説明

ポリスルフィド橋かけを含む有機リン化合物

【課題】本発明の目的は、ポリマーマトリックスと無機または金属充填剤との間のカップリング剤として使用され、特にシリカ以外の無機充填剤の場合に改良された性質を示す化合物を提供することである。
【解決手段】本発明は、ポリスルフィド橋かけを含む有機リン化合物、それらの調製方法、および無機または金属充填剤とエラストマーとの間のカップリング剤としてのそれらの使用に関する。その化合物は、式(I)の(RO)2−tP(O)−O−(CH)−S−(CH)−O−P(O)(OR)2−tに相当し、ここでRは、水素、アルキル、アリール、トリアルキルシリル、トリアルキルアミノまたはアルカリ金属を表し;Rはアルキルまたはアリールを表し;xは0または1であり;yは1〜22,好ましくは2〜4の整数であり;z≧3であり;tは0または1である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリスルフィド橋かけを含む有機リン化合物、それらの調製方法、および無機充填剤または金属充填剤とエラストマーとの間のカップリング剤としてのそれらの使用に関する。
【背景技術】
【0002】
無機粒子によってポリマーマトリックスを強化することを目的としたプロセスにおいて、カップリング剤を使用することは公知である。特に式(RO)Si(CH)(CH)Si(OR)に相当するシランを挙げることができるが、ここで、R=EtもしくはMe、n=2もしくは3、m=2もしくは4(独国特許第2141159号明細書)、または、R=Et、n=2もしくは3、m=2もしくは4(独国特許第3311340号明細書)、またはR=Et、n=3、m=4(独国特許第10015308号明細書)である。機械的性質の改良は、ポリマーマトリックスと無機充填剤との間の接着性が向上することによってもたらされる。シランタイプのこれらカップリング剤は、その無機粒子がシリカまたはクレイである場合には、特に有効である。しかしながら、無機充填剤がたとえば、酸化チタンまたは炭酸カルシウムを含む場合には、マトリックスの機械的性質の改良が小さく、また金属表面への接着が乏しい。
【0003】
さらに、オルガノシランタイプの化合物に代えて、ホスフェート、ホスホネートまたはホスフィネートのタイプの化合物を使用すると、ホスフェート化合物を無機材料、たとえば金属酸化物または金属表面に良好に接着させることが可能となることは知られている。たとえば、G.グエレロ(Guerrero)ら[ジャーナル・オブ・マテリアルズ・ケミストリー(J.Mater.Chem.)、2001年、第11巻、第12号、p.3161〜3165]は、フェニルホスホン酸またはそのエチルもしくはトリメチルシリルエステルをアルミナにグラフトさせることを報告している。G.グエレロ(Guerrero)ら[ケミストリー・オブ・マテリアルズ(Chem.Mater.)、2001年、第13巻、p.4367〜4373]は、フェニルホスホン酸またはフェニルホスフィン酸またはそれらのエチルもしくはトリメチルシリルエステルをTiOにグラフトさせることを報告している。鋼、アルミニウム、銅または真鍮からできている金属表面の上にホスホン酸の単分子層を形成させることを、J.G.アルステン(Alsten)[ラングミュア(Langmuir)、1999年、第15巻、p.7605〜7614]が報告している。T.ナカツカ(Nakatsuka)[ポリマー・プレプリント,アメリカン・ケミカル・ソサイエティ、ディビジョン・オブ・ポリマー・ケミストリー(Polym.Prep.,Am.Chem.Soc.,DIV.Polym.Chem)、1983年、第24巻、第1号、p.202〜203]は、各種のホスフェート、特に(HO)P(O)−OC17をCaCOにグラフトさせることを報告している。シリカを含むエラストマー組成物の中でメルカプトアルキル−ホスホネートのタイプの添加物を使用することについては、米国特許第4 386 185号明細書に記載があり;その添加物は、ホスホネート(RO)P(O)−(CR’)SHで、ここでRはアルキル、シクロアルキルまたはアリールアルキルであり、R’はHまたはアルキルであり、nは1〜8である。触媒として使用するリン化合物の調製については、欧州特許第1 157 994号明細書に記載があり;その化合物は式(MO)P(O)(OX)(R)[−(O)−(Z−A)]で表され、ここで、Mは1価のカチオン、m+n+p+x=3、R=炭化水素、X=炭化水素またはトリアルキルシラン、そしてAは、たとえばチオールまたはSO基に由来する硫黄を含んでいてもよい。
【0004】
カップリング剤としてモノアルコキシチタネートのタイプの化合物を使用すると、その流動性を損なうことなく、熱可塑性材料に添加できる無機充填剤の量を増やすことが可能であることが知られている(S.モンテ(Monte)ら、プロシーディングズ・オブ・アニュアル・カンファレンス、リインフォースド・プラスチックス/コンポジット・インスティチュート、ソサイエティ・オブ・プラスチック・インダストリー(Proc.,Annu.Conf.,Reinf.Plast./Compos.Inst.,Soc.Plast.Ind.)、1976年、第31巻、p.6−E)。
【0005】
さらに、2,2’−(ジチオビス)エタンホスホン酸四ナトリウムのタイプの化合物の医薬品としての使用(国際公開第98/14426号パンフレット)、および、(HO)P(O)−(CH)−(CH)−P(O)(OH)タイプのジチオエーテルのタイプの、カルボプラチンの毒性効果の抑制への使用(国際公開第98/11898号パンフレット)が知られている。さらには、エチルホスホネートタイプの末端基を含むジスルフィドの、燃料の潤滑のための添加物としての使用も知られている(英国特許第1 189 304号明細書)。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、ポリマーマトリックスと無機または金属充填剤との間のカップリング剤として使用され、特にシリカ以外の無機充填剤の場合に改良された性質を示す化合物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の対象は次式に相当する化合物であり:
(RO)2−tP(O)-O-(CH)-S-(CH)-O-P(O)(OR)2−t (I)
ここで:
・Rは、水素、アルキル、アリール、トリアルキルシリル、トリアルキルアミノまたはアルカリ金属を表し;
・Rはアルキルまたはアリールを表し;
・xは0または1であり;
・yは1〜22,好ましくは2〜4の整数であり;
・z≧3であり;
・tは0または1である。
【発明の効果】
【0008】
本発明の有機リン化合物は、充填剤を使用してエラストマーの性質を改良するような技術分野において、無機充填剤とエラストマーとの間のカップリング剤として使用することができる。Rがトリアルキルシリルであるような化合物は加水分解を受けやすいが、それにも関わらず、それらをカップリング剤として使用することができる。無機充填剤の内でも、特に酸化物、水酸化物および炭酸塩、たとえばシリカ、アルミナ、酸化チタン、シリコアルミン酸塩およびクレイなどを挙げることができる。金属材料、たとえば鋼、銅およびアルミニウムもまた挙げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明の化合物においては、Rがアルキル基の場合、1〜6個の炭素原子を有するアルキルラジカルから選択されるのが好ましい。Rがアリール基の場合には、フェニル、ベンジルおよびトリルから選択されるのが好ましい。トリアルキルシリル基はR’Si基であるのが好ましく、ここでR’置換基は1〜3個の炭素原子を有する、同一または異なったアルキル基を表す。トリアルキルアミノ基はR”N基であるのが好ましく、ここでR”置換基は1〜5個の炭素原子を有する、同一または異なったアルキル基を表す。Rがアルカリ金属の場合は、特にNaおよびKが好ましい。
【0010】
置換基は、1〜18個の炭素原子を有するアルキルラジカルであるか、またはフェニル、ベンジルおよびトリルから選択されたアリールラジカルであるのが好ましい。
【0011】
本発明の化合物類の中から、x=0の化合物を選択することができるが、それはすなわち、
ホスホネート(RO)P(O)-(CH)-S-(CH)-P(O)(OR) (II) および
ホスフィネート(RO)RP(O)-(CH)-S-(CH)-P(O)(OR)R(IV)
である。
【0012】
さらに、x=1である化合物も挙げることができるが、それはすなわち、
ホスフェートの(RO)P(O)-O-(CH)-S-(CH)-O-P(O)(OR) (III)、
および (RO)RP(O)-O-(CH)-S-(CH)-O-P(O)(OR)R (V)
である。
【0013】
それらの化合物の中でも、硫黄原子zの平均数が3〜5である化合物が特に好ましく、zが平均して4に等しい化合物であればより好ましい。
【0014】
本発明による化合物は、硫黄およびリンの化学における通常の反応を用いた方法により調製することができる。いくつかの具体的なケースについて以下で示す。
【0015】
式(II)に相当するホスホネート化合物で、z=4でRがアルキルRaであるものは、たとえば、次の方法によって調製することができる:
・第1の工程において、トリアルキルホスファイトP(ORa) (IV)をジブロモアルカンBr−(CH)−Br (VII)と140℃のオーダーの温度で反応させて、Br−(CH)−P(O)(ORa) (VIII)が得られ、
・第2の工程において、そのホスホネートBr−(CH)−P(O)(ORa) (VIII)をメタノールの環流条件下でNaと反応させる。平均の組成が次式に相当する生成物が得られるが、
(RaO)P(O)-(CH)-S-(CH)-P(O)(ORa) (IIa)
ここでRaはアルキルである。
【0016】
式(IV)においてRがRaでありz=4であるものに相当する、ホスフィネート(IVa)も同様の方法によって得ることができるが、第1の工程における反応剤P(ORa) (IV)に代えて、反応剤P(ORa) (IX)を使用する。
【0017】
式(II)においてz=4で、RがトリアルキルシリルR’Siであるものに相当するホスホネートは、化合物(IIa)を、トリアルキルシリルブロミドR’SiBrと次式の反応スキームに従って反応させることによって得ることができる:
(RaO)P(O)-(CH)-S-(CH)-P(O)(ORa) + 4R’Si →
(R’SiO)P(O)-(CH)-S-(CH)-P(O)(OSiR’) (IIb)
【0018】
式(II)においてz=4でRがHであるものに相当する化合物、
(HO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OH) (IIc)
は、対応する化合物(IIa)を加水分解させるか、または対応する化合物(IIb)を加水分解またはアルコール分解させることによって得ることができる。化合物(IIb)の加水分解は穏やかな方法であるので、特に好ましい。
【0019】
式(III)においてRがHであるものに相当するホスフェート(IIIa)は、以下の方法により得ることができる:
・第1の工程において、P(O)Clを化合物HO(CH)Clと化学量論的な割合で反応させて、化合物Cl(CH)OP(O)Clが得られ;
・第2の工程において、その化合物Cl(CH)OP(O)Clを加水分解させて、化合物Cl(CH)OPOが得られ;
・第3の工程において、Cl(CH)OPOを、メタノールの環流条件下でNaと反応させ、次いでイオン交換を行わせて、化合物(HO)P(O)−O−(CH)−S−(CH)−O−P(O)(OH)が得られる。
【0020】
この方法に相当する反応スキームは以下の通りである:
【0021】
【化1】

【0022】
説明のために以下に挙げる実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明がそれらに限定される訳ではない。
【実施例】
【0023】
実施例1
(EtO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OEt)の調製
第1の工程において、ジエチル3−ブロモプロピルホスホネート、(EtO)P(O)−(CH)−Brを以下の方法により調製した。1当量のトリエチルホスファイト、P(OEt)と、1.5当量の1,3−ジブロモプロパンとを、窒素雰囲気下で反応器に仕込んだ。その反応器の温度を140℃とし、撹拌しながらこの温度に15時間保った。蒸留すると、化合物(EtO)P(O)−(CH)−Brが、仕込みのトリエチルホスファイトを基準にして、60%の収率で得られた。
【0024】
次いで、1.71gのNaと20mLの脱水メタノールとを、窒素雰囲気下で反応器に仕込んだ。反応器を加熱してメタノールを環流させ、20mLの脱水メタノールに溶解させた5g(2当量)の(EtO)P(O)−(CH)−Brを、滴下により添加した。環流を半時間続けてから、反応器を室温にまで冷却した。NaBr沈降物を分離してから、真空中で蒸発させ、濾過を行い、30mLの脱水トルエンを添加した。濾過をし、真空下で蒸発させると、3.7gの黄色の油状物が得られた。(EtO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OEt)が収率76%で生成していることが、プロトンNMRおよび元素分析から確認できた。
【0025】
実施例2
(MeSiO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OSiMe)の調製
20mLのジクロロメタンに溶解させた5gの(EtO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OEt)(実施例1の方法により得られたもの)を、窒素雰囲気下で反応器に仕込んだ。8gのMeSiBrを添加し、その反応混合物を室温で10時間撹拌した。真空下で蒸発させると、6.6gの黄色の油状物が得られた。プロトンNMRおよび元素分析から、(MeSiO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OSiMe)が生成していることが、確認された。
【0026】
実施例3
(HO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OH)の調製
実施例2の方法により得られた化合物(MeSiO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OSiMe)の5gを反応器に仕込み、30mLのメタノールを添加した。40℃で6時間撹拌してから、真空下で蒸発させると、2.9gの黄色の固形物が得られた。プロトンNMRおよび元素分析から、(HO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OH)が生成していることが、確認された。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
次式に相当する化合物であって、
(RO)2−tP(O)-O-(CH)-S-(CH)-O-P(O)(OR)2−t (I)
ここで:
・Rが、水素、アルキル、アリール、トリアルキルシリル、トリアルキルアミノまたはアルカリ金属を表し;
・Rがアルキルまたはアリールを表し;
・xが0または1であり;
・yが1〜22の整数であり;
・z≧3であり;
・tが0または1である、化合物。
【請求項2】
Rが、1〜6個の炭素原子を有するアルキルラジカルであることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
【請求項3】
Rがトリアルキルシリル基R’Si−(ここで、R’置換基は1〜3個の炭素原子を有する同一または異なるアルキル基を表す)であることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
【請求項4】
Rがトリアルキルアミノ基R”N−(ここで、R”置換基は1〜5個の炭素原子を有する同一または異なるアルキル基を表す)であることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
【請求項5】
RがNaおよびKから選択されるアルカリ金属であることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
【請求項6】
x=0であることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
【請求項7】
式(RO)P(O)-(CH)-S-(CH)-P(O)(OR) (II)
に相当することを特徴とする、請求項6に記載の化合物。
【請求項8】
式(RO)RP(O)-(CH)-S-(CH)-P(O)(OR)R (IV)
に相当することを特徴とする、請求項6に記載の化合物。
【請求項9】
x=1であることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
【請求項10】
式(RO)P(O)-O-(CH)-S-(CH)-O-P(O)(OR) (III)
に相当することを特徴とする、請求項9に記載の化合物。
【請求項11】
式(RO)RP(O)-O-(CH)-S-(CH)-O-P(O)(OR)R (V)
に相当することを特徴とする、請求項9に記載の化合物。
【請求項12】
zが平均して4に等しいことを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
【請求項13】
が、1〜18個の炭素原子を有するアルキルラジカルであるか、またはフェニル、ベンジルまたはトリルラジカルから選択されるアリールラジカルであることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
【請求項14】
yが2〜4の整数であることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
【請求項15】
請求項1に記載の化合物をカップリング剤として含むことを特徴とする、エラストマー性マトリックスと無機充填剤とを含む複合材料。
【請求項16】
前記無機充填剤が、酸化物、水酸化物、炭酸塩またはシリコアルミン酸塩であることを特徴とする、請求項15に記載の材料。
【請求項17】
前記無機充填剤が、鋼、アルミニウムおよび銅から選択される金属材料であることを特徴とする、請求項15に記載の材料。
【請求項18】
R基のそれぞれがアルキルRaであり、z=4である、請求項7に記載の化合物を調製するための方法であって、
・第1の工程において、トリアルコキシホスホネートP(ORa) (VI)をジブロモアルカンBr−(CH)−Br (VII)と140℃のオーダーの温度で反応させて、Br−(CH)−P(O)(ORa) (VIII)が得られ、
・第2の工程において、前記ホスホネートBr−(CH)−P(O)(ORa) (VIII)をメタノールの環流条件下でNaと反応させて、化合物(RaO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(ORa) (IIa)が得られることを特徴とする方法。
【請求項19】
R基のそれぞれがトリアルキルシリルR’Si−である、請求項7に記載の化合物を調製するための方法であって、それが、化合物(RaO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(ORa) (IIa)をモル比1/4でトリアルキルシリルブロミドR’SiBrと反応させて、化合物(IIb)の(R’SiO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OSiR’)を得ることを特徴とする方法。
【請求項20】
RがHである、請求項7に記載の化合物を調製するための方法であって、それが、化合物(Ra)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(ORa)(ここでRaはアルキル)を加水分解させるか、または化合物(R’SiO)P(O)−(CH)−S−(CH)−P(O)(OSiR’)を加水分解もしくはアルコール分解させることを特徴とする方法。
【請求項21】
RがHである、請求項10に記載の化合物を調製するための方法であって、
・第1の工程において、P(O)ClをHO(CH)Clと化学量論的な割合で反応させて、化合物Cl(CH)OP(O)Clが得られ;
・第2の工程において、前記化合物Cl(CH)OP(O)Clを加水分解させて、化合物Cl(CH)OPOが得られ;
・第3の工程において、Cl(CH)OPOをメタノールの環流条件下でNaと反応させ、次いでイオン交換を行わせて、化合物(HO)P(O)−O−(CH)−S−(CH)−O−P(O)(OH)が得られることを特徴とする方法。

【公表番号】特表2006−502138(P2006−502138A)
【公表日】平成18年1月19日(2006.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−528563(P2004−528563)
【出願日】平成15年7月7日(2003.7.7)
【国際出願番号】PCT/FR2003/002104
【国際公開番号】WO2004/016630
【国際公開日】平成16年2月26日(2004.2.26)
【出願人】(503434139)ソントル ナショナル ド ラ ルシェルシュ ションティフィーク (20)
【出願人】(504441521)ユニベルシテ モンペリエ 2 ショーンス エ テクニーク ドゥ ラーグドック (1)
【Fターム(参考)】