JP2008525573A - 難燃性押出し加工ポリスチレンフォーム組成物 - Google Patents

Abstract

難燃特性を有する押出し加工可能ポリスチレンフォーム組成物、押出し加工した難燃性ポリスチレンフォーム、前記フォームの製造方法、そして前記組成物およびフォームを含んで成る製品を提供する。難燃性押出し加工ポリスチレンフォームに構造式（Ｉ）
【化１】

で表される難燃剤化合物を含有させる。

Description

本発明は、難燃性組成物およびこれから生じさせた押出し加工ポリスチレンフォームに関する。

スチレン系重合体組成物およびフォーム、例えば押出し加工されたポリスチレンフォームなどは押出し加工品、塗料、被膜および雑多な製品の製造で幅広く用いられている。押出し加工ポリスチレンフォームは、優れた断熱特性および高い圧縮強度をもたらすように完全に密封された気泡を有することを特徴とする。

押出し加工ポリスチレンフォームの製造は典型的にスチレン系重合体と難燃剤化合物と発泡剤を混合しそしてその結果として生じさせた混合物をダイスに通して押出し加工してフォームを生じさせることで実施される。それを断熱材として用いる場合、気泡構造の中に空隙部が生じることも空気が入り込むこともないようにすることが重要である。

いくつかの製品用途では、そのような組成物およびフォームの可燃性を低下させる必要があり得る。押出し加工ポリスチレンフォームで用いられる難燃剤化合物には数多くの要求が課せられ、それらには、熱安定性、ポリスチレンに実質的に混和することおよび高い難燃性が含まれる。その難燃剤化合物はまた発泡工程を妨害すべきでもない。例えば、臭素化難燃剤が難燃剤の減成が理由でＨＢｒの気体放出を示すと、一定して密封された気泡構造を維持するのが困難になり得る。従って、そのような難燃剤は押出し加工および発泡条件下で低い熱ＨＢｒ放出を示すべきである。その上、難燃剤の減成が理由でＨＢｒの気体が有意に放出されるとポリスチレンの分子量が低下する可能性もある。理論で範囲を限定することを望むものでないが、ＨＢｒはポリスチレン鎖の切断を引き起こす臭素ラジカルを発生すると考えている。

ハロゲン化難燃剤化合物をいろいろな重合体で用いることが提案されている。例えば特許文献１、２、３、４および５（これらは各々引用することによって全体が組み入れられる）を参照のこと。そのような化合物は典型的に脂肪族、脂環式または芳香族である。ハロゲン化脂肪族化合物はより容易に分解を起こすことからより有効であることが知られている。それと同時にそのような化合物はハロゲン化芳香族難燃剤に比べて低い耐熱性を示す。従って、ハロゲン化脂肪族難燃剤の使用はしばしば加工温度が非常に低い場合に限られる（非特許文献１を参照）。しかしながら、ある化合物が所定の用途で適切であるか否かは当該重合体および取り込み方法に依存する（非特許文献２を参照）。

臭素化脂肪族化合物および脂環式化合物は制限を伴うにも拘らず、そのような化合物を用いる方が望ましい可能性がある。所望温度で減成に対してあまりにも強健である数多くの臭素化芳香族化合物とは異なり、臭素化脂肪族および脂環式化合物は所望の温度で有効である。加うるに、重合体フォームは典型的に所望効果の達成に必要な高充填量に耐えることができない。

従って、押出し加工ポリスチレンフォームで用いるに適していてポリスチレンにも結果としてもたらされるフォームにも悪影響をもたらすことなく高い加工温度で所望の効果を達成する脂肪族および／または脂環式臭素を含有する難燃剤化合物が必要とされている。

米国特許第３，７８４，５０９号 米国特許第３，８６８，３８８号 米国特許第３，９０３，１０９号 米国特許第３，９１５，９３０号 米国特許第３，９５３，３９７号 Ｍａｃｋ，Ａ．Ｇ．、Ｋｉｒｋ Ｏｔｈｍｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ、「Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄｅａｎｔｓ，Ｈａｌｏｇｅｎａｔｅｄ Ｓｅｃｔｉｏｎ ４」、Ｏｎｌｉｎｅ Ｐｏｓｔｉｎｇ Ｄａｔｅ：２００４年９月１７日 Ｔｒｏｉｔｚｓｃｈ，Ｊ．Ｈ．、Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔｓ：Ｆｉｒｅ ａｎｄ Ｆｉｒｅ Ｓａｆｅｔｙ，Ｍａｒｋｅｔｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｏｎｓ，Ｍｏｄｅ ｏｆ Ａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎ Ｆａｍｉｌｉｅｓ，Ｒｏｌｅ ｉｎ Ｆｉｒｅ Ｇａｓｅｓ ａｎｄ Ｒｅｓｉｄｕｅｓ、「Ｃｈｉｍｉｃａ Ｏｇｉ／Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｔｏｄａｙ」、１６巻、１９９８年１月／２月

発明の要約
本発明は一般に難燃性押出し加工ポリスチレンフォームに向けたものである。本発明の１つの面に従い、ポリスチレンフォームに構造：

で表される難燃剤化合物を含有させる。本発明の１つの面では、そのような難燃剤化合物を本フォームの約０．１から約１０重量％の量で存在させる。別の面では、前記難燃剤化合物を本フォームの約０．５から約７重量％の量で存在させる。更に別の面では、前記難燃剤化合物を本フォームの約１から約５重量％の量で存在させる。更に別の面では、前記難燃剤化合物を本フォームの約３から約４重量％の量で存在させる。

初期せん断粘度が１９０℃で約３２分後に低下する度合が約１５％未満である組成物を用いて本フォームを生じさせることができる。１つの面では、初期せん断粘度が１７５℃で約３２分後に低下する度合が約１０％未満である組成物を用いて本フォームを生じさせることができる。

前記ポリスチレンが前記難燃剤化合物が入っていない同じ組成物の中で前記ポリスチレンが示す分子量の少なくとも約９０％の分子量（Ｍ_ｗ）を示す組成物を用いて本フォームを生じさせることができる。別の面では、前記ポリスチレンが前記難燃剤化合物が入っていない同じ組成物の中で前記ポリスチレンが示す分子量の少なくとも約９５％の分子量（Ｍ_ｗ）を示す組成物を用いて本フォームを生じさせることができる。

本フォームは前記難燃剤化合物が入っていない同じポリスチレンフォームと比較して約１から約３のΔＥを示し得る。別の面における本フォームは前記難燃剤化合物が入ってい
ない同じポリスチレンフォームと比較して約１のΔＥを示し得る。

本押出し加工ポリスチレンフォームは製造品の製造で使用可能である。例えば、本押出し加工ポリスチレンフォームは断熱材の製造で使用可能である。

本発明の別の面に従う難燃性押出し加工ポリスチレンフォームは難燃剤化合物を含有し、ここで、このフォームは下記の特徴：
（ａ）本フォームが初期せん断粘度が１９０℃で約３２分後に低下する度合が約１５％未満である組成物から生じさせたフォームであること；
（ｂ）本フォームが初期せん断粘度が１７５℃で約３２分後に低下する度合が約１０％未満である組成物から生じさせたフォームであること；
（ｃ）本フォームが前記ポリスチレンが前記難燃剤化合物が入っていない同じ組成物の中で前記ポリスチレンが示す分子量の少なくとも約９０％の分子量（Ｍ_ｗ）を示す組成物から生じさせたフォームであること；または
（ｄ）本フォームが前記難燃剤化合物が入っていない同じポリスチレンフォームと比較して約１から約３のΔＥを示すこと；
の中の少なくとも１つを示す。

そのような難燃剤化合物は臭素化脂肪族化合物、脂環式化合物またはこれらの組み合わせであってもよい。例えば、そのような難燃剤化合物は

であってもよい。

本発明は、また、三酸化アンチモンを実質的に含有していなくて構造：

で表される難燃剤化合物を含有する押出し加工ポリスチレンフォームも意図する。

本発明は、更に、三酸化アンチモンを実質的に含有しない難燃性押出し加工ポリスチレンフォームを製造する方法も意図し、この方法は、ポリスチレン樹脂を溶融させ、その溶融させたポリスチレンを約０．１重量％から約１０重量％の量の構造：

で表される難燃剤化合物と溶融状態で混合し、前記溶融させたポリスチレンに発泡剤を添加することで難燃性ポリスチレン組成物を生じさせ、そして前記難燃性ポリスチレン組成物をダイスに通して押出し加工することを含んで成る。

発明の詳細な説明
本発明は、一般に、難燃特性を有する押出し加工可能ポリスチレンフォーム組成物、押出し加工した難燃性ポリスチレンフォーム、前記フォームの製造方法、そして前記組成物およびフォームを含んで成る製品に向けたものである。本発明の１つの面に従う難燃性の押出し加工ポリスチレンフォーム組成物はポリスチレンおよび少なくとも１種の難燃剤化合物を含んで成る。場合により、本組成物に１種以上の相乗剤、安定剤または他のいろいろな添加剤を含有させることも可能である。

本発明の難燃剤化合物は構造：

で表される化合物、これの互変異性形態、立体異性体および多形体である［総称的に「化合物（Ｉ）」と呼ぶ］。

化合物（Ｉ）を用いて難燃性組成物を生じさせると結果として熱安定性を示す有効なポリスチレンフォームがもたらされることを見いだした。化合物（Ｉ）は溶融させたポリスチレン樹脂に溶融状態で容易に混ざり合って難燃性組成物をもたらす。化合物（Ｉ）は、加工中に劣化しかつフォームの品質を低下させる傾向がある他の化合物とは異なり、加工中に安定なままでありかつポリスチレンフォームの生成に悪影響を及ぼすこともない。

本発明の１つの面に従い、本難燃性組成物が示す初期せん断粘度が１９０℃で約３２分後に低下する度合は約１５％未満である。別の面では、初期せん断粘度が１７５℃で約３２分後に低下する度合が約１０％未満である組成物を用いて本フォームを生じさせることができる。

前記ポリスチレンが前記難燃剤化合物が入っていない同じ組成物の中で前記ポリスチレンが示す分子量の少なくとも約９０％の分子量（Ｍ_ｗ）を示す組成物を用いて本フォームを生じさせることができる。１つの面では、前記ポリスチレンが前記難燃剤化合物が入っ
ていない同じ組成物の中で前記ポリスチレンが示す分子量の少なくとも約９５％の分子量（Ｍ_ｗ）を示す組成物を用いて本フォームを生じさせる。

加うるに、本フォームの色は前記難燃剤化合物（Ｉ）の存在によって有意な影響を受けることはない。本フォームは、前記難燃剤化合物を伴わない重合体と比較して約０から約１０のΔＥを示し得る。１つの面における本フォームは約０から約５のΔＥを示す。別の面における本フォームは約０から約３のΔＥを示す。別の面における本フォームは約１から約３のΔＥを示す。別の面における本フォームは前記難燃剤化合物が入っていない同じポリスチレンフォームと比較して約１のΔＥを示す。

前記難燃剤化合物を本組成物に典型的には本組成物の約０．１から約１０重量％の量で存在させる。１つの面では、前記難燃剤化合物を本組成物の約０．３から約８重量％の量で存在させる。別の面では、前記難燃剤化合物を前記重合体の約０．５から約７重量％の量で存在させる。更に別の面では、前記難燃剤化合物を本組成物の約１から約５重量％の量で存在させる。更に別の面では、前記難燃剤化合物を本組成物の約３から約４重量％の量で存在させる。いろいろな典型的な範囲を本明細書に示したが、使用する難燃剤化合物の正確な量は望まれる難燃度、用いる特定の重合体および結果としてもたらされる製品の最終使用に依存すると理解されるべきである。

本発明の押出し加工フォームをスチレン系重合体から生じさせる。本発明に従って使用可能なスチレン系重合体には、ビニル芳香族単量体、即ち不飽和部分と芳香部分を有する単量体のホモ重合体および共重合体が含まれる。

本発明の１つの面に従い、そのようなビニル芳香族単量体は式：
Ｈ_２Ｃ＝ＣＲ−Ａｒ
［式中、Ｒは水素または炭素原子数が１から４のアルキル基であり、そしてＡｒは炭素原子数が約６から約１０の芳香基（環がアルキル置換およびハロ置換されているいろいろな芳香単位を包含）である］
で表される。そのようなビニル芳香族単量体の例には、これらに限定するものでないが、スチレン、アルファ−メチルスチレン、オルソ−メチルスチレン、メタ−メチルスチレン、パラ−メチルスチレン、パラ−エチルスチレン、イソプロペニルトルエン、イソプロペニルナフタレン、ビニルトルエン、ビニルナフタレン、ビニルビフェニル、ビニルアントラセン、ジメチルスチレン、ｔ−ブチルスチレン、数種のクロロスチレン（例えばモノ−およびジクロロ種）および数種のブロモスチレン（例えばモノ−、ジブロモ−およびトリブロモ種）が含まれる。

本発明の１つの面に従う単量体はスチレンである。本技術分野で公知の塊状またはマス、溶液、懸濁液または乳液重合技術を用いるとポリスチレンが容易に生じる。重合はフリーラジカル、カチオン性またはアニオン性開始剤、例えばジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、アゾ−ビス（イソブチロニトリル）、ジ−ベンゾイルパーオキサイド、過安息香酸ｔ−ブチル、ジクミルパーオキサイド、過硫酸カリウム、三塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素、エーテラート錯体、四塩化チタン、ｎ−ブチルリチウム、ｔ−ブチルリチウム、クミルカリウム、１，３−トリリチオシクロヘキサンなどの存在下で実施可能である。スチレンの重合を単独またはスチレンと一緒に共重合し得る１種以上の単量体の存在下で起こさせることに関する追加的詳細は良く知られており、本明細書に詳細には記述しない。

そのようなポリスチレンの分子量は典型的に少なくとも約１，０００である。本発明の１つの面に従い、ポリスチレンの分子量を少なくとも約５０，０００にする。本発明の別の面に従い、ポリスチレンの分子量を約１５０，０００から約５００，０００にする。しかしながら、適切または望まれる場合には分子量がより高いポリスチレンを用いることも
可能であると理解されるべきである。

本発明の難燃性組成物に場合により相乗剤を含有させることも可能である。そのような相乗剤を一般に本組成物の約０．０１から約５重量％の量で存在させてもよい。１つの面では、相乗剤を本組成物の約０．０５から約３重量％の量で存在させる。別の面では、相乗剤を本組成物の約０．１から約１重量％の量で存在させる。更に別の面では、相乗剤を本組成物の約０．１から約０．５重量％の量で存在させる。更に別の面では、相乗剤を本組成物の約０．４重量％の量で存在させる。

相乗剤総量と難燃剤化合物総量の比率を約１：１から約１：７にしてもよい。本発明の１つの面に従い、相乗剤総量と難燃剤化合物総量の比率を約１：２から約１：４にする。本発明で用いるに適し得る相乗剤の例には、これらに限定するものでないが、ジクミルパーオキサイド、酸化鉄、酸化亜鉛、ホウ酸亜鉛、およびＶ族元素、例えばビスマス、ヒ素、燐およびアンチモンなどの酸化物が含まれる。本発明の１つの面に従う相乗剤はジクミルである。

しかしながら、相乗剤の使用を本明細書に記述するが、有効な難燃性組成物を達成しようとする時に相乗剤は必ずしも必要でないと理解されるべきである。このように、本発明の１つの面に従い、本難燃性組成物に相乗剤を実質的に含有させない。本発明の更に別の面に従い、本難燃性組成物に実質的にアンチモン化合物を含有させない。本発明の別の面に従い、本組成物に相乗剤を含有させるが、実質的に三酸化アンチモンを含有させない。

本発明の難燃性フォームに場合により熱安定剤を含有させてもよい。安定剤の例には、これらに限定するものでないが、ゼオライト、ヒドロタルサイト、タルク、有機錫安定剤、例えばブチル錫、オクチル錫およびメチル錫メルカプチド、ブチル錫カルボキシレート、オクチル錫マレエート、ジブチル錫マレエート、エポキシ誘導体、高分子量アクリル系結合剤、金属酸化物、例えばＺｎＯ、ＣａＯおよびＭｇＯなど、混合金属安定剤、例えば亜鉛、カルシウム／亜鉛、マグネシウム／亜鉛、バリウム／亜鉛およびバリウム／カルシウム／亜鉛安定剤など、金属のカルボン酸塩、例えば亜鉛、カルシウム、バリウムなどのステアリン酸塩または他の長鎖カルボン酸塩、金属の燐酸塩、例えばナトリウム、カルシウム、マグネシウムまたは亜鉛などの燐酸塩、またはこれらの任意組み合わせが含まれる。

そのような熱安定剤を一般に難燃剤化合物の約０．０１から約１０重量％の量で存在させてもよい。１つの面では、熱安定剤を難燃剤化合物の約０．３から約１０重量％の量で存在させる。別の面では、熱安定剤を難燃剤化合物の約０．５から約５重量％の量で存在させる。更に別の面では、熱安定剤を難燃剤化合物の約１から約５重量％の量で存在させる。更に別の面では、熱安定剤を難燃剤化合物の約２重量％の量で存在させる。

本発明の組成物およびフォームで使用可能な他の添加剤には、例えば押出し加工助剤（例えばステアリン酸バリウムまたはステアリン酸カルシウム）、またはジクミル化合物および誘導体、染料、顔料、充填材、熱安定剤、抗酸化剤、帯電防止剤、補強剤、金属捕捉剤もしくは不活性化剤、衝撃改良剤、加工助剤、離型剤、滑剤、アンチブロッキング剤、他の難燃剤、他の熱安定剤、抗酸化剤、紫外線安定剤、可塑剤、流動助剤および同様な材料が含まれる。必要ならば、気泡の大きさを制御する目的で核形成剤（例えばタルク、ケイ酸カルシウムまたはインジゴ）を本ポリスチレン組成物に含有させることも可能である。

本発明の難燃性組成物を用いて難燃性ポリスチレンフォーム、例えば押出し加工ポリスチレンフォームなどを生じさせることができる。難燃性ポリスチレンフォームの製造は本
技術分野で公知の適切な方法のいずれかを用いて実施可能である。そのようなフォームはいろいろな用途で使用可能であり、このような用途には、これらに限定するものでないが、断熱材が含まれる。

１つの典型的な手順は、ポリスチレン樹脂を押出し加工機内で溶融させることを伴う。次に、その溶融させた樹脂を混合装置、例えばローター上のスタッドと互いにかみ合っているスタッド付き内部表面を有するハウジング内に封じ込められているスタッド付きローターを有する回転式混合装置などに移送する。その溶融させた樹脂および揮発性発泡剤（ｆｏａｍｉｎｇ ｏｒ ｂｌｏｗｉｎｇ ａｇｅｎｔ）を前記混合装置の入り口末端部に送り込みそして出口末端部から排出させるが、その流れは一般に軸方向である。前記混合装置から出たゲルを冷却装置の中に通しそして前記冷却装置からダイスに通すことで、一般に長方形の板を押出し加工する。そのような手順は例えば米国特許第５，０１１，８６６号（引用することによって全体が組み入れられる）に記述されている。他の手順、例えば米国特許第３，７０４，０８３号および５，０１１，８６６号（これらは各々引用することによって全体が本明細書に組み入れられる）などに記述されている手順は、本フォームの押出し加工および発泡を大気圧以下、大気圧および大気圧以上の圧力条件下で起こさせる装置の使用を包含する。他の適切な発泡工程の例が例えば米国特許第２，４５０，４３６号、２，６６９，７５１号、２，７４０，１５７号、２，７６９，８０４号、３，０７２，５８４号および３，２１５，６４７号（これらは各々引用することによって全体が組み入れられる）などに見られる。

本発明の難燃性押出し加工ポリスチレンフォームを製造する時、いろいろな発泡剤を用いることができる。適切な材料の例が米国特許第３，９６０，７９２号（引用することによって全体が本明細書に組み入れられる）に示されている。この目的で揮発性の炭素含有化学物質が幅広く用いられており、それらには例えば脂肪族炭化水素（エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブチレン、イソブタン、ペンタン、ネオペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタンまたはこれらの任意混合物を包含）、揮発性ハロカーボンおよび／またはハロヒドロカーボン、例えば塩化メチル、クロロフルオロメタン、ブロモクロロジフルオロメタン、１，１，１−トリフルオロエタン、１，１，１，２−テトラフルオロエタン、ジクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロトリフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、ｓｙｍ−テトラクロロジフルオロエタン、１，２，２−トリクロロ−１，１，２−トリフルオロエタン、ｓｙｍ−ジクロロテトラフルオロエタンなど、揮発性テトラアルキルシラン、例えばテトラメチルシラン、エチルトリメチルシラン、イソプロピルトリメチルシランおよびｎ−プロピルトリメチルシランなど、およびこれらの任意混合物が含まれる。フッ素含有発泡剤の１つの例は、商標名ＨＦＣ−１５２ａ（ＦＯＲＭＡＣＥＬ Ｚ−２、Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏ．）の下で供給されている１，１−ジフルオロエタンである。また、水含有植物性物質、例えば微細トウモロコシ穂軸も発泡剤として使用可能である。米国特許第４，５５９，３６７号（引用することによって全体が本明細書に組み入れられる）に記述されているように、そのような植物性物質はまた充填材としても働き得る。また、二酸化炭素を発泡剤またはこれの成分として用いることも可能である。二酸化炭素を発泡剤として用いる方法が例えば米国特許第５，００６，５６６号、５，１８９，０７１号、５，１８９，０７２号および５，３８０，７６７号（これらは各々引用することによって全体が本明細書に組み入れられる）に記述されている。発泡剤および発泡剤混合物の他の例には、窒素、アルゴン、または二酸化炭素を伴うか或は伴わない水が含まれる。必要ならば、そのような発泡剤もしくは発泡剤混合物を適切な揮発性を示すアルコール、炭化水素またはエーテルと混合してもよい。例えば米国特許第６，４２０，４４２号（引用することによって全体が本明細書に組み入れら）を参照のこと。

本押出し加工ポリスチレンフォームに典型的にはこの上でフォームを生じさせる時に用
いる組成物に関連して示したいろいろな成分および添加剤を関連した量で含有させてもよい。従って、例えば、本発明の押出し加工ポリスチレンフォームに難燃剤化合物を本フォームの約０．１から約１０重量％の量で含有させてもよい。１つの面では、そのような難燃剤化合物を本フォームの約０．３から約８重量％の量で存在させる。別の面では、そのような難燃剤化合物を本フォームの約０．５から約７重量％の量で存在させる。更に別の面では、そのような難燃剤化合物を本フォームの約１から約５重量％の量で存在させる。更に別の面では、そのような難燃剤化合物を本フォームの約３から約４重量％の量で存在させる。特定の範囲および量を本明細書に記述したが、本発明では本フォームに入れる成分の他の相対量も意図すると理解されるべきである。

以下の実施例で本発明を更に例示するが、決して本発明の範囲に対して限定を課すとして解釈されるべきではない。それとは対照的に、本発明の精神からも添付請求の範囲からも逸脱しない限り本明細書に示した説明を読んだ後の本分野の通常の技術者に思い浮かぶであろう本発明の他のいろいろな面、態様、修飾形および相当物を用いてもよいと明瞭に理解されるべきである。

Ｎ，２−３−ジブロモプロピル−４，５−ジブロモヘキサヒドロフタルイミド［「化合物（Ｉ）」］の調製を下記の典型的な手順に従って実施した。他の手順も本技術分野で公知であるが、本明細書では考察しない。

窒素流および水冷還流冷却器を取り付けておいた５Ｌのジャケット付き四つ口フラスコにキシレンを９００ｇおよび無水テトラヒドロフタル酸（ＴＨＰＡ、９５−９６％）を１ｋｇ（６．５７モル）仕込んだ。そのスラリーを撹拌（２５０ｒｐｍ）しながらこれにアリルアミン（４１３ｇ、７．２３モル）を滴下漏斗経由で４５分かけて加えた。反応が発熱反応であることから、３０℃に設定した循環浴流体を用いて温度を５０から８０℃に維持した。アリルアミン添加が終了した後、浴の温度を高くして１６５℃にして、２時間保持した（ＧＣで反応が完了した）。循環浴流体の温度を下げて１５０℃にした後、真空アスピレーター（〜３”Ｈｇ、Ｒｘｎ Ｔ＝１３８−１４０℃）を用いて溶媒を除去した。キシレンの大部分を除去した後、浴の温度を下げて６５℃にし（Ｒｘｎ Ｔ＝５６℃）、ＢＣＭ（ブロモクロロメタン）を５００ｇ加えた後、塩基洗浄液を用いて洗浄した。水溶液（１，２６０ｇの水、５０ｇのＮａ_２ＣＯ_３）を加え、撹拌した後、相分離を起こさせた。暗赤色／褐色の有機相［１，９０７ｇ：〜５００ｇのＢＣＭ、〜１，２５６ｇの生成物（６５．８重量％）、〜２００ｇのキシレン］をオレンジ色の水相（１，３３２ｇ）から分離した。ＧＣ分析は苛性処理後の生成物面積は〜１００％であることを示していた。

窒素流を取り付けておいた５Ｌのジャケット付き四つ口フラスコにＢＣＭを約５００ｇ、ＨＢｒ水溶液を約２０ｇ、エタノールを約２０ｇ仕込んだ後、循環浴温度を低くして約２から３℃にした（初期反応温度＝５℃）。その溶媒を撹拌（３００ｒｐｍ）しながらこれの表面の上に臭素が約２，２０９ｇ（１３．８モル、２．１−２．２当量）の溶液およびＴＨＰＡＩ（１，９０７ｇ）のＢＣＭ／キシレン溶液をフラスコの反対側末端部から滴下漏斗経由で約２．５時間かけて一緒に供給した。反応温度を３３℃未満に維持した。その溶液を更に３０分間撹拌した後、水（１４５０ｇ）とＮａ_２ＳＯ_３（２０ｇ、０．１６モル、ＦＷ＝１２６）とＮａ_２ＣＯ_３（９０ｇ、０．８５モル、ＦＷ＝１０６）の水溶液を加えて有機相を洗浄した（水相のｐＨ＝８−９）。４５℃の反応槽にメタノール（１．７ｋｇ）を加えた後、反応温度を高くして約５０℃にした（浴温度約６８℃）。その反応槽を室温に冷却しながらメタノールを更に１ｋｇ加えた。粉末を濾過で取り出し、メタノールで濯いだ後、約６５℃の空気循環オーブン内で約２．５時間乾燥させることで融点が１０４−１１８℃の白色粉末である生成物を２，６２５ｇ（７６％の収率）得た。

難燃効力を例示する目的で、Ｎ，２−３−ジブロモプロピル−４，５−ジブロモヘキサヒドロフタルイミド［「化合物（Ｉ）」］を含有させたいろいろな組成物を調製して、それらにＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄ ２８６３−８７［通
常は限界酸素指数（ＬＯＩ）試験と呼ばれる］を受けさせた。この試験において、当該組成物が示す難燃性はＬＯＩ値が高ければ高いほど高い。

サンプルＡの調製を、濃縮物（化合物Ｉが１０重量％）を生じさせた後に前記濃縮物を混ぜ物無しの樹脂に濃縮物が約３５重量％で混ぜ物無し樹脂であるＰＳ−１６８が約６５重量％になるような比率で入れた後、二酸化炭素注入を用いて低密度のフォームを押出し加工した。ＰＳ−１６８は、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能な非難燃等級の一般用途用未補強結晶ポリスチレンである。それの重量平均分子量は約１７２，０００ダルトンでありかつ数平均分子量は約１１０，０００ダルトンである（ＧＰＣで測定）。分子量分析の測定をＷａｔｅｒｓ ４１０示差屈折計とＰｒｅｃｉｓｉｏｎ ＤｅｔｅｃｔｏｒｓモデルＰＤ−２０００光散乱強度検出器が備わっているモジュラーＷａｔｅｒｓ ＨＰＬＣ装置を用いてＴＨＦ中で実施した。分離の実施で用いたカラムは２ ＰＬ Ｇｅｌ Ｍｉｘｅｄ Ｂｅｄ Ｂカラム（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｓの）であった。ポリスチレン標準もまたＰｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｓ製であり、これを分子量値を測定する時の較正標準として用いた。

その濃縮物の化合物（Ｉ）含有量を約１０重量％、ヒドロタルサイトである熱安定剤含有量を約０．５重量％、Ｍｉｓｔｒｏｎ Ｖａｐｏｒ Ｔａｌｃ含有量を約４．３重量％、ステアリン酸カルシウム含有量を約１．５重量％およびＤｏｗ ＰＳ−１６８含有量を約８３．７重量％にした。その濃縮物の製造をＷｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｈｌｅｉｄｅｒｅｒ
ＺＳＫ−３０同方向回転２軸押出し加工機を用いて溶融物の温度を約１７５℃にして実施した。標準的分散混合用スクリュープロファイルを約２５０ｒｐｍおよび約８ｋｇ／時の送り速度で用いた。ＰＳ−１６８樹脂を単軸重力供給装置で送り、粉末添加剤を前以て混合しておき、そして２軸粉末供給装置を用いて供給した。

次に、同じ２軸押出し加工機を用いて前記濃縮物を混ぜ物無しのＤｏｗポリスチレンＰＳ−１６８の中に濃縮物が約３５重量％でポリスチレンが約６５重量％の比率になるように混合することでフォームを生じさせたが、この場合には下記の条件を用いた：ゾーン１の温度（約１７５℃）、ゾーン２の温度（約１６０℃）、ゾーン３の温度（約１３０℃）およびゾーン４の温度（約１３０℃）、ダイスの温度（約１４５℃）、スクリューの速度（約６０ｒｐｍ）、供給速度（約３．２ｋｇ／時）、４０／８０／１５０のスクリューパック、約２９０から約３１０ｐｓｉｇの二酸化炭素圧、約１６０℃の溶融物温度、約６３から約７０％のトルク、および約２から約３フィート／分の取り出し速度。

フォームの難燃剤含有量を約３．５重量％（臭素を約２．２重量％）および発泡過程用核形成剤としてのタルク含有量を約１．５重量％にした。また、押出し加工およびフォーム成形工程中の難燃剤を安定化させる目的でＤＨＴ４Ａヒドロタルサイトも難燃剤化合物の約５重量％の量で用いた。フォームを製造する目的で、標準的なストランド用２穴ダイス（穴の直径が１／８インチ）を一方の穴を塞いだ状態で用いた。その結果として得た直径が５／８インチのフォーム棒材は非常に薄い表面スキン（０．００５インチ以下）を有しかつ微細な独立気泡構造を有していた。二酸化炭素ガスをバレル＃８の中に注入した（ＺＳＫ−３０は９バレルの押出し加工機である）。前記棒材を二酸化炭素で密度が約９．０ポンド／立方フィート（０．１４の比重）になるまで発泡させた。

濃縮物にＳＡＹＴＥＸ（商標）ＨＰ９００ＳＧ可溶化ヘキサブロモシクロドデカン（ＨＢＣＤ）を約９重量％含有させる以外はサンプルＡと同様にして対照サンプルＫの調製を実施した。

その評価結果を表１に示す。

この結果は、Ｎ，２−３−ジブロモプロピル−４，５−ジブロモヘキサヒドロフタルイミドの方が市販のＨＢＣＤよりも高い効果を示す難燃剤であることを示している。

本発明に従って用いるＮ，２−３−ジブロモプロピル−４，５−ジブロモヘキサヒドロフタルイミド［「化合物（Ｉ）」］が示す熱安定性の評価を熱ＨＢｒ測定試験（Ｔｈｅｒｍａｌ ＨＢｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｓｔ）を用いて実施した。

最初に、難燃剤のサンプルを約０．５から約１．０ｇの量で計量して５０ｍＬの三つ口丸底フラスコに入れた。次に、前記フラスコが有する開口部の中の１つにテフロン製配管を取り付けた。窒素を前記テフロン製配管経由で前記フラスコの中に約０．５ＳＣＦＨの流量で送り込んだ。前記フラスコが有する別の開口部に小型の還流冷却器を取り付けた。３番目の開口部を塞いだ。前記還流冷却器の中に水中約５０体積％のグリコール溶液を約８５℃の温度で流した。前記冷却器の上部およびガス洗浄用ボトルにビトン（Ｖｉｔｏｎ）製配管を取り付けた。更に２個のボトルを前記１番目のボトルに直列で取り付けた。３個のボトル全部に約０．１ＮのＮａＯＨ溶液を約９０ｍＬ入れた。装置を組み立てた後、窒素をその系の中に約２分間流し込んで洗浄した。次に、前記丸底フラスコを約２２０℃のオイルバスの中に入れて、サンプルを約１５分間加熱した。次に、そのフラスコを前記オイルバスから取り出した後、窒素を用いたパージ洗浄を約２分間実施した。前記３個のガス洗浄用ボトルの内容物を６００ｍＬのビーカーに移した。前記ボトルおよびビトン製配管を濯いで前記ビーカーの中に入れた。次に、その内容物を約１：１のＨＮＯ_３で酸性にした後、約０．０１ＮのＡｇＮＯ_３を用いて滴定した。サンプルに実験を重複して受けさせ、そして２測定値の平均を報告した。押出し加工可能ポリスチレンフォームまたは押出し加工されたポリスチレンフォームに入れる熱安定性難燃剤にとって熱ＨＢｒ値が低い方が好適である。

また、ＳＡＹＴＥＸ（商標）ＨＰ−９００にも評価をこの上に記述した如く受けさせた。ＳＡＹＴＥＸ（商標）ＨＰ−９００はＡｌｂｅｍａｒｌｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから商業的に入手可能なＨＢＣＤである。

評価結果を表２に示す。

この評価の結果は、本明細書に記述する難燃剤は熱に安定なことから押出し加工されたポリスチレンフォームで用いられる典型的な加工温度に加熱された時に分解を起こして熱
で開裂してもたらされるＨＢｒを過度な量で放出することはないことを示している。

また、Ｎ，２−３−ジブロモプロピル−４，５−ジブロモヘキサヒドロフタルイミド［「化合物（Ｉ）」］がポリスチレン中で示す溶融安定性も評価した。サンプルを調製した後、それにＡＳＴＭ標準試験方法Ｄ ３８３５−９０（一般に溶融安定性試験と呼ぶ）を受けさせた。

化合物（Ｉ）がポリスチレンに約１０重量％入っている濃縮物を含有させたいろいろなサンプルをバレル内で加熱した後、経時的押出し加工を実施した。Ｄｙｎｉｓｃｏ−Ｋａｙｅｎｅｓｓ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＬＣＲ ６０５２ Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ（Ｍｏｄｅｌ Ｄ６０５２Ｍ−１１５、連続番号９７０８−４５４）／ＷｉｎＫＡＲＳ装置／ソフトウエアパッケージを用いて粘度を加熱バレル内の時間の関数として測定した。評価をＬ／ｄが２０／１の炭化タングステン製ダイスおよび９．５５ｍｍのバレル直径を用いて５００秒^−１のせん断速度で滞留時間が約６．５、１３、９．５、２５．９および３２．４分になるように実施した。熱安定性を示す材料の場合、その粘度は経時的に実質的に変化すべきではない。

サンプルＡおよびＫは、この上の実施例２に記述した通りである。対照サンプルＰＳ−１６８はＰＳ−１６８ポリスチレン樹脂（難燃剤化合物無し）である。

比較サンプルＬの調製を化合物（ＩＩ）を約１３重量％とヒドロタルサイトである熱安定剤を約０．５重量％とＭｉｓｔｒｏｎ Ｖａｐｏｒ Ｔａｌｃを約４．３重量％とステアリン酸カルシウムを約１．５重量％とＤｏｗ ＰＳ−１６８を約８０．７重量％含有するＰＳ−１６８樹脂の濃縮物を作成することを通して実施した。

前記濃縮物の製造をＷｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｈｌｅｉｄｅｒｅｒ ＺＳＫ−３０同方向回転２軸押出し加工機を用いて溶融物の温度を約１７５℃にして実施した。標準的分散混合用スクリュープロファイルを約２５０ｒｐｍおよび約８ｋｇ／時の送り速度で用いた。ＰＳ−１６８樹脂濃縮物と粉末添加剤を前以て混合しておき、そして単軸重力供給装置で送った。その濃縮物の流れは劣り、経時的に暗オレンジ色に変わった。気体放出が起こることに加えて樹脂の溶融強度が失われた。約１０分間の押出し加工後にストランドを生じさせるのが不可能になった。

比較サンプルＭの調製を化合物（ＩＩＩ）を約１２．５重量％とヒドロタルサイトである熱安定剤を約０．５重量％とＭｉｓｔｒｏｎ Ｖａｐｏｒ Ｔａｌｃを約４．３重量％とステアリン酸カルシウムを約１．５重量％とＤｏｗ ＰＳ−１６８を約８１．２重量％含有するＰＳ−１６８樹脂の濃縮物を作成することを通して実施した。

前記濃縮物の製造をＷｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｈｌｅｉｄｅｒｅｒ ＺＳＫ−３０同方向回転２軸押出し加工機を用いて溶融物の温度を約１７５℃にして実施した。標準的分散混合用スクリュープロファイルを約２５０ｒｐｍおよび約８ｋｇ／時の送り速度で用いた。ＰＳ−１６８樹脂濃縮物と粉末添加剤を前以て混合しておき、そして単軸重力供給装置で送った。その濃縮物は溶融強度および良好なストランド形成を維持する意味でかなり良好に流れたが、材料が最初から暗赤色−オレンジ色に変わった。初期の気体放出は約５−１０分後に安定になった。

評価の結果を表３および４に示す。

サンプルＡ−ｃｏｎｃが示したせん断粘度は１７５℃の時は安定なままであった（初期値の５％以内）。サンプルＡ−ｃｏｎｃは１９０℃の時にいくらか僅かに不安定さを示し始め、せん断粘度が約１３％低下することが分かった。

サンプルＬ−ｃｏｎｃのせん断粘度は１７５℃の評価終了時に不安定さを示し始めた、と言うのは、せん断粘度が初期値の１５％を越えて落下したからである。サンプルＭ−ｃｏｎｃのせん断粘度は試験の３２分間の滞留時間全体に渡って流れ特性の点で安定であり、それのせん断粘度は測定全体に渡って安定なままであった（初期値の５％以内）。サンプルＬ−ｃｏｎｃおよびＭ−ｃｏｎｃが１９０℃で示すせん断粘度は測定しなかった。

押出し加工がいろいろな難燃性濃縮物およびフォームの分子量に対して示す影響を押出し加工前および後のサンプルをＧＰＣで評価することで測定した。

サンプルＡおよびＫは実施例２に記述した通りである。サンプルＬ、Ｍ、ＮおよびＰＳ−１６８は実施例４に記述した通りである。サンプルＮは、化合物（Ｉ）の代わりに化合物（ＩＶ）を３０重量％用いる以外は実施例２に示した如く調製したサンプルであった。

濃縮物の化合物（ＩＶ）含有量を約３０重量％（１．１１ｋｇ）にしかつＰＳ−１６８の含有量を約７０重量％（２．５９ｋｇ）にした。この濃縮物の製造をＬｅｉｓｔｒｉｔｚ／Ｈａａｋｅ Ｍｉｃｒｏ １８異方向回転２軸押出し加工機を用いて溶融物の温度を約１７０℃にして実施した。標準的分散混合用スクリュープロファイルを約１００ｒｐｍおよび約３ｋｇ／時の送り速度で用いた。ポリスチレン樹脂濃縮物と粉末添加剤を前以て混合しておき、そして単軸重力供給装置で送った。押出し加工ストランドは若干の発泡と臭気を示し、このことは、熱によるＨＢｒ放出が起こったことを示していた。

この結果は、化合物（Ｉ）は非常に安定であり、ポリスチレンをいくらか劣化させるとしても最小限であることを示している。それとは対照的に、化合物（ＩＩ）および化合物（ＩＶ）はポリスチレンを大きく劣化させ、従って、難燃性押出し加工ポリスチレンフォームの製造には適さない。

いろいろな難燃性濃縮物が示すデルタＥ（ΔＥ）値を測定する目的でＨｕｎｔｅｒ Ｌａｂ ＣｏｌｏｒＱＵＥＳＴ Ｓｐｅｃｔｒｏｃｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒ（拡散形態）をＡＳＴＭ Ｄ６２９０−９８「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｏｌｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｐｅｌｌｅｔｓ」に従って用いた。

サンプルＡ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、ＮおよびＰＳ−１６８は上述した如くである。その結果を表６に示す。

この結果は、化合物（Ｉ）はポリスチレンフォームの製造で用いるに非常に適することを示していた。色が変化しないことは熱安定性が高くて重合体の劣化はほとんどか或は全く起こらないことの指標である。サンプルＬ−ｆｏａｍおよびＭ−ｆｏａｍは大きく着色したことから、難燃剤化合物（ＩＩ）および（ＩＩＩ）は押出し加工ポリスチレンフォームの製造には適さない。

この上で行った記述は例示および説明の目的で示したものである。これは完全さを意図するものでない、即ち本発明をその開示した正確な実施例および態様に限定することを意図するものでない。この上に示した教示に照らして他の修飾または変更を行うことは可能である。考察した態様１種または２種以上は、本分野の通常の技術者が本発明をいろいろな面で意図した個々の使用に適するようにいろいろな修飾を伴わせて実施することができるように本発明の原理の最良の例示を示す目的で選択および記述したものである。そのような修飾形および変形は全部、正当および法的に受ける権利がある幅に応じて解釈した時に添付請求項で決まる如き本発明の範囲内である。

本請求項で物質、成分および／または材料を現在時制（「含んで成る」、「である」など）で言及することがあり得るかもしれないが、そのような言及は、それを他の１種以上の物質、成分および／または材料に最初に接触、ブレンドまたは混合する直前の時間にそれが存在していたようにか或はそれを溶液の状態で生じさせる場合にはそれを溶液の状態で生じさせなかった時に存在していたかのように当該物質、成分または材料を言及するものであり、それらは全部本開示に従うものである。ある物質、成分または材料がそのような接触、ブレンド、混合またはインシトゥ生成などの過程中に起こる化学反応または変換を通してそれの元々の同定を失うことがあろうとも、それを本開示に従って実施するならば問題ではない。

Claims (18)

1. 構造：
   

   

   で表される難燃剤化合物を含有する難燃性押出し加工ポリスチレンフォーム。
2. 前記難燃剤化合物が該フォームの約０．１から約１０重量％の量で存在する請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
3. 前記難燃剤化合物が該フォームの約０．５から約７重量％の量で存在する請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
4. 前記難燃剤化合物が該フォームの約１から約５重量％の量で存在する請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
5. 前記難燃剤化合物が該フォームの約３から約４重量％の量で存在する請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
6. 初期せん断粘度が１９０℃で約３２分後に低下する度合が約１５％未満である組成物から生じさせた請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
7. 初期せん断粘度が１７５℃で約３２分後に低下する度合が約１０％未満である組成物から生じさせた請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
8. 前記ポリスチレンが前記難燃剤化合物が入っていない同じ組成物の中で前記ポリスチレンが示す分子量の少なくとも約９０％の分子量（Ｍ_ｗ）を示す組成物から生じさせた請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
9. 前記ポリスチレンが前記難燃剤化合物が入っていない同じ組成物の中で前記ポリスチレンが示す分子量の少なくとも約９５％の分子量（Ｍ_ｗ）を示す組成物から生じさせた請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
10. 前記難燃剤化合物が入っていない同じポリスチレンフォームと比較して約１から約３のΔＥを示す請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
11. 前記難燃剤化合物が入っていない同じポリスチレンフォームと比較して約１のΔＥを示す請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
12. 製造品として提供された請求項１記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
13. 前記製造品が断熱材である請求項１２記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
14. 難燃剤化合物を含有する難燃性押出し加工ポリスチレンフォームであって、下記の特徴：
    （ａ）該フォームが初期せん断粘度が１９０℃で約３２分後に低下する度合が約１５％未満である組成物から生じさせたフォームであること；
    （ｂ）該フォームが初期せん断粘度が１７５℃で約３２分後に低下する度合が約１０％未満である組成物から生じさせたフォームであること；
    （ｃ）該フォームが前記ポリスチレンが前記難燃剤化合物が入っていない同じ組成物の中で前記ポリスチレンが示す分子量の少なくとも約９０％の分子量（Ｍ_ｗ）を示す組成物から生じさせたフォームであること；または
    （ｄ）該フォームが前記難燃剤化合物が入っていない同じポリスチレンフォームと比較して約１から約３のΔＥを示すこと；
    の中の少なくとも１つを示す難燃性押出し加工ポリスチレンフォーム。
15. 前記難燃剤化合物が臭素化脂肪族化合物、脂環式化合物またはこれらの組み合わせである請求項１４記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
16. 前記難燃剤化合物が
    

    

    である請求項１４記載の押出し加工ポリスチレンフォーム。
17. 三酸化アンチモンを実質的に含有していなくて構造：
    

    

    で表される難燃剤化合物を含有する押出し加工ポリスチレンフォーム。
18. 三酸化アンチモンを実質的に含有しない難燃性押出し加工ポリスチレンフォームを製造する方法であって、
    ポリスチレン樹脂を溶融させ、
    その溶融させたポリスチレンを約０．１重量％から約１０重量％の量の構造：
    

    

    で表される難燃剤化合物と溶融状態で混合し、
    前記溶融させたポリスチレンに発泡剤を添加することで難燃性ポリスチレン組成物を生じさせ、そして
    前記難燃性ポリスチレン組成物をダイスに通して押出し加工する、
    ことを含んで成る方法。