JP6433998B2 - リン酸化ポリマー - Google Patents

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Description

本発明は、リン含有有機ポリマーの製造方法、その方法により得ることができるリン含有有機ポリマー、および、可燃性固体の難燃性改良用または無機酸化物固体の改良用にこれらを使用する方法、ならびに、それに対応して改良された熱可塑性成形組成物にも関する。
DEPALおよび赤リンなどのリン含有化合物による熱可塑性成形組成物の難燃性改良は、それ自体知られている。WO2012/152805は、さらに、熱可塑性成形組成物の難燃剤成分としての環式フェノキシホスファゼンおよび(ジ)ホスフィン酸塩を使用する方法について記載している。
低分子量リン含有難燃剤に加え、目的とする他の材料は、難燃性用途で使用することができるリン酸化ポリマーである。
炭素−リン結合を有する化合物の合成は、それ自体知られている。US2,957,931は、このタイプの方法について記載している。
ホスホン酸ジアルキルのエチレン性不飽和化合物への結合は、さらに、J.Am.Chem.Soc.81、(1959)、6275〜6277ページに記載されている。
ジメチルホスファイトのポリペンテナマへのフリーラジカル付加は、J.Polymer Science、Polymer Chemistry Edition、15巻、(1977)、547〜560ページで知られている。
リン酸化は、しばしば低収率を示す。例として、ポリペンテナマを20倍過剰のジメチルホスファイトと反応させると、ポリマー鎖に結合するホスホン酸ジメチルの量は、10mol%未満であった。
モノマーがリン酸化されるとき、得られるリン酸化モノマーは、重合されなければならず、これは、しばしば技術的に不可能である。
したがって、可燃性固体の難燃性改良用に適切であり、複雑でない方法で製造することができるリン酸化ポリマーは継続的に必要とされている。
WO2012/152805
J.Am.Chem.Soc.81、(1959)、6275〜6277ページ J.Polymer Science、Polymer Chemistry Edition、15巻、(1977)、547〜560ページ
本発明は、反応条件下でフリーラジカルを形成する有機化合物の存在下で、ジアルキルホスファイトを、炭素−炭素二重結合を含む有機ポリマーと反応させて、ジアルキルホスファイトのリン原子を有機ポリマーの炭素原子に共有結合させることによりリン含有有機ポリマーを製造する方法によって目的を達成する。
この目的は、前記方法で得ることができるリン含有有機ポリマーによっても達成される。
この目的は、可燃性固体の難燃性改良用または無機酸化物固体の改良用にこのタイプのリン含有有機ポリマーを使用することによっても達成される。
この目的は、a)成分Aとして、30〜95質量%の少なくとも1つのリン不含熱可塑性ポリマー、b)成分Bとして、1〜30質量%の少なくとも1つの上記タイプのリン含有有機ポリマー、c)成分Cとして、0〜15質量%の他の難燃助剤、d)成分Dとして、0〜20質量%の少なくとも1つの衝撃改良ポリマー、e)成分Eとして、0〜50質量%のガラス繊維、f)成分Fとして、0〜30質量%の他の添加剤を含み、ここで成分A〜Fの総量が100質量%になる、熱可塑性成形組成物によっても達成される。
本発明の方法では、反応条件下でフリーラジカルを形成する有機化合物の存在下で、炭素−炭素二重結合を含む有機ポリマーをジアルキルホスファイトと反応させるまたはジアルキルホスファイトでリン酸化する。
本発明では、有機ポリマーに対するジアルキルホスファイトの親和性が十分高いとき、有機ポリマーのこのタイプのリン酸化が高収率で成功することが見出された。
このことは、適度に極性のある有機ポリマーを使用することにより確実にすることができる。本発明では、十分な極性を有する有機ポリマーを使用することが可能であり、あるいは、極性基をポリマーに導入することにより、非極性または極性が不十分である有機ポリマーをより極性とすることができる。
例として、有機ポリマーに対して65質量%超のビニル芳香族単位を有する有機ポリマーは、一般に、リン酸化されるのに十分な極性を有する。この場合、イオン性基を導入する必要はない。
有機ポリマーの極性は、例として、極性基、例えば、(メタ)アクリル酸またはそのエステル、ヒドロキシエチルヘキシルアクリレートなどのヒドロキシ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、アクリロニトリルなどの組み入れることにより増加させることができる。
代替としてまたは追加で、有機ポリマーの炭素−炭素二重結合に無水マレイン酸を適用して、無水コハク酸基を導入することができる。アリル基または炭素−炭素二重結合の最大20%、特に最大10%がこのタイプのグラフト化を受けることが好ましい。
極性基は、さらに、ヒドロホウ素化/酸化、クロロもしくはブロモメチル化/加水分解、またはスルホン化により、導入することができる。極性基は、ポリマー鎖中の末端基の形態を取り得、あるいはポリマー鎖内に存在し得る。
本発明では、有機ポリマーのモノマー単位に対して、0.01〜50mol%、特に0.5〜20mol%、特に1〜10mol%の、完全にまたはある程度塩の形態で存在し得るイオン性基を有する有機ポリマーを反応のために使用することが好ましい。したがって、イオン性基は、ある程度または完全に脱プロトン化した形態で存在することが可能である。
イオン性基は、カルボキシル、スルフィネート、スルホネート、および/またはスルフェート基から選択されることが好ましい。
イオン性基の存在は、本発明で使用する有機ポリマーの極性をジアルキルホスファイトの極性に適切であるように適合させ、したがって、2成分間に適度な親和性を与える。この方法により、高いグラフト収率を有する、ジアルキルホスファイトと炭素−炭素二重結合との迅速な反応を達成することが可能であり、他方、架橋またはモル質量増加を実質的に防ぐことができる。
例として、反応のために使用される有機ポリマーは、スルホン化されていてもよい。
芳香族基のスルホン化は、スルホン化により引き起こされる炭素−炭素二重結合またはアリル基へのいずれの攻撃も起こすことなく穏やかな条件下で可能であるので、スルホン化のために、有機ポリマーが芳香族基を有することが有利である。
したがって、有機ポリマーが、全有機ポリマーに対して、10〜70質量%、特に20〜60質量%、特に30〜50質量%の、芳香族基を含むモノマー単位を含むことが好ましい。芳香族基を有する適切なモノマーの例には、スチレンまたはメチルスチレンなどのビニル芳香族モノマーがある。
反応に使用する有機ポリマーの分子量は、重要ではない。数平均分子量(M)が、1000〜1000000の範囲に、特に2000〜300000の範囲に、特に5000〜200000の範囲にあることが好ましい。
反応のために使用される有機ポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマーであってよい。ランダムコポリマーまたはジもしくはマルチブロックコポリマーが含まれることが好ましい。
炭素−炭素二重結合は、この場合、主ポリマー鎖内または側鎖内にあってよい。炭素−炭素二重結合が、主ポリマー鎖であることが好ましい。
本発明で使用される有機ポリマーは、任意の望ましい適切な基礎をなすモノマー単位から誘導することができる。適切なポリマーの例は、Hadjichristidis、「[Blockcopolymers」Block copolymers]、Wiley、2003、4〜173ページ、ならびに、HsiehおよびQuirk、「Anionic Polymerization」、Decker、1996、261〜394ページに記載されている。
ポリマーは、例えば、アニオン、カチオン、フリーラジカル、または開環メタセシス重合である重合方法のいずれかにより製造することができる。フリーラジカル重合方法は、例えば、TEMPOおよび類似の化合物の使用を伴う、制御されたフリーラジカル重合方法も含む。
適切なAB−ジブロックコポリマーは、例として、スチレンと、イソプレン、ブタジエン、シクロヘキサジエン、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ブチルアクリレート、2,3−グリシジルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、エチレンオキシド、カプロラクトン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、フェロフェニルジメチルシランまたはヘキシルイソシアネート、ならびに、また、α−メチルスチレンとブタジエン、イソプレンと2−ビニルピリジン、エチレンオキシド、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、ブタジエンとカプロラクトンまたはエチレンオキシド、メチルメタクリレートとブチルメタクリレート、および、2−ビニルピリジンとブチルメタクリレート、カプロラクトン、またはエチレンオキシドのアニオン重合により製造することができる。
ABAトリブロックコポリマーは、例として、スチレン/ブタジエン、スチレン/イソプレン、p−メチルスチレン/ブタジエン、α−メチルスチレン/イソプレン、tert−ブチルスチレン/ブタジエン、4−ビニルピリジン/ブタジエン、エチレンオキシド/イソプレン、イソプレン/tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート/イソプレン、メチルメタクリレート/ブタジエン、メチルメタクリレート/オクチルアクリレート、グリシジルメタクリレート/ブタジエン、イソボルニルメタクリレート/ブタジエン、エチレンオキシド/ブタジエンのアニオン重合により得ることができる。
ポリマーの化学的改質は、上述のように、例として、水素化、加水分解、四級化、スルホン化、ホウ水素化/酸化、エポキシ化、クロロ/ブロモメチル化、またはヒドロシリル化を介して任意に実施することができる。
調節剤として通常使用する化合物、例えば、モノカルボン酸およびジカルボン酸を、他の機能性モノマーとして使用することも可能である。説明のために、DE−A−4413177を参照することもできる。
非線状ブロックコポリマー、例えば、星形ブロックコポリマー、もしくはグラフトコポリマー、または他の複雑なコポリマー構造を使用することも可能である。不飽和ブロックコポリマーは、開環メタセシス重合により得ることもできる。
開環メタセシス重合(ROMP)は、適切なモノマーのいずれか、例えば、オキサノルボルネンを使用することができる。
本発明では、最大30質量%の総ブタジエン含量を有するビニル芳香族−ジエンコポリマーが好適である。それらは、フリーラジカルリン酸化方法について以下に記載する条件下では、ポリマー中の二重結合に対して50%超の収率で直接リン酸化され得る。このタイプのポリマーは、ランダム構造を有し得、または、S−B、S−B−S、(S−B)n、B−S−B、(S−B)nS、B−(S−B)nなどのブロック配列を有する線状ブロックポリマーの形態を取り得、または、例として、式(S−B)n−x、(B−S)n−x、(S−B−S)n−x、(B−S−B)n−xによる星形を有し得、ここで、xは、n官能性カップリング剤または官能性>1を有する開始分子である。Sは、スチレンおよび/または別のビニル芳香族からなるポリマーブロックを意味し、同一のまたは異なるブロック長さ、および、狭い、または広い、または多様なブロック長さ分布も有する。Bは、ジエン単位、例えば、ブタジエン、イソプレン、および他のジエン、ならびにこれらの混合物から独占的に構成され得るジエン含有ポリマーブロックを意味するが、例えば、スチレンとブタジエンから作られるビニル芳香族と前記ジエンとのランダムコポリマーとすることもでき、ここで、ジエン/ビニル芳香族比は、99/1〜1/99、好ましくは90/10〜10/90の範囲内で変化し得る。ブロック内で、モノマー組成物は、一定とすることができ、または、勾配を示すことができる。個々のブロック間の移行は、急峻または漸減であってよく、急峻の場合、組成物の急激な変化を示し得、漸減の場合、モノマー勾配を伴うポリマー部分を示し得る。
30質量%超の総ブタジエン含量を有するビニル芳香族−ジエンコポリマーは、同様に本発明の範囲内である。50%超のリン酸化レベルを達成するために、極性基、特にイオン性基を導入することが好ましい。
本発明で同様に有利に使用することができる材料は、ビニル性モノマーがオレフィン性不飽和ポリマーにグラフト化しているグラフトポリマーである。グラフトベースは、ブタジエン、イソプレン、および他のアルキルブタジエンなどのモノマー、あるいはこれらの混合物、あるいはこれらとスチレンなどのビニル芳香族との混合物(例はSBR、特に溶液SBRである)、あるいはこれらとアクリロニトリル、アクリレート、およびメタクリレートなどの他のビニルモノマーとの混合物に基づくポリジエンとすることができる。グラフトベースとして同様に適切な他の材料は、開環メタセシス重合から得られるポリマー、例えば、ポリペンテナマ、ポリオクテナマ、ポリノルボルネン、ポリオキシノルボルネン、および開環メタセシス重合用に適切な他のモノマーである。グラフトベースとして同様に適切な材料は、上述のようなビニル芳香族−ジエンブロックポリマーである。グラフトベースが、グラフト鎖の形態でグラフト化による用途用に意図されている、モノマーに、またはモノマー混合物に溶解していることが好ましい。グラフト化は、任意に、溶媒およびフリーラジカル開始剤の存在下で生じ得る。適切なモノマーは、スチレンなどのビニル芳香族、アクリロニトリル、アクリレート、メタクリレートなどの他のビニル性モノマー、同様に、これらの組み合わせである。グラフト鎖のモル質量は、重合温度により、また、任意で分子量調節剤を添加することにより制御することができる。グラフトベースのモル質量およびその数、同様に、グラフト鎖のモル質量により、用途で要求されるような広い範囲の後のリン含量を達成することが可能である。モル質量範囲は、オリゴマー領域(Mw>500)で始まり、200万に拡大する。
ポリマーは、さらに、他の反応性基、例えば、−OH、NCOなどを含み得る。これらの基は、次いで、例としてホスホン酸化ポリマーで処理した溶融亜鉛めっき鋼板の塗布時に生じるものなどのさらなる反応にとって重要である可能性がある。
スチレンモノマーからなる少なくとも1つのハードブロックA、ならびに、スチレンモノマー、同様にジエンからなる少なくとも1つのエラストマー性ブロックB/Aから作られるエラストマー性ブロックコポリマーを使用することが、本発明で特に好ましく、これらは、WO97/40079に記載されている。硬質相を形成し、ビニル芳香族モノマーから誘導される共重合単位を含む少なくとも1つのブロックA、ならびに、軟質相を形成し、ビニル芳香族モノマーおよびジエンの共重合単位を含む少なくとも1つのブロック(B/A)から作られるエラストマー性ブロックコポリマーが好適であり、ブロックAのガラス転移温度Tは、25℃超であり、ブロックB/Aでは25℃未満であり、ブロックAのブロック(B/A)に対する相容積比は、硬質相の割合が、全ブロックコポリマーに対して、1〜40体積%であり、ジエンの質量割合が50質量%未満であるように選択され、ポリジエンの1,2−結合の相対含量が、1,2−および1,4−cis/trans結合の全量に対して、15%未満である。
本発明で使用する好ましい有機ポリマーは、ビニル芳香族モノマーおよびジエンモノマーの共重合単位を含む。
反応で使用される有機ポリマーに対して65質量%超のビニル芳香族単位が存在し、イオン性基がないことが、この場合可能である。
反応のために使用される有機ポリマーが、それぞれの場合にポリマーに対して、10〜70質量%、好ましくは20〜60質量%、特に30〜50質量%のビニル芳香族単位、および30〜90質量%、好ましくは40〜80質量%、特に50〜70質量%のジエン単位を共重合単位として有すること、および、芳香族単位の0.5〜5%、好ましくは1〜4%、特に2〜3%がスルホン化されていることも可能である。
ジアルキルホスファイトとC=C結合との反応は、フリーラジカルの存在下で進行する。これらは、例として、過酸化物、ヒドロペルオキシド、不安定C−C化合物、またはアゾ化合物から誘導することができる。適切な化合物の半減期は、反応温度において20秒間〜10時間であるはずである。通常の反応温度は、50〜150℃、好ましくは60℃〜120℃である。
ポリマー安定剤、例えば、立体障害のフェノールをさらに活用することは有利となり得る。これらの化合物は、反応条件下でのポリマーの架橋を低下させる。
ジアルキルホスファイトのモル過剰は、C=C結合に対して、好ましくは、1〜50倍、好ましくは、2〜30倍である。
成分は種々の方法で添加することができる。溶媒と共に初期の仕込みとしてジアルキルホスファイトを使用することが好ましい。次いで、ポリマーを、フリーラジカル発生剤と共に系に計り入れることができる。計りこみ時間は、好ましくは1時間〜7日間、特に好ましくは8時間〜48時間である。
溶媒を正しく選択することは、有利となり得る。その極性は適度であるべきで、かなり多くの場合、誘電率が5より大きいと、有利であるとみなされてきた。ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、およびジエチレングリコールジエチルエーテルは、好適である。
pH>8を伴う塩基性成分の添加が有利となり得、アミン(第1級、第2級、第3級)を使用すること、好ましくは、ポリマー中の脱プロトン性基に対して、少し過剰に使用することが好適である。さらに、石鹸、および非イオン界面活性剤としても作用する有機塩を使用することが可能であり、これらを有利なことに、使用するポリマーに対して、10質量%未満の量で相間移動触媒として付随的に使用することができる。
使用することができるジアルキルホスファイトは、同一の、または、異なるアルキル部分を有する任意の望ましい適切なジアルキルホスファイトである。ジ−C1−6−アルキルホスファイト、特にジ−C1−3−アルキルホスファイト、特にジメチルホスファイトまたはジエチルホスファイトが好適である。
高度のリン酸化を有する、得られるリン含有有機ポリマーは、ポリマーの難燃性改良のため、ならびに、加水分解後の極性表面上の付着および酸化物表面を有する無機フィラーの分散のためにも使用することができる。
反応のために使用される有機ポリマー中に存在する炭素−炭素二重結合に対する、リン酸化の程度は、10〜100mol%、特に40〜100mol%、特に60〜100mol%であることが好ましい。
いずれの架橋反応も抑制するために、フリーラジカル捕捉剤の存在下で反応を実施することが有利となり得る。
リン酸化の後に、ホスホン酸基を形成するために、リン含有有機ポリマーを加水分解することができる。これは、無機酸化物固体の改良において特に有利であり、他方、可燃性固体の、好ましくはプラスチック、木材、または天然繊維の難燃性改良は、非加水分解リン含有有機ポリマーを使用する。
本発明で得ることができるリン含有有機ポリマーは、好ましくは、可燃性固体、好ましくは、プラスチック、木材、または天然繊維の難燃性改良のため、または無機酸化物固体の改良のために使用される。プラスチックは、BULKプラスチック、発泡プラスチック、エラストマー、分散、または塗料とすることができる。無機酸化物固体は、好ましくは、金属アルミニウム、ケイ素、チタン、亜鉛、もしくはマグネシウム、または前記元素を含む鉱物から誘導する。さらに、ポリマーおよび色顔料を改良することも可能である。
スルホン化およびリン酸化した有機ポリマーを使用することが本発明において好ましい。
Azumaが記載するように、ホスホン酸化ポリマーは、HCIガスと反応して、遊離のホスホン酸基を有するポリマーを生じさせることができる。代替として、好結果のエステル開裂は、好ましくは上述のエーテル中のポリマー溶液に水中1〜10%リン酸を添加し、2〜4時間、好ましくは、100〜150℃に、任意にオートクレーブ中で、引き続き加熱することにより達成される。
ホスホン酸基は、ポリマーまたは溶媒中のフィラーの分散を促進する。したがって、それらは、洗剤中で使用することもできる。
リン酸化されるべきジエンブロックのモル質量が大きいほど、かなり非極性のポリジエンまたはジエンに富むスチレン−ジエンコポリマーと極性のホスホン酸アルキルとの間の相間移動の問題を克服することが困難になり得、すなわち、モル質量増加の拡大および架橋によるゲル化に加え、比較的低い度合いのリン酸化が観察される。例えば、スルフィン酸を生成するためにリビングポリマー鎖と二酸化硫黄との反応により導入される、鎖末端にある離れたイオン性基の効果は、しばしば不十分である。この問題を解決するために、適切なモノマーによるジエン鎖への極性の、好ましくはイオン性の基をさらに組み込むことが好適である。これは、例として、一部のジエン単位のマレイン化により達成することができる。好ましい経路では、スチレン単位は、10〜20個のジエン単位の間隔で組み込まれ、次いで、例えば、好ましくは1,2−ジクロロエタンなどの塩素化炭化水素中で、好ましくは0〜25℃の温度で、(亜)化学量論量のスルホン化剤、例えば、クロロスルホン酸またはアセチルスルホネートとの反応によりスルホン化される。反応は、ポリジエンのスルホン化を避けるために、特に温和な条件下で起こるはずであり、それは次いで分解して黒ずんだ色を生じる。この手順は、使用するポリマーが、主にジエンからなり、2000g/mol超、特に5000g/mol超のモル質量を有するときに特に重要である。それは、ジアルキルおよびジアリールのホスホン酸塩のために達成されるリン酸化の度合いを高める。このタイプのポリリン酸エステルは、例として、熱可塑性、発泡体、分散、および反応性プラスチック中の難燃剤として適切である。
それらは、好ましくは、a)成分Aとして、30〜95質量%の少なくとも1つのリン不含熱可塑性ポリマー、b)成分Bとして、1〜30質量%の少なくとも1つの本発明のリン含有有機ポリマー、c)成分Cとして、0〜15質量%の他の難燃助剤、d)成分Dとして、0〜20質量%の少なくとも1つの衝撃改良ポリマー、e)成分Eとして、0〜50質量%のガラス繊維、f)成分Fとして、0〜30質量%の他の添加剤を含み、ここで成分A〜Fの総量が100質量%になる熱可塑性成形組成物の改質のために使われる。
この場合、成分Aは、任意の望ましい適切なポリマーから選択することができる。例として、それは、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリオレフィン、またはそれらの2つ以上から作られるポリマーブレンドを含む。
成分Aがポリアミドを含むことが特に好ましい。
本発明で好ましく使われるポリアミドは、例として、ジカルボン酸から、およびジアミンから、またはジカルボン酸とジアミンの塩から、アミノカルボン酸から、アミノニトリルから、ラクタムから、およびそれらの混合物から選択される出発モノマーの反応を介して製造される。任意の望ましい脂肪族ポリアミドの出発モノマーは、この場合、含まれ得る。ポリアミドは、非晶性、結晶性、または半結晶性とすることができる。ポリアミドは、さらに、任意の望ましい適切な粘度および、それぞれ、分子量を有し得る。特に適切なポリアミドは、脂肪族、半結晶性、または半芳香族、あるいは非晶性の、任意のタイプの構造を有する。
これらのポリアミドの固有粘度は、ISO307に従い25℃で96質量%硫酸中の0.5質量%溶液で決定し、一般に、90〜350ml/g、好ましくは110〜240ml/gである。
少なくとも5000の分子量(質量平均)を有する半結晶性または非晶性樹脂が好ましく、それらは、例として、以下の米国特許第2071250号、第2071251号、第2130523号、第2130948号、第2241322号、第2312966号、第2512606号および第3393210号に記載されている。これらの例は、7〜11員環を有するラクタムから誘導されるポリアミド、例えば、ポリカプロラクタムおよびポリカプリルラクタムであり、ならびに、ジカルボン酸とジアミンとの反応を介して得られるポリアミドでもある。
使用することができるジカルボン酸は、6〜12個、特に6〜10個の炭素原子を有するアルカンジカルボン酸、および芳香族ジカルボン酸である。この場合、以下の酸:アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、およびドデカン二酸(=デカンジカルボン酸)に言及することができる。
特に適切なジアミンは、2〜12個、特に6〜8個の炭素原子を有するアルカンジアミンであり、ジ(4−アミノシクロヘキシル)メタンまたは2,2−ジ(4−アミノシクロヘキシル)プロパンでもある。
好ましいポリアミドは、ポリヘキサメチレンアジポアミド(PA66)およびポリヘキサメチレンセバカミド(PA610)、ポリカプロラクタム(PA6)、ならびに、特にカプロラクタム単位の5〜95質量%の割合を有するナイロン−6/6,6coポリアミドでもある。PA6、PA66、およびナイロン−6/6,6coポリアミドが特に好ましい。
例として、高温で1,4−ジアミノブタンとアジピン酸との縮合を介して得ることができるポリアミドも言及することができる(ナイロン−4,6)。この構造を有するポリアミドの製造方法は、例として、EP−A38094、EP−A38582、およびEP−A39524に記載されている。
他の例は、2つ以上の上述のモノマーの共重合を介して得ることができるポリアミド、および任意の望ましい混合比での複数のポリアミドの混合物である。
以下の包括的ではないリストは、言及されたポリアミド、および本発明の目的のための他のポリアミドも含む(モノマーは、括弧内に示される):
PA 26 (エチレンジアミン、アジピン酸)
PA 210 (エチレンジアミン、セバシン酸)
PA 46 (テトラメチレンジアミン、アジピン酸)
PA 66 (ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸)
PA 69 (ヘキサメチレンジアミン、アゼライン酸)
PA 610 (ヘキサメチレンジアミン、セバシン酸)
PA 612 (ヘキサメチレンジアミン、デカンジカルボン酸)
PA 613 (ヘキサメチレンジアミン、ウンデカンジカルボン酸)
PA 1212 (1,12−ドデカンジアミン、デカンジカルボン酸)
PA 1313 (1,13−ジアミノトリデカン、ウンデカンジカルボン酸)
PA 4 (ピロリドン)
PA 6 (ε−カプロラクタム)
PA 7 (エタノラクタム)
PA 8 (カプリルラクタム)
PA 9 (9−アミノノナン酸)
PA11 (11−アミノウンデカン酸)
PA12 (ラウロラクタム)
これらのポリアミドおよびその製造は周知である。その製造に関する詳細を、当業者はUllmanns Enzyklopaedie der Technischen Chemie[Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry]、第4版、19巻、39〜54ページ、Verlag Chemie、Weinmann 1980、およびUllmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、A21巻、179〜206ページ、VCH Verlag、Weinheim 1992、およびStoeckhert、Kunststofflexikon[Plastics Encyclopedia]、425〜428ページ、Hanser Verlag、Munich 1992で見られる(キーワード「ポリアミド」[ポリアミド]以下)。
ナイロン−6またはナイロン−6,6を使用することが特に好ましい。
さらに、ポリアミド中の機能性化合物を提供することが本発明で可能であり、ここで、これらは、カルボキシまたはアミノ基に結合する能力があり、例として、少なくとも1つのカルボキシ、ヒドロキシ、またはアミノ基を有する。これらは、好ましくは分岐効果を有するモノマーであり、ここで、これらは、例として、少なくとも3つのカルボキシまたはアミノ基、例えば、エポキシ、ヒドロキシ、イソシアナト、アミノ、および/またはカルボキシ基を介してカルボキシまたはアミノ基に結合する能力があるモノマーを有し、それは、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、アミド基、イミン基、イミド基、ハロゲン基、シアノ基、およびニトロ基、C−C二重結合、もしくはC−C三重結合、またはカルボキシもしくはアミノ基に結合する能力があるポリマーブロックから選択される官能性基を有する。
機能性化合物を使用すると、得られるポリアミドの特性プロファイルを広範囲で望まれるように調整することができる。
例として、トリアセトンジアミン化合物は、機能性モノマーとして使用することができる。これらは、好ましくは4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンまたは4−アミノ−1−アルキル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンを含み、ここで、これら内のアルキル基は、1〜18個の炭素原子を有するか、または、ベンジル基で置換されている。トリアセトンジアミン化合物の存在量は、それぞれの場合にポリアミドの1molのアミド基に対して、好ましくは0.03〜0.8mol%、特に好ましくは0.06〜0.4mol%である。より詳細にはDE−A−4413177を参照することができる。
リン含有有機ポリマーは、単独で、または、成分Cとしての他の難燃剤物質および相乗剤と組み合わせて使用することができる。
他の難燃剤物質は、例として、赤リン、少なくともフェノキシホスファゼン単位を有する環式フェノキシホスファゼン、または(ジ)ホスフィン酸塩とすることができる。
さらに、メラミンとリン酸との反応生成物を使用すること、または、金属ホウ酸塩を使用することも可能である。
メラミンとリン酸との好ましい反応生成物は、適切な方法により本質的に等モル量のメラミンまたはメラミンの縮合物とリン酸、ピロリン酸、またはポリリン酸との反応により得られる生成物である。窒素下での加熱によるリン酸メラミンの縮合により得ることができる、ポリリン酸メラミンを使用することが特に好ましい。ポリリン酸メラミンの一般式は、(C HPOである。
リン酸メラミン中のリン酸成分は、例として、オルトリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、トリリン酸、またはテトラリン酸である。オルトリン酸またはピロリン酸とメラミンとの付加物の縮合により得られるポリリン酸メラミンが特に好ましい。ポリリン酸メラミンの縮合度は、好ましくは5以上である。あるいは、ポリリン酸メラミンは、ポリリン酸とメラミンとの等モル付加物塩とすることもできる。非環式ポリリン酸に加えて、環式ポリメタリン酸を使用することも可能である。ポリリン酸メラミンの付加物塩は、一般に、メラミンの混合物の水性スラリーとポリリン酸との反応、および次の、ろ過、洗浄、および乾燥による分離を通して得られる粉末である。ポリリン酸メラミンの粒度は、広い限度内で調整することができ、これに関連してEP−A−2100919、段落[0026]を参照することもできる。
適切なホスフィン酸塩は、一般式[RP(=O)−O] m+を有する。適切な(ジ)ホスフィン酸は、一般式[O−P(=O)R−O−R−O−P(=O)R−O]2− m+を有し、ここで、RおよびRは、互いに独立に、直鎖または分枝C1−6−アルキル部分またはC6−10−アリール部分であり、Rは、直鎖または分枝C1−10−アルキレン部分、C6−10−アリーレン部分、C7−10−アルキルアリーレン部分、またはC7−10−アリールアルキレン部分であり、Mは、Ca、Mg、Al、またはZnであり、mは、Mの原子価であり、2n=mxから決定され、nは、1または3の値であり、xは、1または2の値である。mまたはnの値が2以上の場合、部分R〜Rは、各位置で自由に選択することができる。
適切なホスフィン酸塩の例は、ジメチルホスフィン酸塩、エチルメチルホスフィン酸塩、ジエチルホスフィン酸塩、メチル−n−プロピルホスフィン酸塩、メタンジ(メチルホスフィン酸塩)、ベンゼン−1,4−ジ(メチルホスフィン酸塩)、メチルフェニルホスフィン酸塩、およびジフェニルホスフィン酸塩である。金属成分Mは、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、または亜鉛イオンである。
適切なホスフィン酸塩の例は、ジメチルホスフィン酸カルシウム、ジメチルホスフィン酸マグネシウム、ジメチルホスフィン酸アルミニウム、ジメチルホスフィン酸亜鉛、エチルメチルホスフィン酸カルシウム、エチルメチルホスフィン酸マグネシウム、エチルメチルホスフィン酸アルミニウム、エチルメチルホスフィン酸亜鉛、ジエチルホスフィン酸カルシウム、ジエチルホスフィン酸マグネシウム、ジエチルホスフィン酸アルミニウム、ジエチルホスフィン酸亜鉛、メチル−n−プロピルホスフィン酸カルシウム、メチル−n−プロピルホスフィン酸マグネシウム、メチル−n−プロピルホスフィン酸アルミニウム、メチル−n−プロピルホスフィン酸亜鉛、メチルフェニルホスフィン酸カルシウム、メチルフェニルホスフィン酸マグネシウム、メチルフェニルホスフィン酸アルミニウム、メチルフェニルホスフィン酸亜鉛、ジフェニルホスフィン酸カルシウム、ジフェニルホスフィン酸マグネシウム、ジフェニルホスフィン酸アルミニウム、およびジフェニルホスフィン酸亜鉛である。
適切なジホスフィン酸塩の例は、メタンジ(メチルホスフィン酸)カルシウム、メタンジ(メチルホスフィン酸)マグネシウム、メタンジ(メチルホスフィン酸)アルミニウム、メタンジ(メチルホスフィン酸)亜鉛、ベンゼン−1,4−ジ(メチルホスフィン酸)カルシウム、ベンゼン−1,4−ジ(メチルホスフィン酸)マグネシウム、ベンゼン−1,4−ジ(メチルホスフィン酸)アルミニウム、およびベンゼン−1,4−ジ(メチルホスフィン酸)亜鉛である。
ホスフィン酸塩、特にエチルメチルホスフィン酸アルミニウム、ジエチルホスフィン酸アルミニウム、およびジエチルホスフィン酸亜鉛を使用することが特に好ましい。ジエチルホスフィン酸アルミニウムを使用することが特に好ましい。
(ジ)ホスフィン酸塩は、任意の望ましい適切な粒度で使用することができ、EP−A−2100919、段落[0032]を参照されたい。
熱可塑性成形組成物は、成分Dとして少なくとも1つの衝撃改良ポリマーを含み得る。
使用する成分Dは、0〜20質量%、好ましくは0〜10質量%、特に0〜8質量%の少なくとも1つの衝撃改良ポリマーを含む。衝撃改良ポリマーが存在する場合、最小量は、0.1質量%、好ましくは1質量%、特に3質量%である。成分Aの最大可能量は、それに応じて減少し、その結果、成分A〜Fの総量は100質量%になる。成分Dの付随的使用は重要ではないが、その使用は、得られるポリアミド成形組成物の耐衝撃性能力を改善し得る。この場合、含まれる衝撃改良ポリマーは、成分Aのポリアミドの衝撃改良のために通常使用されるものである。エラストマーが含まれることが好ましく、例は天然または合成ゴムおよび他のエラストマーである。
言及することができ、使用することができる合成ゴムは、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、ニトリルゴム(NBR)、ヒドリンゴム(ECO)、およびアクリレートゴム(ASA)である。シリコーンゴム、ポリオキシアルキレンゴム、および他のゴムを使用することも可能である。
以下は、熱可塑性エラストマー:熱可塑性ポリウレタン(TPU)、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー(SIS)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロックコポリマー(SEBS)、およびスチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロックコポリマー(SEPS)として言及することができる。
樹脂は、さらに、ブレンドポリマー、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、イミド樹脂、アミド−イミド樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、またはメラミン樹脂として使用することができる。
エチレンコポリマーは、さらに、ブレンドポリマーとして使用することができ、例は、エチレンと1−オクテン、1−ブテン、またはプロピレンとのコポリマーであり、これらは、WO2008/074687に記載されている。上述のタイプのエチレン−α−オレフィンコポリマーのモル質量は、好ましくは10000〜500000g/mol、好ましくは15000〜400000g/mol(数平均モル質量)の範囲にある。ポリエチレンまたはポリプロピレンなどの直鎖ポリオレフィンを使用することも可能である。
適切なポリウレタンのために、EP−B−1984438、DE−A−102006045869およびEP−A−2223904を参照することができる。
他の適切な熱可塑性樹脂は、JP−A−2009−155436の段落[0028]に列挙されている。
成分Fとして適切な他のポリマーは、EP−A−2100919の段落[0044]で言及されている。
エチレンとアクリレート、アクリル酸、および/または無水マレイン酸のコポリマーは、成分Fとして特に好ましく使用される。エチレン、n−ブチルアクリレート、アクリル酸、および無水マレイン酸のコポリマーを使用することが特に好ましい。対応するコポリマーは、BASF SEからLupolen(登録商標) KR1270として入手可能である。
成分E
熱可塑性成形組成物は、成分Eとして、0〜50質量%、または、存在する場合は1〜50質量%、好ましくは10〜35質量%、特に20〜30質量%、例えば、約25質量%のガラス繊維を含む。この場合、チョップドグラスの形態またはロービングの形態の任意の望ましい適切なガラス繊維を使用することが可能である。チョップドガラス繊維の直径が約10μmであることが好ましい。ガラス繊維は、表面処理、例えば、シラン処理されていてもよい。ガラス繊維の付随的使用は、特に有利である。
成分F
本発明の熱可塑性成形組成物は、成分Fとして、0〜30質量%の別の添加剤を含み得る。前記添加剤は、他のフィラー、安定剤、酸化抑制剤、熱による分解および紫外線による分解からの保護剤、難燃剤、潤滑剤および離型剤、染料や顔料などの着色剤、造核剤、可塑剤などを含み得る。考えられる添加剤のより詳細な説明として、WO2008/074687の31〜37ページを参照することができる。
0.1〜20質量%の成分Fが存在し(それに対応して成分Aの量は減少する)、この場合、成分Fは安定剤および潤滑剤を含むことが好ましい。例として、酸化亜鉛は、安定剤として使用することができ、ステアリン酸カルシウムは、潤滑剤として使用することができる。ポリアミド成形組成物用の従来の酸化防止剤、例えば、BASF SEから商標Irganox(登録商標)で販売されている酸化防止剤を使用することができる。
使用することができる他のフィラーは、炭素繊維、芳香族ポリアミド繊維、および他のフィラー、例えばセッコウ繊維、合成ケイ酸カルシウム、カオリン、仮焼カオリン、ウォラストナイト、タルク粉末、およびチョークである。
成分B〜Eの難燃剤の他に、他の難燃剤を成分Fの添加剤として、例えば、トリアジン、金属水和物、およびシリコーンに基づくものとして付随的に使用することも可能である。トリアジンに基づく典型的な難燃剤物質は、シアヌル酸メラミンである。
他のさらなる難燃剤物質は、金属化合物、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硫酸亜鉛、酸化鉄、および酸化ホウ素とすることができ、EP−A−2100919、段落[0046]〜[0048]も参照されたい。
相乗効果を有する他の難燃剤物質は、例として、US2010/0261818の段落[0064]および[0065]に言及されている。
本発明の成形組成物は、成分A〜Fを混合することにより製造する。押出機、例えば1軸もしくは2軸押出機、または他の従来の可塑化装置、例えばブラベンダーミキサーもしくはバンバリーミキサーは、この目的のために有利に使用される。
この場合、個々の成分を混合する順番は自由に選択することができる。
本発明の成形組成物は、改良された切断引張りひずみおよびシャルピー耐衝撃性と組み合わせて改良型難燃性の特徴がある。それは、成形物、繊維、または箔の製造のために適している。
本発明は、上述の熱可塑性成形組成物で作られる対応する成形物、繊維、または箔も提供する。
以下の例で本発明をさらに説明する。
合成例
スチレン−ブタジエン(SB)ブロックコポリマーの提供
適切なSBブロックコポリマーの製造は、例としてEP0859803B1に記載されており、この場合、特に、S−(S/B)3−S構造を伴う実施例3を使用した。
SBブロックポリマーのスルホン化
EP0859803B1、実施例3(35%Bu/65%S)による10.0gのSBブロックコポリマーおよび250mlの無水ジクロロエタンを、窒素で不活性化したガラス器具中で初期の仕込みとして使用する。ポリマーが溶解すると、系を−10〜−15℃に冷却し、50mlの無水ジクロロエタンに溶解した0.18gのクロロスルホン酸を、撹拌しながら1時間で系に計り入れる。連続反応の30分後に、遊離HCIおよびスルホン酸基を中和するために0.56gのトリブチルアミンを添加する。Sの元素分析のために、その手順は、水中での10mlの反応溶液の沈殿、ろ過、エタノールによる洗浄、および、50℃/20mbarでの15時間の乾燥である。
Sの元素分析:0.59g/100g(理論値:0.50g/100g、2.5%のフェニル単位に相当する)。
スルホン化SBコポリマーのリン酸化
300mlのジエチレングリコールジエチルエーテル(DEGDE)および67.0gのジエチルホスファイト(オレフィン性二重結合に対して、15倍過剰)を、ガラス器具中で初期の仕込みとして使用する。120℃に加熱後、実施例1による5.0gのスルホン化SBコポリマーおよび9.7gのジ−tert−ブチル過酸化物を、それぞれ70mlのDEGDEに溶解し、24時間かけて系内に計り入れ、反応を8時間続ける。リン酸化ポリマーを水中で沈殿させ、水およびエタノールで洗浄し、ろ過し、70℃/20mbarで12時間乾燥する。
Pの元素分析:6.6g/100g(理論値:10.5g/100g;リン酸化の程度=63%)
難燃剤熱可塑性成形組成物の例
PA6
成分A:ナイロン−6、BASF SE製、Ultramid(登録商標) B27
成分B1:無水マレインで改質したエチレン−オクテンコポリマー、Fusabond(登録商標)MN493、 DuPont
成分B2:エチレン−アクリレートコポリマー、Lupolen(登録商標)KR1270、BASF SE
成分B3:実施例2によるリン酸化SBコポリマー
成分C:ガラス繊維、10μm、OCF 1110、Dow Corning
成分D1:ジエチルホスフィン酸アルミニウム難燃剤、Exolit(登録商標) OP 1230、Clariant
成分D2:ポリリン酸メラミン難燃剤、Melapur(登録商標)M200、BASF SE
成分E:ホウ酸亜鉛
成分F:Alugel(登録商標)30DF ステアリン酸アルミニウム、Baerlocher AG
成分G:Irganox(登録商標)1098 酸化防止剤、BASF SE
Figure 0006433998
PA66−ジエチルホスフィン酸アルミニウムに基づく難燃性パッケージ
成分A:ナイロン−6,6、Ultramid(登録商標) A27;BASF SE
成分B1:無水マレインで改質したエチレン−オクテンコポリマー、Fusabond(登録商標) MN493、DuPont
成分B2:エチレン−アクリレートコポリマー、Lupolen(登録商標) KR1270、BASF SE
成分B3:合成例によるリン酸化SBコポリマー
成分C:ガラス繊維、10μm、OCF 1110、Dow Corning
成分D1:ジエチルホスフィン酸アルミニウム難燃剤、Exolit(登録商標) OP 1230、Clariant
成分D2:ポリリン酸メラミン難燃剤、Melapur(登録商標) M200、BASF SE
成分E:ホウ酸亜鉛
成分F:Alugel(登録商標) 30DF ステアリン酸アルミニウム、Baerlocher AG
成分G:Irganox(登録商標) 1098 酸化防止剤、BASF SE
Figure 0006433998
PA66−赤リンに基づく難燃性パッケージ
成分A:ナイロン−6,6、Ultramid(登録商標) A27;BASF SE
成分B1:無水マレインで改質したエチレン−オクテンコポリマー、Fusabond(登録商標) MN493、DuPont
成分B2:エチレン−アクリレートコポリマー、Lupolen(登録商標) KR1270、BASF SE
成分B3:合成例によるリン酸化SBコポリマー
成分C:ガラス繊維、10μm、OCF 1110、Dow Corning
成分D1:Masteret 21440 赤リン難燃剤、40%の赤リン/PA66 マスターバッチ、Italmatch
成分E:Ultrabatch 190X 安定剤/潤滑剤、Great Lakes:50%の酸化亜鉛、25%のステアリン酸カルシウム、25%のIrganox(登録商標) 98、BASF SE
成分F:Ultrabatch(登録商標)170潤滑剤、50%のステアリン酸ステアリル、25%のステアリン酸亜鉛、25%のステアリン酸カルシウム
Figure 0006433998
PBT−ポリブチレンテレフタレート
成分A:固有粘度107ml/g(23℃で1:1フェノール−ジクロロベンゼン混合物の0.5%(w/w)溶液で測定)を有するBASF SE製ポリブチレンテレフタレート、Ultradur(登録商標) B2550
成分B1:無水マレインで改質したエチレン−オクテンコポリマー、Fusabond(登録商標) MN493、DuPont
成分B2:Elvaloy(登録商標) PTWエチレン−n−ブチルアクリレート−グリシジルメタクリレートターポリマー、DuPont
成分B3:合成例によるリン酸化SBコポリマー
成分C:PPG 3786 ガラス繊維、直径10μm、標準繊維長さ:4.5mm、PPG
成分D1:ジエチルホスフィン酸アルミニウム難燃剤、Exolit(登録商標) OP 1240、Clariant
成分D2:ポリリン酸メラミン難燃剤、Melapur(登録商標) M200、BASF SE
成分D3:Melapur(登録商標) MC25 シアヌル酸メラミン難燃剤、BASF SE
成分E:Luwax(登録商標) OA5 ポリエチレンワックス潤滑剤、BASF SE
Figure 0006433998
加工
成分を、L/D比25の2軸押出機で押し出した。プロセス中の調合温度は、PA66に対して290℃、PA6およびPBTに対して270℃であった。処理量は25kg/hであった。スクリュー速度は350rpmであった。得られるポリマーストランドを試験片の製造のために適切にペレット化し、射出成形した。
炎色試験
炎色試験を、UL94(Underwriters Laboratories)に従い、試験片厚さ0.8mmで実施した。

Claims (14)

  1. 反応条件下でフリーラジカルを形成する有機化合物の存在下で、ジアルキルホスファイトと、炭素−炭素二重結合を含む有機ポリマーとを反応させて、前記ジアルキルホスファイトのリン原子を前記有機ポリマーの炭素原子に共有結合させる、リン含有有機ポリマーを製造するための方法であって、前記反応のために使用される前記有機ポリマーが、前記有機ポリマーのモノマー単位に対して0.01〜50mol%の、完全にまたはある程度塩の形態で存在することができるイオン性基を有し、前記反応のために使用される前記有機ポリマーが、2000〜300000の範囲の数平均分子量(M)を有する方法。
  2. 前記イオン性基が、カルボキシル、スルフィネート、スルホネート、および/またはスルフェート基から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記反応のために使用される前記有機ポリマーが、スルホン化されている、請求項2に記載の方法。
  4. 前記反応のために使用される前記有機ポリマーが、ランダムコポリマーまたはジもしくはマルチブロックコポリマーである、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記炭素−炭素二重結合が、前記反応のために使用される前記有機ポリマー内の主ポリマー鎖中に存在する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記反応のために使用される前記有機ポリマーが、ビニル芳香族モノマーおよびジエンモノマーの重合単位を有する、請求項5に記載の方法。
  7. 前記反応のために使用される前記有機ポリマーが、それぞれの場合、前記反応のために使用される前記有機ポリマーに対して10〜70質量%のビニル芳香族モノマーの共重合単位および30〜90質量%のジエンモノマーの共重合単位を有し、ここで、前記芳香族単位の0.5〜5%がスルホン化されている、請求項6に記載の方法。
  8. 前記反応のために使用される前記有機ポリマーが、それぞれの場合、前記反応のために使用される前記有機ポリマーに対して20〜60質量%のビニル芳香族モノマーの共重合
    位および40〜80質量%のジエンモノマーの共重合単位を有し、ここで、前記芳香族単位の1〜4%がスルホン化されている、請求項7に記載の方法。
  9. 前記リン含有有機ポリマーが、加水分解されてホスホン酸基を形成する、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法により得ることができるリン含有有機ポリマーを可燃性固体において難燃性改良のために使用する方法。
  11. 前記可燃性固体が、プラスチック、木材、または天然繊維から選択される、請求項10に記載の方法。
  12. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法により得ることができるリン含有有機ポリマーを、加水分解後にホスホン酸基を形成するために、無機酸化物固体の分散剤として使用する方法。
  13. 前記リン含有有機ポリマーが、ポリマーまたは溶媒中の無機酸化物固体フィラーの分散を促進するために使用される、請求項12に記載の方法。
  14. 請求項1に記載の方法に従ってリン含有有機ポリマーを製造する工程と、
    a) 成分Aとして、30〜95質量%の少なくとも1つのリン不含熱可塑性ポリマー、
    b) 成分Bとして、1〜30質量%の少なくとも1つの前記リン含有有機ポリマー、
    c) 成分Cとして、0〜15質量%の他の難燃助剤、
    d) 成分Dとして、0〜20質量%の少なくとも1つの衝撃改良ポリマー、
    e) 成分Eとして、0〜50質量%のガラス繊維、
    f) 成分Fとして、0〜30質量%の他の添加剤
    を混合する工程であって、成分A〜Fの総量が100質量%になる、混合する工程と、を含む、熱可塑性成形組成物を製造する方法。
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