CN113166181A - 用于制备容易处理的热稳定性含磷阻燃材料的方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了直接以粉末或小颗粒形式生产非卤代的热稳定性含磷阻燃材料。该方法通常包括将处于高沸点水溶性酸稳定型溶剂中的一种或多种膦酸盐加热至200℃或更高的脱水反应温度。

Description

用于制备容易处理的热稳定性含磷阻燃材料的方法

本申请要求享有2018年12月20日提交的美国临时申请号62/782,907的优先权，其全部内容通过引用结合于本文中。

技术领域

公开了一种用于制备具有高热稳定性的含磷阻燃材料的改善方法，该方法包括在高温下加热处于高沸点水溶性酸惰性溶剂中的一种或多种膦酸盐，该方法直接以粉末或小颗粒的形式生产阻燃材料，即不需要或无需研磨、造粒或其他此类物理加工处理。

背景技术

聚合物如聚烯烃、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂和其他热塑性或热固性聚合物树脂，通常通过向其中并入含磷化合物、含卤素化合物或其混合物而变得更加阻燃。例如，美国专利3,689,602公开了卤代磷酸酯作为用于塑料的阻燃添加剂。

一些聚合物在高温如200℃、225℃、250℃、275℃或更高下加工。许多已知的阻燃剂不适合于这些条件，因为它们太易挥发，热稳定性不足，对加工有不利的影响等。某些有机磷阻燃剂化合物如某些磷酸酯表现出增塑作用，该增塑作用可能不利地影响它们加入至其中的聚合物的力学性能。化合物如一些磷酸酯可能是相对不稳定的以水解，导致不希望的各种磷酸化合物的形成。

许多含磷酸的盐是已知的阻燃添加剂，适用于如热塑性聚合物。美国专利3,894,986公开了包含膦酸碱金属盐即由式(X)的化合物制备的盐的阻燃性热塑性聚酯，其中R是烷基，例如，乙烷膦酸的单钠盐或烷烃膦酸的单甲基酯的钠盐。US 4,972,011公开了烷基膦酸的铝盐或烷烃膦酸的单烷基酯的铝盐，即式(Xa)化合物的盐，其中R是如烷基或被一个或多个卤素或羟基取代的烷基；并且R’是氢、甲基、乙基、丙基或异丙基。

US 2006/0138391公开了由式(X)的化合物形成的盐作为阻燃剂，该盐可以包含多种金属中的任何一种。在US 2006/0138391中实际示例的唯一盐是甲基膦酸甲酯的铝盐，即以上式(Xa)中R和R′是甲基的化合物的铝盐。

DE 3833977公开了由通过甲基膦酸二甲酯与金属氧化物或氢氧化物在水中在高压和120-200℃温度下反应制备的式(Xa)化合物制备的金属盐；举例说明了在高压釜中在高达190℃的温度在升高的压力下在水性溶液中进行的反应。还公开了这些盐与胺如乙二胺和三聚氰胺的加合物，以及该加合物在热塑性塑料中作为阻燃剂的用途。

次膦酸的盐(即式(II)中R₁和R₂是烷基或碳基芳香基的化合物)也是用于热塑性聚合物的已知阻燃添加剂。

其中M选自Mg、Ca、Al、Sb、Sn、Ge、Ti、Zn、Fe、Zr、Ce、Bi、Li、Na、K或质子化氮碱的盐是已知的。例如，US 5,780,534和6,013,707公开了式(II)的次膦酸钙和次膦酸铝在聚酯中特别有效，例如，二甲基次膦酸、乙基甲基次膦酸、二乙基次膦酸、正丙基甲基次膦酸、正丙基乙基次膦酸、二正丙基次膦酸、二异丙基次膦酸或二苯基次膦酸的钙和铝盐。

与许多阻燃剂体系一样，含磷酸的衍生物的性能能够通过其他阻燃剂、增效剂和助剂的存在增强。美国专利6,472,448公开了阻燃性硬质聚氨酯泡沫，其中存在氧烷基化的烷基膦酸和聚磷酸铵的组合作为阻燃剂。

美国专利6,365,071公开了一种用于热塑性聚合物如工程塑料，特别是聚酯的协同阻燃剂组合，包含：A)上式(II)的次膦酸盐，例如，二甲基次膦酸铝、甲基乙基次膦酸铝和甲基丙基次膦酸铝；和B)氮化合物，如尿囊素(allantoin)、苯并胍胺(benzoguanamine)、甘脲(glycoluril)、氰脲酸脲、三聚氰胺氰脲酸盐和三聚氰胺磷酸盐。

美国专利6,255,371公开了一种阻燃剂组合，包含：A)上式(II)的次膦酸盐，例如，其中M为钙、镁、铝和/或锌的二乙基次膦酸盐，和B)三聚氰胺的缩合或反应产物，例如，三聚氰胺聚磷酸盐、蜜白胺聚磷酸盐和蜜勒胺聚磷酸盐。

美国专利6,547,992公开了用于热塑性聚合物的阻燃剂组合，包含次膦酸盐/酯和少量不含氮的无机和/或矿物化合物。WO 2012/045414公开了一种阻燃组合物，包含：A)上式(II)的次膦酸盐，其中M选自Mg、Ca、Al、Sb、Sn、Ge、Ti、Zn、Fe、Zr、Ce、Bi、Li、Na、K或质子化的氮碱；和B)亚磷酸的金属盐；和其他可选组分。

据说上面如美国专利6,365,071和6,255,371引用的次膦酸盐是热稳定性的，并且在加工期间不会分解聚合物，也不会影响制备聚合物组合物的过程。在热塑性聚合物的制备和加工的常规条件下，次膦酸盐是非挥发性的。然而，这些材料不一定适用于所有聚合物体系，并且可能产生加工问题或缺少某些聚合物所需的阻燃效果。

据报道，膦酸盐，特别是膦酸金属盐是热稳定性的。然而，如US2007/0029532中所公开，在聚酯和聚酰胺加工期间遇到的温度下这种膦酸盐的分解是众所周知的，在该过程中会破坏聚合物并仅提供“不稳定的脆性组合物”用作工程热塑性塑料。

美国专利5,053,148还包含关于膦酸的盐(也称为膦酸盐)的热转化的教导，即将金属膦酸盐或金属膦酸盐前体加热至高于200℃，通常远高于200℃的温度，导致材料形成难处理的不溶性泡沫。该泡沫能够用作电和/或热绝缘材料。美国专利5,053,148还公开了通过在热塑性塑料如芳族聚酯、聚醚等的存在下加热金属膦酸盐或金属膦酸盐前体形成该泡沫，由于由膦酸盐或膦酸盐前体的热转化引起的聚合物分解，将产生多孔聚合物组合物。US 2007/0029532和US 5,053,148均未包含关于该盐转化产物的化学组成可能是什么的讨论，也没有以下任何教导：首先将盐热转化，然后将那样的转化产品并入聚合物组合物。

美国专利9,534,108；9,745,449；9,752,009；9,752,011；9,758,640；和9,765,204公开了通常在没有其他材料的情况下，在足够高的温度下加热膦酸盐将膦酸盐热转变成不同的更热稳定性的材料，该材料在并入聚合物基材中时表现出优异的阻燃活性。当在升高的温度，例如，240℃，250℃，260℃，270℃或更高下在聚合物组合物中加工时，热转化的材料在高温下不会降解，也不会引起聚合物降解，这与以前已知的膦酸盐相比具有很大的优势，以前已知的膦酸盐表现出阻燃活性，但在加工期间经常使聚合物降解。该热转化的材料被描述为包含一种或多种由经验式(IV)表示的化合物及其复杂的脱水产物：

其中R是烷基或芳基，M是金属，q为1-7的数，例如，1、2或3，r为0-5的数，例如，0、1或2，通常为0或1，y为1-7的数，如1-4，n为1或2，条件是2(q)+r＝n(y)。还公开了与无机配位化合物一样，式(IV)是理想化的，并且产物可能包括配位聚合物、络合盐(complex salt，复盐)、共享某些原子价的盐等。

尽管US 9,745,449的材料等是有效的阻燃剂，其在加工期间不会引起聚合物性能的下降，但根据其中的方法其通常形成为固体块，在并入聚合物组合物中之前需要研磨或其他此类物理加工。此外，在技术领域内举例说明的方法的规模放大的结果都趋于不一致，并且加工流程之间的可再现性例如转化率和物理性质可能难以实现。

式(VI)的亚磷酸盐(phosphorus acid salt)及其衍生物能够在合适的条件下热转化为式(V)的焦亚磷酸(pyrophosphorus acid)的盐。美国专利4,859,466公开了式(V)的焦膦酸盐具有杀微生物剂活性，并且美国公开专利申请2016/0032076公开了它们作为阻燃剂的用途。

焦膦酸盐能够通过加热亚磷酸盐它们自身或在二苯甲烷存在下制备。

仍然需要至少在美国专利号9,534,108、9,745,449的热转化阻燃剂的制备、处理和批次可重现性等的改善。

发明内容

本公开提供了一种用于制备热稳定性阻燃材料的改善方法，所述阻燃材料在高于350℃且多达例如400℃，450℃或更高的温度下的热重分析(TGA)中显示出小于5％，例如，小于3％或小于1％的重量损失。

本公开的方法改善了用于将金属膦酸盐(phosphonate salt)热转化为更热稳定性的阻燃材料的现有方法的几个缺点。例如，本发明的方法为阻燃材料提供了改善的物理形式和处理性能，同时还改善了可再现性，尤其是规模放大。其他优点对于从业者而言从本公开将是显而易见的。

本公开的一个实施方式是一种提供粉末或小颗粒形式的阻燃材料的方法，该方法包括在200℃或更高，通常220℃或更高，例如，250℃或更高的温度下，例如，在约220℃-约400℃，或约240℃-约360℃范围内的温度下，加热以下的混合物：i)沸点(bp)超过200℃、220℃、240℃或260℃的高沸点水溶性酸稳定型溶剂，例如，砜溶剂，和ii)一种或多种式(I)的膦酸盐：

其中R是H、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，p为2-7如2-4的数，例如，2、3或4，M为金属，y为2-7如2-4的数，例如，2、3或4，通常为2或3，使得M^(+)y是金属阳离子，其中(+)y表示形式上分配给该阳离子的电荷，以生产直接为粉末或小颗粒的阻燃材料，即不需要或无需研磨、造粒等。应当理解的是，根据本发明公开的方法生产“直接”为粉末或小颗粒的阻燃材料容许对反应产物后处理，例如，分离出阻燃产物(例如，将阻燃产物从剩余溶剂中分离)，其可以包括例如通过过滤、洗涤、干燥等处理反应产物。

当高沸点水溶性酸稳定型溶剂是例如bp超过200℃，例如，约220℃或更高，约240℃或更高，约260℃或更高，或约280℃或更高的砜时，则获得好的结果。这类溶剂的非限制性实例包括bp为285℃的环丁砜，以及二甲基砜。

通常，高沸点水溶性酸稳定型溶剂组分i)是被加热的溶剂/膦酸盐混合物中的主要组分，即，高沸点水溶性酸稳定型溶剂占溶剂/膦酸盐混合物的51wt％或更多，例如，该溶剂浓度可以为60wt％或更高，70wt％或更高，80wt％或更高，85wt％或更高，90wt％或更高，或95wt％或更高。例如，在i)高沸点水溶性酸稳定型溶剂和ii)膦酸盐的混合物中，基于i)和ii)的总重量，高沸点水溶性酸稳定型溶剂可以以约60wt％-99wt％，65wt％-98wt％，或70wt％-98wt％存在。

生产本公开的阻燃剂的反应放出水作为副产物，并且通常称为脱水反应。根据本公开的溶剂，除了将均匀的热量传递至反应中并悬浮起始原料及其形成的产物之外，还与水混溶，并且据信它可以吸收反应期间生成的水和/或有助于与处于水性溶液中的膦酸盐的有效混合。

本方法直接(无需研磨等)产生作为粉末或小颗粒的热稳定性阻燃剂，相对于现有的生产方法，例如9,745,449等中描述的方法，提供重要的改善，相对于本发明的方法，现有生产方法通过通常在没有其他材料的情况下加热膦酸盐产生作为硬质固体块的热稳定性阻燃材料。

本公开的另一个实施方式提供由上述方法获得的阻燃材料，其是粉末或小颗粒集合体(collection)。粉末或小颗粒集合体可以具有根据ISO13320通过激光衍射测量的例如约100μm或更少，如约80μm或更少，或约60μm或更少的中值粒径(d50)。例如，该粉末或小颗粒集合体可以具有约1μm-约100μm，约10μm-约90μm，约20μm-约80μm，或约20μm-60μm的中值粒径(d50)。正如本文所述，该粉末或小颗粒集合体获自反应产物，而无需研磨或类似的这种物理处理。

在另一个实施方式中，阻燃聚合物组合物包含：

a)热固性或热塑性聚合物，例如，热塑性聚合物，和

b)基于阻燃聚合物组合物的总重量，按重量计1％-50％的上述阻燃材料，和

c)可选的其他阻燃剂或阻燃增效剂。

另一个实施方式提供了一种用于制备阻燃聚合物组合物的方法，该方法包括在高沸点水溶性酸稳定型溶剂中在将膦酸盐(phosphonate)化学转化成本公开以上所述的更热稳定性阻燃材料的条件下，加热一种或多种式(I)的金属膦酸盐，随后例如通过熔融加工将由此制备的热稳定性阻燃剂并入聚合物树脂中。例如，该阻燃剂可以通过共混、挤出、成纤维或成膜等引入熔融聚合物中。

在另一个实施方式中，呈粉末或小颗粒形式的阻燃材料包含经验式(IV)的化合物或经验式(IV)的化合物的混合物

其中R是H、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，q为1-7的数，例如1、2或3，r为0-5的数，例如，0、1或2，通常为0或1，M是金属，y为2-7如2-4的数，例如，2、3或4，通常为2或3，使得M^(+)y是金属阳离子，其中(+)y表示形式上分配给该阳离子的电荷，并且n为1或2，条件是2(q)+r＝n(y)。该阻燃材料可以具有根据ISO 13320通过激光衍射测定的例如约100μm或更少，例如，约80μm或更少，或约60μm或更少的中值粒径(d50)。粉末或小颗粒集合体可以具有约1μm-约100μm，约10μm-约90μm，约20μm-约80μm或约20μm-约60μm的中值粒径(d50)。在一些实施方式中，该阻燃材料基本上由经验式(IV)的化合物或经验式(IV)的化合物的混合物组成。

已发现，通过在高沸点水溶性酸稳定型溶剂中加热金属膦酸盐，能够将式I的金属膦酸盐稳定地转化为具有加工灵活性的更热稳定性阻燃材料。与先前的方法相比，本方法在阻燃剂的产率和质量上提供了更大的一致性。此外，与使用现有技术的方法获得的固体块相反，本方法的产物直接以粉末或细颗粒固体获得，其在使用前不需要研磨、造粒或其他这样的物理处理。

前面的概述并非旨在以任何方式限制要求保护的发明的范围。另外，应当理解的是，前面的概述和下面的详细描述都仅是示例性和说明性的，并非限制所要求保护的发明。

附图说明

图1显示了根据本公开的实施例1生产的示例性阻燃材料的热重分析(TGA)的结果。

图2显示了实施例1的示例性阻燃剂的粒径分布。

图3显示了实施例1的示例性阻燃剂的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图4显示了根据本公开的实施例2生产的示例性阻燃材料的TGA的结果。

图5显示了根据本公开的比较例3生产的阻燃材料的TGA的结果。

具体实施方式

除非另有说明，否则在本申请中，单词“一种”或“一个”表示“一个或多个”。

在本方法中，将以下的混合物

(i)式I的膦酸盐，

其中R是H、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，p为2-7如2-4的数，例如2、3或4，M是金属，y为2-7如2-4的数，例如，2、3或4，通常2或3，使得M^(+)y是金属阳离子，其中(+)y代表形式上分配给该阳离子的电荷，以及

(ii)高沸点水溶性酸稳定型溶剂，其中基于式I的膦酸盐和高沸点水溶性酸稳定型溶剂的总重量，该溶剂占该混合物的51wt％-99wt％，例如，60wt％-99wt％，65wt％-98wt％，或70wt％-98wt％，

加热至脱水温度，通常超过200℃，例如，220℃或更高(例如，250℃或更高)，例如，约220℃-约400℃，或约240℃-约360℃范围内的温度，以提供为粉末或小颗粒，通常为可流动的粉末或可流动的小颗粒的本公开的阻燃剂。

在式(I)中，y为2的M^(+)y代表如Mg⁺⁺、Ca⁺⁺或Zn⁺⁺等的二价阳离子(di-cation)，y为3的M^(+)y代表如Al⁺⁺⁺的三价阳离子(tri-cation)。与无机配位化合物一样，该式是理想化的，并且起始原料和产物可能包括配位聚合物或络合盐(例如，共享某些原子价的盐，如其中两个金属阳离子之间共享一个氧阴离子等等)。通常，起始盐是电荷平衡的，即其中p＝y的式(I)的化合物，例如，当M^(+)y为Al⁺⁺⁺时，p为3等。

式(I)的膦酸盐及它们的制备方法在本领域中是已知的，并且已知一些是阻燃剂，例如，三-[甲基膦酸]铝盐。在本文中用作起始原料的膦酸盐能够在美国专利9,745,449和9,752,009等中用于制备阻燃剂使用的起始原料中找到。

与本领域通常在不存在其他材料的情况下加热盐的方法相反，在本公开中，如本文中所描述的，膦酸盐在与作为脱水介质的高沸点水溶性酸稳定型溶剂混合的同时经历脱水温度。该脱水反应生成水，水将与本公开的溶剂相容，这可以有助于促进平稳反应。当将膦酸盐作为水性溶剂(aqueous solvent)中的溶液添加时，该溶剂的水溶性和酸稳定性也有可能有助于促进混合。

在本方法的脱水阶段中使用的溶剂在脱水反应条件下应该是稳定的。该脱水反应在高温下发生，例如，反应温度通常超过220℃、230℃、240℃或250℃，例如，约220℃-约400℃，或约240℃-约360℃，例如，240-290，或300℃的温度。

本公开的水溶性酸稳定型溶剂具有高沸点，例如，超过200℃的bp，如约220℃或更高，约240℃或更高，约260℃或更高，约270℃或更高，或约280℃或更高，例如，约220℃-约360℃，或约230℃-约350℃。满足所有三个标准-高沸点、酸稳定性和水溶性-的示例性溶剂包括砜。在一些实施方式中，高沸点酸稳定型水溶性溶剂包括式R₁R₂SO₂的砜，其中R₁和R₂独立地选自C_1-6烃基，例如，C_1-3烃基，或R₁和R₂与S一起形成具有2、3、4或5个碳原子的环，该环可以是未取代的或C_1-3烷基取代的。在一些实施方式中，R₁和R₂与S一起形成二、三、四或五亚甲基环。在一些实施方式中，R₁和R₂独立地选自C_1-6烷基。在一些实施方式中，R₁或R₂是C_1-6烷基并且另一个是C_1-3烷基。在一些实施方式中，R₁和R₂独立地选自C_1-3烷基。该烷基可以是支链或直链的。在一些实施方式中，R₁和R₂均为甲基，均为乙基，或均为丙基。在其他实施方式中，R₁或R₂为甲基并且另一个为乙基或丙基。在其他实施方式中，R₁或R₂为乙基并且另一个为丙基。在一些实施方式中，该砜是环丁砜。

根据本公开，将式(I)的膦酸盐与高沸点酸稳定型水溶性溶剂组合，并加热至如本文所述的脱水温度，以生产粉末或小颗粒形式的本公开的阻燃材料。通常，在足以形成悬浮液或浆液如均质悬浮液或浆液的条件下将膦酸盐与高沸点酸稳定型水溶性溶剂混合。例如，在一些实施方式中，在在升高的温度下，将膦酸盐(即式(I)的膦酸盐)与高沸点酸稳定型水溶性溶剂混合或组合，以形成悬浮液或浆液，然后使该混合物经历本文所述的脱水温度。加热能够但非必需随时间逐渐增加到一个或多个升高的温度和/或在真空条件下如在中等真空下进行。升高的温度可能取决于高沸点酸稳定型水溶性溶剂的熔点。例如，一些有用的高沸点酸稳定型水溶性溶剂在室温下可能是固体，但在升高的温度下会转变成液体溶剂。通常，该升高的温度高于室温，例如，大于25、30、35、40、45或50℃，例如，约30℃-约160℃，约60℃-约160℃，约40℃-约130℃，约80℃-约120℃，约40℃-约100℃，或约50℃-约90℃。在一些实施方式中，该升高的温度低于100℃，如以上公开的温度范围中的任何一个，但低于100℃。该混合物可以进行加热并保持于一个以上的升高的温度下。例如，该混合物可以加热到一个升高的温度持续一段时间，然后加热或冷却到一个或多个其他升高的温度。例如，该混合物可以加热到约60℃-约140℃范围内的升高的温度，如约80℃-约120℃持续一段时间，随后加热至约140℃-约160℃范围内的一个升高的温度持续另外的时间。

该膦酸盐与高沸点酸稳定型水溶性溶剂的混合(如在一个或多个升高的温度下，可选地在真空条件下)在一定时间内，例如，约5分钟或更长，约10分钟或更长，约30分钟或更长，约1小时或更长，约3小时或更长，约4小时或更长，约6小时或更长，约8小时或更长，约12小时或更长，约24小时或更长，约36小时或更长，或约48小时或更长，或其之间的任何范围内发生。例如，时间量可以是约30分钟-约72小时，约1小时-约48小时，或约2小时-约36小时。在这段时间期间，可以去除不想要的挥发物，并且可以从该混合物中去除或蒸发出一定量的水。通常，所得混合物形成悬浮液或浆液，如均匀悬浮液或浆液。对于从业者而言将显而易见的是，用于将膦酸盐与高沸点酸稳定型水溶性溶剂混合的条件如温度、压力(例如，真空条件)、搅拌速度、时间等是相互关联的，并能够调节以实现悬浮液或浆液的形成，如获得均质悬浮液或浆液。

在一些实施方式中，在形成悬浮液或浆液之后(例如，浆液或悬浮液可能在升高的温度下将膦酸盐和高沸点酸稳定型水溶性溶剂混合例如约10分钟，约30分钟，约1小时，约2小时，约4小时，或约6小时之后出现)，将该悬浮液或浆液如在本文所述的升高的温度下搅拌一段时间。在一些实施方式中，搅拌该悬浮液或浆液的升高的温度从加热混合物形成悬浮液或浆液的升高的温度降低。在一些实施方式中，将该悬浮液或浆液在约30℃-约95℃或约40℃-约80℃的升高的温度下搅拌。在一些实施方式中，将该悬浮液或浆液搅拌约1分钟或更长，约10分钟或更长，约30分钟或更长，约1小时或更长，约4小时或更长，约12小时或更长，约24小时或更长，约36小时或更长，或约48小时或更长，或其之间的任何范围。

在与高沸点酸稳定型水溶性溶剂混合时，该膦酸盐可以处于液体介质中或呈固体形式(例如，粉末)。例如，在一些实施方式中，该膦酸盐处于水性液体中(例如，溶解或部分溶解于水性液体中)。例如，可以将式I的盐的水性溶液与高沸点酸稳定型水溶性溶剂混合。

在一些实施方式中，可能需要向该膦酸盐和高沸点酸稳定型水溶性溶剂的混合物中添加水性溶剂，例如，以避免在悬浮液或浆液的形成期间的胶凝，或如果凝胶形成发生，以破坏胶凝作用。还据信，使用为式(I)的盐提供金属阳离子的某些含金属起始原料(即该膦酸盐的某些金属化合物前体)可能会存在更大的凝胶化作用。如果在混合过程期间有必要/需要，可以重复添加水性溶剂。

另外，在一些实施方式中，可能需要将种子材料(可选地除了水性溶剂之外或在没有水性溶剂的情况下)添加到膦酸盐和高沸点酸稳定型水溶性溶剂的混合物中以加快悬浮液或浆液，例如，均质浆液的形成。降低浆液形成的时间也可以有助于减少如上所述的凝胶形成。如果在混合过程期间有必要/需要，则可以重复添加种子材料(可选地除了水性溶剂之外或在没有水性溶剂的情况下)。在一些实施方式中，种子材料包含惰性填料，其可以是对脱水反应呈惰性并且具有所需粒径的任何材料。二氧化硅、氧化铝、滑石和二氧化钛都是合适的惰性填料的非限制性实例。在一些实施发生中，种子材料包含根据本公开的方法生产的阻燃材料(和可选的惰性填料)，如本文所述的式(IV)的阻燃材料和/或根据US9,745,449的阻燃材料等。种子材料可以具有根据ISO 13320通过激光衍射测定的例如，约100μm或更少，例如，约80μm或更少，或约60μm或更少的中值粒径(d50)。例如，种子材料可以具有约1μm-约100μm，约10μm-约90μm，约20μm-约80μm或约20μm-约60μm的中值粒径(d50)。

在一个实施方式中，将由六水合氯化铝起始原料制备的三[甲基膦酸]铝盐水性溶液与作为高沸点水溶性酸稳定型溶剂的环丁砜在范围为约80℃-约140℃，例如，约100℃-约125℃的升高的温度下，可选地在轻度真空下混合，并向该混合物中加入种子材料。在一些实施方式中，例如，如果混合物或其部分形成凝胶样稠度，则还要混合物中加入水性溶剂。在一些实施方式中，在例如加热约2-6小时后，将该混合物加热至范围为约100℃-约160℃，如约120℃-约160℃，或约140℃-约160℃的进一步的升高的温度。在一些实施方式中，在形成悬浮液或浆液之后，例如，在约1-2小时之后，随后将温度降低至较低的升高的温度，以搅拌本文所述的悬浮液或浆液。正如本文所述，然后将所得混合物加热至脱水温度(例如，约240℃-约360℃)持续一段时间(例如，约2小时-约6小时)。

在另一个实施方式中，将由异丙醇铝起始原料制备的三[甲基膦酸]铝盐的水性溶液和作为高沸点水溶性酸稳定型溶剂的环丁砜在范围为约60℃-约100℃，如约80℃-约95℃的升高的温度下，可选地在轻度真空下混合。在一些实施方式中，将该盐的水性溶液和环丁砜在升高的温度下混合范围为约2小时-约6小时的时间量。正如本文所述，在形成悬浮液或浆液之后，将所得混合物加热至脱水温度(例如，约240℃-约360℃)一段时间(例如，约2小时-约6小时)。

式(I)的膦酸盐是已知的，并且在现有技术中描述了其各种制备方法。例如，式(I)的膦酸盐能够选自US 2006/0138391、US 2015/0031805以及本领域其他地方公开的盐。在一些实施方式中，式(I)的盐包含其中R是H、C_1-12烷基、C_6-10芳基、C_7-18烷芳基或C_7-18芳烷基的化合物，其中所述基团如US 2006/0138391中所述被进一步取代，但通常R是未取代的C_1-12烷基、C_6-10芳基、C_7-18烷芳基或C_7-18芳烷基。例如，R可以是取代的或未取代的，通常是未取代的C_1-6烷基、C₆芳基、C_7-10烷芳基或C_7-12芳烷基，例如，C_1-4烷基。

本公开不限于任何特定金属阳离子M^(+)y。合适的金属的实例包括Mg、Ca、Ba、Zn、Zr、Ge、B、Al、Si、Ti、Cu、Fe、Sn和Sb。在一些实施方式中，M选自Mg、Ca、Ba、Zn、Zr、B、Al、Si、Ti、Fe、Sn和Sb。在一些实施方式中，M选自Mg、Ca、Ba、Zn、Zr、B、Al、Fe、Sn和Sb。在一些实施方式中，M选自Al、Fe、Zn和Ca。

作为烷基的R是具有指定碳数的直链或支链烷基，并且包括，例如，直链烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基，和支链烷基，如异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、乙基己基、叔辛基等。例如，作为烷基的R可以是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基，通常R是甲基、乙基、丙基或异丙基，例如，甲基。

通常，当R是芳基时，它是苯基或萘基，例如，苯基。作为烷芳基的R的实例包括被一个或多个烷基，例如，选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基等的基团取代的苯基。作为芳烷基的R的实例包括例如苄基，苯乙基，苯乙烯基，枯基，苯丙基等。

在一些实施方式中，R是H、甲基、乙基、丙基、异丙基、苯基或苄基，例如，甲基、乙基、丙基、异丙基或苯基，例如，甲基、乙基、丙基或异丙基，例如，甲基。

在一些实施方式中，膦酸盐是式(I)的化合物，其中R是H、甲基、乙基、丙基、异丙基、苄基或苯基，M是Al、Fe、Zn或Ca，并且p为2或3。在一些实施方式中，R是H、甲基、乙基、丙基或异丙基，p＝3，并且M是Al或Fe。在其他实施方式中，R是H、甲基、乙基、丙基或异丙基，p＝2，并且M是Zn或Ca，例如，Ca。

如上所述，可以使用具有不同R和/或M的一种以上的式(I)的膦酸盐。在一些实施方式中，至少一个R选自H、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基和苯基，并且至少一个M选自Al、Fe、Zn和Ca。在一些实施方式中，每个R选自H、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基和苯基，并且每个M选自Al、Fe、Zn和Ca。

将式(I)的膦酸盐转化为本发明的阻燃剂所花费的时间量将取决于多种因素而变化，这些因素包括例如起始膦酸盐的化学结构，所述反应的温度等。

通过在本文所述的脱水温度下，通常在200℃或更高，通常220℃或更高，例如，250℃或更高，例如，在约220℃-约400℃，或约240℃-约360℃范围内的温度下加热式(I)的膦酸盐和高沸点水溶性酸稳定型溶剂的混合物持续20小时或更少的时间，例如，12小时或更少的时间，获得该盐转化成本公开的阻燃材料的良好转化率。通常，将式(I)的膦酸盐和高沸点水溶性酸稳定型溶剂的混合物在约200℃(例如，约220℃)-约400℃的温度下加热约1分钟-约20小时，例如，约30分钟-约12小时，约1小时-约8小时，或约2小时-约6小时。在一个实例中，将混合物在约220℃-约400℃下加热约1小时-约12小时或约1小时-约8小时。在另一个实例中，将混合物在约240℃-约360℃下加热约1小时-约6小时或约2小时-约6小时。在某些情况下，如在较高的温度下(例如，约250℃-约400℃或高于400℃的温度)和/或当反应容器或环境使热量高效传递至起始材料时，加热可能以分钟或秒级，例如，少于1小时，少于30分钟，少于15分钟，少于6分钟，少于1分钟或少于30秒发生。

尽管不希望受理论束缚，但据信通过本公开的方法获得的阻燃材料包含由经验式(IV)表示的化合物或经验式(IV)表示的化合物的混合物：

其中，R如上是H，烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，M如上是金属，q是1-7的数，例如，1、2或3，r是0-5的数，例如，0、1或2，通常为0或1，y为2-7如2-4的数，并且n为1或2，条件是2(q)+r＝n(y)。自然地，基团R和M的特征很好地反映了用作起始原料的式(I)的盐中用作R和M的基团。正如以上提到的无机配位化合物一样，式(IV)是经验的，并包括配位聚合物和络合盐(例如，其中共享某些原子价的盐)。

包含由经验式(IV)表示的化合物或化合物的混合物的阻燃材料以粉末或小颗粒形式生产，而不需要研磨、造粒或其他这样的物理处理。这种阻燃材料通常具有根据ISO13320通过激光衍射测量的约100μm或更少，例如，约80μm或更少，或约60μm或更少的中值粒径(d50)。例如，粉末或小颗粒可以具有约1μm-约100μm，约10μm-约90μm，约20μm-约80μm或约20μm-约60μm的中值粒径(d50)。

如上所述，即使从其中存在一个R基团和一种金属的式(I)的单一化合物开始时，根据本文所述的经验式(IV)通常也会形成化合物的混合物。在一些实施方式中，该阻燃材料由膦酸盐的混合物制备，其中存在R和/或M的多个值，产生包含多个R基团和/或金属的根据经验式(IV)的化合物的混合物。在一些实施方式中，本公开的阻燃材料是通过根据本文所述的方法分别获得两种或更多种阻燃材料并将两种或更多种阻燃材料混合至一起制备的，使得所获得的阻燃剂包含根据经验式(IV)的具有多个R和/或M值的化合物的混合物。通过引用将美国专利号9,752,011的用于制备其中存在不同R基团和/或金属的膦酸盐的混合物的技术公开内容结合于本文中。

本公开的阻燃剂可以与本领域已知的各种其他阻燃剂、增效剂或阻燃助剂一起使用。例如，该阻燃剂可以与一种或多种选自以下的材料配制：碳黑，石墨，碳纳米管，硅氧烷，聚硅氧烷；聚苯醚(PPE)，氧化膦和聚氧化膦，例如，苄基氧化膦，聚苄基氧化膦等；

三聚氰胺，三聚氰胺衍生物和三聚氰胺缩合产物，三聚氰胺盐例如但不限于三聚氰胺氰脲酸盐，三聚氰胺硼酸盐，三聚氰胺磷酸盐，三聚氰胺金属磷酸盐，蜜白胺，蜜勒胺，蜜瓜胺(melon)等；

无机化合物，包括粘土，金属盐如氢氧化物、氧化物、水合氧化物、硼酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐、次磷酸盐、硅酸盐、混合金属盐等，例如，滑石和其他硅酸镁，硅酸钙，铝硅酸盐，作为空心管的铝硅酸盐(DRAGONITE)，碳酸钙，碳酸镁，硫酸钡，硫酸钙，埃洛石(HALLOYSITE)或磷酸硼，钼酸钙，层胀蛭石，锡酸锌，羟基锡酸锌，硫化锌和硼酸锌，钼酸锌(KEMGARD 911A/B)，磷酸锌(KEMGARD 981)，氧化镁或氢氧化镁，氧化铝，氢氧化铝氧化物(勃姆石)，三水合铝，二氧化硅，锡氧化物，锑氧化物(III和V)和水合氧化物，钛氧化物、以及锌氧化物或水合氧化物，氧化锆和/或氢氧化锆等。

除非另有说明，否则在本申请的上下文中，术语“磷酸根”在用作“磷酸盐”如金属磷酸盐、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺金属磷酸盐等中的组分时，是指磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、焦磷酸根、聚磷酸根或磷酸缩合产物阴离子或聚阴离子(polyanion，多价阴离子)。

同样，除非另有说明，否则在本申请的上下文中，术语“亚磷酸根(phosphite)”用作“亚磷酸盐”如金属亚磷酸盐等中的组分时，是指亚磷酸根或亚磷酸氢根。

本公开的阻燃剂也可以与其他阻燃剂如卤代阻燃剂、烷基或芳基氧化膦阻燃剂、烷基或芳基磷酸酯(alkyl or aryl phosphate)阻燃剂、烷基或芳基膦酸酯(alkyl oraryl phosphonate)、烷基或芳基次膦酸酯(alkyl or aryl phosphinate)以及烷基或芳基次膦酸的盐一起配制。在一些实施方式中，该阻燃剂包含根据本公开的阻燃材料与式(II)的次膦酸盐(例如，三(二烷基次膦酸)铝的混合物，

R₁和R₂可以各自独立地是根据本文所述的R的基团，M是如本文所述的金属(例如，Al或Ca)，并且n为2-7如2-4的数，通常为2或3。

因此，在许多实施方式中，根据本公开的阻燃聚合物组合物包含(a)聚合物，(b)本公开的阻燃剂，和(c)一种或多种其他阻燃剂，和/或一种或多种增效剂或阻燃助剂。

例如，在一些实施方式中，该阻燃聚合物组合物包含一种或多种其他阻燃剂，例如，卤代的阻燃剂，氧化膦阻燃剂，烷基或芳基膦酸酯或烷基或芳基次膦酸盐如三(二烷基次膦酸)铝，如三(二乙基次膦酸)铝。

在一些实施方式中，阻燃聚合物组合物包含一种或多种增效剂或阻燃助剂，例如，三聚氰胺，三聚氰胺衍生物和三聚氰胺缩合产物，三聚氰胺盐，氧化膦和聚氧化膦，金属盐如氢氧化物、氧化物、水合氧化物，硼酸盐，磷酸盐，亚磷酸盐，硅酸盐等，例如，亚磷酸氢铝，蜜勒胺或三聚氰胺金属磷酸盐，例如，其中金属包括铝、镁或锌的三聚氰胺金属磷酸盐。在具体实施方式中，一种或多种其他阻燃剂、增效剂或阻燃助剂包括三(二烷基次膦酸)铝、亚磷酸氢铝、亚甲基二苯基氧化膦取代的聚芳醚、亚二甲苯基双(二苯基氧化膦)、4,4’-双(二苯基氧膦基甲基)-1,1’-联苯、亚乙基双-1,2-双-(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)乙烷、蜜勒胺、蜜白胺、蜜瓜胺或二三聚氰胺焦磷酸锌。

某些实施方式提供了无卤素聚合物组合物。在这样的实施方式中，将尽可能排除含卤素的阻燃剂或增效剂。

可以将本公开的阻燃材料与其他阻燃剂、增效剂或助剂以100:1-1:100范围内的本发明阻燃剂的重量比其他阻燃剂、增效剂和/或助剂的总重量组合。在一些实施方式中，本公开的阻燃材料以10:1-1:10范围内的本发明阻燃剂重量比其他阻燃剂、增效剂和/或助剂的总重量存在，例如，重量比率在7:1-1:7，6:1-1:6，4:1-1:4，3:1-1:3和2:1-1:2的范围内。本发明的阻燃剂通常是这种组合的主要组分，如10:1-1.2:1的本发明阻燃剂的重量与其他阻燃剂、增效剂和/或助剂的总重量的比率或7:1-2:1的本发明阻燃剂的重量与其他阻燃剂、增效剂和/或助剂的总重量的比率，但本发明的材料也可以是混合物的次要组分，例如，1:10-1:1.2的比率或1:7-1:2的比率。

能够将本发明的热稳定性阻燃剂在高温下配混到热塑性聚合物中，例如，高温聚酰胺和聚对苯二甲酸酯，而不会分解或不利地影响聚合物的物理性能，并且阻燃活性优异。本发明的阻燃剂可以与其他增效剂和常规聚合物添加剂一起用于其他聚合物。

本公开的阻燃剂组合物的聚合物可以是本领域已知的任何聚合物，如聚烯烃均聚物和共聚物、橡胶、包括聚对苯二甲酸亚烷基酯的聚酯、环氧树脂、聚氨酯、聚砜、聚酰亚胺、聚苯醚、苯乙烯类聚合物和共聚物、聚碳酸酯、丙烯酸类聚合物、聚酰胺、聚缩醛和可生物降解的聚合物。也可以使用不同聚合物的混合物，如聚苯醚/苯乙烯类树脂共混物、聚氯乙烯/丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或其他抗冲改性的聚合物如甲基丙烯腈和含α-甲基苯乙烯的ABS(α-methylstyrene containing ABS)、以及聚酯/ABS或聚碳酸酯/ABS和聚酯或聚苯乙烯加上一些其他抗冲改性剂。这种聚合物能够商购获得或通过本领域内众所周知的方法制得。

本公开的阻燃剂特别适用于在高温下处理和/或使用的热塑性聚合物，例如，包括高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、聚烯烃、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯醚等的苯乙烯类聚合物。

例如，聚合物可以是聚酯系树脂、苯乙烯类树脂、聚酰胺系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚苯醚系树脂、乙烯基系树脂、烯烃类树脂、丙烯酸类树脂、环氧树脂或聚氨酯。聚合物可以是热塑性或热固性树脂，并且可以进行增强，例如，玻璃增强。可以存在一种以上的聚合物树脂。在具体实施方式中，聚合物是工程聚合物，例如，热塑性或增强热塑性聚合物，例如，玻璃增强的热塑性聚合物，如可选地玻璃填充聚酯、环氧树脂或聚酰胺，例如，玻璃填充的聚酯如玻璃填充的聚对苯二甲酸亚烷基酯或玻璃填充的聚酰胺。

聚酯系树脂包括通过例如二羧酸组分和二醇组分的缩聚以及羟基羧酸或内酯组分的缩聚获得的均聚酯和共聚酯，例如，芳族饱和的聚酯系树脂，如聚对苯二甲酸丁二酯或聚对苯二甲酸乙二酯。

聚酰胺(PA)系树脂包括衍生自二胺和二羧酸的聚酰胺；由氨基羧酸，必要时与二胺和/或二羧酸组合获得的聚酰胺；以及衍生自内酰胺，必要时与二胺和/或二羧酸组合的聚酰胺。聚酰胺还包括衍生自至少两种不同类型的聚酰胺构成组分的共聚酰胺。聚酰胺系树脂的实例包括脂族聚酰胺如PA 46、PA 6、PA 66、PA 610、PA 612、PA 11和PA 12，由芳族二羧酸如对苯二甲酸和/或间苯二甲酸以及脂族二胺如己二胺或壬二胺获得的聚酰胺，以及由芳族和脂族二羧酸如对苯二甲酸和己二酸二者以及脂族二胺如己二胺获得的聚酰胺等。这些聚酰胺可以单独使用或组合使用。在一些实施方式中，聚合物包含聚邻苯二甲酰胺。

熔点至少280℃的聚酰胺被广泛地用于生产模制组合物，模制组合物使得有可能生产模制制品(例如，用于电气和电子行业)，该模制制品在高温下具有优异的尺寸稳定性并具有非常好的阻燃性能。例如，在电子工业中需要这种类型的模制组合物用于生产根据所谓的表面安装技术SMT安装于印刷电路板上的组件。在此应用中，这些组件必须在短时间段内承受多达270℃的温度而尺寸不发生变化。

这样的高温聚酰胺包括由烷基二胺和二酸生产的某些聚酰胺如聚酰胺4,6，然而，许多高温聚酰胺是芳族和半芳族聚酰胺，即均聚物、共聚物、三聚物或衍生自含有芳族基团的单体的高级聚合物。单一芳族或半芳族聚酰胺可以使用，或使用芳族和/或半芳族聚酰胺的共混物。前述聚酰胺和聚酰胺共混物与其他聚合物包括脂族聚酰胺共混也是可以的。

这些高温芳族或半芳族聚酰胺的实例包括聚酰胺4T、聚(己二酰间苯二甲胺)(聚酰胺MXD,6)、聚(对苯二甲酰十二甲胺)(聚酰胺12,T)、聚(对苯二甲酰癸二胺)(聚酰胺10,T)、聚(对苯二甲酰壬二胺)(聚酰胺9,T)、己二酰己二胺/对苯二甲酰己二胺共聚酰胺(聚酰胺6,T/6,6)、对苯二甲酰己二胺/对苯二甲酰2-甲基戊二胺共聚酰胺(聚酰胺6,T/D,T)、己二酰己二胺/对苯二甲酰己二胺/间苯二甲酰己二胺共聚酰胺(聚酰胺6,6/6,T/6,I)、聚(己内酰胺-对苯二甲酰己二胺)(聚酰胺6/6,T)、对苯二甲酰己二胺/间苯二甲酰己二胺(6,T/6,I)共聚物等。

因此，本公开的某些实施方式涉及包含在高温如280℃或更高，300℃或更高，在一些实施方式中，320℃或更高，例如，280-340℃下熔融的聚酰胺如聚酰胺4,6以及上述的芳族和半芳族聚酰胺的组合物，包含高温聚酰胺和本公开的阻燃材料的制品，用于制备该组合物的方法和用于成形该制品的方法。

正如本文所述，在许多实施方式中，阻燃聚合物组合物包含(a)聚合物，(b)本公开的阻燃剂，和(c)一种或多种其他阻燃剂，和/或一种或多种增效剂或阻燃助剂。因此，尽管阻燃剂(b)单独在聚合物体系中表现出优异的活性，但它可以与(c)一种或多种选自其他阻燃剂、增效剂和助剂的化合物组合使用。示例性化合物(c)包括卤代的阻燃剂、烷基或芳基氧化膦、烷基或芳基聚氧化膦、烷基或芳基磷酸酯、烷基或芳基膦酸酯、烷基或芳基次膦酸酯、烷基或芳基次膦酸的盐、碳黑、石墨、碳纳米管、硅氧烷、聚硅氧烷、聚苯醚、三聚氰胺、三聚氰胺衍生物、三聚氰胺缩合产物、三聚氰胺盐、金属氢氧化物、金属氧化物、金属水合氧化物、金属硼酸盐、金属碳酸盐、金属硫酸盐、金属磷酸盐、金属亚磷酸盐、金属次磷酸盐、金属硅酸盐和混合金属盐。例如，一种或多种化合物(iii)可以选自三(二烷基次膦酸)铝、亚磷酸氢铝、苄基氧化膦、聚苄基氧化膦、蜜白胺、蜜勒胺、蜜瓜胺、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺金属磷酸盐、三聚氰胺氰脲酸盐、三聚氰胺硼酸盐、滑石、粘土、硅酸钙、铝硅酸盐、作为空心管的铝硅酸盐、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、硫酸钙、磷酸硼、钼酸钙、层胀蛭石、锡酸锌、羟基锡酸锌、硫化锌、硼酸锌、钼酸锌、磷酸锌、氧化镁、氢氧化镁、氧化铝、氢氧化铝氧化物、三水合铝、二氧化硅、锡氧化物、锑氧化物(III和V)，锑(III和V)水合氧化物、钛氧化物、锌氧化物、锌水合氧化物、氧化锆和氢氧化锆。例如，一种或多种化合物(c)可以选自三(二甲基次膦酸)铝、三(二乙基次膦酸)铝、三(二丙基次膦酸)铝、三(二丁基次膦酸)铝、亚甲基二苯基氧化膦取代的聚芳醚、亚二甲苯基双(二苯基氧化膦)、1,2-双-(9,10-二氢-9-氧代-10-磷杂菲-10-氧化物)乙烷、4,4’-双(二苯基氧膦基甲基)-1,1’-联苯、蜜白胺、蜜勒胺、蜜瓜胺和二三聚氰胺焦磷酸锌。

在一些实施方式中，该阻燃聚合物组合物包含一种或多种选自水滑石粘土、金属硼酸盐、金属氧化物和金属氢氧化物的化合物，如其中金属是锌或钙的金属硼酸盐、金属氧化物或金属氢氧化物。

当然，本发明的阻燃剂在聚合物组合物中的浓度取决于最终聚合物组合物中发现的阻燃剂、聚合物和其他组分的精确化学组成。例如，当用作聚合物配制品的唯一阻燃组分时，以最终组合物的总重量计，本发明的阻燃剂可以1％-50％，例如，1％-30％的浓度存在。通常，当用作唯一的阻燃剂时，将会存在至少2％，例如，3％或更多，5％或更多，10％或更多，15％或更多，20％或更多，或25％或更多的本发明材料。在许多实施方式中，本发明的阻燃剂以至多45％的量存在，而在其他实施方式中，本发明的阻燃剂的量占聚合物组合物的40％或更少，例如，35％或更少。当与其他阻燃剂或阻燃增效剂组合使用时，本发明材料可能需要更少。

任何已知的混配技术都可以用于制备本公开的阻燃聚合物组合物，例如，可以通过共混、挤出、成纤维或成膜等将阻燃剂引入熔融聚合物中。在某些情况下，将阻燃剂在聚合物形成或固化时引入到聚合物中，例如，阻燃剂可以在交联之前加入到聚氨酯预聚物中，或它可以在聚酰胺形成之前加入到聚胺或烷基多羧基化合物中，或在固化之前加入到环氧混合物中。

阻燃聚合物组合物将通常包含一种或多种本领域中经常遇到的常用稳定剂或其他添加剂，如酚类抗氧化剂，受阻胺光稳定剂(HALS)，紫外光吸收剂，亚磷酸酯(phosphite，亚磷酸盐)，亚膦酸酯(phosphonite，亚膦酸盐)，脂肪酸的碱金属盐，水滑石，金属氧化物，硼酸盐，环氧化大豆油，羟胺，叔胺氧化物，内酯，叔胺氧化物的热反应产物，硫代增效剂(thiosynergist，硫增效剂)，碱性助稳定剂，例如，三聚氰胺、蜜勒胺等，聚乙烯吡咯烷酮，双氰胺，氰脲酸三烯丙基酯，脲衍生物，肼衍生物，胺，聚酰胺，聚氨酯，水滑石，高级脂肪酸的碱金属盐和碱土金属盐，例如，硬脂酸钙，硬脂酰乳酸钙，乳酸钙，硬脂酸锌，辛酸锌，硬脂酸镁，蓖麻油酸钠和棕榈酸钾，邻苯二酚锑或邻苯二酚锌，成核剂，澄清剂等。

其他添加剂也可以存在，例如，增塑剂，润滑剂，乳化剂，颜料，染料，光学增白剂，其他阻燃剂，抗静电剂，发泡剂，抗滴落剂，例如，PTFE等。

可选地，聚合物可以包括填料和增强剂，例如，碳酸钙，硅酸盐，玻璃纤维，滑石，高岭土，云母，硫酸钡，金属氧化物和氢氧化物，碳黑和石墨。此类填料和增强剂通常可以以相对较高的浓度存在，包括其中基于最终组合物的重量计填料或增强剂以超过50wt％的浓度存在的配制品。更通常而言，基于总聚合物组合物的重量，填料和增强剂以约5wt％-约50wt％，例如，约10wt％-约40wt％，或约15wt％-约30wt％存在。

在一些实施方式中，本公开的阻燃聚合物组合物用一种或多种选自以下的材料配制：碳黑，石墨，碳纳米管，硅氧烷，聚硅氧烷，滑石，碳酸钙，碳酸镁，硫酸钡，硫酸钙，硅酸钙，硅酸镁，铝硅酸盐空心管(Dragonite)，埃洛石，磷酸硼，钼酸钙，层胀蛭石，锡酸锌，羟基锡酸锌，硫化锌，硼酸锌，钼酸锌(Kemgard 911A/B)，磷酸锌(Kemgard 981)等；

第2、4、12、13、14、15族(准)金属((semi)metal，半金属)的氢氧化物，氧化物和水合氧化物如氧化镁或氢氧化镁，氧化铝，氢氧化铝氧化物(勃姆石)，三水合铝，二氧化硅，硅酸盐，锡氧化物，锑氧化物(III和V)和水合氧化物，钛氧化物和锌氧化物或水合氧化物，氧化锆和/或氢氧化锆等；三聚氰胺和脲基树脂如三聚氰胺氰脲酸盐，三聚氰胺硼酸盐，三聚氰胺聚磷酸盐，三聚氰胺焦磷酸盐，聚苯醚(PPE)等；和粘土，包括水滑石，勃姆石，高岭土，云母，蒙脱石，硅灰石，纳米粘土或有机改性的纳米粘土等。

在以下实施例中提供了进一步的非限制性公开。

实施例

实施例1

将由三氯化铝六水合物和甲基膦酸(MPA)制得的包含400g三[甲基膦酸]]铝盐的水性溶液与2.5kg环丁砜一起添加到反应烧瓶中。在轻度真空下搅拌反应混合物，并施加加热以逐渐升高温度。随着温度上升，水被除去。

当从反应混合物中蒸馏出约400mL水时，釜温为95℃，并且在反应容器的壁上沉积有凝胶状物质。加入约0.1克具有中值粒径(d50)小于100μm的种子材料以及200mL水，则凝胶状材料从壁上消失。进一步添加种子材料和水防止其他凝胶形成。继续加热约4小时，在此期间温度升至约120℃并开始形成所需的浆料，这时除去真空。继续加热，釜温升至160℃，随后将温度保持在160℃持续2小时以完成均匀浆液的形成。然后将釜温降低至60℃，并且将均匀浆液在60℃下搅拌36小时。

然后将反应混合物逐渐加热至250℃，并在该温度下保持3小时，产生白色细颗粒的悬浮液。将反应混合物冷却至60℃，过滤，并且用IPA(500mL×3)洗涤固体，得到白色粉末和浅黄色滤液。通过³¹P NMR在滤液中未检测到磷化合物。然后将固体在160℃下干燥1小时获得370克白色粉末的产品(99％收率)。粉末易于通过325目筛网过筛(87％的物料在1天之内过筛)，并具有自由流动和不蓬松的物理外观。在N₂中进行的热重分析(TGA)表明，产品在>400℃下是热稳定的(图1)。元素分析(ICP-OES)如下：31.0％P，9.0％Al。产品的BET表面积为约2.5-2.6m²/g，以及堆积密度为0.53g/mL。产品的粒径分布和SEM图像分别在图2和3中示出。

实施例2

将由MPA和异丙醇铝制备的三[甲基膦酸]铝盐的水性溶液与环丁砜一起按照每15克铝盐100克环丁砜的重量比添加到配备有顶置式搅拌器、加料漏斗和带有Dean-Stark分水器的韦氏分馏柱(Vigreux column)的4颈5L圆底烧瓶。

将反应混合物在氮气下在90℃搅拌4小时，得到均匀的白色悬浮液。然后将反应混合物逐渐加热至250℃并在250℃下保持3小时。然后将灰白色悬浮液冷却至60℃，滤出环丁砜，并用异丙醇(500mL×3)洗涤固体。然后将固体在160℃的烘箱中干燥1小时，以92％的收率得到白色粉末产品(142g)。在N₂中进行的TGA表明产物在＞400℃下是热稳定的(图4)。元素分析(ICP-OES)如下：26.7％的P，8.5％的Al。

比较例3

向预先称重的1L树脂釜中装填282.3g乙基膦酸(EPA)和157mL DI H₂O。将反应器置于冰浴中，并在搅拌下将增量的固体Al(O-ⁱPr)₃添加到EPA溶液中，总计174.7g Al(O-ⁱPr)₃。添加之后，使用冰浴将釜温度保持于20℃或更低约15分钟，此时移开冰浴并将釜温热至室温。搅拌混合物直到看不到异丙醇铝(至少5小时)。形成乳白色混合物，然后使用蒸馏头和泵进行浓缩。将增稠的混合物倾倒入1L烧杯中，置于100℃可编程烘箱中，并在8小时内加热至160℃并保持8小时。在2小时内将温度升至230℃并保持6小时。所得产物形成为固体块，并冷却至室温。用研钵和研杵将固体块粗略破碎，并在1小时内再次热处理至230℃，并保持4小时。将产品再研磨并转移至干燥的容器中，产量为276.4g(96.2％)。在N₂中进行的TGA表明产物在＞350℃下是热稳定的(图5)。

实施例4

根据本公开生产的材料的阻燃活性优异，并且没有观察到将该材料混配到聚合物组合物中的困难。针对以下测量[email protected]的UL-94评级：

A)聚酰胺66组合物，包含30wt％的玻璃纤维、13.7wt％的FR 1/2和10％的蜜勒胺；

和

B)聚邻苯二甲酰胺组合物，包含25wt％的玻璃纤维和16.7wt％的FR 1/2，

其中FR 1/2在一系列测试中代表根据实施例1制备的阻燃材料以及在另一单独的系列测试中代表根据实施例2制备的阻燃材料。

具体而言，正如下表1所示，制备聚合物组合物并根据UL94测试评价阻燃活性。正如表1中所示，某些组合物还包括作为增效剂的蜜勒胺(三聚氰胺缩合产物)。通过在265℃下混配并在280℃下分别成型为1/16”和1/32”的条制备包含56.3份尼龙66、30份玻璃，13.7份阻燃剂FR 1/2和10份蜜勒胺的配制品1和2。通过在320-330℃下混配并在320-330℃下成型为1/32”的条制备含有58.3份聚邻苯二甲酰胺、25份玻璃和16.7份阻燃剂FR1/2的配制品3。根据UL 94评价配制品，并将结果示于表1中。

结果表明，根据实施例1和实施例2生产的阻燃剂在不同的样品厚度下各自实现了最佳的UL-94垂直燃烧测试评级V-0(而不含阻燃剂的聚合物组合物(配制品4)未通过UL 94测试)。配制品3的结果还表明，各自处于玻璃填充的半芳族尼龙中的根据实施例1和实施例2生产的阻燃剂在1/32”下实现了最佳UL-94垂直燃烧测试评级V-0。

表1

配制品	1	2	3	4
					尼龙66	56.3	56.3	-	70
聚邻苯二甲酰胺	-	-	58.3	-
					玻璃	30	30	25	30
FR 1/2	13.7	13.7	16.7	-
					蜜勒胺(增效剂)	10	10	-	-
UL94@1/16″	V-0	-	-	未通过
					UL94@1/32″	-	V-0	V-0	未通过

尽管已经举例说明和描述了本发明的具体实施方式，但对于本领域技术人员而言显而易见的是，考虑到本公开的说明书和实践，在不脱离要求保护的本发明的范围的情况下能够作出各种修改和变型。因此，本说明书和实施例旨在仅认为是示例性的，而本发明的真实范围由所附权利要求书及其等同物表示。

Claims (39)

1.一种用于制备热稳定性含磷阻燃材料的方法，包括：

将混合物加热到200℃或更高的反应温度以直接以粉末或小颗粒形式生产阻燃材料，所述混合物包含

i)基于所述混合物的重量，按重量计大多数的一种或多种高沸点水溶性酸稳定型溶剂，所述溶剂具有大于200℃的沸点，和

ii)一种或多种式(I)的膦酸盐：

其中R是H、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基基团，p为2-7的数，M为金属，y为2-7的数，使得M^(+)y为金属阳离子，其中(+)y代表形式上分配给所述阳离子的电荷。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述混合物在200℃或更高的温度下加热的步骤之前，

a)提供固体或液体形式的一种或多种式(I)的盐，和

b)通过将a)中提供的所述一种或多种式(I)的盐与所述一种或多种高沸点水溶性酸稳定型溶剂在足以形成悬浮液或浆液的条件下和时间内组合制备所述混合物。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一种或多种式(I)的盐作为水性溶剂中的溶液提供。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中制备所述混合物的步骤在约30℃-约160℃范围内的一个或多个升高的温度下进行。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述一种或多种高沸点水溶性酸稳定型溶剂包含一种或多种砜。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述一种或多种高沸点水溶性酸稳定型溶剂选自由砜组成的组。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述砜具有式R₁R₂SO₂，其中R₁和R₂独立地选自C_1-6烃基或R₁和R₂与S一起形成具有2、3、4或5个碳原子的环。

8.根据权利要求7所述的方法，其中R₁和R₂独立地选自C_1-3烷基。

9.根据权利要求8所述的方法，其中R₁和R₂均为甲基或均为乙基。

10.根据权利要求7所述的方法，其中R₁和R₂与S一起形成三、四或五亚甲基环。

11.根据权利要求10所述的方法，其中R₁和R₂与S一起形成四亚甲基环。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中p＝y。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述混合物加热至约220℃-约400℃范围内的反应温度。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据ISO 13320通过激光衍射测量，所述粉末或小颗粒的中值粒径为约100μm或更少。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述中值粒径为约20μm-约80μm。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在式(I)中，R是H、C_1-12烷基、C_6-10芳基、C_7-18烷芳基或C_7-18芳烷基，其中所述烷基、芳基、烷芳基或芳烷基是未取代的或被卤素、羟基、氨基、C_1-4烷氨基、二-C_1-4烷氨基、C_1-4烷氧基、羧基或C_2-5烷氧基羰基取代；并且M为Mg、Ca、Ba、Zn、Zr、B、Al、Si、Ti、Cu、Fe、Sn或Sb。

17.根据权利要求16所述的方法，其中在式I中，R是C_1-12烷基，并且M为Ca、Zn、B、Al、Fe或Sn。

18.根据权利要求17所述的方法，其中M为Fe、Ca或Al。

19.一种根据权利要求1-18中任一项所述的方法获得的阻燃材料。

20.根据权利要求19所述的阻燃材料，其中所述粉末或小颗粒的中值粒径为约100μm或更少。

21.根据权利要求20所述的阻燃剂，其中所述中值粒径为约20μm-约80μm。

22.一种阻燃聚合物组合物，包含(a)聚合物基材和(b)基于所述阻燃聚合物组合物的总重量1-50wt％的根据权利要求1-18中任一项所述的方法获得的阻燃材料。

23.根据权利要求22所述的阻燃聚合物组合物，其中所述聚合物基材包括以下中的一种或多种：聚烯烃均聚物或共聚物、橡胶、聚酯、环氧树脂、聚氨酯、聚砜、聚酰亚胺、聚苯醚、苯乙烯类聚合物或共聚物、聚碳酸酯、丙烯酸类聚合物、聚酰胺或聚缩醛。

24.根据权利要求23所述的阻燃聚合物组合物，其中所述聚合物基材包括以下中的一种或多种：苯乙烯类聚合物或共聚物、聚烯烃均聚物或共聚物、聚酯、聚碳酸酯、丙烯酸类聚合物、环氧树脂、聚酰胺或聚氨酯。

25.根据权利要求24所述的阻燃聚合物组合物，其中所述聚合物基材包括聚对苯二甲酸亚烷基酯、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、环氧树脂或聚酰胺。

26.根据权利要求25所述的阻燃聚合物组合物，其中所述聚合物基材包括玻璃填充的聚对苯二甲酸亚烷基酯、玻璃增强的环氧树脂或玻璃填充的聚酰胺。

27.根据权利要求25所述的阻燃聚合物组合物，其中所述聚合物基材包括聚邻苯二甲酰胺。

28.根据权利要求25所述的阻燃聚合物组合物，其中所述聚合物基材包括聚酰胺46、聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺4T或聚酰胺9T。

29.根据权利要求25所述的阻燃聚合物组合物，其中所述聚合物基材包括聚酰胺MXD,6、聚酰胺12,T、聚酰胺10,T、聚酰胺6,T/6,6、聚酰胺6,T/D,T、聚酰胺6,6/6,T/6,I、聚酰胺6/6,T或聚酰胺6,T/6,I。

30.根据权利要求22所述的阻燃聚合物组合物，其中所述聚合物基材包括聚苯醚/苯乙烯类树脂共混物、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯/ABS共混物、甲基丙烯腈/ABS共混物、含α-甲基苯乙烯的ABS、聚酯/ABS、聚碳酸酯/ABS、抗冲改性的聚酯或抗冲改性的聚苯乙烯。

31.根据权利要求22-30中任一项所述的阻燃聚合物组合物，还包含(c)选自其他阻燃剂、增效剂和阻燃助剂的一种或多种化合物。

32.根据权利要求31所述的阻燃聚合物组合物，其中所述一种或多种化合物选自卤代的阻燃剂、烷基或芳基氧化膦、烷基或芳基聚氧化膦、烷基或芳基磷酸酯、烷基或芳基膦酸酯、烷基或芳基次膦酸酯、烷基或芳基次膦酸的盐、碳黑、石墨、碳纳米管、硅氧烷、聚硅氧烷、聚苯醚、三聚氰胺、三聚氰胺衍生物、三聚氰胺缩合产物、三聚氰胺盐、金属氢氧化物、金属氧化物、金属水合氧化物、金属硼酸盐、金属碳酸盐、金属硫酸盐、金属磷酸盐、金属亚磷酸盐、金属次磷酸盐、金属硅酸盐和混合金属盐。

33.根据权利要求32所述的阻燃聚合物组合物，其中所述一种或多种化合物选自三(二烷基次膦酸)铝、亚磷酸氢铝、苄基氧化膦、聚苄基氧化膦、蜜白胺、蜜勒胺、蜜瓜胺、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺金属磷酸盐、三聚氰胺氰脲酸盐、三聚氰胺硼酸盐、滑石、粘土、硅酸钙、铝硅酸盐、作为空心管的铝硅酸盐、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、硫酸钙、磷酸硼、钼酸钙、层胀蛭石、锡酸锌、羟基锡酸锌、硫化锌、硼酸锌、钼酸锌、磷酸锌、氧化镁、氢氧化镁、氧化铝、氢氧化铝氧化物、三水合铝、二氧化硅、锡氧化物、锑氧化物(III和V)、锑(III和V)水合氧化物、钛氧化物、锌氧化物、锌水合氧化物、氧化锆和氢氧化锆。

34.根据权利要求33所述的阻燃聚合物组合物，其中所述一种或多种化合物选自三(二甲基次膦酸)铝、三(二乙基次膦酸)铝、三(二丙基次膦酸)铝、三(二丁基次膦酸)铝、亚甲基二苯基氧化膦取代的聚芳醚、亚二甲苯基双(二苯基氧化膦)、1,2-双-(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)乙烷、4,4’-双(二苯基氧膦基甲基)-1,1’-联苯、蜜白胺、蜜勒胺和二三聚氰胺焦磷酸锌。

35.根据权利要求22所述的阻燃聚合物组合物，还包含选自水滑石粘土、金属硼酸盐、金属氧化物和金属氢氧化物的一种或多种化合物。

36.根据权利要求35所述的阻燃聚合物组合物，其中所述金属硼酸盐、金属氧化物和金属氢氧化物中的金属是锌或钙。

37.一种用于改善聚合物的阻燃性的方法，包括：

将混合物加热至200℃或更高的反应温度以形成阻燃材料，所述混合物包含

i)基于所述混合物的重量，按重量计大多数的一种或多种高沸点水溶性酸稳定型溶剂，所述溶剂具有大于200℃的沸点，和

ii)一种或多种式(I)的膦酸盐：

其中R为H、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基基团，p为2-7的数，M为金属，y为2-7的数，使得M^(+)y为金属阳离子，其中(+)y代表形式上分配给所述阳离子的电荷；

从所述溶剂中分离出所述阻燃材料以产生粉末或小颗粒形式的阻燃材料；和

将所述阻燃材料与聚合物组合。

38.一种粉末或小颗粒形式的阻燃材料，包含经验式(IV)的化合物或经验式(IV)的化合物的混合物

其中R为H、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基基团，q为1-7的数，r为0-5的数，M为金属，y为2-7的数，使得M^(+)y是金属阳离子，其中(+)y代表形式上分配给所述阳离子的电荷，并且n为1或2，条件是2(q)+r＝n(y)，

并且根据ISO 13320通过激光衍射测定，所述粉末或小颗粒的中值粒径为约100μm或更少。

39.根据权利要求38所述的阻燃材料，其中所述中值粒径为约20μm-约80μm。

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