JP2552780B2 - 芳香族ジホスフェートの製造方法と用途 - Google Patents
芳香族ジホスフェートの製造方法と用途Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C07F9/02—Phosphorus compounds
- C07F9/06—Phosphorus compounds without P—C bonds
- C07F9/08—Esters of oxyacids of phosphorus
- C07F9/09—Esters of phosphoric acids
- C07F9/12—Esters of phosphoric acids with hydroxyaryl compounds
Description
トの製造方法及びその用途に関する。この発明の芳香族
ジホスフェートは高純度であり、結晶性粉末で熱可塑性
樹脂または熱硬化性樹脂に対し難燃剤、酸化防止剤、可
塑剤として効果を発揮する為難燃性熱安定性の付与及び
/または成形加工性の向上を与えることができる。
性を付与するためには、樹脂成形品の調製時に難燃剤を
添加する方法が採用されている。難燃剤としては無機化
合物、有機リン化合物、有機ハロゲン化合物、ハロゲン
含有有機リン化合物などがある。上記化合物のうち優れ
た難燃効果を発揮するのは有機ハロゲン化合物およびハ
ロゲン含有有機リン化合物である。しかし、これらハロ
ゲンを含有する化合物は、樹脂成形時に熱分解してハロ
ゲン化水素を発生し金型を腐食させたり、樹脂自身を劣
化させ着色が起こる。さらに作業環境を悪化させるとい
う問題もある。また火災などによる燃焼に際して、人体
に有害なハロゲン化水素などの有毒ガスを発生するとい
う問題もある。
化マグネシウムなどの無機系の化合物がある。しかし、
これらの無機系の化合物は難燃効果が著しく低く、充分
な効果を得るためには多量に添加する必要がある。それ
によって樹脂本来の物性が損なわれるという欠点があ
る。
が得られる難燃剤として、有機リン化合物が汎用されて
いる。代表的な有機リン化合物としてトリフェニルホス
フェート(TPP)がよく知られている。しかし、トリ
フェニルホスフェートは耐熱性に劣り、揮発性が高いと
いう欠点がある。
昭51−19858号や特公平2−18336号に記載
されている縮合リン酸エステルがある。しかし、これら
のものもトリフェニルホスフェートよりは耐熱性は優れ
るものの、近年、開発が進んでいるエンジアリングプラ
スチック、さらにスーパーエンジニアリングプラスチッ
クなどの高機能プラスチックでは成形に300℃前後の
高い温度が必要とされ、このような高温には耐えられな
い。また、これら特許に記載の縮合リン酸エステルは液
体状の化合物であるため、樹脂組成物の熱変形温度を低
下させるなど、樹脂物性の低下が著しい。
てはアメリカ特許第4,134,876号に記載の、オル
ト位に立体障害基を持つ芳香族基を有する有機リン酸エ
ステルがある。この化合物は、 一般式:M2PO4[D−PO4−(M)]nM (式中、Mは芳香族モノヒドロキシ誘導体残基、Dは芳
香族ジヒドロキシ残基及びnは平均値が1〜5の間の
値)に示される芳香族ジホスフェートを含む縮合リン酸
エステル混合物である。当該特許は、主にn≧1の縮合
リン酸エステル混合物に関するものであり、実施例に示
されている有機リン酸エステルも全てn≧1の縮合リン
酸エステル混合物である。その形状は着色した樹脂状固
体あるいは固体であり、有機重合体に混合する場合、成
形加工性が良いとは言えない。
有する難燃剤として、上記芳香族ジホスフェートに着目
し、この化合物を高純度で、しかも成形加工性のよいも
のを製造するべく鋭意研究を行なった。
ェートを製造する方法としては、(1)芳香族モノヒド
ロキシ化合物にオキシハロゲン化リンを反応させ、さら
に芳香族ジヒドロキシ化合物を反応させる方法と、
(2)芳香族ジヒドロキシ化合物とオキシハロゲン化リ
ンとを反応させた後、芳香族モノヒドロキシ化合物とを
反応させる方法が考えられる。(1)の場合、オルト位
に立体障害基を持たない芳香族モノヒドロキシ化合物で
はオキシハロゲン化リンと反応させた場合、目的とする
ジアリールホスホロハリデートだけでなくモノアリール
ホスホロジハリデート、トリアリールホスフェートおよ
び未反応のオキシハロゲン化リンの混合物となり、この
まま芳香族ジヒドロキシ化合物と反応させたのでは高純
度のジホスフェートが得られず、蒸留などの精製工程が
必要であった。この場合、収率は著しく低下し経済的な
製造方法とは言えない。(2)の場合、理論量のオキシ
ハロゲン化リンと芳香族ジヒドロキシ化合物との反応で
は縮合物の副生が避けられず、これに芳香族モノヒドロ
キシ化合物を反応させて得られる化合物は縮合リン酸エ
ステルを多量に含有することとなり、その形状は樹脂状
となる。過剰のオキシハロゲン化リンを用いたとして
も、縮合物の副生する割合は低減されるが、やはり縮合
物を含有し、高純度のジホスフェートを得ることはでき
ない。またこの場合、反応物中の未反応のオキシハロゲ
ン化リンは、芳香族モノヒドロキシ化合物との反応の前
に除去される必要があり、経済的、効率的な製造方法と
は言えない。
式(II):
ル基を、R3は水素原子または低級アルキル基を示す。)
で示されるオルト位に立体障害基を有する芳香族モノヒ
ドロキシ化合物とオキシハロゲン化リンとをルイス酸触
媒の存在下で反応させ、一般式 (III):
ゲンを示す。)で示されるジアリールホスホロハリデー
トを得、ついでこれに一般式(IV):
合手、−CH2−、−C(CH3)2−、−S−、−SO
2−、−O−、−CO−、もしくは−N=N−基を、k
は0または1を、及びmは0〜4の整数を示す。)で示
される芳香族ジヒドロキシ化合物をルイス酸触媒下に反
応させて一般式(I):
一意義)で示される芳香族ジホスフェートを結晶性粉末
として得ることを特徴とする芳香族ジホスフェートの製
造方法が提供される。
アルキル基」とは、直鎖または分枝状のC1-5アルキル
基であって、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプ
ロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、
n−ペンチル、イソペンチル、tert−ペンチル、n
eo−ペンチル等があり、特にメチル基が好ましい。
シ化合物(II)の具体例としては、2,6−キシレノー
ル、2,4,6−トリメチルフェノールなどが挙げら
れ、2,6−キシレノールが好ましい。
キシ塩化リンまたはオキシ臭化リンが挙げられ、オキシ
塩化リンが好ましい。
化合物(IV)としては、ハイドロキノン、レゾルシン、
ピロカテコール、4,4'−ビフェノール、2,2',
6,6'−テトラメチル−4,4'−ビフェノール、ビス
フェノールA、ビスフェノールS、ビスフェノールFな
どが挙げられ、なかでもハイドロキノン、レゾルシン、
4,4’−ビフェノールが好ましい。
第一工程では、塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、
四塩化チタン、五塩化アンチモン、塩化亜鉛、塩化スズ
などが挙げられ、特に塩化マグネシウムが好ましい。こ
れらの化合物を2種以上混合して使用してもよい。
工程の触媒をそのまま使用してもよいが、さらに添加し
てもよい。その場合には、塩化アルミニウムが好まし
い。またアミンを触媒として用いてもかまわない。アミ
ンとしては例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミ
ンなどがある。
対し、少なくとも0.5モル当量の割合で用いられる。
オキシハロゲン化リンは、通常化合物(II)の1モルに
対して、1〜1.2モル用いられる。
リールホスホロジハリデートの副生割合が高くなり、第
二工程において芳香族ジヒドロキシ化合物との間で高次
の縮合物が副生する。オキシハロゲン化リンが過少であ
ると、トリアリールホスフェートの副生割合が高くな
り、いずれの場合にも生成物の純度が低下する。
し、0.5モル当量の割合で使用される。
化リンに対して0.1重量%以上、好ましくは0.5〜
2.0重量%の範囲である。
されたオキシハロゲン化リンに対して0.1重量%以
上、好ましくは0.5〜5.0重量%の範囲である。
0〜250℃、好ましくは100〜200℃である。反
応により副生するハロゲン化水素を反応系外に除去し反
応を促進させる目的で、反応系内を減圧にしてもよい。
も必要としないが、任意に用いることができる。その場
合の溶媒としては、例えばキシレン、トルエン、クロル
ベンゼン、ジクロルベンゼンなどが挙げられる。
9%以上の高純度であり、精製工程を経ずに第二工程に
用いることができる。
中の触媒などの不純物は常法により洗浄除去される。例
えば、反応物を塩酸などの酸水溶液と接触させ、これら
の不純物を水溶液側に抽出することにより達成される。
この時、芳香族ジホスフェートが固体となることを防ぐ
目的と、その後の晶析溶媒をかねて、有機溶媒が添加さ
れる。用いられる有機溶媒としては芳香族ジホスフェー
トの溶解度が高温で高く、低温で低いものが好ましい。
例えばトルエン、キシレン、クロルベンゼン、ジクロル
ベンゼンなどがあるが、これらに限定されるものではな
い。また、これらを混合して使用してもかまわない。接
触時の温度は、室温から水溶液の沸点以下までであり、
有機溶媒の使用量は接触時の温度において、少なくとも
芳香族ジホスフェートの析出が起こらない量であればか
まわない。
晶を析出させ固体成分を濾過などの方法で分離するか、
あるいは溶液中に溶解または分散している水分を除去
後、結晶を析出させ固体成分を分離してもよい。得られ
た結晶は、そのまま乾燥して用いるか、あるいは、水、
メタノール、エタノールなどの、芳香族ジホスフェート
を実質上溶解しない溶剤で洗浄したのち乾燥して用いる
ことができる。
スフェートは、熱可塑性樹脂(但し、ポリエステルを除
く)及び熱硬化性樹脂に対し、難燃剤、酸化防止剤、可
塑剤として効果を発揮するため、難燃性、熱安定性を付
与し及び/または成型加工性を向上さすことができる。
亦、樹脂物性の低下が少ない。
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、
スチレン系樹脂、耐衝撃性ポリスチレン、ポリ塩化ビニ
ル、ACS樹脂、AS樹脂、ABS樹脂、変性ポリフェ
ニレンオキシド、ポリメチルメタクリレート、ポリアミ
ド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポ
リイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテル
スルホン、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテ
ルケトン類、ポリエーテルニトリル、ポリチオエーテル
スルホン、ポリベンズイミダゾール、ポリカルボジイミ
ド、液晶ポリマー、複合化プラスチックなどがある。熱
硬化性樹脂としては、ポリウレタン、フェノール樹脂、
メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリ
ルフタレート樹脂などがある。上記樹脂は1種または2
種以上が混合されて用いられてもよい。本発明の難燃性
組成物は、必要に応じて各種添加剤、例えば他の難燃
剤、酸化防止剤、充填剤、滑剤などを含有してもよい。
使用される芳香族ジホスフェートの種類および量は、使
用される樹脂、必要とされる難燃性の度合に応じて適宜
決定される。芳香族ジホスフェートは、通常、上記樹脂
100重量部に対して、0.1〜100重量部の割合で
用いられる。上記樹脂、芳香族ジホスフェートおよび必
要に応じて上記添加剤を公知の方法により混練し、成形
することにより、難燃性の成形体が得られる。芳香族ジ
ホスフェートは、例えば、上記樹脂を塊状重合により製
造するときに仕込まれる単量体とともに添加され;樹脂
の塊状重合の反応終期に添加され;樹脂の成形時に添加
され;あるいは、フィルム、繊維などの樹脂製品の表面
に溶液もしくは分散液として塗布されることにより付与
される。
難燃剤の形状として、樹脂との混練効果の良い粉体のも
のが好ましいが、この発明の方法により製造される芳香
族ジホスフェートは、98%以上の高純度の粉末であ
る。また、エンジニアリングプラスチック、それ以上の
機能を持つスーパーエンジニアリングプラスチックの成
形加工には前述したように高温が必要とされるが、上記
化合物は熱安定性にすぐれ、成形加工時の高温に耐え、
樹脂に適度な可塑性を与え、加工性を改良できる。
水スクラバーを連結したコンデンサーを取り付け、この
フラスコに244gの2,6−キシレノール、20gの
キシレン、1.5gの塩化マグネシウムを入れ、加熱、
混合した。反応液の温度が120℃に達した時点で、オ
キシ塩化リン153gを約2時間に亘って添加した。こ
のとき発生した塩酸ガスは水スクラバーへ導いた。オキ
シ塩化リンの添加が終了した後、反応液の温度を徐々に
180℃まで2時間かけて上昇させて反応を完結させ
た。得られたジ(2,6−キシリル)ホスホロクロリデ
ートの収率は99.7%であった。ガスクロマトグラフ
ィーで分析した生成物中の有機リン化合物の組成比およ
び収率を表1に示す。
で得られた生成物についての結果も同時に表1に示す。
と以外は、実施例1と同様にしてジ(2,6−キシリ
ル)ホスホロクロリデートを得た。
gを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてジ(2,
6−キシリル)ホスホロブロミデートを得た。
リメチルフェノール272gを用いたこと以外は、実施
例1と同様にしてジ(2,4,6−トリメチルフェニ
ル)ホスホロクロリデートを得た。
8gを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてジフェ
ニルホスホロクロリデートを得た。
用いたこと以外は、実施例1と同様にしてジ(3,5−
キシリル)ホスホロクロリデートを得た。
により得たジ(2,6−キシリル)ホスホロクロリデー
トを用いた。
を連結したコンデンサーを取り付け、このフラスコに3
45gのジ(2,6−キシリル)ホスホロクロリデー
ト、55gのハイドロキノン、1.5gの塩化アルミニ
ウムを入れ、加熱、混合し、反応液の温度を徐々に18
0℃まで2時間かけ上昇させて脱塩酸反応を行なった。
同温度にて2時間熟成後、200mmHg減圧下でさら
に2時間熟成を行ない、反応を完結させた。反応液にキ
シレン500g、10%塩酸水200gを添加し、攪拌
して残存する触媒などを除去し、さらに水洗を行なった
後、攪拌しながら室温まで冷却して結晶を析出させた。
析出した結晶を濾過により分離し、メタノール200g
で洗浄した後100℃にて減圧乾燥した。得られた結晶
は、白色の結晶性粉末であり、収量は326g、収率は
95%であった。ゲルパーミエイションクロマトグラフ
ィーで分析したところ、得られた結晶の純度は98.5
%であり、下記式に示す構造を有している(これを化合
物1とする)。融点は171〜172℃であった。得ら
れた結晶の収量、収率、純度および融点を表2に示す。
実施例6〜7で得られた生成物の結果も同時に表2に示
す。
は、実施例4と同様にして下記式に示す白色粉末の芳香
族ジホスフェートを得た(これを化合物2とする)。
93gを用い、キシレンの代わりにジクロルベンゼンを
用いたこと以外は、実施例4と同様にして下記式に示す
白色粉末の芳香族ジホスフェートを得た(これを化合物
3とする)。
イド60部、ゴム変性耐衝撃性ポリスチレン40部から
なる樹脂に、実施例5〜7で得た難燃剤10部を添加
し、ミキサーで混合後、300℃に保持した押し出し機
を通してコンパウンディングペレットを得た。このペレ
ットを射出成形機にいれ、290〜300℃で成形し、
試験片を得た。この試験片を用いて難燃性、変色性、熱
変形温度、アイゾット衝撃強度、引っ張り強度を測定し
た。これらの結果を表3に示す。後述の比較例3の結果
もあわせて表3に示す。
試験片を得たこと以外は実施例8と同様である。
燃剤10部を添加し、ミキサーで混合後、280℃に保
持した押し出し機を通してコンパウンディングペレット
を得た。このペレットを射出成形機にいれ、260〜2
80℃で成形し、試験片を得た。この試験片を用いて実
施例8と同様にして難燃性、変色性、熱変形温度、アイ
ゾット衝撃強度、引っ張り強度を測定した。これらの結
果を表4に示す。後述の比較例4の結果もあわせて表4
に示す。
を得たこと以外は実施例9と同様である。
で得た難燃剤10部を添加し、ミキサーで混合後、35
0℃に保持した押し出し機を通してコンパウンディング
ペレットを得た。このペレットを射出成形機にいれ、3
30〜350℃で成形し、試験片を得た。この試験片を
用いて難燃性、変色性、メルトフローレートを測定し
た。これらの結果を表5に示す。後述の比較例5の結果
もあわせて表5に示す。
を得たこと以外は実施例10と同様である。 難燃性 UL−94の試験法により、試験片の難燃性を判定し
た。難燃性V−0、V−1、V−2およびHBの4種類
に分類した。 変色性 試験片の変色を目視により判定した。 熱変形温度 ASTM規格D−648に準じ、荷重18.6kg/cm2で
測定した。 アイゾット衝撃強度 ASTM規格D−256に準じて測定した。 引っ張り強度 ASTM規格D−638に準じて測定した。 メルトフローレート JIS規格K7210に準じ、測定温度330℃、荷重
5kg、操作Aにより測定した。
た芳香族ジホスフェートを98%以上の高純度で、かつ
樹脂組成物の調製時の作業性の良好な粉末として経済的
に製造することが可能である。この芳香族ジホスフェー
トは各種熱可塑性樹脂(但し、ポリエステルを除く)ま
たは熱硬化性樹脂と混合したときに該上記樹脂に優れた
難燃性を付与し得る。この芳香族ジホスフェートは熱安
定性に優れ、又酸化防止剤として効果を発揮する為、成
形加工時の熱分解による樹脂の着色および劣化がなく上
記樹脂の物性を低下させることが極めて少ない。またこ
の芳香族ジホスフェートは加工性の劣るエンジニアリン
グプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチッ
クに適度な可塑性を付与し、該プラスチックの成形加工
性を著しく改善し得る。
Claims (2)
- 【請求項1】 一般式(II): 【化1】 (式中、R1及びR2は、同一または異なって低級アルキ
ル基を、R3は水素原子または低級アルキル基を示
す。)で示されるオルト位に立体障害基を有する芳香族
モノヒドロキシ化合物とオキシハロゲン化リンとをルイ
ス酸触媒の存在下で反応させ、一般式(III): 【化2】 (式中、R1、R2、R3は上記と同一定義、及びXはハ
ロゲンを示す。)で示されるジアリールホスホロハリデ
ートを得、ついでこれに一般式(IV): 【化3】 (式中、R4は水素原子または低級アルキル基を、Yは
結合手、−CH2−、−C(CH3)2−、−S−、−S
O2−、−O−、−CO−、もしくは−N=N−基を、
kは0または1を、及びmは0〜4の整数を示す。)で
示される芳香族ジヒドロキシ化合物をルイス酸触媒下に
反応させて一般式(I): 【化4】 (式中、R1、R2、R3、R4、Y、k及びmは上記と同
一意義)で示される芳香族ジホスフェートを結晶性粉末
として得ることを特徴とする芳香族ジホスフェートの製
造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載のルイス酸触媒が塩化マ
グネシウムである、請求項1に記載の芳香族ジホスフェ
ートの製造方法。
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