KR20130039568A - Cyclic organo nitrogen-phosphorus compounds and flame retardant resin having the same and preparation method thereof - Google Patents

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KR20130039568A
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Abstract

PURPOSE: A cyclic organic nitrogen-phosphorus compound is provided to ensure high flame retardancy and to be used as an additive of a flame retardant or a stabilizing agent without strength reduction of a polymer material when mixing in the polymer material. CONSTITUTION: A cyclic organic nitrogen-phosphorus compound is denoted by chemical formula 1, 2, 3, or 4. A method for preparing the cyclic organic nitrogen-phosphorus compound of chemical formula 1 comprises a step of reacting phosphorous pentachloride and 1,8-diamino naphthalene under the presence of a catalyst. A method for preparing the cyclic organic nitrogen-phosphorus compound of chemical formula 2 comprises a step of reacting o-phenylene diamine with phosphorous pentachloride under the presence of a catalyst. A method for preparing the cyclic organic nitrogen-phosphorus compound of chemical formula 3 comprises a step of reacting 2-aminobenzonitrile with phosphorous pentachloride under the presence of a catalyst. A method for preparing the cyclic organic nitrogen-phosphorus compound of chemical formula 4 comprises a step of reacting o-phenylene diamine with alkyl phosphorous bichloride under the presence of a catalyst. The flame retardant resin contains the cyclic organic nitrogen-phosphorus compound and organic polymer resin.

Description

고리형 유기 질소-인계 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 난연성 수지{CYCLIC ORGANO NITROGEN-PHOSPHORUS COMPOUNDS AND FLAME RETARDANT RESIN HAVING THE SAME AND PREPARATION METHOD THEREOF}Cyclic organic nitrogen-phosphorus compound, preparation method thereof, and flame-retardant resin containing same TECHNICAL FIELD

본 발명은 고리형 유기 질소-인계 화합물, 이를 포함하는 난연성 수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 유기 고분자 재료의 안정화제, 난연제 또는 이들의 제조원료로서 유용한 고리형 유기 질소-인계 화합물, 이를 포함하는 난연성 수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cyclic organic nitrogen-phosphorus compound, a flame retardant resin containing the same, and a method for preparing the same, more particularly, a cyclic organic nitrogen-phosphorus compound useful as a stabilizer, a flame retardant, or a raw material thereof. It relates to a flame-retardant resin and a method for producing the same comprising the same.

최근, 지구 환경의 보호, 생활 환경의 보호 등에 관심이 높아지고 있고, 할로겐 원소를 함유하지 않은 비할로겐계 화합물을 난연 가공제로서 사용하고, 또한 환경보호 관점에서 연소시에 할로겐 등의 유해한 가스나 잔사를 발생하지 않는 난연제에 대한 요구도 높아지고 있다. In recent years, interest in the protection of the global environment, the protection of the living environment, and the like has increased, and non-halogen-based compounds containing no halogen are used as flame retardants, and from the viewpoint of environmental protection, harmful gases such as halogens and residues at the time of combustion. There is also a growing demand for flame retardants that do not occur.

특히 유기 인계 화합물류는 공업적으로 고분자소재의 가소제와 안정화제 또는 난연제 등으로 사용되고 있으며, 독성이 있는 물질은 농약 및 살충제 등으로서 널리 사용되고 있다. 그 중 최근에 난연제로서 유기 인계 화합물을 사용하는 것이 주목 받고 있다.In particular, organic phosphorus compounds are industrially used as plasticizers, stabilizers or flame retardants of polymer materials, and toxic substances are widely used as pesticides and insecticides. Recently, the use of an organophosphorus compound as a flame retardant attracts attention.

난연제가 난연 효과를 나타내는 통상적인 방식은 예를 들면 다음과 같다. 먼저 고체상 저해(solid phase inhibition) 작용으로서, 이 방식에 의하면 난연제가 챠르(char)를 형성하여 열이 내부로 전달되는 것을 방지한다. 다음 기상 저해(vapor phase inhibition) 작용이 있는데, 이에 의하면 화학적 구조를 변화시키고 라디칼 연쇄 반응을 중지시켜 연소를 방지하게 된다. 세 번째로 열작용(heat operation)에 의한 방식이 있는데, 이는 연소시 물(H2O)이 생성되어 표면을 냉각시키는 작용을 한다.Typical ways in which a flame retardant may exhibit a flame retardant effect are, for example, as follows. First, as a solid phase inhibition, in this way the flame retardant forms char to prevent heat from being transferred inside. Next is vapor phase inhibition, which changes the chemical structure and stops the radical chain reaction to prevent combustion. Third, there is a heat operation method, in which water (H 2 O) is generated during combustion to cool the surface.

유기 인계 난연제 화합물은 첨가형으로서 주로 열작용에 의해 난연 효과를 나타내는 화합물로서, 주로 연소할 때 열분해에 의해 폴리메타인산을 생성하고 이것이 보호층을 형성하는 경우와 폴리메타인산이 생성될 때의 탈수 작용에 의해서 생성되는 탄소 피막이 산소를 차단하여 연소를 막는 방식으로 난연 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. The organophosphorus flame retardant compound is an additive and mainly exhibits a flame retardant effect by thermal action.It mainly produces polymethic acid by pyrolysis when combusted, and it is used for dehydration when it forms a protective layer and when polymethic acid is produced. It is known that the carbon film produced thereby exhibits a flame retardant effect in a manner that blocks oxygen to prevent combustion.

유기 질소-인계 난연제는 첨가형으로 많이 사용되며, 열작용에 의해 생성된 챠르를 질소 기체가 다공질로 만들어 열분해에 의한 연소를 제어하여 난연성을 제공하는 것으로 발포형(Intumescent) 난연제로 알려져 있다.Organic nitrogen-phosphorus flame retardant is widely used as an additive type, and is known as an intumescent flame retardant to provide flame retardancy by controlling the combustion by thermal decomposition of char generated by thermal action of nitrogen gas.

종래의 난연제 중 가연성 고분자 재료에 대해서는 유기 할로겐 화합물이 높은 난연효과와 경제적 관점에서 많이 사용되어 왔다. 특히, 브롬계 난연제와 함께 삼산화안티몬 등 안티몬계 난연제를 사용하면 난연성이 보다 향상되는 특징이 있다. 그러나, 화재시 HBr 등의 유독가스를 발생시켜 질식사를 유발할 뿐만 아니라, 소각시 맹독성이며, 발암물질인 다이옥신(dioxine)을 생성시킬 가능성이 있고, 더욱이 브롬계 난연제와 함께 사용하는 안티몬계 난연제의 발암성으로 인하여, 유럽을 필두로 하여 그 사용이 점차 규제되고 있다. Among the conventional flame retardants, an organic halogen compound has been widely used in view of high flame retardant effect and economical efficiency. In particular, the use of an antimony flame retardant such as antimony trioxide together with a bromine flame retardant is characterized by further improved flame retardancy. However, in the event of fire, toxic gases such as HBr may be used to cause asphyxia, as well as to be toxic when incinerated, and may generate dioxine, a carcinogen. Due to sex, its use is increasingly regulated, starting with Europe.

이에 따라, 최근에는 비할로겐계 난연제에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 다양한 친환경성 난연제들이 개발되고 있다. 비할로겐 난연제의 종류로는 인계, 질소화합물계, 실리콘계, 붕소계 난연제 또는 금속산화물이나 금속수산화물 난연제 등이 있다.Accordingly, in recent years, research on non-halogen flame retardants has been actively conducted, and various eco-friendly flame retardants have been developed. Examples of non-halogen flame retardants include phosphorus-based, nitrogen-based compounds, silicon-based, boron-based flame retardants, or metal oxides or metal hydroxide flame retardants.

이 중 할로겐계 난연제를 대체할 수 있는 난연제로 가장 많이 고려되고 있는 것이 유기 인계 화합물이며, 주로 포스페이트류, 포스포네이트류 또는 포스파젠류 그리고 단분자형 또는 축합형 등이 있다. Among them, organophosphorus compounds are considered as flame retardants that can replace halogen-based flame retardants, and mainly include phosphates, phosphonates or phosphazenes, and monomolecular or condensed compounds.

포스페이트류 중 가장 단순한 화합물로서 트라이페닐포스페이트(TPP)가 알려져 있는데 분자량이 작아 고온에서 고분자재료의 성형시 휘발되는 문제점이 있으며, 고분자재료의 가소제 역할을 하여 수지의 연화점 저하와 기계적 강도를 약화시키는 문제점이 있다. 또한 수지로부터 난연제가 용출됨에 따라 2차 오염이 발생할 수도 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 일본 특개소59-202240호 및 일본 특개평2-18336호에서는 하이드로퀴논, 레조시놀, 비스페놀 유도체 등을 이용하여 분자내 2개의 인 원소를 함유하는 축합형 인계 난연제가 개시되어 있다. 그러나 이러한 축합형 유기 인계 난연제도 내열성, 내가수분해성, 난연성 측면에서 할로겐계 난연제에 비해 현저히 떨어지는 특성을 보이므로 이에 대한 개선이 필요한 상황이다. 또한 인산에스테르형인 TPP 또는 축합형 난연제를 에스테르형 고분자 수지(PET, PC 등)에 첨가할 경우 에스테르 교환반응으로 인하여 수지 물성 저하를 유발한다. 이러한 유기 인계 난연제의 내열성을 개선하기 위해서는 분자량을 높이거나 분자구조를 견고하게 해야 하며, 내가수분해성 및 내에스테르교환성을 가지기 위해서는 포스포네이트형, 포스피네이트형, 포스핀옥사이드형 또는 포스파젠형으로 분자를 설계하는 것이 바람직하다. 또한 난연성을 높이기 위해서는 분자내 인 함량을 높여야 한다.Triphenyl phosphate (TPP) is known as the simplest compound among phosphates. It has a problem of volatilization when forming a polymer material at high temperature due to its low molecular weight. There is this. In addition, secondary contamination may occur as the flame retardant is eluted from the resin. In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 59-202240 and Japanese Patent Laid-Open No. Hei 2-18336 disclose a condensed phosphorus flame retardant containing two phosphorus elements in a molecule using hydroquinone, resorcinol, bisphenol derivatives, etc. It is. However, the condensed organophosphorus flame retardant also exhibits significantly lower characteristics than the halogen-based flame retardant in terms of heat resistance, hydrolysis resistance, and flame retardancy. In addition, when the phosphate ester type TPP or condensation type flame retardant is added to the ester type polymer resin (PET, PC, etc.), the resin physical property decreases due to the transesterification reaction. In order to improve the heat resistance of the organophosphorus flame retardant, the molecular weight should be increased or the molecular structure should be firm. In order to have hydrolysis resistance and ester exchange resistance, phosphonate type, phosphinate type, phosphine oxide type or phospha It is desirable to design molecules in genotypes. In addition, to increase the flame retardancy, it is necessary to increase the phosphorus content in the molecule.

이에 대하여 일본 특개소60-126293호(미국 특허등록 4,618,693호)에서 특수한 고리형 유기 인계 화합물인 9,10-다이하이드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드(DOPO) 및 이들의 유도체를 개시하여, 에폭시 소재에 유용한 기상작용성 인계 난연제로 많이 연구되어 있으나, 기상 작용성 라디칼의 수가 적어서 난연성이 충분한 것은 아니다.In this regard, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-126293 (U.S. Patent No. 4,618,693), which is a special cyclic organophosphorus compound 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO) and these The derivative of is disclosed and has been studied a lot as a gas phase functional phosphorus flame retardant useful in epoxy materials, but the flame retardancy is not sufficient due to the small number of gas phase functional radicals.

일본 공개특허 제1985-126293호Japanese Patent Laid-Open No. 1985-126293 일본 공개특허 제1984-202240호JP-A-1984-202240 일본 공개특허 제1990-18336호Japanese Patent Laid-Open No. 1990-18336

따라서, 본 발명의 목적은 난연성이 높고, 고분자재료에 혼합시 고분자 재료의 강도를 저하시키지 않아서, 유기 고분자재료의 난연제 또는 안정화제 등의 첨가제로서 유용하고, 다양한 종류의 유도체로 사용할 수 있는 신규의 유기 질소-인계 화합물, 이를 포함하는 난연성 수지 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.Accordingly, an object of the present invention is high flame retardancy, does not lower the strength of the polymer material when mixed with the polymer material, is useful as an additive such as a flame retardant or stabilizer of organic polymer material, and can be used as a derivative of various kinds An organic nitrogen-phosphorus compound, a flame retardant resin containing the same, and a method for producing the same are provided.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 고리형 유기 질소-인계 화합물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a cyclic organic nitrogen-phosphorus compound represented by the following formula (1), (2), (3) or (4).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

[화학식 3](3)

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 식에서, Where

R1 내지 R3는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알콕시, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4-20 사이클로알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4 -20 헤테로아릴, 치환기로 치환되거나 비치환된 C6 -20 아릴이고, R 1 to R 3 are each independently, hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted with substituents substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted or substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted unsubstituted C 4- 20 cycloalkyl, substituted with a substituent or unsubstituted C 4 -20 heteroaryl, substituted with a substituent or unsubstituted C 6 -20 aryl,

상기 치환기는 각각 선택적으로 할로겐, 아미노, 싸이오, 포스포릴, 포스피닐, 카르보닐, 실릴, 보란일, C1 -18 알킬, C1 -18 알콕시, C4 -20 사이클로알킬, C4 -20 헤테로아릴, C6 -20 아릴, C6 -20 아릴옥시 또는 C7 -20 아르알킬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기이다.
Wherein the substituents are each optionally halogen, amino, thio, phosphoryl, phosphine sulfinyl, carbonyl, silyl, borane yl, C 1 -18 alkyl, C 1 -18 alkoxy, C 4 -20 cycloalkyl, C 4 -20 heteroaryl, a group C 6 -20 aryl, which is one or more C 6 -20 aryloxy or selected from the group consisting of C 7 -20 aralkyl.

본 발명은 상기 화학식 1의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법으로서, 1,8-다이아미노 나프탈렌과 오염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시키는 단계를 포함하여 제조하는 고리형 유기 질소- 화합물의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for preparing a cyclic organic nitrogen-phosphorous compound of Formula 1, comprising the step of cyclizing a 1,8-diamino naphthalene and phosphorus pentachloride in the presence of a catalyst. It provides a manufacturing method.

또한, 본 발명은 상기 화학식 2의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법으로서, o-페닐렌디아민과과 오염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시키는 단계를 포함하여 제조하는 고리형 유기 질소- 화합물의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is a method for producing a cyclic organic nitrogen-phosphorous compound of Formula 2, the cyclic organic nitrogen-compound prepared by the step of cyclizing the o-phenylenediamine and phosphorus pentachloride in the presence of a catalyst It provides a manufacturing method.

또한, 본 발명은 상기 화학식 3의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법으로서, 2-아미노벤조나이트릴과 오염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시키는 단계를 포함하여 제조하는 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is a method for producing a cyclic organic nitrogen-phosphorous compound of Formula 3, a cyclic organic nitrogen-phosphorus prepared by the step of cyclizing 2-aminobenzonitrile and phosphorus pentachloride in the presence of a catalyst Provided are methods for preparing the compounds.

또한, 본 발명은 상기 화학식 4의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법으로서, o-페닐렌디아민과 이염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시키는 단계를 포함하여 제조하는 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법을 제공한다.
In addition, the present invention is a method for preparing a cyclic organic nitrogen-phosphorous compound of Formula 4, a cyclic organic nitrogen-phosphorus compound prepared by the step of cyclizing the o-phenylenediamine and phosphorus dichloride in the presence of a catalyst It provides a method of manufacturing.

또한, 본 발명은 상기 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나의 고리형 유리 질소-인계 화합물을 포함하는 난연성 수지를 제공한다.
In addition, the present invention provides a flame-retardant resin comprising a cyclic free nitrogen-phosphorous compound of any one of Formulas (1) to (4).

본 발명에 따른 유기 인-질소계 화합물은, 할로겐 원소를 포함하고 있지 않아 환경 친화적이며, 내열성 및 내수성이 우수하고, 인과 질소를 동시에 포함하고 있어 난연성 및 안정성이 우수하며, 분자 내의 인(P) 원소에 2개의 반응성 자리를 가지므로 고분자 주쇄에 직접 도입할 수 있을 뿐 아니라, 다양한 유도체의 제조가 가능하여 각종 분야의 고분자 재료에 난연제 또는 안정화제 등으로 사용될 수 있다.
The organic phosphorus-nitrogen compound according to the present invention is environmentally friendly because it does not contain a halogen element, and is excellent in heat resistance and water resistance, and contains phosphorus and nitrogen at the same time, so it is excellent in flame retardancy and stability, and phosphorus (P) in the molecule Since it has two reactive sites in the element, not only can be directly introduced into the polymer main chain, but also various derivatives can be prepared and used as a flame retardant or stabilizer in polymer materials in various fields.

도 1은 화합물 1에 대한 GC-mass 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 화합물 1에 대한 DSC 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 화합물 2에 대한 GC-mass 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 화합물 2에 대한 DSC 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 화합물 3에 대한 GC-mass 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 화합물 3에 대한 DSC 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the results of GC-mass measurement for Compound 1.
2 is a graph showing the DSC measurement results for the compound 1.
3 is a graph showing the GC-mass measurement results for the compound 2.
4 is a graph showing the DSC measurement results for the compound 2.
5 is a graph showing the GC-mass measurement results for the compound 3.
6 is a graph showing the DSC measurement results for the compound 3.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 고리형 유기 질소-인계 화합물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a cyclic organic nitrogen-phosphorus compound represented by the following formula (1), (2), (3) or (4).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 3](3)

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 식에서, Where

R1 내지 R3는 각각 독립적으로, 할로겐, 수소, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알콕시, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4-20 사이클로알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4 -20 헤테로아릴, 치환기로 치환되거나 비치환된 C6 -20 아릴이고, R 1 to R 3 are each independently a halogen, hydrogen, substituted or unsubstituted with substituents substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted or substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted unsubstituted C 4- 20 cycloalkyl, substituted with a substituent or unsubstituted C 4 -20 heteroaryl, substituted with a substituent or unsubstituted C 6 -20 aryl,

상기 치환기는 각각 선택적으로 할로겐, 아미노, 싸이오, 포스포릴, 포스피닐, 카르보닐, 실릴, 보란일, C1 -18 알킬, C1 -18 알콕시, C4 -20 사이클로알킬, C4 -20 헤테로아릴, C6 -20 아릴, C6 -20 아릴옥시 또는 C7 -20 아르알킬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기이다.
Wherein the substituents are each optionally halogen, amino, thio, phosphoryl, phosphine sulfinyl, carbonyl, silyl, borane yl, C 1 -18 alkyl, C 1 -18 alkoxy, C 4 -20 cycloalkyl, C 4 -20 heteroaryl, a group C 6 -20 aryl, which is one or more C 6 -20 aryloxy or selected from the group consisting of C 7 -20 aralkyl.

또한 본 발명은 상기의 화학식 1 내지 화학식 4 제조방법을 포함하며, 하기에 이를 상세하게 설명한다. In addition, the present invention includes the above formula 1 to formula 4 production method, it will be described in detail below.

본 발명의 상기 화학식 1및 화학식 2의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법으로서 1,8-다이아미노나프탈렌 또는 o-페닐렌디아민과 오염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시켜 중간체 화합물 1-1 또는 화합물 2-1을 얻는다. 이때 촉매는 무기의 염기, 유기 염기를 사용할 수 있다. 무기 염기로는 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등을 들 수 있고, 유기 염기로는 아민계의 피리딘, 트리에틸아민, DBU 등을 들 수 있으나 트리에틸아민이 사용하기에 좋다. As a method for preparing the cyclic organic nitrogen-phosphorus compound of Chemical Formulas 1 and 2 of the present invention, 1,8-diaminonaphthalene or o-phenylenediamine and phosphorus pentachloride are cyclized in the presence of a catalyst to give intermediate compound 1-1. Or compound 2-1. In this case, the catalyst may be an inorganic base or an organic base. Examples of the inorganic base include sodium hydroxide and potassium hydroxide. Examples of the organic base include amine-based pyridine, triethylamine, DBU, and the like, but triethylamine is preferable.

반응식 1Scheme 1

Figure pat00009
Figure pat00009

반응식 2Scheme 2

Figure pat00010
Figure pat00010

상기에서 얻은 중간체 화합물 1-1 또는 화합물 2-1은 유기 금속염을 사용하여 치환 반응을 실시하여 인-탄소 결합을 갖는 유기 질소-인계 화합물을 제조하여 화학식 1 또는 화학식 2의 목적물을 얻을 수 있고, 또한 본 발명은 이들을 제조하는 제조방법을 제공한다.The intermediate compound 1-1 or compound 2-1 obtained above may be subjected to a substitution reaction using an organometallic salt to prepare an organic nitrogen-phosphorus compound having a phosphorus-carbon bond to obtain a target compound of Formula 1 or Formula 2, The present invention also provides a production method for producing them.

이때 유기 금속염은 R1 내지 R2 로 표시되는 치환 또는 비치환된 알킬, 페닐 금속염을 들 수 있고, 금속으로는 나트륨, 칼륨, 리튬 원소를 들 수 있고, 리튬 알킬 또는 페닐리튬 등이 사용하기 바람직하다.At this time, the organometallic salts include substituted or unsubstituted alkyl and phenyl metal salts represented by R 1 to R 2 , and examples of the metal include sodium, potassium, and lithium elements, and lithium alkyl or phenyllithium is preferable. Do.

또한, 본 발명은 상기 반응식 1 또는 반응식 2에서 중간체 화합물 1-1 또는 화합물 2-1을 금속 알콕시 염 또는 금속 알킬티오 염, 알킬 아민 등과 반응시켜 얻은 하기의 화학식 5 내지 화학식 10의 화합물도 포함된다. In addition, the present invention also includes a compound represented by the following formulas (5) to (10) obtained by reacting intermediate compound (1-1) or compound (2-1) with a metal alkoxy salt, metal alkylthio salt, alkyl amine, etc. .

Figure pat00011
Figure pat00011

본 발명의 상기 화학식 3의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법은 다음과 같다. 2-아미노벤조나이트릴과 오염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시켜 중간체 화합물 3-1을 얻는다. 상기에서 얻은 중간체 화합물 3-1은 유기 금속염을 사용하여 치환 반응을 실시하여 인-탄소 결합을 갖는 유기 질소-인계 화합물을 제조하여 목적물을 얻을 수 있고, 또한 본 발명은 이들을 제조하는 제조방법을 제공한다. The preparation method of the cyclic organic nitrogen-phosphorus compound of Chemical Formula 3 of the present invention is as follows. 2-Aminobenzonitrile and phosphorus pentachloride are cyclized in the presence of a catalyst to obtain intermediate compound 3-1. The intermediate compound 3-1 obtained above may be subjected to a substitution reaction using an organometallic salt to produce an organic nitrogen-phosphorus compound having a phosphorus-carbon bond, thereby obtaining a target product, and the present invention also provides a production method for producing these compounds. do.

[반응식 3]Scheme 3

Figure pat00012
Figure pat00012

이때 상기 [반응식 3]에서 유기 금속염은 R1 내지 R2 로 표시되는 치환 또는 비치환된 알킬, 페닐 금속염을 들 수 있고, 금속으로는 나트륨, 칼륨, 리튬 원소를 들 수 있고, 리튬 알킬 또는 페닐리튬 등이 사용하기 바람직하다At this time, the organometallic salt in [Scheme 3] includes substituted or unsubstituted alkyl and phenyl metal salts represented by R 1 to R 2 , and examples of the metal include sodium, potassium and lithium elements, and lithium alkyl or phenyl. Lithium and the like are preferable to use.

또한, 본 발명은 상기 반응식 3 에서 중간체 화합물 3-1을 금속 알콕시 염 또는 금속 알킬티오 염, 알킬 아민 등과 반응시켜 얻은 하기의 화학식 11 내지 화학식 13의 화합물도 포함한다. In addition, the present invention also includes a compound represented by the following Chemical Formulas 11 to 13 obtained by reacting Intermediate Compound 3-1 with a metal alkoxy salt, metal alkylthio salt, alkyl amine, etc. in Scheme 3.

Figure pat00013
Figure pat00013

본 발명의 상기 화학식 4의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법은 다음과 같다. o-페닐렌디아민과 알킬 이염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시켜 얻는 화학식 4의 화합물을 제조하는 제조방법을 제공한다.The preparation method of the cyclic organic nitrogen-phosphorus compound of Chemical Formula 4 of the present invention is as follows. Provided is a process for preparing a compound of formula (4) obtained by cyclization of o-phenylenediamine and alkyl phosphorus dichloride in the presence of a catalyst.

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

Figure pat00014
Figure pat00014

또한, 본 발명은 상기 반응식 4 에서 R이 알콕시 또는 금속 알킬티오, 알킬 아민 일 때 얻은 하기의 화학식 14 내지 화학식 16의 화합물도 포함한다. In addition, the present invention also includes the compounds of the following formula (14) to formula (16) obtained when R is alkoxy or metal alkylthio, alkyl amine in Scheme 4.

Figure pat00015
Figure pat00015

또한 본 발명에 따른 유기 질소-인계 화합물은 첨가형 난연제로 사용되기 위해서는 열가소성 수지와 혼련하여 사용하게 되므로, 열가소성 수지의 용융 온도와 유사하게 녹을 수 있는 것이 좋으므로 시차주사열량분석기(differential scanning calorimeter, DSC)에 의한 측정시 녹는점이 145 ? 내지 220 ?인 것이 바람직하다. 본 발명의 화합물들은 녹는점이 높아서 첨가형 난연제로서 유용하다
In addition, since the organic nitrogen-phosphorous compound according to the present invention is used by mixing with a thermoplastic resin in order to be used as an additive flame retardant, it is preferable to melt similarly to the melting temperature of the thermoplastic resin, so that a differential scanning calorimeter (DSC) Melting point 145? It is preferable that it is -220 degrees. Compounds of the present invention are useful as additive flame retardants due to their high melting point

또한 본 발명은 상기의 화학식 1 ~ 화학식 16 화합물을 포함하는 난연수지를 제공한다
In another aspect, the present invention provides a flame-retardant resin containing the compound of Formula 1 to Formula 16.

또한 본 발명은 상기 화학식 1 내지 화학식 16 고리형 유리 질소-인계 화합물을 포함하는 난연수지를 제공하는데, 상기 난연수지는 다양한 유기 고분자 재료에 난연성을 부여할 수 있다. 상기 유기 고분자 재료로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌, 폴리부타다이엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스티렌, 스티렌-부타다이엔 공중합체, 아크릴로니트릴-부타다이엔 공중합체, 스티렌·아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴 부타다이엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene: ABS)수지, 폴리아세탈, 폴리페닐옥사이드수지, 폴리페닐렌술파이드수지, 폴리술폰수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌 다이나프토에이트, 테레프탈산-1,4-부탄다이올·폴리부틸렌에테르 공중합체 엘라스토머, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시수지, 페놀수지, 멜라민수지, 요소수지, 액정성 고분자 화합물, 셀룰로오스 아세테이트 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.In another aspect, the present invention provides a flame-retardant resin containing the formula 1 to formula 16 cyclic free nitrogen-phosphorus compound, the flame retardant resin can impart flame retardancy to various organic polymer materials. Examples of the organic polymer material include polyethylene, polypropylene, polybutylene, polyisobutylene, polybutadiene, polyacrylonitrile, polystyrene, styrene-butadiene copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, Styrene acrylonitrile copolymer, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resin, polyacetal, polyphenyl oxide resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyethylene terephthalate, polybutylene tere Phthalate, polyethylene dynaphthoate, terephthalic acid-1,4-butanediol polybutylene ether copolymer elastomer, polycarbonate, polyamide, polyimide, polyurethane, epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, liquid crystal Although a polymeric polymer, cellulose acetate, etc. are mentioned, It is not limited to these.

본 발명에 따른 유기 질소-인계 화합물과 상기 유기 고분자 재료와의 혼합 방법은 특별히 한정되지 않으며, 롤밀, 수퍼 믹서, 헨셀 믹서, 하이스피드 믹서, 볼 밀, 스틸 밀, 샌드 밀, 진도 밀, 호모 믹서, 호모지나이저, 제트 밀, 회분식 혼력기, 2축 압출기, 단축 압출기 등의 혼합장치를 이용하여 혼합할 수 있으며, 이러한 혼합장치는 1종 또는 2종 이상 병용하여도 좋다.Mixing method of the organic nitrogen-phosphorus compound and the organic polymer material according to the present invention is not particularly limited, roll mill, super mixer, Henschel mixer, high speed mixer, ball mill, steel mill, sand mill, progress mill, homo mixer The mixing device may be mixed using a homogenizer, a jet mill, a batch mixer, a twin screw extruder, a single screw extruder, and the like may be used alone or in combination of two or more.

본 발명의 유기 질소-인계 화합물을 난연성 수지로 사용하는 경우 그 함량은 배합하는 유기 고분자 재료의 종류, 목표로 하는 난연 성능에 따라 크게 차이가 나지만 일반적으로 유기 고분자 재료 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 50중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5 중량부 내지 30 중량부, 보다 바람직하게는 10 중량부 내지 25 중량부이다. 1 중량부 미만으로 포함되면 난연성 향상 효과가 충분하지 않으며, 50 중량부를 초과하면 첨가량 증가에 따른 수지의 물성 변화로 바람직하지 않다.
When the organic nitrogen-phosphorus compound of the present invention is used as a flame retardant resin, the content thereof varies greatly depending on the type of the organic polymer material to be blended and the target flame retardant performance. To 50 parts by weight, preferably 5 to 30 parts by weight, more preferably 10 to 25 parts by weight. If it is included in less than 1 part by weight, the effect of improving the flame retardancy is not sufficient, and if it exceeds 50 parts by weight, it is not preferable because of the change in physical properties of the resin according to the addition amount.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the following examples and comparative examples are provided for illustrating the present invention, and the present invention is not limited by the following examples, and various modifications and changes may be made.

실시예Example 1 내지 2 및  1 to 2 and 비교예Comparative example 1: 유기 질소-인계 화합물의 제조 1: Preparation of Organic Nitrogen-Phosphorus Compound

합성예Synthetic example 1. 나프탈렌형 유기 질소-인계 화합물(화합물 1)의 제조 1. Preparation of naphthalene type organic nitrogen-phosphorus compound (Compound 1)

화합물 1-1의 합성 Synthesis of Compound 1-1

Figure pat00016
Figure pat00016

둥근바닥 플라스크 (2L)에 1,8-다이아미노 나프탈렌(50 g), 트리에틸아민 (64 g)과 용매 THF (800ml)를 넣고 아르곤 분위기 하에서 4 시간 교반을 하였다. 이 플라스크에 PCl5(49g)를 천천히 적하시킨 후 24시간 동안 35℃ ~ 45℃를 유지하며 교반 시켰다. 이 때 반응중의 불용물은 실리카겔을 이용하여 여과 제거 하였다. 이 후, 여액인 유기층을 건조시켜 진한 노란색의 파우더를 수득하였다. 이후 n-헥산을 이용하여 세척한 후 여과하여 연노란색의 중간체인 파우더 상의 화합물 1-1을 수득 (76g) 하였다.
1,8-diamino naphthalene (50 g), triethylamine (64 g), and solvent THF (800 ml) were put into a round bottom flask (2L), and it stirred for 4 hours in argon atmosphere. PCl 5 (49 g) was slowly added dropwise to the flask, followed by stirring while maintaining 35 ° C to 45 ° C for 24 hours. At this time, the insolubles during the reaction were filtered out using silica gel. After that, the filtrate was dried to obtain a dark yellow powder. Thereafter, the mixture was washed with n-hexane, followed by filtration to obtain Compound 1-1 as a pale yellow intermediate (76 g).

화합물 1의 합성 Synthesis of Compound 1

Figure pat00017
Figure pat00017

둥근바닥 플라스크 (1L)에 브로모벤젠 (60g)을 THF (600ml)에 용해시킨 후 -78℃로 냉각하였다. BuLi (191ml)을 첨가 후 동일 온도에서 2시간 동안 교반하며 THF에 용해시킨 상기 화합물 1-1 (30g)을 천천히 적하하였다. 적하가 끝난 후 -78℃에서 3시간 교반한 후 다시 상온에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난 후 용매인 THF를 제거한 후, 톨루엔에 고체 생성물을 녹이고, 톨루엔에 녹지 않는 염 제거를 위하여 실리카를 깔아 놓은 여과장치에서 핫필터를 하였다. 상기 걸러진 용매를 회전 증발기로 제거한 후 n-헥산으로 수차례 씻어준다. 연갈색의 파우더 생성물 화합물 1을 silica 컬럼을 통과시키는 방법으로 정제하여 회색의 파우더 상의 화합물 1을 수득 (11g) 하였다. 도 1 및 도 2에 화합물 1에 대한 GC-mass 측정 결과와 DSC 측정 결과를 나타내었다. DSC 측정 결과 녹는점은 182 oC 이었다.
Bromobenzene (60 g) was dissolved in THF (600 ml) in a round bottom flask (1 L) and then cooled to -78 ° C. After adding BuLi (191 ml) and stirring at the same temperature for 2 hours, Compound 1-1 (30 g) dissolved in THF was slowly added dropwise. After the dropwise addition, the mixture was stirred at -78 ° C for 3 hours, and then stirred at room temperature for 8 hours. After completion of the reaction, the solvent was removed, THF, and the solid product was dissolved in toluene, and a hot filter was filtered in a filtration apparatus coated with silica to remove salts insoluble in toluene. The filtered solvent is removed with a rotary evaporator and washed several times with n-hexane. The light brown powder product Compound 1 was purified by passing through a silica column to obtain Compound 1 as a gray powder (11 g). 1 and 2 show the results of GC-mass and DSC measurements for Compound 1. The melting point was 182 ° C as a result of DSC measurement.

합성예Synthetic example 2.  2. 벤젠형Benzene type 유기 질소-인계 화합물(화합물 2)의 제조  Preparation of Organic Nitrogen-Phosphorus Compound (Compound 2)

화합물 2-1의 합성 Synthesis of Compound 2-1

Figure pat00018
Figure pat00018

둥근바닥 플라스크 (2L)에 o-페닐렌디아민 (50 g), 트리에틸아민 (94 g)과 용매 THF (800ml)를 넣고 아르곤 분위기 하에서 4 시간 교반을 하였다. 이 플라스크에 PCl5(96g)를 천천히 적하시킨 후 24시간 동안 35℃ ~ 45℃를 유지하며 교반 시켰다. 이 때 반응중의 불용물은 실리카겔을 이용하여 여과 제거 하였다. 이 후, 여액인 유기층을 건조시켜 진한 노란색의 파우더를 수득하였다. 이후 n-헥산을 이용하여 세척한 후 여과하여 연노란색의 중간체인 파우더 상의 화합물 2-1을 수득 (58g) 하였다.
O-phenylenediamine (50 g), triethylamine (94 g) and solvent THF (800 ml) were added to a round bottom flask (2 L), and the mixture was stirred for 4 hours under an argon atmosphere. PCl 5 (96g) was slowly added dropwise to the flask, followed by stirring while maintaining 35 ° C to 45 ° C for 24 hours. At this time, the insolubles during the reaction were filtered out using silica gel. After that, the filtrate was dried to obtain a dark yellow powder. Thereafter, the mixture was washed with n-hexane, followed by filtration to obtain Compound 2-1 as a pale yellow intermediate (58 g).

화합물 2의 합성 Synthesis of Compound 2

Figure pat00019
Figure pat00019

둥근바닥 플라스크 (1L)에 브로모벤젠 (46g)을 THF (500ml)에 용해시킨 후 -78℃로 냉각하였다. BuLi (125ml)을 첨가 후 동일 온도에서 2시간 동안 교반하며 THF에 용해시킨 상기 화합물 2-1 (50g)을 천천히 적하하였다. 적하가 끝난 후 -78℃에서 3시간 교반한 후 다시 상온에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난 후 용매인 THF를 제거한 후, 톨루엔에 고체 생성물을 녹이고, 톨루엔에 녹지 않는 염 제거를 위하여 실리카를 깔아 놓은 여과장치에서 핫필터를 하였다. 상기 걸러진 용매를 회전 증발기로 제거한 후 n-헥산으로 수차례 씻어주었다. 연갈색의 파우더 생성물 화합물 2를 silica 컬럼을 통과시키는 방법으로 정제하여 회색의 파우더 상의 화합물 2를 수득 (18g) 하였다. 도 3 및 도 4에 화합물 3에 대한 GC-mass 측정 결과와 DSC 측정 결과를 나타내었다. DSC 측정 결과 녹는점은 229 ℃ 이었다.
Bromobenzene (46 g) was dissolved in THF (500 ml) in a round bottom flask (1 L) and then cooled to -78 ° C. After adding BuLi (125 ml) and stirring at the same temperature for 2 hours, Compound 2-1 (50 g) dissolved in THF was slowly added dropwise. After the dropwise addition, the mixture was stirred at -78 ° C for 3 hours, and then stirred at room temperature for 8 hours. After completion of the reaction, the solvent was removed, THF, and the solid product was dissolved in toluene, and a hot filter was filtered in a filtration apparatus coated with silica to remove salts insoluble in toluene. The filtered solvent was removed with a rotary evaporator and washed several times with n-hexane. The light brown powder product Compound 2 was purified by passing through a silica column to obtain Compound 2 as a gray powder (18 g). 3 and 4 show the results of GC-mass and DSC measurements for Compound 3. As a result of DSC measurement, the melting point was 229 ° C.

합성예Synthetic example 3.  3. 벤젠형Benzene type 유기 질소-인계 화합물(화합물 3)의 제조 Preparation of Organic Nitrogen-Phosphorus Compound (Compound 3)

화합물 3-1의 합성 Synthesis of Compound 3-1

Figure pat00020
Figure pat00020

둥근바닥 플라스크 (2L)에 2-아미노벤조나이트릴과 PCl5 (88g)를 PhCl (881g)에 용해시켰다. 반응기의 온도를 110℃까지 서서히 승온한 후 이를 3시간 동안 유지한 후, TLC로 반응 여부를 확인하여 반응을 종결 시켰다. 이 후 상온으로 냉각하여 연노랑색의 고체 생성물을 석출하였다. 생성된 고체 생성물을 n-헥산으로 수차례 씻어준 후 실리카 컬럼으로 분리하여 연노란색의 중간체인 화합물 3-1을 수득 (32g) 하였다.
2-aminobenzonitrile and PCl 5 (88 g) were dissolved in PhCl (881 g) in a round bottom flask (2 L). After slowly increasing the temperature of the reactor to 110 ℃ and maintained for 3 hours, the reaction was terminated by checking the reaction by TLC. After cooling to room temperature to precipitate a pale yellow solid product. The resulting solid product was washed several times with n-hexane and separated by silica column to give compound 3-1 as a light yellow intermediate (32 g).

화합물 3의 합성 Synthesis of Compound 3

Figure pat00021
Figure pat00021

둥근바닥 플라스크 (1L)에 브로모벤젠 (48g)을 THF (500ml)에 용해시킨 후 -78℃로 냉각하였다. BuLi (191ml)을 첨가 후 동일 온도에서 2시간 동안 교반하며 THF에 용해시킨 상기 화합물 3-1 (30g)을 플라스크에 천천히 적하한다. 적하가 끝나면 -78℃에서 3시간 교반을 진행한 후 상온에서 8시간 교반하였다. 반응이 끝난 후 용매제거 후 톨루엔에 고체 생성물을 녹이고, 염 제거를 위하여 실리카 핫필터를 한다. 상기 걸러진 용매를 회전 증발기로 제거한 후 n-헥산으로 수차례 씻어준다. 연갈색의 파우더 생성물을 silica 컬럼을 통하여 연회색의 파우더 상의 화합물 3을 수득 (10g) 할 수 있었다. 도 5 및 도 6에 화합물 3에 대한 GC-mass 측정 결과와 DSC 측정 결과를 나타내었다. DSC 측정 결과 녹는점은 161 ℃이었다.
Bromobenzene (48 g) was dissolved in THF (500 ml) in a round bottom flask (1 L) and then cooled to -78 ° C. After adding BuLi (191 ml) and stirring at the same temperature for 2 hours, Compound 3-1 (30 g) dissolved in THF was slowly added dropwise to the flask. After dropping, the mixture was stirred at -78 ° C for 3 hours, and then stirred at room temperature for 8 hours. After the reaction, the solvent is removed, the solid product is dissolved in toluene, and silica hot filter is performed to remove the salt. The filtered solvent is removed with a rotary evaporator and washed several times with n-hexane. The light brown powder product was obtained (10 g) as light gray powder 3 through a silica column. 5 and 6 show the results of GC-mass and DSC measurements for Compound 3. As a result of DSC measurement, the melting point was 161 占 폚.

합성예Synthetic example 4:  4: 벤젠형Benzene type 유기 질소-인계 화합물(화합물 4)의 제조 Preparation of Organic Nitrogen-Phosphorus Compound (Compound 4)

Figure pat00022
Figure pat00022

둥근바닥 플라스크(1L)에 o-페닐렌디아민 (25 g)와 Et3N (47 g)을 THF (250 ml)에 용해시킨 후 치환체 1-프로필포스포닉 디클로라이드 (45 g)를 사용하였다. 반응이 끝난 후 용매 제거 후 에틸아세테이트로 추출하였으며, 유기층을 건조 후 노란색의 파우더 생성물을 silica 컬럼을 통하여 연노란색의 파우더 상의 화합물 4 (27g)을 수득하였다. DSC 측정 결과 녹는점은 144 oC 이었다.
In a round bottom flask (1 L) o-phenylenediamine (25 g) and Et3N (47 g) were dissolved in THF (250 ml) followed by the substitution of 1-propylphosphonic dichloride (45 g). After completion of the reaction, the solvent was removed and extracted with ethyl acetate. After drying the organic layer, a yellow powder product was obtained through pale silica column to obtain compound 4 (27 g) as a light yellow powder. The melting point was 144 ° C as a result of DSC measurement.

실험예Experimental Example 1: 물성 평가 1: Physical property evaluation

상기 합성예 1 내지 3에 따라 제조된 화합물에 대하여 가스크로마토그래피-질량분석기 (Gas Chromatography-Mass Spectrometer(GC-MS); JMS-600W, JEOL사제) 및 시차주사열량분석기(differential scanning calorimeter(DSC);DSC 823e, METTLER TOLEDO사제)를 사용하여 질량 분석 및 열특성을 평가하였다. 그 결과를 도 1 및 도 2에 합성예 1의 결과를, 도 3 및 도 4에 합성예 2의 결과를, 도 5 및 도 6에 합성예 3의 결과를 각각 나타내었다.Gas Chromatography-Mass Spectrometer (GC-MS; JMS-600W, manufactured by JEOL) and Differential Scanning Calorimeter (DSC) for the compounds prepared according to Synthesis Examples 1 to 3 ; DSC 823e, manufactured by METTLER TOLEDO) was used for mass spectrometry and thermal properties. 1 and 2 show the results of Synthesis Example 1, FIG. 3 and FIG. 4 show the results of Synthesis Example 2, and FIGS. 5 and 6 show the results of Synthesis Example 3, respectively.

도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 합성예 1에서 제조된 화합물이 화학식 1의 목적 화합물임을 확인하였으며, 또한 그 분자량이 340이고, 녹는점이 182℃임을 확인하였다. 또한 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 합성예 2에서 제조된 화합물이 화학실 2의 목적 화합물임을 확인하였으며, 분자량이 290이고, 녹는점이 229℃임을 확인하였다. 또한 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 합성예 3에서 제조된 화합물이 화학실 3의 목적 화합물임을 확인하였으며, 분자량이 378이고, 녹는점이 161℃임을 확인 하였다.1 and 2, it was confirmed that the compound prepared in Synthesis Example 1 is the target compound of the formula (1), the molecular weight is 340, and the melting point is 182 ℃. 3 and 4 it was confirmed that the compound prepared in Synthesis Example 2 is the target compound of the chemical chamber 2, the molecular weight is 290, the melting point was 229 ℃. 5 and 6 it was confirmed that the compound prepared in Synthesis Example 3 is the target compound of the chemical chamber 3, the molecular weight is 378, and the melting point is 161 ℃.

실험예Experimental Example 2: 난연성 평가 2: flame retardancy evaluation

본 발명에 따른 화합물에 대한 난연성 평가를 위해 하기와 같은 방법으로 시편을 제조하고, 미국 언더라이터즈 레버러토리가 설정한 UL-94V 시험방법을 이용하여 난연성 평가를 실시하였다. In order to evaluate the flame retardancy of the compound according to the present invention, a specimen was prepared by the following method, and the flame retardancy was evaluated using the UL-94V test method set by the US Underwriters Laboratories.

먼저, BASF 회사의 HIPS (high-impact polystyrene) 수지 100 중량부에 상기 합성예 1에서 제조된 화합물을 각각 10 중량부 첨가하고, 2축 압출기에 투입해 230내지 280℃의 온도 범위에서 밀어내어 난연성 수지를 제조하고, 제조된 난연성 수지를 80℃에서 3시간 건조한 후 사출 성형기로 성형온도 200 내지 280℃, 금형온도 50 내지 70℃의 조건하에서 성형하여 난연성 평가용 시편을 제조 하여 실시예 1로 하였다. First, 10 parts by weight of each of the compounds prepared in Synthesis Example 1 were added to 100 parts by weight of HISF (high-impact polystyrene) resin of BASF Corporation, and added to a twin screw extruder to be pushed in a temperature range of 230 to 280 ° C. for flame retardancy. A resin was prepared, and the prepared flame retardant resin was dried at 80 ° C. for 3 hours, and then molded under an injection molding machine under conditions of a molding temperature of 200 to 280 ° C. and a mold temperature of 50 to 70 ° C. to prepare a specimen for evaluation of flame retardancy. .

또한 합성예 1 대신 합성예 3에서 제조된 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 시편을 제조하여 실시예 2로 하였고, 본 발명의 고리형 유기 질소-인계 화합물과 비교하기 위하여 합성예 1의 화합물 대신 종래의 난연제인 트리페닐포스페이트(알드리치社)를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 시편을 제조하여 비교예 1로 하였다. 이때 시편은 5 X 0.5 X 1/1 (inches) 크기로 제작하였으며, 각 시료마다 5개의 시편을 제작하였다. In addition, except that the compound prepared in Synthesis Example 3 instead of Synthesis Example 1 was prepared in the same manner as in Example 2, instead of the compound of Synthesis Example 1 to compare with the cyclic organic nitrogen-phosphorus compound of the present invention A specimen was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that triphenyl phosphate (Aldrich Co., Ltd.), which was a conventional flame retardant, was used. At this time, the specimens were manufactured in 5 X 0.5 X 1/1 (inches) size, and five specimens were prepared for each sample.

제조된 시편에 대한 난연성 평가시 시험규격은 작은 불꽃(small flames -50 W)을 사용하는 IEC 60695-11-10에 의거하여 불꽃 크기를 20 mm로 조절하였으며, 점하시 버너는 시편의 바닥으로부터 10 mm 떨어진 곳에 위치하도록 하였다. 시편을 장치하고 버너로 10초간 불을 붙인 후 버너를 제거하고 시편에 붙은 불이 꺼지기까지의 시간 t1, 다시 10초간 불을 붙인 후 버너를 제거하고 시편에 붙은 불이 꺼지기까지의 시간 t2, 파이어글로(fire glow)가 없어질 때까지의 시간 t3를 측정하고, 하기와 같은 기준에 따라 난연성을 평가하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
When evaluating the flame retardancy of the manufactured specimens, the test standard was adjusted to 20 mm in accordance with IEC 60695-11-10 using small flames (50 W). It was positioned mm apart. Time t1 to install the specimen and light it with a burner for 10 seconds, then remove the burner and turn off the fire on the specimen, t1, time to remove the burner after the fire for 10 seconds, and then turn off the light on the specimen, t2, fire The time t3 until the glow disappeared and the flame retardance was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1 below.

<난연성 평가 기준><Flame Retardation Evaluation Criteria>

V-0: 시편 각각의 t1 및 t2가 각각 10초 미만이고, 5개 시편의 t1 + t2가 50초 미만이며, 시편 각각의 t2 + t3가 30초 미만이면서, 불똥에 의한 솜발화가 일어나지 않는 경우 V-0: t1 and t2 of each of the specimens are less than 10 seconds each, t1 + t2 of the five specimens is less than 50 seconds, and t2 + t3 of each of the specimens is less than 30 seconds, and no flaming occurs due to sparking. Occation

V-1: 시편 각각의 t1 및 t2가 각각 30초 미만이고, 5개 시편의 t1 + t2가 250초 미만이며, 시편 각각의 t2 + t3가 60초 미만이면서, 불똥에 의한 솜발화가 일어나지 않는 경우 V-1: t1 and t2 of each of the specimens are less than 30 seconds each, t1 + t2 of the five specimens is less than 250 seconds, and t2 + t3 of each of the specimens is less than 60 seconds, and no flaming occurs due to sparks. Occation

V-2: 시편 각각의 t1 및 t2가 각각 30초 미만이고, 5개 시편의 t1 + t2가 250초 미만이며, 시편 각각의 t2 + t3가 60초 미만이면서, 불똥에 의한 솜발화가 일어나는 경우
V-2: When t1 and t2 of each of the specimens are less than 30 seconds each, t1 + t2 of the five specimens is less than 250 seconds, and t2 + t3 of each of the specimens is less than 60 seconds, and burning occurs due to sparking.

실험예Experimental Example 3: 강도 평가 3: strength evaluation

본 발명에 따른 화합물에 대한 강도 평가를 위해 상기 난연성 평가에서 제조된 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 시편과 동일한 시편을 사용하였으며, 강도 평가에서 사용된 시편사이즈는 UL test 시편과 동일한 사이즈로 제작하여 굴곡강도를 상대 비교하였다.In order to evaluate the strength of the compound according to the present invention, the same specimens as those of Examples 1, 2 and Comparative Example 1 prepared in the flame retardancy evaluation were used, and the specimen size used in the strength evaluation was the same as that of the UL test specimen. The size was fabricated and the flexural strength was compared.

굴곡강도의 측정을 위하여, 상기 시편을 25mm만큼 떨어져 있는 두 개의 지점에 올려 놓고 시편의 파괴가 발생할 때까지 일정한 속도로 시편이 놓인 수직방향으로 하중을 가해 눌러서 응력과 왜곡을 측정하였다. 상기 측정은 Tinius Olsen사의 UTM(Universal Testing Machine, 기기모델: H100Ks)을 이용하여 3point 굴곡시험법으로 분당 20mm의 일정 속도로 시편에 하중을 가할 때 시편의 강신도를 측정하였으며, 이때 측정된 load cell의 강신도는 50N이었다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.In order to measure the flexural strength, the specimen was placed on two points separated by 25 mm, and the stress and distortion were measured by applying a load in a vertical direction in which the specimen was placed at a constant speed until the fracture of the specimen occurred. The measurement was performed using a 3 point bending test method using Tinius Olsen's UTM (Universal Testing Machine, Instrument Model: H100Ks) to measure the stiffness of the specimen when the specimen was loaded at a constant speed of 20 mm per minute. Elongation was 50N. The results are shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 난연성Flammability V-1V-1 V-1V-1 V-2V-2 강도(N/㎟)Strength (N / mm2) 27.527.5 31.731.7 17.317.3

상기 표 1에 나타난 바와 같이 실시예 1의 경우 t1이 18초로 측정되어 난연성은 V-1으로 평가되었다. 또한 실시예 2는 t1이 20초로 난연성은 V-1이었으며, 또한, 실시예 1 내지 2는 모두 불똥에 의해 솜이 발화되지 않았다. 이에 반해 비교예 1의 경우 t1이 28초로 측정되었고, 불똥에 의한 발화가 일어나 난연성은 V-2로 측정되었다.As shown in Table 1, in the case of Example 1, t1 was measured at 18 seconds, and thus flame retardancy was evaluated as V-1. In addition, in Example 2, t1 was 20 seconds and the flame retardancy was V-1. In addition, in Examples 1 to 2, the cotton was not ignited by fire. On the contrary, in the case of Comparative Example 1, t1 was measured for 28 seconds, and ignition due to sparking occurred, resulting in flame retardancy of V-2.

또한, 표 1에 나타난 바와 같이 실시예 1 및 실시예 2는 각각 27.5 및 31.7 N/㎟의 높은 강도를 갖는데 비하여, 비교예 1은 17.3N/㎟으로 상대적으로 낮은 강도를 갖는다는 점을 알 수 있었다.In addition, as shown in Table 1, Example 1 and Example 2 has a high strength of 27.5 and 31.7 N / mm2, respectively, while Comparative Example 1 has a relatively low strength of 17.3 N / mm2 there was.

상기와 같은 실험 결과로부터 실시예 1 및 2의 본 발명에 따른 유기 질소-인계 화합물은 비교예에 따른 종래 유기 인계 화합물의 난연제에 비하여 우수한 난연성을 가짐을 알 수 있었다. 또한 본 발명의 난연성 수지를 혼합한 시편의 강도가 비교예의 난연성 수지를 혼합한 시편보다 강도가 우수함을 알 수 있었다.From the above experimental results, it can be seen that the organic nitrogen-phosphorus compounds according to the present invention of Examples 1 and 2 have superior flame retardancy compared to the flame retardants of the conventional organophosphorus compounds according to the comparative example. In addition, it was found that the strength of the specimen mixed with the flame retardant resin of the present invention was superior to that of the specimen mixed with the flame retardant resin of the comparative example.

이상, 본 발명을 상기 실시예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 이하에 첨부한 청구범위 내에서 수행할 수 있다는 사실을 유의하여야 한다.In the above, the present invention has been described with reference to the above embodiments, which are only examples, and various modifications and other equivalent embodiments apparent to those of ordinary skill in the art will be claimed. It should be noted that this can be done within the scope.

Claims (8)

하기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 고리형 유기 질소-인계 화합물.
[화학식 1]
Figure pat00023

[화학식 2]
Figure pat00024

[화학식 3]
Figure pat00025

[화학식 4]
Figure pat00026

상기 식에서,
R1 내지 R3는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알콕시, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4-20 사이클로알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4 -20 헤테로아릴, 치환기로 치환되거나 비치환된 C6 -20 아릴이고,
상기 치환기는 각각 선택적으로 할로겐, 아미노, 싸이오, 포스포릴, 포스피닐, 카르보닐, 실릴, 보란일, C1 -18 알킬, C1 -18 알콕시, C4 -20 사이클로알킬, C4 -20 헤테로아릴, C6 -20 아릴, C6 -20 아릴옥시 또는 C7 -20 아르알킬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기이다.
The cyclic organic nitrogen-phosphorus compound represented by the following formula (1), (2), (3) or (4).
[Formula 1]
Figure pat00023

(2)
Figure pat00024

(3)
Figure pat00025

[Chemical Formula 4]
Figure pat00026

In this formula,
R 1 to R 3 are each independently, hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted with substituents substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted or substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted unsubstituted C 4- 20 cycloalkyl, substituted with a substituent or unsubstituted C 4 -20 heteroaryl, substituted with a substituent or unsubstituted C 6 -20 aryl,
Wherein the substituents are each optionally halogen, amino, thio, phosphoryl, phosphine sulfinyl, carbonyl, silyl, borane yl, C 1 -18 alkyl, C 1 -18 alkoxy, C 4 -20 cycloalkyl, C 4 -20 heteroaryl, a group C 6 -20 aryl, which is one or more C 6 -20 aryloxy or selected from the group consisting of C 7 -20 aralkyl.
1,8-다이아미노 나프탈렌과 오염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하기 화학식 1의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법.
[화학식 1]
Figure pat00027

상기 식에서,
R1 내지 R2는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알콕시, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4-20 사이클로알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4 -20 헤테로아릴, 치환기로 치환되거나 비치환된 C6 -20 아릴이고,
상기 치환기는 각각 선택적으로 할로겐, 아미노, 싸이오, 포스포릴, 포스피닐, 카르보닐, 실릴, 보란일, C1 -18 알킬, C1 -18 알콕시, C4 -20 사이클로알킬, C4 -20 헤테로아릴, C6 -20 아릴, C6 -20 아릴옥시 또는 C7 -20 아르알킬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기이다.
A method for preparing a cyclic organic nitrogen-phosphorous compound of formula (I) comprising the step of cyclizing 1,8-diamino naphthalene and phosphorus pentachloride in the presence of a catalyst.
[Formula 1]
Figure pat00027

In this formula,
R 1 to R 2 are each independently, hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted with substituents substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted or substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted unsubstituted C 4- 20 cycloalkyl, substituted with a substituent or unsubstituted C 4 -20 heteroaryl, substituted with a substituent or unsubstituted C 6 -20 aryl,
Wherein the substituents are each optionally halogen, amino, thio, phosphoryl, phosphine sulfinyl, carbonyl, silyl, borane yl, C 1 -18 alkyl, C 1 -18 alkoxy, C 4 -20 cycloalkyl, C 4 -20 heteroaryl, a group C 6 -20 aryl, which is one or more C 6 -20 aryloxy or selected from the group consisting of C 7 -20 aralkyl.
o-페닐렌디아민과과 오염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하기 화학식 2의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법.
[화학식 2]
Figure pat00028

상기 식에서,
R1 내지 R2는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알콕시, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4-20 사이클로알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4 -20 헤테로아릴, 치환기로 치환되거나 비치환된 C6 -20 아릴이고,
상기 치환기는 각각 선택적으로 할로겐, 아미노, 싸이오, 포스포릴, 포스피닐, 카르보닐, 실릴, 보란일, C1 -18 알킬, C1 -18 알콕시, C4 -20 사이클로알킬, C4 -20 헤테로아릴, C6 -20 아릴, C6 -20 아릴옥시 또는 C7 -20 아르알킬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기이다.
A method for preparing a cyclic organic nitrogen-phosphorous compound represented by the following Chemical Formula 2, comprising the step of cyclizing the o-phenylenediamine and phosphorus pentachloride in the presence of a catalyst.
(2)
Figure pat00028

In this formula,
R 1 to R 2 are each independently, hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted with substituents substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted or substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted unsubstituted C 4- 20 cycloalkyl, substituted with a substituent or unsubstituted C 4 -20 heteroaryl, substituted with a substituent or unsubstituted C 6 -20 aryl,
Wherein the substituents are each optionally halogen, amino, thio, phosphoryl, phosphine sulfinyl, carbonyl, silyl, borane yl, C 1 -18 alkyl, C 1 -18 alkoxy, C 4 -20 cycloalkyl, C 4 -20 heteroaryl, a group C 6 -20 aryl, which is one or more C 6 -20 aryloxy or selected from the group consisting of C 7 -20 aralkyl.
2-아미노벤조나이트릴과 오염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하기 화학식 3의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법.
[화학식 3]
Figure pat00029

상기 식에서,
R1 내지 R3는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알콕시, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4-20 사이클로알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4 -20 헤테로아릴, 치환기로 치환되거나 비치환된 C6 -20 아릴이고,
상기 치환기는 각각 선택적으로 할로겐, 아미노, 싸이오, 포스포릴, 포스피닐, 카르보닐, 실릴, 보란일, C1 -18 알킬, C1 -18 알콕시, C4 -20 사이클로알킬, C4 -20 헤테로아릴, C6 -20 아릴, C6 -20 아릴옥시 또는 C7 -20 아르알킬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기이다.
A method for preparing a cyclic organic nitrogen-phosphorus compound represented by the following Chemical Formula 3, comprising the step of cyclizing 2-aminobenzonitrile and phosphorus pentachloride in the presence of a catalyst.
(3)
Figure pat00029

In this formula,
R 1 to R 3 are each independently, hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted with substituents substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted or substituted with a C 1 -18 alkyl, substituents unsubstituted unsubstituted C 4- 20 cycloalkyl, substituted with a substituent or unsubstituted C 4 -20 heteroaryl, substituted with a substituent or unsubstituted C 6 -20 aryl,
Wherein the substituents are each optionally halogen, amino, thio, phosphoryl, phosphine sulfinyl, carbonyl, silyl, borane yl, C 1 -18 alkyl, C 1 -18 alkoxy, C 4 -20 cycloalkyl, C 4 -20 heteroaryl, a group C 6 -20 aryl, which is one or more C 6 -20 aryloxy or selected from the group consisting of C 7 -20 aralkyl.
o-페닐렌디아민과 알킬 이염화인을 촉매 존재하에서 고리화 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하기 화학식 4의 고리형 유기 질소-인계 화합물의 제조방법.
[화학식 4]
Figure pat00030

상기 식에서,
R1은 수소, 할로겐, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C1 -18 알콕시, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4 -20 사이클로알킬, 치환기로 치환되거나 비치환된 C4 -20 헤테로아릴, 치환기로 치환되거나 비치환된 C6 -20 아릴이고,
상기 치환기는 각각 선택적으로 할로겐, 아미노, 싸이오, 포스포릴, 포스피닐, 카르보닐, 실릴, 보란일, C1 -18 알킬, C1 -18 알콕시, C4 -20 사이클로알킬, C4 -20 헤테로아릴, C6 -20 아릴, C6 -20 아릴옥시 또는 C7 -20 아르알킬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기이다.
A method for preparing a cyclic organic nitrogen-phosphorous compound represented by the following Chemical Formula 4, comprising the step of cyclizing the o-phenylenediamine and the alkyl phosphorus dichloride in the presence of a catalyst.
[Chemical Formula 4]
Figure pat00030

In this formula,
R 1 is substituted with hydrogen, halogen, optionally substituted with a substituent or unsubstituted C 1 -18 alkyl, substituted with a substituent or unsubstituted C 1 -18 alkyl, substituted with a substituent or unsubstituted C 4 -20 cycloalkyl, an optionally substituted or unsubstituted C 4 -20 heteroaryl, substituted with a substituent or unsubstituted C 6 -20 aryl, and
Wherein the substituents are each optionally halogen, amino, thio, phosphoryl, phosphine sulfinyl, carbonyl, silyl, borane yl, C 1 -18 alkyl, C 1 -18 alkoxy, C 4 -20 cycloalkyl, C 4 -20 heteroaryl, a group C 6 -20 aryl, which is one or more C 6 -20 aryloxy or selected from the group consisting of C 7 -20 aralkyl.
청구항 1의 고리형 유리 질소-인계 화합물 및 유기 고분자 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 수지.
A flame retardant resin comprising the cyclic free nitrogen-phosphorus compound of claim 1 and an organic polymer resin.
청구항 6 에 있어서, 상기 유기 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌, 폴리부타다이엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스티렌, 스티렌-부타다이엔 공중합체, 아크릴로니트릴-부타다이엔 공중합체, 스티렌·아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴 부타다이엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene: ABS)수지, 폴리아세탈, 폴리페닐옥사이드수지, 폴리페닐렌술파이드수지, 폴리술폰수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌 다이나프토에이트, 테레프탈산-1,4-부탄다이올·폴리부틸렌에테르 공중합체 엘라스토머, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시수지, 페놀수지, 멜라민수지, 요소수지, 액정성 고분자 화합물, 셀룰로오스 아세테이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 난연성 수지.The method of claim 6, wherein the organic polymer resin is polyethylene, polypropylene, polybutylene, polyisobutylene, polybutadiene, polyacrylonitrile, polystyrene, styrene-butadiene copolymer, acrylonitrile-butadiene Ene copolymer, styrene acrylonitrile copolymer, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resin, polyacetal, polyphenyl oxide resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyethylene terephthalate, Polybutylene terephthalate, polyethylene dynaphthoate, terephthalic acid-1,4-butanediol polybutylene ether copolymer elastomer, polycarbonate, polyamide, polyimide, polyurethane, epoxy resin, phenol resin, melamine resin, It is selected from the group consisting of urea resin, liquid crystalline high molecular compound, cellulose acetate Flame retardant resin, characterized in that. 청구항 6 에 있어서, 상기 고리형 유리 질소-인계 화합물은 상기 유기 고분자 재료 100중량부에 대하여 1~50 중량부로 함유되는 것을 특징으로 하는 난연성 수지.The flame-retardant resin according to claim 6, wherein the cyclic free nitrogen-phosphorous compound is contained in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic polymer material.
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