JP5578495B2 - 難燃性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
A1基:炭素数1〜6のアルキル基、アルケニル基およびアリール基から選ばれる少なくとも1種の基が置換されていてもよい、炭素数6〜20のアリールオキシ基。
A2基:下記の式(2)で示される置換アリールオキシ基。
A1基:炭素数1〜6のアルキル基、アルケニル基およびアリール基から選ばれる少なくとも一種の基が置換されていてもよい、炭素数6〜20のアリールオキシ基。
A2基:下記の式(2)で示される置換アリールオキシ基。
A1基:フェノキシ基およびメチルフェノキシ基からなる群から選ばれた基。
A2基:式(2)のYがフェニレン基若しくはナフチレン基である基。
炭素数が6〜20のアリールオキシ基。このアリールオキシ基は、炭素数が1〜6のアルキル基、アルケニル基およびアリール基から選ばれる少なくとも1種の基が置換されていてもよい。
2n個の全てのAがA2基のものである。この場合、Aは、全てが同じA2基であってもよいし、2種以上のA2基であってもよい。例えば、式(1)のnが3であるアリールオキシシクロトリホスファゼン化合物、式(1)のnが4であるアリールオキシシクロテトラホスファゼン化合物、式(1)のnが5であるアリールオキシシクロペンタホスファゼン化合物および式(1)のnが6であるアリールオキシシクロヘキサホスファゼン化合物であって、Aの全てが1種のA2基であるもの、Aの全てが2種以上のA2基であるもの並びにこれらの任意の混合物を挙げることができる。
2n個のAのうちの一部(すなわち、少なくとも1つ)がA2基であり、他のAがA1基のものである。ここで、Aの2つ以上がA2基の場合、各A2基は同じものであってもよいし、異なる2種以上のものであってもよい。また、A2基以外のAは、全てが同じA1基であってもよいし、2種以上のA1基であってもよい。
以下において、「unit mol」の「unit」は、環状ホスファゼン化合物の最小構成単位、例えば、一般式(1)については(PNA2)を意味し、一般式(3)については(PNX2)を意味する。一般式(3)において、Xが塩素の場合、その1unitmolは115.87gである。また、以下においては、特に断りがない限り、「%」および「部」とあるのは、それぞれ「重量%」および「重量部」を意味する。
撹拌機、温度計、還流冷却管および窒素導入管を備えた5リットルのフラスコ中に、ヘプタンによる洗浄で油分を完全に取り去った油性水素化ナトリウム(151g,6.3mol)を仕込んだ。これにヘキサクロロシクロトリホスファゼン(348g,3.0unit mol)のテトラヒドロフラン(700mL)溶液を加えて0℃まで冷却した後、3−メトキシフェノール(247g,2.0mol)およびp−クレゾール(454g,4.2mol)のテトラヒドロフラン(700mL)溶液を1時間かけて滴下し、5時間還流撹拌した。この反応液にトルエン(500mL)および水(700mL)を加えて分液し、有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で2回洗浄して無水硫酸マグネシウムで脱水乾燥した後に溶媒を留去したところ、微黄色粘稠質の生成物788g(収率:97%)が得られた。この生成物の分析結果は以下の通りであった。
2.1(12H,s),3.7(6H,s),6.6−7.3(24H)
◎31P−NMRスペクトル(120MHz,CDCl3、δ、ppm):
9.4−10.1
◎MS(LDI−TOF)m/z:
825,810,793
◎残存塩素分析:
<0.01%
撹拌機、温度計、還流冷却管、水分離用受器および窒素導入管を備えた5リットルのフラスコ中に48%NaOH水溶液(550g,6.6mol)、トルエン(1,000mL)および4−メトキシフェノール(681g,6.3mol)を仕込んだ。これを窒素雰囲気下で撹拌加熱し、共沸脱水によりフラスコ内の水分を除去してナトリウム4−メトキシフェノキシドを調製した後、このスラリー溶液を40℃に冷却した。
3.7(18H,s),6.6(12H,d),6.7(12H,d)
◎31P−NMR(120MHz,CDCl3、δ、ppm):
9.9
◎MS(LDI−TOF)m/z:
874
◎残存塩素分析:
<0.01%
ヘキサクロロシクロトリホスファゼンに替えて分子式[PNCl2]nで示される、nが3から8のクロロシクロホスファゼンオリゴマー混合物(348g,3.0unit mol)を用い、合成例2と同様の操作を行う事で白色固体の生成物840g(収率:96%)を得た。この生成物の分析結果は以下の通りであった。
3.7(6H,m),6.6−6.7(8H,m)
◎31P−NMR(120MHz,CDCl3、δ、ppm):
−17.3(六量体),−16.9(五量体),−11.2(四量体),9.9(三量体)
◎MS(LDI−TOF)m/z:
1748,1456,1165,874
◎残存塩素分析:
<0.01%
4−メトキシフェノール(681g,6.3mol)に替えて4−メトキシフェノール(248g,2.0mol)およびフェノール(395g,4.2mol)の混合物を用い、合成例2と同様の操作を行う事で微黄色粘稠質の生成物737g(収率:98%)を得た。この生成物の分析結果は以下の通りであった。
3.7(6H,m),6.6−7.0(28H,m)
◎31P−NMR(120MHz,CDCl3、δ、ppm):
9.3−10.0
◎MS(LDI−TOF)m/z:
784,754,724
◎残存塩素分析:
<0.01%
撹拌機、温度計、還流冷却管および窒素導入管を備えた7リットルのフラスコ中に、分子式[PNCl2]nで示される、nが3から8のクロロシクロホスファゼンオリゴマー混合物(348g,3.0unit mol)、炭酸カリウム(912g,6.6mol)およびアセトニトリル(1,600mL)を仕込んだ。そして、これを撹拌しているところに4−アリルオキシフェノール(946g,6.3mol)のアセトニトリル(1,300mL)溶液を1時間かけて滴下し、8時間還流撹拌した。反応液にトルエン(1,000mL)および水(1,000mL)を加えて分液し、有機層を飽和食塩水で2回洗浄して無水硫酸マグネシウムで脱水乾燥した後に溶媒を留去したところ、微黄色固体の生成物950g(収率:92%)が得られた。この生成物の分析結果は以下の通りであった。
4.5(4H,d),5.3−5.4(4H,m),6.0(2H,m),6.6−7.1(8H)
◎31P−NMR(120MHz,CDCl3、δ、ppm):
−17.2(六量体),−16.8(五量体),−11.2(四量体),9.8(三量体)
◎MS(LDI−TOF)m/z:
1716,1373,1030
◎残存塩素分析:
<0.01%
撹拌機、温度計、還流冷却管および窒素導入管を備えた5リットルのフラスコ中に、薄く切った金属ナトリウム(145g,6.3mol)およびテトラヒドロフラン(500mL)を仕込んだ。これに4−(ジメチルアミノ)フェノール(864g,6.3mol)のテトラヒドロフラン(1,000mL)溶液を30℃で1時間かけて滴下し、2時間撹拌した後、オクタクロロシクロテトラホスファゼン(348g,3.0unit mol)のテトラヒドロフラン(700mL)溶液をさらに1時間かけて滴下し、4時間撹拌を継続した。反応液にメタノール(50mL)を加えて1時間撹拌した後、トルエン(500mL)および水(1,000mL)を加えて分液し、有機層を飽和食塩水で2回洗浄して無水硫酸マグネシウムで脱水乾燥した後に溶媒を留去したところ、微黄色粘稠質の生成物886g(収率:93%)が得られた。この生成物の分析結果は以下の通りであった。
2.8(48H,s),6.5−6.6(32H,m)
◎31P−NMR(120MHz,CDCl3、δ、ppm):
−11.4
◎MS(LDI−TOF)m/z
1270
◎残存塩素分析
<0.01%
撹拌機、温度計、還流冷却管、水分離用受器および窒素導入管を備えた5リットルのフラスコ中に48%KOH水溶液(772g,6.6mol)、クロロベンゼン(1,200mL)および4−(t−ブチル)フェノール(1,082g,7.2mol)を仕込んだ。これを窒素雰囲気下で撹拌加熱し、共沸脱水によりフラスコ内の水分を除去してカリウム4−(t−ブチル)フェノキシドを調製した後、このスラリー溶液を40℃に冷却した。
1.2−1.3(18H,m),6.8−7.3(8H)
◎31P−NMR(120MHz,CDCl3、δ、ppm):
−17.2(六量体),−16.8(五量体),−11.0(四量体),10.1(三量体)
◎MS(LDI−TOF)m/z:
1032,1374,1718,2061
◎残存塩素分析:
<0.01%
撹拌機、温度計、還流冷却管および窒素導入管を備えた5リットルのフラスコ中にヘキサクロロシクロトリホスファゼン(348g,3.0unit mol)、4−(トリメチルシリルオキシ)フェノール(365g,2.0mol)、フェノール(395g,4.2mol)およびテトラヒドロフラン(1,000mL)を仕込んだ。そして、これを0℃で撹拌しているところに、カリウムt−ブトキシド(707g,6.3mol)のテトラヒドロフラン(1,000mL)溶液を2時間かけて滴下し、40℃で2時間撹拌した。反応液を水および飽和食塩水で2回洗浄して無水硫酸マグネシウムで脱水乾燥した後に溶媒を留去したところ、微黄色粘稠質の生成物784g(収率:90%)が得られた。この生成物の分析結果は以下の通りであった。
0.1(18H,m),6.5−7.2(28H,m)
◎31P−NMR(120MHz,CDCl3、δ、ppm):
10.3
◎MS(LDI−TOF)m/z:
958,869,781
◎残存塩素分析:
<0.01%
PHOSPHORUS−NITROGEN COMPOUNDS、H.R.ALLCOCK著、1972年刊、151頁、ACADEMIC PRESS社(先に挙げた非特許文献3)に記載されている方法に従い、ヘキサクロロシクロトリホスファゼン(348g,3.0unit mol)から[N3P3(OPh)6]の化学式で示される白色固体の環状ホスファゼン化合物を製造した。
ヘキサクロロシクロトリホスファゼン81%とオクタクロロシクロテトラホスファゼン19%とからなるシクロホスファゼン混合物(348g,3.0unit mol)を用い、参考例1と同様の方法で[N3P3(OPh)6]および[N4P4(OPh)8]の化学式でそれぞれ示される白色固体の環状ホスファゼン化合物の混合物を得た。
4−メトキシフェノールに替えてp−クレゾール(681g,6.3mol)を用いた点を除いて合成例2と同様に操作し、[N3P3(OC6H4CH3)6]の化学式で示される白色固体の環状ホスファゼン化合物を得た。
ポリカーボネート樹脂(三菱瓦斯化学株式会社の商品名「ユーピロンS3000」)100部に対し、合成例1〜8で得られた環状ホスファゼン化合物または参考例1〜3で得られた環状ホスファゼン化合物を表1に示す割合で添加して200〜240℃で5分間溶融混練することで樹脂組成物を調製した。得られた樹脂組成物をプレス成形機を用いて190〜200℃で10分間加熱プレスし、厚さ1.6mmのシートを得た。このシート(試験片)について、UL−94難燃性試験(垂直燃焼試験)を実施し、また、熱変形温度(耐熱性)およびブルーミング性(高温信頼性)を調べた。各項目の評価方法は下記の通りである。結果を表1に示す。
アンダーライターズラボラトリーズ(Underwriter’s Laboratories Inc.)のUL−94垂直燃焼試験に基づき、10回接炎時の合計燃焼時間と燃焼時の滴下物による綿着火の有無により、V−0、V−1、V−2および規格外の四段階に分類した。評価基準を以下に示す。難燃性レベルはV−0>V−1>V−2>規格外の順に低下する。
(A)試験片5本を1本につき二回ずつ、合計10回の接炎後からの消炎時間の合計が50秒以内。
(B)試験片5本を1本につき二回ずつ接炎を行い、それぞれの接炎後からの消炎時間が10秒以内。
(C)すべての試験片で滴下物による、300mm下の脱脂綿への着火がない。
(D)すべての試験片で、二回目の接炎後のグローイングは30秒以内。
(E)すべての試験片で、クランプまでフレーミングしない。
(A)試験片5本を1本につき二回ずつ、合計10回の接炎後からの消炎時間の合計が250秒以内。
(B)試験片5本を1本につき二回ずつ接炎を行い、それぞれの接炎後からの消炎時間が30秒以内。
(C)すべての試験片で滴下物による、300mm下の脱脂綿への着火がない。
(D)すべての試験片で、二回目の接炎後のグローイングは60秒以内。
(E)すべての試験片で、クランプまでフレーミングしない。
(A)試験片5本を1本につき二回ずつ、合計10回の接炎後からの消炎時間の合計が250秒以内。
(B)試験片5本を1本つき二回ずつ接炎を行い、それぞれの接炎後からの消炎時間が30秒以内。
(C)試験片5本のうち、少なくとも1本、滴下物による、300mm下の脱脂綿への着火がある。
(D)すべての試験片で、二回目の接炎後のグローイングは60秒以内。
(E)すべての試験片で、クランプまでフレーミングしない。
ASTM D−648に準じ、荷重1.82MPaで試験した。
試験片を150℃で6時間加熱し、試験片表面での染み出し状態(試験片内部からの浸出状態)を目視観察した。評価の基準は次の通りである。
◎:染み出しが全く見られない。
〇:染み出しがほとんど見られない。
△:若干の染み出しが見られる。
×:著しい染み出しが見られる。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパン・エポキシ・レジン社の商品名「エピコート1001」:エポキシ当量456g/eq.、樹脂固形分70%)651部、クレゾールノボラックエポキシ樹脂(東都化成株式会社の商品名「YDCN−704P」:エポキシ当量210g/eq.、樹脂固形分70%)300部、ノボラック型フェノール樹脂(昭和高分子株式会社の商品名「BRG−558」:水酸基価106g/eq.、樹脂固形分70%)303部、水酸化アルミニウム361部および2−エチル−4−メチルイミダゾール0.9部の混合物に対し、合成例1〜8で得られた環状ホスファゼン化合物または参考例1〜3で得られた環状ホスファゼン化合物を表2に示す割合で添加し、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM)を加えて樹脂固形分65%のエポキシ樹脂ワニス(樹脂組成物)を調製した。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパン・エポキシ・レジン社の商品名「jER1004」:エポキシ当量925)278部、クレゾールノボラックエポキシ樹脂(東都化成株式会社の商品名「YDCN−703P」:エポキシ当量210)126部、ビスフェノールA型ノボラック樹脂(大日本インキ化学株式会社の商品名「PHENOLITE VH−4170」:水酸基価118)106部、ヒドロキシ基およびカルボキシ基等の極性官能基を有する架橋型スチレンブタジエンゴム(SBR)粒子(JSR社の商品名「XSK−500」:平均粒径0.5μm)300部、表3に示す割合の合成例1〜8で得られた環状ホスファゼン化合物または参考例1〜3で得られた環状ホスファゼン化合物、2,6−ジ(t−ブチル)−4−メチルフェノール3部、水酸化アルミニウム(昭和電工株式会社の商品名「H−421」)200部および2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業株式会社の商品名「キュアゾール 2E4MZ」)2部からなる混合物を調製し、これに溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルおよびメチルエチルケトンを加えて固形分が33%の接着剤組成物(樹脂組成物)を得た。
300mLセパラブルフラスコに撹拌機、ディーンシュターク管、還流冷却器、200ml滴下ロートおよび窒素導入菅を設置した。この反応機のセパラブルフラスコに、窒素雰囲気下、N−メチルピロリドン106.7g、メシチレン45.7gおよびピロメリット酸二無水物(三菱瓦斯化学株式会社製)45.8gを仕込んだ。それを撹拌しながら、末端アミノ化ポリプロピレングリコール(ハンツマン・コーポレーション社の商品名「ジェファーミンD400」)12.3g、末端アミノ化ポリプロピレングリコール(ハンツマン・コーポレーション社の商品名「ジェファーミンD230」)11.0gおよび末端アミノ化ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール共重合体)(ハンツマン・コーポレーション社の商品名「ジェファーミンXTJ542」)36.8gを昇温下で1時間かけて滴下した。その後、内部温度を180℃まで昇温させ、180℃で還流を4時間維持した後に室温まで冷却した。冷却後、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル(JFEケミカル株式会社製)18.6gを添加した。添加後、20時間窒素雰囲気下で撹拌を継続し、固形分45質量%の部分的にイミド化されたポリアミド酸の溶液を得た。
合成例9で用いたものと同様の反応機のセパラブルフラスコに、窒素雰囲気下、N−メチルピロリドン106.7g、メシチレン45.7gおよびビフェニルテトラカルボン酸二無水物(JFEケミカル株式会社製)56.0gを仕込んだ。それを撹拌しながら、末端アミノ化ポリプロピレングリコール(ハンツマン・コーポレーション社の商品名「ジェファーミンD230」)22.0gおよび末端アミノ化ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール共重合体)(ハンツマン・コーポレーション社の商品名「ジェファーミンXTJ542」)34.9gを昇温下で1時間かけて滴下した。その後、内部温度を180℃まで昇温させ、180℃で還流を4時間維持した後に室温まで冷却した。冷却後、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(三井化学株式会社製)16.4gを添加した。添加後、20時間窒素雰囲気下で撹拌を継続し、固形分45質量%の部分的にイミド化されたポリアミド酸の溶液を得た。
合成例9、10で得られたポリアミド酸(部分的にイミド化されたポリアミド酸)の溶液900部と表4に示す割合の合成例1〜8で得られた環状ホスファゼン化合物または参考例1〜3で得られた環状ホスファゼン化合物とからなる混合物を調製し、これに溶媒としてN,N−ジメチルアセトアミドを加えて固形分が50%の樹脂組成物を得た。
アンダーライターズラボラトリーズ(Underwriter’s Laboratories Inc.)のUL−94薄型垂直燃焼試験に基づき、10回接炎時の合計燃焼時間と燃焼時の滴下物による綿着火の有無により、VTM−0、VTM−1、VTM−2および規格外の四段階に分類した。評価基準を以下に示す。難燃性レベルはVTM−0>VTM−1>VTM−2>規格外の順に低下する。
(A)試験片5本を1本につき二回ずつ、合計10回の接炎後からの消炎時間の合計が50秒以内。
(B)試験片5本を1本につき二回ずつ接炎を行い、それぞれの接炎後からの消炎時間が10秒以内。
(C)すべての試験片で滴下物による、300mm下の脱脂綿への着火がない。
(D)すべての試験片で、二回目の接炎後のグローイングは30秒以内。
(E)すべての試験片で、クランプまでフレーミングしない。
(A)試験片5本を1本につき二回ずつ、合計10回の接炎後からの消炎時間の合計が250秒以内。
(B)試験片5本を1本につき二回ずつ接炎を行い、それぞれの接炎後からの消炎時間が30秒以内。
(C)すべての試験片で滴下物による、300mm下の脱脂綿への着火がない。
(D)すべての試験片で、二回目の接炎後のグローイングは60秒以内。
(E)すべての試験片で、クランプまでフレーミングしない。
(A)試験片5本を1本につき二回ずつ、合計10回の接炎後からの消炎時間の合計が250秒以内。
(B)試験片5本を1本つき二回ずつ接炎を行い、それぞれの接炎後からの消炎時間が30秒以内。
(C)試験片5本のうち、少なくとも1本、滴下物による、300mm下の脱脂綿への着火がある。
(D)すべての試験片で、二回目の接炎後のグローイングは60秒以内。
(E)すべての試験片で、クランプまでフレーミングしない。
Claims (8)
- 樹脂成分と、
下記の式(1)で表される、ハメットの置換基定数σpが−0.2以下でありかつ活性プロトンを持たない電子供与性基を置換基として有するアリールオキシ基を備えた環状ホスファゼン化合物とを含み、
前記樹脂成分は、ポリエチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、スチレン樹脂、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン樹脂、メチルメタクリレート−アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、アクリロニトリル−アクリルゴム−スチレン樹脂、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、脂肪族系ポリアミド、芳香族系ポリアミド、ポリエステル樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリチオエーテルスルホン、ポリエーテルスルホン、液晶ポリマー、ポリウレタン、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、マレイミド−シアン酸エステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ポリベンズイミダゾールおよびポリカルボジイミドからなる群から選ばれた少なくとも一つである、
難燃性樹脂組成物。
(式(1)中、nは3〜8の整数を示し、Aは下記のA1基およびA2基からなる群から選ばれた基を示しかつ少なくとも1つがA2基である。
A1基:炭素数1〜6のアルキル基、アルケニル基およびアリール基から選ばれる少なくとも1種の基が置換されていてもよい、炭素数6〜20のアリールオキシ基。
A2基:下記の式(2)で示される置換アリールオキシ基。
式(2)中、Yは、フェニレン基、ビフェニレン基およびナフチレン基からなる群から選ばれた基を示し、Qは、ハメットの置換基定数σpが−0.2以下でありかつ活性プロトンを持たない電子供与性基であって、アリルオキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基若しくはトリメチルシリルオキシ基を示す。) - 前記環状ホスファゼン化合物は、下記の式(3)で表される環状ホスホニトリルジハライドの全ハロゲン原子を、少なくとも一つが下記のA2基により置換されるよう下記のA1基およびA2基からなる群から選ばれた基により置換することで得られるものである、請求項1に記載の難燃性樹脂組成物。
(式(3)中、nは3〜8の整数を示し、Xはハロゲン原子を示す。)
A1基:炭素数1〜6のアルキル基、アルケニル基およびアリール基から選ばれる少なくとも一種の基が置換されていてもよい、炭素数6〜20のアリールオキシ基。
A2基:下記の式(2)で示される置換アリールオキシ基。
(式(2)中、Yは、フェニレン基、ビフェニレン基およびナフチレン基からなる群から選ばれた基を示し、Qは、ハメットの置換基定数σpが−2.0以下でありかつ活性プロトンを持たない電子供与性基であって、アリルオキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基若しくはトリメチルシリルオキシ基を示す。) - 前記環状ホスファゼン化合物は式(1)のnが3若しくは4である、請求項1または2に記載の難燃性樹脂組成物。
- 前記環状ホスファゼン化合物は、式(1)のAとして下記のA1基およびA2基を有するものである、請求項1から3のいずれかに記載の難燃性樹脂組成物。
A1基:フェノキシ基およびメチルフェノキシ基からなる群から選ばれた基。
A2基:式(2)のYがフェニレン基若しくはナフチレン基である基。 - A2基が4−アリルオキシフェノキシ基、4−(ジメチルアミノ)フェノキシ基、3−(トリメチルシリルオキシ)フェノキシ基および4−(トリメチルシリルオキシ)フェノキシ基からなる群から選ばれた基である、請求項4に記載の難燃性樹脂組成物。
- 前記環状ホスファゼン化合物は、式(1)のAの全てが4−アリルオキシフェノキシ基および4−(ジメチルアミノ)フェノキシ基からなる群から選ばれたものである、請求項1から3のいずれかに記載の難燃性樹脂組成物。
- 請求項1から6のいずれかに記載の難燃性樹脂組成物からなる樹脂成形体。
- 請求項7に記載の樹脂成形体を用いた電気・電子部品。
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