JPH0240608B2

JPH0240608B2 -

Info

Publication number: JPH0240608B2
Application number: JP57212810A
Authority: JP
Inventors: Sadao Suganuma; Tatsuaki Nishimura
Original assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd
Current assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd
Priority date: 1982-12-06
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1990-09-12
Also published as: JPS59102807A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は発火点が高く、ホスフインの発生量が
少なく、基材となる物質の物性を低下させない、
特に難燃化剤として価値のある改質赤リンに関す
る。赤リンはリンの含有量が高く、少量の添加で効
果的な難燃性を発揮することはすでに知られてい
る。しかも、赤リンはハロゲン系難燃剤のように
有毒ガスの発生が少なく、また固形物であるので
樹脂に対しての物性変化を起すことが少なく、単
なる増量剤といつた観点で添加することができる
ことから最近特に注目される難燃剤の一つであ
る。しかしながら、赤リンそのままを添加したので
は、赤リンが水分と反応して加水分解をおこし、
ホスフインとなつて揮散してしまうことから赤リ
ンの改質が望まれていた。また、赤リンを樹脂に難燃剤として使用する場
合は、このホスフインの発生を防止するばかりで
なく、総括すると下記に示す三つの条件を全て満
足しなければならない。 (1) 発火点が高いこと取扱い及び貯蔵上の安定性または樹脂によつ
ては、混練時にかなり温度が高い場合があるの
で、その面での安全性が要求される。 (2) ホスフインの発生が少ないこと赤リンは水分の存在により加水分解をおこ
し、一部がホスフインとなつて飛散するもの
で、労働衛生上問題である。特に樹脂に高温で
添加する場合、このホスフインの発生は著し
い。 (3) 基材となる物質（特に合成樹脂）の物性を低
下させないこと赤リンが酸化または加水分解されて生ずる酸
性物質は合成樹脂の物理的性質、電気的性質を
劣化させる原因となる。特に樹脂が長い間高温
にさらされた場合などは著しい。従来、これらの条件を満すために赤リンの諸性
質を改良すべく種々のことが行われてきた。例えば、赤リンを水酸化アルミニウム、水酸化
マグネシウム等の無機質で処理する方法、並びに
パラフイン、ワツクス、カプロラクタム、熱硬化
性樹脂等の有機質で処理する方法等（アメリカ特
許第2635953号、特公昭45−37125号、特公昭49−
16354号）が行なわれた。しかしいずれの方法も
工業的に均一な被膜を形成しいくいため発火点に
ついてはある程度効果はでるが被覆量が多いわり
にはホスフインの抑制には効果が少なく、又被覆
と赤リンが単に物理的に結合しているだけのた
め、機械的、熱的強度が弱く剥離しやすい等の問
題点がある。また、特公昭53−38171号に熱可塑性ポリマー
を用いて従来の一般的なカプセル化方法で赤リン
をカプセル化する方法の記載があるが、これらに
ついては被覆効率が低く、赤リンとの一体化が不
十分で、さらにカプセル化処理に多量の有機溶剤
を用いるため工業的にコスト、安全衛生上の面か
ら好ましくない。また例えば、不飽和ポリエステ
ル等の樹脂に用いられる際にはスチレン等に対す
る耐薬品性に劣るなどいずれかの問題点を含んで
いる。さらには水懸濁液中でフエノール−ホルマリン
系、尿素−ホルマリン系等の重縮合を行ない、熱
硬化性樹脂で被覆する方法（特公昭54−39200号）
があるが、この方法においては水懸濁中では重縮
合、硬化が完結しにくく、乾燥処理の過程におい
て重縮合を完結させることとなり、その際に粘着
性の初期縮合物に起因すると考えられる赤リン粒
子間の凝集が起こりやすいといつた問題点があ
る。そこで本発明者等は上記に鑑み、難燃剤として
記述した３つの条件を満足する改質赤リンを製造
すべく種々検討した結果、赤リンの粒子表面を特
定の化合物を共重合させて得られた架橋構造を有
するポリマーで被覆することにより上記条件が達
成されることを見出し本発明を完成した。即ち本発明はメタクリル酸低級アルキルモノマ
ー、２・2′−アゾビス−（２−アミジノプロパン）
二塩酸塩及び架橋剤を共重合させて得られる架橋
構造を有するポリマーで粒子表面が被覆されてな
る改質赤リンである。本発明において、ポリマーで被覆前の赤リン
（以下〓赤リン〓と言い、〓改質赤リン〓と区別す
る）は製造後未処理のものは勿論、酸化アルミニ
ウム、酸化マグネシウム等で安定化した赤リン又
は黒リン等の黄リン以外のリン同素体の混合した
ものでも差支えなく、通常は粒度が0.1〜100μの
範囲に入るものが、得られた改質赤リンを樹脂に
混入するのに樹脂との混練性が良く好ましい。本発明の改質赤リンは上記の赤リンの粒子表面
にメタクリル酸低級アルキルモノマー、２・2′−
アゾビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸塩及
び架橋剤を共重合させて得られる架橋構造を有す
るポリマー（以下「ポリマー」）が被覆されてな
るものであるが、ポリマーの赤リンに対する含有
量は、赤リン100重量部に対し、0.5〜100重量部
である。含有量が0.5重量部未満であると本発明
の目的を達成するのに安定した効果が得られず、
また、100重量部を越えて多量に含有するとポリ
マーがバインダーとなつて赤リンを凝集させるこ
とがあり好ましくない。また、粒度が粗くなり樹
脂への分散性を損うことにもなり好ましくない。次に本発明で用いるメタクリル酸低級アルキル
モノマーは重合開始剤である２・2′−アゾビス−
（２−アミジノプロパン）二塩酸塩の存在下で後
述する架橋剤と共重合し架橋構造を有するポリマ
ーを赤リン粒子表面上に形成する化合物である。
具体的にはメタクリル酸メチル、メタクリル酸エ
チル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸−
ｎ−ブチル、メタクリル酸−ｔ−ブチルなどのメ
タクリル酸の低級アルキルエステルを挙げること
ができる。メタクリル酸低級アルキルモノマーと同様のビ
ニル系モニマー例えば塩化ビニルモノマー、酢酸
ビニルモノマー、アクリル酸メチルモノマー、メ
タクリル酸モノマー、アクリル酸モノマー等の使
用も考えられるがこれらは水中で適当な温度で重
合を行なうには、沸点が低い、加水分解をしやす
い、水への溶解度が大で赤リン粒子に対する親和
性（濡れ）効果に劣る、重合性に劣るなどのうち
いずれかの問題点を含んでいる。従つて上記欠点
のないメタクリル酸低及アルキルモノマーが赤リ
ンとの組合せにおいて最適である。しかし、本発明のメタクリル酸低級アルキルモ
ノマーはこれを100％単独に用いることに限定さ
れるものではなく、メタクリル酸低級アルキルモ
ノマーの性状が支配的であるならば他のビニル系
モノマー例えばスチレン等を一部共重合させて使
用することも可能である。かかるメタクリル酸低級アルキルモノマーの赤
リンに対する適度な添加量は赤リン100重量部に
対し、0.5〜100重量部である。添加量が0.5重量
部未満であると本発明の目的を達成するのに安定
した効果が得られず、また、100重量部を越えて
多量に用いると水媒質中においての重合もかなり
起こり、赤リン粒子表面に凝集沈着しないポリマ
ーが多量に生成したり、あるいは生成ポリマーが
バインダーとなつて赤リンを凝集させることがあ
り好ましくない。このようにフリーのポリマーが
混在することは樹脂と混練する際に不必要に樹脂
を汚染し、又粒度が粗いことは樹脂への分散性を
損うことにもなる。また、本発明の架橋剤は生成ポリマーを架橋構
造とする１分子中に２個以上の２重結合を有する
多官能性モノマーであり、例えば、ジメタクリル
酸エチレン、ジメタクリル酸ジエチレングリコー
ル、ジメタクリル酸トリエチレングリコール、ジ
メタクリル酸テトラエチレングリコール、ジメタ
クリル酸１，３−ブチレン、トリメタクリル酸ト
リメチロールプロパン等から選ばれた一種又は二
種以上のものが用いられる。この架橋剤のメタクリル酸低級アルキルモノマ
ーに対する適度な添加量はメタクリル酸抵級アル
キルモノマー100重量部に対して１〜20重量部で
ある。添加量が１重量部未満であると生成ポリマ
ーは、耐薬品性の効果に劣り、また20重量部を越
えると生成ポリマーの収率が低くなる。尚、架橋構造を有する生成ポリマーは赤リン粒
子表面上に強固に被覆として固着し、有機溶剤例
えばスチレン、メチルエチルケトン等によつて破
壊したり、抽出されたりすることがないことで確
認される。重合開始剤である２・2′−アゾビス−（２−ア
ミノジノプロパン）二塩酸塩の添加量について
は、モノマー濃度、重合温度、懸濁液のPH、重合
時の雰囲気等の重合条件と関係するが通常は水１
あたり、0.0001〜0.03モルの範囲で添加され
る。本発明の改質赤リンは上記の原料を用いて製造
するのであるが、その際の１つの実施態様につき
述べれば、水100重量部に対して赤リン５〜80重
量部程度を充分懸濁させPH２〜６の赤リンの水懸
濁液を調製し、これにメタクリル酸低級アルキル
モノマー、２・2′−（２−アゾビス）−（２−アミ
ジノプロパン）二塩酸塩及び架橋剤を加え共重合
させる。ここで赤リンの水懸濁液濃度としては上記範囲
内が作業性が良好である。つまり上記濃度範囲の
懸濁液が分散性が良く赤リン粒子表面に均一にポ
リマー被覆することができる。５重量部未満では
目的物の歩留りが悪く経済性に劣り、80重量部を
越えるときには生成ポリマーがバインダーとなり
赤リン粒子の凝集が起こり易くなり好ましくな
い。ここで赤リン懸濁液のPHについては上記範囲内
のPHで重合反応が行なわれると効率よく赤リンを
被覆できる。例えば赤リンとして水酸化マグネシ
ウムで安定化した赤リンを採用した場合の水懸濁
液のようにPHが６より高い条件で重合反応を行な
うとポリマー収率も低く赤リンと生成ポリマーの
一体化が不完全となり、難燃剤として要求される
諸性質を十分に満足できるものは得られないの
で、PHより高いときには、塩酸、硫酸、リン酸等
の通常の鉱酸でPHを２〜６に調整して反応を行な
う。これに反して安定化していない未処理赤リン
の場合は赤リン粒子表面はやや酸化されているこ
とが多く、その水懸濁液は上記PH範囲内に入るの
でそのまま重合反応に用いられる。原料の添加順序については赤リンの水懸濁液を
撹拌しながら、架橋剤を溶解させたメタクリル酸
低級アルキルモノマーを添加し、赤リン粒子とモ
ノマー液を充分に接触させ、しかるのち、重合開
始剤の２・2′−アゾビス−（２−アミジノプロパ
ン）二塩酸塩を添加し、重合反応を行なうのが有
利である。しかしながら、必ずしも上記の順序で
行なう必要はなく、例えば、赤リンの水懸濁液に
２・2′−アゾビス−（２−アミジノプロパン）二
塩酸塩を先に添加し、次にモノマーを添加し重合
反応を行なう方法、あるいは、水中でモノマーの
重合反応を先に始め、反応の途中で赤リンを添加
し、赤リンの被覆を行なう方法等も可能である。いずれにせよ重合反応は好ましくは窒素ガスの
如き不活性ガス雰囲気下で30〜90℃の加温下、１
〜７時間も重合させれば充分である。重合反応終
了後は常法に従い濾過、水洗を充分に行ない乾燥
する。かくして上記方法により得られた本発明の改質
赤リンは、赤リンの粒子表面を架橋構造を有する
ポリマーで強固に被覆されており、後述する試験
例からも明らかな如く、発火点が高く、ホスフイ
ンの発生が少なく且つ基材となる物質の物性を低
下させないという難燃剤としての優れた効果を有
する。以下、実施例、比較例及び試験例を挙げて本発
明を具体的に説明する。実施例１撹拌機、温度計、還流用冷却器そして窒素ガス
導入管を備付してガラス製の1000mlの反応容器に
水450mlと安定化していない未処理赤リン（平均
粒度18μ）50.0ｇを仕込み撹拌して均一に分散さ
せた。次に撹拌しながらメタクリル酸メチル9.5
ｇに架橋剤としてジメタクリル酸トリエチレング
リコール0.5ｇを溶解させたモノマー液を添加し、
赤リン粒子とモノマーの接触を十分に行なつた
後、この懸濁液の温度を60〜65℃に調整し、２・
2′−アゾビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸
塩を0.05ｇ（１重量％水溶液として５ml）を添加
し窒素雰囲気中に２時間重合反応させた。このと
きの懸濁液のPHは３であつた。反応終了後、赤リ
ン懸濁液中にフリーのポリマーはほとんど観察さ
れなかつた。冷却後、この懸濁液を吸引濾過、水洗をよく行
ない、その濾滓を70〜80℃で４時間減圧乾燥し、
ポリマーで被覆された赤リン58.1ｇが得られた。実施例２実施例１と同様な装置に水450ml、あらかじめ
メタクリル酸メチル9.5ｇに架橋剤としてトリメ
タクリル酸トリメチロールプロパン0.5ｇを溶解
させたモノマー液及び２・2′−アゾビス−（２−
アミジノプロパン）二塩酸塩0.03ｇ（１重量％水
溶液として３ml）を添加し、塩酸でPH5.0にPH調
整を行ない、窒素雰囲気中60〜65℃で30分間重合
を行なつた。その後、未処理赤リン50.0ｇ、２・
2′−アゾビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸
塩0.03ｇ（１重量％水溶液として３ml）を添加
し、さらに重合を２時間行ない、以下実施例１と
同様な操作でポリマー被覆赤リン58.5ｇを得た。実施例３実施例１と同様な装置及び操作で、水400ml、
未処理赤リン100.0ｇ、メタクリル酸メチル8.5
ｇ、スチレン1.0ｇに架橋剤としてジメタクリル
酸トリエチレングリコール0.5ｇを溶解させたモ
ノマー液、そして２・2′−アゾビス−（２−アミ
ジノプロパン）二塩酸塩0.05ｇ（１重量％水溶液
を５ml）を順に仕込み重合反応させ、ポリマー被
覆赤リン108.4ｇを得た。実施例４実施例１と同様な装置及び操作で、水400ml、
未処理赤リン200.0ｇ、メタクリル酸エチル9.7ｇ
に架橋剤としてジメタクリル酸１，３−ブチレン
0.3ｇを溶解させたモノマー液、そして２・2′−
アゾビス−（２−アミノプロパン）二塩酸塩0.10
ｇ（１重量％水溶液を10ml）を順に仕込み重合反
応させ、ポリマー被覆赤リン208.1ｇを得た。実施例５実施例１と同様な装置及び操作で、水500ml、
未処理赤リン40.0ｇ、メタクリル酸エチル9.0ｇ
にジメタクリル酸テトラエチレングリコール1.0
ｇを溶解させたモノマー液、そして２・2′−アゾ
ビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸塩0.10ｇ
（１重量％水溶液を10ml）を順に仕込み重合反応
させ、ポリマー被覆赤リン47.6ｇを得た。比較例１実施例１と同様な装置及び操作で架橋剤を添加
せずにメタクリル酸メチルモノマーを10.0ｇ添加
し重合を行なつた。濾滓を乾燥して58.3ｇの収量
を得た。実施例１で得られたもの及び比較例１で得られ
たものをそれぞれスチレンに３時間浸漬した後、
乾燥すると前者は外観上変化なかつたのに対し、
後者はポリマーの被覆がくずれ、一塊となつた。同様に実施例１と比較例１で得られたものそれ
ぞれ5.0ｇをソツクスレー抽出器にてメチルエチ
ルケトンで８時間抽出した。この結果、実施例１
で得られたものは抽出減量0.09ｇ従つて抽出でき
ないポリマーは87.1％、比較例１で得られたもの
は抽出減量0.55ｇ、従つて抽出できないポリマー
は22.5％となつた。比較例２実施例１と同様な装置及び操作でエポキシ樹脂
27.2ｇ及びメラミン6.1ｇを添加し重合を行つた。
濾滓を乾燥して59.2ｇの収量を得た。試験例次に実施例について発火点及びホスフイン発生
量を測定し、比較例とともに第１表に示した。

【表】比較例４…一般に市販されている水酸化マグネシ
ウムで安定化された赤リン。
比較例５…比較例４の赤リンの水懸濁液にパラフ
イン水懸濁液を添加し、被覆処理した赤リン。
発火点測定法装置は外部を断熱材でおおつた底面積200cm²、
高さ25cmの円筒形の電気炉を用いた。底部中心よ
り約10cmの位置に10mlのルツボが保持できるよう
になつている。測定はルツボに３ｇの赤リンを入れルツボの中
心部に熱電対を差し入れ3.3℃／分の昇温速度で
温度上昇をおこなう。ある所までくると温度が急
激に上昇し発火が始まる。温度が急激に上昇する
直前の温度を発火点とした。本実施例及び比較例中の発火点は同様の測定を
３回行ないそれを平均したものである。１以下は
四拾五入とした。ホスフイン発生量の測定法 (1) 25℃のとき試料10ｇを1000mlのフラスコに入れ密閉し24
時間25℃±0.5の恒温槽中に放置した。放置後
フラスコ内の気体中のホスフイン濃度を定量
し、この数値を赤リン１ｇ当たりのホスフイン
発生量に換算した。 (2) 80℃のとき試料10ｇをあらかじめ80℃±0.5℃の油浴に
浸してある1000mlのフラスコに入れ密閉し30分
間放置した。放置後フラスコ内の気体中のホス
フイン濃度を定量し、この数値を赤リン１ｇ当
たりのホスフイン発生量に換算した。 (3) 150℃のとき試料１ｇをあらかじめ150℃±0.5℃の油浴に
浸してある1000mlのフラスコに入れ密閉し30分
間放置した。放置後フラスコ内の気体中のホス
フイン濃度を定量し、この数値を赤リン１ｇ当
たりのホスフイン発生量に換算した。なお、値はそれぞれ３回の測定を行ない、それ
らの平均値である。以上のように本発明にもとづいて得られたポリ
マー被覆赤リンは、発火点、ホスフイン発生量の
試験結果の点からみても、使用上安定したポリマ
ー被覆を持つていることがわかる。なお、本発明によるポリマー被覆赤リンは樹脂
に添加した場合、難燃性が著しく向上し、また、
樹脂の機械的特性、電気的特性を低下させるよう
なことはなかつた。

Claims

【特許請求の範囲】

１メタクリル酸低級アルキルモノマー、２・
2′−アゾビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸
塩及び架橋剤を共重合させて得られる架橋構造を
有するポリマーで粒子表面が被覆されてなる改質
赤リン。