JP2007182418A

JP2007182418A - トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造方法

Info

Publication number: JP2007182418A
Application number: JP2006097954A
Authority: JP
Inventors: Takuhiko Jinno; 卓彦神野; Tsugihisa Kawase; 次久川瀬; Akio Moriyama; 章夫森山
Original assignee: Koei Chemical Co Ltd
Current assignee: Koei Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】従来法に比べて、反応器の内壁へのポリマー副生物の付着量を低減でき、着色の少ないトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法を提供すること
【解決手段】重合禁止剤の存在下に溶媒中で、トリペンタエリスリトールと（メタ）アクリル酸を反応させてトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法において、反応溶媒が脂肪族炭化水素系溶媒及び／又は脂環式炭化水素系溶媒であることを特徴とするトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造方法並びに重合禁止剤の存在下に溶媒中で、トリペンタエリスリトールと（メタ）アクリル酸を反応させてトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法において、重合禁止剤が銅化合物であって、活性炭を共存させることを特徴とするトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造方法。

Description

本発明は、ハードコート剤等に用いられる紫外線硬化性樹脂組成物用の多官能（メタ）アクリレートとして有用なトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造方法に関する。

従来、トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造方法としては、ハイドロキノン類の存在下に芳香族炭化水素系溶媒（例えば、ベンゼン、トルエン等）中で、トリペンタエリスリトールとアクリル酸又はメタアクリル酸（以下、総称して（メタ）アクリル酸という。）を反応させる方法が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。しかし、芳香族炭化水素系溶媒を用いる従来法は、副生する（メタ）アクリル酸ポリマー、トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの重合副生物等のポリマー（以下、これらを総称してポリマー副生物という。）が反応器の内壁に「汚れ」としてかなりの量付着し、反応器の洗浄に多大な労力とコストを必要とするため、工業的に製造するには未だ満足し得るものではない。

また、これらの従来法には、得られるトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートが大きく着色しているという問題がある。本発明者らは着色を抑制するために、反応系に活性炭等の脱色剤を存在させた反応を行ったが着色を抑制することは困難であった。
特開平０２−２２３７０号特開平０７−１１１６５号特開２００２−２３５０１８号

本発明の第一の課題は、従来法に比べて、反応器の内壁へのポリマー副生物の付着量を低減できるトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法を提供することである。本発明の第二の課題は、従来法に比べて、着色の少ないトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法を提供することである。

本発明者が上記課題を解決するために鋭意検討したところ、驚くべきことに、反応溶媒として、脂肪族炭化水素系溶媒及び／又は脂環式炭化水素系溶媒を用いると、反応器の内壁へのポリマー副生物の付着量が低減できることを見出した。また一方で、従来法に活性炭を加えてもトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの着色抑制が困難であるのは、活性炭に重合禁止剤であるハイドロキノン類が吸着されるためにハイドロキノン類の重合禁止剤としての効果が低下することにあると推測し、重合禁止剤に銅化合物を用い、反応系内に活性炭を共存させたところ、着色の少ないトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、重合禁止剤の存在下に溶媒中で、トリペンタエリスリトールと（メタ）アクリル酸を反応させてトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法において、反応溶媒が脂肪族炭化水素系溶媒及び／又は脂環式炭化水素系溶媒であることを特徴とするトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造方法並びに重合禁止剤の存在下に溶媒中で、トリペンタエリスリトールと（メタ）アクリル酸を反応させてトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法において、重合禁止剤が銅化合物であって、活性炭を共存させることを特徴とするトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造方法に関する。

本発明によれば、反応溶媒に脂肪族炭化水素系溶媒及び／又は脂環式炭化水素系溶媒を用いることによって、従来法に比べて反応器の内壁へのポリマー副生物の付着量を低減でき、工業的に有利にトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造することが可能となる。また、重合禁止剤に銅化合物を用い且つ活性炭を共存させることによって、従来法に比べて着色の少ないトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを容易に得ることができる。このように本発明の製造方法は工業的に有用な製造法である。

以下、本発明を詳細に説明する。
まず、反応器の内壁へのポリマー副生物の付着量を低減してトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法について述べる。この方法においては反応溶媒に脂肪族炭化水素系溶媒及び／又は脂環式炭化水素系溶媒を用いることが重要である。トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造に用いるトリペンタエリスリトール、（メタ）アクリル酸、重合禁止剤及び反応溶媒の好ましい混合順序としては、重合禁止剤、トリペンタエリスリトール及び反応溶媒の混合物に（メタ）アクリル酸を添加する方法であり、特に好ましくは、重合禁止剤、トリペンタエリスリトール、反応溶媒及び使用総量の６０〜９０重量％の（メタ）アクリル酸を同時に反応器に仕込んで反応させ、先の（メタ）アクリル酸がほぼ消費された後に、残り４０〜１０重量％の（メタ）アクリル酸を添加する方法である。このようにすれば、反応器の内壁へのポリマー副生物の付着量をより低減することができる。

脂肪族炭化水素系溶媒としては、通常炭素数６〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルカンが挙げられ、具体的には、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、２−エチルヘキサン等が挙げられる。脂環式炭化水素系溶媒としては、通常、アルキル基を有していてもよい炭素数６〜１２のシクロアルカンが挙げられ、具体的には、例えばシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、メチルシクロヘキサン等が挙げられる。これらは単独又は２種以上を混合して用いてもよい。また、反応に影響を及ぼさなければ、他の有機溶媒と混合して用いてもよい。かかる反応溶媒の使用量は、（メタ）アクリル酸１重量部に対して、通常０．１重量部以上、好ましくは０．１〜５重量部である。

重合禁止剤には、銅化合物、ハイドロキノンモノメチルエーテル等の通常公知の重合禁止剤を用いることができる。銅化合物の具体例としては、硫酸銅、塩化銅等が挙げられる。かかる重合禁止剤の使用量は、（メタ）アクリル酸に対して、通常０．０１〜５重量％、好ましくは０．０５〜３重量％である。

次に、トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの着色を低減してトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法について述べる。この製造法においては、重合禁止剤として銅化合物を用いさらに反応系内に活性炭を存在させることが重要である。このようにすれば、銅化合物は、活性炭に殆ど吸着されないため、重合禁止剤としての効果を維持しつつ、トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの着色を低減することが可能となる。かかる活性炭の使用量は、（メタ）アクリル酸に対して、通常０．０１〜３重量％、好ましくは０．０５〜１重量％である。また銅化合物の具体例及び使用量は上述したものと同様である。

反応溶媒としては、脂肪族炭化水素系溶媒及び脂環式炭化水素系溶媒、並びに芳香族炭化水素系溶媒（例えば、トルエン、キシレン等）等が挙げられる。反応溶媒の使用量並びに脂肪族炭化水素系溶媒及び脂環式炭化水素系溶媒の具体例は上述したものと同様である。

次いで、反応器の内壁へのポリマー副生物の付着量を低減してトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法と、トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの着色を低減してトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法とに共通する実施態様について述べる。本発明に用いられるトリペンタエリスリトールは、不純物としてペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、テトラペンタエリスリトール等を含んでいてもよく、トリペンタエリスリトールの純度は、通常６０％以上である。

（メタ）アクリル酸の使用量は、トリペンタエリスリトールの水酸基１当量に対して、通常０．９〜５．０モル、好ましくは１．０〜１．５モルである。

本発明の製造方法は、エステル化反応であるので、エステル化触媒を用いることが好ましい。エステル化触媒としては、例えば硫酸、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、リン酸等の酸性化合物等が挙げられる。かかるエステル化触媒の使用量は、（メタ）アクリル酸に対して、通常０．５〜１５重量％、好ましくは１〜１０重量％である。

反応温度は、通常６０〜２００℃、好ましくは８０〜１５０℃である。また、本反応では水が生成するが、かかる生成水を反応器から徐々に留出させながら、反応を行うことがより好ましい。さらには、酸素ガス、空気ガス等の酸素を含むガスを反応中に吹き込みながら、反応を行うことがより好ましい。

反応終了後、有機溶剤を添加して、反応混合物を希釈する。このようにすれば、ポリマー副生成物、エステル化触媒、銅化合物等を含むオイル層とトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを含む有機層に分かれ、かかる有機層を分液操作等の所望の分離操作にて分離することで、容易にポリマー副生成物等を除去することができる。有機溶剤としては、例えばトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、ジエチルエーテル、１，４−ジオキサン等のエーテル系溶剤等が挙げられる。かかる有機溶剤の使用量は、（メタ）アクリル酸１重量部に対して、通常０．１重量部以上、好ましくは０．１〜１０重量部である。

得られた有機層を酸水溶液及び／又はアルカリ水溶液等を用いて中和洗浄し、公知の脱水剤（例えば、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム等）を用いて脱水後、反応溶媒及び有機溶剤を濃縮等の所望の操作により除去し、乾燥することで容易に高品位のトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを得ることができる。

本発明の製造方法によって得られるトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートは、通常トリペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ（メタ）アクリレート等の混合物で得られる。

以下に実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
反応器にトリペンタエリスリトール１００ｇ、アクリル酸１６２ｇ、シクロヘキサン９１ｇ、濃硫酸８．０ｇ、ハイドロキノンモノメチルエーテル１．２ｇを仕込み、空気を１０ｍＬ／分で吹き込みながら、８０℃〜９０℃、８時間反応した。反応終了後、反応混合物にトルエン５３０ｇを添加し、得られた有機層を２５重量％水酸化ナトリウム水溶液、次いで１０重量％硫酸ナトリウム水溶液により洗浄し、硫酸マグネシウムを用いて乾燥後、重合禁止剤（ハイドロキノンモノメチルエーテル）０．２ｇを添加して濃縮し、乾燥してトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレート１８３ｇを得た。得られたトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートのＡＰＨＡは２７１であった。また、反応終了時に反応器の内壁に付着したポリマー副生物の量は２．１ｇであった。

比較例１
実施例１のシクロヘキサンをトルエン１６５ｇに代えた以外は実施例１と同様にして反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物にトルエン２７５ｇを添加し、得られた有機層を２５重量％水酸化ナトリウム水溶液、次いで１０重量％硫酸ナトリウム水溶液により洗浄し、硫酸マグネシウムを用いて乾燥後、重合禁止剤（ハイドロキノンモノメチルエーテル）０．２ｇを添加して濃縮し、乾燥してトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレート１６８ｇを得た。得られたトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートのＡＰＨＡは２２６であった。また、反応終了時に反応器の内壁に付着したポリマー副生物の量は５．３ｇであった。

実施例２
反応器にトリペンタエリスリトール１００ｇ、アクリル酸１６２ｇ、トルエン１４０ｇ、濃硫酸５ｇ、硫酸銅０．６ｇ及び活性炭１．０ｇを仕込み、空気を１０ｍＬ／分で吹き込みながら、８０℃〜９０℃、１０時間反応した。反応終了後、反応混合物にトルエン３５０ｇを添加し、濾過後、得られた濾液を２５重量％水酸化ナトリウム水溶液、次いで１０重量％硫酸ナトリウム水溶液により洗浄し、硫酸マグネシウムを用いて乾燥後、重合禁止剤（ハイドロキノンモノメチルエーテル）０．２ｇを添加して濃縮し、乾燥してトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレート１７６ｇを得た。得られたトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートのＡＰＨＡは７０であった。また、反応終了時に反応器の内壁に付着したポリマー副生物の量は５．４ｇであった。

比較例２
実施例２において、活性炭を用いない以外は実施例２と同様にして行い、トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレート１９１ｇを得た。得られたトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートのＡＰＨＡは１９１であった。また、反応終了時に反応器の内壁に付着したポリマー副生物の量は５．６ｇであった。

実施例３
反応器にトリペンタエリスリトール１５０ｇ、アクリル酸１９３ｇ、シクロヘキサン１０５ｇ、濃硫酸１２ｇ、硫酸銅３．６ｇ及び活性炭１．５ｇを仕込み、空気を１７．５ｍＬ／分で吹き込みながら、８０℃〜９０℃で５時間攪拌後、アクリル酸４８ｇを添加して、さらに３時間攪拌した。反応終了後、反応混合物にトルエン４５０ｇを添加し、静置後、上層の有機層をデカンテーションにより分離した。得られた有機層を２５重量％水酸化ナトリウム水溶液、次いで１０重量％硫酸ナトリウム水溶液により洗浄し、硫酸マグネシウムを用いて乾燥後、重合禁止剤（ハイドロキノンモノメチルエーテル）０．３ｇを添加して濃縮し、乾燥してトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレート２２６ｇを得た。得られたトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートのＡＰＨＡは５７であった。また、反応終了時に反応器の内壁に付着したポリマー副生物の量は２．４ｇであった。

実施例４
実施例３のシクロヘキサンに代えてトルエンを用いた以外は実施例３と同様にして行い、トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを得た。得られたトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートのＡＰＨＡは５１であった。また、反応終了時に反応器の内壁に付着したポリマー副生物の量は５．２ｇであった。

実施例５
実施例３の硫酸銅に代えてハイドロキノンモノメチルエーテルを用いた以外は実施例３と同様にして行い、トリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを得た。得られたトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートのＡＰＨＡは２４７であった。また、反応終了時に反応器の内壁に付着したポリマー副生物の量は２．９ｇであった。

Claims

重合禁止剤の存在下に溶媒中で、トリペンタエリスリトールと（メタ）アクリル酸を反応させてトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法において、反応溶媒が脂肪族炭化水素系溶媒及び／又は脂環式炭化水素系溶媒であることを特徴とするトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造方法。
重合禁止剤が銅化合物である、請求項１に記載の製造方法。
重合禁止剤、トリペンタエリスリトール、反応溶媒及び使用総量の６０〜９０重量％の（メタ）アクリル酸を同時に反応器に仕込んで反応させ、先の（メタ）アクリル酸がほぼ消費された後に、残り４０〜１０重量％の（メタ）アクリル酸を添加して反応させる請求項１又は２に記載の製造方法。
重合禁止剤の存在下に溶媒中で、トリペンタエリスリトールと（メタ）アクリル酸を反応させてトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートを製造する方法において、重合禁止剤が銅化合物であって、活性炭を共存させることを特徴とするトリペンタエリスリトールポリ（メタ）アクリレートの製造方法。
反応溶媒が脂肪族炭化水素系溶媒及び／又は脂環式炭化水素系溶媒である請求項４に記載の製造方法。
重合禁止剤、トリペンタエリスリトール、反応溶媒及び使用総量の６０〜９０重量％の（メタ）アクリル酸を同時に反応器に仕込んで反応させ、先の（メタ）アクリル酸がほぼ消費された後に、残り４０〜１０重量％の（メタ）アクリル酸を添加して反応させる請求項４又は５に記載の製造方法。