JP3954701B2

JP3954701B2 - スルホニウム塩化合物、カチオン重合開始剤、及び硬化性組成物

Info

Publication number: JP3954701B2
Application number: JP27661197A
Authority: JP
Inventors: 栄治高橋
Original assignee: Nippon Soda Co Ltd
Current assignee: Nippon Soda Co Ltd
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: JPH10152469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スルホニウム塩化合物、及び該化合物を含有するカチオン重合開始剤、さらに該カチオン重合開始剤とカチオン重合性化合物とを含む硬化性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エポキシなどのカチオン重合性化合物を加熱により重合する場合、各種重合開始剤を触媒として添加し硬化させるが、スルホニウム塩化合物もカチオン反応を利用した有用な熱硬化性触媒として知られている。このようなスルホニウム塩化合物については、特開平２−１７８３０３号公報、特開平２−１７８３１９号公報、特開平２−１４７０号公報、特開平２−１９６８１２号公報、特開平３−１７１０１号公報、特開平３−４７１６４号公報、特開平３−５９００１号公報、特開平３−７２５６９号公報、特開平３−２０５４０５号公報、特開平３−２３７１０７号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらに記載されている化合物の中で、比較的低い硬化温度、例えば１００℃以下で触媒として作用するようなスルホニウム塩化合物（例えば、特開平２−１７８３０３号公報に記載の化合物）は、重合性化合物と混合した状態で保存すると、数時間から２、３日で増粘したりゲル化してしまって一液保存安定性が悪いことから、使用する度に混合する必要があり利便性の面で劣るものであった。
【０００４】
一方、上記の公報に記載されている化合物のうち重合性化合物と混合したときの一液保存安定性が優れているスルホニウム塩化合物（例えば、特開平２−１７８３１９号公報に記載の化合物）は、１３０℃以上でなければ触媒として作用せず、耐熱性のあまり高くないプラスチックなどの材料には不適当な場合がある。またこれらの触媒を使用して重合性化合物を硬化して得た硬化物は機械的強度などの物性が悪いという欠点も有している。
【０００５】
本発明化合物に類似する化合物として国際公開公報ＷＯ９５／２４３８７号には以下の化合物の例示がある。
【０００６】
【化２】

【０００７】
【化３】

【０００８】
この公報には、これらの化合物が熱硬化触媒として作用することの記載がある。しかし、１５０℃程度の高温での硬化触媒としての可能性について記載されているに過ぎず、低温での硬化特性については記載されていない。実際これらの化合物は低温での硬化特性は悪い。
【０００９】
そこで、一液保存安定性に優れていながらも、反応性が高く比較的低い硬化温度でカチオン重合性化合物を硬化させることが可能であるようなスルホニウム塩化合物の開発が必要とされている。
【００１０】
本発明の目的は、１００℃以下でカチオン重合性化合物を硬化させることが可能であって、しかも重合性化合物と混合したときの一液保存安定性が優れているようなスルホニウム塩化合物を提供することにある。さらに、それを用いた重合開始剤及び重合性化合物と該重合開始剤を含有している硬化性組成物を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するべく、本発明の請求項１に記載の発明は、
一般式（Ｉ）で表されるスルホニウム塩化合物である。
【００１２】
【化４】

【００１３】
（式中、Ａｒ₁は置換されていてもよいフェニル基またはナフチル基、Ｒ₁及びＲ₂は炭素数１〜４のアルキル基を表す。Ａｒ₂は置換されていてもよいフェニル基を表すが、少なくとも、１つのアルコキシ基、ヒドロキシ基またはアルキルカルボニルオキシ基のいずれかで置換されているフェニル基である。Ｘは非求核性のアニオン残基を示す。）
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のスルホニウム塩化合物を含有することを特徴とするカチオン重合開始剤である。
請求項３に記載の発明は、
カチオン重合性化合物と請求項２に記載のカチオン重合開始剤とを含有することを特徴とする硬化性組成物である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
カチオン重合性化合物が、グリシジルエーテル型エポキシまたは脂環型エポキシであることを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載のスルホニウム塩化合物及び請求項２に記載のカチオン重合開始剤を用いれば、１００℃以下の温度でカチオン重合性化合物を硬化させることができる。
請求項３及び４に記載の硬化性組成物は、カチオン重合性化合物とカチオン重合開始剤を含有しているが、重合開始剤に請求項１に記載のスルホニウム塩化合物を含んでいることから、長期間安定に保存することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のスルホニウム化合物は、一般式（Ｉ）で表される。
【００１６】
【化５】

【００１７】
（式中、Ａｒ₁は置換されていてもよいフェニル基またはナフチル基、Ｒ₁及びＲ₂は炭素数１〜４のアルキル基を表す。Ａｒ₂は置換されていてもよいフェニル基を表すが、少なくとも１つのアルコキシ基、ヒドロキシ基またはアルキルカルボニルオキシ基で置換されているフェニル基である。Ｘは非求核性のアニオン残基を示す。）
【００１８】
本発明化合物はイオウ原子及びそのα位の炭素原子に置換基としてアルキル基を有し、かつＡｒ₂が特定の置換基を有するフェニル基であることが必須である。
【００１９】
一般式（Ｉ）において、Ａｒ₁は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基、デイシル基、ドデシル基などのアルキル基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子、ヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基等のアルコキシ基、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、デシルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基等のアルキルカルボニル基、ニトロ基、ビニル基等で置換されていてもよいフェニル基またはナフチル基を表す。Ｒ₁及びＲ₂は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基等の炭素数１〜４のアルキル基を表す。Ａｒ₂は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基、デイシル基、ドデシル基などのアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基等のアルコキシ基、ヒドロキシ基、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチロイルオキシ基、ステアロイルオキシ基等のアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表すが、少なくとも１つのアルコキシ基、ヒドロキシ基またはアルキルカルボニルオキシ基で置換されているフェニル基である。Ｘの非求核性のアニオン残基としては、ＳｂＦ₆、ＡｓＦ₆、ＰＦ₆、（Ｃ₆Ｆ₅）ＢまたはＢＦ₄等が挙げられる。
【００２０】
本発明のスルホニウム塩化合物の代表例を以下に示す。但し、式中のＸは、ＳｂＦ₆、ＡｓＦ₆、ＰＦ₆、（Ｃ₆Ｆ₅）ＢまたはＢＦ₄のいずれかの非求核性のアニオン残基を示す。
【００２１】
【化６】

【００２２】
【化７】

【００２３】
本発明のスルホニウム化合物は、下記反応式に従って製造することができる。
【００２４】
【化８】

【００２５】
上記反応式中、Ｙはハロゲン原子を、Ｍはアルカリ金属を表す。化合物（ＩＩ）と（ＩＩＩ）、（ＩＶ）または（Ｖ）との反応は、必要により有機溶媒中で、室温〜１００℃、好ましくは３０〜７０℃の温度で数時間〜数十時間反応させる。反応終了後、反応液に水及び化合物（ＶＩＩ）を加え、攪拌する。析出した化合物を濾取または有機溶媒で抽出し、目的物（Ｉ）を得る。
【００２６】
また、本発明の硬化性組成物は本発明のカチオン重合開始剤とカチオン重合性化合物とを含有している。使用されるカチオン重合性化合物として、次のような化合物が挙げられる。
【００２７】
ビニル化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メトキシスチレン、ｐ−ｔ−ブトキシスチレン等のスチレン化合物、メチルビニルエーテル、ｎ−ブチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、２−クロロエチルビニルエーテル、２−フェノキシエチルビニルエーテル、２−ヒドロキシエチルビニルエーテル、４−ヒドロキシブチルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル、２−アセトキシエチルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル化合物、アリルビニルエーテル、２−メタクリロイルオキシエチルビニルエーテル、２−アクリロイルオキシエチルビニルエーテル等のアルケニルビニルエーテル化合物、フェニルビニルエーテル、ｐ−メトキシフェニルビニルエーテル等のアリールビニルエーテル化合物、Ｎ−ビニルカルバゾール、Ｎ−ビニルピロリドン等のカチオン重合性窒素含有化合物、ブタンジオールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、１，４−ベンゼンジメタノールジビニルエーテル、ハイドロキノンジビニルエーテル、サゾルシノールジビニルエーテル等の多官能ビニル化合物が挙げられる。
【００２８】
エポキシ化合物として、フェニルグリシジルエーテル、ｐ−ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、１，２−ブチレンオキサイド、１，３−ブタジエンモノオキサイド、１，２−ドデシレンオキサイド、エピクロロヒドリン、１，２−エポキシデカン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、３−メタクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、３−アクロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、３−ビニルシクロヘキセンオキサイド、４−ビニルシクロヘキセンオキサイド等の単官能のモノマー、１，１，３−テトラデカジエンジオキサイド、リモネンジオキサイド、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−（３，４−エポキシシクロヘキシル）カルボシキレート、ジ（３，４−エポキシシクロヘキシル）アジペート、フェニルグリシジルエーテル、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコールのポリグリシジルエーテル等の多官能エポキシ化合物が挙げられる。
【００２９】
ビシクロオルソエステル化合物として、１−フェニル−４−エチル−２，６，７−トリオキサビシクロ〔２，２，２〕オクタン、１−エチル−４−ヒドロキシメチル−２，６，７−トリオキサビシクロ〔２，２，２〕−オクタン等が挙げられる。
【００３０】
スピロオルソカーボネート化合物として、１，５，７，１１−テトラオキサスピロ〔５，５〕ウンデカン、３，９−ジベンジル−１，５，７，１１−テトラオキサスピロ〔５，５〕ウンデカン、１，４，６−トリオキサスピロ〔４，４〕ノナン、２−メチル−１，４，６−トリオキサスピロ〔４，４〕ノナン、１，４，６−トリオキサスピロ〔４，５〕デカン等が挙げられる。
【００３１】
オキセタン化合物として、３，３−ジメチルオキセタン、３，３−ビス（クロロメチル）オキセタン、２−ヒドロキシメチルオキセタン、３−メチル−３−オキセタンメタノール、３−メチル−３−メトキシメチルオキセタン、３−エチル−３−フェノキシメチルオキセタン、レゾルシノールビス（３−メチル−３−オキセタニルエチル）エーテル、ｍ−キシリレンビス（３−エチル−３−オキセタニルエチルエーテル）等の化合物が挙げられる。
【００３２】
これらのうち、特にグリシジルエーテル型エポキシ及び脂環型エポキシが好ましい。以上の重合性化合物は１種または２種以上用いることができる。
【００３３】
これらのカチオン重合性化合物に、スルホニウム塩化合物を含有してなるカチオン重合開始剤を混合して硬化性組成物を得ることができる。本発明の硬化性組成物中、カチオン重合開始剤は、カチオン重合開始剤中のスルホニウム塩化合物が、カチオン重合性化合物１００重量部に対して、０．０１重量部〜２０重量部、好ましくは０．１重量部〜１０重量部となる量使用する。０．０１重量部より少ないときは、硬化性組成物の硬化があまり進まない。２０重量部より多いときには、一液保存安定性が劣り、そのうえ硬化物の機械的強度や耐熱性が低下する。
【００３４】
この硬化性組成物は、カチオン重合性化合物とカチオン重合開始剤を単に混合した状態で、あるいは必要に応じて溶媒を加えたワニス状態で使用できる。本発明の硬化性組成物は様々な用途に使用できるが、例えば、塗料や接着性樹脂として好適に用いることができ、その場合金属板等に硬化性組成物を塗布し、必要に応じて乾燥工程を経て、必要な温度で硬化させ、数μｍ程度の薄膜から数十μｍの厚膜の硬化物を得ることができる。
【００３５】
以上説明したように、請求項１及び２に記載のスルホニウム化合物及びカチオン重合開始剤によれば、１００℃以下の温度でカチオン重合性化合物を硬化させることができる。
請求項３及び４に記載の硬化性組成物は、カチオン重合性化合物とカチオン重合開始剤を含有した一液状態であるが、そのカチオン重合開始剤が本発明のスルホニウム塩化合物を含んでいることから、長期間安定に保存することができる。
【００３６】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３７】
１．スルホニウム塩化合物の合成
（実施例１）３−（４−メトキシフェニル）−２−プロピルフェニルメチルスルホニウムヘキサフロロホスホネートの合成
３−（４−メトキシフェニル）−２−プロピルフェニルスルフィド２５．８４ｇとジメチル硫酸１３．２４ｇを混合し、５０℃で１０時間反応させた。この反応物に蒸留水３００ｍｌと酢酸エチル１００ｍｌを加え、攪拌静置後、水溶液層を取り出し、六フッ化リン酸カリウム１８．４１ｇと酢酸エチル３００ｍｌを加え攪拌した。酢酸エチル層を蒸留水１００ｍｌで２回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで酢酸エチル層の水分を除去後、酢酸エチルをエバポレーターによって留去した。得られた粗生成物を更に４０℃で減圧乾燥させた。収量は２８．８ｇであった。
得られた化合物のＩＲスペクトルデータを測定し、３−（４−メトキシフェニル）−２−プロピルフェニルメチルスルホニウムヘキサフロロホスホネートであることを確認した。スペクトルデータを表１に示した。
【００３８】
（実施例２〜７）
実施例１と同様に製造した本発明のスルホニウム塩化合物とそのスペクトルデータを実施例１と共に表１に示した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
２．硬化性組成物の調製
重合性化合物であるＵＶＲ−６４１０（ＵＣＣ社製ビスフェノールＡ型エポキシ）１００ｇに対して、実施例１、３及び５で得られたスルホニウム塩化合物を３ｇ、実施例７で得られたスルホニウム塩化合物を２ｇそれぞれ混合し４種の硬化性組成物を得た。
また、表２に示した比較例１〜４のスルホニウム塩化合物３ｇを用いて同様に硬化性組成物を調製した。比較例１及び２の化合物は従来より熱硬化性触媒として知られていたものである。比較例３、４の化合物は国際公開公報ＷＯ９５／２４３８７号記載の化合物である。
【００４１】
３．硬化性組成物の評価
（１）熱硬化性テスト
２で得た硬化性組成物を、サンプルビンに１０ｇ秤量し、９０℃に調節されたオーブンに３０分間放置し取り出した。その結果を表２にまとめた。表２中で、硬化したものは○、硬化しなかったものは×で示した。
（２）一液保存安定性テスト
２で得た硬化性組成物を、サンプルビンに１００ｇ秤量し、２５℃の恒温槽に放置し、２週間後に取り出した。放置後の粘度が放置前と比較して２倍以下のものは○、２倍を超えたものは×として表２に示した。
【００４２】
【表２】

【００４３】
表２より、本発明のスルホニウム塩化合物は、９０℃で重合性化合物を硬化させることができ、また、一液保存安定性も優れていることが分かる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のスルホニウム塩化合物及びそれを含有するカチオン重合開始剤を用いれば、１００℃以下の温度でカチオン重合性化合物を硬化させることができる。
また、本発明の硬化性組成物は、カチオン重合性化合物と本発明のカチオン重合開始剤を含有していることから、長期間安定に保存することができる。

Claims

一般式（Ｉ）

（式中、Ａｒ_１はフェニル基又はヒドロキシ基で置換されているフェニル基、Ｒ_１及びＲ_２は炭素数１〜４のアルキル基を表す。Ａｒ_２は、少なくとも１つの炭素数１〜４のアルコキシ基又はヒドロキシ基で置換されているフェニル基である。Ｘは非求核性のアニオン残基を示す。）で表されるスルホニウム塩化合物。
請求項１記載のスルホニウム塩化合物を含有することを特徴とするカチオン重合開始剤。
カチオン重合性化合物と請求項２記載のカチオン重合開始剤を含有することを特徴とする硬化性組成物。
カチオン重合性化合物が、グリシジルエーテル型エポキシまたは脂環型エポキシであることを特徴とする請求項３に記載の硬化性組成物。