JP3736584B2

JP3736584B2 - 難燃剤、該難燃剤の製造方法及び該難燃剤を含有する難燃性熱可塑性樹脂組成物

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Publication number: JP3736584B2
Application number: JP21230296A
Authority: JP
Inventors: 俊彦陳; 義明中村; 哲則佐藤; 純行森川
Original assignee: Tohto Kasei Co Ltd
Current assignee: Tohto Kasei Co Ltd
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2016-08-12
Also published as: JPH09124839A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は熱可塑性樹脂に配合する難燃剤を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ＡＢＳ等のスチレン系樹脂は機械特性が良く、電気絶縁性、成形加工性に優れている。更にＰＥＴ、ＰＢＴ等のエンジニャリングプラスチックスは耐熱性、寸法安定性などの特性が付加されている事から、近年、ＯＡ機器・家電製品のハウジング、自動車部品等に多用されている。しかしながら、これらの樹脂は易燃性であるため、安全面から難燃化が要求されている。
さらにＯＡ機器、家電製品等の分野では、室内で使用されるが、蛍光灯や外から入る光に晒されるため時間経過と共に黄変する傾向にあり、耐光性の改良も重要視される様になってきた。
【０００３】
従来より、スチレン系樹脂に代表される熱可塑性樹脂に難燃性を付与するため、種々のハロゲン化有機化合物が提案されている。これらの難燃剤としてはテトラブロモビスフェノールＡ（ＴＢＡ）やポリブロモジフェニルエーテル（ＰＢＤＰＥ）など比較的低分子量の含臭素系有機化合物だった。しかしながら、低分子量の難燃剤は、コスト的にはメリットがあるものの、ブリードアウトや耐熱性・耐光性・熱安定性の低下などに問題があり最近では分子設計の可能なより分子量の大きいオリゴマータイプのものが使用されるようになってきている。これらの例としては両末端基がエポキシ基である臭素化ビスフェノールＡエポキシオリゴマー（市販品としては東都化成（株）製ＹＤＢ−４０６、４０８等）、両末端基がトリブロモフェノールでエポキシ基を封鎖した変性臭素化ビスフェノールＡエポキシオリゴマー（市販品としては東都化成（株）製ＴＢ−６０、６２等）、臭素化ポリカーボネートオリゴマーなどがある。
【０００４】
特開平１−２８７１３２号公報に両末端エポキシ基を持つハロゲン含有化合物をＡＢＳ樹脂に配合し、耐衝撃性に優れ耐光性及び高度の難燃性を有するスチレン系樹脂組成物を得ることが示されている。しかしながら金属に対する付着性の欠点がある。
また、特開平５−１１７４６３号公報には長鎖脂肪族カルボン酸化合物を含有するハロゲン化エポキシ系難燃剤をスチレン系樹脂に配合し、成型品の金型からの離型性に優れる難燃剤を得ることが提案されている。しかしながら、長鎖脂肪族カルボン酸化合物を含有する事により、樹脂組成物の熱安定性や難燃性の低下により優れた品質のバランスを有する難燃性スチレン系樹脂組成物を得るのは困難であるのが実情であった。
【０００５】
さらに特開昭６２−４７３７号及び特開昭６３−７３７４９号公報には両末端エポキシ基の６０％以上をＴＢＰ（トリブロモフェノール）で封鎖されたハロゲン化エポキシ変性物と４０％以下の片末端エポキシ基を含有するハロゲン化エポキシ樹脂の混合物を難燃剤として使用することが提案されているが、この方法には耐光性が劣るという欠点が有った。特開平１−１７０６３０号公報に片末端及び両末端を５０％ＴＢＰで封鎖された変性臭素化低分子化合物を難燃剤として使用することが提案されているが、低分子量のため耐熱性が劣り、かつ耐光性が劣るという欠点があった。
前述の如く最近使用量が増加してきている臭素化エポキシオリゴマー及び変性臭素化エポキシオリゴマーは多くの優れた特徴を有し、特に耐光性が優れているものの以下の様な欠点もあり、その改良が望まれていた。
【０００６】
すなわち、臭素化エポキシオリゴマーは熱可塑性樹脂に配合して、押出機や射出成型機で溶融混練して成形すると、これらの成形機のスクリューに付着し、連続生産を行うと付着物が長時間にわたって高温に晒されるため、変色劣化してしまい、異物としてコンパウンドや成型品に混入してしまうという欠点があった。一方、変性臭素化エポキシオリゴマーは臭素化エポキシオリゴマーの様な金属に対する付着性はないが、末端がトリブロモフェノールで封鎖されているため耐光性に劣り、黄変しやすい傾向にある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前述の臭素化エポキシオリゴマーの有する耐光性と変性臭素化エポキシオリゴマー程度の金属非付着性を兼備した難燃剤を得るため種々検討した結果、本発明を完成したもので、本発明の目的は耐光性と金属非付着性を有する新規な難燃剤及びその難燃剤を含有する樹脂組成物を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、エポキシ当量が３５０から４２０ｇ／ｅｑ、軟化点６４〜７４℃、臭素含有量が４６から５２％のテトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と、テトラブロムビスフェノールＡ及びトリブロムフェノールとをリン系触媒の存在下に同時に反応させて、末端基Ｘ、Ｙは式（２）に示されるＡまたはＢから成り、Ｘ＝Ｙ＝Ａの化合物が１５〜３０％、Ｘ＝Ａ及びＹ＝Ｂの化合物が４０〜６０％、Ｘ＝Ｙ＝Ｂ化合物が２０〜３５％でＸ＝Ｙ＝Ａ、Ｘ＝Ａ及びＹ＝Ｂ、Ｘ＝Ｙ＝Ｂの総和が１００％である下記一般式（１）で示される臭素含有難燃剤を製造する方法である。
【０００９】
【化３】

【００１０】
但し、重合度ｎは整数で０＜ｎ＜３０であり、上記各化合物の組成割合は液体クロマトグラフィー（ＬＣ）を用い、ＵＶ検出器を２８０ｎｍで測定した各重合度におけるそれぞれ末端基の異なる化合物のピークの面積比の平均値を示し、Ａ及びＢは次のとおりである。
【００１１】
【化４】

【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明にかかる式（１）に示される新規難燃剤を得る為には幾つかの方法を例示する事ができる。すなわち、第一の方法はテトラブロムビスフェノールＡ（以下、ＴＢＡと略記する）にエピクロルヒドリン（以下、ＥＣＨと略記する）とトリブロモフェノール（以下、ＴＢＰと略記する）及びメチルイソブチルケトン（以下、ＭＩＢＫと略記する）の混合物をアルカリ金属水酸化物の存在下に反応させて末端基Ａ、Ｂからなる式（１）を得る事ができる。この場合ＴＢＡとＥＣＨのモル比で重合度ｎをコントロールする事ができ、ＥＣＨとＴＢＰのモル比で末端基Ａ、Ｂの比率をコントロールする事ができる。あるいは、末端基Ａの式（１）を製造後ＴＢＰを末端基Ａと反応させる事により製造する事ができる。
【００１３】
第二の方法はトリブロムフェノールのグリシジルエーテル（以下、ＴＢＰＧＥと略記する）を使用する方法である。すなわち、ＭＩＢＫを溶媒としてＴＢＡと所定量のＴＢＰＧＥ及びＥＣＨを仕込み、アルカリ金属水酸化物の存在下に反応させて式（１）に示される新規難燃剤を得る方法である。この方法に於いても、第一の方法と同様にＴＢＡと（ＥＣＨ＋ＴＢＰＧＥ）のモル比で重合度ｎをコントロールする事ができ、ＥＣＨとＴＢＰＧＥのモル比で末端基Ａ、Ｂの比率をコントロールする事ができる。あるいは、ＴＢＡとＴＢＰＧＥを先に反応させて、次にＥＣＨを加えて反応を行う方法でもよい。
【００１４】
第三の方法は、本発明の製造方法である。この方法はエポキシ当量が３５０から４２０ｇ／ｅｑ、軟化点６４〜７４℃、臭素含有量が４６から５２％のテトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と、ＴＢＡ、及びＴＢＰを触媒の存在下に反応させて式（１）に示される難燃剤を得る方法である。この方法で使用されるテトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂はエポキシ当量が３５０から４２０で軟化点が６４から７４℃、臭素含有量が４６から５２％の物である。これより低いエポキシ当量のテトラブロムビスフェノールＡのジグリシジルエーテルは結晶物かまたは非常に結晶が出やすい為に取扱いが難しく、製造コストも高く経済性に欠ける。一方、これより高いエポキシ当量では分子設計での自由度に欠けるため好ましくない。また、かかるエポキシ樹脂はＴＢＡとＥＣＨの直接反応により得られるエポキシ樹脂の色相が良好で、残渣が無いことから好ましいが、低分子量エポキシ樹脂とＴＢＡの付加反応による物でも使用された触媒によっては使用する事が出来る。この方法の場合、原料エポキシの重合度ｎを考慮し、エポキシ基とＴＢＡのフェノール性水酸基のモル比を調整する事によりｎをコントロールする事ができる。末端基Ａ、Ｂの比率は最初に有ったエポキシ基−ＴＢＡの水酸基−ＴＢＰの水酸基（Ｂ）＝Ａ、ＴＢＰの仕込みモル数＝Ｂとして計算できる。
【００１５】
トリブロムフェノールとエポキシ基との反応はトリブロムフェノールの水酸基に対してオルソ位に臭素原子が存在するため立体障害により反応速度が遅く触媒を使用するのが好ましい。触媒としては従来公知の苛性アルカリ、苛性カリ等のアルカリ金属塩類、トリブチルアミン、トリエチルアミン等の３級アミン類及びテトラブチルアンモニュウムブロマイドの如き４級アミン塩類も使用できるが、アルカリ触媒の場合は反応速度が遅く、ポリエステルやポリカーボネートの難燃剤として使用したときに加水分解しやすい等の障害が出てくる。又、アミン系触媒では製品の着色が激しく、白色の成形品用には向かない等成型品の耐光性に欠けるという欠点が有った。本発明を実施するには、好ましくはトリフェニルフォスフィンの様なフォスフィン類、エチルトリフェニルフォスフォニュウムアイオダイド、エチルトリフォスフォニュウムブロマイド、エチルトリフェニルフォスフォニュウムアセテート、ｎ−ブチルトリフェニルフォスホニュウムブロマイド等に代表されるリン系触媒が反応速度、生成物の色相、熱安定等の点に於いて優れている。かかる触媒は反応物のフェノール成分に対して２００から５０００ＰＰＭより、好ましくは４００から３０００ＰＰＭの範囲で使用するのが望ましい。
【００１６】
第４の方法はエポキシ当量６００から１３００ｇ／ｅｑ、軟化点９５℃から１４０℃、臭素含有量５０から５３％のテトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とトリブロムフェノールを触媒の存在下に反応させる方法により式（１）に示される新規難燃剤を得る方法である。
この方法に使用されるテトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂はＴＢＡとＥＣＨの直接反応により得られるエポキシ当量が６００から１３００ｇ／ｅｑ、より好ましくは６００から７７０ｇ／ｅｑで、軟化点が９５から１１５℃、臭素含有量が５０から５２％のものが好ましい。この程度のエポキシ当量を持つエポキシ樹脂に目的量のＴＢＰを付加して得た式（１）に示される難燃剤はｎ数が適度で汎用性が有るからである。本方法に於いても反応触媒はリン系触媒が望ましい。
【００１７】
第５の方法はエポキシ当量が３５０から７００ｇ／ｅｑ、軟化点５０〜１０５℃、臭素含有量が４６から５２％のテトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とトリブロムフェノールＡ及びトリブロムフェノールのグリシジルエーテルを触媒の存在下に反応させる事により式（１）に示される新規難燃剤を得る方法である。この方法は第３の方法で使用するＴＢＰに替えてＴＢＰＧＥを使用するものであるが、この方法では先ずＴＢＡとＴＢＰＧＥを反応させて、次にエポキシ樹脂を反応させる方法でないと未反応のＴＢＰＧＥが残存してしまい軟化点の低下、ガス成分の発生などの欠点を生じる。
【００１８】
式（１）はオリゴマーであり、分子量分布を持っている。その平均重合度ｎは０から３０であり、対象とする相手の樹脂により、最適な物性が得られるように選択されるべきものである。一般にスチレン系樹脂にはｎ＝０〜５程度の重合度、ＰＥＴ・ＰＢＴなどにはｎ＝３〜３０程度の重合度が推奨される。
【００１９】
式（１）の末端基Ａは臭素化エポキシオリゴマーの長所である耐光性を維持しながら、欠点である金属付着性を改良するためにＢを導入するものであり、本発明の難燃剤において、末端基Ｘ及びＹがＸ＝Ｙ＝Ａのものが１５〜３０％、Ｘ＝Ａ、Ｙ＝Ｂのものが４０〜６０％でなければ耐光性の効果が期待できない。また、Ｘ＝Ｙ＝Ｂのものが２０〜３５％、Ｘ＝Ａ，Ｙ＝Ｂのものが４０〜６０％を含有しないと金属の付着性改良に優れた効果が発揮できない。
【００２０】
本発明の難燃剤を配合する熱可塑性樹脂としてはポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、変性ポリフェニレン（ＰＰＯ）樹脂等のポリエーテル系樹脂等を挙げることができる。
【００２１】
本発明の難燃剤を熱可塑性樹脂に配合して使用する場合の量は１から３０重量部が好ましく、５〜２５重量部が更に好ましい。また、本発明の難燃剤と他の難燃剤を併用する事も特に本願発明の効果を損なわない限り差し支えない。さらに必要に応じて、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、酸化モリブデンの様な難燃助剤、滑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、着色顔料、染料、離型剤、充填剤、その他の添加剤を併用することも特に制限はない。
【００２２】
【実施例及び比較例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。また、例中の部及び％の表示はいずれも重量基準である。さらに本発明では以下の試験方法を使用した。
（１）エポキシ当量：ＪＩＳＫ−７２３４
（２）軟化点：ＪＩＳＫ−７２３６
（３）耐光性△Ｅ：サンシャインウェザーメーターを用い、６２±２℃×４８時間暴露試験（雨なし）前後の試験片の色差を色差計（東京電色社製）で測定した。
（４）燃焼性試験：ＵＬ−９４試験法に準拠。
（５）金属付着性：６吋金属製熱ロールの第１ロールを２００℃、第２ロールを６０℃にそれぞれ設定し、試験片を第１ロールに３分間軽く圧着後３分間混練した後、混練樹脂を引き剥がし、ロールへの付着状態を観察した。

（６）末端基組成：液体クロマトグラフィー（ＬＣ）を用い、移動相にテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）／水（Ｈ₂Ｏ）／アセトニトリル（ＡＣＮ）、カラムは東ソー（株）ＴＳＫｇｅｌＯＤＳ−１２０Ｔ、ＵＶ検出器で２８０ｎｍで測定、各ピークの面積比の平均値で表す。
【００２４】
実施例１
１リットルのセパラブルフラスコにエポトートＹＤＢ−４００（東都化成（株）エポキシ当量４００g/eq、軟化点６７℃、臭素含有量４９％）８００ｇ、ＴＢＡ１３６ｇ、ＴＢＰ２２４ｇ、トリフェニルホスフィン（以下、ＴＰＰと略記する）０．２５ｇを仕込、窒素パージしながら１６０℃で５時間反応させて目的の難燃剤Ｂを得た。これの物性を表１に示す。
【００２５】
実施例２
実施例１と同様にＴＢＰの量を２７３ｇに変更する以外は同様に反応を行い難燃剤Ｃを得た。物性を表１に示す。
【００２６】
参考例１
実施例２と同様にＴＢＰの量を１３７ｇに変えた以外は同様に反応させた。得られた難燃剤Ｄの物性を表１に示す。
【００２７】
参考例２
実施例２と同様にＴＢＰの量を３４７ｇに変えた以外は同様に反応させた。得られた難燃剤Ｅの物性を表１に示す。
尚、比較参考のために臭素化エポキシオリゴマーの例としてＹＤＢ−４０６、変性臭素化エポキシオリゴマーの例としてＴＢ−６２（いずれも東都化成（株）製）の物性を表１に示した。
【００２８】
【表１】

【００３２】
参考例５
実施例２でトリフェニルホスフィンに替えて、トリブチルアミン１．０８ｇに変更する以外は同様に反応を行い難燃剤Ｉを得た。この物性を表２に示す。
【００３３】
【表２】

【００３４】
実施例３〜４、比較例１〜４
次に得られた難燃剤の効果を見るために熱可塑性樹脂に配合した組成物の物性を調べた。即ち、実施例３〜４は実施例１〜２で得られた難燃剤Ｂ〜Ｃを添加した場合、及び比較例１〜４は、参考例１〜２で得られた難燃剤Ｄ〜Ｅ及び市販のＹＤＢ−４０６、ＴＢ−６２（前出）をそれぞれ表３に示す組成で配合し、ヘンシェルミキサーで混合した後に、２軸押出機（池貝鉄工製ＰＣＭ−３０型）にて、溶融混練し、コンパウンドを得た。得られたコンパウンドをさらに射出成形により試験片を作成した。この試験片を用いて燃焼性、付着性、耐光性を測定した。その結果を表３に示す。
【００３５】
【表３】

【００３６】
比較例５
比較例５は、参考例の難燃剤Ｉをそれぞれ表４に示す組成で配合し、実施例３〜４と同様にヘンシェルミキサーで混合した後に、２軸押出機（池貝鉄工製ＰＣＭ−３０型）にて溶融混練し、コンパウンドを得た。得られたコンパウンドをさらに射出成形により試験片を作成した。この試験片を用いて燃焼性、付着性、耐光性を測定した。その結果を表４に示す。
【００３７】
【表４】

【００３８】
【発明の効果】
表３及び表４から明らかのように本発明の難燃剤は臭素化エポキシオリゴマータイプでありながら、臭素含有量の低下をせずに耐光性を維持しつつ金属付着性が改良されるという優れた効果を発揮するものである。したがって、該難燃剤を配合した樹脂組成物は、高度の難燃性と共に耐光性、耐熱性、流動性に優れ、射出成型機や押出機のスクリュー、シリンダー、金型などの金属部分に付着性がない改良された特性を有し、その結果、ＯＡ機器や家電製品のハウジング、自動車部品などの難燃性の要求される分野に使用される熱可塑性樹脂組成物を提供することができる。

Claims

エポキシ当量が３５０から４２０ｇ／ｅｑ、軟化点６４〜７４℃、臭素含有量が４６から５２％のテトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と、テトラブロムビスフェノールＡ及びトリブロムフェノールとをリン系触媒の存在下に同時に反応させて、末端基Ｘ、Ｙは式（２）に示されるＡまたはＢから成り、Ｘ＝Ｙ＝Ａの化合物が１５〜３０％、Ｘ＝Ａ及びＹ＝Ｂの化合物が４０〜６０％、Ｘ＝Ｙ＝Ｂ化合物が２０〜３５％でＸ＝Ｙ＝Ａ、Ｘ＝Ａ及びＹ＝Ｂ、Ｘ＝Ｙ＝Ｂの総和が１００％である下記一般式（１）で示される臭素含有難燃剤を製造する方法。

但し、重合度ｎは整数で０＜ｎ＜３０であり、上記各化合物の組成割合は液体クロマトグラフィー（ＬＣ）を用い、ＵＶ検出器を２８０ｎｍで測定した各重合度におけるそれぞれ末端基の異なる化合物のピークの面積比の平均値を示し、Ａ及びＢは次のとおりである。