JP3885263B2 - 含窒素有機リン酸化合物及びそれを配合してなる難燃性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はハロゲン原子を含まない含窒素有機リン酸化合物及びそれを含む難燃性樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より樹脂の難燃化に対して、ハロゲン系の難燃剤が難燃性、樹脂物性、価格の面で優れているために広く用いられてきたが、発煙性、加工及び燃焼時の毒性ガスの発生の問題により、近年ハロゲン系化合物を使用しない難燃処方の開発が盛んに行われている。
【0003】
ハロゲン原子を含まないリン酸エステル系化合物としては、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート(いずれも例えば、特公昭53−418号公報)、オリゴマー型の縮合リン酸エステル(例えば、特開平7−109416号公報)が知られている。
【0004】
また、ハロゲン原子を含まない含窒素有機リン酸化合物としては、ポリリン酸アンモニウム(例えば、特開平7−330968号公報)、リン酸メラミン(例えば、特開平7−258479号公報)、エチレンジアミンリン酸塩(例えば、特開平5−156116号公報)、ペンタエリスリチルジリン酸のアミノ−s−トリアジン塩(例えば、特開昭55−86828号公報)等が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
リン酸エステル系化合物は、揮発性が高く耐熱性が劣るものが多く、難燃性能及び配合樹脂の機械物性の問題があり、その使用が変性ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート/アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体アロイ等の樹脂に限られており、ポリプロピレンをはじめとするポリオレフィン系樹脂に対しては十分な難燃性が得られないという問題がある。
【0006】
一方、含窒素リン酸化合物は耐水性の低いものが多く、さらにポリリン酸アンモニウム、リン酸メラミン等の単独使用では難燃性能が低く多量の配合を必要とし機械物性の低下を招く。また、エチレンジアミンリン酸塩等は耐水性及び耐熱性が低いという問題がある。
【0007】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は。ハロゲン原子を含まない含窒素有機リン酸化合物、及びこれを配合した難燃性、耐熱性、耐水性、機械物性に優れた難燃性樹脂組成物を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、難燃性、耐熱性、耐水性、機械物性に優れる含窒素有機リン酸化合物を見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち本発明は、下記一般式(1)で示される含窒素有機リン酸化合物及びそれを配合してなる難燃性樹脂組成物である。
【0010】
【化2】
【0011】
(式中、R1〜R4は各々独立して水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基を表す。)
以下、本発明を詳細に説明する。
【0012】
本発明の含窒素有機リン酸化合物は上記一般式(1)で示される化合物である。
【0013】
本発明の上記一般式(1)で示される含窒素有機リン酸化合物中のR1〜R4は、各々独立して水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。また樹脂組成物とする場合には、単一化合物の他、置換基、置換数の異なる混合物の状態としても良い。
【0014】
本発明の化合物の製造法については特に限定するものではないが、例えば、アミン触媒の存在下、ピペラジン1モルとジフェニルリン酸クロリド類2モルとの反応等により得ることができる。
【0015】
本発明の化合物が使用可能な樹脂としては、全ての樹脂に適用可能であり特に限定するものではないが、特にポリオレフィン系樹脂に対し有用である。ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレンプロピレン共重合体、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体等が挙げられる。その他の適用可能な樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、発泡ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体(ABS)、ポリプロピレン、石油樹脂、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、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート/ABS混合樹脂等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。
【0016】
本発明の化合物の樹脂への配合量は、配合する樹脂の種類、目的の難燃性能により異なり、樹脂100重量部に対して1〜100重量部の範囲で添加すると良い。例えば、ポリオレフィン系樹脂に対しては5〜40重量部の配合量で難燃化可能である。
【0017】
本発明の化合物を含む樹脂組成物には、必要に応じて他の難燃剤を併用しても良い。さらに必要に応じて他の配合剤、例えばタルク、マイカ、炭酸カルシウム等のような無機充填剤、ガラス繊維、カーボン繊維のような補強剤、ベンゾトリアゾール誘導体等の紫外線吸収剤、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン誘導体等の光安定剤、ヒンダードフェノール系の酸化防止剤、帯電防止剤、顔料、離型剤、耐衝撃改良剤等を添加しても良い。
【0018】
本発明の化合物の樹脂への配合方法としては特に限定はないが、熱硬化性樹脂に配合する場合は、予め樹脂原料に分散させた後硬化させる。熱可塑性樹脂に配合する場合は、例えば、コニカルブレンダー、タンブラーミキサー、バンバリーミキサー、加圧ニーダー等で溶融混練後、二軸押出機等を用いてペレット化する。こうして得られた樹脂組成物を押出成形、射出成形等を行い目的とする成形品を得ることができる。
【0019】
【発明の効果】
本発明の上記一般式(1)で示されるハロゲン原子を含まない含窒素有機リン酸化合物は、難燃性、耐熱性、耐水性に優れており、また樹脂との相溶性が良く、これを含む難燃性樹脂組成物は機械物性に優れる。
【0020】
【実施例】
次に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。
【0021】
実施例1
撹拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた2リットルの4つ口フラスコに、ピペラジン34.4g(0.40モル)及びトリエチルアミン80.8g(0.80モル)、1,4−ジオキサン1.0リットルを仕込み、撹拌下、20〜30℃に保ちながら滴下ロートよりジフェニルリン酸クロリド214.8g(0.80モル)をかけて滴下し、滴下終了後、60℃で4時間反応を行った。反応終了後、反応液を冷却した後5リットルビーカーに移液し、これに3リットルの水を添加し、反応目的物を析出させ、次いでろ過、120℃にて乾燥を行い目的物212.0g(収率96.4%)を得た。融点は181〜183℃であった。
【0022】
元素分析の結果は、C 60.86%、H 5.17%、N 4.77%、P11.61%(理論値 C 61.09%、H 5.12%、N 5.08%、P 11.37%)であり、下式(2)
【0023】
【化3】
【0024】
で示される化合物(化合物Aと称する)の理論値とほぼ一致した。
【0025】
赤外線吸収スペクトルは図1に示すように、ν=3600〜3200、3056、2924、2870、1593、1484、1456、1332、1262(P=O)、1192(P−O)、1160、1127、975、930、903、772(P−N)、689、517、499(cm-1)に吸収ピークを有していた。
【0026】
また、1H−NMR(200MHzm、CDCl3)スペクトルは図2に示すように、δ 3.1〜3.3ppm(8H、t)及び7.1〜7.4ppm(20H、m)にピークを有した。
【0027】
さらに、図3に示すように10℃/分の昇温速度条件における熱天秤測定の結果は、5%減量温度 306℃、10%減量温度 326℃、50%減量温度
383℃であり、トリフェニルホスフェート(TPP)、トリクレジルホスフェート(TCP)に対し高い熱安定性が見られた。
【0028】
実施例2
実施例1で得られた化合物Aを、ポリプロピレン(東ソー製、J7030B)100重量部に対して20重量部配合し、180℃にてロール混練を行った。ロール混練により得られた樹脂組成物を190℃、100kg/cm2で3分間プレス成形し、これより各種評価用試験片を得て測定評価した。その結果を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】
なお、難燃性樹脂組成物としての評価は以下の方法により行った。
【0031】
(燃焼試験)
JIS−K−7201に準拠する酸素指数の測定、UL94V垂直燃焼性試験に準拠するUL燃焼試験を行った。
【0032】
(機械物性:引張試験)
JIS−K−7113に記載されている2号試験片を用いて行った。
【0033】
(耐水性)
0.5×1.5×0.125インチ(約1.7g)の試験片を70℃、100mlの熱水中に2日間浸漬した時の難燃剤の溶解率を測定することで評価した。
【0034】
実施例3
低密度ポリエチレン(東ソー製、UP202)100重量部に対し、化合物Aを25重量部配合し、150℃にてロール混練を行った。得られた樹脂組成物を150℃、100kg/cm2で3分間プレス成形し、これより各種評価用試験片を得て実施例2と同様に測定評価した。その結果を表1にあわせて示す。
【0035】
実施例4
エチレン−酢酸ビニル共重合体(東ソー製、ウルトラセン630)100重量部に対し、化合物Aを15重量部配合し実施例3と同様の方法で混練、成形、測定評価を行った。その結果を表1にあわせて示す。
【0036】
比較例1〜比較例3
比較例1として下式(3)
【0037】
【化4】
【0038】
で示される化合物(化合物Bと称する)縮合型リン酸エステル(大八化学工業製、CR733S)、比較例2としてポリリン酸アンモニウム(ヘキスト製、Exolit422)、比較例3としてリン酸メラミン(三和ケミカル製、MPP−A)をポリプロピレンに配合した場合について、それぞれ実施例3、実施例4の方法に従い試験片を作成し、評価を行った。各種試験結果を表1にあわせて示す。
【0039】
参考例1〜参考例3
参考例1として、ポリプロピレン(PP:東ソー製、J7030B)のみを実施例2と同様の方法で混練、成形して試験片を作成、評価を行った。その結果を表1に示した。また、参考例2、参考例3として低密度ポリエチレン(LDPE:東ソー製、UP202)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA:東ソー製、ウルトラセン630)のみを用いた場合についても、それぞれ実施例3、実施例4の方法に従い試験片を作成し、評価を行った。各種試験結果を表1にあわせて示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で調製された化合物Aの赤外線吸収スペクトルである。
【図2】実施例1で調製された化合物Aの1H−NMRスペクトルである。
【図3】実施例1で調製された化合物Aの熱天秤測定結果を示す図である。
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