JP2018177783A - 低減された吸湿性を有するポリ(アルキレンホスフェート) - Google Patents
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Abstract
Description
R1、R2、R3、およびR4は、それぞれ相互に独立して、n−ブチル残基または2−メチルプロピル残基であり、
Aは、式−CHR5−CHR6−(O−CHR7−CHR8)a−
(式中、
aは、1〜5の整数であり、
R5、R6、R7、およびR8は、相互に独立して、水素またはメチルである)
の残基であり、かつ、
nは、0〜100、好ましくは0〜50、特に好ましくは0〜30の整数である]
少なくとも3種のポリ(アルキレンホスフェート)を含む混合物であって、
ただし、その混合物中に存在する式(I)のポリ(アルキレンホスフェート)の少なくとも3種が、相互に、少なくとも繰り返し単位の数nにおいて異なり、かつ、
式(I)のポリ(アルキレンホスフェート)中の繰り返し単位の数の重量平均値
[式中、aの数は1であり、
R5、R6、R7、およびR8は、すべて同一であり、かつ水素であり、および
nは、0〜100、好ましくは0〜50、特に好ましくは0〜30の整数である]
の少なくとも3種のポリ(アルキレンホスフェート)を含む混合物であって、
ただし、その混合物中に存在する式(I)の少なくとも3種のポリ(アルキレンホスフェート)が、相互に、少なくとも繰り返し単位の数nにおいて異なり、かつ、
式(I)のポリ(アルキレンホスフェート)中の繰り返し単位の数の重量平均値
(式中、aの数は1であり、
R1、R2、R3、およびR4は、すべて同一であり、かつn−ブチル残基であり、
R5、R6、R7、およびR8は、すべて同一であり、かつ水素であり、かつ、
nは、0〜100、好ましくは0〜50、特に好ましくは0〜30の整数である]
の少なくとも3種のポリ(アルキレンホスフェート)を含む混合物であって、
ただし、その混合物中に存在する式(I)の少なくとも3種のポリ(アルキレンホスフェート)が、相互に、少なくとも繰り返し単位の数nにおいて異なり、かつ、
式(I)のポリ(アルキレンホスフェート)中の繰り返し単位の数の重量平均値
[式中、aの数は1であり、
R1、R2、R3、およびR4は、すべて同一であり、かつ2−メチルプロピル残基であり、
R5、R6、R7、およびR8は、すべて同一であり、かつ水素であり、かつ、
nは、0〜100、好ましくは0〜50、特に好ましくは0〜30の整数である]
の少なくとも3種のポリ(アルキレンホスフェート)を含む混合物であって、
ただし、その混合物中に存在する式(I)の少なくとも3種のポリ(アルキレンホスフェート)が、相互に、少なくとも繰り返し単位の数nにおいて異なり、かつ、
式(I)のポリ(アルキレンホスフェート)中の繰り返し単位の数の重量平均値
第一の工程において、式(II):
HO−A−OH (II)
(式中、Aが、先に述べた一般的および好ましい定義を有する)
のジヒドロキシ化合物がオキシ塩化リンPOCl3と反応され、ここで、式(II)のジヒドロキシ化合物1モルあたりに使用されるPOCl3の量が1.0molを超えかつ2.0mol未満であり、かつ、
結果として得られる式(III):
のクロロホスフェートの混合物が、第二の工程において、n−ブタノールもしくは2−メチルプロパノールまたはそれらの混合物と反応されることを特徴とするプロセスをさらに提供する。
− 合成ポリマー、たとえばポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、スチレンベースの(コ)ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、エラストマー、ならびに熱硬化性樹脂、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、およびフェノール−ホルムアルデヒド樹脂、
− 植物由来の物質、たとえば木材、木材−プラスチック複合材料、セルロースベースの物質、およびセルロース誘導体、紙、および板紙、ならびに
− 動物由来の物質、たとえば皮革
に対する難燃剤として使用するのが好ましい。
− 有機リン化合物、たとえばトリエチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、ジフェニルクレジルホスフェート、トリクレジルホスフェート、イソプロピル化もしくはブチル化アリールホスフェート、芳香族ビスホスフェート、ネオペンチルグリコールビス(ジフェニルホスフェート)、クロロ化リン酸エステル、たとえばトリス(クロロイソプロピル)ホスフェートもしくはトリス(ジクロロプロピル)ホスフェート、ジメチルメタンホスホネート、ジエチルエタンホスホネート、ジメチルプロパンホスホネート、ジエチルホスフィン酸誘導体および対応する塩、他のオリゴマー性ホスフェートもしくはホスホネート、ヒドロキシ基含有リン化合物、たとえばジエチルヒドロキシメタンホスホネート、5,5−ジメチル−1,3,2−ジオキサホスホリナン2−オキシド誘導体、9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン10−オキシド(DOPO)およびその誘導体、
− 無機リン化合物、たとえば、アンモニウムホスフェート、アンモニウムポリホスフェート、メラミンホスフェート、メラミンポリホスフェート、
− 窒素化合物、たとえば、メラミン、メラミンシアヌレート、
− 臭素化合物、たとえば、テトラブロモ安息香酸のアルキルエステル、テトラブロモフタル酸無水物から製造された臭素含有ジオール、臭素含有ポリオール、臭素含有ジフェニルエーテル、または
− 無機化合物、たとえば、水酸化アルミニウム、ベーマイト、水酸化マグネシウム、発泡性グラファイト、粘土鉱物
である。
− 立体障害トリアルキルフェノール、3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸のアルキルエステル、ベンゾフラン−2−オン、二級芳香族アミン、ホスファイト、フェノチアジン、トコフェロール、または
− エポキシ化合物およびカルボジイミド
である。
− 2〜8個のヒドロキシ基および400〜8000g/molのモル質量を有するポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、またはポリエステルアミド、または
− 2〜8個のヒドロキシ基および32〜399g/molのモル質量を有する化合物
である。
− アミン、アミジン、およびアルキル基で置換されたグアニジン、
− 有機スズ化合物、または
− 有機リン化合物
である。
− 可溶性有機染料、
− 顔料、たとえば有機顔料、酸化鉄顔料、またはカーボンブラック
である。
1)脂肪族、脂環族、芳香脂肪族、芳香族、および複素環式ポリイソシアネート(たとえば、W.Siefken,Justus Liebige Annalen der Chemie,562,pp.75〜136)、たとえば式:Q(NCO)nのもの(ここで、n=2〜4、好ましくは2〜3であり、Qは、2〜18個のC原子、好ましくは6〜10個のC原子を有する脂肪族炭化水素残基、4〜15個のC原子、好ましくは5〜10個のC原子を有する脂環族炭化水素残基、6〜15個のC原子、好ましくは6〜13個のC原子を有する芳香族炭化水素残基、または8〜15個のC原子、好ましくは8〜13個のC原子を有する芳香脂肪族炭化水素残基である)、特に好ましいのは、一般的に、工業的に容易に入手可能なトリレン2,4−および/もしくは2,6−ジイソシアネート、またはジフェニルメタン4,4’−および/もしくは2,4’−ジイソシアネートから誘導されるポリイソシアネートである。
2)イソシアネートに対して反応性である少なくとも2個の水素原子を有し、モル質量が400〜8000g/molである化合物(「ポリオール成分」)。それらは、アミノ基、チオ基またはカルボキシ基を有する化合物だけではなく、好ましくはヒドロキシ基を有する化合物、特に2〜8個のヒドロキシ基を有する化合物である。そのポリウレタンフォームを軟質フォームにしようとする場合、2000〜8000g/molのモル質量、および1分子あたり2〜6個のヒドロキシ基を有するポリオールを使用するのが好ましい。それとは対照的に、硬質フォームを製造しようとする場合、400〜1000g/molのモル質量および1分子あたり2〜8個のヒドロキシ基を有する、高度に分岐したポリオールを使用するのが好ましい。それらのポリオールは、ポリエーテルおよびポリエステル、さらにはポリカーボネートおよびポリエステルアミドであり、それらは、均質な発泡ポリウレタンを製造するのにそれ自体公知のタイプのものであり、たとえば独国特許出願公開第27 32 292号明細書に記載されている。本発明では、少なくとも2個のヒドロキシ基を有するポリエーテルおよびポリエステルが好ましい。
3)発泡剤としての水および/または揮発性有機物質、たとえば、n−ペンタン、イソペンタン、シクロペンタン、アセトン、ハロゲン含有アルカン、たとえばトリクロロメタン、塩化メチレンまたはクロロフルオロアルカン、CO2など。
4)任意選択的に、助剤および添加剤が付随して使用され、それらの例として以下のものが挙げられる:それ自体公知のタイプの触媒、表面活性添加剤、たとえば、乳化剤および発泡安定剤、反応抑制剤、たとえば、酸性の反応性を有する物質、たとえば塩酸または有機アシルハライド、ならびにまたそれ自体公知のタイプのセル調節剤、たとえば、パラフィンまたは脂肪族アルコールおよびジメチルポリシロキサン、ならびにまた顔料または染料、およびさらなる難燃剤、ならびにまた老化性および耐候性に関する安定剤、スコーチ抑制剤、可塑剤、制真菌性および制菌性物質、ならびにまた充填剤、たとえば、硫酸バリウム、けい藻土、カーボンブラック、沈降チョーク(独国特許出願公開第28 32 253号明細書)。存在させることが可能な特定のスコーチ抑制剤は、立体障害トリアルキルフェノール、3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸のアルキルエステル、ベンゾフラン−2−オン、二級芳香族アミン、ホスファイト、フェノチアジン、またはトコフェロールである。
− 有機リン化合物、たとえばトリエチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、ジフェニルクレジルホスフェート、トリクレジルホスフェート、イソプロピル化もしくはブチル化アリールホスフェート、芳香族ビスホスフェート、ネオペンチルグリコールビス(ジフェニルホスフェート)、クロロ化リン酸エステル、たとえばトリス(クロロイソプロピル)ホスフェートもしくはトリス(ジクロロプロピル)ホスフェート、ジメチルメタンホスホネート、ジエチルエタンホスホネート、ジメチルプロパンホスホネート、ジエチルホスフィン酸誘導体および対応する塩、他のオリゴマー性ホスフェートもしくはホスホネート、ヒドロキシ基含有リン化合物、たとえばジエチルヒドロキシメタンホスホネート、5,5−ジメチル−1,3,2−ジオキサホスホリナン2−オキシド誘導体、9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン10−オキシド(DOPO)およびその誘導体、
− 無機リン化合物、たとえば、アンモニウムホスフェート、アンモニウムポリホスフェート、メラミンホスフェート、メラミンポリホスフェート、
− 窒素化合物、たとえばメラミン、メラミンシアヌレート、
− 臭素化合物、たとえば、テトラブロモ安息香酸のアルキルエステル、テトラブロモフタル酸無水物から製造された臭素含有ジオール、臭素含有ポリオール、臭素含有ジフェニルエーテル、
− 無機難燃剤、たとえば水酸化アルミニウム、ベーマイト、水酸化マグネシウム、発泡性グラファイト、粘土鉱物。
本発明の混合物のための一般的な合成の詳細(合成例S1〜S5)
撹拌器、滴下ロート、還流冷却器および真空機器を取り付けた反応器に、表1に記載された量(重量部)のオキシ塩化リンを仕込んだ。オキシ塩化リンの温度を調節して10〜20℃とした。500〜700mbarの範囲の真空下において、表1に記載された量のジエチレングリコールを滴下により添加した。滴下が完了したら、圧力をさらに低下させて最終圧力を5〜15mbarとし、温度を20〜30℃にまで上昇させた。その残渣は、ほとんど無色の液体であった。
撹拌器、滴下ロート、還流冷却器および真空機器を取り付けた反応器に、表1に記載された量(重量部)のオキシ塩化リンを仕込んだ。オキシ塩化リンの温度を調節して10〜20℃とした。500〜700mbarの範囲の真空下において、表1に記載された量のジエチレングリコールを滴下により添加した。滴下が完了したら、圧力をさらに低下させて最終圧力を5〜15mbarとし、温度を20〜30℃にまで上昇させた。その残渣は、ほとんど無色の液体であった。表1に記載された量のエタノールを、撹拌器、滴下ロート、および還流冷却器を取り付けたさらなる反応器に20〜30℃の範囲の温度で仕込み、上で得られた残渣をそれに混ぜ込んだ。20〜30℃でその混合物の撹拌を続けてその反応を終了させ、次いで水酸化ナトリウム濃厚水溶液を添加することによりその混合物を中和させた。次いで、ジクロロメタンおよび水を、2層の透明な液相が形成されるのに十分な量で添加した。それらを分離し、蒸留により、その有機相からジクロロメタン、過剰のエタノール、および水を分離した。その残渣は、無色の液体の形態の、本発明ではないオリゴマーであった。得られた反応生成物の粘度が市販の落球粘度計を用いて23℃で測定され、表1に示されている。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)の分析から、合成例S1〜S5およびcompS1で得られた反応生成物が混合物であることが分かった。その混合物の数平均モル質量Mnは、DIN 55672−1:2007−08の方法に基づき、溶出液としてテトラヒドロフランを用いたGPCにより、ポリスチレン標準と対比させることにより求めた。その混合物中に存在している式(I)に対応するポリ(アルキレンホスフェート)中の繰り返し単位の数の重量平均値
Mn:ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定された数平均モル質量(g/mol)であり、
ME:末端基のモル質量の合計(g/mol)であり、
MR:繰り返し単位のモル質量(g/mol)である)
により計算した。
これらの実験では、本発明の混合物S3および比較例物質のcompS1を使用した。水吸収量は、それぞれの場合、100mLの試験混合物を250mLのガラスビーカー(高さ12cm、直径6cm)に仕込み、およびそれを、温度および湿度を調節した条件下(23℃、50%相対湿度)にあるキャビネット内において、蓋をせずに7日間保存することにより測定した。その混合物の水分含量は、DIN 51777に従い、Karl−Fischer滴定法により測定した。それぞれの場合に試料を撹拌して均質化させてから、水分を測定した。それらの結果を表2に示す。
表2に記された結果によれば、本発明ではない比較例物質compS1は、この試験条件下でかなり高い水吸収量を示す。複雑な予防手段を用いない限り、その製品は急速に大量の水を吸収し、それは技術的用途で問題を起こす可能性がある。本発明の混合物S3は、比較例物質compS1より顕著に低い水吸収量のみを示す。従って、それは、吸湿性がより低いという特徴を有しており、これは水の影響を受けやすい技術的用途で利点となる。
本発明の混合物S3の酸価および比較例compS1の酸価を、0.1モル水酸化ナトリウム水溶液を用いた滴定により求めた。そのために、それらの2つの物質の試料を10重量%の水道水と混合し、その混合物を60℃で1週間保存した。次いで、上述のような滴定法により酸価を測定した。それらの結果を表3に示す。
表3に記された結果によれば、水の存在下でそれらの物質を保存すると酸価が増大する。この増大は、トリアルキルホスフェートの部分加水分解に帰することができ、対応するアルコールおよび酸性のリン酸部分エステルが生成する。加水分解の程度と共に、形成された酸の量が多くなる。
軟質ポリエーテル−ポリウレタンフォームを製造するための原料物質を表4に示す。ジイソシアネート(成分G)以外の表5にタイプおよび量を示した成分を混合して、均質な混合物を得た。次いでジイソシアネートを添加し、激しい撹拌を短時間与えて混合した。15〜20秒のクリームタイム、160〜180秒のフルライズタイム後に得られた軟質ポリエーテル−ポリウレタンフォームの密度は、33kg/m3であった。これらの実験すべてにおいて、均質で微細な細孔のフォームが得られた。
それらの軟質ポリウレタンフォームは、Federal Motor Vehicle Safety Standards FMVSS−302の規格に従って試験し、その燃焼等級に従ってSE(自己消火性)、SE/NBR(自己消火性/燃焼速度なし)、SE/BR(自己消火性/燃焼速度あり)、BR(燃焼速度あり)、およびRB(急速燃焼)に分類した。それぞれの実施例について火炎試験を5回実施した。それぞれ5回のシリーズ内で最も悪い結果を表5に示した。
難燃剤が存在しないと(例V1)、その軟質ポリウレタンフォームは、燃焼により急速に燃え尽きる(MVSS燃焼等級、RB)。本発明ではない難燃剤F1を用いた例V2のフォームおよび本発明の難燃剤F2を用いた例V3のフォームのいずれもが最善のMVSS燃焼等級のSE(自己消火性)を達成している。
表2および3の結果からも明らかなように、本発明の混合物は、驚くべきことには、より低い吸湿性と共により高い加水分解抵抗性を特徴とする。上記の結果をまとめると、本発明の混合物は、大気中の湿分との接触による悪影響を受けにくい。特にポリウレタンの製造において使用される難燃剤中の水分含量は、発泡の制御が困難となるために常に望ましくない。従って、本発明の混合物の吸湿性が低いことは、大きい技術的優位性を表している。表5に見られるように、吸湿性が改良された本発明のポリウレタンフォームの混合物における難燃性の効果はさらに一段と優れており、従来技術から公知の難燃剤の場合と同等である。
Claims (17)
- 式(I):
R1、R2、R3、およびR4が、それぞれ相互に独立して、n−ブチル残基または2−メチルプロピル残基であり、
Aが、式:−CHR5−CHR6−(O−CHR7−CHR8)a−
(式中、
aは、1〜5の整数であり、
R5、R6、R7、およびR8は、相互に独立して、水素またはメチルである)
の残基であり、かつ、
nは、0〜100、好ましくは0〜50、特に好ましくは0〜30の整数である]
に対応する少なくとも3種のポリ(アルキレンホスフェート)を含むことを特徴とする混合物であって、
ただし、前記混合物中に存在する前記式(I)のポリ(アルキレンホスフェート)の少なくとも3種が、相互に、少なくとも繰り返し単位の数nにおいて異なり、かつ、
前記式(I)の前記ポリ(アルキレンホスフェート)中の繰り返し単位の数の重量平均値
- aの数が、1であることを特徴とする、請求項1に記載の混合物。
- R5、R6、R7、およびR8が、すべて同一であり、かつ水素であることを特徴とする、請求項1または2に記載の混合物。
- R1、R2、R3、およびR4が、すべて同一であり、かつn−ブチル残基であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の混合物。
- R1、R2、R3、およびR4が、すべて同一であり、かつ2−メチルプロピル残基であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の混合物。
- 前記混合物の動的粘度が、23℃において20〜500mPa・sであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の混合物。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の混合物を製造するためのプロセスであって、
第一の工程において、式:
HO−A−OH (II)
(式中、Aは、請求項1において定義された通りである)
のジヒドロキシ化合物がオキシ塩化リンPOCl3と反応され、ここで、前記式(II)のジヒドロキシ化合物1モルあたりに使用されるPOCl3の量は、1.0molを超えかつ2.0mol未満であり、かつ、
結果として得られる式(III):
のクロロホスフェートの混合物が、第二の工程において、n−ブタノールもしくは2−メチルプロパノールまたはそれらの混合物と反応されることを特徴とする、プロセス。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の混合物と、
a)本発明の前記混合物とは異なる難燃剤、
b)抗酸化剤および安定剤、
c)ポリオール、
d)触媒、ならびに
e)着色剤
からなる群から選択される少なくとも1種の他の成分と
を含む、調製物。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の混合物または請求項9に記載の調製物の、難燃剤としての使用。
- ポリウレタンのための難燃剤としての使用に関することを特徴とする、請求項10に記載の使用。
- 前記ポリウレタンが、フォーム、好ましくはポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールをベースとする軟質ポリウレタンフォームであることを特徴とする、請求項11に記載の使用。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の混合物または請求項9に記載の調製物を含む、難燃性ポリウレタン。
- ポリウレタンフォーム、好ましくはポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールをベースとする軟質ポリウレタンフォームであることを特徴とする、請求項13に記載の難燃性ポリウレタン。
- 請求項13に記載の難燃性ポリウレタンを製造するためのプロセスであって、少なくとも1種の有機ポリイソシアネートが、イソシアネートに対して反応性である少なくとも2個の水素原子を有する少なくとも1種の化合物を含むポリオール成分と、請求項1〜7のいずれか一項に記載の混合物の存在下、かつ、任意選択的に従来の発泡剤、安定剤、触媒、活性化剤ならびに/または他の従来の助剤および添加剤の存在下において、20〜80℃で反応されることを特徴とする、プロセス。
- 家具のクッション、織物インサート、マットレス、自動車のシート、アームレスト、部品、シートおよびインストルメントパネルトリム、ケーブル外装、シール、コーティング、ペイント、接着剤、接着促進剤、ならびに繊維における請求項13に記載の難燃性ポリウレタンの使用。
- 請求項13または14に記載の難燃性ポリウレタンをベースとする、成形物、ペイント接着剤、コーティング、接着促進剤、および繊維。
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