JP2018044131A - ジグリシジル化合物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高耐熱性の一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造方法を提供すること。【解決手段】６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸と、低エポキシ当量の一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を所定量反応させることによって、高エポキシ当量かつ高耐熱性のジグリシジル化合物が得られる。【選択図】なし

Description

本発明は、ジグリシジル化合物の製造方法に関する。

ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルに代表されるジグリシジル化合物は、エポキシ樹脂の原料として用いられており、また、様々な樹脂の劣化防止や耐加水分解性向上のための添加剤としての用途が提案されている。

例えば、特許文献１には、芳香族ポリエステル樹脂に特定のジグリシジル化合物を配合することにより、熱劣化特性および耐加水分解性に優れた難燃性芳香族ポリエステル樹脂組成物が提案されている。

このようなジグリシジル化合物を含むジグリシジル化合物の製造方法としては、触媒として四級アンモニウム塩および／または塩基性化合物の存在下、オキシナフトエ酸とエピハロヒドリンを反応せしめる方法が提案されている（特許文献２）。

しかしながら、このような方法で得られたジグリシジル化合物は、耐熱性が低いため、溶融混合等に際して高温状態に曝された場合に熱分解する等の問題点があった。

特開平１−２０１３５７号公報 特開昭６２−４５５８２号公報

本発明の目的は、高耐熱性の一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造方法を提供することにある。

（式中、ｎは０または１〜１０の整数を示す）

本発明者らは高耐熱性の一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造方法について鋭意検討した結果、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸と、低エポキシ当量の一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を所定量反応させることによって、高エポキシ当量かつ高耐熱性のジグリシジル化合物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち本発明は、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対して、エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を２００〜８００重量部反応させる工程を含む、エポキシ当量が３２０〜２０００である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造方法を提供する。

（式中、ｎは０または１〜１０の整数を示す）

本発明によれば、一般式（Ｉ）で表される、高エポキシ当量かつ高耐熱性のジグリシジル化合物を得ることができる。

本発明で使用される６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸は、市販のものを用いてもよく、また当業者に知られた方法で製造したものを用いてもよい。

本発明で使用されるエポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物は、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対して２００〜８００重量部の量で反応させる。エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物が６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対して２００重量部未満である場合、反応物が固化し、撹拌不良を引き起こす。６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対して８００重量部超である場合、得られるジグリシジル化合物のエポキシ当量が低下し、耐熱性が低下する。

本発明では、例えば６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対してエポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を３００重量部反応させることは、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対しエポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物が３００重量部となるような量で存在させて反応させることを意味する。

本発明において、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸と、エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を反応させることで、一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物における高分子化合物の割合が増加し、エポキシ当量が３２０〜２０００のジグリシジル化合物が得られる。また、本発明の製造方法で得られるジグリシジル化合物は高耐熱性を示し、示差熱分析による２０％重量減少時の温度が３５０℃以上であるものが好ましく、３７０℃以上であるものがより好ましい。

エポキシ当量とは、ＪＩＳ Ｋ７２３６に準拠した方法により測定したエポキシ基１個あたりの分子量のことをいう。

本発明において、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸と、エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を反応させる反応温度は、１５０〜２５０℃が好ましく、１７０〜２３０℃がより好ましい。反応温度が１５０℃未満である場合、反応が十分に進行しない傾向があり、２５０℃を超える場合、副反応が進行し、副生物が生成する傾向がある。

本発明の製造方法において、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物との反応は、不活性ガス気流下またはバブリング下で行うのが好ましい。このような条件下で反応させることによって、酸素による反応阻害や触媒失活を回避し、反応を円滑に進行させることが可能となる。

不活性ガスとしては、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物との反応を阻害しないガスであればよく、具体的には、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンおよびクリプトンからなる群から選択される１種以上が挙げられる。これらの中で、入手容易性および経済性に優れる点で、窒素が好ましい。

不活性ガスは、原料である６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸およびエポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を収容する反応容器の反応液上部の空間部に吹き込んでもよく、あるいは、反応液中に直接吹き付けてもよい。

本発明の製造方法では無溶媒下で反応が進行するが、反応時間の調整や副反応の抑制等を目的に溶媒を用いることができる。溶媒としては、トルエン、キシレンおよびベンゼン等の芳香族炭化水素類、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンおよびアセトン等のケトン類、およびジエチレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、エチルプロピルエーテル、ジオキサンおよびテトラヒドロフラン等のエーテル類からなる群から選択される一種以上が挙げられる。

本発明の製造方法では無触媒下で反応が進行するが、反応時間の調整や副反応の抑制等を目的に触媒を用いることができる。触媒としては、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物類、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミンおよび１，８−ジアザビシクロ−[５，４，０]−ウンデセン（ＤＢＵ）等の三級アミン類、２−メチルイミダゾールおよび２−エチル−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、テトラメチルアンモニウムブロマイドおよびベンジルトリメチルアンモニウムブロマイド等の四級アンモニウム塩類、およびトリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィンおよびｎ−ブチルトリフェニルホスホニウムブロミド等のリン系化合物類からなる群から選択される一種以上が挙げられる。

触媒の使用量としては、通常、すべての原料の合計重量に対して１０〜５０００ｐｐｍの範囲内が好ましい。

本発明の製造方法で使用される、エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物は、四級アンモニウム塩の存在下、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエピハロヒドリンとを反応させる工程、次いで、塩基性化合物を添加する工程によって得られるものが好ましい。

エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造に使用されるエピハロヒドリンとしては、エピクロロヒドリンおよびエピブロモヒドリンが挙げられる。

エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造に使用されるエピハロヒドリンは、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１モル当量に対し、２．６モル当量以上反応させるのが好ましく、４．０モル当量以上反応させるのがより好ましく、７．０モル当量以上反応させるのがさらに好ましい。エピハロヒドリンの量が２．６モル当量未満であると、反応物が固化し、撹拌不良を引き起こす。

エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造に使用される四級アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラメチルアンモニウムブロミド、テトラエチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロミドおよびベンジルトリメチルアンモニウムアセテートからなる群から選択される１種以上が挙げられ、反応性および入手容易性から、テトラメチルアンモニウムクロリドが特に好ましい。

四級アンモニウム塩の使用量は、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１モル当量に対し０．０１〜０．７５モル当量が好ましく、０．０３〜０．２０モル当量がより好ましい。
四級アンモニウム塩の使用量が６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１モル当量に対し０．０１モル当量を下回る場合、反応が進行し難くなる傾向があり、０．７５モル当量を上回る場合、副反応を引き起こす傾向がある。

四級アンモニウム塩は、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエピハロヒドリンとの混合物中に四級アンモニウム塩水溶液として滴下するのがよく、その場合の水溶液の濃度は特に限定されないが、通常３０〜７０重量％であるのがよい。

四級アンモニウム塩水溶液の滴下時間は、特に限定されないが、通常２〜３時間である。

エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造に使用される塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムからなる群から選択される１種以上が挙げられ、反応性および入手容易性から、水酸化ナトリウムが特に好ましい。

塩基性化合物の使用量は、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１モル当量に対し１．２〜３．５モル当量が好ましく、１．５〜３モル当量がより好ましい。

塩基性化合物は、急激な反応による発熱を抑えるために水溶液として滴下して加えるのがよく、その場合の水溶液の濃度は特に限定されないが、通常３０〜７０重量％であるのがよい。

塩基性化合物の水溶液の滴下時間は、特に限定されないが、通常２〜３時間である。

エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造において、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエピハロヒドリンとの反応および塩基性化合物の添加の際の反応温度はエピハロヒドリンの種類によって異なるため特に限定されないが、７０〜１００℃が好ましい。反応温度が７０℃未満である場合、反応が進行し難くなるとともに、得られるジグリシジル化合物のエポキシ当量が低下する傾向があり、１００℃を超える場合、エピハロヒドリンの突沸や分解を引き起こす傾向がある。

エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造において、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエピハロヒドリンとの反応時間は、反応温度や触媒の滴下時間などの条件によって変動するため特に限定されないが、１〜２０時間、好ましくは２〜１４時間、より好ましくは４〜８時間の間で適宜選択される。

エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造に使用される一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造において、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエピハロヒドリンとの反応および塩基性化合物の添加は、不活性ガス気流下またはバブリング下で行うのが好ましい。このような条件下で反応させることによって、酸素による反応阻害や触媒失活を回避し、反応を円滑に進行させることが可能となる。

不活性ガスとしては、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエピハロヒドリンとの反応を阻害しないガスであればよく、具体的には、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンおよびクリプトンからなる群から選択される１種以上が挙げられる。これらの中で、入手容易性および経済性に優れる点で、窒素が好ましい。

不活性ガスは、原料である６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸およびエピハロヒドリンを収容する反応容器の反応液上部の空間部に吹き込んでもよく、あるいは、反応液中に直接吹き付けてもよい。

このようにして６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエピハロヒドリンとから、エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を含む粗組成物が得られる。この粗組成物を、精製することにより、高純度のジグリシジル化合物を取得することができる。

エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を含む粗組成物とは、目的物であるエポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の他に、未反応の反応原料（６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸およびエピハロヒドリン）や触媒および式（ＩＩ）や式（ＩＩＩ）で表されるような化合物を含む組成物を意味する。

精製は、例えば、過剰量のエピハロヒドリンの留去後、芳香族系有機溶媒による抽出、洗浄および溶媒の除去等によって行われる。

過剰量のエピハロヒドリンの留去は、加熱および／または減圧によって容易に留去される。加熱および減圧は、それぞれ単独で行ってもよく、また、併用して行ってもよい。

加熱温度は、留去されるエピハロヒドリンの種類や量によって異なるため特に限定されないが、好ましくは５０〜１５０℃、より好ましくは５０〜１２０℃である。

また、減圧によってエピハロヒドリンを留去する場合、減圧時の圧力は、留去されるエピハロヒドリンの種類や量によって異なるため特に限定されないが、通常１〜１００Ｔｏｒｒで行うのがよい。

芳香族系有機溶媒としては、トルエン、キシレンおよびベンゼンからなる群から選択される一種以上が挙げられ、低エポキシ当量の化合物の除去効率に優れる点で、トルエンが特に好ましい。

芳香族系有機溶媒の添加量は特に限定されないが、通常、原料である６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対して４００〜８００重量部である。

抽出した有機層は、さらに塩基性化合物を加えてもよく、有機層中に含まれる式（ＩＩＩ）で表されるような反応中間体を再環化させ、ジグリシジル化合物を得ることができる。

塩基性化合物としては、前の反応で用いたものと同じものを使用することが好ましく、ここでの塩基性化合物の使用量は、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１モル当量に対し０．３〜０．７モル当量が好ましい。

塩基性化合物は、急激な反応による発熱を抑えるために水溶液として滴下して加えるのがよく、その場合の水溶液の濃度は特に限定されないが、通常３０〜７０重量％であるのがよい。

抽出した有機層は、さらに原料である６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸や触媒を除去するために、洗浄するのがよい。

洗浄は、有機層に水を添加し、５〜１０分撹拌した後１５〜４５分静置し、分液した後、水層を除去することにより行われる。

分液性向上のために、別途、飽和塩化ナトリウム水溶液を添加してもよい。

洗浄に際し、原料や触媒の除去効率を向上させる目的で、水にリン酸や塩酸等の添加剤を含有していてもよく、通常それらの添加剤の含有量は、水１００重量部に対して１〜１０重量部であるのがよい。

洗浄は、精製効果を高めるために複数回繰返して行ってもよい。

洗浄で使用される水の量は、原料である６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対して１００重量部以上であるのが好ましい。６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対して１００重量部を下回る場合、原料の６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸や触媒が残存する傾向がある。

洗浄後の有機層は、芳香族系有機溶媒を留去するのがよい。

芳香族系有機溶媒の留去は、有機層を加熱および／または減圧することによって行われる。加熱および減圧は、それぞれ単独で行ってもよく、また、併用して行ってもよい。

加熱温度は、留去される溶媒の種類や量によって異なるため特に限定されないが、好ましくは５０〜１８０℃、より好ましくは７０〜１５０℃である。

また、減圧によって溶媒を留去する場合、減圧時の圧力は、留去される溶媒の種類や量によって異なるため特に限定されないが、通常１〜１００Ｔｏｒｒで行うのがよい。

このようにして得られたエポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を本発明の製造方法に供することによって、エポキシ当量が３２０〜２０００である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を得ることができる。

本発明のジグリシジル化合物は、エポキシ当量が３２０〜２０００であり、かつ示差熱分析による２０％重量減少時の温度が３５０℃以上である、一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物である。本発明のジグリシジル化合物は、上記範囲のエポキシ当量を有し、かつ２０％重量減少時の温度が３５０℃以上であることから、優れた耐熱性を発揮する。

本発明のジグリシジル化合物は、エポキシ当量が好ましくは４００以上１９００未満である。また、本発明のジグリシジル化合物は、示差熱分析による２０％重量減少時の温度が高いほど良好な耐熱性を示すこととなるため、その上限は特に限定されないが、通常５００℃以下である。

本発明のジグリシジル化合物は、エポキシ当量が高く、耐熱性に優れるため、様々な樹脂の劣化防止や耐加水分解性向上のための添加剤として使用することができる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

エポキシ当量および耐熱性の測定は以下の方法で行った。

［エポキシ当量］
ＪＩＳ Ｋ７２３６に準拠して、エポキシ当量を測定した。

［耐熱性］
示唆熱分析による２０％重量減少時の温度を測定し、耐熱性の指標とした。測定温度が高いほど耐熱性に優れることを意味する。測定は、島津製ＤＴＧ−６０Ａ型を用いて下記条件で行った。
セル：アルミニウム
雰囲気ガス：窒素（流量：５０ｍＬ/ｍｉｎ）
加熱速度：１０℃／ｍｉｎ

参考例１［一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の合成］
１Ｌの４口コルベンに６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸９５．０ｇとエピクロロヒドリン４６７ｇ（６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１モル当量に対して１０．０モル当量）とを加え、窒素気流下８０℃に昇温した。次いで、テトラメチルアンモニウムクロリドの５０％水溶液１１．０ｇ（６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１モル当量に対して０．１モル当量）を８０℃で２時間かけて滴下し、同温度で１時間撹拌した。さらに、４８％水酸化ナトリウム水溶液８７．１ｇ（６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１モル当量に対して２．０モル当量）を８０℃で３時間かけて滴下し、同温度で３０分間撹拌した後、エピクロロヒドリンを加熱および減圧により留去した。残渣にトルエン５６０ｇを加えて１０分撹拌した後、析出物を濾過した。ろ液を水２５０ｇで洗浄した後、４８％水酸化ナトリウム水溶液１９ｇ（６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１モル当量に対して０．４６モル当量）を加えて、１時間還流した。さらに水２５０ｇで洗浄した後、５％リン酸水溶液２５０ｇで洗浄し、再び水２５０ｇで洗浄した。トルエンを加熱および減圧により留去し、一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物１０５ｇを得た。得られたジグリシジル化合物のエポキシ当量および耐熱性の分析結果を表１に示す。

実施例１
３００ｍＬの４口コルベンに６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸２０．７ｇと参考例１で得られたエポキシ当量が１６８．０のジグリシジル化合物９９．０ｇを加え、窒素気流下２００℃に昇温した。同温度で１．５時間撹拌後、反応を終了し、ジグリシジル化合物１１３．７ｇを得た。得られたジグリシジル化合物のエポキシ当量および耐熱性の分析結果を表１に示す。

実施例２
６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸を３１．３ｇ、参考例１で得られたエポキシ当量が１６８．０のジグリシジル化合物を９９．８ｇとした以外は実施例１と同様にしてジグリシジル化合物１２３．８ｇを得た。得られたジグリシジル化合物のエポキシ当量および耐熱性の分析結果を表１に示す。

実施例３
６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸を４７．０ｇ、参考例１で得られたエポキシ当量が１６８．０のジグリシジル化合物を１１２．４ｇとした以外は実施例１と同様にしてジグリシジル化合物１４３．３ｇを得た。得られたジグリシジル化合物のエポキシ当量および耐熱性の分析結果を表１に示す。

比較例１
６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸を７．０ｇ、参考例１で得られたエポキシ当量が１６８．０のジグリシジル化合物を１１２．４ｇとした以外は実施例１と同様にしてジグリシジル化合物１１５．９ｇを得た。得られたジグリシジル化合物のエポキシ当量および耐熱性の分析結果を表１に示す。

比較例２
６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸を６２．１ｇ、参考例１で得られたエポキシ当量が１６８．０のジグリシジル化合物を９９．０ｇとした以外は実施例１と同様にしたが、反応途中に固化し、撹拌不良を引き起こしたため、目的物を得ることが出来なかった。

表１に示すように、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエポキシ当量が３２０未満の一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を所定量（６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対して２００〜８００重量部）反応させることで、エポキシ当量が３２０〜２０００のジグリシジル化合物が得られ、エポキシ当量が３２０未満の一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物と比較して高耐熱性を示す。

Claims (4)

1. ６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸１００重量部に対して、エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物を２００〜８００重量部反応させる工程を含む、エポキシ当量が３２０〜２０００である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物の製造方法。
   

   

   （式中、ｎは０または１〜１０の整数を示す）
2. 反応温度が１５０〜２５０℃である、請求項１に記載の製造方法。
3. エポキシ当量が３２０未満である一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物が、四級アンモニウム塩の存在下、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とエピハロヒドリンとを反応させる工程、次いで、塩基性化合物を添加する工程によって得られたものである、請求項１または２に記載の製造方法。
4. エポキシ当量が３２０〜２０００であり、かつ示差熱分析による２０％重量減少時の温度が３５０℃以上である、一般式（Ｉ）で表されるジグリシジル化合物。
   

   

   （式中、ｎは０または１〜１０の整数を示す）