JP2022021767A - オキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の環状ホスファゼン化合物は、オキサホスホリン環含有構造を有するものであり、下記の式(1)で表される。
炭素数1~6のアルキル基およびアリール基から選ばれる少なくとも一種の基が置換されていても良い、炭素数が1~8のアルキル基若しくはアルコキシ基。
炭素数1~6のアルキル基およびアリール基から選ばれる少なくとも一種の基が置換されていても良い、炭素数6~20のアリール基若しくはアリールオキシ基。
R1とR2との相互間で形成された飽和の若しくは不飽和の環状構造であり、この環状構造は炭素数が1~6のアルキル基またはカルボニル基により置換されていても良い。
本発明の環状ホスファゼン化合物混合物は、本発明に係るオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物を二種類以上含むものである。この混合物の例としては、本発明に係るオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物の具体例として挙げたものの任意の混合物が挙げられる。本発明の環状ホスファゼン化合物を電気・電子部品用の樹脂成形体の製造用材料として用いる場合、式 (1)のnが3であるシクロトリホスファゼン化合物および式(2)のnが4であるシクロテトラホスファゼン化合物であって、組合せ例1、2および3の群から選択した任意の組合せの混合物が好ましい。
本発明に係るオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物は、例えば、下記の非特許文献1および2に記載されているような環状ホスファゼン化合物の製造方法、すなわち、クロロジベンゾオキサホスホリン系化合物を原料とし、それをアジド化する工程1と、工程1で得られたアジド化中間体を環化する工程2とを含む製造方法に従って製造することができる。
本発明に係るオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物の製造においては、先ず、原料として使用する、下記の式(2)で表されるクロロジベンゾオキサホスホリン系化合物を用意する。
式(1)のR-1と同様である。
式(1)のR-2と同様である。
R1とR2との相互間で形成された飽和の若しくは不飽和の環状構造であり、この環状構造は炭素数が1~6のアルキル基またはカルボニル基により置換されていても良い。
本工程においてアジド化の対象となる式(2)で表されるクロロジベンゾオキサホスホリン系化合物は、目的の環状ホスファゼン化合物が有するオキサホスホリン環含有構造の種類により、一種類のものまたは二種類以上のものの混合物が用いられる。二種類以上のものの混合物は、個別に用意された式(2)で表される二種類以上のクロロジベンゾオキサホスホリン系化合物を混合することで調製された混合物であってもよいし、式(2)で表されるクロロジベンゾオキサホスホリン系化合物の調製時において二種類以上のフェノール類を混合使用することで得られる混合物であってもよい。
工程1において得られたアジド化中間体を環化反応させ、目的のオキサホスホリン環を有する環状ホスファゼン化合物に誘導する。本工程において環化反応の対象となるアジド化中間体は、目的の環状ホスファゼン化合物が有するオキサホスホリン環含有構造の種類により、一種類のものまたは二種類以上のものの混合物が用いられる。二種類以上のものの混合物は、工程1において個別に調製された二種類以上のアジド化中間体を混合することで調製された混合物であってもよいし、工程1において式(2)で表されるクロロジベンゾオキサホスホリン系化合物の二種類以上のものの混合物を用いることで得られる混合物であってもよい。
本発明の樹脂組成物は、本発明に係るオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物と樹脂成分とを含むものである。本発明のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物は、二種類以上のものが併用されてもよい。
リン系難燃剤Y:リン酸エステル(大八化学工業株式会社の商品名「CR-741」)
リン系難燃剤Z:ホスフィンオキシド(台湾晋一化工社製の商品名「PQ-60」)
Stephen D.Pastor,John D.Spivack,Leander P.Steinhuebel,Phosphorus and Sulfur,1987,Vol.31,p.71.(先に掲げた非特許文献3)に記載されている方法に従い、6-クロロ-6H-ジベンゾ[c,e][1,2]オキサホスホリンの合成を試みた。得られた化合物は、融点が81-83℃であること、並びに、1H-NMRスペクトルおよび31P-NMRスペクトルの測定結果から、目的の6-クロロ-6H-ジベンゾ[c,e][1,2]オキサホスホリンであることを確認した(収率:85%)。
Asfia Qureshi,Allan S.Hay,J.Chem.Res(M),1998,p.1601.(先に掲げた非特許文献4)に記載されている方法に従い、6-クロロ-4-フェニル-6H-ジベンゾ[c,e][1,2]オキサホスホリンの合成を試みた。得られた化合物は、融点が101-103℃であること、並びに、1H-NMRスペクトルおよび31P-NMRスペクトルの測定結果から、目的の6-クロロ-4-フェニル-6H-ジベンゾ[c,e][1,2]オキサホスホリンであることを確認した(収率:81%)。
温度計、撹拌機および冷却管を備え付けた5,000mLの四つ口フラスコに、窒素気流下で合成例1で合成した6-クロロ-6H-ジベンゾ[c,e][1,2]オキサホスホリン234.6g(1.0mol)、トリメチルシリルアジド115.2g(1.0mol)およびトルエン2,000mLを仕込み、50℃で24時間撹拌した。この反応混合物を室温に冷却後、1,000mLのイオン交換水を加え、室温で1時間撹拌した。これにより得られたスラリー液を濾過して得られた濾物をトルエンおよびイオン交換水で洗浄し、得られた湿結晶を乾燥することで177.8gの白色粉末を得た(収率:83.4%)。この白色粉末の分析結果は以下の通りであった。
6.0~8.3(m)
◎31P-NMRスペクトル(重クロロホルム中、δ、ppm):
-10~0(m),1.8~3.5(m),15.8(d),17.5(s),17.9(dd)
◎CHNP元素分析:
理論値 C:67.61%,H:3.78%,N:6.57%,P:14.53%
実測値 C:67.49%,H:3.79%,N:6.55%,P:14.49%
◎残留塩素分析:
<0.01%
◎HRMS(ESI,m/z):
理論値 三量体:[C36H24N3O3P3+H]+:640.1109,四量体:[C48H32N4O4P4+H]+:853.1452,五量体:[C60H40N5O5P5+H]+:1066.1796
実測値 640.1097,853.1444,1066.1797
温度計、撹拌機および冷却管を備え付けた2,000mLの四つ口フラスコに、実施例1で得られた白色粉末150.0gとトルエン1,500mLとを仕込み、3時間還流撹拌した後に室温に冷却し、さらに2時間撹拌した。これにより得られたスラリー液を濾過することで得られた濾物をトルエンで洗浄し、得られた結晶を乾燥することで36.6gの無色結晶を得た。この無色結晶の分析結果は以下の通りであった。
7.17(3H,td),7.35(3H,td),7.40(3H,dd),7.47(3H,t),7.61(3H,td),7.85(3H,dd),7.89(3H,m)
◎31P-NMRスペクトル(重クロロホルム中、δ、ppm):
17.5(s)
◎CHNP元素分析:
理論値 C:67.61%,H:3.78%,N:6.57%,P:14.53%
実測値 C:67.59%,H:3.80%,N:6.61%,P:14.55%
◎残留塩素分析:
<0.01%
◎HRMS(ESI,m/z):
理論値 三量体:[C36H24N3O3P3+H]+:640.1109
実測値 640.1097
実施例2においてスラリーを濾過することで得られた濾過母液をエバポレーターで濃縮し、得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン/酢酸エチル=9/1)で分離精製し、実施例1で得られた環状ホスファゼン化合物に含まれる三量体-trans型異性体および四量体のそれぞれのフラクションを得た。それぞれのフラクションを減圧濃縮後にメタノールを加えて濾過し、濾物をメタノールで洗浄することで得られた結晶を乾燥した。これにより、三量体-trans型異性体の無色結晶を86.7g、四量体の白色粉末を15.9gそれぞれ得た。これらの分析結果は以下の通りであった。
◎1H-NMRスペクトル(重クロロホルム中、δ、ppm):
7.18(3H,m),7.33(3H,m),7.52(2H,m),7.63(4H,m),7.88(6H,m),8.03(2H,m),8.25(1H,ddd)
◎31P-NMRスペクトル(重クロロホルム中、δ、ppm):
15.8(d),17.9(dd)
◎CHNP元素分析:
理論値 C:67.61%,H:3.78%,N:6.57%,P:14.53%
実測値 C:67.51%,H:3.81%,N:6.54%,P:14.48%
◎残留塩素分析:
<0.01%
◎HRMS(ESI,m/z):
理論値 三量体:[C36H24N3O3P3+H]+:640.1109
実測値 640.1097
◎1H-NMRスペクトル(重クロロホルム中、δ、ppm):
6.5~7.8(m)
◎31P-NMRスペクトル(重クロロホルム中、δ、ppm):
1.8~3.5(m)
◎CHNP元素分析:
理論値 C:67.61%,H:3.78%,N:6.57%,P:14.53%
実測値 C:67.52%,H:3.83%,N:6.52%,P:14.51%
◎残留塩素分析:
<0.01%
◎HRMS(ESI,m/z):
理論値 四量体:[C48H32N4O4P4+H]+:853.1452
実測値 853.1444
合成例1で合成した6-クロロ-6H-ジベンゾ[c,e][1,2]オキサホスホリンに代えて合成例2で合成した6-クロロ-4-フェニル-6H-ジベンゾ[c,e][1,2]オキサホスホリン310.7g(1.0mol)を用いた点以外は実施例1と同様に操作し、274.2gの白色粉末を得た(収率:94.8%)。この白色粉末の分析結果は以下の通りであった。
6.0~8.3(m)
◎31P-NMRスペクトル(重クロロホルム中、δ、ppm):
-10~0(m),1.5~3.2(m),15.5(d),17.1(s),17.8(dd)
◎CHNP元素分析:
理論値 C:74.74%,H:4.18%,N:4.84%,P:10.71%
実測値 C:74.70%,H:4.19%,N:4.72%,P:10.66%
◎残留塩素分析:
<0.01%
◎HRMS(ESI,m/z):
理論値 三量体:[C54H36N3O3P3+H]+:868.2048,四量体:[C72H48N4O4P4+H]+:1157.2704,五量体:[C90H60N5O5P5+H]+:1446.3361
実測値 868.2039,1157.2712,1146.3372
末端がビニル基で変性されたポリフェニレンエーテルオリゴマー(SABIC社の商品名「SA-9000」)、スチレン-ブタジエン共重合体(CRAY VALLEY社の商品名「RICON184」)、実施例1~4で製造したホスファゼン化合物、リン系難燃剤Y若しくはZ、重合開始剤(東京化成株式会社の試薬「t-Butyl Peroxide」)およびメチルエチルケトン(MEK)を表1に示す割合で配合して撹拌し、ワニスを調製した。このワニスをポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム上に塗布して室温で1時間放置した後、90℃で30分さらに乾燥処理した。乾燥後の塗膜を剥離してポリテトラフルオロエチレン樹脂製のスペーサー内に入れ、真空下、120℃で30分、150℃で30分および180℃で100分の順に段階的に加熱、加圧して硬化させることで後記の評価に適した大きさの成形体を得た。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパン・エポキシ・レジン社の商品名「エピコート1001」/エポキシ当量456g/eq.、樹脂固形分70%)651部、クレゾールノボラックエポキシ樹脂(東都化成株式会社の商品名「YDCN-704P」/エポキシ当量210g/eq.、樹脂固形分70%)300部、ノボラック型フェノール樹脂(昭和高分子株式会社の商品名「BRG-558」/水酸基当量106g/eq.、樹脂固形分70%)303部、水酸化アルミニウム361部および2-エチル-4-メチルイミダゾール0.9部の混合物に対し、実施例1~4で製造したホスファゼン化合物およびリン系難燃剤Y若しくはZを表3に示す割合で添加し、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM)をさらに加えて樹脂固形分65%のエポキシ樹脂ワニスを調製した。
予め100℃で8時間乾燥処理した熱可塑性樹脂(ポリフタルアミド:SOLVAY社の商品名「アモデルAE-1133」)と実施例1~4で製造したホスファゼン化合物およびリン系難燃剤Y若しくはZを表4に示す割合で二軸混練押出装置(東洋精機株式会社製)に対して供給し、310℃で混練して樹脂ペレットを得た。射出成形機(デジタルファクトリー株式会社製)を用い、得られた樹脂ペレットを樹脂温度300℃、金型温度120℃の条件で成形し、後記の評価に適した大きさの樹脂成形体を得た。
実施例5~21および比較例1~6で得られた樹脂成形体について、難燃性、誘電特性および耐熱性を評価した。評価方法は次のとおりである。結果を表2~4に示す。
長さ125mm、幅12.5mmおよび厚み1.5mmの樹脂成形体を試験片とし、この試験片の燃焼性を評価した。ここでは、アンダーライターズラボラトリーズ(Underwriter’s Laboratories Inc.)のUL-94規格垂直燃焼試験に基づき、10回接炎時の合計燃焼時間と燃焼時の滴下物による綿着火の有無により、V-0、V-1、V-2および規格外の四段階で燃焼性を判定した。各段階の評価は以下のとおりである。難燃性のレベルはV-0が最も高く、V-1、V-2、規格外の順に低下する。
(A)試験片5本を1本につき二回ずつ、合計10回の接炎後からの消炎時間の合計が50秒以内。
(B)試験片5本を1本につき二回ずつ接炎を行い、それぞれの接炎後からの消炎時間が5秒以内。
(C)すべての試験片で滴下物による、300mm下の脱脂綿への着火がない。
(D)すべての試験片で、二回目の接炎後のグローイングは30秒以内。
(E)すべての試験片で、クランプまでフレーミングしない。
(A)試験片5本を1本につき二回ずつ、合計10回の接炎後からの消炎時間の合計が250秒以内。
(B)試験片5本を1本につき二回ずつ接炎を行い、それぞれの接炎後からの消炎時間が30秒以内。
(C)すべての試験片で滴下物による、300mm下の脱脂綿への着火がない。
(D)すべての試験片で、二回目の接炎後のグローイングは60秒以内。
(E)すべての試験片で、クランプまでフレーミングしない。
(A)試験片5本を1本につき二回ずつ、合計10回の接炎後からの消炎時間の合計が250秒以内。
(B)試験片5本を1本につき二回ずつ接炎を行い、それぞれの接炎後からの消炎時間が30秒以内。
(C)試験片5本のうち、少なくとも1本は、滴下物による、300mm下の脱脂綿への着火がある。
(D)すべての試験片で、二回目の接炎後のグローイングは60秒以内。
(E)すべての試験片で、クランプまでフレーミングしない。
長さ80mm、幅3mmおよび厚さ1.0mmの樹脂成形体を試験片とし、この試験片の比誘電率(Dk)および誘電正接(Df)をJIS R1641「ファインセラミックス基板のマイクロ波誘電特性の測定方法」に従って温度25℃、周波数10GHzの条件で測定した。
樹脂成形体の動的粘弾性(DMA)を測定し、tanδ(損失弾性率/貯蔵弾性率)の最大値をガラス転移温度(Tg)とした。ここでは、動的粘弾性測定装置(パーキンエルマージャパン社の商品名「DMA8000」)を用い、引張モジュールで5℃/分の昇温条件で測定した。
試験条件1:
樹脂成形体を160℃で100時間加熱し、樹脂成形体表面でのブリードアウト状態(樹脂成形体内部からのブリードアウト状態)を目視により観察して評価した。評価の基準は次の通りである。ブリードアウトが見られにくいほど樹脂成形体の耐熱性が高いことを示している。
AA:ブリードアウトが全く見られない。
A :ブリードアウトがほとんど見られない。
B :若干のブリードアウトが見られる。
C :著しいブリードアウトが見られる。
樹脂成形体を290℃で20分間処理した後、ブリードアウトによる外観変化の有無を観察した。外観変化が無い場合は耐熱性が有るものと評価し、外観変化が有る場合は耐熱性が無いものと評価した。
Claims (14)
- 下記の式(1)で表される、オキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物。
nは3から8の整数であり、
R1およびR2は、(i)それぞれ独立して、ニトロ基、炭素数1~6のアルキル基およびアリール基から選ばれる少なくとも一種の基が置換されていてもよい、炭素数が1~8のアルキル基若しくはアルコキシ基、および、炭素数1~6のアルキル基およびアリール基から選ばれる少なくとも一種の基が置換されていてもよい、炭素数6~20のアリール基若しくはアリールオキシ基のうちのいずれか、または、(ii)炭素数が1~6のアルキル基若しくはカルボニル基により置換されていてもよい飽和の若しくは不飽和の環状構造を相互間で形成しており、
aおよびbは、それぞれ独立して0~4の整数であり、
各繰り返し単位のオキサホスホリン環含有構造の種類は独立している。) - 式(1)のnが3または4である、請求項1に記載のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物。
- 式(1)において、nが3であり、かつ、aおよびbが0である、請求項1に記載のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物。
- ジアステレオマーの混合物である請求項3に記載のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物。
- 隣接し合う前記オキサホスホリン環含有構造の立体配置がcis-cis-cis型である、請求項3に記載のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物。
- 隣接し合う前記オキサホスホリン環含有構造の立体配置がtrans-cis-trans型である、請求項3に記載のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物。
- 請求項1から6のいずれかに記載のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物を二種類以上含む、オキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物混合物。
- アジド化剤を用いて下記の式(2)で表されるクロロジベンゾオキサホスホリン系化合物をアジド化中間体に誘導する工程1と、
前記アジド化中間体を環化反応させる工程2と、
を含むオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物の製造方法。
R1およびR2は、(i)それぞれ独立して、ニトロ基、炭素数1~6のアルキル基およびアリール基から選ばれる少なくとも一種の基が置換されていてもよい、炭素数が1~8のアルキル基若しくはアルコキシ基、および、炭素数1~6のアルキル基およびアリール基から選ばれる少なくとも一種の基が置換されていてもよい、炭素数6~20のアリール基若しくはアリールオキシ基のうちのいずれか、または、(ii)炭素数が1~6のアルキル基若しくはカルボニル基により置換されていてもよい飽和の若しくは不飽和の環状構造を相互間で形成しており、
aおよびbは、それぞれ独立して0~4の整数である。) - 工程2において用いる前記アジド化中間体が二種類以上の前記アジド化中間体の混合物である、請求項8に記載のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物の製造方法。
- 前記アジド化中間体の前記混合物が工程1において二種類以上の前記クロロジベンゾオキサホスホリン系化合物を用いることで得られたものである、請求項9に記載のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物の製造方法。
- 樹脂成分と、
請求項1から6のいずれかに記載のオキサホスホリン環含有構造を有する環状ホスファゼン化合物の一種類または二種類以上と、
を含む樹脂組成物。 - 前記樹脂成分が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリアリレート樹脂およびこれらの変性樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一つである、請求項11に記載の樹脂組成物。
- 請求項11または12に記載の樹脂組成物からなる樹脂成形体。
- 請求項13に記載の樹脂成形体を含む電気・電子部品。
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