CN112384492B - 聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种新型化合物,其可成为轻松地溶解于液状环氧树脂,且能供给耐热性、耐化学性优异的固化物的环氧树脂用的固化剂。作为解决方法,提供上述式(1)所示的聚酰氧甲基‑4,4’‑酰氧基联苯化合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物。
背景技术
环氧树脂因在成型性、电特性、耐湿性、耐热性、机械特性、与嵌入成型品的粘接性等多种特性方面取得平衡,从而在电、涂料、粘接剂等各种产业领域中广泛应用。环氧树脂可使用各种种类的固化剂,根据该固化剂的选择,固化物性会大幅改变,从而根据各用途的目的而分开使用。
作为一般的环氧树脂用固化剂,已知有酚类固化剂、酰胺类固化剂、咪唑类固化剂、活性酯类固化剂等,其中,酚类固化剂除种类丰富以外,还有低成本等优点,从而得到广泛利用。通常,酚类固化剂因酚性羟基的氢键而多呈现固体性状,若为高结晶性的物质则相对于环氧树脂组合物难以相溶,存在使环氧树脂组合物的流动性降低的问题。作为其解决方法之一,使用防止或阻碍基于酚类固化剂的羟基的氢键的方法。例如,使用以甲硅烷基对酚性羟基进行部分或完全保护的酚衍生物(参考专利文献1),或在酚性羟基的邻位上导入取代基的方法等(参考专利文献2)。尤其,当在酚性羟基的邻位上导入烯丙基时,通过该烯丙基酚性羟基的氢键被阻碍,于常温下容易呈液状。然而,就该酚类固化剂而言,由于烯丙基妨碍与环氧基的反应,因此存在固化速度慢且耐热性等也不充分的问题。
专利文献1:日本特开2006-096838号公报
专利文献2:日本特开2010-241877号公报
发明内容
本发明是以上述情况为背景的发明,其目的在于提供一种新型化合物,其可成为轻松地溶解于液状环氧树脂,且能供给耐热性、耐化学性优异的固化物的环氧树脂用的固化剂。
本发明者为了解决上述课题进行深入研究,结果发现于4,4’-酰氧基联苯骨架上取代有多个酰氧甲基的新型化合物,从而完成了本发明。
本发明如下所示。
1.一种聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物,其特征在于,由下述式(1)所示,
[化学式1]
式中,R1、R2、R3、R4各自独立地表示碳原子数1~8的烷基,R5、R6各自独立地表示碳原子数1~8的烷基或-CH2OCOR7,其中R7表示碳原子数1~8的烷基,n、m各自独立地表示0、1、2、3的任一种。
本发明的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物与以往的环氧树脂用联苯酚骨架的固化剂相比熔点低,从而可在环氧树脂固化反应温度即约140℃左右与其他成分混合。因此,不需要用于使固化剂溶解的溶剂,或者即使在使用溶剂时,由于溶剂中的溶解性高从而发挥可大幅降低溶剂使用量的效果。
进一步,本发明的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物为具有多官能团的化合物,从而大幅有助于环氧树脂膜的耐热性、耐化学性的提高,非常有用。
此外,本发明的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物作为酚类化合物的原料也有用。
具体实施方式
以下对本发明进行详细说明。
本发明的化合物为下述式(1)所示的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物。
[化学式2]
(式中,R1、R2、R3、R4各自独立地表示碳原子数1~8的烷基,R5、R6各自独立地表示碳原子数1~8的烷基或-CH2OCOR7(R7表示碳原子数1~8的烷基),n、m各自独立地表示0、1、2、3的任一种。)
在式(1)中,R1~R6或R7为碳原子数1~8的烷基时,包含直链状或支链状的烷基。烷基优选为直链状或支链状的碳原子数1~5的烷基,具体而言,可列举甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基等。其中,优选为甲基、乙基、正丙基的任一种。此外,对于烷基而言,可在不损害本申请的效果的范围内键合取代基,作为这样的取代基,例如可列举苯基、烷氧基等。
R5、R6为酰氧甲基(-CH2OCOR7)时,其取代位置优选为酰氧基的邻位。
此外,在式(1)中,n、m优选各自独立地为1、2、3,n、m尤其优选为1。
作为式(1)所示的化合物,例如优选下述化学式所示的4,4’-二乙酰氧基-3,3’,5,5’-四(乙酰氧基甲基)联苯。
[化学式3]
作为其他优选的化合物,可列举下述化学式所示的4,4’-二乙酰氧基-3,3’-二(乙酰氧基甲基)-5,5’-二甲基联苯。
本发明的式(1)所示的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物,其制造方法并无特别限制,可通过公知的方法来制造。
例如,可通过2个工序的反应来制造,即相对于4,4’-二羟基联苯等联苯酚类,使二甲胺等仲胺化合物与***(甲醛水溶液)反应导入二取代氨甲基(工序1),并使其与乙酸酐等酸酐反应(工序2)。
在此,作为用于获得本发明化合物的原料,作为上述联苯酚类,例如可列举4,4’-二羟基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二羟基联苯、2,2’,3,3’,5,5’-六甲基-4,4’-二羟基联苯等。此外,作为上述仲胺,例如可列举二甲胺、二乙胺、吗啉等,其中,从反应性或操作性方面来看可优选使用二甲胺。作为上述酸酐,例如可列举乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、三甲基乙酸酐等。
作为上述制造方法的一个示例,可列举如下述反应式所示,将4,4’-二羟基联苯作为原料,使用二甲胺、乙酸酐获得本发明的式(1)所示的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物的制造方法。
[化学式4]
(关于工序1)
工序1中的仲胺化合物和***(甲醛水溶液)的使用量,相对于原料即联苯酚类1摩尔,仲胺化合物为6~8摩尔倍,优选为6.4~7摩尔倍,甲醛为6~8摩尔倍,优选为6.5~7摩尔倍。相对于原料即联苯酚类1摩尔,若仲胺化合物和甲醛均少于6摩尔倍,则反应难以进行,若多于8摩尔倍,则未反应的物质大量残留,后处理变得繁杂。
工序1的反应温度优选为60~85℃,更优选为70~80℃。若反应温度低于60℃,则原料或生成物发生析出等从而反应变慢,若高于85℃则需要对应仲胺化合物的臭气的对策,从而不优选。此外,反应压力可为常压、加压、减压的任一种,优选常压下的反应。
以提高反应速度为目的,根据需要可使用催化剂,使用催化剂时,相对于仲胺化合物1摩尔优选使用1摩尔倍左右的催化剂。作为工序1的催化剂,优选乙酸。
工序1优选在溶剂中进行。作为所使用的溶剂,可选自二乙基醚、二丙基醚、1,2-二甲氧基乙烷、二乙二醇二甲基醚、四氢呋喃、1,4-二噁烷、二异丁基醚、二苯基醚等醚类溶剂、或甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、2-甲基-2-丙醇、环己醇、乙二醇、乙二醇单甲基醚、二乙二醇等醇类溶剂、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、均三甲苯等芳香烃类溶剂、丙酮、2-丁酮、3-戊酮、环己酮、甲基异丁基酮等酮类溶剂、乙酸、丙酸等羧酸类溶剂等,也可将它们混合使用。可将乙酸作为反应溶剂兼催化剂使用。
反应结束后,在反应结束混合物中加入与水分离的甲苯等溶剂和水,搅拌、静置后去除水层。此时,根据需要可进行中和,此外,也可进一步进行数次在得到的有机层中加入水,搅拌、静置后去除水层的水洗操作。通过迪安-斯塔克装置等从得到的有机层中去除水,得到含有目的物的溶液,可将其用于接下来的工序2。
(关于工序2)
工序2中的酸酐的使用量相对于工序1的原料即联苯酚类1摩尔,为7.5~12摩尔倍,优选8~9摩尔倍。若酸酐的使用量少于7.5摩尔倍则有反应变慢,副产物增加的倾向,若多于12摩尔倍则未反应的物质大量残留,后处理变得繁杂。
工序2的反应温度优选为100~130℃,更优选为115~125℃。若反应温度低于100℃,则原料或生成物发生析出等从而反应变慢,若高于130℃则目的物会因热而分解,从而不优选。此外,反应压力可为常压、加压、减压的任一种,优选常压下的反应。
以提高反应速度为目的,根据需要可使用催化剂,使用催化剂时,相对于工序1的原料即联苯酚类1摩尔优选使用0.1摩尔倍左右的催化剂。作为工序2的催化剂,优选乙酸钠。
工序2优选在溶剂中进行。优选将用于工序1的反应后处理的甲苯等与水分离的芳香烃类溶剂直接用于反应溶剂。
以下针对上述制造方法的工序2的后处理方法进行说明。
反应终点可用液相色谱或气相色谱分析来确认。优选以无法确认目的物即聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物的增加的时间点作为反应的终点。
反应结束后,通过减压蒸馏等馏出未反应的酸酐后,向残渣中添加与水分离的有机溶剂和水,搅拌后静置并去除水层。可根据需要进一步进行数次在得到的油层中加入水并搅拌后,静置并去除水层的水洗操作。通过蒸馏从得到的有机溶剂层中去除溶剂后,向蒸馏残渣中添加溶剂并加温使其溶解,冷却后过滤析出的结晶,通过干燥可得到作为高纯度或粗制结晶的目的物。
上述所得的目的物可进一步使用溶剂进行再结晶来精制。作为此时使用的有机溶剂,可列举甲苯、二甲苯、均三甲苯等芳香烃类、丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮等酮类及乙酸乙酯、乙酸丁酯等酯类、甲醇、乙醇、丁醇等醇类、四氢呋喃、二氧杂环戊烷(Dioxolane)等醚类、己烷、庚烷、环己烷等饱和脂肪烃类,这些可单独使用,也可使用2种以上的混合物。
代替上述晶析操作,反应结束后可在减压下对反应溶剂等进行浓缩,通过柱色谱法等对残渣进行精制来获得高纯度品。
通过上述制造方法等得到的本发明的式(1)所示的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物与以往的环氧树脂用固化剂相比熔点低,从而在环氧固化反应温度下与其他成分的混和性优异,可优选作为环氧树脂用固化剂使用。
此外,本发明的式(1)所示的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物因其为具有多官能团的化学结构,作为环氧树脂用固化剂使用时,可有助于环氧树脂膜的耐热性或耐化学性的提高,从而有用。
实施例
以下通过实施例来更具体地说明本发明,但本发明并不限定于这些实施例。
另外,实施例中反应终点的确认和纯度测定通过以下方法进行测定。
[分析方法]
1.纯度测定
装置:株式会社岛津制作所制LAB Solutions(液相色谱仪)
输液泵:LC-20AT
柱温箱:CTO-20A
检测器:SPD-20A
管柱:Shim-pack CLC-ODS内径6mm,长度150mm
温箱温度:50℃
流量:1.0ml/min
流动相:(A)0.2vol%乙酸水溶液、(B)甲醇
梯度条件:(B)体积%(从分析开始的时间)
50%(0min)→100%(30min)→100%(45min)
样本注入量:20μl
检测波长:280nm
2.熔点
称量结晶体3.418mg至铝盘中,使用差示扫描量热测定装置(株式会社岛津制作所制:DSC-60),以氧化铝为对照,根据下述操作条件进行测定。
(操作条件)
升温速度:10℃/min
测定温度范围:30~400℃
测定气氛:开放,氮50mL/min
3.NMR分析
装置:BRUKER公司制AscendTM 400
<实施例1>
4,4’-二乙酰氧基-3,3’,5,5’-四(乙酰氧基甲基)联苯的制造
向具备温度计、搅拌机、滴液漏斗、冷却器的3升的四口烧瓶中加入4,4’-二羟基联苯285g(1.53mol)、异丙醇285g、35%***(甲醛水溶液)880.4g(10.3mol),一边保持在内温30℃以下,一边滴加50%二甲胺水溶液883.5g(9.8mol)。然后一边将内温保持在80~85℃,一边搅拌2小时(工序1)。
接着,向所得的反应结束液中加入甲苯和水,搅拌后实施分离水层的操作,然后通过使用迪安-斯塔克装置的减压回流而从有机层中将水馏出。一边将内温保持在78~82℃,一边用时2小时向所得的底液(纯度99.0%:高效液相色谱分析,面积%)中添加乙酸酐1535.1g(15.3mol)。之后升温至120℃并搅拌2小时(工序2)。
然后,通过对所得的反应结束液进行减压蒸馏,馏出未反应的乙酸酐等后,添加甲苯和水,搅拌后实施分离水层的操作,然后通过减压蒸馏,馏出甲苯。之后,在内温为40~50℃的范围内添加甲醇178.5g,通过过滤析出的结晶得到4,4’-二乙酰氧基-3,3’,5,5’-四(乙酰氧基甲基)联苯598.2g。
纯度:98.9%(高效液相色谱分析面积%)
收率:70%(相对于原料4,4’-二羟基联苯)
熔点:116.2℃(差示扫描量热测定法)
质子核磁共振光谱(400MHz,溶剂CDCl3,标准TMS):2.1ppm(s,6H),2.4ppm(s,12H),5.1ppm(s,8H),7.6ppm(s,4H)。
碳13核磁共振光谱(400MHz,溶剂CDCl3,标准TMS):20.4ppm,20.7ppm,61.2ppm,129.4ppm,129.7ppm,138.2ppm,147.4ppm,169.1ppm,170.4ppm。
实施例1中得到的4,4’-二乙酰氧基-3,3’,5,5’-四(乙酰氧基甲基)联苯的熔点如上述所述为116.2℃。与此相对,作为环氧树脂用固化剂使用的4,4’-二(乙酰氧基)联苯的熔点为163℃。
即,明确了本发明的式(1)所示的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物的特征在于因其具有多个酰氧甲基的化学结构而熔点大幅降低。
接着,针对本发明的式(1)所示的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物的溶剂溶解性进行研究。
<溶剂溶解性确认试验>
针对实施例1中获得的4,4’-二乙酰氧基-3,3’,5,5’-四(乙酰氧基甲基)联苯(以下称“本发明化合物A”。)和4,4’-二(乙酰氧基)联苯(以下称“对比化合物a”。)在40℃和60℃下于环己酮100g中的溶解量(以下称“溶解度(g)”。)进行测定。结果总结示于下述表1。
[表1]
根据表1的结果可知,本发明的式(1)所示的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物因其具有多个酰氧甲基的化学结构,相对于溶剂的溶解性大幅提高。
本发明的式(1)所示的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物与以往的环氧树脂用联苯酚骨架的固化剂相比熔点低,从而可在环氧树脂固化反应温度即约140℃左右与其他成分混合,因此,不需要用于使固化剂溶解的溶剂。此外,相对于溶剂的溶解性也高,从而即使在使用溶剂时,也可大幅降低溶剂使用量,非常有用。
Claims (3)
1.一种聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物,其特征在于,由下述式(1)所示,
[化学式1]
式中,R1、R2、R3、R4各自独立地表示选自甲基、乙基、正丙基中的基团,R5、R6各自独立地表示-CH 2OCOR7,其中R7表示选自甲基、乙基、正丙基中的基团,n、m表示1。
2.根据权利要求1所述的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物,其特征在于,所述R5、R6的取代位置为酰氧基的邻位。
3.根据权利要求1所述的聚酰氧甲基-4,4’-酰氧基联苯化合物,其特征在于,所述式(1)所示的化合物为4,4’-二乙酰氧基-3,3’,5,5’-四(乙酰氧基甲基)联苯。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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