JP3422987B2 - N−オキシル化合物、その製造方法ならびにそのn−オキシル化合物を用いるビニル型単量体の重合防止方法 - Google Patents
N−オキシル化合物、その製造方法ならびにそのn−オキシル化合物を用いるビニル型単量体の重合防止方法Info
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Description
物、それらの製造方法およびそれらを用いたα,β−不
飽和カルボン酸およびそのエステル等のビニル型単量体
の重合防止方法に関する。
ン酸およびそのエステルは、各種の重合体や共重合体の
モノマーとして多様な用途を有する化合物であるが、極
めて重合し易い性質を有するために、その製造、貯蔵、
輸送等の工程において、熱、光等の要因による重合トラ
ブルがしばしば発生する。特にα,β−不飽和カルボン
酸およびそのエステルの製造工程中においては、100
℃以上の高温になるために、液相部及び気相部でポップ
コーン重合体を生成するトラブルが発生し易い。
に発生する重合トラブルを防止するために、種々の重合
防止剤を使用した重合防止方法が試みられている。この
ような重合防止剤としては、例えばフェノチアジン等の
ヘテロ芳香族化合物、ハイドロキノン、ハイドロキノン
モノメチルエーテル等のフェノール類、N,N’−ジ−
2−ナフチル−p−フェニレンジアミン(商品名:ノン
フレックスF、精工化学社製、以下「AF」と略称す
る)、N−フェニル−N’−(1,3−ジメチルブチ
ル)−p−フェニレンジアミン(商品名:ノクラック6
C、大内新興化学社製、以下「6C」と略称する)、
N,N’−ジ−フェニル−p−フェニレンジアミン(商
品名:ノンフレックスH、精工化学社製)等の芳香族ア
ミン類等が挙げられる。また、特開平5−320205
号および特開平5−320217号では下記の式(2)で
表されるN−オキシル化合物が単独であるいはその他の
重合防止剤と併せて用いる方法が提案されている。
す。) しかしながら、α,β−不飽和カルボン酸およびその
エステルの製造工程における反応や蒸留精製時のような
高温条件下においては、従来の重合防止剤では重合防止
作用が十分でなく、重合防止剤を多量に添加することが
必要となり、工業的に使用するには問題がある。また、
式(2)のR8が水素またはアルキル基であるN−オキシ
ル化合物は、少量で優れた重合防止能をもっているが、
このような化合物で実際に知られているものとしてはR
8が水素、メチルまたはエチル基のものであり、このよう
な化合物は沸点あるいは昇華温度が比較的低く、α,β
−不飽和カルボン酸およびそのエステルの沸点と近いた
めに、α,β−不飽和カルボン酸およびそのエステルを
蒸留精製する際に製品中に留出して製品を着色させると
いう問題がある。さらに、式(2)のR8がアシル基で
表されるN−オキシル化合物は十分高い沸点あるいは昇
華温度を有しているが、使用中に沸点あるいは昇華温度
の低い化合物に変化して結果的に製品とともに留出する
ことがある。このような例として、例えば式(2)で表
されるN−オキシル化合物をメチル(メタ)アクリレー
トとアルコールとのエステル交換反応における重合防止
剤として用いた場合に、当該重合防止剤自身がエステル
交換反応を起こし、沸点あるいは昇華温度が低いR8が
(メタ)アクリロイル基である化合物に変化して、最終
的に製品とともに留出して着色させる現象が挙げられ
る。
の製造方法を提供することにある。
びそのエステル等のビニル型単量体の製造工程で使用し
ても、製品の着色が少なく、多量の重合防止剤を必要と
しない重合防止方法を提供することにある。
シル化合物である。
素またはメチル基であるが少なくともその一方は水素で
あり、R3、R4、R5およびR6は直鎖状または分岐状の
アルキル基であり、R7は水素または(メタ)アクリロ
イル基である。) また、本発明は、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−
テトラアルキルピペリジン−N−オキシルにエチレンオ
キサイドおよび/またはプロピレンオキサイドを付加
し、次いで所望により(メタ)アクリロイル基含有化合
物でエステル化することを特徴とする式(1)のN−オ
キシル化合物の製造方法である。
はその混合物をビニル型単量体の重合防止剤として使用
することを特徴とする重合防止方法である。
発明のN−オキシル化合物(1Bおよび1E)の高速液
体クロマトグラフィーの分析結果を示す図である。
る化合物であり、式中、R3、R4、R5およびR6は、直
鎖状または分岐状のアルキル基であるが、R3、R4、R
5およびR6は、炭素数が1〜4の直鎖アルキル基である
ことが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
は、nが1〜18のいずれかの整数である化合物の純品
としても得られるが、通常は異なるnの値をもつN−オ
キシル化合物の2種以上の混合物として得られる。この
場合のN−オキシル化合物1モル当たりのnの平均値
(以下、平均付加モル数という)は、1〜14が適当で
ある。平均付加モル数が14を超える場合には、分子量
が大きくなり過ぎ、同じモル数を得るのに必要となる重
量が大きくなるとともに、沸点、昇華温度が高くなり、
重合防止剤として使用しにくくなる。平均付加モル数の
好ましい範囲は2〜10である。
素のものについては、例えば4−ヒドロキシ−2,2,
6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシルにエチ
レンオキサイドおよび/またはプロピレンオキサイドを
付加反応させることによって合成することができる。
ば攪拌機、温度計、ブラインコンデンサーを備えた4つ
口フラスコに、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テト
ラアルキルピペリジン−N−オキシル、溶媒、触媒を仕
込み、これにブラインコンデンサー下部でリフラックス
しない程度の速度でエチレンオキサイドを吹き込むこと
によって系内に導入し、所定量のエチレンオキサイドの
吹き込みが終了したのち、さらに攪拌を続け、原料であ
る4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラアルキルピ
ペリジン−N−オキシルの消失を確認した後、反応を停
止し、その後、減圧下で攪拌を行うことにより未反応の
エチレンオキサイドを除去する。その結果、釜残として
一般式(1)で表されるN−オキシル化合物およびその
混合物が得られる。プロピレンオキサイドの付加付加反
応も同様に、例えばブラインコンデンサー下部でリフラ
ックスしない程度の速度にプロピレンオキサイドの滴下
速度を調節して実施する。
レン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン等の
ハロゲン化炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、
クメン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素、ジエチル
エーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラ
ン、テトラヒドロピラン、ジオキサン等のエーテル系溶
媒などが挙げられ、芳香族炭化水素が好適に使用され
る。
イドの付加反応に使用する触媒としては、一般的なエチ
レンオキサイドおよび/またはプロピレンオキサイドの
重合触媒が使用可能であり、例えば、水酸化アルカリ、
塩化鉄(III)、塩化スズ(IV)等が好適に使用される
が、特に好ましくは塩化鉄(III)である。
イドの付加反応は、エチレンオキサイドおよび/または
プロピレンオキサイドの導入時には、これらがリフラッ
クスしない程度の温度に液温を保ちつつ添加を行うこと
が必要であり、具体的には−10〜40℃、好ましくは
0〜30℃である。エチレンオキサイドおよび/または
プロピレンオキサドの添加終了後は20〜50℃に昇温
して反応を行うことが好ましい。また、反応終了後の脱
気も20〜50℃が好ましい。
のについては、例えば4−ヒドロキシ−2,2,6,6
−テトラメチルピペリジン−N−オキシルにエチレンオ
キサイドおよび/またはプロピレンオキサイドを付加反
応させ、引き続いて(メタ)アクリル酸でエステル化ま
たは(メタ)アクリレートとのエステル交換により合成
することができる。
るには、エチレンオキサイドおよび/またはプロピレン
オキサイドの添加量を調整すればよい。ただし、この方
法により得られるN−オキシル化合物は、通常は異なる
nの値をもつN−オキシル化合物の2種以上の混合物な
ので、必要によりカラムクロマトグラフィー、蒸留等に
より精製することにより一定のnの値をもつN−オキシ
ル化合物の純品を得ることができる。なお、付加反応で
得られるN−オキシル化合物の混合物の平均付加モル数
は、付加したエチレンオキサイドおよび/またはプロピ
レンオキサイドのモル数を付加物に転化した4−ヒドロ
キシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−
オキシルのモル数で除すことにより求められる。
重合防止剤としてビニル型単量体の重合防止に使用する
ことができる。この重合防止剤はnが大きくなるに従っ
て沸点あるいは昇華温度が高くなる。したがって、蒸留
工程における製品への混入を減らすためには、製品であ
るビニル型単量体の沸点と温度差の大きい沸点あるいは
昇華温度を有する重合防止剤を選択すればよい。
合防止剤である芳香族アミン化合物と比較してα,β−
不飽和カルボン酸およびそのエステルに対する溶解性が
優れており、使用後の装置やタンクの洗浄も容易である
という特徴を有しており、工業的に使用する上で非常に
好ましいものである。また、式(1)で示されるN−オ
キシル化合物のうちR7が水素の化合物は、メチル(メ
タ)アクリレートを原料とするエステル交換反応の工程
中で重合防止剤として用いた場合には、その一部あるい
は全量がR7が(メタ)アクリロイル基に変化しうる
が、その重合防止能は対応するR7が水素の化合物と比
べて遜色なく、また製品中に留出しやすくなることもな
いため使用上の問題はない。
はα,β−不飽和カルボン酸およびそのエステルの製造
工程における重合防止は勿論のこと、貯蔵時や輸送工程
における重合防止に対しても適用し得るものである。
少なくとも式(1)で表されるN−オキシル化合物また
は式(1)における異なるnの値をもつN−オキシル化
合物の2種以上の混合物(以下、混合物という)を使用
するものであるが、この他の汎用の重合防止剤を併用し
てもよいことは勿論であり、他の重合防止剤を併用する
ことによってこれらの重合防止剤による相乗効果によ
り、より優れた重合防止効果が得られることもある。
合物の添加割合は、使用する工程や条件によって異なる
が、一般に単独で使用する場合には重合防止対象である
ビニル型単量体に対して1〜1000ppm程度であ
り、他の重合防止剤と併用する場合には0.5〜100
0ppm程度である。
合物は、いずれもビニル型単量体に対して重合防止作用
を有している。従って、この重合防止剤を使用する際に
は、ビニル型単量体の沸点、あるいは操業時の条件等を
考慮して重合防止剤を選択することができる。
るN−オキシル化合物またはその混合物は、直接または
溶液の状態でビニル型単量体に添加される。蒸留塔内の
ビニル型単量体の重合を防止したい場合には、蒸留系に
含まれる物質等にこの重合防止剤を溶解させたものを蒸
留塔の塔頂や塔中段から供給する方法が通常用いられ
る。この場合、式(1)における異なるnの値をもつN
−オキシル化合物の2種以上の混合物を用いると、これ
ら化合物はそれぞれ異なる沸点を有しており、純品のよ
うに蒸留塔の一部分に偏ることなく蒸留塔内の広い範囲
にN−オキシル化合物が分布する。このため、蒸留塔内
の広い範囲でビニル型単量体に対する重合防止効果が発
揮されることになるので混合物の使用は好ましい態様で
ある。
表されるN−オキシル化合物またはその混合物を重合防
止剤として含むビニル型単量体には、重合防止効果を高
める目的で必要に応じて分子状酸素あるいは空気を共存
させてもよい。これはエアーバブリング法等の方法によ
り容易に実施することができる。
て適用することができ、その1種のみならず2種以上の
混合物に対しても適用することができる。また、特に
α,β−不飽和カルボン酸およびそのエステルに対して
適用した場合に優れた効果が発揮される。ビニル型単量
体としては、エチレン、プロピレン、ブタジエン、スチ
レン、塩化ビニル等が挙げられ、α,β−不飽和カルボ
ン酸およびそのエステルとしては、例えばアクリル酸、
メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチル
アクリレート、i−ブチルアクリレート、ステアリルア
クリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−ヒ
ドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピル
アクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、エ
チレングリコールジアクリレート、グリシジルアクリレ
ート、2−エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロ
フルフリルアクリレート、シクロヘキシルアクリレー
ト、ベンジルアクリレート、アリルアクリレート、t−
ブチルアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアク
リレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、メタク
リル酸、メチルメタクリレート、エチルメタクリレー
ト、n−ブチルメタクリレート、i−ブチルメタクリレ
ート、ステアリルメタクリレート、2−エチルヘキシル
メタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、エチレン
グリコールジメタクリレート、グリシジルメタクリレー
ト、2−エトキシエチルメタクリレート、シクロヘキシ
ルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、アリルメ
タクリレート、t−ブチルメタクリレート、ジメチルア
ミノエチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、
クロトン酸、メチルクロトネート、エチルクロトネー
ト、イタコン酸、イタコン酸ジメチル、α−ヒドロキシ
エチルアクリル酸メチル、α−ヒドロキシエチルアクリ
ル酸エチル等が挙げられるが、勿論これらに限定される
ものではない。
する。なお、使用した重合防止剤の名称は、表1および
表2に示す略称を使用する。ただし、表1のR1、R2お
よび平均付加モル数nを変更した式(1)の重合防止剤
は、すべてR3=R4=R5=R6=CH3、R7=Hであ
る。
ルは、下記の略字で表示した。
口フラスコに、原料である4−ヒドロキシ−2,2,
6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、トル
エン、塩化鉄(III)を仕込み、攪拌しながらエチレン
オキサイドを吹き込んで反応温度10〜15℃で付加反
応を行った。エチレンオキサイドの吹き込み速度は、ブ
ラインコデンサー下部でリフラックスしない程度の速度
とした。仕込み4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テト
ラメチルピペリジン−N−オキシルの6倍モルのエチレ
ンオキサイドを吹き込んだのち、さらに攪拌を続け、4
−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジ
ン−N−オキシルの消失を高速液体クロマトグラフィー
分析で確認した後、反応を停止した。その後、減圧下で
攪拌することにより未反応エチレンオキサイドを除去
し、水洗によって4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テ
トラメチルピペリジン−N−オキシルおよび触媒を除去
した後、減圧下でトルエンを除去することにより表1の
IBを得た。IBの高速液体クロマトグラフィー分析結
果を図1に示した。高速液体クロマトグラフィーの分析
条件は次の通りである。
mmφ×250mm 移動相 CH3CN:H2:H3PO4=400:60
0:1 流速 1.0ml/min 温度 40℃ 検出 UV240nm(ABS 0.02) また、エチレンオキサイドの吹き込み量を変えること
により、IBと同様にしてIAおよびICを得た。
口フラスコに、原料である4−ヒドロキシ−2,2,
6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、トル
エン、塩化鉄(III)を仕込み、攪拌しながらプロピレ
ンオキサイドを滴下して15〜20℃で付加反応を行っ
た。プロピレンオキサイドの滴下速度は、ブラインコン
デンサー下部でリフラックスしない程度の速度とした。
仕込み4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル
ピペリジン−N−オキシルの3倍モルのプロピレンオキ
サイドの滴下したのち、さらに攪拌を続け、4−ヒドロ
キシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−
オキシルの消失を高速液体クロマトグラフィー分析で確
認した後、反応を停止した。その後、減圧下で攪拌する
ことにより未反応プロピレンオキサイドを除去し、水洗
によって4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチ
ルピペリジン−N−オキシルおよび触媒を除去した後、
減圧下でトルエンを除去することにより表1のIEを得
た。IEの高速液体クロマトグラフィー分析結果を図2
に示した。高速液体クロマトグラフィーの分析条件はI
Aと同じである。
とにより、IEと同様にしてIFおよびIGを得た。
各種(メタ)アクリル酸エステルに対して、重合防止剤
を(メタ)アクリル酸エステルに対して5ppmを添加
することによって被検液を得た。次いで、25mlのア
ンプル管に上記の各被検液を15gずつ注入した後、シ
リコン栓をして、アクリル酸メチル(MA)は70℃、メ
タクリル酸メチル(MMA)は90℃、それ以外の(メ
タ)アクリル酸エステルは120℃に保持したオイルバ
スにそれぞれ浸漬し、振蕩器によって振蕩させながら目
視し、ポップコーンの生成、ゲル化または液の粘性増大
が起きた時点を確認することにより、各アンプル管中の
(メタ)アクリル酸エステルの重合開始時間(分)を測
定した。その結果を表3に併記した。
リル酸に対して、表4に示した重合防止剤を(メタ)ア
クリル酸に対して5ppmを添加することによって被検
液を得た。次いで、25mlのアンプル管に上記の各被
検液を15gずつ注入した後、シリコン栓をして100
℃に保持したオイルバスに浸漬し、振蕩器によって振蕩
させながら目視し、ポップコーンの生成、ゲル化または
液の粘性増大が起きた時点を確認することにより、各ア
ンプル管中の(メタ)アクリル酸の重合開始時間(分)
を測定した。その結果を表4に併記した。
るN−オキシル化合物を重合防止剤として使用すると、
フェノチアジン、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノ
メチルエーテル、AF、6C等の従来の重合防止剤を使
用した場合に比較して、α,β−不飽和カルボン酸およ
びそのエステルの重合開始時間が大幅に長くなってお
り、優れた重合防止効果が発揮されている。
コールジメタクリレートに対して、表5に示した重合防
止剤を添加することによって被検液を得た。次いで、2
5mlのアンプル管に上記の各被検液を15gずつ注入
した後、シリコン栓をして120℃に保持したオイルバ
スに浸漬し、振蕩器によって振蕩させながら目視し、各
アンプル管中のエチレングリコールジメタクリレートの
重合開始時間(分)を測定した。その結果を表5に併記
した。
キシル化合物による重合防止作用は、他の汎用重合防止
剤との併用によってより優れたものになる。
い、3L容の側管付き4つ口フラスコに、メチルメタク
リレートを2002g(20モル)、エチレングリコー
ルを248g(4モル)、ジブチルスズオキシドを1
4.4g、重合防止剤としてIBを0.79g(理論製
品量の0.1%相当量)仕込み、エステル交換反応をお
こなった。反応で副生するメタノールはメチルメタクリ
レートとともに系外に除いた。得られた反応液を長さ2
0cmの空塔を用いて単蒸留することにより精製し、エ
チレングリコールジメタクリレートを530g得た。反
応、蒸留を通じて釜内、塔内とも重合は起こらず、ま
た、得られたエチレングリコールジメタクリレートの色
数APHAは5以下であった。
は実施例18と同様にしてエチレングリコールジメタク
リレートの合成を行った。反応、蒸留を通じて釜内、塔
内とも重合を起こらなかったが、得られたエチレングリ
コールジメタクリレートの色数APHAは35であっ
た。
は実施例18と同様にしてエチレングリコールジメタク
リレートの合成を行った。反応、蒸留を通じて釜内、塔
内とも重合は起こらなかったが、製品エチレングリコー
ルジメタクリレートの色数APHAは20であった。
は実施例18と同様にしてエチレングリコールジメタク
リレートの合成を行った。しかしながら、蒸留工程の途
中で釜内が重合した。
い、3L容の側管付き4つ口フラスコに、メチルメタク
リレートを1401g(14モル)、シクロヘキサノー
ルを701g(7モル)、ジブチルスズオキシドを1
2.6g、重合防止剤としてIBを1.18g(理論製
品量の0.1%相当量)仕込み、エステル交換反応をお
こなった。反応で副生するメタノールはエチルメタクリ
レートとともに系外に除いた。得られた反応液を長さ2
0cmの空塔を用いて単蒸留することにより精製し、シ
クロヘキシルメタクリレートを740g得た。反応、蒸
留を通じて釜内、塔内とも重合は起こらず、また、得ら
れたシクロヘキシルメタクリレートの色数APHAは5
以下であった。
い、3L容の側管付き4つ口フラスコに、メチルメタク
リレートを1401g(14モル)、シクロヘキサノー
ルを701g(7モル)、ジブチルスズオキシドを1
2.6g、重合防止剤としてMTXを1.18g(理論
製品量の0.1%相当量)仕込み、エステル交換反応を
おこなった。反応で副生するメタノールはメチルメタク
リレートとともに系外に除いた。得られた反応液を長さ
20cmの空塔を用いて単蒸留することにより精製し、
シクロヘキシルメタクリレートを848g得た。反応、
蒸留を通じて釜内、塔内とも重合は起こらなかったが、
得られたシクロヘキシルメタクリレートに若干の着色が
見られ、色数APHAは140であった。
合防止剤としてビニル型単量体に対して少量添加するこ
とにより、高温下において十分な重合防止効果が得られ
る。また、工程インヒビターとして用いた場合、特に
α,β−不飽和カルボン酸およびそのエステルを蒸留精
製する場合であっても、製品中に留出して製品を着色さ
せたりすることがなく、高沸点のビニル型単量体の工程
インヒビターとしても、問題なく使用することができ
る。このことは、ビニル型単量体、特にα,β−不飽和
カルボン酸およびそのエステルを安定的に製造すること
に大きく貢献するものである。
Claims (8)
- 【請求項1】 下記式(1)で表されるN−オキシル化
合物。 (式中、nは2〜18の整数であり、R1およびR2は水
素またはメチル基であるが少なくともその一方は水素で
あり、R3、R4、R5およびR6は直鎖状または分岐状の
アルキル基であり、R7は水素または(メタ)アクリロ
イル基である。) - 【請求項2】 下記式(2)のnの値が異なるもの2種
以上からなるN−オキシル化合物の混合物。 (式中、nは1〜18の整数であり、R1およびR2は水
素またはメチル基であるが少なくともその一方は水素で
あり、R3、R4、R5およびR6は直鎖状または分岐状の
アルキル基であり、R7は水素または(メタ)アクリロ
イル基である。) - 【請求項3】 nの平均値が1〜18である請求項2記
載のN−オキシル化合物の混合物。 - 【請求項4】 4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テト
ラアルキルピペリジン−N−オキシルにエチレンオキサ
イドおよび/またはプロピレンオキサイドを付加し、次
いで所望により(メタ)アクリロイル基含有化合物でエ
ステル化することを特徴とする請求項1または2記載の
N−オキシル化合物またはその混合物の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1または2記載のN−オキシル化
合物またはその混合物をビニル型単量体の重合防止剤と
して使用することを特徴とする重合防止方法。 - 【請求項6】 ビニル型単量体がα,β−不飽和カルボ
ン酸およびそのエステルである請求項5記載の重合防止
方法。 - 【請求項7】 請求項4記載の方法で製造したN−オキ
シル化合物またはその混合物をビニル型単量体の重合防
止剤として使用することを特徴とする重合防止方法。 - 【請求項8】 ビニル型単量体がα,β−不飽和カルボ
ン酸およびそのエステルである請求項7記載の重合防止
方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31057397 | 1997-11-12 | ||
JP9-310573 | 1997-11-12 | ||
PCT/JP1998/005085 WO1999024402A1 (fr) | 1997-11-12 | 1998-11-12 | Composes n-oxyle, leur procede de preparation et procede les utilisant pour inhiber la polymerisation de monomeres vinyliques |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3422987B2 true JP3422987B2 (ja) | 2003-07-07 |
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Family Applications (1)
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