【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の構造を有するペンタエリスリトールジホスホネート化合物に関する。更に詳しくは、難燃剤、結晶核剤、可塑剤等の添加剤として使用でき、殊に樹脂用難燃剤として優れた効果を有する新規なペンタエリスリトールジホスホネート化合物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂は、その優れた諸物性を活かし、機械部品、電気部品、自動車部品等の幅広い分野に利用されている。一方、これらの樹脂は本質的に可燃性である為、上記用途として使用するには一般の化学的、物理的諸特性のバランス以外に、火炎に対する安全性、すなわち、高度な難燃性が要求される場合が多い。
【０００３】
樹脂に難燃性を付与する方法としては、難燃剤としてハロゲン系化合物、さらに難燃助剤としてアンチモン化合物を樹脂に添加する方法が一般的である。しかしながら、この方法は成形加工時あるいは燃焼時に、多量の腐食性ガスを発生させる等の問題がある。また、特に近年、製品廃棄時における環境影響等が懸念されている。そこで、ハロゲンを全く含まない難燃剤や難燃処方が強く望まれている。
【０００４】
ハロゲン系難燃剤を使用しないで熱可塑性樹脂を難燃化する方法としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水和物を添加することが広く知られている。しかし、充分な難燃性を得る為には、上記金属水和物を多量に添加する必要があり、樹脂本来の特性が失われるという欠点を有していた。
【０００５】
また、トリアリールリン酸エステルモノマーや縮合リン酸エステルオリゴマーの芳香族リン酸エステルも、熱可塑性樹脂に難燃性を付与するための難燃剤として頻繁に用いられてきた。しかし、トリフェニルホスフェートに代表されるトリアリールリン酸エステルモノマーは、樹脂組成物の耐熱性を著しく低下させ、かつ、揮発性が高い為に、押出し時や成形加工時にガスの発生量が多く、ハンドリング性に問題があった。さらに、この化合物は樹脂を高温に加熱するとその少なくとも一部が揮発、あるいはブリード等によって樹脂中から失われるという問題点を有していた。また、縮合リン酸エステルオリゴマーは、揮発性が改善されているものの、その多くが液体であることから、樹脂との混練には液注装置が必要となり、押出し混練時のハンドリング性に問題があった。
【０００６】
一方、二置換ペンタエリスリトールジホスホネートは、樹脂用難燃剤を中心に種々の検討がなされている。この化合物を熱可塑性樹脂に配合することにより、熱可塑性樹脂の難燃化を達成することができる。このホスホネート化合物が配合された熱可塑性樹脂組成物は、難燃剤の配合による耐熱性、および耐衝撃性等の特性が低下することなく、しかも混練の際に化合物が揮発、あるいはブリード等により樹脂中から失われることのない特徴を有する。
【０００７】
また、上記二置換ペンタエリスリトールジホスホネートの製造法についてはいくつか開示されている。例えば、特開平５−１６３２８８号公報においては、ペンタエリスリトールとフェニルホスホン酸ジクロライドとの反応により、ジフェニルペンタエリスリトールジホスホネートを得る製造例の記載がある。
【０００８】
米国特許４１７４３４３号明細書においては、ジエチルペンタエリスリトールジホスファイトとハロゲン化誘導体（例えばベンジルクロライド）との反応により、対応する二置換ペンタエリスリトールジホスホネートを得る製造例の記載がある。
【０００９】
しかしながら、本発明の特定の構造を有するペンタエリスリトールジホスホネートに関して、必ずしも従来通りの製造方法ではかかる目的物を高収率で回収できないという問題があった。また、上記の特許でも製造法の詳細は詳述されておらず、目的物の純度に関する記載もなく、工業的な製造法の見地からも種々の問題が内在していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、工業的に有利な生産性に優れた方法でかつ樹脂に混合した際に大きな問題である樹脂の色度変化を抑制し高度に難燃性を付与することができる色相の高い特性を保有するペンタエリスリトールジホスホネート化合物を提供することにある。
【００１１】
本発明者は、前記目的を達成すべく鋭意検討した結果、かかる物性値を有するペンタエリスリトールジホスホネートが、樹脂に対して高度な難燃性を付与することができると同時に各種樹脂物性に悪影響を与えない事を見出し、本発明に至った。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば、下記式（１）で示される環状ホスホネート化合物であって、該化合物のＹＩ値が８以下であり、かつＬ値が８５以上、ａ値が０．５以下、ｂ値が４．０以下であることを特徴とする環状ホスホネート化合物が提供され、さらに好適には純度が９４％以上である環状ホスホネート化合物が提供される。
【００１３】
【化２】
【００１４】
（式中、Ａｒ１およびＡｒ２は、同一または異なっていてもよく、炭素数６〜２０の置換もしくは非置換のアリール基である。また、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、それぞれ同一または異なっていてもよく、水素原子もしくは炭素数６〜２０の置換もしくは非置換のアリール基、または炭素数１〜２０の飽和もしくは不飽和の炭化水素基である。）
上記ペンタエリスリトールジホスホネート化合物として、一般式（２）においてＡｒ１、Ａｒ２が、フェニル基、各種キシリル基、各種トルイル基、ジ−ｔ−ブチルフェニル基、各種クメニル基、ビフェニル基、ナフチル基等であり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、水素原子、メチル、エチル、各種プロピル、各種ブチル、各種ペンチル、プロペニル基、フェニル基、各種トルイル基、各種キシリル基、各種クメニル基、ジ−ｔ−ブチルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基等である化合物を挙げる事ができる。
【００１５】
特に好ましくは、Ａｒ１、Ａｒ２が、フェニル基、各種キシリル基、各種トルイル基であって、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、水素原子、メチル、エチル、各種プロピル、各種ブチル、各種ペンチル、プロペニル基、フェニル基、各種トルイル基であり、更に好ましくは、Ａｒ１、Ａｒ２が、フェニル基、各種キシリル基、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、水素原子、メチル、エチル、フェニル基である。
【００１６】
かかる化合物としては、具体的には、３，９−ビス（フェニルメチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２−メチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（３−メチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（４−メチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２，４−ジメチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２，６−ジメチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（３，５−ジメチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２，４，６−トリメチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、
【００１７】
３，９−ビス（（２−ｓｅｃ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２，４−ジ−ｓｅｃ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２，６−ジ−ｓｅｃ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２，４，６−トリ−ｓｅｃ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、
【００１８】
３，９−ビス（（２−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２，４，６−トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、
【００１９】
３，９−ビス（（４−ビフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（１−ナフチル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２−ナフチル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（１−アントリル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（２−アントリル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（（９−アントリル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、
【００２０】
３，９−ビス（１−フェニルエチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（２−メチル−２−フェニルエチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（ジフェニルメチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（トリフェニルメチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン
【００２１】
３−フェニルメチル−９−（（２，６−ジメチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３−フェニルメチル−９−（（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３−フェニルメチル−９−（１−フェニルエチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３−フェニルメチル−９−ジフェニルメチル−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３−（（２，６−ジメチルフェニル）メチル）−９−（１−フェニルエチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３−（（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メチル）−９−（１−フェニルエチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３−ジフェニルメチル−９−（１−フェニルエチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３−ジフェニルメチル−９−（（２，６−ジメチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３−ジフェニルメチル−９−（（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカンが挙げられる。
【００２２】
特に、３，９−ビス（フェニルメチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（１−フェニルエチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３，９−ビス（ジフェニルメチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン、３、９−（１−フェニルエチル）−３，９−ジオキソ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカンが好ましい。
【００２３】
かかる化合物は、各種の製造法が存在するが、例えば、対応する３，９−ジ置換−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカンを、ハロゲン化誘導体の共存下に、温度８０℃から２００℃の条件下で加熱処理する事で、得られる。これらハロゲン化誘導体は、溶媒として使用することもできるし、いわゆる反応活性剤としての使用も可能である。
【００２４】
この時、好ましくは、１００℃以上、１９５℃以下、さらに好ましくは、１２０℃以上１８０℃以下の雰囲気で行われる。
【００２５】
一般に反応時間としては、その濃度、加熱形態、手法により異なるが、１時間から６時間の処理でよい。
【００２６】
高温ほど短時間で変化するが、同時に温度の影響による副反応が生起し、結果的に収率が低下することがあるので２００℃以上の温度での運転は好ましくない。
【００２７】
しかし、該反応を円滑に進め、生成物回収の観点から、芳香族系溶媒が好ましく使われる。
【００２８】
かかる溶媒としては炭素数６から２０の芳香族炭化水素でればよく、かつ、反応の効率的視点から、温度８０℃から２００℃までの加熱が可能であればよい。かかる溶媒は、出発物を一部、あるいは全部を溶解することが多く、さらには、反応中間体の溶解性を促進して、収率向上に大きな寄与を与える事も重要な因子となる。この様な溶媒として、トルエン、キシレン、ブチルベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、テトラリンらを挙げる事が出来、目的とする反応温度に対応して選択すればよい。
【００２９】
本発明の環状ホスホネート化合物は、該化合物のＹＩ値が８以下であり、かつＬ値が８５以上、ａ値が０．５以下、ｂ値が４．０以下であることが重要な要件であり、かつ、純度９４％以上であることも他の重要な案件である。このような環状ホスホネート化合物を得るためには、反応性生成物の洗浄が好適に採用される。かかる洗浄方法として、芳香族系溶媒に生成物が溶解している場合には、一旦濃縮乾固し、あるいは、反応系でスラリー状態になっている場合は、そのままで回収した後、その固体を、一般式Ｒ−ＯＨで表される脂肪族アルコール化合物を用い、洗浄する事が生成物の純度向上に必要である。その際、洗浄温度が５０℃以上１２０℃以下である事が望ましく、この温度以上では、加熱変化の可能性が存在し、これより低い温度では、繰り返し回数の増加につながり、好ましくない。
【００３０】
かかる化合物としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールらをあげる事ができるが経済的観点、操作性の観点から、メタノールが好ましい。
【００３１】
さらに、別の製造方法として、対応する置換基保有ホスホン酸ジハライドとペンタエリスリトールとの反応でも同様に上記中間体を経由せずに、得ることが出来る。しかし、精製方法に関しては、全く同様の処置で、純度の向上が可能である。
【００３２】
さらに、別の製造方法として、一旦、環状ホスホネート水素化物を経由し、強塩基、例えば金属アルコキシドを反応させて環状ホスホネート金属塩にして、これを、対応するハロゲン化物誘導体と反応させて得る事も可能である。
【００３３】
さらに、別の方法として、トリフェニルホスファイトを原料として、ペンタエリスリトールと反応させ、この反応生成物を、所望の各種アルコールとエステル交換させても得る事ができる。かかる方法で精製されたホスホネート化合物は、その製品純度が９４％以上である事が望ましく、さらに好ましくは９６％以上であれば、後述する樹脂、あるいは、他製品への添加で悪影響を及ぼすことが減少でき、好ましい。
【００３４】
さらに、本環状ホスホネートはその色相の安定性に向上が観察され、具体的な色相の数値としてＹＩ値が８以下であり、かつＬ値が８５以上、ａ値が０．５以下、ｂ値が４．０以下である。
【００３５】
一般に、粉末材料の色相は、黄色系の尺度として、ＹＩ値（イェローインデクス）で定義される。この値が、８を超えると、明らかに外観で黄色に着色していると認識され、特に、近年の傾向として白度の高い樹脂組成物を要求される場合には有利に適用できない問題を発生する。さらに、白度（明るさ）を示す値として、Ｌ値が適用される。一般に、この値が低いとその粉末は、一種にごりが混在する外観を示し、特に、樹脂への練りこみ時に、樹脂そのものの良好な外観、色目を阻害する事になる。通常は、この２ケの指標で、概ねの色相が数値化されているが、さらに詳しく眺めると、たとえば、少し赤みを帯びる認識、あるいは、青白い状況にあって、この２ケの数値が一見妥当な値であっても、実用上、問題が顕在化することが多い。
【００３６】
かかる観点から、本発明に主要なパラメータである色相については、この４種類、全てが安定化、すなわち樹脂に悪影響を与えない数値として規定する事ができる。すなわち、最終生成物は、基本的に該化合物のＹＩ値が８以下であり、かつＬ値が８５以上、ａ値が０．５以下、ｂ値が４．０以下である事で、樹脂用難燃剤として使用するに際して、樹脂への着色を抑制し、色相の安定という産業上有用な物性保持に寄与し、単なる難燃という機能以外に、実用的見地から問題点を低減させるために重要である。
【００３７】
更なる効果として、着色の低減は、成形時点での金属洗浄、あるいは、多量の洗浄樹脂を必要とするなど、作業性を低下する樹脂組成物製造の生産性の向上に大きく寄与する事ができる。
【００３８】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明の範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。なお、評価は下記の方法で行った。
（１）リン系化合物の色相
リン系化合物の色相は、日本電色工業（株）製分光式色彩計ＳＥ−２０００を用いて、反射測定を行った。
（２）成形品の色相
押出混練にて得られたペレットから、色見本板を射出成形しその色相について目視で判定した。判定基準は下記の基準で行った。
色相良好：○
色見本板に着色が観られるもの：×
（３）樹脂組成物の着色性
樹脂組成物の押出混練時に着色剤としてタイオキサイド製ＲＴＣ−３０を樹脂成分１００重量部に対して０．５重量部添加し、得られた樹脂組成物の色見本板を射出成形した。得られた色見本板の色相を日本電色工業（株）製分光式色彩計ＳＥ−２０００を用いて、反射測定を行い、リン化合物を添加しない組成物との△Ｅによって着色性の判定を行った。判定基準は下記の基準で行った。
△Ｅが１．０未満のもの：○
△Ｅが１．０以上のもの：×
（４）難燃性（ＵＬ−９４評価）
難燃性は厚さ１／１６インチ（１．６ｍｍ）のテストピースを用い、難燃性の評価尺度として、米国ＵＬ規格のＵＬ−９４に規定されている垂直燃焼試験に準じて評価を行った。どの試験片も炎を取り去った後の燃焼が１０秒以内で消火し、且つ、滴下物が無い又は滴下物が綿着火をおこさないものがＶ−０、燃焼が３０秒以内で消火し、且つ、滴下物が綿着火をおこすものがＶ−２であり、この評価基準以下のものをｎｏｔＶとした。
【００３９】
調製例１
２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン，３，９−ジベンジル−３，９−ジオキサイド（ＦＲ−１）の調製
温度計、コンデンサー、滴下ロートを備えた反応容器にペンタエリスリトール８１６．９ｇ（６．０モル）、ピリジン１９．０ｇ（０．２４モル）、トルエン２２５０．４ｇ（２４．４モル）を仕込み、攪拌した。該反応容器に三塩化リン１６５１．８ｇ（１２．０モル）を該滴下ロートを用い添加し、添加終了後、６０℃にて加熱攪拌を行った。反応後、室温まで冷却し、得られた反応物に塩化メチレン２６．５０部を添加し、氷冷しながらターシャリーブタノール８８９．４ｇ（１２．０モル）および塩化メチレン１５０．２ｇ（１．７７モル）を滴下した。得られた結晶をトルエンおよび塩化メチレンにて洗浄しろ過した。得られたろ取物を８０℃、１．３３×１０２Ｐａで１２時間乾燥し、白色の固体１３４１．１ｇ（５．８８モル）を得た。得られた固体は３１Ｐ、１ＨＮＭＲスペクトルにより２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン，３，９−ジヒドロ−３，９−ジオキサイドである事を確認した。
【００４０】
温度計、コンデンサー、滴下ロートを備えた反応容器に得られた２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン，３，９−ジヒドロ−３，９−ジオキサイド１３４１．０ｇ（５．８８モル）、ＤＭＦ６５３４．２ｇ（８９．３９モル）を仕込み、攪拌した。該反応容器に氷冷下ナトリウムメトキシド６４８．７ｇ（１２．０１モル）を添加した。氷冷にて２時間攪拌した後に、室温にて５時間攪拌を行った。さらにＤＭＦを留去した後に、ＤＭＦ２６１３．７ｇ（３５．７６モル）を添加し、該反応混合物に氷冷にてベンジルブロマイド２０３７．７９ｇ（１１．９１モル）滴下した。氷冷下３時間攪拌した後、ＤＭＦを留去し、水８Ｌを加え、析出した固体を濾取、水２Ｌで２回洗浄した。得られた粗精製物とメタノール４Ｌをコンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に入れ、約２時間還流した。室温まで冷却後、結晶をろ過により分離し、メタノール２Ｌで洗浄した後、得られたろ取物を１２０℃、１．３３×１０２Ｐａで１９時間乾燥し、白色の鱗片状結晶１８６３．５ｇ（４．５６モル）を得た。得られた結晶は３１Ｐ、１ＨＮＭＲスペクトルおよび元素分析により２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン，３，９−ジベンジル−３，９−ジオキサイドである事を確認した。収率は７６％、３１ＰＮＭＲ純度は９９％であった。また、本文記載の方法で測定した色相はＹＩ値＝３．１０、Ｌ値＝９５．５７、ａ値＝−０．２７、ｂ値＝１．６５であった。
【００４１】
１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，３００ＭＨｚ）：δ７．２−７．４（ｍ，１０Ｈ），４．１−４．５（ｍ，８Ｈ），３．５（ｄ，４Ｈ）、３１Ｐ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，１２０ＭＨｚ）：δ２３．１（Ｓ）、融点：２５５−２５６℃、元素分析 計算値：Ｃ，５５．８９；Ｈ，５．４３、測定値：Ｃ，５６．２４；Ｈ，５．３５
【００４２】
調製例２
２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン，３，９−ジベンジル−３，９−ジオキサイド（ＦＲ−２）の調製
攪拌機、温度計、コンデンサーを有する反応容器に、３，９−ジベンジロキシ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン２２．５５ｇ（０．０５５モル）、ベンジルブロマイド１９．０１ｇ（０．１１モル）およびキシレン３３．５４ｇ（０．３２モル）を充填し、室温下攪拌しながら、乾燥窒素をフローさせた。次いでオイルバスで加熱を開始し、還流温度（約１３０℃）で４時間加熱、攪拌した。加熱終了後、室温まで放冷し、キシレン２０ｍＬを加え、さらに３０分攪拌した。析出した結晶をろ過により分離し、キシレン２０ｍＬで２回洗浄した。得られた粗精製物とメタノール４０ｍＬをコンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に入れ、約２時間還流した。室温まで冷却後、結晶をろ過により分離し、メタノール２０ｍＬで洗浄した後、得られたろ取物を１２０℃、１．３３×１０２Ｐａで１９時間乾燥し、白色の鱗片状結晶を得た。生成物は質量スペクトル分析、１Ｈ、３１Ｐ核磁気共鳴スペクトル分析および元素分析でビスベンジルペンタエリスリトールジホスホネートであることを確認した。収量は２０．６０ｇ、収率は９１％、３１ＰＮＭＲ純度は９９％であった。また、本文記載の方法で測定した色相はＹＩ値＝２．２４、Ｌ値＝９４．３９、ａ値＝−０．１６、ｂ値＝１．１４であった。
【００４３】
１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，３００ＭＨｚ）：δ７．２−７．４（ｍ，１０Ｈ），４．１−４．５（ｍ，８Ｈ），３．５（ｄ，４Ｈ）、３１Ｐ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，１２０ＭＨｚ）：δ２３．１（Ｓ）、融点：２５７℃
【００４４】
調製例３
２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ジベンジル−３，９−ジオキサイド（ＦＲ−３）の調製
攪拌機、温度計、コンデンサーを有する反応容器に、３，９−ジベンジロキシ−２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン２２．５５ｇ（０．０５５モル）、ベンジルブロマイド１９．０１ｇ（０．１１モル）およびキシレン３３．５４ｇ（０．３２モル）を充填し、室温下攪拌しながら、乾燥窒素をフローさせた。次いでオイルバスで加熱を開始し、還流温度（約１３０℃）で４時間加熱、攪拌した。加熱終了後、室温まで放冷し、キシレン２０ｍＬを加え、さらに３０分攪拌した。析出した結晶をろ過により分離し、１００℃、１．３３×１０Ｐａにて減圧乾燥を行った。得られた白色固体は３１Ｐ、１ＨＮＭＲスペクトルにより２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ジベンジル−３，９−ジオキサイドである事を確認した。また、本文記載の方法で測定した色相はＹＩ値＝９．０８、Ｌ値＝９０．１４、ａ値＝０．９０、ｂ値＝４．１０であった。
【００４５】
調製例４
２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン，３，９−ジα−メチルベンジル−３，９−ジオキサイド（ＦＲ−４）の調製
温度計、コンデンサー、滴下ロートを備えた反応容器にペンタエリスリトール８１６．９ｇ（６．０モル）、ピリジン１９．０ｇ（０．２４モル）、トルエン２２５０．４ｇ（２４．４モル）を仕込み、攪拌した。該反応容器に三塩化リン１６５１．８ｇ（１２．０モル）を該滴下ロートを用い添加し、添加終了後、６０℃にて加熱攪拌を行った。反応後、室温まで冷却し、得られた反応物に塩化メチレン２６．５０部を添加し、氷冷しながらターシャリーブタノール８８９．４ｇ（１２．０モル）および塩化メチレン１５０．２ｇ（１．７７モル）を滴下した。得られた結晶をトルエンおよび塩化メチレンにて洗浄しろ過した。得られたろ取物を８０℃、１．３３×１０２Ｐａで１２時間乾燥し、白色の固体１３４１．１ｇ（５．８８モル）を得た。得られた固体は３１Ｐ、１ＨＮＭＲスペクトルにより２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン，３，９−ジヒドロ−３，９−ジオキサイドである事を確認した。
【００４６】
温度計、コンデンサー、滴下ロートを備えた反応容器に得られた２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５．５］ウンデカン，３，９−ジヒドロ−３，９−ジオキサイド１３４１．０ｇ（５．８８モル）、ＤＭＦ６５３４．２ｇ（８９．３９モル）を仕込み、攪拌した。該反応容器に氷冷下ナトリウムメトキシド６４８．７ｇ（１２．０１モル）を添加した。氷冷にて２時間攪拌した後に、室温にて５時間攪拌を行った。さらにＤＭＦを留去した後に、ＤＭＦ２６１３．７ｇ（３５．７６モル）を添加し、該反応混合物に氷冷にてα−メチルベンジルブロマイド２２０４．０６ｇ（１１．９１モル）滴下した。氷冷下３時間攪拌した後、ＤＭＦを留去し、水８Ｌを加え、析出した固体を濾取、水２Ｌで２回洗浄した。得られた粗精製物とメタノール４Ｌをコンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に入れ、約２時間還流した。室温まで冷却後、結晶をろ過により分離し、メタノール２Ｌで洗浄した後、得られたろ取物を１２０℃、１．３３×１０２Ｐａで１９時間乾燥し、白色の鱗片状結晶２９８４．８ｇ（６．８４モル）を得た。得られた固体は３１ＰＮＭＲ、１ＨＮＭＲスペクトルおよび元素分析により２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ジα−メチルベンジル−３，９−ジオキサイドである事を確認した。３１ＰＮＭＲ純度は９９％であった。また、本文記載の方法で測定した色相はＹＩ値＝２．６３、Ｌ値＝９４．２５、ａ値＝−０．２９、ｂ値＝１．３９であった。
【００４７】
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，３００ＭＨｚ）：δ７．２−７．４（ｍ，１０Ｈ），４．０−４．２（ｍ，４Ｈ），３．４−３．８（ｍ，４Ｈ），３．３（ｑｄ，４Ｈ），１．６（ｄｄｄ，６Ｈ）、３１Ｐ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，１２０ＭＨｚ）：δ２８．７（Ｓ）、融点：１９０−２１０℃、元素分析 計算値：Ｃ，５７．８０；Ｈ，６．０１、測定値：Ｃ，５７．８３；Ｈ，５．９６
【００４８】
調製例５
２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ビス（ジフェニルメチル）−３，９−ジオキサイド（ＦＲ−５）の調製
攪拌装置、攪拌翼、還流冷却管、温度計を備えた１０リットル三つ口フラスコに、ジフェニルメチルホスホン酸ジクロリドを２０５８．５ｇ（７．２２ｍｏｌ）とペンタエリスリトール４６８．１ｇ（３．４４ｍｏｌ）、ピリジン１１６９．４ｇ（１４．８ｍｏｌ）、クロロホルム８２００ｇを仕込み、窒素気流下、６０℃まで加熱し、６時間攪拌させた。反応終了後、クロロホルムを塩化メチレンで置換し、当該反応混合物にに蒸留水６Ｌを加え攪拌し、白色粉末を析出させた。これを吸引濾過により濾取し、得られた白色物をメタノールを用いて洗浄した後、１００℃、１．３３×１０２Ｐａで１０時間乾燥し、白色の固体１１５６．２ｇを得た。得られた固体は３１Ｐ−ＮＭＲ、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルおよび元素分析により２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ビス（ジフェニルメチル）−３，９−ジオキサイドである事を確認した。３１Ｐ−ＮＭＲ純度は９９％であった。また、本文記載の方法で測定した色相はＹＩ値＝５．０４、Ｌ値＝９１．９３、ａ値＝−０．２３、ｂ値＝２．５７であった。
【００４９】
１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，３００ＭＨｚ）：δ７．２０−７．６０（ｍ，２０Ｈ），５．２５（ｄ，２Ｈ），４．１５−４．５５（ｍ，８Ｈ）、３１Ｐ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，１２０ＭＨｚ）：δ２０．９、融点：２６５℃、元素分析 計算値：Ｃ，６６．４３；Ｈ，５．３９、測定値：Ｃ，６６．１４；Ｈ，５．４１
【００５０】
（イ）樹脂成分
▲１▼ＡＢＳ樹脂（日本エイアンドエル（株）製サンタックＵＴ−６１、以下ＡＢＳと称する）
▲２▼耐衝撃性ポリスチレン（エー・アンド・エムスチレン（株）製スタイロンＨ９１５２、以下ＰＳと称する）
▲３▼芳香族ポリエステル（帝人（株）製テイジンＰＢＴ ＴＲＢ−Ｈ、以下ＰＥｓｔと称する）
▲４▼ポリカーボネート（帝人化成（株）製パンライトＬ−１２２５ＷＰ、以下ＰＣと称する）
【００５１】
（ロ）リン化合物
▲１▼調製例１で合成した２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ジベンジル−３，９−ジオキサイド｛前記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が水素原子で、Ａｒ１およびＡｒ２がフェニル基であるリン系化合物（以下ＦＲ−１と称する）｝
▲２▼調製例２で合成した２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ジベンジル−３，９−ジオキサイド｛前記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が水素原子で、Ａｒ１およびＡｒ２がフェニル基であるリン系化合物（以下ＦＲ−２と称する）｝
▲３▼調製例３で合成した２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ジベンジル−３，９−ジオキサイド｛前記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が水素原子で、Ａｒ１およびＡｒ２がフェニル基であるリン系化合物（以下ＦＲ−３と称する）｝
▲４▼調製例４で合成した２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ジα−メチルベンジル−３，９−ジオキサイド｛前記一般式（１）において、Ｒ１およびＲ３が水素原子、Ｒ２およびＲ４がメチル基、Ａｒ１およびＡｒ２がフェニル基であるリン系化合物（以下ＦＲ−４と称する）｝
▲５▼調製例５で合成した２，４，８，１０−テトラオキサ−３，９−ジホスファスピロ［５，５］ウンデカン，３，９−ビス（ジフェニルメチル）−３，９−ジオキサイド｛前記一般式（１）において、Ｒ１およびＲ３が水素原子、Ｒ２およびＲ４がフェニル基、Ａｒ１およびＡｒ２がフェニル基であるリン系化合物（以下ＦＲ−５と称する）｝
【００５２】
［実施例１〜１６、比較例１〜４］
表１、表２記載の各成分を表１、表２記載の量（重量部）でタンブラーにて配合し、１５ｍｍφ二軸押出機（テクノベル製、ＫＺＷ１５）にてペレット化し、乾燥したペレットを射出成形機（（株）日本製鋼所製 Ｊ７５Ｓｉ）にて成形した成形板を用いて評価した。その結果を表１、表２に示す。
【００５３】
なお、難燃性（ＵＬ−９４評価）は、実施例１〜実施例８はＶ−２、実施例９〜実施例１６はＶ−０であり、難燃性に優れた樹脂組成物が得られた。
【００５４】
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
【発明の効果】
本発明の環状ホスホネート化合物は、特に樹脂に配合した際に、樹脂の色相に優れる難燃性樹脂組成物を得ることができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pentaerythritol diphosphonate compound having a specific structure. More specifically, the present invention relates to a novel pentaerythritol diphosphonate compound which can be used as an additive such as a flame retardant, a crystal nucleating agent, a plasticizer and the like, and particularly has an excellent effect as a flame retardant for resins.
[0002]
[Prior art]
Resins such as polycarbonate resin, polyphenylene oxide resin, polyester resin, ABS resin, styrene resin, epoxy resin, and polyamide resin make use of their excellent physical properties and are used in a wide range of fields such as mechanical parts, electric parts, and automobile parts. I have. On the other hand, since these resins are inherently flammable, they require flame safety, that is, high flame retardancy, in addition to general balance of chemical and physical properties, in order to be used for the above applications. Often done.
[0003]
As a method for imparting flame retardancy to a resin, it is common to add a halogen-based compound as a flame retardant and an antimony compound as a flame retardant auxiliary to the resin. However, this method has a problem that a large amount of corrosive gas is generated during molding or combustion. In recent years, in particular, there has been a concern about environmental impacts at the time of product disposal. Therefore, flame retardants and flame retardant formulations containing no halogen are strongly desired.
[0004]
As a method of making a thermoplastic resin flame-retardant without using a halogen-based flame retardant, it is widely known to add a metal hydrate such as aluminum hydroxide or magnesium hydroxide. However, in order to obtain sufficient flame retardancy, it is necessary to add a large amount of the above-mentioned metal hydrate, which has a disadvantage that the inherent properties of the resin are lost.
[0005]
In addition, aromatic phosphates of triaryl phosphate monomers and condensed phosphate oligomers have also been frequently used as flame retardants for imparting flame retardancy to thermoplastic resins. However, triaryl phosphate monomers represented by triphenyl phosphate significantly reduce the heat resistance of the resin composition and have high volatility, so that a large amount of gas is generated during extrusion or molding, There was a problem with handling. Further, this compound has a problem that when the resin is heated to a high temperature, at least a part thereof is volatilized or is lost from the resin by bleeding or the like. In addition, although the condensed phosphate ester oligomer has improved volatility, since most of it are liquid, a liquid injection device is required for kneading with a resin, and there is a problem in handleability during extrusion kneading. Was.
[0006]
On the other hand, various studies have been made on disubstituted pentaerythritol diphosphonates, mainly on flame retardants for resins. By blending this compound with the thermoplastic resin, the flame retardancy of the thermoplastic resin can be achieved. The thermoplastic resin composition in which the phosphonate compound is blended can be used in a resin without volatilization during kneading, or in the resin due to bleeding or the like, without deterioration in properties such as heat resistance and impact resistance due to the blending of the flame retardant. With features that will not be lost from
[0007]
Several methods for producing the above-mentioned disubstituted pentaerythritol diphosphonate have been disclosed. For example, JP-A-5-163288 discloses a production example in which diphenylpentaerythritol diphosphonate is obtained by reacting pentaerythritol with phenylphosphonic dichloride.
[0008]
U.S. Pat. No. 4,174,343 describes a production example in which a corresponding disubstituted pentaerythritol diphosphonate is obtained by reacting diethylpentaerythritol diphosphite with a halogenated derivative (for example, benzyl chloride).
[0009]
However, the pentaerythritol diphosphonate having a specific structure of the present invention has a problem that such a target product cannot always be recovered in a high yield by a conventional production method. Further, even in the above patent, the details of the production method are not described in detail, there is no description regarding the purity of the target substance, and various problems are inherent from the viewpoint of the industrial production method.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to suppress a change in the chromaticity of the resin, which is a major problem when mixed with the resin, in an industrially advantageous method with excellent productivity and to achieve a high degree of difficulty. An object of the present invention is to provide a pentaerythritol diphosphonate compound having a characteristic of high hue which can impart flammability.
[0011]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, pentaerythritol diphosphonate having such physical property values can impart a high flame retardancy to a resin and at the same time adversely affect various resin physical properties. The present inventors have found that they do not give, and have led to the present invention.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the present invention, there is provided a cyclic phosphonate compound represented by the following formula (1), wherein the compound has a YI value of 8 or less, an L value of 85 or more, an a value of 0.5 or less, and b A cyclic phosphonate compound having a value of 4.0 or less is provided, and more preferably a cyclic phosphonate compound having a purity of 94% or more is provided.
[0013]
Embedded image
(In the formula, Ar 1 and Ar 2 may be the same or different and are a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms. In addition, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are They may be the same or different, and each represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
As the above pentaerythritol diphosphonate compound, Ar 1 and Ar 2 in the general formula (2) are phenyl group, various xylyl groups, various toluyl groups, di-t-butylphenyl group, various cumenyl groups, biphenyl groups, naphthyl groups, and the like. R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are a hydrogen atom, methyl, ethyl, various propyl, various butyl, various pentyl, propenyl group, phenyl group, various toluyl groups, various xylyl groups, various cumenyl groups, Examples of the compound include a di-t-butylphenyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, and the like.
[0015]
Particularly preferably, Ar 1 and Ar 2 are a phenyl group, various xylyl groups and various toluyl groups, and R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are a hydrogen atom, methyl, ethyl, various propyl and various butyl. , Various pentyls, propenyl groups, phenyl groups and various toluyl groups, more preferably, Ar 1 and Ar 2 are phenyl groups, various xylyl groups, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms, These are methyl, ethyl and phenyl groups.
[0016]
Specific examples of such compounds include 3,9-bis (phenylmethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 9-bis ((2-methylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((3- Methylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((4-methylphenyl) methyl) -3 , 9-Dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2,4-dimethylphenyl) methyl) -3,9-dioxo- 2,4 , 10-Tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2,6-dimethylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa- 3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((3,5-dimethylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] Undecane, 3,9-bis ((2,4,6-trimethylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5. 5] Undecane,
[0017]
3,9-bis ((2-sec-butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((4-sec-butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2,4 -Di-sec-butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2,6- Di-sec-butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2,4,6 -Tri-sec-butylamine ) Methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane,
[0018]
3,9-bis ((2-tert-butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((4-tert-butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2,4 -Di-tert-butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2,6- Di-tert-butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2,4,6 -Tri-tert Butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane,
[0019]
3,9-bis ((4-biphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((1 -Naphthyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2-naphthyl) methyl) -3, 9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((1-anthryl) methyl) -3,9-dioxo-2,4 8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis ((2-anthryl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3, 9-diphosphaspiro [ .5] undecane, 3,9-bis ((9-anthryl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane,
[0020]
3,9-bis (1-phenylethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis (2-methyl- 2-phenylethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis (diphenylmethyl) -3,9-dioxo- 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis (triphenylmethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3 , 9-Diphosphaspiro [5.5] undecane
3-phenylmethyl-9-((2,6-dimethylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3-phenyl Methyl-9-((2,4-di-tert-butylphenyl) methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3- Phenylmethyl-9- (1-phenylethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3-phenylmethyl-9-diphenylmethyl- 3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3-((2,6-dimethylphenyl) methyl) -9- (1 Phenylethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3-((2,4-di-tert-butylphenyl) methyl)- 9- (1-phenylethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3-diphenylmethyl-9- (1-phenylethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3-diphenylmethyl-9-((2,6-dimethylphenyl) methyl) -3, 9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3-diphenylmethyl-9-((2,4-di-tert-butylphenyl ) Methyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5], and undecane.
[0022]
In particular, 3,9-bis (phenylmethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis (1-phenylethyl) ) -3,9-Dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-bis (diphenylmethyl) -3,9-dioxo-2,4, 8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9- (1-phenylethyl) -3,9-dioxo-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] Undecane is preferred.
[0023]
There are various methods for producing such a compound. For example, the corresponding 3,9-disubstituted-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane is converted to a halogenated derivative Can be obtained by performing a heat treatment at a temperature of 80 ° C. to 200 ° C. in the presence of These halogenated derivatives can be used as a solvent or as a so-called reaction activator.
[0024]
At this time, the reaction is preferably performed in an atmosphere of 100 ° C. or more and 195 ° C. or less, more preferably 120 ° C. or more and 180 ° C. or less.
[0025]
Generally, the reaction time varies depending on the concentration, the heating mode, and the method, but may be 1 hour to 6 hours.
[0026]
Higher temperatures change in a shorter time, but at the same time, side reactions occur due to the influence of temperature, and as a result, the yield may decrease. Therefore, operation at a temperature of 200 ° C. or higher is not preferable.
[0027]
However, from the viewpoint of smoothly proceeding the reaction and recovering the product, an aromatic solvent is preferably used.
[0028]
Such a solvent may be an aromatic hydrocarbon having 6 to 20 carbon atoms, and may be heated from 80 ° C. to 200 ° C. from the viewpoint of the efficiency of the reaction. Such a solvent often dissolves a part or all of the starting material, and furthermore, promoting the solubility of the reaction intermediate and greatly contributing to the improvement of the yield is also an important factor. Examples of such a solvent include toluene, xylene, butylbenzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, and tetralin, which may be selected according to the desired reaction temperature.
[0029]
It is an important requirement that the cyclic phosphonate compound of the present invention has a YI value of 8 or less, an L value of 85 or more, an a value of 0.5 or less, and a b value of 4.0 or less. Another important matter is that the purity is 94% or more. In order to obtain such a cyclic phosphonate compound, washing of the reactive product is suitably employed. As such a washing method, when the product is dissolved in an aromatic solvent, it is once concentrated to dryness, or when the reaction system is in a slurry state, it is collected as it is, and the solid is recovered. It is necessary to wash with an aliphatic alcohol compound represented by the general formula R-OH in order to improve the purity of the product. At this time, it is desirable that the washing temperature is 50 ° C. or more and 120 ° C. or less. Above this temperature, there is a possibility of a heating change, and at a temperature lower than this, the number of repetitions increases, which is not preferable.
[0030]
Examples of such a compound include methanol, ethanol, propanol, and butanol, but methanol is preferred from the viewpoints of economy and operability.
[0031]
Further, as another production method, a reaction between a corresponding substituted phosphonic acid dihalide and pentaerythritol can also be obtained without going through the above intermediate. However, with regard to the purification method, the purity can be improved by exactly the same treatment.
[0032]
Further, as another production method, once, via a cyclic phosphonate hydride, a strong base, for example, a metal alkoxide is reacted to form a cyclic phosphonate metal salt, which can be obtained by reacting with a corresponding halide derivative. It is possible.
[0033]
Further, as another method, triphenyl phosphite can be used as a raw material to react with pentaerythritol, and the reaction product can be transesterified with various desired alcohols. The phosphonate compound purified by such a method desirably has a product purity of 94% or more, and more preferably 96% or more, which may adversely affect addition to a resin described later or other products. It can be reduced, which is preferable.
[0034]
Further, the present cyclic phosphonate is observed to have improved hue stability, and as specific hue values, the YI value is 8 or less, the L value is 85 or more, the a value is 0.5 or less, and the b value is 4.0 or less.
[0035]
Generally, the hue of a powder material is defined by a YI value (yellow index) as a measure of yellowishness. When this value exceeds 8, it is apparently colored yellow in appearance, and in particular, there is a problem that it cannot be applied advantageously when a resin composition having a high whiteness is required in recent years. I do. Further, an L value is applied as a value indicating whiteness (brightness). In general, when this value is low, the powder has an appearance in which dust is mixed with one kind, and particularly when kneaded into the resin, it impairs the good appearance and color of the resin itself. Generally, these two indices generally quantify the hue, but if you look at them in more detail, for example, in a slightly reddish perception or pale situation, these two values are seemingly appropriate. Even with such a value, a problem often appears in practical use.
[0036]
From this viewpoint, the hue, which is a main parameter in the present invention, can be defined as a numerical value that stabilizes all four types, that is, does not adversely affect the resin. That is, the final product basically has a YI value of 8 or less, an L value of 85 or more, an a value of 0.5 or less, and a b value of 4.0 or less. When used as a flame retardant, it is important to suppress coloring of the resin, contribute to maintaining industrially useful physical properties such as hue stability, and to reduce problems from a practical standpoint in addition to the function of merely flame retardant. is there.
[0037]
As a further effect, reduction of coloring can significantly contribute to improvement in productivity of resin composition production, which reduces workability, such as metal cleaning at the time of molding, or requiring a large amount of cleaning resin. .
[0038]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to these Examples. The evaluation was performed by the following method.
(1) Hue of phosphorus compound The reflection of the hue of the phosphorus compound was measured using a spectroscopic colorimeter SE-2000 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.
(2) Color sample slab was injection molded from the pellets obtained by hue extrusion kneading of the molded article, and the hue was visually determined. The criteria were as follows.
Good hue: ○
Color samples on color swatches: ×
(3) Colorability of resin composition At the time of extrusion kneading of the resin composition, 0.5 parts by weight of RTC-30 manufactured by Tyoxide is added as a colorant to 100 parts by weight of the resin component, and the color of the obtained resin composition is obtained. A sample plate was injection molded. The hue of the obtained color sample plate was subjected to reflection measurement using a spectroscopic colorimeter SE-2000 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd., and the coloring property was determined by ΔE with a composition to which no phosphorus compound was added. went. The criteria were as follows.
ΔE less than 1.0: ○
ΔE of 1.0 or more: ×
(4) Flame retardancy (UL-94 rating)
The flame retardancy was evaluated using a test piece having a thickness of 1/16 inch (1.6 mm) according to the vertical combustion test defined in UL-94 of the US UL standard as an evaluation scale of flame retardancy. Was. Any test piece extinguished the fire within 10 seconds after removing the flame, and V-0, which had no dripping material or the dripping material did not ignite cotton, extinguished the fire within 30 seconds, and V-2 caused the drop to ignite the cotton, and those not exceeding the evaluation criteria were designated notV.
[0039]
Preparation Example 1
Preparation of 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-dibenzyl-3,9-dioxide (FR-1) A thermometer, a condenser and a dropping funnel were provided. In a reaction vessel, 816.9 g (6.0 mol) of pentaerythritol, 19.0 g (0.24 mol) of pyridine, and 2250.4 g (24.4 mol) of toluene were charged and stirred. 1651.8 g (12.0 mol) of phosphorus trichloride was added to the reaction vessel using the dropping funnel, and after completion of the addition, the mixture was heated and stirred at 60 ° C. After the reaction, the mixture was cooled to room temperature, 26.50 parts of methylene chloride was added to the obtained reaction product, and 889.4 g (12.0 mol) of tert-butanol and 150.2 g (1.77 methylene chloride) were added while cooling with ice. Mol) was added dropwise. The obtained crystals were washed with toluene and methylene chloride and filtered. The obtained filtered material was dried at 80 ° C. and 1.33 × 10 2 Pa for 12 hours to obtain 1341.1 g (5.88 mol) of a white solid. The obtained solid was determined to be 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-dihydro-3,9-dioxide by 31 P, 1 HNMR spectrum. confirmed.
[0040]
2,4,8,10-Tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-dihydro-3,9-dioxide obtained in a reaction vessel equipped with a thermometer, a condenser and a dropping funnel 1341.0 g (5.88 mol) and DMF 6544.2 g (89.39 mol) were charged and stirred. To the reaction vessel was added 648.7 g (12.01 mol) of sodium methoxide under ice-cooling. After stirring for 2 hours under ice cooling, the mixture was stirred at room temperature for 5 hours. After further evaporating DMF, 2613.7 g (35.76 mol) of DMF was added, and 2037.79 g (11.91 mol) of benzyl bromide was added dropwise to the reaction mixture under ice cooling. After stirring under ice cooling for 3 hours, DMF was distilled off, 8 L of water was added, and the precipitated solid was collected by filtration and washed twice with 2 L of water. The obtained crude product and 4 L of methanol were placed in a reaction vessel equipped with a condenser and a stirrer, and refluxed for about 2 hours. After cooling to room temperature, the crystals were separated by filtration, washed with 2 L of methanol, and the obtained filtered material was dried at 120 ° C. and 1.33 × 10 2 Pa for 19 hours, and 1863.5 g of white scaly crystals ( 4.56 mol). The obtained crystals were analyzed by 31 P, 1 HNMR spectrum and elemental analysis for 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-dibenzyl-3,9-dioxide. I confirmed something. The yield was 76% and the 31 PNMR purity was 99%. The hue measured by the method described in the text was YI value = 3.10, L value = 95.57, a value = −0.27, b value = 1.65.
[0041]
1 H-NMR (DMSO-d 6 , 300 MHz): δ 7.2-7.4 (m, 10H), 4.1-4.5 (m, 8H), 3.5 (d, 4H), 31 P -NMR (DMSO-d 6, 120MHz ): δ23.1 (S), melting point: 255-256 ° C., elemental analysis: calculated: C, 55.89; H, 5.43 , measurement values: C, 56.24 H, 5.35
[0042]
Preparation Example 2
Preparation of 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-dibenzyl-3,9-dioxide (FR-2) Reaction having stirrer, thermometer and condenser In a container, 22,55 g (0.055 mol) of 3,9-dibenzyloxy-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 19.01 g (0.11 mol) of benzyl bromide ) And 33.54 g (0.32 mol) of xylene, and dried nitrogen was allowed to flow while stirring at room temperature. Next, heating was started in an oil bath, and the mixture was heated and stirred at a reflux temperature (about 130 ° C.) for 4 hours. After the heating was completed, the mixture was allowed to cool to room temperature, 20 mL of xylene was added, and the mixture was further stirred for 30 minutes. The precipitated crystals were separated by filtration and washed twice with 20 mL of xylene. The obtained crude product and 40 mL of methanol were placed in a reaction vessel equipped with a condenser and a stirrer, and refluxed for about 2 hours. After cooling to room temperature, the crystals were separated by filtration, washed with 20 mL of methanol, and the obtained filtered material was dried at 120 ° C. and 1.33 × 10 2 Pa for 19 hours to obtain white flaky crystals. The product was identified as bisbenzylpentaerythritol diphosphonate by mass spectrometry, 1 H, 31 P nuclear magnetic resonance spectroscopy and elemental analysis. The yield was 20.60 g, the yield was 91%, and the 31 PNMR purity was 99%. The hue measured by the method described in the text was YI value = 2.24, L value = 94.39, a value = −0.16, and b value = 1.14.
[0043]
1 H-NMR (DMSO-d 6 , 300 MHz): δ 7.2-7.4 (m, 10H), 4.1-4.5 (m, 8H), 3.5 (d, 4H), 31 P -NMR (DMSO-d 6, 120MHz ): δ23.1 (S), melting point: 257 ° C.
[0044]
Preparation Example 3
Preparation of 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-dibenzyl-3,9-dioxide (FR-3) Reaction with stirrer, thermometer and condenser In a container, 22,55 g (0.055 mol) of 3,9-dibenzyloxy-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 19.01 g (0.11 mol) of benzyl bromide ) And 33.54 g (0.32 mol) of xylene, and dried nitrogen was allowed to flow while stirring at room temperature. Next, heating was started in an oil bath, and the mixture was heated and stirred at a reflux temperature (about 130 ° C.) for 4 hours. After the heating was completed, the mixture was allowed to cool to room temperature, 20 mL of xylene was added, and the mixture was further stirred for 30 minutes. The precipitated crystals were separated by filtration, and dried under reduced pressure at 100 ° C. and 1.33 × 10 Pa. The obtained white solid is 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-dibenzyl-3,9-dioxide by 31 P, 1 HNMR spectrum. It was confirmed. The hue measured by the method described in the text was YI value = 9.08, L value = 90.14, a value = 0.90, and b value = 4.10.
[0045]
Preparation Example 4
Preparation of 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-diα-methylbenzyl-3,9-dioxide (FR-4) Thermometer, condenser, A reaction vessel equipped with a dropping funnel was charged with 816.9 g (6.0 mol) of pentaerythritol, 19.0 g (0.24 mol) of pyridine, and 2250.4 g (24.4 mol) of toluene and stirred. 1651.8 g (12.0 mol) of phosphorus trichloride was added to the reaction vessel using the dropping funnel, and after completion of the addition, the mixture was heated and stirred at 60 ° C. After the reaction, the mixture was cooled to room temperature, 26.50 parts of methylene chloride was added to the obtained reaction product, and 889.4 g (12.0 mol) of tert-butanol and 150.2 g (1.77 methylene chloride) were added while cooling with ice. Mol) was added dropwise. The obtained crystals were washed with toluene and methylene chloride and filtered. The obtained filtered material was dried at 80 ° C. and 1.33 × 10 2 Pa for 12 hours to obtain 1341.1 g (5.88 mol) of a white solid. The obtained solid was determined to be 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-dihydro-3,9-dioxide by 31 P, 1 HNMR spectrum. confirmed.
[0046]
2,4,8,10-Tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5.5] undecane, 3,9-dihydro-3,9-dioxide obtained in a reaction vessel equipped with a thermometer, a condenser and a dropping funnel 1341.0 g (5.88 mol) and DMF 6544.2 g (89.39 mol) were charged and stirred. To the reaction vessel was added 648.7 g (12.01 mol) of sodium methoxide under ice-cooling. After stirring for 2 hours under ice cooling, the mixture was stirred at room temperature for 5 hours. After further distilling off DMF, 2613.7 g (35.76 mol) of DMF was added, and to the reaction mixture, 2204.06 g (11.91 mol) of α-methylbenzyl bromide was added dropwise with ice cooling. After stirring under ice cooling for 3 hours, DMF was distilled off, 8 L of water was added, and the precipitated solid was collected by filtration and washed twice with 2 L of water. The obtained crude product and 4 L of methanol were placed in a reaction vessel equipped with a condenser and a stirrer, and refluxed for about 2 hours. After cooling to room temperature, the crystals were separated by filtration, washed with 2 L of methanol, and the obtained filtered material was dried at 120 ° C. and 1.33 × 10 2 Pa for 19 hours, and 2984.8 g of white scaly crystals ( (6.84 mol). The obtained solid was analyzed by 31 PNMR, 1 HNMR spectrum and elemental analysis for 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-diα-methylbenzyl-3,9. -Confirmed to be a dioxide. The 31 P NMR purity was 99%. The hue measured by the method described in the text was YI value = 2.63, L value = 94.25, a value = −0.29, and b value = 1.39.
[0047]
1 H-NMR (CDCl 3 , 300 MHz): δ 7.2-7.4 (m, 10H), 4.0-4.2 (m, 4H), 3.4-3.8 (m, 4H), 3.3 (qd, 4H), 1.6 (ddd, 6H), 31 P-NMR (CDCl 3, 120MHz): δ28.7 (S), melting point: 190-210 ° C., elemental analysis calculated values: C, H, 6.01, Found: C, 57.83; H, 5.96.
[0048]
Preparation Example 5
Preparation of 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-bis (diphenylmethyl) -3,9-dioxide (FR-5) 2058.5 g (7.22 mol) of diphenylmethylphosphonic acid dichloride, 468.1 g (3.44 mol) of pentaerythritol, 1169.4 g of pyridine (14. 8 mol) and 8200 g of chloroform, and heated to 60 ° C. under a nitrogen stream and stirred for 6 hours. After completion of the reaction, chloroform was replaced with methylene chloride, 6 L of distilled water was added to the reaction mixture, and the mixture was stirred to precipitate a white powder. This was collected by suction filtration, and the obtained white matter was washed with methanol and then dried at 100 ° C. and 1.33 × 10 2 Pa for 10 hours to obtain 1156.2 g of a white solid. The obtained solid was analyzed by 31 P-NMR, 1 H-NMR spectrum and elemental analysis for 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-bis (diphenylmethyl). It was confirmed to be -3,9-dioxide. The 31 P-NMR purity was 99%. The hue measured by the method described in the text was YI value = 5.04, L value = 91.93, a value = −0.23, and b value = 2.57.
[0049]
1 H-NMR (DMSO-d6, 300 MHz): δ 7.20-7.60 (m, 20H), 5.25 (d, 2H), 4.15-4.55 (m, 8H), 31 P- NMR (DMSO-d6, 120 MHz): δ 20.9, melting point: 265 ° C, elemental analysis Calculated: C, 66.43; H, 5.39; Found: C, 66.14; H, 5.41
[0050]
(B) Resin component (1) ABS resin (Santak UT-61 manufactured by A & L Japan, hereinafter referred to as ABS)
(2) Impact-resistant polystyrene (Stylon H9152 manufactured by A & M Styrene Co., Ltd .; hereinafter, referred to as PS)
(3) Aromatic polyester (Teijin PBT TRB-H manufactured by Teijin Limited, hereinafter referred to as PEst)
(4) Polycarbonate (Panlite L-1225WP manufactured by Teijin Chemicals Limited, hereinafter referred to as PC)
[0051]
(B) Phosphorus compound (1) 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-dibenzyl-3,9-dioxide synthesized in Preparation Example 1 In the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms, and Ar 1 and Ar 2 are phenyl groups (hereinafter referred to as FR-1).
{Circle around (2)} 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-dibenzyl-3,9-dioxide synthesized in Preparation Example 2 ｛General formula (1) Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms and Ar 1 and Ar 2 are phenyl groups (hereinafter referred to as FR-2).
{Circle around (3)} 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-dibenzyl-3,9-dioxide synthesized in Preparation Example 3 The above-mentioned general formula (1) Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms and Ar 1 and Ar 2 are phenyl groups (hereinafter referred to as FR-3).
{Circle around (4)} 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-diα-methylbenzyl-3,9-dioxide synthesized in Preparation Example 4 In the formula (1), phosphorus compounds in which R 1 and R 3 are hydrogen atoms, R 2 and R 4 are methyl groups, and Ar 1 and Ar 2 are phenyl groups (hereinafter referred to as FR-4).
(5) 2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro [5,5] undecane, 3,9-bis (diphenylmethyl) -3,9-dioxide synthesized in Preparation Example 5 In the formula (1), a phosphorus compound in which R 1 and R 3 are hydrogen atoms, R 2 and R 4 are phenyl groups, and Ar 1 and Ar 2 are phenyl groups (hereinafter referred to as FR-5).
[0052]
[Examples 1 to 16, Comparative Examples 1 to 4]
The components shown in Tables 1 and 2 were blended in a tumbler in the amounts (parts by weight) shown in Tables 1 and 2, and pelletized by a 15 mmφ twin screw extruder (manufactured by Technovel, KZW15), and dried pellets were injected. Evaluation was performed using a molded plate molded by a molding machine (J75Si manufactured by Japan Steel Works, Ltd.). The results are shown in Tables 1 and 2.
[0053]
The flame retardancy (UL-94 evaluation) was V-2 in Examples 1 to 8 and V-0 in Examples 9 to 16, and a resin composition having excellent flame retardancy was obtained. Was done.
[0054]
[Table 1]
[0055]
[Table 2]
[0056]
【The invention's effect】
Particularly when the cyclic phosphonate compound of the present invention is blended with a resin, a flame-retardant resin composition excellent in the hue of the resin can be obtained.