TWI429653B

TWI429653B - Solidification method of phosphate ester flame retardant

Info

Publication number: TWI429653B
Application number: TW97121751A
Authority: TW
Inventors: Tetsuo Kamimoto; Yuki Tanaka; Tomomasa Tezuka; Hisashi Murase
Original assignee: Adeka Corp
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2014-03-11
Also published as: JP2008202010A; TW200951142A; JP5131897B2

Description

磷酸酯系難燃劑之固體化方法

本發明係關於一種磷酸酯系難燃劑的固體化方法，詳而言之，係關於一種非高純度地精製，且可不施加應力負荷而固體化之磷酸酯系難燃劑的固體化方法。

近年，以降低環境負荷為目的，而研究以磷系難燃劑或金屬氫氧化物等之無機系難燃劑取代鹵化系難燃劑。

磷系難燃劑已知有間苯二酚衍生物或雙酚A衍生物之磷酸酯系難燃劑，可使用於聚碳酸酯或聚酯等。

但，磷酸酯系難燃劑係液狀或低融點，若調配於之降低樹脂中，顯示可塑化效果而降低樹脂物性。又，為調配於樹脂中，必須有液狀添加劑之調配設備。

就磷酸酯系難燃劑之固體化方法而言，於專利文獻1中已提出一種使氯化雙(2,6－二甲基苯基)磷酸與間苯二酚反應以製造高純度之磷酸酯，可得到固體難燃劑之方法，於專利文獻2及專利文獻3中已提出一種以應力負荷與晶種製造固體難燃劑。

專利文獻1：特開平5－320205號公報(申請專利範圍)專利文獻2：特開平10－504317號公報(申請專利範圍)專利文獻3：特開2001－131339號公報(申請專利範圍及實施例)

(發明之揭示)

但，專利文獻1之製造方法係必須預先精製氯化雙(2,6－二甲基苯基)磷酸，專利文獻2之方法係有捏合機等之應力負荷必須成為必要的設備之問題點。又，雙酚A衍生物即使形成高純度，融點亦低，於夏季時係易結塊，故很難長期地保存成為粉末。

因此，本發明之目的在於提供一種不須要高純度地精製，且不使用應力負荷之磷酸酯系難燃劑的固體化方法。

本發明人等係有鑑於如此之現狀，累積專心研究之結果，發現對於特定之磷酸酯化合物，添加特定量之晶種，可解決前述之課題，終完成本發明。

亦即，本發明之磷酸酯系難燃劑之固體化方法，係相對於以熔融狀態之下述通式(I)所示的磷酸酯化合物100質量份，並在55℃以下添加晶種1~50質量份。

(式中，R¹ 、R² 係分別獨立地表示氫原子或甲基，n表示1~5的數)。

在本發明中係宜前述通式(I)中n＝1之磷酸酯化合物為不足90質量%，前述R¹ 及R² 宜為氫原子。

依本發明，可提供一種不須高度地精製，且不使用應力負荷之磷酸酯系難燃劑的固體化方法。

以下，詳細地說明本發明。

以前述通式(I)所示之化合物更詳細地可舉例如以下之No.1及No.2之化合物。

以前述通式(I)所示之化合物的合成方法並無特別限定而例如使4,4’－二羥基聯苯基與酚與氧氯化磷在氯化鎂等之觸媒的存在下反應，進行脫鹽酸，或使三苯基磷酸酯與4,4’－二羥基聯苯基進行酯交換反應來合成。

以通式(I)所示之化合物之固體化方法係合成反應後進行冷卻俾不施加應力負荷而可固體化。

本發明之磷酸酯系難燃劑之固體化方法係為促進固體化，相對於反應生成物100質量份，添加晶種1~50質量份，宜為3~30質量份，更宜為5~25質量份。若少於1質量份，添加晶種之效果小，若使用多於50質量份，生產效率會降低。

冷卻方法係無特別限制，而使用水等而冷卻之金屬板上使熔融狀態的難燃劑流動而進行冷卻之不銹鋼帶等的泛用固體化裝置可容易地固體化。

在本發明之磷酸酯系難燃劑的固體化方法中係前述通式(I)中n＝1之磷酸酯化合物宜不足90質量%。但，不足80質量%時係固體化耗時間，且不實用化，故宜為80質量%以上。

藉本發明所固體化之磷酸酯系難燃劑係於各種之樹脂的難燃化很有效，例如，聚丙烯、低密度聚乙烯、直鏈低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丁烯－1、聚－3－甲基戊烯、聚－4－甲基戊烯、乙烯－丙烯共聚物等之α－烯烴的單聚合物或共聚物、此等之α－烯烴與共軛雙烯或非共軛雙烯等之多不飽和化合物、丙烯酸、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯等之共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸乙二酯．異酞酸、聚對苯二甲酸乙二酯．對氧苯甲酸酯、聚對苯二甲酸丁二酯等之直鏈聚酯或酸改性聚酯、聚己內酯及聚六亞甲基己二醯胺等之聚醯胺、聚醯亞胺、聚苯乙烯、苯乙烯及/或α－甲基苯乙烯與其他之單體(例如馬來酸酐、苯基馬來醯亞胺、甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、丙烯腈等)之共聚物(例如，AS樹脂、ABS樹脂、MBS樹脂、耐熱ABS樹脂等)、聚氯化乙烯、聚偏氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、聚偏氟乙烯、氯化橡膠、氯化乙烯－醋酸乙烯酯共聚物、氯化乙烯－乙烯共聚物、氯化乙烯－偏氯乙烯共聚物、氯化乙烯－偏氯乙烯－醋酸乙烯酯三元共聚物、氯化乙烯－丙烯酸酯共聚物、氯化乙烯－馬來酸酯共聚物、氯化乙烯－環己基馬來醯亞胺共聚物等之含鹵素樹脂、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸辛酯等之(甲基)丙烯酸酯的聚合物、聚醚酮、聚乙烯基乙酸酯、聚乙烯基甲醛、聚乙烯基丁縮醛、聚乙烯基醇、直鏈或分枝之聚碳酸酯、石油樹脂、香豆素樹脂、聚苯氧、聚苯硫醚、聚胺基甲酸酯、纖維素系樹脂等之熱塑性樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂等之熱硬化性樹脂、進而、異戊二烯橡膠、丁二烯橡膠、丁二烯－苯乙烯共聚合橡膠、丁二烯－丙烯腈共聚合橡膠、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚合橡膠、乙烯與丙烯、丁烯－1等之α－烯烴的共聚合橡膠、進而、乙烯－α－烯烴及亞乙基降冰片烯、環戊二烯等之非共軛雙烯類之三元共聚物橡膠等的彈性體、聚矽氧樹脂等，亦可為使此等樹脂及/或彈性體進行合膠化或摻混者。

前述樹脂係依立體規則性、比重、聚合觸媒之種類、聚合觸媒之除去有無或程度、結晶化之情形、溫度或壓力等之聚合條件、結晶的種類、X線小角散射所測定之片晶的大小、結晶之長寬比、於芳香族系或脂肪族系溶劑的溶解度、溶液黏度、熔融黏度、平均分子量、分子量分布之程度、在分子量分布中之譜峯有那些，或在共聚物時嵌段或隨機或各單體之調配比率等於安定化效果的顯現產生差異，但即使在選擇任何的樹脂時，可適用以本發明所固體化之磷酸酯系難燃劑。

使以本發明所固體化之磷酸酯系難燃劑適用於樹脂時，係依需要而可使用一般各種樹脂所使用之各種調配劑。例如，可舉例如酚系抗氧劑、硫系抗氧化劑、磷系抗氧化劑、紫外線吸收劑、其他之受阻胺化合物、造核劑、其他之難燃劑、難燃助劑、滑劑、填充劑、纖維狀填充劑、金屬皂、水滑石類、抗靜電劑、顏料、染料等。

前述酚系係可舉例如2,6－二第三丁基－對甲酚、2,6－二苯基－4－十八碳氧基酚、二硬脂基(3,5－二第三丁基－4－羥基苯甲基)膦酸酯、1,6－六亞甲基雙[(3,5－二第三丁基－4－羥基苯基)丙酸醯胺]、4,4’－硫雙(6－第三丁基－間甲酚)、2,2’－亞甲基雙(4－甲基－6－第三丁基酚)、2,2’－亞甲基雙(4－乙基－6－第三丁基酚)、4,4’－亞丁基雙(6－第三丁基－間甲酚)、2,2’－亞乙基雙(4,6－二第三丁基酚)、2,2’－亞乙基雙(4－第二基－6－第三丁基酚)、1,1,3－三(2－甲基－4－羥基－5－第三丁基苯基)丁烷、1,3,5－三(2,6－二甲基－3－羥基－4－第三丁基苯甲基)三聚異氰酸酯、1,3,5－三(3,5－二第三丁基－4－羥基苯甲基)三聚異氰酸酯、1,3,5－三(3,5－二第三丁基－4－羥基苯甲基)－2,4,6－三甲基苯、2－第三丁基－4－甲基－6－(2－丙烯醯氧－3－第三丁基－5－甲基苯甲基)酚、硬脂基(3,5－二第三丁基－4－羥基苯基)丙酸酯、硫二乙二醇雙[(3,5－二第三丁基－4－羥基苯基)丙酸酯]、1,6－六亞甲基[(3,5－二第三丁基－4－羥基苯基)丙酸酯]、雙[3,3－雙(4－羥基－3－第三丁基苯基)丁酸]甘醇酯、雙[2－第三丁基－4－甲基－6－(2－羥基－3－第三丁基－5－甲基苯甲基)苯基]對酞酸酯、1,3,5－三[(3,5－二第三丁基－4－羥基苯基)丙烯醯氧乙基]三聚異氰酸酯、3,9－雙[1,1－二甲基－2－{(3－第三丁基－4－羥基－5－甲基苯基)丙烯醯氧}乙基]－2,4,8,10－四氧代螺[5,5]十一碳烷、三乙二醇雙[(3－第三丁基－4－羥基－5－甲基苯基)丙酸酯]等，相對於樹脂100質量份，可使用0.001~10質量份，更宜使用0.05~5質量份。

前述硫系抗氧化劑可舉例如硫代二丙酸二月桂酯、硫代二丙酸二肉豆蔻酯、硫代二丙酸二硬脂酯等之二烷基硫代二丙酸酯類及季戊四醇四(β－十二碳基氫硫基丙酸酯)等之多元醇的β－烷基氫硫基丙酸酯類，相對於樹脂100質量份，可使用0.001~10質量份，更宜使用0.05~5質量份。

前述磷系抗氧化劑可舉例如三壬基苯基磷酸酯、三[2－第三丁基－4－(3－第三丁基－4－羥基－5－甲基苯基硫)－5－甲基苯基]磷酸酯、十三碳基磷酸酯、辛基二苯基磷酸酯、二(癸基)單苯基磷酸酯、二(十三碳基)五季戊四醇二磷酸酯、二(壬基苯基)五季戊四醇二磷酸酯、雙(2,4－二第三丁基苯基)五季戊四醇二磷酸酯、雙(2,6－二第三丁基－4－甲基苯基)五季戊四醇二磷酸酯、雙(2,4,6－三第三丁基苯基)五季戊四醇二磷酸酯、雙(2,4－二異丙苯基苯基)五季戊四醇二磷酸酯、四(十三碳基)異亞丙基二酚二磷酸酯、四(十三碳基)－4,4’－正亞丁基雙(2－第三丁基－5－甲基酚)二磷酸酯、六(十三碳基)－1,1,3－三(2－甲基－4－羥基－5－第三丁基苯基)丁烷三磷酸酯、四(2,4－二第三丁基苯基)聯苯撐基二磷酸酯、9,10－二氫－9－氧代－10－磷雜菲－10－氧化物、2,2’－亞甲基雙(4,6－第三丁基苯基)－2－乙基己基磷酸酯、2,2’－亞甲基雙(4,6－第三丁基苯基)－十八碳基磷酸酯、2,2’－亞乙基雙(4,6－第三丁基苯基)氟磷酸酯、三(2－[(2,4,8,10－四第三丁基二苯並[d,f][1,3,2]二氧代環磷(phosphepine)－6－基)氧]乙基)胺、2－乙基－2－丁基丙二醇與2,4,6－三第三丁基酚之磷酸酯等，相對於樹脂100質量份，可使用0.001~10質量份，更宜使用0.05~5質量份。

前述紫外線吸收劑可舉例如2,4－二羥基二苯甲酮、2－羥基－4－甲氧基二苯甲酮、2－羥基－4－辛氧基二苯甲酮、5,5’－亞甲基雙(2－羥基－4－甲氧基二苯甲酮)等之2－羥基二苯甲酮類；2－(2’－羥基－5’－甲基苯基)苯並三唑、2－(2’－羥基－3’,5’－二第三丁基苯基)－5－氯苯並三唑、2－(2’－羥基－3’－第三丁基－5’－甲基苯基)－5－氯苯並三唑、2－(2’－羥基－5’－第三辛基苯基)苯並三唑、2－(2’－羥基－3’,5’－二異丙苯基苯基)苯並三唑、2－(2’－羥基－3’－第三丁基－5’－羧基苯基)苯並三唑等之2－(2’－羥基苯基)苯並三唑類；苯基水楊酸酯、間苯二酚單苯甲酸酯、2,4－二第三丁基苯基－3,5－二第三丁基－4－羥基苯甲酸酯、2,4－二第三異丙苯基苯基－3,5－二第三丁基－4－羥基苯甲酸酯、十六碳基－3,5－二第三丁基－4－羥基苯甲酸酯等之苯甲酸酯類；2－乙基－2’－乙氧基草醯替苯胺、2－乙氧基－4’－十二碳基草醯替苯胺等之取代草醯替苯胺類；乙基－α－氰基－β,β－二苯基丙烯酸酯、甲基－2－氰基－3－甲基－3－(對甲氧基苯基)丙烯酸酯等之氰基丙烯酸酯類；2－(2－羥基－4－辛氧基苯基)－4,6－雙(2,4－二第三丁基苯基)－s－三嗪、2－(2－羥基－4－甲氧基苯基)－4,6－二苯基－s－三嗪、2－(2－羥基－4－丙氧基－5－甲基苯基)－4,6－雙(2,4－二第三丁基苯基)－s－三嗪等之三芳基三嗪等，相對於樹脂100質量份，可使用0.001~10質量份，更宜使用0.05~5質量份。

前述其他之受阻胺化合物係可舉例如2,2,6,6－四甲基－4－六氫化吡啶基硬脂酸酯、1,2,2,6,6－五甲基－4－六氫化吡啶基硬脂酸酯、2,2,6,6－四甲基－4－六氫化吡啶基苯甲酸酯、雙(2,2,6,6－四甲基－4－六氫化吡啶基)癸二酸酯、雙(1,2,2,6,6－五甲基－4－六氫化吡啶基)癸二酸酯、四(2,2,6,6－四甲基－4－六氫化吡啶基)丁烷四羧酸酯、四(1,2,2,6,6－五甲基－4－六氫化吡啶基)丁烷四羧酸酯、雙(2,2,6,6－四甲基－4－六氫化吡啶基)．二(十三碳基)－1,2,3,4－丁烷四羧酸酯、雙(1,2,2,6,6－五甲基－4－六氫化吡啶基)．二(十三碳基)－1,2,3,4－丁烷四羧酸酯、雙(1,2,2,6,6－五甲基－4－六氫化吡啶基)－2－丁基－2－(3,5－二第三丁基－4－羥基苯甲基)丙二酸酯、1－(2－羥基乙基)－2,2,6,6－四甲基－4－六氫化吡啶醇/琥珀酸二乙酯聚縮合物、1,6－雙(2,2,6,6－四甲基－4－六氫化吡啶基胺基)己烷/二溴乙烷聚縮合物、1,6－雙(2,2,6,6－四甲基－4－六氫化吡啶基胺基)己烷/2,4－二氯－6－嗎啉基－s－三嗪聚縮合物、1,6－雙(2,2,6,6－四甲基－4－六氫化吡啶基胺基)己烷/2,4－二氯－6－第三辛基胺基－s－三嗪聚縮合物、1,5,8,12－四[2,4－雙(N－丁基－N－(2,2,6,6－四甲基－4－六氫吡啶基)胺基)－s－三嗪－6－基]－1,5,8,12－四偶氮十二碳烷、1,5,8,12－四[2,4－雙(N－丁基－N－(1,2,2,6,6－五甲基－4－六氫吡啶基)胺基)－s－三嗪－6－基]－1,5,8,12－四偶氮十二碳烷、1,6,11－三[2,4－雙(N－丁基－N－(2,2,6,6－四甲基－4－六氫吡啶基)胺基)－s－三嗪－6－基胺基十一碳烷、1,6,11－三[2,4－雙(N－丁基－N－(1,2,2,6,6－五甲基－4－六氫吡啶基)胺基)－s－三嗪－6－基胺基十一碳烷等之受阻胺化合物。

就前述造核劑而言可舉例如對第三丁基安息香酸鋁、安息香酸鈉等之芳香族羧酸金屬鹽；雙(2,4－二第三丁基苯基)磷酸鈉、雙(2,4－二第三丁基苯基)磷酸鋰、鈉－2,2’－亞甲基雙(4,6－二第三丁基苯基)膦酸酯等之酸性磷酸酯金屬鹽；二苯亞甲基山梨糖醇、雙(甲基苯亞甲基)山梨糖醇等之多價醇衍生物、雙環[2,2,1]庚烷二羧酸二鈉、雙環[2,2,1]庚烷二羧酸鋅等之脂環族羧酸金屬鹽等。

前述其他之難燃劑係可舉例如鹵系難燃劑、紅磷、磷酸三聚氰胺、磷酸胍、磷腈化合物等之磷系難燃劑、三聚氰胺三異氰酸酯等之氮系難燃劑、氫氧化鎂、氫氧化鋁等之金屬氫氧化物，就難燃助劑而言可舉例如三氧化銻、硼酸鋅等之無機化合物、聚四氟乙烯等之抗滴流劑等。

水滑石類係可為天然物，亦可為合成品，可不依表面處理之有無或結晶水之有無而使用。例如，可舉例如以下述通式(II)所示之鹼性碳酸鹽。

M_x Mg_y Al_z CO₃ (OH)_{xp＋2y＋3z－2} ．nH₂ O (II)

(式中，M表示鹼金屬或鋅，x表示0~6之數，y表示0~6之數，z表示0.1~4之數，p表示M價數，n表示0~100之結晶水之數。)

就滑劑而言，可舉例如月桂基醯胺、肉豆蔻基醯胺、硬脂基醯胺、山嵛基醯胺等之脂肪酸醯胺、乙撐基雙硬脂基醯胺、聚乙烯蠟、鈣硬脂酸酯、鎂硬脂酸酯等之金屬皂、二硬脂基磷酸酯鎂、硬脂基磷酸酯鎂等之磷酸酯金屬鹽等。

填充劑係可適宜選擇滑石、二氧化矽、碳酸鈣、玻離纖維、鈦酸鉀、硼酸鉀等之無機物在球狀物中係粒徑，在纖維狀物中係纖維徑或纖維長及長寬比而使用。又，填充劑宜依需要而使用表面處理者。

實施例

以下，依實施例更詳細地說明本發明。但，本發明係不受以下之實施例任何限制。

磷酸酯化合物之合成例

於二羥基化合物(表1記載)中加入氯化鎂9.52g(0.01mol)作為觸媒，以二羥基化合物之6倍莫耳添加氧氯化磷在80~100℃下反應3小時。減壓餾去剩餘之氧氯化磷之後，添加酚化合物(表1記載)，以120~140℃反應7小時。使所得到之粗生成物溶解於甲苯中，以含有酸或鹼之水溶液洗淨後，脫水、脫溶劑俾得到磷酸酯化合物。所得到之化合物係藉IR分析、NMR分析確認以下述式(III)所示之磷酸酯化合物，藉液體色層分析測定在下述式(III)中相當於n＝1之化合物的純度。

(式中，X表示二羥基化合物的殘留基，n表示1~5之整數)

固體化特性之評估

使所得到之磷酸酯化合物100質量份在120℃下攪拌1小時而形成熔融狀態之後，冷卻至表1記載之晶種添加溫度，以表1記載之調配量添加晶種而攪拌。評價至無法攪拌為止之時間作為固體化時間。固體化時間係意指愈短，愈為工業上優異之固體化條件，但亦有用以冷卻之成本等，故評估120分鐘作為最長測定時間。結果表示於表1中。

晶種係使用以管柱精製相當於前述式(III)之n＝1的化合物而以20℃冷卻24小時所得到的固形物粉碎者。

從實施例1、2及比較例1使用本發明之4,4’－二羥基聯苯基的磷酸酯化合物之固體化方法係依晶種之有無，固體化時間有明顯的差異，添加晶種之優異性很明顯。又，從比較例2及3在其他之磷酸酯化合物中係純度即使為相同，亦未固體化，故，可確認出使用從4,4’－二羥基苯基衍生物所合成之磷酸酯化合物的實施例之方法為工業上有效的製造方法。

Claims

一種磷酸酯系難燃劑之固體化方法，其特徵係不使用應力負荷，且相對於以熔融狀態之下述通式(I)所示的磷酸酯化合物100質量份，並在50℃以下添加晶種1~50質量份 (式中，R¹ 、R² 係分別獨立地表示氫原子或甲基，n表示1~5的數)。
如申請專利範圍第1項之磷酸酯系難燃劑之固體化方法，其中，以前述通式(I)中n=1之磷酸酯化合物為不足90質量%。
如申請專利範圍第1項之磷酸酯系難燃劑之固體化方法，其中前述R¹ 及R² 為氫原子。
如申請專利範圍第2項之磷酸酯系難燃劑之固體化方法，其中前述R¹ 及R² 為氫原子。