyl phosphate of the blend, and

(b) 상기 블렌드의 50 중량%의 폴리(에틸에틸렌옥시) 포스페이트.(b) 50 wt% of poly(ethylethyleneoxy) phosphate of the blend.

상기 특허 개시는 일부 효율적인 액체 인-기반 난연제를 언급하였지만, 이들 중 일부는 습한 조건 하에 가수분해되기 쉬운 것으로 확인되었으며, 이는 결국 중합 공정 또는 최종 폴리머 성질에 부정적인 영향을 미친다. 특히, 가수분해로 생성된 산은 발포(foaming) 공정 동안 중합 촉매를 비활성화시키고, 나아가 폴리머 폼 생성물 내 공유 결합을 절단하여, 의도된 3차원 폼 네트워크를 파괴할 수 있는 것으로 알려져 있다.While the above patent disclosures describe several effective liquid phosphorus-based flame retardants, some of these have been found to be susceptible to hydrolysis under humid conditions, which can ultimately negatively impact the polymerization process or the final polymer properties. Specifically, the acids generated by hydrolysis are known to deactivate polymerization catalysts during the foaming process and can further cleave covalent bonds within the polymer foam product, destroying the intended three-dimensional foam network.

PET 및 PBT와 같은 폴리머에 통상적으로 이용되는 시클릭 포스포네이트 화합물인 Antiblaze® 1045 (Albemarle)를 포함하는 여러 액체 인-기반 난연제 제품이 상업적으로 입수가능하다. 이러한 시클릭 포스피네이트의 화학 구조는 하기 화학식 (2)에 의해 예시된다:Several liquid phosphorus-based flame retardant products are commercially available, including Antiblaze® 1045 (Albemarle), a cyclic phosphonate compound commonly used in polymers such as PET and PBT. The chemical structure of this cyclic phosphinate is illustrated by the following formula (2):

. .

Antiblaze® 1045는 25℃의 온도에서 전형적으로 500,000 mPa·s 이상의 높은 점도를 나타낸다. 결과적으로, 이의 효과적인 활용은 캐리어(carrier) 재료 상에 주의하여 함침시키거나 또는 수용액으로서 폴리머 섬유 표면 상에 꼼꼼하게(meticulously) 도포하는 것을 포함할 수 있다. 후자의 경우, 원하는 결과를 위한 섬유의 연화 및 시클릭 포스포네이트의 용해를 달성하기 위해 후속 가열이 필요하다.Antiblaze® 1045 exhibits a high viscosity, typically exceeding 500,000 mPa·s at 25°C. Consequently, its effective use may involve careful impregnation onto a carrier material or meticulous application as an aqueous solution onto the polymer fiber surface. In the latter case, subsequent heating is required to soften the fiber and dissolve the cyclic phosphonate to achieve the desired results.

본 발명의 목적은, 폴리우레탄, 특히 폴리우레탄 폼에 사용하기 위한 새로운 비할로겐화 난연제를 제공하는 것이다. 상기 비할로겐화 난연제는 실온에서 그리고 종래의 폴리우레탄 제조 조건 하에 액체 형태를 취하고, 가공 및 취급을 용이하게 하도록 적합하게 낮은 점도를 갖고, 습한 조건 하에서도 뛰어난 가수분해 안정성을 입증하며, 기존의 상업적 기준과 비교하여 폴리우레탄 재료에 동등하거나 또는 향상된 수준의 난연성을 제공한다.The object of the present invention is to provide a novel non-halogenated flame retardant for use in polyurethane, particularly polyurethane foam. The non-halogenated flame retardant takes a liquid form at room temperature and under conventional polyurethane manufacturing conditions, has a suitably low viscosity to facilitate processing and handling, demonstrates excellent hydrolytic stability even under humid conditions, and provides equivalent or improved flame retardancy to polyurethane materials compared to existing commercial standards.

본 발명은, 상기 언급된 비할로겐화 난연제를 통합함으로써 탁월한 난연 효율을 달성하는 난연성 폴리우레탄, 구체적으로는 폴리우레탄 폼을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a flame-retardant polyurethane, specifically a polyurethane foam, which achieves excellent flame-retardant efficiency by incorporating the above-mentioned non-halogenated flame retardant.

본 발명은 폴리우레탄을 위한 난연제로서의 하기 화학식 (I)의 포스피네이트의 용도를 제공한다:The present invention provides the use of a phosphinate of the following formula (I) as a flame retardant for polyurethane:

상기 식에서, R1은 C1-C12 알킬 및 C6-C20 아릴 기로부터 선택된 탄화수소 라디칼이고;In the above formula, R1 is a hydrocarbon radical selected from C 1 -C 12 alkyl and C 6 -C 20 aryl groups;

R2 및 R3는 동일하거나 또는 상이하며, 독립적으로 H 또는 C1-C12 알킬을 나타낸다.R2 and R3 are the same or different and independently represent H or C 1 -C 12 alkyl.

본 발명은 화학식 (I)의 포스피네이트를 포함하는 난연제의 존재 하에 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 얻은 난연성 폴리우레탄을 추가로 제공한다.The present invention further provides a flame-retardant polyurethane obtained by reacting a polyol and an isocyanate in the presence of a flame retardant comprising a phosphinate of the formula (I).

달리 나타내지 않는 한, 본 명세서에 사용된 용어 "탄화수소 라디칼"은, 포화 또는 불포화 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 선택적으로(optionally) 헤테로원자 (예를 들어, O, N, S)로 치환될 수 있는 지방족 라디칼, 방향족 라디칼 또는 지환족 라디칼을 나타낸다.Unless otherwise indicated, the term "hydrocarbon radical" as used herein refers to an aliphatic radical, aromatic radical or alicyclic radical which may be saturated or unsaturated, straight or branched chain and optionally substituted with a heteroatom (e.g., O, N, S).

바람직하게는, R1은 C1-C6 알킬로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 C2-C4 알킬로부터 선택된다.Preferably, R1 is selected from C1-C6 alkyl, more preferably from C2-C4 alkyl.

또한 바람직하게는, R2 및 R3는 동시에 H가 아니다.Also preferably, R2 and R3 are not H at the same time.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, R2 및 R3 중 하나는 H 또는 에틸이고, 다른 하나는 C1-C6 알킬이다.In a preferred embodiment of the present invention, one of R2 and R3 is H or ethyl and the other is C1-C6 alkyl.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서, R2 및 R3 중 하나는 메틸이고, 다른 하나는 H 또는 C1-C4 알킬이다.In another preferred embodiment of the present invention, one of R2 and R3 is methyl and the other is H or C1-C4 alkyl.

특히 바람직한 일 구현예에서, R1은 에틸이고, R2 및 R3 중 하나는 메틸이고, 다른 하나는 에틸이다.In a particularly preferred embodiment, R1 is ethyl, one of R2 and R3 is methyl, and the other is ethyl.

또 다른 특히 바람직한 구현예에서, R1은 부틸이고, R2 및 R3 중 하나는 메틸이고, 다른 하나는 H이다.In another particularly preferred embodiment, R1 is butyl, one of R2 and R3 is methyl, and the other is H.

또 다른 특히 바람직한 구현예에서, R1은 부틸이고, R2 및 R3 중 하나는 메틸이고, 다른 하나는 부틸이다.In another particularly preferred embodiment, R1 is butyl, one of R2 and R3 is methyl, and the other is butyl.

본 발명에 따른 포스피네이트 난연제는 이의 화학적 성질로 인하여, 실온에서 그리고 종래의 폴리우레탄 제조 조건 하에 액체 형태를 취한다. 유리하게는, 상기 액체 형태의 포스피네이트 난연제는 25℃의 온도에서 100 mPa·s 미만, 바람직하게는 50 mPa·s 미만, 보다 바람직하게는 10 mPa·s 미만의 낮은 점도를 특징으로 한다. 점도는 DIN 51398에 의해 측정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 낮은 점도의 유리한 성질은 난연성 폴리우레탄을 제조하기 위한 액체 난연제의 실제 적용에 중요한 역할을 할 수 있다. 점성 액체 난연제의 활용은 전형적으로 액체의 보관 또는 운송에 관련된 용기, 공급관 및 배출관의 가열을 요구하기 때문에 어려움이 따른다. 또한, 폴리머 조성물 내로의 고점성 난연제 액체의 균질한 혼입을 획득하는 것은, 특히 대량 화학물질 제조를 위한 대규모 산업 공정에서 종종 추가적인 노력을 요구한다.The phosphinate flame retardant according to the present invention, due to its chemical properties, takes the form of a liquid at room temperature and under conventional polyurethane production conditions. Advantageously, the liquid phosphinate flame retardant is characterized by a low viscosity of less than 100 mPa·s, preferably less than 50 mPa·s, more preferably less than 10 mPa·s at a temperature of 25°C. The viscosity can be measured according to DIN 51398. As described above, the advantageous property of low viscosity can play an important role in the practical application of liquid flame retardants for the production of flame-retardant polyurethanes. The use of viscous liquid flame retardants is typically difficult because it requires heating of containers, supply lines, and discharge lines involved in the storage or transportation of the liquid. Furthermore, obtaining a homogeneous incorporation of a high-viscosity flame retardant liquid into a polymer composition often requires additional efforts, especially in large-scale industrial processes for the production of bulk chemicals.

하기 화학식 (I)의 포스피네이트는 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 하나의 접근법은 US 39 14 345 A, EP 23 73 666 A1, US 87 35 477 B2 및 EP 23 67 834 A1에 기술된 바와 같이 자유 라디칼 생성제의 존재 하에 α-모노올레핀을 (알킬)포스피네이트와 반응시키는 것이다:Phosphinates of the following formula (I) can be prepared by various methods. One approach is to react an α-monoolefin with an (alkyl)phosphinate in the presence of a free radical generator, as described in US 39 14 345 A, EP 23 73 666 A1, US 87 35 477 B2, and EP 23 67 834 A1:

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화학식 (I)의 포스피네이트는 또한, 이의 대응하는 포스파이트로부터 촉매적 재배열 반응(catalytic rearrangement reaction)에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 하나의 대응하는 포스파이트는 하기 구조식 (II)을 갖는다:Phosphinates of formula (I) can also be prepared from their corresponding phosphites by a catalytic rearrangement reaction. For example, one corresponding phosphite has the following structural formula (II):

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합성예 1에 예시된 바와 같이, 이 제조 공정은 2단계 방법에 의해 실현될 수 있다. 제1 단계에서, 원하는 포스피네이트 생성물에 대응하는 포스파이트가 중간 생성물로서 제조되며, 제2 단계에서, 이 중간 생성물을 촉매적 재배열 반응에 적용하여 화학식 (I)의 포스피네이트를 얻는다. 대안적으로, 대응하는 포스파이트가 화학 시장으로부터 용이하게 입수가능한 경우, 상기 제조 공정은 단일 단계 반응으로 간소화될 수 있다.As illustrated in Synthetic Example 1, this manufacturing process can be realized by a two-step method. In the first step, a phosphite corresponding to the desired phosphinate product is prepared as an intermediate, and in the second step, this intermediate is subjected to a catalytic rearrangement reaction to obtain the phosphinate of formula (I). Alternatively, if the corresponding phosphite is readily available from the chemical market, the manufacturing process can be simplified to a single-step reaction.

이 제조 공정에서의 재배열 촉매는 요오드-함유 촉매 및 루이스 산(Lewis acid) 촉매, 예컨대 CN 104693238A에 기술된 바와 같은 요오드, 알킬 요오드 및 알칼리 금속 요오드화 염 (특히 요오드화 칼륨)일 수 있다. 대안적으로, 재배열 촉매는 CN 109400643A에 기술된 바와 같은 요오드화 나트륨일 수 있다.The rearrangement catalyst in this manufacturing process may be an iodine-containing catalyst and a Lewis acid catalyst, such as iodine, alkyl iodides and alkali metal iodide salts (particularly potassium iodide) as described in CN 104693238A. Alternatively, the rearrangement catalyst may be sodium iodide as described in CN 109400643A.

유리하게는, 재배열 촉매는 소분자 유기 술포네이트일 수 있으며, 보다 유리하게는 디에틸 술페이트, 에틸 에탄술포네이트, p-톨루엔술폰산 메틸 에스테르, p-톨루엔술폰산 에틸 에스테르, p-클로로벤젠술폰산 메틸 에스테르 및 p-클로로벤젠술폰산 에틸 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 이러한 제조 공정에서 소분자 유기 술포네이트 재배열 촉매를 사용하는 이점은 특히 비용 효과성 및 간소화된 촉매 회수를 포함한다.Advantageously, the rearrangement catalyst may be a small molecule organic sulfonate, more advantageously selected from the group consisting of diethyl sulfate, ethyl ethanesulfonate, p-toluenesulfonic acid methyl ester, p-toluenesulfonic acid ethyl ester, p-chlorobenzenesulfonic acid methyl ester and p-chlorobenzenesulfonic acid ethyl ester. Advantages of using small molecule organic sulfonate rearrangement catalysts in such manufacturing processes include, inter alia, cost effectiveness and simplified catalyst recovery.

R2 또는 R3가 H인 경우, 합성예 2에 예시된 바와 같이, 알킬디클로로포스핀을 알콜과 중간 온도(moderate temperature)에서 반응시킴으로써 화학식 (I)의 포스피네이트를 제조할 수 있다. 알콜분해(alcoholysis)로서 알려져 있는 이 반응은 포스핀의 부분 산화를 초래하여, 하나의 P-H 결합을 생성하면서 대응하는 알킬 포스피네이트 에스테르를 형성한다.When R2 or R3 is H, the phosphinate of formula (I) can be prepared by reacting an alkyldichlorophosphine with an alcohol at a moderate temperature, as illustrated in Synthesis Example 2. This reaction, known as alcoholysis, results in partial oxidation of the phosphine to form the corresponding alkyl phosphinate ester, generating one P-H bond.

이 화학반응의 하나의 예시적인 예는 CN 113493478A에 제시되어 있으며, 여기서 메틸디클로로포스핀을 실온에서 n-부탄올과 반응시킨다. 상기 반응은 원하는 생성물로서의 n-부틸 메틸 포스피네이트를, 부산물로서의 염화수소 및 n-부틸 클로라이드의 형성과 함께 생성한다.An illustrative example of this chemical reaction is presented in CN 113493478A, wherein methyldichlorophosphine is reacted with n-butanol at room temperature. The reaction produces n-butyl methyl phosphinate as the desired product, with hydrogen chloride and n-butyl chloride as byproducts.

본 발명은 또한, 중합 조건 하에 화학식 (I)의 포스피네이트를 포함하는 난연제의 존재 하에 모노머를 반응시켜 얻은 난연성 폴리머를 제공한다.The present invention also provides a flame retardant polymer obtained by reacting a monomer in the presence of a flame retardant comprising a phosphinate of the formula (I) under polymerization conditions.

본 발명의 난연성 폴리우레탄 (PUR)은 난연제로서 화학식 (I)의 포스피네이트를 포함하는 폴리우레탄 조성물이다. 상기 폴리우레탄 조성물의 일 구현예에서, 화학식 (I)의 포스피네이트는 폴리우레탄의 중량에 대해 0.5 중량% 내지 30 중량% 범위의 양으로 존재한다. 바람직하게는, 화학식 (I)의 포스피네이트는 폴리우레탄의 중량에 대해 0.5 중량% 내지 20 중량% 범위의 양으로 존재한다.The flame retardant polyurethane (PUR) of the present invention is a polyurethane composition comprising a phosphinate of formula (I) as a flame retardant. In one embodiment of the polyurethane composition, the phosphinate of formula (I) is present in an amount ranging from 0.5 wt% to 30 wt% based on the weight of the polyurethane. Preferably, the phosphinate of formula (I) is present in an amount ranging from 0.5 wt% to 20 wt% based on the weight of the polyurethane.

본 발명의 난연성 폴리우레탄은 바람직하게는, 화학식 (I)의 포스피네이트를 포함하는 난연제의 존재 하에, 선택적으로 중합 촉매의 존재 하에, 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 얻는다. 난연성 폴리우레탄의 제조에 적합한 중합 촉매는 지방족 3차 아민 (예를 들어, 트리에틸아민, 테트라메틸부탄디아민), 지환족 3차 아민 (예를 들어, 1,4-디아자(2,2,2)비시클로옥탄), 지방족 아미노에테르 (예를 들어, 디메틸아미노에틸 에테르 및 N,N,N-트리메틸-N-히드록시에틸-비스아미노에틸 에테르), 지환족 아미노에테르 (예를 들어, N-에틸모르폴린), 지방족 아미딘, 지환족 아미딘, 우레아, 우레아 유도체 (예컨대, 아미노알킬 우레아, 예를 들어 EP-A 0 176 013 참조; 특히 (3-디메틸아미노프로필아민) 우레아) 및 주석 촉매 (예컨대, 디부틸주석 옥시드, 디부틸주석 디라우레이트, 주석 옥토에이트)로부터 선택될 수 있다.The flame-retardant polyurethane of the present invention is preferably obtained by reacting a polyol and an isocyanate in the presence of a flame retardant comprising a phosphinate of the formula (I), optionally in the presence of a polymerization catalyst. Suitable polymerization catalysts for the production of flame-retardant polyurethanes may be selected from aliphatic tertiary amines (e.g. triethylamine, tetramethylbutanediamine), cycloaliphatic tertiary amines (e.g. 1,4-diaza(2,2,2)bicyclooctane), aliphatic aminoethers (e.g. dimethylaminoethyl ether and N,N,N-trimethyl-N-hydroxyethyl-bisaminoethyl ether), cycloaliphatic aminoethers (e.g. N-ethylmorpholine), aliphatic amidines, cycloaliphatic amidines, ureas, urea derivatives (e.g. aminoalkyl ureas, cf. for example EP-A 0 176 013; in particular (3-dimethylaminopropylamine) urea) and tin catalysts (e.g. dibutyltin oxide, dibutyltin dilaurate, tin octoate).

폴리우레탄을 위한 난연제로서 화학식 (I)의 포스피네이트를 사용하는 것의 하나의 주목할 만한 이점은 폴리우레탄의 하나의 필수적인 출발 재료인 폴리올과의 높은 상용성이다. 화학식 (I)의 포스피네이트는 폴리올 내에 용이하게 용해되어, 보관 또는 운송 동안의 연장된 기간 동안 안정하게 유지되는 균질 용액을 형성할 수 있다. 이러한 균질 용액은 중합을 위한 유익한 출발 재료로서 작용하여, 생성되는 폴리우레탄 제품이 전체에 걸쳐 일관되게 분포된 난연성을 갖는 것을 보장한다.One notable advantage of using the phosphinate of formula (I) as a flame retardant for polyurethanes is its high compatibility with polyols, an essential starting material for polyurethanes. The phosphinate of formula (I) readily dissolves in the polyol, forming a homogeneous solution that remains stable over extended periods of storage or transportation. This homogeneous solution serves as a beneficial starting material for polymerization, ensuring that the resulting polyurethane product exhibits consistently distributed flame retardancy throughout the entire polymer.

본 발명은 난연성 폴리우레탄의 제조 방법을 제공하며, 상기 제조 방법은, 폴리올과 화학식 (I)의 포스피네이트를 포함하는 난연제를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물 내로 이소시아네이트 화합물을 첨가하는 단계;를 포함한다.The present invention provides a method for producing a flame-retardant polyurethane, the method comprising the steps of: producing a mixture comprising a polyol and a flame retardant comprising a phosphinate of formula (I); and adding an isocyanate compound into the mixture.

본 발명의 목적을 위해, 용어 "폴리올"은 이소시아네이트와 반응할 수 있는 적어도 2개의 수소 원자를 갖는 화합물을 지칭한다. 이들은 아미노 기, 티오 기 또는 카복실 기를 갖는 화합물이며, 바람직하게는 히드록실 기, 특히 2 내지 8개의 히드록실 기를 갖는 화합물이다.For the purposes of the present invention, the term "polyol" refers to a compound having at least two hydrogen atoms capable of reacting with an isocyanate. These are compounds having amino, thio or carboxyl groups, preferably compounds having hydroxyl groups, especially compounds having from 2 to 8 hydroxyl groups.

본 발명의 목적에 적합한 폴리올은 400 내지 10,000의 분자량 (Mw)을 갖는 폴리올, 구체적으로는 1,000 내지 6,000, 바람직하게는 2,000 내지 6,000의 분자량을 갖는 폴리올을 포함하며, 일반적으로, 그 자체로 균질 또는 셀룰러(cellular) 폴리우레탄의 제조에 대해 알려져 있으며 예를 들어 DE-A 28 32 253에 기술되어 있는 바와 같은, 2가 내지 8가, 바람직하게는 2가 내지 6가의 폴리에테르 또는 폴리에스테르, 또는 그 외에 폴리카보네이트 또는 폴리에스테르아미드이다.Polyols suitable for the purposes of the present invention include polyols having a molecular weight (Mw) of from 400 to 10,000, in particular polyols having a molecular weight of from 1,000 to 6,000, preferably from 2,000 to 6,000, and are generally di- to octa-hydric, preferably di- to hexa-hydric polyethers or polyesters, or else polycarbonates or polyesteramides, which are known per se for the production of homogeneous or cellular polyurethanes and are described, for example, in DE-A 28 32 253.

바람직한 폴리에스테르 폴리올은, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 메틸펜탄디올, 1,6-헥산디올, 트리메틸올프로판, 글리세롤, 펜타에리쓰리톨, 디글리세롤, 글루코스 및/또는 소르비톨과 같은 폴리알콜과 옥살산, 말론산, 숙신산, 타르타르산, 아디프산, 세바스산, 말레산, 푸마르산, 프탈산 및/또는 테레프탈산과 같은 이염기산(dibasic acid)의 중축합에 의해 얻어진다. 이러한 폴리에스테르 폴리올은 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.Preferred polyester polyols are obtained by polycondensation of polyalcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, methylpentanediol, 1,6-hexanediol, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, diglycerol, glucose and/or sorbitol with dibasic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, tartaric acid, adipic acid, sebacic acid, maleic acid, fumaric acid, phthalic acid and/or terephthalic acid. These polyester polyols may be used alone or in combination.

열경화형 난연성 폴리우레탄의 제조를 위해, 폴리에스테르 폴리올의 추가의 바람직한 군은, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 트리메틸올프로판 및 펜타에리쓰리톨을 포함하여, 2개, 3개 또는 4개의 히드록실 기를 갖는 것이다.For the production of thermosetting flame retardant polyurethanes, additional preferred groups of polyester polyols are those having two, three or four hydroxyl groups, including ethylene glycol, propylene glycol, trimethylolpropane and pentaerythritol.

바람직한 폴리에테르 폴리올은, 글리세롤, 트리메틸올에탄 (즉, 1,1,1-트리스(히드록시메틸)에탄) 및 트리메틸올프로판 (즉, 1,1,1-트리스(히드록시메틸)프로판)과 같은 트리올; 펜타에리쓰리톨과 같은 테트라올; 글루코스와 같은 펜타올; 디펜타에리쓰리톨 및 소르비톨과 같은 헥사올; 또는 상기 모든 폴리알콜의 알콕실화 유도체, 예컨대 바람직하게는 이들의 에톡실화 및 프로폭실화 유도체를 포함하지만, 이에 국한되지 않는다.Preferred polyether polyols include, but are not limited to, triols such as glycerol, trimethylolethane (i.e., 1,1,1-tris(hydroxymethyl)ethane) and trimethylolpropane (i.e., 1,1,1-tris(hydroxymethyl)propane); tetraols such as pentaerythritol; pentaols such as glucose; hexaols such as dipentaerythritol and sorbitol; or alkoxylated derivatives of all the above polyalcohols, including, but not limited to, ethoxylated and propoxylated derivatives thereof, preferably.

특히 바람직한 폴리에테르 폴리올은 폴리옥시프로필렌 트리올이다.A particularly preferred polyether polyol is polyoxypropylene triol.

본 발명의 목적에 적합한 다른 폴리올은 30 내지 400의 분자량을 갖는 폴리올을 포함하며, 이는 바람직하게는 히드록실 기 및/또는 아미노 기를 갖고 사슬 연장제 또는 가교제로서 작용하는 화합물이다. 이러한 화합물은 일반적으로, 이소시아네이트와 반응할 수 있는 수소 원자를 2 내지 8개, 바람직하게는 2 내지 4개 갖는다.Other polyols suitable for the purposes of the present invention include polyols having a molecular weight of 30 to 400, which are preferably compounds having hydroxyl groups and/or amino groups and acting as chain extenders or cross-linking agents. Such compounds generally have 2 to 8, preferably 2 to 4, hydrogen atoms capable of reacting with isocyanates.

본 발명의 난연성 폴리우레탄의 제조에 사용되는 적합한 이소시아네이트는, 예를 들어 지방족, 지환족, 아르지방족(araliphatic), 방향족 또는 헤테로시클릭 폴리이소시아네이트 (예를 들어, 문헌 [W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, pp. 75-136] 참조), 예를 들어 화학식 Q(NCO)r의 것으로부터 선택될 수 있으며, 상기 식에서, r은 2 내지 4, 바람직하게는 2 또는 3이고, Q는 2 내지 18개의 탄소 원자, 바람직하게는 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 지방족 탄화수소 라디칼, 4 내지 15개의 탄소 원자, 바람직하게는 5 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 지환족 탄화수소 라디칼, 6 내지 15개의 탄소 원자, 바람직하게는 6 내지 13개의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소 라디칼, 또는 8 내지 15개의 탄소 원자, 바람직하게는 8 내지 13개의 탄소 원자를 갖는 아르지방족 탄화수소 라디칼이다.Suitable isocyanates used in the preparation of the flame-retardant polyurethane of the present invention may be selected, for example, from aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic, aromatic or heterocyclic polyisocyanates (see, for example, W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, pp. 75-136), for example from those of the formula Q(NCO) r , wherein r is 2 to 4, preferably 2 or 3, and Q is an aliphatic hydrocarbon radical having 2 to 18 carbon atoms, preferably 6 to 10 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon radical having 4 to 15 carbon atoms, preferably 5 to 10 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon radical having 6 to 15 carbon atoms, preferably 6 to 13 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon radical having 8 to 15 carbon atoms, preferably It is an araliphatic hydrocarbon radical having 8 to 13 carbon atoms.

본 발명의 목적에 적합한 폴리이소시아네이트는, 적어도 2개의 이소시아네이트 기를 갖는 방향족, 지환족 및/또는 지방족 폴리이소시아네이트 및 이들의 혼합물이다. 톨릴 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 나프틸렌 디이소시아네이트, 자일릴렌 디이소시아네이트, 트리스(4-이소시아네이토페닐)메탄 및 폴리메틸렌-폴리페닐렌 디이소시아네이트와 같은 방향족 폴리이소시아네이트; 메틸렌디페닐 디이소시아네이트, 톨릴 디이소시아네이트와 같은 지환족 폴리이소시아네이트; 지방족 폴리이소시아네이트 및 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 디메릴 디이소시아네이트, 1,1-메틸렌비스(4-이소시아네이토시클로헥산-4,4'-디이소시아네이토디시클로헥실메틸 및 이성질체 혼합물, 1,4-시클로헥실 디이소시아네이트 및 리신(lysine) 디이소시아네이트 및 이들의 혼합물이 바람직하다.Polyisocyanates suitable for the purposes of the present invention are aromatic, cycloaliphatic and/or aliphatic polyisocyanates having at least two isocyanate groups and mixtures thereof. Aromatic polyisocyanates such as tolyl diisocyanate, methylene diphenyl diisocyanate, naphthylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, tris(4-isocyanatophenyl)methane and polymethylene-polyphenylene diisocyanate; Aliphatic polyisocyanates such as methylenediphenyl diisocyanate and tolyl diisocyanate; Aliphatic polyisocyanates and hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dimeryl diisocyanate, 1,1-methylenebis(4-isocyanatocyclohexane-4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethyl and isomer mixtures, 1,4-cyclohexyl diisocyanate and lysine diisocyanate and mixtures thereof are preferred.

일반적으로, 산업에서 용이하게 입수가능한 폴리이소시아네이트, 예컨대 2,4- 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 및 메틸렌 디페닐 이소시아네이트 (MDI) 또는 이의 폴리머 형태 (pMDI)가 특히 바람직하다.In general, polyisocyanates readily available in the industry, such as 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate, and methylene diphenyl isocyanate (MDI) or its polymer form (pMDI) are particularly preferred.

본 발명의 목적을 위해, 난연성 폴리우레탄은, 예를 들어 디올 및 디이소시아네이트에 의해 제조된 선형 PUR, 또는 예를 들어 트리이소시아네이트 디이소시아네이트 혼합물을 트리올-디올 혼합물을 사용하여 전환시킴으로써 제조된 가교된 PUR일 수 있다. 난연성 폴리우레탄의 성질은 광범위하게 다양할 수 있다. 가교결합의 정도 및/또는 사용된 이소시아네이트 또는 OH 성분에 따라, 열경화물, 열가소물 또는 엘라스토머가 얻어진다.For the purposes of the present invention, the flame-retardant polyurethane may be, for example, a linear PUR prepared by a diol and a diisocyanate, or a crosslinked PUR prepared by, for example, converting a triisocyanate-diisocyanate mixture using a triol-diol mixture. The properties of the flame-retardant polyurethane can vary widely. Depending on the degree of crosslinking and/or the isocyanate or OH component used, a thermoset, a thermoplastic, or an elastomer is obtained.

본 발명의 난연성 폴리우레탄은, 연성 또는 강성 폼으로서 사용되거나 또는 대안적으로 성형용 성형 화합물, 주조 수지 (이소시아네이트 수지), (텍스타일) 탄성 섬유, 폴리우레탄 코팅 및 폴리우레탄 접착제로서 사용되는 난연성 폴리우레탄 폼일 수 있다.The flame-retardant polyurethane of the present invention may be a flame-retardant polyurethane foam used as a flexible or rigid foam or alternatively as a molding compound for molding, a casting resin (isocyanate resin), (textile) elastic fiber, a polyurethane coating and a polyurethane adhesive.

본 발명은 또한, 화학식 (I)의 포스피네이트를 포함하는 난연제의 존재 하에, 추가로 발포제(blowing agent), 발포 촉매(foaming catalyst), 폼 안정화제(foam stabilizer) 및 선택적으로 다른 첨가제의 존재 하에 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 얻은 난연성 폴리우레탄 폼을 제공한다.The present invention also provides a flame-retardant polyurethane foam obtained by reacting a polyol and an isocyanate in the presence of a flame retardant comprising a phosphinate of the formula (I), and further in the presence of a blowing agent, a foaming catalyst, a foam stabilizer, and optionally other additives.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 본 발명의 난연성 폴리우레탄 폼은 가요성 폼(flexible foam)이다.In a preferred embodiment of the present invention, the flame retardant polyurethane foam of the present invention is a flexible foam.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서, 본 발명의 난연성 폴리우레탄 폼은 강성 폼(rigid foam)이다.In another preferred embodiment of the present invention, the flame retardant polyurethane foam of the present invention is a rigid foam.

본 발명의 목적을 위해, 용어 "발포제"는, 폴리올-이소시아네이트 반응에서 가스를 제공하고 셀 구조의 폼을 생성할 수 있는 물질을 지칭한다. 물리적 발포제 및 화학적 발포제를 포함하는, 폴리우레탄 폼의 제조를 위한 임의의 종래의 발포제가 본 명세서에서 사용하기에 적합하다. 물리적 발포제의 예는, 감압에서 팽창하는 부탄 및 이산화탄소뿐만 아니라, 펜탄 또는 시클로펜탄과 같은 단쇄 (C5-C6) 지방족 분자 및 저비점 액체인 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 같은 다양한 히드로플루오로올레핀을 포함한다. 화학적 발포제의 예는 물 및 카복실산을 포함하며, 이는 이소시아네이트와 반응 시 가스를 방출한다. 특히 바람직한 발포제는 물이다.For the purposes of the present invention, the term "blowing agent" refers to a substance capable of providing gas in a polyol-isocyanate reaction and producing a foam with a cellular structure. Any conventional blowing agent for the production of polyurethane foams, including physical blowing agents and chemical blowing agents, is suitable for use herein. Examples of physical blowing agents include butane and carbon dioxide, which expand at reduced pressure, as well as short-chain (C 5 -C 6 ) aliphatic molecules such as pentane or cyclopentane, and various hydrofluoroolefins such as 1,3,3,3-tetrafluoropropene, which are low-boiling liquids. Examples of chemical blowing agents include water and carboxylic acids, which release gas upon reaction with an isocyanate. A particularly preferred blowing agent is water.

본 발명의 목적을 위해, 본 발명의 난연성 폴리우레탄 폼의 제조를 위한 적합한 발포 촉매는 바람직하게는, 아민 촉매 (예를 들어, 3차 아민) 및 유기금속 (예를 들어, 주석(II) 옥토에이트(stannous octoate), 주석(II) 아세테이트(stannous acetate), 디부틸주석 디아세테이트 등)으로부터 선택된다.For the purposes of the present invention, suitable blowing catalysts for the production of the flame-retardant polyurethane foam of the present invention are preferably selected from amine catalysts (e.g., tertiary amines) and organometallics (e.g., stannous octoate, stannous acetate, dibutyltin diacetate, etc.).

본 발명의 목적을 위해, 난연성 폴리우레탄 폼을 제조하기 위한 적합한 폼 안정화제는, 폴리우레탄 폼을 제어하고 안정화하기 위한 임의의 종래의 안정화제일 수 있다. 바람직한 일례로서, 상기 안정화제는 실리콘 계면활성제로부터 선택될 수 있다.For the purposes of the present invention, a suitable foam stabilizer for producing flame-retardant polyurethane foam may be any conventional stabilizer for controlling and stabilizing polyurethane foam. As a preferred example, the stabilizer may be selected from silicone surfactants.

본 발명에 따른 난연성 폴리우레탄 폼의 제조를 위해, 충전제, 안료, 광 안정화제 및 가공 보조제를 포함하는 다른 첨가제를 반응물 혼합물에 첨가할 수 있다.For the production of the flame-retardant polyurethane foam according to the present invention, other additives including fillers, pigments, light stabilizers and processing aids may be added to the reactant mixture.

본 발명은 또한, 도어라이너(doorliners), 헤드라이너(headliners), 시트 커버(seat covers), 고탄성 폼 시팅(high-resilience foam seating), 고탄성 폼 매트리스(high-resilience foam mattresses), 강성 폼 단열 패널(rigid foam insulation panels), 점탄성 폼 매트리스(viscoelastic foam mattrasses), 배터리 응용을 위한 포팅 폼(potting foam), 마이크로셀룰러 폼 씰 및 개스킷(microcellular foam seals and gaskets), 내구성 있는 탄성 휠 및 타이어(durable elastomeric wheels or tires), 차량 서스펜션 부싱(automotive suspension bushings), 전기 포팅 화합물(electrical potting compounds), 고성능 접착제, 표면 코팅 및 실런트(sealants), 합성 섬유, 카펫 언더레이(carpet underlay), 경질-플라스틱 부품 및 호스(hard-plastic parts and hoses)의 제조를 위한, 상기 언급된 난연성 폴리우레탄 또는 난연성 폴리우레탄 폼의 용도에 관한 것이다.The present invention also relates to the use of the above-mentioned flame-retardant polyurethane or flame-retardant polyurethane foam for the manufacture of doorliners, headliners, seat covers, high-resilience foam seating, high-resilience foam mattresses, rigid foam insulation panels, viscoelastic foam mattresses, potting foam for battery applications, microcellular foam seals and gaskets, durable elastomeric wheels or tires, automotive suspension bushings, electrical potting compounds, high-performance adhesives, surface coatings and sealants, synthetic fibers, carpet underlay, hard-plastic parts and hoses.

본 발명은 또한, 전기 스위치 부품(electrical switch components), 차량 구성 부품(components in automobile construction), 전기 공학 또는 전자제품, 인쇄 회로 기판, 프리프레그(prepregs), 전자 부품용 포팅 화합물, 보트(boat) 및 로터 블레이드 구성(rotor blade construction), 옥외 GFRP 응용분야, 가정 및 위생 응용분야 및 엔지니어링 재료의 제조를 위한 난연성 폴리우레탄 또는 난연성 폴리우레탄 폼의 용도에 관한 것이다.The present invention also relates to the use of flame retardant polyurethane or flame retardant polyurethane foam for the manufacture of electrical switch components, components in automobile construction, electrical engineering or electronics, printed circuit boards, prepregs, potting compounds for electronic components, boat and rotor blade construction, outdoor GFRP applications, household and sanitary applications and engineering materials.

실시예Example

이하, 본 발명은 실시예를 언급하며 보다 상세하고 구체적으로 기술되지만, 이는 본 발명을 국한하도록 의도되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail and specifically with reference to examples, but these are not intended to limit the present invention.

1. 사용된 성분:1. Ingredients used:

난연제: Flame retardant :

FR-1: 합성예 1의 에틸 에틸(메틸)포스피네이트 (MEPE) 생성물 FR-1 : Ethyl ethyl (methyl) phosphinate (MEPE) product of Synthesis Example 1

FR-2: 합성예 2의 부틸 메틸포스피네이트 생성물 FR-2 : Butyl methylphosphinate product of Synthesis Example 2

FR-3: 합성예 3의 부틸 부틸(메틸)포스피네이트 (MUPU) 생성물 FR-3 : Butyl butyl (methyl) phosphinate (MUPU) product of Synthesis Example 3

Ref-1: ICL Industrial Products로부터의 Fyrol® PCF, TCPP (트리스(1-클로로-2-프로필)포스페이트), 할로겐화 포스페이트 에스테르 Ref-1 : Fyrol® PCF, TCPP (tris(1-chloro-2-propyl)phosphate), halogenated phosphate ester from ICL Industrial Products

Ref-2: Clariant International Ltd로부터의 Exolit® OP 55, 가요성 폴리우레탄 폼에 대해 특이적으로 설계된 비할로겐화, 폴리머 인 폴리올(non-halogenated, polymeric phosphorus polyol)로서, 히드록시알킬 기를 갖는 포스페이트 에스테르. Ref-2 : Exolit® OP 55 from Clariant International Ltd, a non-halogenated, polymeric phosphorus polyol specifically designed for flexible polyurethane foams, a phosphate ester with hydroxyalkyl groups.

폴리올: Polyol :

폴리에테르 폴리올 (P1): Covestro AG로부터의 Arcol® 1104 또는 1108, 56 mg KOH/g의 OH가(OH number)를 갖는 중간 분자량 폴리옥시프로필렌 트리올Polyether polyol ( P1 ): Arcol® 1104 or 1108 from Covestro AG, medium molecular weight polyoxypropylene triol with an OH number of 56 mg KOH/g

폴리에스테르 폴리올 (P2): Terate® HT 5510, 257 mg KOH/g의 히드록실가(hydroxyl number)를 갖는 Stepan Company로부터의 방향족 폴리에스테르 폴리올Polyester polyol ( P2 ): Terate® HT 5510, an aromatic polyester polyol from Stepan Company with a hydroxyl number of 257 mg KOH/g

중합 촉매: Polymerization catalyst :

Cat 1: Evonik Industries로부터의 Kosmos® EF, 주석(II)(stannous) 촉매Cat 1: Kosmos® EF, a tin(II) (stannous) catalyst from Evonik Industries

Cat 2: Evonik Industries로부터의 Kosmos® 29, 주석(II) 옥토에이트 촉매Cat 2: Kosmos® 29 from Evonik Industries, tin(II) octoate catalyst

Cat 3: Momentive Performance Materials Inc.로부터의 Niax® A1, 비스(2-디메틸아미노에틸)에테르를 기반으로 하는 아민 촉매Cat 3: Niax® A1, an amine catalyst based on bis(2-dimethylaminoethyl)ether from Momentive Performance Materials Inc.

Cat 4: Evonik Industries로부터의 Tegoamin® 33, 트리에틸렌디아민을 기반으로 하는 아민 촉매Category 4: Tegoamin® 33 from Evonik Industries, an amine catalyst based on triethylenediamine

Cat 5: Huntsman으로부터의 JEFFCAT® ZF-10, N,N,N'-트리메틸-N'-히드록시에틸비스아미노에틸에테르를 기반으로 하는 아민 촉매Cat 5: JEFFCAT® ZF-10 from Huntsman, an amine catalyst based on N,N,N'-trimethyl-N'-hydroxyethylbisaminoethyl ether

Cat 6: Evonik Industries로부터의 Polycat 5, 비스(2-디메틸아미노에틸)메틸아민을 기반으로 하는 아민 촉매Cat 6: Polycat 5 from Evonik Industries, an amine catalyst based on bis(2-dimethylaminoethyl)methylamine

Cat 7: Evonik Industries로부터의 Kosmos 75 MEG, 저점성 포타슘 옥토에이트를 기반으로 하는 폼 촉매Category 7: Kosmos 75 MEG from Evonik Industries, a foam catalyst based on low-viscosity potassium octoate.

폼 안정화제: Foam stabilizer :

S1: Evonik Industries로부터의 Tegostab® B 8232, 실리콘 계면활성제S1: Tegostab® B 8232, silicone surfactant from Evonik Industries

S2: Evonik Industries로부터의 Tegostab® B 8522, 실리콘 계면활성제S2: Tegostab® B 8522, silicone surfactant from Evonik Industries

TDI (톨릴 디이소시아네이트): TDI (tolyl diisocyanate) :

T80: Covestro AG로부터의 Desmodur® T80, 2,4- 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 이성질체의 80/20 혼합물T80: Desmodur® T80, 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate from Covestro AG, 80/20 mixture of isomers

MDI (메틸렌 디페닐 디이소시아네이트): MDI (methylene diphenyl diisocyanate) :

MDI1: Covestro AG로부터의 Desmodur® 44 V 70 L은, 이성질체 및 고관능성 동족체(higher functional homologues) (PMDI)와의 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 (MDI)의 혼합물이다.MDI1: Desmodur® 44 V 70 L from Covestro AG is a mixture of diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (MDI) with isomers and higher functional homologues (PMDI).

2. 본 발명의 난연제 FR-1, FR-2 및 FR-3을 위한 합성예2. Synthesis examples for flame retardants FR-1, FR-2 and FR-3 of the present invention

2.1. 합성예 1: FR-1의 제조2.1. Synthesis Example 1: Preparation of FR-1

단계 1: 디에틸 메틸포스포나이트의 제조Step 1: Preparation of diethyl methylphosphonite

온도계(thermometer) 및 응축기를 구비한 25 L 오토클레이브(autoclave)에, 석유 에테르 5280 g, 무수 에탄올 413 g 및 트리에틸아민 1100 g의 혼합물을 첨가하였다. 반응 시스템을 질소로 3회 퍼징한(purged) 다음, 메틸디클로로포스판 501 g의 용액을 25℃의 온도에서 적가하였다. 적가가 완료되면, 온도를 30분 동안 25℃에서 유지하였다.A mixture of 5280 g of petroleum ether, 413 g of absolute ethanol, and 1100 g of triethylamine was added to a 25 L autoclave equipped with a thermometer and a condenser. The reaction system was purged with nitrogen three times, and a solution of 501 g of methyldichlorophosphane was added dropwise at 25°C. After the addition was complete, the temperature was maintained at 25°C for 30 minutes.

이어서, 생성된 반응 혼합물을 압력 여과에 적용하여, 생성된 NEt3·HCl을 제거하였다. 생성된 필터 케이크(filter cake)를 석유 에테르 1000 mL로 세척하였다. 이어서, 6590 g으로 칭량된 여과액을 증류에 적용하여, 석유 에테르를 회수하고, 디에틸 메틸포스포나이트의 조(crude) 생성물을 얻었다.The resulting reaction mixture was then subjected to pressure filtration to remove the resulting NEt 3 ·HCl. The resulting filter cake was washed with 1000 mL of petroleum ether. The filtrate, weighing 6590 g, was then subjected to distillation to recover the petroleum ether and obtain the crude product of diethyl methylphosphonite.

최종적으로, 정류(rectification)를 통해 디에틸 메틸포스포나이트 557.8 g을 얻었다. 가스 크로마토그래피 (GC)에 의해 검출된 순도는 98.5%였으며, 수율은 96.1%였다.Finally, 557.8 g of diethyl methylphosphonite was obtained through rectification. The purity detected by gas chromatography (GC) was 98.5%, and the yield was 96.1%.

단계 2: 에틸 에틸(메틸)포스피네이트 (FR-1)의 제조Step 2: Preparation of ethyl ethyl(methyl)phosphinate (FR-1)

온도계 및 응축기를 구비한 1L 3구 플라스크에, 디에틸 메틸포스포나이트 557.0 g과 p-톨루엔술포네이트 27.50 g의 혼합물을 첨가하였다. 이어서, 플라스크를 N2로 퍼징하였다. 온도를 점차적으로 증가시키고, 반응 혼합물을 격렬하게 교반하고, 환류시켰다. 단열(insulation) 전 오일 온도는 120℃에서 170℃로 천천히 상승하였다. 9시간 후, 유의미한 환류가 관찰되지 않았으며 (GC에 의해 검출된 원료는 0.5% 미만이었음), 이는 반응의 완료를 나타낸다.A mixture of 557.0 g of diethyl methylphosphonite and 27.50 g of p-toluenesulfonate was added to a 1 L three-necked flask equipped with a thermometer and condenser. The flask was then purged with N 2 . The temperature was gradually increased, and the reaction mixture was stirred vigorously and refluxed. The oil temperature before insulation slowly increased from 120°C to 170°C. After 9 hours, no significant reflux was observed (less than 0.5% of the raw material was detected by GC), indicating the completion of the reaction.

최종적으로, 진공 증류 (2 내지 3 kPa, 101℃)에 의해 3.5 mPa·s의 점도를 갖는 FR-1 생성물 535.0 g을 얻었다. GC에 의해 결정 시 생성물의 순도는 98%였으며, 수율은 98%였다.Finally, 535.0 g of FR-1 product having a viscosity of 3.5 mPa·s was obtained by vacuum distillation (2 to 3 kPa, 101°C). The purity of the product was 98% as determined by GC, and the yield was 98%.

2.2. 합성예 2: FR-2의 제조2.2. Synthesis Example 2: Preparation of FR-2

메틸디클로로포스판을 119.39 g/h의 유량으로 증발기(vaporizer) 내로 연속적으로 공급하였다. 이어서, 기화된 메틸디클로로포스판을 80 ml/분의 속도로 질소 흐름을 사용하여 타워 연속 반응기(tower continuous reactor)로 옮겼다.Methyldichlorophosphane was continuously fed into a vaporizer at a flow rate of 119.39 g/h. The vaporized methyldichlorophosphane was then transferred to a tower continuous reactor using a nitrogen flow at a rate of 80 ml/min.

동시에, 99.5% n-부탄올을 243 g/h의 속도로 또 다른 증발기 내로 도입하였다. 기화된 부탄올을 질소 흐름을 사용하여 또한 80 ml/min의 속도로 타워 반응기 내로 퍼징하였다. 이어서, 기화된 메틸디클로로포스판 및 n-부탄올을 타워 반응기에서 신속하게 반응시켰다.Simultaneously, 99.5% n-butanol was introduced into another evaporator at a rate of 243 g/h. The vaporized butanol was purged into the tower reactor using a nitrogen flow at a rate of 80 ml/min. Subsequently, the vaporized methyldichlorophosphane and n-butanol were rapidly reacted in the tower reactor.

신속한 반응에 의해 생성된 클로로-부탄의 경질 분획(light fraction)을 응축시키고, 저비점 물질 수집 병(receiving bottle)에 수집하였다. 반응 공정 동안 생성된 조 부틸 메틸포스피네이트의 중질 분획(heavy fraction)은 별도의 수집 병 내로 수집하고, 이어서 트리에틸아민을 사용하여 중화시켰다.The light fraction of chloro-butane produced by the rapid reaction was condensed and collected in a low-boiling material receiving bottle. The heavy fraction of crude butyl methylphosphinate produced during the reaction process was collected in a separate receiving bottle and subsequently neutralized using triethylamine.

중화 후, 진공 증류에 의해 n-부탄올을 제거하였다. 상기 공정은 정류를 통해 얻어진 3.4 mPa·s의 점도 및 98.5%의 순도를 갖는 부틸 메틸포스피네이트 96.0%를 생성하였다.After neutralization, n-butanol was removed by vacuum distillation. The process produced 96.0% butyl methylphosphinate with a viscosity of 3.4 mPa·s and a purity of 98.5%, which was obtained through rectification.

2.3. 합성예 3: FR-3의 제조2.3. Synthesis Example 3: Preparation of FR-3

단계 1: 디부틸 메틸포스포나이트의 제조Step 1: Preparation of dibutyl methylphosphonite

온도계 및 응축기를 구비한 25 L 오토클레이브에, 석유 에테르 6200 g, 무수 n-부탄올 674 g 및 트리에틸아민 910 g의 혼합물을 첨가하였다. 반응 시스템을 질소로 3회 퍼징한 다음, -10℃의 온도에서 메틸디클로로포스판 507 g의 용액을 점적 첨가하였다. 첨가가 완료되면, 온도를 30분 동안 0℃에서 유지하였다.A mixture of 6,200 g of petroleum ether, 674 g of anhydrous n-butanol, and 910 g of triethylamine was added to a 25 L autoclave equipped with a thermometer and condenser. The reaction system was purged with nitrogen three times, and then a solution of 507 g of methyldichlorophosphane was added dropwise at a temperature of -10°C. After the addition was complete, the temperature was maintained at 0°C for 30 minutes.

이어서, 생성된 반응 혼합물을 압력 여과에 적용하여, 생성된 NEt3·HCl을 제거하였다. 생성된 필터 케이크를 석유 에테르 1000 mL로 세척하였다. 이어서, 7506 g으로 칭량한 여과액을 증류에 적용하여, 석유 에테르를 회수하고, 디부틸 메틸포스포나이트의 조 생성물을 얻었다.The resulting reaction mixture was then subjected to pressure filtration to remove the resulting NEt 3 ·HCl. The resulting filter cake was washed with 1000 mL of petroleum ether. The filtrate, weighing 7506 g, was then subjected to distillation to recover the petroleum ether, yielding the crude product of dibutyl methylphosphonite.

최종적으로, 정류를 통해 디부틸 메틸포스포나이트 756.7 g을 얻었다. 가스 크로마토그래피 (GC)에 의해 검출된 순도는 95%였으며, 수율은 88%였다.Finally, 756.7 g of dibutyl methylphosphonite was obtained through rectification. The purity detected by gas chromatography (GC) was 95%, and the yield was 88%.

단계 2: 부틸 부틸(메틸)포스피네이트 (FR-3)의 제조Step 2: Preparation of butyl butyl (methyl) phosphinate (FR-3)

온도계 및 응축기를 구비한 1L 3구 플라스크에, 디부틸 메틸포스포나이트 600 g과 p-톨루엔술포네이트 30 g의 혼합물을 첨가하였다. 이어서, 플라스크를 N2로 퍼징하였다. 온도를 점차적으로 증가시키고, 반응 혼합물을 격렬하게 교반하고, 약간 환류시켰다. 단열 전 오일 온도는 150℃에서 180℃로 천천히 상승하였다. 6시간 후, GC에 의해 검출된 원료는 0.5% 미만이었으며, 이는 반응의 완료를 나타낸다.A mixture of 600 g of dibutyl methylphosphonite and 30 g of p-toluenesulfonate was added to a 1 L three-necked flask equipped with a thermometer and condenser. The flask was then purged with N 2 . The temperature was gradually increased, and the reaction mixture was stirred vigorously and refluxed slightly. The oil temperature before insulation was slowly increased from 150°C to 180°C. After 6 hours, less than 0.5% of the raw material was detected by GC, indicating the completion of the reaction.

최종적으로, 진공 증류 (0.2 내지 0.3 kPa, 86℃)에 의해 6.4 mPa·s의 점도를 갖는 FR-3 생성물 571 g을 얻었다. GC에 의해 결정 시 생성물의 순도는 98%였으며, 수율은 98.0%였다.Finally, 571 g of FR-3 product having a viscosity of 6.4 mPa·s was obtained by vacuum distillation (0.2 to 0.3 kPa, 86°C). The purity of the product was 98% as determined by GC, and the yield was 98.0%.

3. 가수분해 안정성 비교 시험3. Hydrolysis stability comparison test

상이한 난연제에 의해 제공되는 가수분해 안정성을, 난연제 및 물을 함유하는 폴리올 블렌드의 산가(acid value)를 상승된 온도에서의 보관 동안 시간 경과에 따라 측정함으로써 비교하였다. 이러한 목적을 위해, 폴리올 90 g, 난연제 9 g 및 물 4.5 g을 2분 동안 1500 rpm에서 교반함으로써 균질화하였다. 이어서, 용매로서의 3:1 (v/v) 이소프로판올/물 혼합물 및 적정제(titration agent)로서의 0.1 N NaOH (aq.) 용액을 사용하여 산가를 결정하였다. 이어서, 샘플을 40℃에 보관하고, 11일, 17일 및 28일 후에 산가를 결정하였다. 분석 전에 샘플을 2분 동안 1500 rpm에서 교반함으로써 균질화하였다. 난연제를 첨가하지 않은 폴리올-물 블렌드의 산가 발생 또한, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 각각 11일 및 28일 후에 결정하였다.The hydrolytic stability provided by different flame retardants was compared by measuring the acid value of polyol blends containing flame retardants and water over time during storage at elevated temperature. For this purpose, 90 g of polyol, 9 g of flame retardant, and 4.5 g of water were homogenized by stirring at 1500 rpm for 2 minutes. The acid value was then determined using a 3:1 (v/v) isopropanol/water mixture as the solvent and a 0.1 N NaOH (aq.) solution as the titration agent. The samples were then stored at 40°C, and the acid value was determined after 11, 17, and 28 days. Prior to analysis, the samples were homogenized by stirring at 1500 rpm for 2 minutes. The acid value evolution of polyol-water blends without flame retardants was also determined after 11 and 28 days, respectively, as shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

가수분해 안정성 비교: 40℃에서의 보관 동안 시간 경과에 따른, 난연제 및 물을 함유하는 폴리올 블렌드의 산가의 평가Comparison of hydrolytic stability: Evaluation of acid value of polyol blends containing flame retardants and water over time during storage at 40°C.

난연제 무함유 참조물과 비교하여, 본 발명의 실시예 FR-1은 40℃ 하에 전체 28일 보관 동안 및 보관 후에 이들의 폴리올 블렌드의 산가의 주목할 만한 증가를 일으키지 않았다. 이는 폴리올 블렌드 내 보관 동안 FR-1의 높은 가수분해 안정성을 나타내며, 즉 FR-1의 가수분해가 전혀 없거나 또는 무시할 수 있을 정도임을 나타낸다. 비교 시, Ref-2를 함유하는 폴리올 블렌드의 산가는 동일한 보관 조건 하에 단지 11일 후에 상당히 증가하였으며, 이는 Ref-2의 가수분해에 의해서만 설명될 수 있다.Compared to the flame retardant-free reference, Example FR-1 of the present invention did not cause a noticeable increase in the acid value of their polyol blends during and after a total of 28 days of storage at 40°C. This indicates the high hydrolytic stability of FR-1 during storage within the polyol blend, i.e., no or negligible hydrolysis of FR-1. In comparison, the acid value of the polyol blend containing Ref-2 increased significantly after only 11 days under the same storage conditions, which can only be explained by the hydrolysis of Ref-2.

4. 폴리올-난연제 혼합물의 점도 비교4. Comparison of viscosity of polyol-flame retardant mixtures

상기 언급한 바와 같이, 본 발명의 액체 난연제의 점도는 유리하게 낮으며, 이는 산업적 응용분야에서의 가공 및 취급을 용이하게 한다. 제공된 합성예에서, FR-1 및 FR-2 둘 모두는 5 mPa·s 미만의 점도를 가지며, FR-3은 7 mPa·s 미만의 점도를 갖는 반면, TCPP (Ref-1)는 전형적으로 DIN 51398에 의해 측정 시 실온에서 10배 더 높은 (60 내지 70 mPa·s) 점도를 갖는다.As mentioned above, the viscosity of the liquid flame retardants of the present invention is advantageously low, which facilitates processing and handling in industrial applications. In the synthetic examples provided, both FR-1 and FR-2 have viscosities of less than 5 mPa·s, FR-3 has a viscosity of less than 7 mPa·s, whereas TCPP (Ref-1) typically has a viscosity ten times higher (60 to 70 mPa·s) at room temperature as measured by DIN 51398.

하기 표 2에서, 순수(neat) 폴리올 (P2) 및 난연제 (FR-1, FR-2, FR-3 또는 Ref-1)와의 폴리올 (P2)의 혼합물 간에 점도를 비교하였다. 폴리올-난연제 혼합물은 실온에서 폴리올 P2를 특정 난연제 (FR-1, FR-2, FR-3 또는 Ref-1)와 89.5:10.5의 중량비로 조합함으로써 제조하였다. 기계식 교반기를 사용하여 1분 동안 1000 rpm에서 혼합물을 완전히 혼합하여 균질성을 보장하였다. 이어서, 순수 폴리올 및 폴리올-난연제 혼합물의 동적 점도를 DIN 51398에 따라 측정하였다.In Table 2 below, the viscosity is compared between neat polyol (P2) and mixtures of polyol (P2) with flame retardants (FR-1, FR-2, FR-3, or Ref-1). The polyol-flame retardant mixtures were prepared by combining polyol P2 with the specified flame retardant (FR-1, FR-2, FR-3, or Ref-1) in a weight ratio of 89.5:10.5 at room temperature. The mixtures were thoroughly mixed using a mechanical stirrer at 1000 rpm for 1 minute to ensure homogeneity. The dynamic viscosity of the neat polyol and the polyol-flame retardant mixtures was then measured according to DIN 51398.

[표 2][Table 2]

순수 폴리올 및 폴리올-난연제 혼합물에 대한 실온에서의 점도Viscosity at room temperature for pure polyols and polyol-flame retardant blends

표 2의 데이터로부터, 본 발명의 액체 난연제는 블렌딩 공정 동안 폴리올-난연제 혼합물의 점도를 효과적으로 감소시키는 데 있어서 TCPP (Ref-1)와 같은 종래의 액체 난연제에 비해 추가적인 이점을 갖는다는 것이 관찰되었다. 이러한 유리한 특성을 폴리머 제조에 이용하는 경우, 전반적인 가공성을 더욱 향상시킬 수 있다.From the data in Table 2, it was observed that the liquid flame retardant of the present invention has additional advantages over conventional liquid flame retardants, such as TCPP (Ref-1), in effectively reducing the viscosity of polyol-flame retardant mixtures during the blending process. Utilizing these advantageous properties in polymer manufacturing can further improve overall processability.

5. 가요성 폴리우레탄 (PUR) 폼 배합 및 성능 시험5. Flexible polyurethane (PUR) foam formulation and performance testing

주석(II) 촉매, 폴리올, 난연제, 물, 폼 안정화제 및 아민 촉매를 상기 순서대로 건조 비커 내에 칭량하여 넣고, 각각 500 rpm (폴리에테르 폴리올 배합의 경우) 또는 1000 rpm (폴리에스테르 폴리올 배합의 경우)에서 60초 동안 사전혼합하였다. TDI의 첨가 후, 혼합물을 7초 동안 2500 rpm에서 교반하였다. 생성된 덩어리(mass)를 페이퍼-라이닝된 박스 몰드(paper-lined box mold) (25*26*26 cm) 내로 신속하게 부었다. 발포 공정 동안 상승 시간 및 추가 관찰사항을 기록하였다. 폼을 절단 전 약 16시간 동안 실온에서 경화시켰고, 추가 평가를 위해 각각의 비교예 (C1 내지 C3) 또는 본 발명의 실시예 (I1 내지 I2)에서 수집하였다.The tin(II) catalyst, polyol, flame retardant, water, foam stabilizer, and amine catalyst were weighed and placed in a dry beaker in the above order, and premixed at 500 rpm (for polyether polyol blends) or 1000 rpm (for polyester polyol blends) for 60 seconds, respectively. After the addition of TDI, the mixture was stirred at 2500 rpm for 7 seconds. The resulting mass was quickly poured into a paper-lined box mold (25*26*26 cm). The rise time and further observations were recorded during the foaming process. The foams were cured at room temperature for about 16 hours before cutting and collected from each of the comparative examples (C1 to C3) or the inventive examples (I1 to I2) for further evaluation.

각각의 폼 실시예에 대한 중합 촉매, 폼 안정화제 및 TDI의 선택은 각각의 경우에 최적 발포성(foamability)에 대한 기존의 경험적 지침을 기반으로 이루어졌으며, 세부사항은 하기 표 3에 열거되어 있다.The selection of polymerization catalyst, foam stabilizer and TDI for each foam example was based on existing empirical guidelines for optimal foamability in each case, details of which are listed in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

각각의 PUR 폼 실시예에 대한 폴리올, 난연제, 촉매, 폼 안정화제 및 TDIPolyol, flame retardant, catalyst, foam stabilizer and TDI for each PUR foam example

가요성 폼 (FMVSS 302)에 대한 난연성의 평가Evaluation of Flame Retardancy for Flexible Foams (FMVSS 302)

연방 자동차 안전 기준(Federal Motor Vehicle Safety Standard) 302 (FMVSS 302)에 기술된 바와 같이 수평 연소 시험(horizontal burn test)에서 난연제를 함유하고, 30 kg/m3의 목표 밀도를 갖는 가요성 폴리우레탄 폼 샘플의 연소 거동을 시험함으로써 난연제의 효율성을 평가하였다. 실시예에서의 폼 밀도는 DIN 53420에 따라 측정하였다. 이 기준에 따르면, 화염(flame)이 시편 상의 38 mm 표시(mark)를 넘어 이동하지 않고 이 거리 내에서 소화되는 경우, 샘플은 가장 높은 등급 (SE, "자체 소화(self-extinguishin)")을 부여받는다. 하위 등급은 SE/NBR (자체 소화/소각률(burn rate) 없음), SE/B (자체 소화/소각률) 및 B (소각률)를 포함한다. 각각의 폼으로부터 5종의 샘플 시편을 절단하여 시험에 제공하였다. 가장 낮은 등급의 시편이 폼에 대한 전반적인 등급을 결정하였다.The effectiveness of flame retardants was evaluated by testing the combustion behavior of flexible polyurethane foam samples containing flame retardants and having a target density of 30 kg/m 3 in a horizontal burn test as described in Federal Motor Vehicle Safety Standard 302 (FMVSS 302). The foam density in the examples was measured according to DIN 53420. According to this standard, a sample is assigned the highest rating (SE, "self-extinguishing") if the flame does not travel beyond a 38 mm mark on the specimen and is extinguished within this distance. Subratings include SE/NBR (no self-extinguishing/burn rate), SE/B (self-extinguishing/burn rate), and B (burn rate). Five sample specimens were cut from each foam and submitted to the test. The specimen with the lowest rating determined the overall rating for the foam.

시험된 가요성 폼 실시예의 난연성은 하기 표 4에 비교되어 있다.The flame retardancy of the tested flexible foam examples is compared in Table 4 below.

[표 4][Table 4]

가요성 폴리우레탄 폴리에테르 (P1) 폼 배합의 성능 데이터Performance data for flexible polyurethane polyether (P1) foam formulations

*모든 성분의 양은 중량 기준 폴리올 100부당 부(part) (php)로 주어진다.*All ingredient quantities are given in parts (php) per hundred parts of polyol by weight.

표 4에 열거된 성능 데이터에 나타낸 바와 같이, 비교예 C1 (난연성 첨가제가 없는 폴리에테르 폴리우레탄 폼)은 요구되는 난연성 표준을 충족하지 못한다. 할로겐화 참조 난연제 TCPP (Ref-1) 12 php를 사용하여, 비교예 C2는 요구되는 난연성을 충족하는 폴리에테르 폴리우레탄 폼을 제공한다. 비교예 C3에 나타낸 바와 같이, 난연제의 양을 8 php TCPP로 감소시키고자 한 경우, 난연제의 양이 불충분하여 생성된 폼이 최적의 난연성 (SE)을 달성하지 못한 것으로 확인되었다.As shown in the performance data listed in Table 4, Comparative Example C1 (polyether polyurethane foam without flame retardant additive) does not meet the required flame retardancy standards. Using a halogenated reference flame retardant TCPP (Ref-1) 12 php, Comparative Example C2 provides a polyether polyurethane foam that meets the required flame retardancy. As shown in Comparative Example C3, when the amount of flame retardant was reduced to 8 php TCPP, it was found that the amount of flame retardant was insufficient and the resulting foam did not achieve optimal flame retardancy (SE).

본 발명의 실시예 I1은 단지 4 php의 낮은 로딩량에서도 폴리에테르 폴리우레탄 폼에 대한 최적의 난연성 표준을 달성하는 데 있어서 본 발명의 비할로겐화 난연제 (FR-1)의 효능을 입증한다.Example I1 of the present invention demonstrates the efficacy of the non-halogenated flame retardant (FR-1) of the present invention in achieving optimal flame retardancy standards for polyether polyurethane foams even at low loadings of only 4 php.

본 발명의 비할로겐화 난연제 (FR-2) 4 php를 함유하는 폴리에테르 폴리우레탄 폼인 본 발명의 실시예 I2는 I1과 동등하게 뛰어난 난연성 등급을 나타낸다.Example I2 of the present invention, which is a polyether polyurethane foam containing the non-halogenated flame retardant (FR-2) 4 php of the present invention, exhibits a flame retardancy grade that is equally excellent as I1.

6. 강성 폴리이소시아누레이트 (PIR) 폼 배합 및 성능 시험6. Rigid polyisocyanurate (PIR) foam formulation and performance testing

옥토에이트 촉매, 폴리올, 난연제, 물, 폼 안정화제 및 아민 촉매를 상기 순서대로 건조 비커 내로 칭량하여 넣고, 1000 rpm에서 50초 동안 사전혼합하였다. n-펜탄의 첨가 후, 혼합물을 10초 동안 1000 rpm에서 교반하여 이를 혼합물 내로 혼입시켰다. 이어서, 혼합물에 MDI를 첨가하고, 액체를 2500 rpm에서 7초 동안 혼합하였다. 생성된 덩어리를 페이퍼-라이닝된 박스 몰드 (25*26*26cm) 내로 신속하게 부었다. 발포 공정 동안 상승 시간 및 추가 관찰사항을 기록하였다. 폼을 절단 전 약 16시간 동안 실온에서 경화시켰고, 추가 평가를 위해 각각의 비교예 (C4 내지 C6) 또는 본 발명의 실시예 (I3 내지 I4)에서 수집하였다.The octoate catalyst, polyol, flame retardant, water, foam stabilizer, and amine catalyst were weighed and placed in a dry beaker in the above order and premixed at 1000 rpm for 50 seconds. After adding n-pentane, the mixture was stirred at 1000 rpm for 10 seconds to incorporate it into the mixture. MDI was then added to the mixture, and the liquid was mixed at 2500 rpm for 7 seconds. The resulting mass was quickly poured into a paper-lined box mold (25*26*26cm). The rise time and further observations were recorded during the foaming process. The foam was cured at room temperature for approximately 16 hours before cutting and collected from each of the comparative examples (C4 to C6) or the inventive examples (I3 to I4) for further evaluation.

각각의 강성 폼 실시예에 대한 중합 촉매, 폼 안정화제 및 MDI의 선택은 각각의 경우에 최적 발포성에 대한 기존의 경험적 지침을 기반으로 이루어졌으며, 세부사항은 하기 표 5에 열거되어 있다.The selection of polymerization catalyst, foam stabilizer and MDI for each rigid foam embodiment was based on existing empirical guidelines for optimal foamability in each case, details of which are listed in Table 5 below.

[표 5][Table 5]

PIR 폼 실시예에 사용된 폴리올, 난연제, 촉매, 폼 안정화제 및 MDIPolyol, flame retardant, catalyst, foam stabilizer and MDI used in PIR foam examples

강성 폼에 대한 난연성 평가 방법 (DIN4102-1)Method for evaluating the flame retardancy of rigid foams (DIN4102-1)

DIN4102-1은 빌딩 재료(building materials)를 가연성에 따라 분류한다. 유효한 규격(norm)은 2종의 방화(fire protection) 등급으로 구분된다. 'A'는 불연성 재료를 나타내고, 'B'는 가연성 재료를 나타낸다. 등급 B는 PIR-단열 패널과 같은 폴리우레탄 폼에 적합하다. 이어서, 이는 하기의 수준으로 세분화된다: B1 = 낮은 가연성; B2 = 보통 가연성; B3 = 높은 가연성. 참조로서, 독일에서 판매되는 스프레이-캔(spray-can) 형태의 건설용 폼 시스템(construction foam systems) 대부분은 빌딩 재료 등급 B2에 해당한다. 가연성 등급 B2의 분류를 위한 주요 기준은 수직 연소 시험(vertical burning test)에서의 화염 높이이며, 이는 최대 150 mm 미만으로 유지될 필요가 있고, 이는 건축 재료의 난연성을 벤치마킹(benchmarking)하는 이상적인 지침이다.DIN 4102-1 classifies building materials according to their flammability. The valid standard distinguishes between two fire protection classes: 'A' for non-combustible materials and 'B' for combustible materials. Class B is suitable for polyurethane foams such as PIR insulation panels. It is further subdivided into the following levels: B1 = low flammability; B2 = moderate flammability; B3 = high flammability. For reference, most spray-can construction foam systems sold in Germany fall into building material class B2. The primary criterion for classifying B2 flammability is the flame height in a vertical burning test, which must remain below 150 mm. This is an ideal guideline for benchmarking the flame resistance of building materials.

상이한 강성 PIR 폼 샘플의 난연성을 DIN4102-1을 사용하여 평가하였으며, 하기 표 6에 열거되어 있다.The flame retardancy of different stiffness PIR foam samples was evaluated using DIN4102-1 and is listed in Table 6 below.

[표 6][Table 6]

강성 폴리이소시아누레이트 폴리에스테르 (P2) 폼 배합의 성능 데이터Performance data for rigid polyisocyanurate polyester (P2) foam formulations

*모든 성분의 양은 중량 기준 폴리올 100부당 부 (php)로 주어진다.*All ingredient quantities are given in parts per hundred parts polyol (php) by weight.

표 6에 열거된 성능 데이터에 나타낸 바와 같이, 비교예 C4 (난연 첨가제가 없는 PIR 폼)는 원하는 난연성 표준 등급 B2를 충족하지 못한다. 할로겐화 참조 난연제 TCPP (Ref-1) 15 php를 혼입함으로써, 비교예 C5는 원하는 난연성 등급을 갖는 강성 PIR 폼을 나타낸다. 그러나, 비교예 C6에서 입증된 바와 같이, 이 할로겐화 난연제의 양을 12 php TCPP로 감소시키고자 하는 경우, 난연제의 이러한 감소된 수준이 불충분하여 폼이 원하는 난연성 등급을 달성하지 못하는 것으로 관찰되었다.As shown in the performance data listed in Table 6, Comparative Example C4 (PIR foam without flame retardant additive) does not meet the desired flame retardancy standard grade B2. By incorporating 15 php of the halogenated reference flame retardant TCPP (Ref-1), Comparative Example C5 exhibits a rigid PIR foam with the desired flame retardancy grade. However, as demonstrated in Comparative Example C6, when attempting to reduce the amount of this halogenated flame retardant to 12 php TCPP, it was observed that this reduced level of flame retardant was insufficient and the foam did not achieve the desired flame retardancy grade.

본 발명의 실시예 I3은 본 발명의 비할로겐화 난연제 FR-1의 12 php의 동일한 수준을 강성 PIR 폼 내로 혼입함으로써 달성된 뛰어난 난연성을 입증하며, 최적의 난연성 표준을 충족한다.Example I3 of the present invention demonstrates excellent flame retardancy achieved by incorporating the same level of 12 php of the non-halogenated flame retardant FR-1 of the present invention into a rigid PIR foam, meeting optimal flame retardancy standards.

유사하게, 본 발명의 실시예 I4 및 I5는, I3에서와 동일한 수준에서 FR-1을 각각 FR-2 또는 FR-3으로 대체함으로써 동등하게 뛰어난 난연성 등급을 달성한다. 이는 강성 폼에서 원하는 난연성 수준을 획득하는 데 있어서 본 발명의 비할로겐화 난연제의 효과성을 더욱 강조한다.Similarly, Examples I4 and I5 of the present invention achieve equally excellent flame retardancy ratings by replacing FR-1 with FR-2 or FR-3, respectively, at the same level as in I3. This further emphasizes the effectiveness of the non-halogenated flame retardant of the present invention in achieving the desired flame retardancy level in rigid foams.

Claims (15)

하기 화학식 (I)의 포스피네이트를 포함하는 난연제의 존재 하에 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 얻은 난연성 폴리우레탄(flame-retardant polyurethane):

상기 식에서, R1은 C1-C12 알킬 및 C6-C20 아릴 기로부터 선택된 탄화수소 라디칼이고;
R2 및 R3는 동일하거나 또는 상이하며, 독립적으로 H 또는 C1-C12 알킬을 나타낸다.
A flame-retardant polyurethane obtained by reacting a polyol and an isocyanate in the presence of a flame retardant comprising a phosphinate of the following chemical formula (I):

In the above formula, R1 is a hydrocarbon radical selected from C 1 -C 12 alkyl and C 6 -C 20 aryl groups;
R2 and R3 are the same or different and independently represent H or C 1 -C 12 alkyl.
제1항에 있어서, R1이 C1-C6 알킬, 바람직하게는 C2-C4 알킬로부터 선택된, 난연성 폴리우레탄.A flame retardant polyurethane in claim 1, wherein R1 is selected from C1-C6 alkyl, preferably C2-C4 alkyl. 제1항 또는 제2항에 있어서, R2 및 R3이 동시에 H가 아닌, 난연성 폴리우레탄.A flame-retardant polyurethane according to claim 1 or 2, wherein R2 and R3 are not H at the same time. 제3항에 있어서, R2 및 R3 중 하나는 H 또는 에틸이고, 다른 하나는 C1-C6 알킬인, 난연성 폴리우레탄.A flame retardant polyurethane in claim 3, wherein one of R2 and R3 is H or ethyl, and the other is C1-C6 alkyl. 제3항에 있어서, R2 및 R3 중 하나는 메틸이고, 다른 하나는 H 또는 C1-C4 알킬인, 난연성 폴리우레탄.A flame retardant polyurethane in claim 3, wherein one of R2 and R3 is methyl and the other is H or C1-C4 alkyl. 제1항에 있어서, R1은 에틸이고, R2 및 R3 중 하나는 메틸이고, 다른 하나는 에틸인, 난연성 폴리우레탄.A flame retardant polyurethane in claim 1, wherein R1 is ethyl, one of R2 and R3 is methyl, and the other is ethyl. 제1항에 있어서, R1은 부틸이고, R2 및 R3 중 하나는 메틸이고, 다른 하나는 H인, 난연성 폴리우레탄.A flame retardant polyurethane in claim 1, wherein R1 is butyl, one of R2 and R3 is methyl, and the other is H. 제1항에 있어서, R1은 부틸이고, R2 및 R3 중 하나는 메틸이고, 다른 하나는 부틸인, 난연성 폴리우레탄.A flame retardant polyurethane in claim 1, wherein R1 is butyl, one of R2 and R3 is methyl, and the other is butyl. 난연성 폴리우레탄 폼(flame-retardant polyurethane foam)으로서, 상기 난연성 폴리우레탄 폼은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 난연제의 존재 하에, 추가로 발포제(blowing agent), 발포 촉매(foaming catalyst) 및 폼 안정화제(foam stabilizer)의 존재 하에, 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 얻어지는, 난연성 폴리우레탄 폼.A flame-retardant polyurethane foam, wherein the flame-retardant polyurethane foam is obtained by reacting a polyol and an isocyanate in the presence of a flame retardant as defined in any one of claims 1 to 8, and further in the presence of a blowing agent, a foaming catalyst, and a foam stabilizer. 제9항에 있어서, 상기 난연성 폴리우레탄 폼이 가요성 폼(flexible foam)인, 난연성 폴리우레탄 폼.A flame-retardant polyurethane foam according to claim 9, wherein the flame-retardant polyurethane foam is a flexible foam. 제9항에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼이 강성 폼(rigid foam)인, 난연성 폴리우레탄 폼.A flame-retardant polyurethane foam according to claim 9, wherein the polyurethane foam is a rigid foam. 도어라이너(doorliners), 헤드라이너(headliners), 시트 커버(seat covers), 고탄성 폼 시팅(high-resilience foam seating), 고탄성 폼 매트리스(high-resilience foam mattresses), 강성 폼 단열 패널(rigid foam insulation panels), 점탄성 폼 매트리스(viscoelastic foam mattrasses), 배터리 응용을 위한 포팅 폼(potting foam), 마이크로셀룰러 폼 씰 또는 개스킷(microcellular foam seals or gaskets), 내구성 있는 탄성 휠 또는 타이어(durable elastomeric wheels or tires), 차량 서스펜션 부싱(automotive suspension bushings), 전기 포팅 화합물(electrical potting compounds), 고성능 접착제, 표면 코팅 또는 실런트(sealants), 합성 섬유, 카펫 언더레이(carpet underlay) 또는 경질-플라스틱 부품 또는 호스(hard-plastic parts or hoses)의 제조를 위한, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 난연성 폴리우레탄 또는 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 난연성 폴리우레탄 폼의 용도.A flame-retardant polyurethane according to any one of claims 1 to 8 or a flame-retardant polyurethane according to any one of claims 9 to 11 for the manufacture of doorliners, headliners, seat covers, high-resilience foam seating, high-resilience foam mattresses, rigid foam insulation panels, viscoelastic foam mattresses, potting foam for battery applications, microcellular foam seals or gaskets, durable elastomeric wheels or tires, automotive suspension bushings, electrical potting compounds, high-performance adhesives, surface coatings or sealants, synthetic fibers, carpet underlays or hard-plastic parts or hoses. Uses of polyurethane foam. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 난연성 폴리우레탄의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은:
폴리올과 난연제를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물 내로 이소시아네이트 화합물을 첨가하는 단계;를 포함하는, 제조 방법.
A method for producing a flame-retardant polyurethane according to any one of claims 1 to 8, wherein the method comprises:
A manufacturing method comprising: a step of manufacturing a mixture containing a polyol and a flame retardant; and a step of adding an isocyanate compound into the mixture.
폴리우레탄을 위한 난연제로서의 하기 화학식 (I)의 포스피네이트의 용도:

상기 식에서, R1은 C1-C12 알킬 및 C6-C20 아릴 기로부터 선택된 탄화수소 라디칼이고;
R2 및 R3는 동일하거나 또는 상이하며, 독립적으로 H 또는 C1-C12 알킬을 나타낸다.
Use of phosphinates of the following formula (I) as flame retardants for polyurethanes:

In the above formula, R1 is a hydrocarbon radical selected from C 1 -C 12 alkyl and C 6 -C 20 aryl groups;
R2 and R3 are the same or different and independently represent H or C 1 -C 12 alkyl.
난연제로서 하기 화학식 (I)의 포스피네이트를 포함하는 난연성 폴리우레탄 조성물:

상기 식에서, R1은 C1-C12 알킬 및 C6-C20 아릴 기로부터 선택된 탄화수소 라디칼이고;
R2 및 R3는 동일하거나 또는 상이하며, 독립적으로 H 또는 C1-C12 알킬을 나타낸다.
A flame retardant polyurethane composition comprising a phosphinate of the following chemical formula (I) as a flame retardant:

In the above formula, R1 is a hydrocarbon radical selected from C 1 -C 12 alkyl and C 6 -C 20 aryl groups;
R2 and R3 are the same or different and independently represent H or C 1 -C 12 alkyl.
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