Brevet FR2763952A1 — publié le 19981204

La présente invention concerne un retardateur d'inflammation, un procédé de préparation de celui-ci et des compositions de résine le contenant, en particulier, un diphosphate de bis[2,4-bis(l,ldiméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] aryle ayant la formule l suivante, nouveau composé organique utilisé pour conférer des propriétés de retard d'inflammation et de résistance à la chaleur à des résines à base de matières plastiques, un procédé de préparation de celui-ci et des compositions de résine le contenant, à titre de retardateur d'inflammation. Formule 1 (b) Description de l'état de l'art Depuis peu, il s'est généralement avéré nécessaire de réduire l'inflammabilité des matières plastiques, du caoutchouc, du papier; et autres matières. En particulier, divers polymères présentant de nombreuses excellentes propriétés sont largement utilisés dans le domaine des appareils électriques et électroniques, des automobiles, des avions et des bateaux, de sorte que ces polymères doivent actuellement avoir des propriétés de retard d'inflammation. En général, les composés organophosphoreux sont connus pour être de bons retardateurs d'inflammation mais ils présentent les inconvénients d'une volatilité relativement élevée et d'une faible résistance à la chaleur. En particulier, les nouvelles matières plastiques haute performance telles que les matières plastiques d'ingéniérie et de super-ingéniérie sont traitées à des températures avoisinant les 300"C ou plus et les retardateurs d'inflammation doivent donc avoir une résistance à la chaleur élevée. Des organophosphates aromatiques ont été décrits dans le document USP NO 4 134 876 comme étant des retardateurs d'inflammation ayant une résistance à la chaleur élevée et une faible volatilité. Mais ces composés sont colorés et une résine comprenant le composé ne convient pas comme matériau de base d'un produit final en raison de la couleur des composés. Un composé ayant la formule 7 suivante a été décrit dans le document USP N" 5 122 558 et la publication EP N" 509 506, et un composé ayant la formule 8 suivante a été décrit dans la publication JP N" 96-208972. Les résines polymères ont tendance à être dégradées par la chaleur suivant l'utilisation des produits finals et, malgré leur bonne propriété de retard d'inflammation, ces composés ne conviennent pas à des appareils électroménagers générant beaucoup de chaleur en raison de leur résistance insatisfaisante à la chaleur. Formule 7 Formul e 8 Dans la formule 8 ci-dessus, Y est un groupe arylène et R1, R2, R3 et R4 sont un groupe alkyle, substitué ou non substitué. Un procédé de préparation d'un phosphate olinombre, de type diphosphate aromatique qui utilise l'oxychlorure phosphoreux et un phénol dihydroxylique (formule 4) ou un phénol monohydroxylique (formule 9), à titre de réactifs, est décrit dans le document USP NO 2 520 090 et EP NO 613 902. Mais le procédé décrit dans le document USP NO 2 520 090 pose des problèmes dans la mesure où l'oxychlorure phosphoreux résiduaire doit être éliminé après la réaction et où des sous-produits tels que divers oligomères sont générés. Et le procédé décrit dans le document EP N" 613 902 pose un problème dans la mesure où les intermédiaires produits par la réaction doivent être purifiés après la réaction entre l'oxychlorure et le phénol monohydroxylique afin de supprimer la formation de sous-produits de type oligomères. Formule 4 A titre d'exemples de la formule 4, il y a le résorcinol et l'hydroquinone. Formule 9 Dans la formule 9 ci-dessus, R1 est un ;r Stomo d'hydrogène ou un groupe alkyle ayant un nombre d'atomes de carbone de 1 à 8 et R2 est un groupe alkyle ayant un nombre d'atomes de carbone de 1 à 8. Un procédé de préparation de poudres de diphosphates aromatiques a été décrit dans les documents USP NO 5 420 327 et JP N" 2 552 780. Les diphosphates aromatiques ont une pureté de 90 gO ou plus avec le procédé de mise en réaction d'un oxychlorure phosphoreux et d'un phénol monohydroxylique, suivie par la mise en réaction d'un phénol dihydroxylique. Il a été décrit que ces composés étaient supérieurs aux retardateurs d'inflammation à base de phosphate non halogéné antérieurs, tels que le phosphate triphényle phosphate (TPP) et le diphosphate de résorcinol (RDP) du point de vue du retard d'inflammation et de la résistance à la chaleur. Mais les composés n'ont pas une résistance à la chaleur satisfaisante pour être utilisés dans des appareils électroménagers générant beaucoup de chaleur. Pour résoudre les problèmes décrits ci-dessus, un objet de la présente invention est de fournir un diphosphate aromatique, retardateur d'inflammation manifestant une excellente résistance à la chaleur, en introduisant un groupe butyle tertiaire. La présente invention fournit un procédé pour préparer le composé intermédiaire avec une pureté de 90 % ou plus, qui fait qu'il n'est pas nécessaire d'éliminer l'oxychlorure phosphoreux pendant la réaction et réduit la formation de sous-produits de type oligomères en introduisant un encombrement stérique sur les phénols monohydroxyliques. La présente invention fournit également des compositions de résine contenant le composé, à titre de retardateur d'inflammation. Un aspect de la présente invention fournit un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)phényl- 2,6-diméthylphényl] aryle ayant la formule 1 suivante. Formule 1 Le diphosphate de bis [2, 4-bis (1, l-diméthylét hyl) phényl-2, 6-diméthylphényl] aryle est, de préférence, un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)phényl- 2,6-diméthylphényl] résorcinol ayant la formule 2 suivante ou un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l- diméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] hydroquinone ayant la formule 3 suivante. Formule 2 Formule 3 Et la présente invention prévoit également l'utilisation des diphosphates de bis[2,4-bis(l,ldiméthyléthyl) phényl-2, 6-diméthylphényl] aryle à titre de retardateurs d'inflammation. Un autre aspect de la présente invention fournit un procédé de préparation d'un diphosphate de bis[2,4bis (1, l-diméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] aryle comprenant les étapes suivantes : (a) formation d'un dichlorophosphate intermédiaire par mise en réaction d'un oxychlorure phosphoreux avec un composé de formule 5 en présence d'un catalyseur, (b) formation d'un chlorophosphate intermédiaire par mise en réaction du dichlorophosphate intermédiaire avec un composé de formule 6 en présence du catalyseur, et (c) formation du diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)-2,6diméthylphényl] aryle par mise en réaction du chlorophosphate intermédiaire avec un composé de formule 4. Formule 4 Formule 5 Formule 6 Le composé de formule 4 est, de préférence, un résorcinol ou une hydroquinone. Une réaction dans le procédé est illustrée par la formule réactionnelle 1 suivante. Formule réactionnelle 1 OH o PoCI+Oje- t votp-c, o-p1-c Cl aspe de Lexis o o. > 8 8 aspe de Lewns Le catalyseur d'acide de Lewis est, de préférence, MgCl2 ou AlCl3. La présente invention confère la résistance à la chaleur au retardateur d'inflammation en introduisant le composé ayant le groupe butyle tertiaire. Dans l'étape de formation du dichlorophosphate intermédiaire par mise en réaction de l'oxychlorure phosphoreux avec le composé de formule 5 en présence du catalyseur, un dichlorophosphate intermédiaire de pureté élevée peut être obtenu.en introduisant comme substituant le groupe butyle tertiaire procurant l'encombrement stérique en la position adjacente au groupe hydroxyle du phénol monohydroxylique, c'est-à-dire à la position 2 (ou 6) du phénol monohydroxylique. Dans le cas où le phénol monohydroxylique aurait été substitué par le groupe butyle tertiaire à la position 2 (ou 6), il peut encore être substitué à la position 3, 4, 5 ou 6 (ou 2). Mais la substitution du groupe butyle tertiaire à la position 2 (ou 6) pousse le groupe hydroxyle du phénol monohydroxylique à avoir une faible réactivité, de sorte qu'sil est préférable de substituer un autre groupe butyle tertiaire à la position 4, compte tenu de la réactivité et d'un coût de production. Le troisième aspect de la présente invention fournit des compositions de résine comprenant une résine polymère et un diphosphate de bis[2,4-bis(l,ldiméthyléthyl)-2,6-diméthylphényl] aryle ayant la formule 1 ci-dessus, en une quantité de 0,1 à 50 % en poids du poids de la résine polymère. Dans les compositions de résine, le diphosphate de bis[2,4bis(l,l-diméthyléthyl)-2,6-diméthylphényl] aryle est, de préférence, un diphosphate de bis[2,4-bis(l,ldiméthyléthyl)-2,6-diméthylphényl] résorcinol ou un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)-2,6- diméthylphényl] hydroquinone. La résine polymère est, de préférence, choisie dans le groupe formé par le polychlorure de vinyle, le polyéthylène, le polypropylène, la résine ABS, le polystyrène, le polyméthacrylate de méthyle, le polyamide, le polycarbonate, le polyuréthanne, la résine phénol, la résine mélamine, le polyester insaturé et leurs mélanges. De manière préférée entre toutes, la résine polymère comprend de 90 à 10 % en poids de polycarbonate et de 10 à 90 % en poids d'ABS. La teneur du composé organique aromatique de formule 1 est contrôlée convenablement suivant l'utilisation d'une résine, et la teneur normale du composé est de 0,1 à 50 % en poids du poids de la résine. Le retardateur d'inflammation peut être ajouté à la résine polymère par un procédé de mélange classique. Si nécessaire, divers additifs tels que des antioxydants et des agents de remplissage peuvent être ajoutés. La Figure 1 est un spectre d'absorption infrarouge du diphosphate de bis[2,4-bis(l,l diméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] résorcinol obtenu dans l'exemple 1 de la présente invention. La Figure 2 est un spectre d'absorption infrarouge du diphosphate de bis[2,4-bis(l,ldiméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] hydroquinone obtenu dans l'exemple 2 de la présente invention. La présente invention est expliquée plus en détail en référence aux exemples qui suivent qui ne limitent pas la présente invention. EXEMPLE 1 Préparation de diphosphate de bis[2,4-bis(l,ldiméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] résorcinol 268,2 g de 2,4-bis(1,l-diméthyléthyl) phénol, 2,0 g de chlorure de magnésium et 100 g de xylène ont été ajoutés dans un ballon préalablement séché, équipé d'un thermomètre, d'un condenseur de refroidissement, et d'un agitateur, puis chauffés. Quand la température des réactifs a atteint 150 C, 199,3 g d'oxychlorure phosphoreux ont été ajoutés en l'espace d'une heure. Le chlorure d'hydrogène a été capturé avec de l'eau. On a laissé la réaction se poursuivre à 135"C après l'addition de l'oxychlorure phosphoreux. Une fois que la génération de HCl gazeux s'est arrêtée, la température a été portée jusqu'à 18000. Après une maturation de 4 heures, un dichlorophosphate de [2,4bis(l,l-diméthyléthyl)phényle] intermédiaire a été obtenu. Le dichlorophosphate de [?,4-bis(l,l- diméthyléthyl)phényle] intermédiaire a été refroidi jusqu'à 70"C. 158,9 g de xylénol et 2,0 g de chlorure de magnésium ont été ajoutés, puis la température a été lentement portée jusqu'à 15000. Une fois que la génération de HCl gazeux s'est arrêtée, la température a été portée jusqu'à 180 C. Après une maturation de 4 heures, un chlorophosphate de [2,4-bis(l,l- diméthyléthyl) phényl-2, 6-diméthylphényle] intermédiaire a été obtenu. Le chlorophosphate de [2,4-bis(l,l- diméthyléthyl) phényl-2, 6-diméthylphényle] intermédiaire a été refroidi jusqu'à 70"C. 71,6 g de résorcinol et 3,0 g de chlorure de magnésium ont été ajoutés, puis la température a été portée jusqu'à 15000. Une fois que la génération de HCl gazeux s'est arrêtée, la température a été portée jusqu'à 180 C, et on a laissé mûrir la réaction pendant 4 heures. Une fois la réaction terminée, un produit a été lavé avec 400 g d'une solution de chlorhydrate à 5 % afin d'éliminer le catalyseur et les impuretés, et ensuite il a été lavé avec de l'eau. Le produit a été séché dans une condition de décompression et 534 g d'un produit final dont le point de fusion est de 45"C ont été obtenus. La structure d'un composé, produit final, a été identifiée par le spectre d'absorption infrarouge (IR) et le spectre de résonance magnétique nucléaire (RMN). Le spectre IR a été réalisé sous forme d'une plaquette mixte avec du bromure de potassium à l'aide d'un BRUKER II-S 66 à infrarouges de type à transformée de Fourier (FT-IR). Comme illustré sur la Figure 1, le composé a présenté des bandes d'absorption de valence 0=0 à 1496 cm-l et 1084 cm-l, celles du groupe phényle, des bandes d'absorption de déformation CH3 à 1363 cm-l et 1399 cm-l, celles du CH3 dans le groupe butyle tertiaire, une bande d'absorption de valence P=O à 1308 cm-l, et une bande d'absorption de valence P-O-Ar à 1130 cm-l. Le spectre 1H-RMN a été réalisé avec un solvant, CDCl3 et avec la référence interne de 7,24 CDCl3, à l'aide d'un BRUKER DRX 400. Il en a résulté que les 6 étaient de 1,28(18H, s), 1,34(18H, s), 7,01(9H, m), 7,15(3H, m), 7,36(2H, dd) et 7,43(2H,d) Par conséquent, le composé a été identifié comme ayant la structure illustrée dans la formule 2. Préparation d'une composition de résine 10 % en poids de diphosphate de bis[2,4-bis(l,ldiméthyléthyl) phényl-2, 6-diméthylphényl] résorcinol ont été ajoutés à une résine de 100 % en poids comprenant 90 % en poids de polycarbonate et 10 % en poids d'ABS et mélangés au moyen d'un mélangeur. Le mélange a été extrudé au moyen d'une extrudeuse à deux vis et la matière extrudée a été refroidie et découpée pour être obtenue sous forme de pastille. Une pièce d'essai a été préparée par moulage par injection. Le retard d'inflammation, la décoloration, la température de déformation thermique, la résistance au choc Izod et la résistance à la traction ont été mesurés sur la pièce d'essai et les résultats de la mesure ont été indiqués dans le Tableau 1. EXEMPLE 2 Préparation de diphosphate de bis[2,4-bis(l,l- diméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] hydroquinone Dans l'exemple 1, essentiellement le même procédé a été utilisé, à part que le résorcinol a été remplacé par l'hydroquinone. 530 g d'un diphosphate de bis[2,4bis(l,l-diméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] hydroquinone ayant un point de fusion de 49"C ont été obtenus. A la suite du spectre IR, la composé a présenté des bandes d'absorption de valence C=C à 1496 cm-l et 1085 cm-l, celles du groupe phényle, une bande d'absorption de déformation CH3 à 1363 cm-l et 1399 cm-l, celles du CH3 dans le groupe butyle tertiaire, une bande d'absorption de valence P=O à 1307 cm-l, et une bande d'absorption de valence P-O-Ar à 1158 cm-l, comme illustré sur la Figure 2. A la suite du spectre 1H-RMN, les 6 étaient de 1,29(18H, s), 1,34(18H, s), 7,01(9H, m), 7,14(3H, m), 7,37(2H, dd) et 7,44(2H,d). Par conséquent, le composé a été identifié comme ayant la structure illustrée dans la formule 3. Préparation d'une composition de résine Dans l'exemple 1, essentiellement le même procédé a été utilisé, à part que le diphosphate de [2,4bis(l,l-diméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] résorcinol a été remplacé par le diphosphate de [2,4bis(l,l-diméthyléthyl) phényl-2,6-diméthylphényl] hydroquinone. Le résultat est indiqué dans le Tableau 1. EXEMPLE COMPARATIF 1 Lors de la préparation de la composition de résine de l'exemple 1, essentiellement le même procédé a été utilisé, à part que le diphosphate de bis[2,4-bis(l,ldiméthyléthyl) phényl-2, 6-diméthylphényl] résorcinol a été remplacé par du triphénylphosphate (Junsei, réactif de qualité IR). Le résultat est indiqué dans le Tableau 1. EXEMPLE COMPARATIF 2 Lors de la préparation de la composition de résine de l'exemple 2, essentiellement le même procédé a été utilisé, à part que le diphosphate de bis[2,4-bis(l,l- diméthyléthyl) phényl-2,6-diméthylphényl] hydroquinone a été remplacé par du diphosphate de tétrakis(2,6diméthylphényl) résorcinol. Le résultat est indiqué dans le Tableau 1. Procédés d'essai 1. Retard à l'inflammation Le retard à l'inflammation des pièces d'essai a été évalué par "l'essai d'inflammabilité des matières plastiques destinées à des pièces de machines" selon un procédé d'essai de UL (Underwrites Laboratories Incorporation) -94. La pièce d'essai avait une épaisseur de 1,6 mm. 2. Décoloration La décoloration des pièces d'essai a été évaluée par un examen à l'oeil nu. 3. Température de ramollissement de Vicat La température de ramollissement de Vicat des pièces d'essai a été mesurée sous une charge de 1 kgf conformément à ASTM D-1525. 4. Résistance au choc Izod La résistance au choc Izod a été mesurée conformément à ASTM D-256. 5. Résistance à la traction La résistance à la traction a été mesurée conformément à ASTM D-638. Tableau 1 Exemple Exemple 1 Exemple Exemple 1 2 comparatif comparatif 1 2 Retard à l'inflammation Vo V0 V2 V1 Décoloration Non Non Décoloré légèrement décoloré décoloré décoloré Température de ramollissement de Vicat (OC) 128 131 106 118 Résistance au choc Izod (kg.cm/cm) 61 60 50 51 Résistance à la traction 610 620 550 590 Comme indiqué dans le Tableau 1, les compositions de résine utilisant du diphosphate de bis[2,4-bis(l,l- diméthyléthyl) phényl-2, 6-diméthylphényl] résorcinol ou du diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)phényl- 2,6-diméthylphényl] hydroquinone préparés par le procédé décrit dans la présente invention, à titre de retardateur d'inflammation, sont moins décolorées et ont une température de ramollissement de Vicat, une résistance au choc et une résistance à la traction supérieures à celles de la composition - de résine utilisant du triphosphate de phényle ou du diphosphate de tétrakis [2, 6-diméthylphényl] résorcinol. Par conséquent, les diphosphates aromatiques décrits dans la présente invention ont une excellente résistance à la chaleur ainsi qu'un retard d'inflammation suffisant pour pouvoir être utilisés comme retardateurs d'inflammation de résines à base de matières plastiques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl) phényl-2,6-diméthylphényl] aryle ayant la formule 1 suivante Formule 1 2. Composé selon la revendication 1, dans lequel ledit diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)2,6-diméthylphényl] aryle est un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)-2,6-diméthylphényl] résorcinol ayant la formule 2 suivante Formule 2 3. Composé selon la revendication 1, dans lequel ledit diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)- 2,6-diméthylphényl] aryle est un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)-2,6-diméthylphényl] hydroquinone ayant la formule 3 suivante Formule 3 4. Utilisation du diphosphate de bis[2,4-bis(l,l- diméthyléthyl)phényl-2,6-diméthylphényl] aryle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, à titre de retardateur d'inflammation. 5. Procédé de préparation d'un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)-2,6-diméthylphényl] aryle comprenant les étapes suivantes (a) formation d'un dichlorophosphate intermédiaire par mise en réaction d'un oxychlorure phosphoreux avec un composé de formule 5 en présence d'un catalyseur, (b) formation d'un chlorophosphate intermédiaire par mise en réaction dudit dichlorophosphate intermédidire avec un composé de formule 6 en présence d'un catalyseur, et (c) formation du diphosphate de bis[2,4-bis(l,1- diméthyléthyl)-2,6-diméthylphényl] aryle par mise en réaction dudit chlorophosphate intermédiaire avec un composé de formule 4. Formule 4 Formule 5 Formule 6 6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé de formule 4 est un résorcinol. 7. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé de formule 4 est une hydroquinone. 8. Composition de résine comprenant une résine polymère de 100 parties en poids ; et un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)-2,6- diméthylphényl] aryle ayant la formule 1 ci-dessus en une quantité de 0,1 à 50 parties en poids du poids de la résine polymère. 9. Composition de résine selon la revendication 8, dans laquelle le diphosphate de bis[2,4-bis(1,l- diméthyléthyl)-2,6-diméthylphényl] aryle est un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)-2,6- diméthylphényl] résorcinol. 10. Composition de résine selon la revendication 8, dans laquelle le diphosphate de bis[2,4-bis(1,1- diméthyléthyl) -2, 6-diméthylphényl] aryle est un diphosphate de bis[2,4-bis(l,l-diméthyléthyl)-2,6- diméthylphényl] hydroquinone. 11. Composition de résine selon la revendication 8, dans laquelle ladite résine polymère est choisie dans le groupe formé par le polychlorure de vinyle, le polyéthylène, le polypropylène, la résine ABS, le polystyrène, le polyamide, le polyméthacrylate de méthyle, le polycarbonate, le polyuréthanne, la résine phénol, la résine mélamine, le polyester insaturé et leurs mélanges. 12. Composition de résine selon la revendication 8, dans laquelle ladite résine polymère comprend de 90 à 10 % en poids de polycarbonate et de 10 à 90 % en poids de résine ABS.