JPS6235428B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、火炎に接触すると白熱した木炭生成
外皮を生じ、火炎及び有毒性煙霧を発生しない難
燃性重合体組成物及びその製法に関連する。 本発明の重合体組成物は、リン及び窒素を含む
自己消火性組成物である。この重合体組成物は、
熱可塑性重合体中に、イソシアヌル酸、メラミン
及び尿素から選択された成分のオキシアルキル誘
導体とリン酸との反応生成物を添加すると、火炎
に接触したとき、木炭生成外皮を生じ、火炎及び
有毒性煙霧を発生しない重合体組成物である。熱
可塑性重合体としては、例えば、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、共重合体及びアクリロニロリ
ル―ブタジエン―スチレン配合重合体、ポリエス
テル、ポリアミド、ポリカーボネート、又はこれ
らの重合体の混合物及びエラストマー混合物、及
び／又は普通の充填剤及び添加剤との混合物が使
用される。 数種の防火性重合体又は不燃性重合体を製造す
る公知の製造法は、一般に金属酸化物であるアン
チモン化合物を熱的に不安定なアロゲン化化合
物、例えば、塩素化パラフインワツクス又は臭素
化有機化合物と組合せたものを使用する。例え
ば、米国特許第4101137号に記載されるように、
従来の難燃剤及び防炎剤は、数種のリン含有化合
物である。「金属化合物＋ハロゲン化化合物」の
組合せは、難燃性の点では良好な結果を与える
が、幾つかの難点がある。即ち、この組成物は、
材料処理工程間に腐食現象が発生し、また火炎と
接触すると、有毒性火炎とガスを大量に発生する
欠点がある。この組成物では、容認できる難燃性
を得るためには、組合せ物質を高濃度で使用する
ことが必要である。 本発明は、上記欠点を解消し、火炎に接触する
と白熱した木炭生成外皮を生じ、火炎及び有毒性
煙霧を発生しない難燃性重合体組成物及びその製
法を提供することを目的とする。 本発明により、熱可塑性重合体中に特殊の有機
化合物を添加することによつて、上記欠点のない
難燃性重合体組成物及びその製法が得られる。 本願の第一発明は、熱可塑性重合体100重量部
中に、イソシアヌル酸、メラミン及び尿素から選
択された成分のオキシアルキル誘導体とリン酸と
の反応生成物５〜40重量部を含み、該反応生成物
は、１個又は２個以上の炭素原子で結合された複
数の窒素原子を含みかつ化学式： Ｎ―（Ｒ）n′―Ｏ―Ｐ （但し、Ｒはアルキレン誘導体、n′は１〜６） で表され、火炎と接触すると白熱した木炭生成外
皮を生ずると共に、溶融して落下することなく、
火炎及び有毒性煙霧を発生しない難燃性重合体組
成物として構成される。上記反応生成物の配合量
は、５〜40重量部である。この反応生成物が５重
量部に満たないと、難燃性が得られず、また、40
重量部を超えても難燃性が向上しないので、反応
生成物の上限は40重量部である。上記反応生成物
中の窒素原子と炭素原子は、複素環式構造で相互
に結合される。上記イソシアヌル酸のオキシアル
キル誘導体は、イソシアヌル酸トリス（２―オキ
シエチル）である。上記イソシアヌル酸のオキシ
アルキル誘導体は、下記化学式： （但し式中R′，R″及びＲは、同一の基でも
ことなる基でもよく、炭素原子１〜６個を含む線
状又は分枝アルキレン基である） で表される。上記リン酸は、H₃PO₃及びH₃PO₄の
いずれかから選択される。上記リン酸とイソシア
ヌル酸のオキシアルキル誘導体とのモル比は、特
に４：１〜0.1：４である。 本願の第二発明は、熱可塑性重合体100重量部
中に、下記(A)と(B)とを含み、 (A) イソシアヌル酸、メラミン及び尿素から選択
された成分のオキシアルキル誘導体とリン酸と
の反応生成物５〜40重量部を含み、該反応生成
物は、１個又は２個以上の炭素原子で結合され
た複数の窒素原子を含みかつ下記化学式で表さ
れる： Ｎ―（Ｒ）n′―Ｏ―Ｐ （但し、Ｒはアルキレン誘導体、n′は１〜
６） (B) ポリリン酸アンモニウム５〜30重量部、火炎
と接触すると白熱した木炭生成外皮を生ずると
共に、溶融して落下することなく、火炎及び有
毒性煙霧を発生しない難燃性重合体組成物とし
て構成される。ポリリン酸アンモニウムを５〜
30重量部の範囲で配合すると、難燃性が更に改
善される。上記ポリリン酸アンモニウムは、化
学式：（NH₄PO₃）n″（但し、n″は20以上）で
表される。 更に、本願の第三発明は、第一発明による難燃
性重合体組成物の製法として構成される。即ち、
第三発明は、イソシアヌル酸、メラミン及び尿素
から選択された成分のオキシアルキル誘導体とリ
ン酸とを反応させて、１個又は２個以上の炭素原
子で結合された複数の窒素原子を含みかつ化学
式： Ｎ―（Ｒ）n′―Ｏ―Ｐ （但し、Ｒはアルキレン誘導体、n′は１〜６） で表される反応生成物を作る工程と、 該反応生成物５〜40重量部を熱可塑性重合体
100重量部に添加する工程とからなり、火炎と接
触すると白熱した木炭生成外皮を生ずると共に、
溶融して落下することなく、火炎及び有毒性煙霧
を発生しない難燃性重合体組成物の製法である。 本願の上記第二発明では、ポリリン酸アンモニ
ウムが配合されるが、ある実施例では、リン酸ア
ミンからなる重合体が配合される。 変形実施例では、ポリリン酸アンモニウムを１
〜10重量部のリン酸アミン（メラミンのオルト又
はピロフオスフエート）と、熱可塑性重合体100
重量部中に混合する。 上記ポリリン酸アンモニウムは、好適には化学
式（NH₄PO₃）n″（このn″は20以上）を有するア
ンモニウムポリフオスフエートである。 下記説明には、上記反応生成物を成分(A)で示し
ポリリン酸アンモニウムを成分(B)で示す。 本発明は、成分(A)の反応生成物の製法にも関連
し、この成分(A)は、主としてリン酸とオキシアル
キル誘導体との反応で得られる。 リン酸、亜リン酸H₃PO₃又はオルトリン酸
H₃PO₄で構成されるが、組成物の製法は、50〜
120重量％、好適には80〜115重量％の範囲で変わ
るH₃PO₄含量によつて異なる。 本発明の特定実施例によれば、重合体組成物の
成分(A)のアルキレン誘導体は、イソシアヌル酸、
メラミン又は尿素から選択された成分のオキシア
ルキル誘導体である。 本発明の実施例で使用する用語は、下記のよう
に定義する。 (a) イソシアヌル酸オキシアルキル誘導体は、好
適には、窒素含有15〜17重量％で、融点132℃
〜138℃のトリス（２―オキシ）イソシアヌレ
ートである。 (b) メラミンのオキシアルキル誘導体は、メチロ
ール誘導体、例えば、トリメチロール又はヘキ
サメチロール―メラミンである。 (c) 尿素のオキシアルキル誘導体は、メチロール
誘導体、特に、Ｎ，N′―ジメチロール尿素で
ある。 リン酸と、イソシアヌル酸、メラミン及び尿素
から選択された成分のオキシアルキル誘導体との
上記反応生成物は、好適には、加熱循環油で加熱
される二重壁型式で、撹拌機と脱気用真空装置を
備えた反応容器中に反応物質を装入して作る。反
応温度は、140℃〜260℃で、反応時間は、２〜７
時間である。 リン酸とオキシアルキル誘導体との上記反応の
モル比は、４：１〜0.1：４の範囲内である。 合成法は、ハロゲン化リンのオキシアルキルの
エステル化又はリン酸エステルとオキシアルキル
誘導体との間のエステル交換によつて行われる。
成分(A)を構成する反応生成物及び成分(B)を構成す
るポリリン酸アンモニウム（アンモニウムフオス
フエート重合体）は、任意の熱可塑性重合体に添
加されるが、この熱可塑性重合体は、主として重
合体及び共重合体（グラフト共重合体及びブロツ
ク共重合体）であり、例えばオレフイン、ポリオ
レフイン、ビニルモノマー、エステル及びアルミ
の重合体及び共重合体又はこれらの重合体とエラ
ストマーとの混合物であり、ワニス、被覆剤及び
繊維の製造にも利用することができるものであ
る。 上記の各難燃性組成物は、難燃性を与える重合
体、成分(A)の反応生成物、第二の発明で使用する
ポリリン酸アンモニウム（アンモニウムフオスフ
エート）、更に変形実施例に示すアミンフオスフ
エート等をバンバリー混合機又は２軸押出機に装
入し、重合体の可塑化温度で操作して作ることが
できる。得られたバツチを適当な温度下で加圧し
て所望の物品を作る。 上記の重合体組成物の難燃性は、粉末生成物を
小型プレスで、各重合体に適した温度で40Kg／cm
の圧力を７分間加えて、厚さ３mmのシートにして
測定する。このシートの難燃性は、試料の連続的
燃焼に必要な混合物O₂／N₂中の最小O₂パーセン
トを示す「酸素指数」（ASTM Ｄ―2863仕様に
よる）の測定、又は可塑性物質の難燃性を評価す
るUL―94（米国のUnderwiters Laboratories）
仕様によつて、更に試料の種々の難燃性レベルを
判別する多少厳しい試験条件を考慮して測定す
る。 下記第１表に示す試験では、次第に低くなる難
燃性レベルＶ―０，Ｖ―１及びＶ―２で、難燃性
を区別する「垂直燃焼試験」を行つた。この「垂
直燃焼試験」では、厚さ1/8インチ（3.17mm）の
５枚１組の試料を垂直位置に保持し、下端から10
秒間、２回火炎を当てて試験した。上記難燃性レ
ベルＶ―０、Ｖ―１及びＶ―２は、次のように定
義する。 Ｖ―０は、10秒以上の加熱で試料は燃焼せず、
各火炎接触で燃焼粒子の溶融落下が起こらない状
態を意味する。この状態では、５枚１組の試料に
対する燃焼合計時間は、50秒以上にならない。 Ｖ―１は、各試験で30秒以下、５枚１組につい
て10回で250秒以下の燃焼時間で試験を行い、こ
のレベルでも燃焼粒子の落下は起こらない状態を
意味する。 Ｖ―２は、レベルＶ―１と同じ燃焼時間である
が、燃焼粒子が落下する状態を意味する。 下記の例１〜12は、本発明の特徴を示すもので
あるが本発明を限定するものではない。 例１〜例６は成分(A)のみを使用したもので、例
７〜例12は、成分(A)及び(B)を組合せたものであ
る。 例 １ 150℃の温度かつ2500c.c.の反応容器中で、70ｇ
リン酸（H₃PO₄＝85％）を250ｇのトリス（２―
オキシエチル）イソシアヌレートと1.5時間攪拌
しながら反応させた。次に、300mmHgの真空下で
４時間、250℃の温度に上昇した。その後、４時
間の間に反応で発生した水を除去し、得られた化
合物中に反応の第１段階で生成されたリン酸エス
テルの種々の分子間にかなりの網状組織ができ
た。反応容器を冷却後、生成物を取り出して、80
ミクロン以下の粒子に粉砕した。 例 ２ 800ｇのリン酸（H₃PO₃＝85％）を200ｇのトリ
ス（２―オキシメチル）イソシアヌレートと、
100ｇのメラミンのトリスメチロール誘導体と反
応させた。反応は、例１と同様に行い、反応容器
冷却後、生成物を例１の粒径とほぼ同じ大きさの
粒子に粉砕した。 例 ３ 350ｇのリン酸（H₃PO₄＝100％）と200ｇのト
リス（２―オキシエチル）イソシアヌレートと、
300ｇのＮ，N′―ジメチロールエチル尿素とを反
応させた。反応は、例１と同様に行い、例１及び
例２と類似の生成物が得られた。 例 ４ 600ｇのリン酸（H₃PO₄＝115％）を、150ｇの
トリスオキシエチルイソシアヌレート、150ｇの
メラミントリメチロール誘導体、及び50ｇのＮ，
N′―ジメチロール尿素と反応させた。この反応
は、例１と同様に行われ、上記の例と類似の特性
を有する生成物が得られた。 例 ５ 例１と同一条件の操作で、620ｇのリン酸
（H₃PO₃＝90％）を、280ｇのＮ，N′―ジメチロー
ル尿素及び280ｇのヘキサメチロールメラミンと
反応させ、生成物を冷却後、粒径70ミクロン以下
の粒子に粉砕した。 例 ６ 例１と同一条件の操作で、800ｇのリン酸
（H₃PO₄＝85％）を、300ｇのメラミントリメチロ
ール誘導体と反応させる。例２と類似の特性を有
する生成物が得られた。 上記の各例で得られた粉末をバンバリー型混合
機中で最適温度で熱可塑性重合体と混合するが、
この最適温度は重合体によつて異なる。 下記の表に示される結果は限定例として示され
るものではなく、異なる熱可塑性重合体の基本値
を示すものである。

【表】 例 ７ 2500c.c.の反応容器内で、50ｇのリン酸（H₃PO₄
＝50％）を250ｇのトリス（２―オキシエチル）
イソシアヌレートと、150℃、1.5時間、攪拌しな
がら混合した。この1.5時間反応後、３mmHgの真
空下で４時間、温度を250℃に上昇した。その後
の４時間に反応H₂Oを除去すると、第１段階の反
応で生成されたリン酸エステルの種々の分子間に
かなりの網状組織が形成された。この生成物を冷
却した容器から取出し、粒径80ミクロン以下の粒
子に粉砕した。 例 ８ 200ｇのリン酸（H₃PO₃＝85％）を、250ｇのト
リス（２―オキシエチル）イソシアヌレートと反
応させた。反応は例７と同様に行い、例７とほぼ
類似の特性を有する生成物を冷却した後、粉砕し
た。 例 ９ 150ｇのリン酸（H₃PO₄＝100％）を、200ｇの
トリス（２―オキシエチル）イソシアヌレート
と、300ｇのＮ，N′―ジメチロールエチレン尿素
と反応させた。この反応は、例７と同様に行わ
れ、生成物は、例７及び例８の生成物と類似のも
のであつた。 例 10 80ｇのリン酸（H₃PO₄＝115％）を、150ｇのト
リス（オキシエチル）イソシアヌレートと、150
ｇのメラミントリメチロール誘導体と、Ｎ，
N′―ジメチロール尿素と反応させた。反応は、
例７と同様に行われ、生成物の特性は、前記諸例
と類似のものであつた。 例 11 例７と同一条件の操作で、120ｇのリン酸
（H₃PO₃＝90％）を、280ｇのＮ，N′―ジメチロー
ルエチル尿素と、280ｇのヘキサメチロールメラ
ミンと反応させた。生成物を冷却後、粒径70ミク
ロン以下の粒子に粉砕した。 例 12 例７と同一条件の操作で、80ｇのリン酸
（H₃PO₄＝85％）を、300ｇのメラミントリメチロ
ール誘導体と反応させた。例８と類似の特性を有
する生成物が得られた。 重合体としてポリプロピレンを使用する下記の
第表に上記の例の結果を示す。しかし、他の熱
可塑性重合体でも類似の結果が得られた。 上記例７〜例12で得られた粉末を、熱可塑性重
合体、及びアンモニウムポリフオスフエート（ポ
リリン酸アンモニウム）と混合し、また変形実施
例では、熱可塑性重合体、アンモニウムポリフオ
スフエート及びアミンのリン酸塩とをバンバリー
混合機で混合するが、その混合中、重合体の変化
する最適温度に保持する。リン酸アミンは１〜40
重量部で熱可塑性重合体100重量部に配合され
る。 本願の第二発明では、熱可塑性重合体100重量
部中に、イソシアヌル酸、メラミン及び尿素から
選択された成分のオキシアルキル誘導体とリン酸
との反応生成物５〜40重量部及びポリリン酸アン
モニウム５〜30重量部を配合するが、ポリリン酸
アンモニウム５〜30重量部を配合することによ
り、「垂直燃焼試験」において加熱時間を延長し
ても、試料が溶融又は燃焼せず、耐熱性が増加す
る。ポリリン酸アンモニウムは、５重量部に満た
ない配合量では耐熱性の改善が得られず、30重量
部を超える配合量も耐熱性の改善効果が向上しな
い。 本発明で使用するメラミンのアキシアルキル誘
導体は、例えば、下記化学式を有する。 （但し式中R′，R″及びＲは、同一の基でも
異なる基でもよく、炭素原子１〜６個を含む線状
又は分枝アルキレン基である） 尿素のオキシアルキル誘導体は、下記化学式を
有する。 （但し式中R′及びR″は、同一の基でも異なる
基でもよく、炭素原子１〜６個を含む線状又は分
枝アルキレン基である） 尿素のオキシアルキル誘導体は次の化学式を有
するものでもよい。 但し式中R′及びR″は、上記と同じである。

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性重合体100重量部中に、イソシアヌ
   ル酸、メラミン及び尿素から選択された成分のオ
   キシアルキル誘導体とリン酸との反応生成物５〜
   40重量部を含み、該反応生成物は、１個又は２個
   以上の炭素原子で結合された複数の窒素原子を含
   みかつ化学式： Ｎ―（Ｒ）n′―Ｏ―Ｐ （但し、Ｒはアルキレン誘導体、n′は１〜６） で表され、火炎と接触すると白熱した木炭生成外
   皮を生ずると共に、溶融して落下することなく、
   火炎及び有毒性煙霧を発生しないことを特徴とす
   る難燃性重合体組成物。 ２ 上記反応生成物中の窒素原子と炭素原子は、
   複素環式構造で相互に結合された特許請求の範囲
   第１項記載の難燃性重合体組成物。 ３ 上記イソシアヌル酸のオキシアルキル誘導体
   は、イソシアヌル酸トリス（２―オキシエチル）
   である特許請求の範囲第１項記載の難燃性重合体
   組成物。 ４ 上記イソシアヌル酸のオキシアルキル誘導体
   は、 （但し式中R′，R″及びＲは、同一の基でも
   ことなる基でもよく、炭素原子１〜６個を含む線
   状又は分枝アルキレン基である） で表される特許請求の範囲第１項記載の難燃性重
   合体組成物。 ５ 上記リン酸は、H₃PO₃及びH₃PO₄のいずれか
   から選択される特許請求の範囲第１項記載の難燃
   性重合体組成物。 ６ 上記リン酸とイソシアヌル酸のオキシアルキ
   ル誘導体とのモル比が４：１〜0.1：４である特
   許請求の範囲第１項記載の難燃性重合体組成物。 ７ 熱可塑性重合体100重量部中に、下記(A)と(B)
   とを含み、 (A) イソシアヌル酸、メラミン及び尿素から選択
   された成分のオキシアルキル誘導体とリン酸と
   の反応生成物５〜40重量部を含み、該反応生成
   物は、１個又は２個以上の炭素原子で結合され
   た複数の窒素原子を含みかつ下記化学式で表さ
   れる： Ｎ―（Ｒ）n′―Ｏ―Ｐ （但し、Ｒはアルキレン誘導体、n′は１〜
   ６） (B) ポリリン酸アンモニウム５〜30重量部、火炎
   と接触すると白熱した木炭生成外皮を生ずると
   共に、溶融して落下することなく、火炎及び有
   毒性煙霧を発生しないことを特徴とする難燃性
   重合体組成物。 ８ 上記ポリリン酸アンモニウムは、化学式：
   （NH₄PO₃）n″ （但し、n″は20以上）で表される特許請求の
   範囲第７項記載の難燃性重合体組成物。 ９ イソシアヌル酸、メラミン及び尿素から選択
   された成分のオキシアルキル誘導体とリン酸とを
   反応させて、１個又は２個以上の炭素原子で結合
   された複数の窒素原子を含みかつ化学式： Ｎ―（Ｒ）n′―Ｏ―Ｐ （但し、Ｒはアルキレン誘導体、n′は１〜６） で表される反応生成物を作る工程と、 該反応生成物５〜40重量部を熱可塑性重合体
   100重量部に添加する工程とからなり、火炎と接
   触すると白熱した木炭生成外皮を生ずると共に、
   溶融して落下することなく、火炎及び有毒性煙霧
   を発生しない難燃性重合体組成物の製法。