JP3295780B2 - 難溶性ポリりん酸アンモニウム化合物、その製造方法、及び、それを含有する樹脂 - Google Patents

難溶性ポリりん酸アンモニウム化合物、その製造方法、及び、それを含有する樹脂

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な水可溶成分のな
い難溶性ポリりん酸アンモニウム化合物、その製造方
法、及び、それを含有する難燃性樹脂に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、ポリりん酸アンモニウムはよ
く知られた物質であり、オルトりん酸アンモニウムを脱
水する方法、ポリりん酸とアンモニア又は尿素とを混合
し加熱する方法等によって製造されてきた。
【0003】特公昭43−19218号公報には、りん
酸塩、アンモニア化剤、及び、縮合剤からなる組成物
に、少量の水不溶性ポリりん酸アンモニウムを添加し、
100〜350℃に加熱することを特徴とする水不溶性
ポリりん酸アンモニウムの製造法が開示されている。ま
た、特公昭47−38319号公報には、オルトリん酸
アンモニウムと尿素の混合物を、沸点が190〜300
℃の炭化水素の媒体中で反応させた後、反応生成物を分
離し、炭化水素の沸点以上の温度で加熱し、炭化水素を
除去する方法が開示されている。更に、特公昭60−6
885号公報には、オルトリん酸アンモニウムと五酸化
リんとの混合物に、少量のメラミンを添加し、過剰の
アンモニアの存在下で、50〜150℃で反応させ、2
00〜300℃で調質処理することを特徴とする長鎖状
ポリりん酸アンモニウムの製造法が開示されており、特
開平3−141109号公報には、オルトリん酸アンモ
ニウムと五酸化リんとの混合物を、細砕状態で高い混
合強度で、20〜30分150〜280℃で反応させ、
次いで100〜120分250〜280℃でアンモニア
雰囲気中で熱処理することを特徴とする水不溶性鎖状ポ
リりん酸アンモニウムの製造方法が開示されている。
【0004】一方、難燃性樹脂についても種々の発明が
なされている。例えば、特開昭61−66736号公報
には、ポリオレフィイン重合体に、アルカリ土類金属の
水酸化物、アルミニウム水酸化物、及び、シリカを含有
する繊維状物質を配合したことを特徴とする難燃性樹脂
組成物が開示されており、特開昭61−213234号
公報には、オレフィン系樹脂に、アルミニウム水酸化
物、マグネシウム水酸化物を配合し、赤りん、ほう酸亜
鉛、二酸化チタンを添加したことを特徴とする難燃性樹
脂組成物が開示されている。更に、特開平3−5654
7号公報には、ポリプロピレン樹脂にポリりん酸アンモ
ニウムを添加したことを特徴とする難燃性樹脂組成物が
開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述の方法で得られた
ポリりん酸アンモニウムは、難燃剤としては優れたもの
であるが、水不溶性、中性であること等の点において必
ずしも充分でなかった。本発明が解決しようとする課題
は、水に対する不溶性を高め、中性物質にすることで、
樹脂への練り混み、水和物等との混合の際の分散性や、
樹脂に高濃度に混入する際の作業性を高め、更に、樹脂
に分散した後の安定性、保存性を高めて、難燃性樹脂の
難燃特性、耐水性を向上させることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述の課
題を解決するため、マグネシウム、カルシウム、ストロ
ンチウム等のアルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウムか
らなる群の中から選ばれた1種以上の金属の酸化物、水
酸化物、炭酸塩、りん酸塩、ポリりん酸塩、ほう酸塩、
又は、けい酸塩を、りん1モルに対して0.01〜0.
1モル含有する新規な難溶性ポリりん酸アンモニウム化
合物を提供し、その製造方法を開示し、それを5〜30
重量%含有する樹脂組成物を提供する。
【0007】前述の難溶性ポリりん酸アンモニウム化合
物の本発明に係わる製造方法の一つは、五酸化二りん
と、尿素、メラミン等の縮合剤と、りん酸アンモニウ
ム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等のアン
モニア化剤とをりん1モルに対して窒素1.2モル以上
の割合で混合し、更に、りん1モルに対して0.01〜
0.1モルのマグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム等のアルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウムからなる
群の中から選ばれた1種以上の金属の酸化物、水酸化
物、炭酸塩、りん酸塩、ほう酸塩、又は、けい酸塩を混
合して、固相反応させて得られた固相反応生成物を、ア
ンモニア雰囲気中で150〜350℃で焼成することを
特徴とするものである。
【0008】前述の難溶性ポリりん酸アンモニウム化合
物の本発明に係わる製造方法の他の一つは、五酸化二り
んと、尿素、メラミン等の縮合剤と、りん酸アンモニウ
ム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等のアン
モニア化剤とを、りん1モルに対して窒素1.2モル以
上の割合で混合して固相反応させて得られた固相反応生
成物に、りん1モルに対して0.01〜0.1モルのマ
グネシウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ
土類金属、亜鉛、アルミニウムからなる群の中から選ば
れた1種以上の金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、りん
酸塩、ほう酸塩、または、けい酸塩を混合して、アンモ
ニア雰囲気中で150〜350℃で焼成することを特徴
とするものである。
【0009】本発明に係わる難溶性ポリりん酸アンモニ
ウム化合物の製造方法において、五酸化二りん、縮合
剤、アンモニア化剤の他に、添加されるマグネシウム、
カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、亜
鉛、アルミニウムからなる群の中から選ばれた1種以上
の金属の化合物は、酸化物、水酸化物、炭酸塩、りん酸
塩、ほう酸塩、又は、けい酸塩であることが好ましく、
硫酸塩、硝酸塩、塩化物は好ましくない。なお、ポリり
ん酸アンモニウムの生成反応の際には、これらの金属化
合物の一部はりん酸塩又はポリりん酸塩に変化するもの
と考えられる。
【0010】また、これらの金属化合物は、りん1モル
に対して0.01〜0.1モルの割合で混合されること
が好ましい。0.01モル未満であると効果が殆ど現れ
ず、0.1モルを超えるとポリりん酸アンモニウムが生
成され難く、難燃性が低下して好ましくない。
【0011】本発明に係わる難溶性ポリりん酸アンモニ
ウム化合物の製造方法において、五酸化二りん、縮合
剤、アンモニア化剤、アルカリ土類金属化合物等を固相
反応を行わせるには、混練機、ボールミル、らいかい
機、振動ミル等を使用するのが好ましい。また、得られ
た反応生成物を焼成するには、電気炉等を使用して回分
的に行うか、又は、ロータリーキルン等で連続的に行う
ことができる。
【0012】前述の難溶性ポリりん酸アンモニウム化合
物を含有する本発明に係わる樹脂に使用される樹脂とし
て、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピ
レン共重合体等のポリオレフィイン樹脂、ポリエステル
樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等
があげられる。これらの樹脂に添加される難溶性ポリり
ん酸アンモニウム化合物の量は5〜30重量%の範囲で
あり、5重量%未満であると難燃性等の効果が低くな
り、また、30重量%を超えると機械的強度等の点で問
題が生じるおそれがある。また、これらの樹脂に、更
に、水酸化アルミニウム等の水酸化物、ハロゲン化物、
ほう素化合物、酸化アンチモン、赤りん等の他の難燃剤
を添加し併用することもできる。また、難溶性ポリりん
酸アンモニウム化合物等を添加する際に、シラン系、チ
タン系、アルミ系のカップリング剤処理して使用すると
更に分散性が改善され、効果的である。
【0013】このようにして製造された樹脂は、単にブ
ロック状や板状の製品だけに止まらず、繊維状やフィル
ム状の製品、更には、接着剤や塗料としても使用され、
難燃性と難溶性とを活かした衣服、住宅材料、家庭電化
製品等に応用される。
【0014】
【作用】本発明に係わる難溶性ポリりん酸アンモニウム
化合物が、どのような作用によってポリりん酸アンモニ
ウムの構造を保ったまま難溶性を示すのか、また、難燃
性を維持できるのか、詳細は不明であるが、一応、次の
ような作用が関与するものと考えられる。すなわち、ポ
リりん酸アンモニウムを合成する際、又は、焼成の際
に、添加されたアルカリ土類金属等の金属がりん酸の縮
合を促進させて、効果的にりん酸を長鎖化不溶化させ、
更に、縮合鎖の末端に結合して耐水性を向上させるもの
と考えられる。また、このような特性をもつ難溶性ポリ
りん酸アンモニウム化合物は、樹脂に練り込んでも、耐
水性が高く、樹脂や添加物と殆ど反応しないので、樹脂
の変質や劣化をひきおこすこともないため、長期にわた
り優れた難燃性を発揮するものと考えられる。
【0015】
【実施例】
1 難燃性ポリりん酸アンモニウム化合物の製造 〔実施例1〕五酸化二りん100g、尿素44g、重炭
酸アンモニウム67g、りん酸水素二アンモニウム12
g、水酸化アルミニウム9g(りん1モルに対して0.
082モル)を混練機に入れ、25℃で0.5時間反応
させた。得られた反応生成物を外熱式のロータリーキル
ンに入れ280℃で8時間焼成した。得られた焼成生成
物を45μm以下に粉砕して粉体(以下「粉体1」とい
う)を得た。
【0016】〔実施例2〕五酸化二りん100g、尿素
32g、重炭酸アンモニウム67g、りん酸水素二アン
モニウム12g、水酸化マグネシウム3g(りん1モル
に対して0.037モル)を混練機に入れ、25℃で
0.5時間反応させた。得られた反応生成物を、実施例
1と同様に焼成し粉砕して粉体(以下「粉体2」とい
う)を得た。
【0017】〔実施例3〕五酸化二りん100g、尿素
30g、重炭酸アンモニウム49g、りん酸水素二アン
モニウム12g、酸化亜鉛5g(りん1モルに対して
0.044モル)、炭酸ストロンチウム4g(りん1モ
ルに対して0.019モル)を混練機に入れ、25℃で
0.5時間反応させた。得られた反応生成物を、実施例
1と同様に焼成し粉砕して粉体(以下「粉体3」とい
う)を得た。
【0018】〔実施例4〕五酸化二りん100g、尿素
41g、重炭酸アンモニウム67g、りん酸水素二アン
モニウム12gを混練機に入れて、25℃で0.5時間
反応させた。得られた反応生成物に、ほう酸カルシウム
(CaB)9g(りん1モルに対して0.051
モル)を加え、充分混合した後、実施例1と同様に焼成
し粉砕して粉体(以下「粉体4」という)を得た。
【0019】〔実施例5〕五酸化二りん100g、尿素
44g、重炭酸アンモニウム88g、りん酸水素二アン
モニウム12g、りん酸水素マグネシウム4g(りん1
モルに対して0.024モル)、水酸化アルミニウム5
g(りん1モルに対して0.045モル)を混練機に入
れ、25℃で0.5時間反応させた。得られた反応生成
物を実施例1と同様に焼成し粉砕して粉体(以下「粉体
5」という)を得た。
【0020】〔実施例6〕五酸化二りん100g、尿素
32g、重炭酸アンモニウム67g、りん酸水素二アン
モニウム12g、けい酸水素マグネシウム5g(りん1
モルに対して0.018モル)、炭酸カルシウム4g
(りん1モルに対して0.028モル)を混練機に入
れ、25℃で0.5時間反応させた。得られた反応生成
物を実施例1と同様に焼成し粉砕して粉体(以下「粉体
6」という)を得た。
【0021】〔比較例1〕尿素30g、りん酸水素二ア
ンモニウム173gの混合粉末を実施例1と同様に焼成
し粉砕して粉体(以下「粉体7」という)を得た。
【0022】〔比較例2〕五酸化二りん100g、尿素
30g、重炭酸アンモニウム37g、りん酸水素二アン
モニウム12gを混練機に入れ、25℃で0.5時間反
応させた。得られた反応生成物を実施例1と同様に焼成
し粉砕して粉体(以下「粉体8」という)を得た。
【0023】〔比較例3〕比較例1で得られた粉体50
gに、水酸化アルミニウム2.5gを混合して、混合粉
体(以下「粉体9」という)を得た。
【0024】2. 1%PH及び水不溶分の測定 実施例1〜6及び比較例1〜3で得られた粉体1〜9か
ら、それぞれ、試料として1gを精秤し純水を加えて全
量を100gとして30分間攪拌した後、ガラス電極P
Hメータで測定した。得られた結果は表1の通りであっ
た。
【0025】実施例1〜6及び比較例1〜3で得られた
粉体1〜9から、それぞれ、試料として精秤した2g
を、精秤した純水100gに加え1時間攬拌した後、遠
心分離機(5000rpm)により固液を分離し、その
上澄液の可溶りん酸分を測定し、次の式により水不溶分
を求めた。得られた結果は表1の通りであった。
【表1】
【0026】表1に見られるように、従来のポリりん酸
アンモニウム化合物(粉体7、8)又は単なるポリりん
酸アンモニウム組成物(粉体9)と比較して、本発明に
係わる難燃性ポリりん酸アンモニウム化合物(粉体1〜
6)は、ほぼ中性であって、殆ど水に不溶であることが
わかった。
【0027】3. 難燃性樹脂の製造及び試験 実施例1〜6及び比較例1〜3で得られた粉体1〜9
を、それぞれ、表2の配合で調整し、押出機を用いて溶
融混練温度170℃〜220℃で押し出してペレットを
得、更に射出成形機を用いて、それらのペレットから、
それぞれ所定の試験片(以下「試験片1」〜「試験片
9」という)を得た。難燃性試験は、肉厚3.0mmの
試験片を用い、UL規格UL94に定められた垂直燃焼
試験に基づいて評価した。ブリート性は、95×95×
2mmの試験片を、80℃湿度80%に調節された恒温
恒湿槽に静置し、それらを各経日毎に取り出し、80℃
の恒温乾燥機で2時間乾燥した後室温のデシケータ中に
一晩静置したものを、試験片表面のブリード状態を目視
観察した。得られた結果は表3の通りであった。
【表2】
【表3】
【0028】表3に見られるように、従来のポリりん酸
アンモニウム難燃剤を使用した樹脂(試験片7〜9)に
比較して、本発明に係わる難燃性ポリりん酸アンモニウ
ム化合物を使用した樹脂(試験片1〜6)は、優れた難
燃性とブリード特性を有していることがわかった。
【0029】
【発明の効果】本発明に係わる難燃性ポリりん酸アンモ
ニウム化合物は、前述のような構成と作用を有するの
で、難燃性樹脂製造における混和等の作業特性を向上さ
せ、得られた樹脂の化学安定性を高めるだけでなく、本
発明に係わる難燃性ポリりん酸アンモニウム化合物を含
有する樹脂は、高い耐ブリード性と、高い難燃性を有す
るので、衣服、家庭電気製品、住宅材料の防災対策に役
立ち、社会の安全に寄与するものと考えられる。また、
本発明に係わる難燃性ポリりん酸アンモニウム化合物の
製造方法は、このような優れた特性を有する化合物の製
造を初めて可能にした点において、産業上意義あるもの
と考えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 25/40 C08K 3/32 CA(STN)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マグネシウム、カルシウム、ストロンチ
    ウム等のアルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウムからな
    る群の中から選ばれた1種以上の金属の酸化物、水酸化
    物、炭酸塩、りん酸塩、ポリりん酸塩、ほう酸塩、また
    は、けい酸塩を、りん1モルに対して0.01〜0.1
    モル含有する難溶性ポリりん酸アンモニウム化合物
  2. 【請求項2】 五酸化二りんと、尿素、メラミン等の縮
    合剤と、りん酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸
    水素アンモニウム等のアンモニア化剤とを、りん1モル
    に対して窒素1.2モル以上の割合で混合し、更に、り
    ん1モルに対して0.01〜0.1モルのマグネシウ
    ム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金
    属、亜鉛、アルミニウムからなる群の中から選ばれた1
    種以上の金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、りん酸塩、
    ほう酸塩、又は、けい酸塩を混合して、固相反応させて
    得られた固相反応生成物を、アンモニア雰囲気中で15
    0〜350℃で焼成することを特徴とする難溶性ポリり
    ん酸アンモニウム化合物の製造方法
  3. 【請求項3】 五酸化二リんと、尿素、メラミン等の縮
    合剤と、りん酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸
    水素アンモニウム等のアンモニア化剤とを、りん1モル
    に対して窒素1.2モル以上の割合で混合して固相反応
    させて得られた固相反応生成物に、りん1モルに対して
    0.01〜0.1モルのマグネシウム、カルシウム、ス
    トロンチウム等のアルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウ
    ムからなる群の中から選ばれた1種以上の金属の酸化
    物、水酸化物、炭酸塩、りん酸塩、ほう酸塩、又は、け
    い酸塩を混合して、アンモニア雰囲気中で150〜35
    0℃で焼成することを特徴とする難溶性ポリりん酸アン
    モニウム化合物の製造方法
  4. 【請求項4】 マグネシウム、カルシウム、ストロンチ
    ウム等のアルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウムからな
    る群の中から選ばれた1種以上の金属の酸化物、水酸化
    物、炭酸塩、りん酸塩、ほう酸塩、又は、けい酸塩を、
    りん1モルに対して0.01〜0.1モル含有する難溶
    性ポリりん酸アンモニウム化合物を5〜30重量%含有
    する樹脂組成物
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