JP7498478B2 - 不飽和ウレタン化合物の製造方法 - Google Patents
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- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Description
(1)炭素原子間に不飽和結合を有する不飽和ウレタン化合物の製造方法であって、アルコール化合物(A)とイソシアネート化合物(B)とを、触媒(C)である第1~3遷移元素と第13~15族元素(スズを除く)から選択される少なくとも1種以上の金属元素の有機塩又は錯体の存在下で、反応させることを特徴とする不飽和ウレタン化合物の製造方法、
(2)アルコール化合物(A)は炭素原子間に不飽和結合を有するアルコール化合物(a1)及び/又は2個以上の水酸基を有するポリオール(a2)、イソシアネート化合物(B)は炭素原子間に不飽和結合を有するイソシアネート化合物(b1)及び/又は2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート(b2)、かつ、水酸基(OH)とイソシアネート基(NCO)のモル比は0.9~1.1であることを特徴とする前記(1)に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法、
(3)不飽和結合は、(メタ)アクリレート基、(メタ)アクリルアミド基、ビニル基、ビニルエーテル基、メチルビニルエーテル基、アリル基、(メタ)アリルエーテル基とマレイミド基からなる群より選択される1種以上の不飽和結合であることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法、
(4)触媒(C)はスカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、鉛、ビスマスから選択される少なくとも1種の金属元素の有機塩又は錯体であることを特徴とする前記(1)~(3)のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法、
(5)アルコール化合物(A)、イソシアネート化合物(B)及び触媒(C)のいずれか1種以上の化合物にはエーテル結合及び/またはアミド結合を有することを特徴とする前記(1)~(4)のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法、
(6)エーテル結合及び/またはアミド結合を有する化合物(D)をさらに含有することを特徴とする前記(1)~(5)のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法、
(7)化合物(D)が、活性水素を有しない脂肪族、脂環族、芳香族化合物であることを特徴とする前記(1)~(6)のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法、
(8)触媒(C)の配合量が、アルコール化合物(A)とイソシアネート化合物(B)の合計に対して0.001~5.0%(質量比)であることを特徴とする前記(1)~(7)のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法、
(9)化合物(D)の配合量が、アルコール化合物(A)とイソシアネート化合物(B)の合計に対して1~200%(質量比)であることを特徴とする前記(1)~(8)のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法、
を提供するものである。
実施例1 不飽和ウレタン化合物(F-1)の合成
セパラブルフラスコにジエチレングリコールジエチルエーテル(D-1)50.0質量部、N-(2-ヒドロキシエチル)アクリルアミド(a1-1)53.5質量部、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(b2-1)46.5質量部、触媒としてジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)チタン(オルガチックスTC-750 マツモトファインケミカル株式会社製)(C-1)5.0質量部、重合禁止剤としてメトキシヒドロキノン(H-1)0.01質量部を入れ、60℃にて攪拌した。15時間後、赤外吸収(IR)スペクトルにより分析を行い、b2-1に由来するイソシアネート基特有の吸収(2260cm-1付近)の消失を確認し、不飽和ウレタン化合物(F-1)のD-1溶液を得た。
表1に示す組成で、実施例1と同様の操作を行い、実施例2~9に相当する不飽和ウレタン化合物(F-2)~(F-9)の溶液を得た。それらの反応温度および反応時間を表1に示す。
触媒C-1を除いた以外は、実施例1と同様の反応を行い、48時間後の赤外吸収(IR)スペクトル分析によりイソシアネート基特有の吸収(2260cm-1付近)が殆ど減少せず、ウレタン化反応が殆ど進行しなかったことを確認した。
表1に示す組成で、実施例1と同様の操作を行い、比較例2、3に相当するウレタン化合物(I-2)の溶液と(I-3)の溶液を得た。それらの反応温度および反応時間(反応完結の所要時間)を表1に示す。
セパラブルフラスコにクラレポリオールP-1012(株式会社クラレ製)(a2-3)58.0質量部、イソホロンジイソシアネート(b2-2)25.8質量部、触媒としてテトラキス(アセチルアセトナート)ジルコニウム(C-6)0.1質量部、重合禁止剤としてメトキシヒドロキノン(H-1)0.01質量部を入れ、60℃にて攪拌した。IR分析を行い、b2-2に由来するイソシアネート基特有の吸収(2260cm-1付近)の減少停止(反応開始24時間後)を確認し、一段目反応を終了した。得られた反応液にヒドロキシエチルアクリレート(a1-7)16.2質量部を添加し、60℃にて攪拌し二段目反応を開始した。同様にIR分析によりイソシアネート基の消失を確認し(二段目反応開始12時間後)、二段目反応を終了し、不飽和ウレタン化合物(F-10)を得た。
セパラブルフラスコにN-(2-ヒドロキシエチル)アクリルアミド(a1-1)8.7質量部、クラレポリオールP-2010(a2-6)74.5質量部、イソホロンジイソシアネート(b2-2)16.8質量部、N-アクリロイルモルホリン(D-6)100質量部、触媒としてビスマストリス(2-エチルヘキサン酸)(C-5)0.05質量部、重合禁止剤として2,6-ジ-tert-ブチルフェノール(H-2)0.05質量部を入れ、60℃にて6時間を攪拌した。同様にIR分析により反応の終了を確認し、不飽和ウレタン化合物(F-16)のD-6溶液を得た。
表2に示す組成で、実施例10と同様の操作により、実施例11~15、17~23を行い、不飽和ウレタン化合物(F-11)~(F-15)、(F-17)~(F-23)を得た。それらの一段目反応、二段目反応の反応温度と反応時間を表2に示す。
表2に示す組成、反応条件で、実施例10と同様の操作を行い、比較例4に相当するウレタン化合物(I-4)の合成を行ったが、48時間後の赤外吸収(IR)スペクトル分析結果により、イソシアネート基特有の吸収(2260cm-1付近)が初期状態から殆ど変化せず、一段目反応が殆ど進行しなかったことが分かった。
表2に示す組成で、実施例10と同様の操作を行い、比較例5に相当するウレタン化合物(I-5)の溶液を得た。反応温度と反応時間を表2に示す。
表2に示す組成で、実施例16と同様の操作を行い、比較例6と7に相当するウレタン化合物(I-6)の溶液と(I-7)の溶液を得た。それぞれの反応温度と反応時間を表2に示す。
(炭素原子間に不飽和結合を有するアルコール化合物(a1))
a1-1:N-(2-ヒドロキシエチル)アクリルアミド(HEAA)(登録商標「HEAA」、登録商標「Kohshylmer」、KJケミカルズ株式会社製)
a1-2:2-ヒドロキシエチルマレイミド(HEMI)
a1-3:ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)
a1-4:4-ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)
a1-5:4-ヒドロキシブチルビニルエーテル(4HBVE)
a1-6:2-ヒドロキシエチルアリルエーテル
a1-7:ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)
a1-8:N-(2-ヒドロキシプロピル)アクリルアミド(HPAA)
a1-9:N-(2-ヒドロキシエチル)メタクリルアミド(HEMAA)
a2-1:数平均分子量650のポリテトラメチレングリコール(PTMG650、三菱ケミカル株式会社製)
a2-2:数平均分子量300ポリプロピレングリコール, トリオール型(富士フイルム和光純薬株式会社製)
a2-3:数平均分子量1,000のポリエステルジオール(3-メチル-1,5-ペンタンジオール/アジピン酸/テレフタル酸の縮合物)(クラレポリオール P-1012、株式会社クラレ製)
a2-4:数平均分子量2,000のポリカーボネートジオール(3-メチル-1,5-ペンタンジオール/1,6-ヘキサンジオール/ジエチルカーボネートの縮合物)(クラレポリオール C-2090、株式会社クラレ製)
a2-5:数平均分子量6,000のポリエステルポリオール(3-メチル-1,5-ペンタンジオール/アジピン酸)(クラレポリオール P-6010、株式会社クラレ製)
a2-6:数平均分子量2,000のポリエステルポリオール(3-メチル-1,5-ペンタンジオール/アジピン酸)(クラレポリオール P-2010、株式会社クラレ製)
a2-7:数平均分子量1,000の水素添加ポリ1,2-ブタジエンジオール(GI-1000、日本曹達株式会社製)
a2-8:数平均分子量1,800のカルビノール変性ポリエーテルシリコーンオイル(KF-6001、信越化学工業株式会社製)
a2-9:数平均分子量1,000のポリカーボネートジオール(3-メチル-1,5-ペンタンジオール/1,6-ヘキサンジオール/ジエチルカーボネートの縮合物)(クラレポリオール C-1090、株式会社クラレ製)
b1-1:イソシアナトエチルアクリレート(カレンズAOI 昭和電工株式会社製)
b2-1:2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)
b2-2:イソホロンジイソシアネート(IPDI)
b2-3:ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(HDI-I)
b2-4:ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)
b2-5:メチレンビス(1,4-シクロヘキサンジイル)ジイソシアナート(水添MDI)
C-1:ジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)チタン(オルガチックスTC-750 マツモトファインケミカル株式会社製)
C-2:トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム(オルガチックスAL-3100 マツモトファインケミカル株式会社製)
C-3:テトラキス(アセチルアセトナート)ハフニウム(富士フイルム和光純薬株式会社製)
C-4:ジルコニウムテトラキス(2-エチルヘキサン酸)(オルガチックスZC-200 マツモトファインケミカル株式会社製)
C-5:ビスマストリス(2-エチルヘキサン酸)(富士フイルム和光純薬株式会社)
C-6:トリス(アセチルアセトナート)鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社)
C-7:テトラキス(アセチルアセトナート)ジルコニウム(オルガチックスZC-150 マツモトファインケミカル株式会社製)
C-8:トリス(ステアリン酸鉄)(III)(東京化成工業株式会社製)
G-1:N,N,N,N-テトラメチルエチレンジアミン
G-2:亜鉛ビス(ネオデカン酸)(Borchi Kat22 松尾産業株式会社製)
G-3:ビス( アセチルアセトナート) 亜鉛(東京化成工業株式会社製)
G-4:ジブチル錫ジラウレート(東京化成工業株式会社製)
D-1:ジエチレングリコールジエチルエーテル
D-2:テトラヒドロフルフリルアクリレート
D-3:テトラヒドロフラン
D-4:モルホリンアセトアミド
D-5:メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(登録商標「KJCMPA」、KJケミカルズ株式会社製)
D-6:N-アクリロイルモルホリン(登録商標「ACMO」、登録商標「Kohshylmer」、KJケミカルズ株式会社製)
D-7:N,N-ジエチルアクリルアミド(登録商標「DEAA」、登録商標「Kohshylmer」、KJケミカルズ株式会社製)
D-8:ジアセトンアクリルアミド(登録商標「Kohshylmer」、KJケミカルズ株式会社製)
D-9:N,N-ジメチルアセトアミド
E-1:イソボルニルアクリレート
E-2:酢酸エチル
H-1:メトキシヒドロキノン
H-2:2,6-ジ-tert-ブチルフェノール
H-3:4-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
実施例1~9で得られた不飽和ウレタン化合物(F-1)~(F-9)、比較例2、3で得られたウレタン化合物(I-2)、(I-3)は単一の化合物として得られるため、TSQ Quantum Acess MAX(Thermo Science社製)、ESIプローブ(H-ESI2、ポジ測定)を用いたインフュージョン法(溶離液としてアセトニトリル/0.1%酢酸水溶液=9/1(質量比))にてマススペクトルにより分子量を測定した。また、不飽和基当量(不飽和基1個当たりの分子量)を算出した(不飽和基当量=分子量/不飽和基数)。また、比較例1はウレタン化反応が殆ど進行しなかったため、分子量測定は行わなかった。これらの結果を表3に示す。
実施例10~21で得られた不飽和ウレタン化合物(F-10)~(F-21)、比較例5~7で得られたウレタン化合物(I-5)~(I-7)は分子量分布のある高分子であり、高速液体クロマトグラフィー(株式会社島津製作所製のLC10Aを用いて、カラムはShodex GPC KF-806L(排除限界分子量:2×107、分離範囲:100~2×107、理論段数:10,000段/本)、溶離液としてテトラヒドロフランを使用した。)により測定し、標準ポリスチレン分子量換算により数平均分子量を算出した。また不飽和基当量(不飽和基1個当たりの分子量)を算出した(不飽和基当量=数平均分子量/不飽和基数)。また、比較例4はウレタン化反応が殆ど進行しなかったため、分子量測定を行わなかった。これらの結果を表4に示す。
ブルックフィードル型粘度計(装置名:デジタル粘度計 LV DV2T 英弘精機株式会社製)を使用し、JIS K5600-2-3に準じて、60℃にて、各実施例と比較例で得られた不飽和ウレタン化合物(F)とウレタン化合物(I)の粘度、或いは不飽和ウレタン化合物(F)とウレタン化合物(I)の溶液の粘度を測定した。また比較例1、4はウレタン化反応が殆ど進行しなかったため、測定を行わなかった。粘度測定の結果を表3、表4に示す。
各実施例と比較例で得られた不飽和ウレタン化合物(F)とウレタン化合物(I)の色相、或いは不飽和ウレタン化合物(F)とウレタン化合物(I)の溶液の色相としてハーゼン色数(APHA)を透過色測定専用器(日本電色TZ6000)にて測定し、APHAの値から以下の評価を行った。また比較例1、4はウレタン化反応が殆ど進行しなかったため、測定を行わなかった。色相測定の結果を表3、表4に示す。
◎:APHAが50未満
○:APHAが50以上かつ100未満
△:APHAが100以上かつ200未満
×:APHAが200以上
各実施例と比較例で得られた不飽和ウレタン化合物(F)とウレタン化合物(I)の色相、或いは不飽和ウレタン化合物(F)とウレタン化合物(I)の溶液を60℃にて1週間保管し、保管後の粘度測定を行い、粘度変化から安定性の評価を行った。また比較例1、4はウレタン化反応が殆ど進行しなかったため、評価を行わなかった。安定性評価の結果を表3、表4に示す。
◎:粘度変化が±10%未満
○:粘度変化が±10%以上かつ±20%未満
△:粘度変化が±20%以上かつ±100%未満
×:粘度変化が±100%以上
Claims (8)
- 炭素原子間に不飽和結合を有する不飽和ウレタン化合物の製造方法であって、アルコール化合物(A)とイソシアネート化合物(B)とを、エーテル結合を有する化合物(D)、触媒(C)であるチタン、アルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム、ビスマス、鉄から選択される少なくとも1種以上の金属元素の有機塩又は錯体の存在下で、反応させることを特徴とする不飽和ウレタン化合物の製造方法であって、
Dは、アルキレン(炭素数1~4、以下同じ)グリコールジアルキル(炭素数1~18、以下同じ)エーテル、ジアルキレングリコールジアルキルエーテル、トリアルキレングリコールジアルキルエーテル、ポリアルキレングリコールジアルキルエーテル、アルキレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジアルキレングリコールアルキルエーテルアセテート、トリアルキレングリコールアルキルエーテルアセテート、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルアセテート、アルキレングリコールジアリールエーテル、ジアルキレングリコールジアリールエーテル、トリアルキレングリコールジアリールエーテル、ポリアルキレングリコールジアリールエーテル、アルキレングリコールアリールエーテルアセテート、ジアルキレングリコールアリールエーテルアセテート、トリアルキレングリコールアリールエーテルアセテート、ポリアルキレングリコールアリールエーテルアセテート、アルキレングリコールアルキルエーテル(メタ)アクリレート、ジアルキレングリコールアルキルエーテル(メタ)アクリレート、トリアルキレングリコールアルキルエーテル(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコールアルキルエーテル(メタ)アクリレート、アリールアルキレングリコール(メタ)アクリレート、アリールジアルキレングリコール(メタ)アクリレート、アリールトリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、アリールポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、環状エーテル類、環状エーテル基導入(メタ)アクリレート類である、不飽和ウレタン化合物の製造方法。 - アルコール化合物(A)は炭素原子間に不飽和結合を有するアルコール化合物(a1)及び/又は2個以上の水酸基を有するポリオール(a2)、イソシアネート化合物(B)は炭素原子間に不飽和結合を有するイソシアネート化合物(b1)及び/又は2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート(b2)、かつ、水酸基(OH)とイソシアネート基(NCO)のモル比は0.9~1.1であることを特徴とする請求項1に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法。
- 不飽和結合は、(メタ)アクリレート基、(メタ)アクリルアミド基、ビニル基、ビニルエーテル基、メチルビニルエーテル基、アリル基、(メタ)アリルエーテル基とマレイミド基からなる群より選択される1種以上の不飽和結合であることを特徴とする請求項1又は2 に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法。
- アルコール化合物(A)、イソシアネート化合物(B)及び触媒(C)のいずれか1種以上の化合物にはエーテル結合及び/またはアミド結合を有することを特徴とする請求項1~ 3のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法。
- 化合物(D)が、更にアミド結合を有する化合物であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法。
- 化合物(D)が、活性水素を有しない脂肪族、脂環族、芳香族化合物であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法。
- 触媒(C)の配合量が、アルコール化合物(A)とイソシアネート化合物(B)の合計に対して0.001~5.0%(質量比)であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法。
- 化合物(D)の配合量が、アルコール化合物(A)とイソシアネート化合物(B)の合計に対して1~200%(質量比)であることを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の不飽和ウレタン化合物の製造方法。
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