JP2007161652A - 脂環式エポキシ化合物の製造方法および脂環式エポキシ化合物 - Google Patents
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Abstract
Description
で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物を有機過カルボン酸によりエポキシ化して、下記式(III)
で表される脂環式エポキシ化合物を得ることを特徴とする脂環式エポキシ化合物の製造方法を提供する。
で表され、且つ塩素分含有率が50重量ppm以下である脂環式エポキシ化合物を提供する。
で表され、n=2〜5の化合物の何れかを少なくとも含有している脂環式エポキシ化合物を提供する。
で表されるアルコールの炭酸エステル化合物と、下記式(V)
び3−シクロヘキセン−1−メタノール(V)の仕込比は、目標とする脂環式オレフィン多価カーボネート化合物(I)[そして、最終目的物である脂環式エポキシ化合物(III)]の数平均分子量(分子量分布)によって決定される。通常、モル比で、3−シクロヘキセン−1−メタノール(V)/ジオール化合物(II)/アルコールの炭酸エステル化合物(IV)=2/(1〜10)/(1〜9)、好ましくは、2/(1〜5)/(1〜7)、さらに好ましくは、2/(1〜3)/(1〜4)である。
測定装置:東ソー株式会社製高速GPC装置「HLC−8220GPC」
移動相流量:0.350ml/分
移動相:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
試料注入量:20μl
試料濃度:1%
JIS K 6911に規定の方法で、曲げ弾性率、曲げ強度を測定した。試験片の形状は80(mm)×(10±0.5)(mm)×(4±0.2)(mm)とした。
JIS K 7105に規定の方法で、光線透過率を測定した。試験片の形状は50(mm)×50(mm)×(3±0.1)(mm)とした。
空気吹き込み口、ガス分散多孔板、冷却ジャケットを備えた300mlステンレス製反応器に酢酸コバルトを含む10重量%アセトアルデヒド−酢酸エチル溶液を毎時114kgで仕込みながら圧縮空気を吹き込み、45℃で反応を行った。反応液は過酢酸10.1重量%、アセトアルデヒドモノパーアセテート2.2重量%、酢酸2.0重量%を含んでいた。この溶液をポリリン酸ナトリウムとともに、蒸留塔に仕込み、濃縮を行い、過酢酸溶液を得た。この過酢酸溶液は過酢酸濃度29.1重量%、水分は0.47重量%であった。
撹拌機、温度計、窒素導入管、理論段数3段相当の充填塔を備えた2リットルの丸底フラスコに、炭酸ジメチル 275.2g(3.06mol)、3−シクロヘキセン−1−メタノール(1,2,5,6−テトラヒドロベンジルアルコール)342.7g(3.06mol)、1,6−ヘキサンジオール 180.5g(1.53mol)、触媒としてテトラブチルチタネート 32mgを仕込み、常圧下で撹拌、加温した。反応器の温度は、徐々に上昇させ、220℃に到達した後8時間220℃で反応させた。反応の途中、サンプリングを行い、残存するジオール成分(ここでは1,6−ヘキサンジオール)をガスクロマトグラフィーにより定量し、エステル交換反応が完結に至ったことを確認して反応を終了させた。
エステル交換反応完結後、100Torr(13.3kPa)に減圧し、生成したメタノールを留出させて得られたカーボネートオリゴマーの性状は、粘度 97mPa・s/25℃、酸価 0.5KOHmg/g、水分 0.01重量%、APHA 70、二重結合当量は158であった。収量は596gであった。
得られたカーボネートオリゴマーの1H−NMRによる分析(図1)で、δ1〜2.5ppm付近にハイドロカーボン鎖上の1Hによるシグナル、δ4ppm付近にエステル結合を構成する酸素原子に隣接する炭素原子上の1Hによるシグナル、δ5.5ppm付近に炭素炭素二重結合上の1Hによるシグナルが観測され、式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であること、GPC分析で得られたチャート(図2)を解析した結果から、式(I)におけるnが0のものが59.8重量%、1のものが24.3重量%、2以上(2〜5)のものが15.8重量%であることが確認された。原子吸光法により分析した遊離の塩素分の含有率は31重量ppmであった。
撹拌機、温度計、窒素導入管、理論段数3段相当の充填塔を備えた2リットルの丸底フラスコに、炭酸ジメチル 295.4g(3.28mol)、3−シクロヘキセン−1−メタノール(1,2,5,6−テトラヒドロベンジルアルコール)245.2g(2.19mol)、1,6−ヘキサンジオール 258.4g(2.19mol)、触媒としてテトラブチルチタネート 32mgを仕込み、常圧下で撹拌、加温した。反応器の温度は、徐々に上昇させ、220℃に到達した後8時間220℃で反応させた。反応の途中、サンプリングを行い、残存するジオール成分(ここでは1,6−ヘキサンジオール)をガスクロマトグラフィーにより定量し、エステル交換反応が完結に至ったことを確認して反応を終了させた。
エステル交換反応完結後、100Torr(13.3kPa)に減圧し、生成したメタノールを留出させて得られたカーボネートオリゴマーの性状は、粘度 124mPa・s/25℃、酸価 0.03KOHmg/g、水分 0.02重量%、APHA 80、二重結合当量 180であった。収量は580gであった。
得られたカーボネートオリゴマーの1H−NMRによる分析(図3)で、δ1〜2.5ppm付近にハイドロカーボン鎖上の1Hによるシグナル、δ4ppm付近にエステル結合を構成する酸素原子に隣接する炭素原子上の1Hによるシグナル、δ5.5ppm付近に炭素炭素二重結合上の1Hによるシグナルが観測され、式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であること、GPC分析で得られたチャート(図4)を解析した結果から、式(I)におけるnが0のものが47.2重量%、1のものが34.2重量%、2以上(2〜5)のものが18.6重量%であることが確認された。原子吸光法により分析した遊離の塩素分の含有率は24重量ppmであった。
撹拌機、温度計、窒素導入管、理論段数3段相当の充填塔を備えた2リットルの丸底フラスコに、炭酸ジメチル 262.2g(2.91mol)、3−シクロヘキセン−1−メタノール(1,2,5,6−テトラヒドロベンジルアルコール)326.5g(2.91mol)、1,10−デカンジオール 209.9g(1.46mol)、触媒としてテトラブチルチタネート 32mgを仕込み、常圧下で撹拌、加温した。反応器の温度は、徐々に上昇させ、220℃に到達した後8時間220℃で反応させた。反応の途中、サンプリングを行い、残存するジオール成分(ここでは1,10−デカンジオール)をガスクロマトグラフィーにより定量し、エステル交換反応が完結に至ったことを確認して反応を終了させた。
エステル交換反応完結後、100Torr(13.3kPa)に減圧し、生成したメタノールを留出させて得られたカーボネートオリゴマーの性状は、粘度 253mPa・s/25℃、酸価 0.03KOHmg/g、水分 0.01重量%、APHA 50、二重結合当量 162であった。収量は604gであった。
得られたカーボネートオリゴマーの1H−NMRによる分析(図5)で、δ1〜2.5ppm付近にハイドロカーボン鎖上の1Hによるシグナル、δ4ppm付近にエステル結合を構成する酸素原子に隣接する炭素原子上の1Hによるシグナル、δ5.5ppm付近に炭素炭素二重結合上の1Hによるシグナルが観測され、式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であること、GPC分析で得られたチャート(図6)を解析した結果から、式(I)におけるnが0のものが51.1重量%、1のものが31.7重量%、2以上(2〜5)のものが17.2重量%であることが確認された。原子吸光法により分析した遊離の塩素分の含有率は27重量ppmであった。
撹拌機、温度計、窒素導入管、理論段数3段相当の充填塔を備えた2リットルの丸底フラスコに、炭酸ジメチル 241g(2.67mol)、3−シクロヘキセン−1−メタノール(1,2,5,6−テトラヒドロベンジルアルコール)299.8g(2.67mol)、1,4−シクロヘキサンジメタノール 259.4g(1.34mol)、触媒としてテトラブチルチタネート 32mgを仕込み、常圧下で撹拌、加温した。反応器の温度は、徐々に上昇させ、220℃に到達した後8時間220℃で反応させた。反応の途中、サンプリングを行い、残存するジオール成分(ここでは1,4−シクロヘキサンジメタノール)をガスクロマトグラフィーにより定量し、エステル交換反応が完結に至ったことを確認して反応を終了させた。
エステル交換反応完結後、100Torr(13.3kPa)に減圧し、生成したメタノールを留出させて得られたカーボネートオリゴマーの性状は、粘度 110mPa・s/25℃、酸価 0.02KOHmg/g、水分 0.01重量%、APHA 50、二重結合当量 178であった。収量は615gであった。
得られたカーボネートオリゴマーの1H−NMRによる分析(図7)で、δ1〜2.5ppm付近にハイドロカーボン鎖上の1Hによるシグナル、δ4ppm付近にエステル結合を構成する酸素原子に隣接する炭素原子上の1Hによるシグナル、δ5.5ppm付近に炭素炭素二重結合上の1Hによるシグナルが観測され、式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であること、GPC分析で得られたチャート(図8)を解析した結果から、式(I)におけるnが0のものが59.7重量%、1のものが24.3重量%、2以上(2〜5)のものが16.0重量%であることが確認された。原子吸光法により分析した遊離の塩素分の含有率は19重量ppmであった。
合成例1で合成した式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマー100g(0.63mol)、酢酸エチル100gをジャケット付き1リットルのフラスコに仕込み、毎時1リットルの流量で気相部に窒素を吹き込みながら反応前粗液温度を30℃になるように加温した。製造例1で得られた実質的に水分を含まない過酢酸の酢酸エチル溶液225gを3時間かけて滴下した。過酢酸滴下終了後、40℃を維持したまま3時間撹拌を続け、反応を終了した。反応終了液にイオン交換水400gを加え、過酢酸由来の酢酸を水層に抽出した。WFE型薄膜蒸発器を使用して、酢酸エチルなど、製品よりも低沸点成分を除去して、式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマーのエポキシ化物[式(III)で表される脂環式エポキシ化合物]91gを得た。得られたエポキシ化合物の性状は、粘度 1780mPa・s/25℃、酸価 0.5KOHmg/g、水分 0.05重量%、APHA 20、エポキシ当量は197であった。得られたエポキシ化物の1H−NMRスペクトルチャートを図9に示す。得られたエポキシ化合物のnの分布は合成例1で得られた式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマーと同じである。原子吸光法により分析した遊離の塩素分の含有率は25重量ppmであった。
上記のエポキシ化合物40g、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸無水物34g、エチレングリコール0.5g、テトラブチルアンモニウムブロミド0.17gを250mlの高密度ポリエチレン製容器に入れ、遊星式撹拌・脱泡装置を使用して混合した。混合物をテフロン(登録商標)製の型に入れ、110℃で2時間、次いで180℃で2時間の条件で硬化させ、硬化物を得た。硬化物の諸物性を評価したところ、曲げ弾性率は2457MPa、曲げ強度は82MPa、波長400nmにおける光線透過率は84%であった。
合成例2で合成した式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマー100g(0.56mol)、酢酸エチル100gをジャケット付き1リットルのフラスコに仕込み、毎時1リットルの流量で気相部に窒素を吹き込みながら反応前粗液温度を30℃になるように加温した。製造例1で得られた実質的に水分を含まない過酢酸の酢酸エチル溶液225gを3時間かけて滴下した。過酢酸滴下終了後、40℃を維持したまま3時間撹拌を続け、反応を終了した。反応終了液にイオン交換水400gを加え、過酢酸由来の酢酸を水層に抽出した。WFE型薄膜蒸発器を使用して、酢酸エチルなど、製品よりも低沸点成分を除去して、式(I)で表わされる脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマーのエポキシ化物[式(III)で表される脂環式エポキシ化合物]89gを得た。得られたエポキシ化合物の性状は、粘度 1761mPa・s/25℃、酸価 0.4KOHmg/g、水分 0.07重量%、APHA 30、エポキシ当量は213であった。得られたエポキシ化物の1H−NMRスペクトルチャートを図10に示す。得られたエポキシ化合物のnの分布は合成例2で得られた式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマーと同じである。原子吸光法により分析した遊離の塩素分の含有率は19重量ppmであった。
上記のエポキシ化合物40g、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸無水物31.5g、エチレングリコール0.5g、テトラブチルアンモニウムブロミド0.16gを250mlの高密度ポリエチレン製容器に入れ、遊星式撹拌・脱泡装置を使用して混合した。混合物をテフロン(登録商標)製の型に入れ、110℃で2時間、次いで180℃で2時間の条件で硬化させ、硬化物を得た。硬化物の諸物性を評価したところ、曲げ弾性率は2510MPa、曲げ強度は87MPa、波長400nmにおける光線透過率は83%であった。
合成例3で合成した式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマー100g(0.56mol)、酢酸エチル100gをジャケット付き1リットルのフラスコに仕込み、毎時1リットルの流量で気相部に窒素を吹き込みながら反応前粗液温度を30℃になるように加温した。製造例1で得られた実質的に水分を含まない過酢酸の酢酸エチル溶液225gを3時間かけて滴下した。過酢酸滴下終了後、40℃を維持したまま3時間撹拌を続け、反応を終了した。反応終了液にイオン交換水400gを加え、過酢酸由来の酢酸を水層に抽出した。WFE型薄膜蒸発器を使用して、酢酸エチルなど、製品よりも低沸点成分を除去して、式(I)で表わされる脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマーのエポキシ化物[式(III)で表される脂環式エポキシ化合物]97gを得た。得られたエポキシ化合物の性状は、粘度 1221mPa・s/25℃、酸価 0.3KOHmg/g、水分 0.08重量%、APHA 20、エポキシ当量は211であった。得られたエポキシ化物の1H−NMRスペクトルチャートを図11に示す。得られたエポキシ化合物のnの分布は合成例4で得られた式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマーと同じである。原子吸光法により分析した遊離の塩素分の含有率は21重量ppmであった。
上記のエポキシ化合物40g、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸無水物32g、エチレングリコール0.5g、テトラブチルアンモニウムブロミド0.16gを250mlの高密度ポリエチレン製容器に入れ、遊星式撹拌・脱泡装置を使用して混合した。混合物をテフロン(登録商標)製の型に入れ、110℃で2時間、次いで180℃で2時間の条件で硬化させ、硬化物を得た。硬化物の諸物性を評価したところ、曲げ弾性率は2420MPa、曲げ強度は99MPa、波長400nmにおける光線透過率は81%であった。
合成例4で合成した式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマー100g(0.62mol)、酢酸エチル100gをジャケット付き1リットルのフラスコに仕込み、毎時1リットルの流量で気相部に窒素を吹き込みながら反応前粗液温度を30℃になるように加温した。製造例1で得られた実質的に水分を含まない過酢酸の酢酸エチル溶液225gを3時間かけて滴下した。過酢酸滴下終了後、40℃を維持したまま3時間撹拌を続け、反応を終了した。反応終了液にイオン交換水400gを加え、過酢酸由来の酢酸を水層に抽出した。WFE型薄膜蒸発器を使用して、酢酸エチルなど、製品よりも低沸点成分を除去して、式(I)で表わされる脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマーのエポキシ化物[式(III)で表される脂環式エポキシ化合物]97gを得た。得られたエポキシ化合物の性状は、粘度 12100mPa・s/25℃、酸価 0.2KOHmg/g、水分 0.05重量%、APHA 10、エポキシ当量は193であった。得られたエポキシ化物の1H−NMRスペクトルチャートを図12に示す。得られたエポキシ化合物のnの分布は合成例3で得られた式(I)で表される脂環式オレフィン多価カーボネート化合物であるカーボネートオリゴマーと同じである。原子吸光法により分析した遊離の塩素分の含有率は17重量ppmであった。
上記のエポキシ化合物40g、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸無水物34.9g、エチレングリコール0.5g、テトラブチルアンモニウムブロミド0.17gを250mlの高密度ポリエチレン製容器に入れ、遊星式撹拌・脱泡装置を使用して混合した。混合物をテフロン(登録商標)製の型に入れ、110℃で2時間、次いで180℃で2時間の条件で硬化させ、硬化物を得た。硬化物の諸物性を評価したところ、曲げ弾性率は2450MPa、曲げ強度は91MPa、波長400nmにおける光線透過率は85%であった。
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サンカルボキシレート40g、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸無水物52g、エチレングリコール0.8g、テトラブチルアンモニウムブロミド0.26gを250mlの高密度ポリエチレン製容器に入れ、遊星式撹拌・脱泡装置を使用して混合した。混合物をテフロン(登録商標)製の型に入れ、110℃で2時間、次いで180℃で2時間の条件で硬化させ、硬化物を得た。硬化物の諸物性を評価したところ、曲げ弾性率は2976MPa、曲げ強度は43MPa、波長400nmにおける光線透過率は87%であった。
(透明性)
○:400nmにおける光線透過率が80%以上である。
×:400nmにおける光線透過率が80%未満である。
(機械物性)
○:曲げ強度80MPa以上、かつ、曲げ弾性率2550MPa以下
×:曲げ強度80MPa未満、もしくは、曲げ弾性率2550MPa超
Claims (7)
- 水分含有率が0.8重量%以下の有機過カルボン酸を用いる請求項1記載の脂環式エポキシ化合物の製造方法。
- 式(I)及び式(III)中のRが炭素数2〜16のアルカンジオール又は炭素数5〜16の脂環式ジオールの残基である請求項1記載の脂環式エポキシ化合物の製造方法。
- n=0の化合物の含有量がn=0〜5の化合物の総量に対して70重量%以下である式(III)で表される化合物を得る請求項1〜3の何れかの項に記載の脂環式エポキシ化合物の製造方法。
- n=0の化合物の含有量がn=0〜5の化合物の総量に対して70重量%以下である請求項5又は6記載の脂環式エポキシ化合物。
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