JP2009091312A - Method for producing epoxy group-terminated (meth)acrylate - Google Patents

Method for producing epoxy group-terminated (meth)acrylate Download PDF

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JP2009091312A JP2007264760A JP2007264760A JP2009091312A JP 2009091312 A JP2009091312 A JP 2009091312A JP 2007264760 A JP2007264760 A JP 2007264760A JP 2007264760 A JP2007264760 A JP 2007264760A JP 2009091312 A JP2009091312 A JP 2009091312A
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Satoshi Yamauchi
聡 山内
Atsushi Wada
敦志 和田
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Nippon Kasei Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an epoxy group-terminated (meth)acrylate, in which the polymerization of the epoxy group-terminated (meth)acrylate during distillation purification can be prevented, which results in the production of an epoxy group-terminated (meth)acrylate in high yield and in high purity. <P>SOLUTION: Provided is a method for producing the epoxy group-terminated (meth)acrylate, comprising performing a transesterification of a lower alkyl (meth)acrylate with an alkanediol monoglycidyl ether represented by general formula (1) in the presence of a metal alkoxide and then distilling and purifying the resultant epoxy group-terminated (meth)acrylate represented by general formula (2) in the presence of a polymerization-preventing agent, when the content of the metal originated from the metal alkoxide is controlled to ≤2.5 times moles that of the polymerization-preventing agent existing during the distillation purification. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an epoxy group-terminated (meth) acrylate.

4−グリシジルオキシブチルアクリレート(以下「4HBAGE」と省略する)や、グリシジルメタクリレート等に代表されるエポキシ基末端(メタ)アクリレートは、塗料、樹脂などの改良のための原料として有用な化合物である(特許文献1及び2)。中でも4HBAGEは、架橋後にも可とう性が失われず、塗膜として優れた性質を発現するため、非常に有用な化合物である。   4-glycidyloxybutyl acrylate (hereinafter abbreviated as “4HBAGE”) and epoxy group-terminated (meth) acrylates typified by glycidyl methacrylate are useful compounds as raw materials for improving paints and resins ( Patent Documents 1 and 2). Among them, 4HBAGE is a very useful compound because it does not lose its flexibility even after crosslinking and exhibits excellent properties as a coating film.

ところで、下記一般式(2)で表されるエポキシ基末端(メタ)アクリレートの一般的な製造方法としては、エステル交換反応触媒の存在下に、(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルと下記一般式(1)で表されるアルカンジオールモノグリシジルエーテルとをエステル交換反応させる方法がある(特許文献3)。   By the way, as a general manufacturing method of the epoxy group terminal (meth) acrylate represented by the following general formula (2), (meth) acrylic acid lower alkyl ester and the following general formula ( There is a method of transesterifying the alkanediol monoglycidyl ether represented by 1) (Patent Document 3).

Figure 2009091312
(上記一般式(1)及び(2)中、Yは炭素数2〜8の飽和炭化水素基を表す。上記一般式(2)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。)
Figure 2009091312
(In the general formulas (1) and (2), Y represents a saturated hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms. In the general formula (2), R represents a hydrogen atom or a methyl group.)

エステル交換反応触媒としては、一般的にはチタンアルコラート等に代表される金属アルコラートの他、有機スズ、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の弱酸塩(例えば炭酸塩、酢酸塩、リン酸塩)等が知られている。   Examples of the transesterification catalyst include metal alcoholates typically represented by titanium alcoholates and the like, and organic tin, alkali metal or alkaline earth metal weak acid salts (for example, carbonates, acetates, and phosphates). Are known.

エステル交換反応終了後は、使用した触媒を除去し、蒸留精製により、蒸留物として高純度のエポキシ基末端(メタ)アクリレートを得るのが一般的である。エステル交換反応触媒の金属アルコラートの除去方法としては、例えば、水を加えて室温で攪拌して触媒を加水分解し、その後、分液やろ過により除去する方法が知られている(特許文献4)。   After completion of the transesterification reaction, the used catalyst is generally removed, and a highly purified epoxy group-terminated (meth) acrylate is obtained as a distillate by distillation purification. As a method for removing a metal alcoholate of a transesterification reaction catalyst, for example, a method is known in which water is added and stirred at room temperature to hydrolyze the catalyst, and then removed by liquid separation or filtration (Patent Document 4). .

ところで、エポキシ基末端(メタ)アクリレートは蒸留時の加熱などにより重合し易く、エステル交換反応触媒の金属アルコラートの加水分解および/または除去が不十分な場合には、金属アルコラート又はそれに由来する金属成分が系内に残存し、エポキシ基末端(メタ)アクリレートの重合を促進する。   By the way, epoxy group terminal (meth) acrylate is easily polymerized by heating during distillation, etc., and when the hydrolysis and / or removal of the metal alcoholate of the transesterification reaction catalyst is insufficient, the metal alcoholate or the metal component derived therefrom Remains in the system and accelerates the polymerization of the terminal (meth) acrylate of the epoxy group.

特公昭48−22169号公報Japanese Patent Publication No. 48-22169 特許第3645037号Japanese Patent No. 3645037 特開平8−99968号公報JP-A-8-99968 特開2005−247810号公報JP 2005-247810 A

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、蒸留精製の際のエポキシ基末端(メタ)アクリレートの重合を防止し、結果として高収率かつ高純度で得ることが出来るエポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to prevent the polymerization of an epoxy group-terminated (meth) acrylate during distillation purification, and as a result, an epoxy group that can be obtained in high yield and high purity. It is providing the manufacturing method of terminal (meth) acrylate.

すなわち、本発明の要旨は、金属アルコラートの存在下、(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルと、下記一般式(1)で表されるアルカンジオールモノグリシジルエーテルとのエステル交換反応を行った後、得られた下記一般式(2)で表されるエポキシ基末端(メタ)アクリレートを重合防止剤の存在下に蒸留精製するに際し、金属アルコラート由来の金属含有量を蒸留精製の際に存在する重合防止剤に対して2.5倍モル以下にすることを特徴とする、エポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法に存する。   That is, the gist of the present invention is obtained after an ester exchange reaction between a lower alkyl ester of (meth) acrylic acid and an alkanediol monoglycidyl ether represented by the following general formula (1) in the presence of a metal alcoholate. The polymerization inhibitor present in the distillation purification of the metal content derived from the metal alcoholate when the obtained epoxy group-terminated (meth) acrylate represented by the following general formula (2) is purified by distillation in the presence of the polymerization inhibitor. The present invention resides in a method for producing an epoxy group-terminated (meth) acrylate, characterized in that the molar amount is 2.5 times or less of the amount.

Figure 2009091312
(上記一般式(1)及び(2)中、Yは炭素数2〜8の飽和炭化水素基を表す。上記一般式(2)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。)
Figure 2009091312
(In the general formulas (1) and (2), Y represents a saturated hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms. In the general formula (2), R represents a hydrogen atom or a methyl group.)

本発明によれば、蒸留精製の際の重合が回避され、塗料、樹脂などの改良のための原料として有用な化合物であるエポキシ基末端(メタ)アクリレートを高収率かつ高品質で得ることが出来る。   According to the present invention, polymerization at the time of distillation purification can be avoided, and an epoxy group-terminated (meth) acrylate, which is a useful compound as a raw material for improving paints, resins, etc., can be obtained in high yield and high quality. I can do it.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明におけるエポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法は、金属アルコラートの存在下、生成する低級アルコールを溶剤との共沸などを利用して反応系外へ除去しながら、(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルとアルカンジオールモノグリシジルエーテルとをエステル交換反応させることにより行う。   The method for producing an epoxy group-terminated (meth) acrylate according to the present invention comprises the step of removing (lower) (meth) acrylic acid in the presence of a metal alcoholate while removing the produced lower alcohol out of the reaction system using azeotropy with a solvent. The transesterification reaction is carried out between an alkyl ester and an alkanediol monoglycidyl ether.

エステル交換反応を適切に進行させる観点から、反応系内の水分の総量のモル比率は、金属アルコラートに対する割合として、通常5倍以下、好ましくは3倍以下、更に好ましくは1.5倍以下である。   From the viewpoint of appropriately proceeding the transesterification reaction, the molar ratio of the total amount of water in the reaction system is usually 5 times or less, preferably 3 times or less, more preferably 1.5 times or less as a ratio to the metal alcoholate. .

反応系内の水分を低減する方法としては、例えば、原料の(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルや、生成する低級アルコールとの共沸に使用する溶剤を過剰に使用し、金属アルコラートを加える前に蒸留することにより、予め反応系内の水分を系外に除去する方法が挙げられる。また、脱水剤との処理により水分の総量を低減する方法なども挙げられる。通常、水分の測定にはカールフィッシャー水分計が使用される。   As a method for reducing the moisture in the reaction system, for example, before using the metal alcoholate to add excessively the solvent used for azeotropy with the raw material (meth) acrylic acid lower alkyl ester and the lower alcohol to be produced. A method of previously removing water in the reaction system out of the system by distillation can be mentioned. Moreover, the method etc. which reduce the total amount of water | moisture content by a process with a dehydrating agent are also mentioned. Usually, a Karl Fischer moisture meter is used to measure moisture.

原料として使用する(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルにおいて、低級アルキルとは、通常、炭素数1〜6の直鎖または分岐鎖のアルキル基を言う。(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸−n−プロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル等が挙げられ、これらの中では(メタ)アクリル酸メチルが好ましい。使用する(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルの種類に応じ、対応する構造の低級アルコールがエステル交換反応により生成する。   In the (meth) acrylic acid lower alkyl ester used as a raw material, the lower alkyl usually means a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Specific examples of the (meth) acrylic acid lower alkyl ester include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid-n-propyl, (meth) acrylic acid-n-butyl, and the like. Of these, methyl (meth) acrylate is preferred. Depending on the type of (meth) acrylic acid lower alkyl ester to be used, a lower alcohol having a corresponding structure is produced by transesterification.

(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルの使用割合は、使用するアルカンジオールモノグリシジルエーテルに対し、通常1〜10倍モル、好ましくは1.1〜5倍モルである。エステル交換反応は、(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルとアルカンジオールモノグリシジルエーテルとの等モル反応であるため、(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルの使用割合が上記の範囲未満の場合は、エステル交換反応が完結せず、収率が低下する恐れがある。また、(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルの使用割合が上記の範囲を超える場合は、それによる効果がなく、実用的でない。   The use ratio of the (meth) acrylic acid lower alkyl ester is usually 1 to 10 times mol, preferably 1.1 to 5 times mol for the alkanediol monoglycidyl ether used. Since the transesterification reaction is an equimolar reaction of (meth) acrylic acid lower alkyl ester and alkanediol monoglycidyl ether, if the proportion of (meth) acrylic acid lower alkyl ester used is less than the above range, transesterification The reaction may not be completed and the yield may decrease. Moreover, when the usage-amount of (meth) acrylic-acid lower alkyl ester exceeds said range, there is no effect by it and it is not practical.

原料として使用する前記一般式(1)で表されるアルカンジオールモノグリシジルエーテルは、公知の製造方法、例えば、前記の特許文献3に記載されている製造方法で得ることが出来る。一般的には、アルカリ化合物を使用し、アルカンジオールとエピハロヒドリンとを直接脱ハロゲン付加反応させて得る。   The alkanediol monoglycidyl ether represented by the general formula (1) used as a raw material can be obtained by a known production method, for example, the production method described in Patent Document 3. Generally, it is obtained by directly dehalogenating addition reaction of alkanediol and epihalohydrin using an alkali compound.

前記一般式(1)において、中間基のYは、炭素数2〜8の飽和炭化水素基であればよく、その一部または全部に、例えばシクロヘキサン環に代表されるような脂環式構造を有していてもよい。アルカンジオールモノグリシジルエーテルの具体例としては、エチレングリコールモノグリシジルエーテル、1,3−プロパンジオールモノグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールモノグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールモノグリシジルエーテル、1,8−オクタンジオールモノグリシジルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノグリシジルエーテル、1,4−シクロヘキサンンジオールモノグリシジルエーテル等が挙げられる。   In the general formula (1), Y of the intermediate group may be a saturated hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms, and part or all of the intermediate group has an alicyclic structure represented by, for example, a cyclohexane ring. You may have. Specific examples of alkanediol monoglycidyl ether include ethylene glycol monoglycidyl ether, 1,3-propanediol monoglycidyl ether, 1,4-butanediol monoglycidyl ether, 1,6-hexanediol monoglycidyl ether, 1,8 -Octanediol monoglycidyl ether, 1,4-cyclohexanedimethanol monoglycidyl ether, 1,4-cyclohexanediol monoglycidyl ether and the like.

ステル交換反応触媒の金属アルコラートとしては、例えば、チタンアルコラート、ジルコニウムアルコラート、アルミニウムアルコラート、アンチモンアルコラート等が挙げられる。アルコラートを構成するアルコールとしては、通常、低級アルコール類が使用され、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、n−ブタノール等が挙げられる。これらの中では、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラ−n−プロポキシド、チタンテトラ−n−ブトキシド(以下「TBT」と省略する)等のチタンアルコラートが好ましく、特にTBTが好ましい。   Examples of the metal alcoholate of the stealter exchange reaction catalyst include titanium alcoholate, zirconium alcoholate, aluminum alcoholate, and antimony alcoholate. As the alcohol constituting the alcoholate, lower alcohols are usually used, and examples thereof include methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol and the like. Among these, titanium alcoholates such as titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetra-n-propoxide, titanium tetra-n-butoxide (hereinafter abbreviated as “TBT”) are preferable, and TBT is particularly preferable.

金属アルコラートの使用割合は、アルカンジオールモノグリシジルエーテルに対し、通常0.001〜0.1倍モル、好ましくは0.005〜0.05倍モルである。金属アルコラートの使用割合が上記の範囲より少ない場合は、エステル交換反応の進行が遅くなったり反応が完結せず、上記の範囲より多い場合は、使用量に対する向上効果は期待できず、却って触媒の除去などの操作が困難となる恐れがある。   The ratio of the metal alcoholate used is usually 0.001 to 0.1 times mol, preferably 0.005 to 0.05 times mol for the alkanediol monoglycidyl ether. When the proportion of metal alcoholate used is less than the above range, the transesterification reaction progresses slowly or the reaction is not completed, and when it exceeds the above range, no improvement effect on the amount of use can be expected. Operation such as removal may be difficult.

エステル交換反応時においては、(メタ)アクリロイル基の重合を防止する目的で、重合防止剤を使用するのが好ましい。重合防止剤としては、フェノチアジンやp−フェニレンジアミン等の芳香族アミン;2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ(TEMPO)や4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ(HTEMPO)等のN−オキシルアミン;ヒドロキノンやp−メトキシフェノール等のフェノール誘導体;ニトロソ化合物;芳香族ニトロソ化合物;ジブチルジチオカルバミン酸銅(以下「CBC」と省略する)や酢酸銅などの銅系化合物;ステアリン酸鉛などの鉛系化合物が挙げられる。これらの重合防止剤は2種類以上を併用してもよい。なお、重合防止剤の種類によっては、反応系内に酸素を導入することで、より高い重合防止効果を得られるものがある。この場合、反応系内が爆発範囲内に入らないように、不活性ガスで希釈された状態の酸素ガスを反応系内に導入するのが好ましく、反応液中に吹き込むようにして導入するのがより好ましい。   In the transesterification reaction, it is preferable to use a polymerization inhibitor for the purpose of preventing polymerization of the (meth) acryloyl group. As the polymerization inhibitor, aromatic amines such as phenothiazine and p-phenylenediamine; 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy (TEMPO) and 4-hydroxy-2,2,6,6 -N-oxylamines such as tetramethyl-1-piperidinyloxy (HTEMPO); phenol derivatives such as hydroquinone and p-methoxyphenol; nitroso compounds; aromatic nitroso compounds; copper dibutyldithiocarbamate (hereinafter abbreviated as "CBC") And copper-based compounds such as copper acetate; lead-based compounds such as lead stearate. Two or more of these polymerization inhibitors may be used in combination. Depending on the type of the polymerization inhibitor, there are some which can obtain a higher polymerization prevention effect by introducing oxygen into the reaction system. In this case, it is preferable to introduce oxygen gas diluted with an inert gas into the reaction system so that the reaction system does not enter the explosion range, and it is preferable to introduce the oxygen gas by blowing it into the reaction solution. More preferred.

重合防止剤の使用割合は、アルカンジオールモノグリシジルエーテル100重量部に対し、通常0.01〜1重量部、好ましくは0.1〜0.3重量部である。   The usage-amount of a polymerization inhibitor is 0.01-1 weight part normally with respect to 100 weight part of alkanediol monoglycidyl ether, Preferably it is 0.1-0.3 weight part.

エステル交換反応は平衡反応であるために、高収率でエステル交換反応を行うためには、反応で生成する低級アルコールを溶剤との共沸などを利用して系外に除去しながら行う。使用する溶剤は、生成する低級アルコールと共沸するものであって、その共沸温度が(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルと低級アルコールとの共沸温度より低いものが好ましく、原料の(メタ)アクリル酸低級アルキルエステル及びアルカンジオールモノグリシジルエーテルと反応しないものの中から選ばれる。斯かる溶剤としては、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶剤;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤;テトラヒドロフランやジブチルエーテル等のエーテル系溶剤;メチルエチルケトンやメチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤などが挙げられる。また、原料の(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルを過剰に使用し、溶剤として利用することも出来る。なお、溶剤と低級アルコールが共沸しない条件で反応を行うことも出来るが、この場合は、共沸する場合に比し、低級アルコールの除去効率が低下する。従って、共沸条件で反応を行うのが好ましい。これらの中では、(メタ)アクリル酸メチルとn−ヘキサンの組み合わせが好ましい。   Since the transesterification reaction is an equilibrium reaction, in order to perform the transesterification reaction in a high yield, the lower alcohol produced by the reaction is removed outside the system using azeotropy with a solvent or the like. The solvent used is azeotropic with the lower alcohol produced, and preferably has an azeotropic temperature lower than the azeotropic temperature of the lower alkyl (meth) acrylate and the lower alcohol. It is selected from those which do not react with lower alkyl esters of acrylic acid and alkanediol monoglycidyl ether. Examples of such a solvent include aliphatic hydrocarbon solvents such as n-hexane, n-heptane, and cyclohexane; aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene; ether solvents such as tetrahydrofuran and dibutyl ether; Examples thereof include ketone solvents such as methyl isobutyl ketone. In addition, the raw material (meth) acrylic acid lower alkyl ester can be used in excess and used as a solvent. The reaction can also be carried out under conditions where the solvent and the lower alcohol do not azeotrope, but in this case, the lower alcohol removal efficiency is lower than in the case of azeotropic distillation. Therefore, it is preferable to carry out the reaction under azeotropic conditions. In these, the combination of methyl (meth) acrylate and n-hexane is preferable.

また、上記の溶剤は、反応溶媒を兼ねて使用することも出来る。反応溶媒の使用により、反応液の温度や濃度を制御し、液相での重合や副反応を抑制することが出来る。特に非水溶性の反応溶媒の場合には、後処理で有機層と水層を分離する際に分離を促進し抽出溶剤として働く等の効果も期待できる。反応溶媒を使用する場合、沸点の低い共沸溶剤を多量に使用すると反応系の温度が低下し易いために、共沸に充分な量の共沸溶剤と、それより高沸点の反応溶媒を複数組み合わせて使用するのが好ましい。例えば、(メタ)アクリル酸メチルとn−ヘキサンの組み合わせ(メタノールとn−ヘキサンの共沸系)に対し、更に反応溶媒としてトルエンを使用する方法などが挙げられる。   Moreover, said solvent can also be used as a reaction solvent. By using the reaction solvent, the temperature and concentration of the reaction solution can be controlled, and polymerization and side reactions in the liquid phase can be suppressed. In particular, in the case of a water-insoluble reaction solvent, it is possible to expect effects such as promoting separation and acting as an extraction solvent when the organic layer and the aqueous layer are separated by post-treatment. When using a reaction solvent, if a large amount of an azeotropic solvent with a low boiling point is used, the temperature of the reaction system tends to decrease. It is preferable to use in combination. For example, for a combination of methyl (meth) acrylate and n-hexane (azeotropic system of methanol and n-hexane), a method of further using toluene as a reaction solvent can be mentioned.

溶剤の使用割合は、生成する低級アルコールの種類や、溶剤と共沸した場合の共沸組成の比率により変化するため、一概には言えないが、エステル交換反応を収率良く行うためには、生成する低級アルコールの全量(反応率100%の場合の理論計算量に基づく)を共沸により除去できる量の溶剤が必要であり、その理論計算量に対する重量比として、通常1倍〜10倍、好ましくは1.1倍〜5倍である。溶剤の使用割合が上記の範囲より少ない場合は、低級アルコールの除去が不十分となり、反応が完結しない恐れがあり、上記の範囲を超える場合は、それによる効果がなく、実用的でない。   Since the ratio of the solvent used varies depending on the type of lower alcohol produced and the ratio of the azeotropic composition when azeotroped with the solvent, it cannot be said unconditionally. An amount of the solvent that can be removed by azeotropic removal of the total amount of the lower alcohol to be generated (based on the theoretical calculation amount when the reaction rate is 100%) is required, and the weight ratio to the theoretical calculation amount is usually 1 to 10 times. Preferably they are 1.1 times-5 times. When the proportion of the solvent used is less than the above range, the removal of the lower alcohol may be insufficient and the reaction may not be completed. When it exceeds the above range, there is no effect and it is not practical.

なお、溶剤の不足により共沸による低級アルコールの除去が不十分となった場合には、後から溶剤を追加することも可能であるが、追加分の溶剤中に含まれる水分の総量を考慮する必要があるので注意を要する。あるいは、エステル交換反応中に反応が終了するまでの間、共沸状態を維持できる量の溶剤を反応系内に逐次投入する方法も可能であるが、反応系内に逐次投入される溶剤の積算量に含まれる水分を全て考慮する必要があるので注意を要する。反応溶媒を兼ねて溶剤を使用する場合には、共沸に使用する分とは別に反応溶媒分としての溶媒が必要であるが、その量は、使用するアルカンジオールモノグリシジルエーテルに対しする容量比として、通常0.5〜20倍、好ましくは1〜5倍である。反応溶媒の使用割合が上記の範囲より少ない場合は反応溶媒としての効果が余り期待できず、上記の範囲より多い場合、それによる効果がないばかりか、却って、希釈されることにより反応速度が低下したり、水分の総量に対する濃度が低下する分、水分の制御が難しくなる恐れがある。   If removal of lower alcohol by azeotropy becomes insufficient due to lack of solvent, it is possible to add solvent later, but consider the total amount of water contained in the additional solvent. Be careful as it is necessary. Alternatively, a method in which an amount of a solvent capable of maintaining an azeotropic state until the reaction is completed during the transesterification reaction is sequentially charged into the reaction system. Care must be taken because it is necessary to consider all the water contained in the amount. When a solvent is used also as a reaction solvent, a solvent as a reaction solvent component is required separately from the component used for azeotropy, but the amount is a volume ratio to the alkanediol monoglycidyl ether used. As a rule, it is usually 0.5 to 20 times, preferably 1 to 5 times. When the proportion of the reaction solvent used is less than the above range, the effect as a reaction solvent cannot be expected so much, and when it is more than the above range, there is not only the effect but also the reaction rate decreases due to dilution. And there is a risk that control of moisture will be difficult due to the decrease in concentration relative to the total amount of moisture.

エステル交換反応の反応温度は、使用する(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルや溶剤の種類にもよるが、通常50〜130℃、好ましくは60〜120℃であり、反応時間は、通常1〜24時間、好ましくは3〜12時間である。反応温度が低い場合にはエステル交換反応の進行が遅くなり、逆に反応温度が高すぎる場合には(メタ)アクリロイル基の重合の危険性が高くなる恐れがある。エステル交換反応は、共沸温度(共沸組成)を維持しつつ、可能な限り速やかに反応系外へ低級アルコールを除去することにより反応時間を短縮することが出来る。   The reaction temperature of the transesterification reaction depends on the (meth) acrylic acid lower alkyl ester used and the type of solvent, but is usually 50 to 130 ° C., preferably 60 to 120 ° C., and the reaction time is usually 1 to 24. Time, preferably 3-12 hours. When the reaction temperature is low, the progress of the transesterification reaction is slow. Conversely, when the reaction temperature is too high, the risk of polymerization of the (meth) acryloyl group may be increased. In the transesterification reaction, the reaction time can be shortened by removing the lower alcohol from the reaction system as quickly as possible while maintaining the azeotropic temperature (azeotropic composition).

エステル交換反応終了後は、反応液に水を加えて触媒を失活させ、例えば、ろ過などの方法により不溶化した触媒を取り除く。金属アルコラートの失活が不十分である場合は、ろ過されなかった触媒由来の金属成分が残存したり、ろ過の際に目詰まりを引き起こしてろ過性を低下させる等の不具合が発生する恐れがある。触媒由来の金属成分が残存した場合は、以降の工程での加熱などの際に(メタ)アクリロイル基の重合や不均化反応を引き起こす危険性が高くなる。   After completion of the transesterification reaction, water is added to the reaction solution to deactivate the catalyst, and the insolubilized catalyst is removed by a method such as filtration. If the deactivation of the metal alcoholate is insufficient, the metal component derived from the catalyst that has not been filtered may remain or may cause problems such as clogging during filtration and a decrease in filterability. . When the metal component derived from the catalyst remains, there is a high risk of causing a polymerization or disproportionation reaction of the (meth) acryloyl group during heating in the subsequent steps.

水の添加量は、触媒の分子量や使用量にもよるが、触媒1重量部に対し、通常10〜200重量部、好ましくは20〜50重量部である。水の使用割合が上記の範囲より少ない場合は、触媒の加水分解が不十分となったり、有機層と水層を分離する際の分離性が悪化する恐れがある。また、水の使用割合が上記の範囲より多い場合は、それによる効果はなく、却って、有機層と水層を分離する際にエポキシ基末端(メタ)アクリレートの水層へのロスが増加する。なお、ろ過により不溶化した触媒を取り除く場合には、ろ過性を改善し、あるいは目漏れ等により不溶化した触媒の混入を防止する目的で、例えば、珪藻土などのろ過助剤を使用するのが好ましい。   The amount of water added is usually 10 to 200 parts by weight, preferably 20 to 50 parts by weight, based on 1 part by weight of the catalyst, although it depends on the molecular weight and the amount of catalyst used. When the proportion of water used is less than the above range, the catalyst may be insufficiently hydrolyzed, or the separability when separating the organic layer and the aqueous layer may be deteriorated. Moreover, when there is more usage-amount of water than said range, there is no effect by it, and when the organic layer and an aqueous layer are isolate | separated on the contrary, the loss to the aqueous layer of an epoxy-group terminal (meth) acrylate increases. In addition, when removing the catalyst insolubilized by filtration, it is preferable to use filter aids, such as diatomaceous earth, for the purpose of improving filterability or preventing the mixture of the catalyst insolubilized due to leakage or the like.

金属アルコラートは水と容易に反応するため、通常は大過剰の水を加えただけでも加水分解を引き起こすが、前記の理由により触媒を充分に失活させることが好ましく、そのためには水を加えた後に反応液を加熱して加水分解するのが好ましい。加水分解の条件は、触媒の量にもよるが、加水分解温度は、通常30℃以上、好ましくは40〜100℃、更に好ましくは50〜80℃であり、加水分解時間は、通常5分〜24時間、好ましくは10分〜12時間、更に好ましくは15分〜6時間である。加水分解温度が低い場合や加水分解時間が短すぎる場合には、触媒の失活が不十分となる恐れがあり、また、低温では触媒を充分に失活させるためには長時間を要する。逆に、加水分解温度が高すぎる場合は、エポキシ基末端(メタ)アクリレート自身が加水分解して収率が低下する恐れがあるが、触媒の加水分解に要する時間は短くなる。   Since metal alcoholates easily react with water, usually adding a large excess of water causes hydrolysis, but it is preferable to deactivate the catalyst sufficiently for the above reasons, and water was added for this purpose. It is preferable to hydrolyze the reaction liquid later by heating. Although the hydrolysis conditions depend on the amount of the catalyst, the hydrolysis temperature is usually 30 ° C. or higher, preferably 40 to 100 ° C., more preferably 50 to 80 ° C., and the hydrolysis time is usually 5 minutes to 24 hours, preferably 10 minutes to 12 hours, more preferably 15 minutes to 6 hours. When the hydrolysis temperature is low or when the hydrolysis time is too short, there is a risk that the deactivation of the catalyst may be insufficient, and it takes a long time to sufficiently deactivate the catalyst at a low temperature. Conversely, when the hydrolysis temperature is too high, the epoxy group terminal (meth) acrylate itself may be hydrolyzed to reduce the yield, but the time required for hydrolysis of the catalyst is shortened.

加水分解終了後に、エポキシ基末端(メタ)アクリレートを含む有機層と水層を分離する。実際には触媒が不溶化分散した状態での有機層と水層の分離は困難なことが多いため、ろ過などにより不溶化した触媒を取り除いた後に有機層と水層を分離するのが好ましい。この際、有機層と水層の分離を促進するため、非水溶性の溶剤を使用してもよい。使用する溶剤は、エステル交換反応時の共沸溶剤と同じでも異なっていてもよいが、一般的にはトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤が好ましい。これらの溶剤は、予め、エステル交換反応の段階から反応溶媒を兼ねて使用することも出来る。   After completion of hydrolysis, an organic layer containing an epoxy group-terminated (meth) acrylate and an aqueous layer are separated. In practice, it is often difficult to separate the organic layer and the aqueous layer in a state where the catalyst is insolubilized and dispersed. Therefore, it is preferable to separate the organic layer and the aqueous layer after removing the insolubilized catalyst by filtration or the like. At this time, a water-insoluble solvent may be used to promote separation of the organic layer and the aqueous layer. The solvent used may be the same as or different from the azeotropic solvent used in the transesterification reaction, but in general, an aromatic hydrocarbon solvent such as toluene or xylene is preferred. These solvents can also be used in advance as a reaction solvent from the transesterification stage.

有機層と水層の分離を促進するために溶剤を使用する場合、その使用割合は、エポキシ基末端(メタ)アクリレートを含む有機層に対する容量比として、通常0.1〜10倍、好ましくは0.2〜5倍である。また、必要に応じ、水を加えて、水洗処理を行ってもよい。この水洗工程を加えることにより、一般式(1)に代表される親水性化合物を略完全に除去することが出来る。   When a solvent is used to promote separation of the organic layer and the aqueous layer, the use ratio is usually 0.1 to 10 times, preferably 0, as a volume ratio with respect to the organic layer containing an epoxy group-terminated (meth) acrylate. .2-5 times. Moreover, you may add water as needed and may perform a water-washing process. By adding this water washing step, the hydrophilic compound represented by the general formula (1) can be removed almost completely.

上記のエポキシ基末端(メタ)アクリレートを含む有機層を濃縮し、溶剤などの低沸点成分を蒸留により除去することにより、エポキシ基末端(メタ)アクリレート粗成物を蒸留残分として得ることが出来る。なお、濃縮の条件は溶剤の種類などにもよるが、(メタ)アクリロイル基の重合を防止する観点からは、重合防止剤の存在下、エステル交換反応時の温度よりも低温で減圧濃縮を行うのが好ましい。   By concentrating the organic layer containing the above epoxy group-terminated (meth) acrylate and removing low-boiling components such as solvents by distillation, an epoxy group-terminated (meth) acrylate crude product can be obtained as a distillation residue. . The concentration conditions depend on the type of solvent, but from the viewpoint of preventing polymerization of the (meth) acryloyl group, concentration under reduced pressure is performed at a temperature lower than the temperature during the transesterification reaction in the presence of a polymerization inhibitor. Is preferred.

上記の生成液を蒸留精製することにより、本発明の目的物であるエポキシ基末端(メタ)アクリレート(4HBAGEなど)を得ることが出来るが、本発明においては、重合防止剤の存在下に蒸留精製する。そして、この際、金属アルコラート由来の金属含有量は蒸留精製の際に存在する重合防止剤に対して2.5倍モル以下にする。斯かる条件を満足することにより、蒸留精製時の重合を回避し、高品質かつ高収率で、目的とするエポキシ基末端(メタ)アクリレートを得ることが出来る。   An epoxy group-terminated (meth) acrylate (such as 4HBAGE), which is the object of the present invention, can be obtained by purifying the product solution by distillation. In the present invention, however, distillation purification is performed in the presence of a polymerization inhibitor. To do. At this time, the metal content derived from the metal alcoholate is set to 2.5 mol or less with respect to the polymerization inhibitor present in the distillation purification. By satisfying such conditions, polymerization at the time of distillation purification can be avoided, and the target epoxy group-terminated (meth) acrylate can be obtained with high quality and high yield.

蒸留精製の条件として、液温は、通常180℃以下、好ましくは160℃以下であり、蒸留時間は、通常20時間以下、好ましくは12時間以下である。   As distillation purification conditions, the liquid temperature is usually 180 ° C. or lower, preferably 160 ° C. or lower, and the distillation time is usually 20 hours or shorter, preferably 12 hours or shorter.

蒸留精製時に使用する重合防止剤としては、エステル交換反応時に使用することが出来る重合防止剤群の中から選択することが出来るが、銅系重合防止剤が好ましく、特にCBCが好ましい。また、他の重合防止剤と併用してもよい。特にp−メトキシフェノール等を併用することによりカラムでの重合防止効果も期待できる。なお、重合防止剤の種類によっては、濃縮蒸留系内に酸素を導入することにより、より高い重合防止効果を得られるものがある。この場合、濃縮蒸留系内が爆発範囲内に入らないように、不活性ガスで希釈された状態の酸素ガスを反応系内に導入するのが好ましく、濃縮液中に吹き込むようにして導入するのがより好ましい。上記の重合防止剤は、蒸留精製時に添加しても、蒸留工程よりも前の工程から共存させてもよい。   The polymerization inhibitor used during the distillation purification can be selected from a group of polymerization inhibitors that can be used during the transesterification reaction, but a copper-based polymerization inhibitor is preferred, and CBC is particularly preferred. Moreover, you may use together with another polymerization inhibitor. In particular, the use of p-methoxyphenol or the like in combination can be expected to prevent polymerization in the column. Depending on the type of the polymerization inhibitor, there may be obtained a higher polymerization prevention effect by introducing oxygen into the concentrated distillation system. In this case, it is preferable to introduce oxygen gas diluted with an inert gas into the reaction system so that the concentrated distillation system does not enter the explosion range, and it is introduced by blowing it into the concentrated liquid. Is more preferable. The polymerization inhibitor may be added at the time of distillation purification or may be allowed to coexist from the step before the distillation step.

金属アルコラート由来の金属含有量は、蒸留精製時に存在する重合防止剤に対し、2.5倍モル以下であるが、好ましくは1.2倍モル以下、更に好ましくは0.6倍モル以下である。なお、金属アルコラート由来の金属とは、エステル交換触媒として使用した金属アルコラートを構成する金属種であり、原子吸光測定などにより定量することが出来る。エステル交換反応後に行われる金属アルコラートの失活と除去が充分に成された場合、通常、金属アルコラート由来の金属種は2ppm以下まで低減することが出来る。   The metal content derived from the metal alcoholate is 2.5 times mol or less, preferably 1.2 times mol or less, more preferably 0.6 times mol or less with respect to the polymerization inhibitor present during distillation purification. . The metal derived from the metal alcoholate is a metal species constituting the metal alcoholate used as the transesterification catalyst, and can be quantified by atomic absorption measurement or the like. When the metal alcoholate is sufficiently deactivated and removed after the transesterification reaction, the metal species derived from the metal alcoholate can usually be reduced to 2 ppm or less.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.

実施例1:
蒸留装置、温度計、攪拌装置を取り付けた500mlの四つ口フラスコに、1,4−ブタンジオールモノグリシジルエーテル100.0g(純度:98.3%、純度換算で0.67mol)、アクリル酸メチル87.6g、トルエン70.3g、n−ヘキサン128.4g、MEHQ0.03gを加えて原料混合液(合計386.3g)を調製した。この原料混合液の水分をカールフィッシャー水分計で測定したところ840ppmであった。従ってこの原料混合液中に含まれる水分の総量は0.32g(0.018mol)となる。
Example 1:
In a 500 ml four-necked flask equipped with a distillation apparatus, thermometer and stirring apparatus, 100.0 g of 1,4-butanediol monoglycidyl ether (purity: 98.3%, 0.67 mol in terms of purity), methyl acrylate 87.6 g, toluene 70.3 g, n-hexane 128.4 g, and MEHQ 0.03 g were added to prepare a raw material mixture (total 386.3 g). It was 840 ppm when the water | moisture content of this raw material liquid mixture was measured with the Karl Fischer moisture meter. Therefore, the total amount of moisture contained in this raw material mixture is 0.32 g (0.018 mol).

上記の原料混合液にTBT4.6g(0.014mol)を加え、常圧、攪拌下で加熱昇温したところ、反応液温度72℃付近から速やかにメタノール/n−ヘキサンの共沸還流が始まった。ガスの温度は50〜52℃であった。この共沸温度(共沸組成)を維持しながらメタノール/n−ヘキサンの共沸液を抜き出した。なお、反応終了が近くなる頃からはメタノールの生成量が少なくなり、共沸温度(共沸組成)の維持が難しくなるために、ガスの温度が64℃まで上昇したが、そのまま抜き出しを継続した。最終的に8時間でメタノール/n−ヘキサン混合留分128.8gを抜き出し、反応液温度92℃で反応を終了して冷却し、4HBAGE(49.4重量%)を含む反応液258.5gを得た。4HBAGEの定量収率は94.8%である。この反応系における水分の総量のモル比率は使用したTBTの1.3倍である。   When TBT 4.6g (0.014mol) was added to said raw material liquid mixture and it heated and heated under normal pressure and stirring, the azeotropic reflux of methanol / n-hexane began immediately from the reaction liquid temperature vicinity of 72 degreeC. . The gas temperature was 50-52 ° C. While maintaining this azeotropic temperature (azeotropic composition), an azeotropic liquid of methanol / n-hexane was extracted. In addition, since the amount of methanol produced decreases from the time when the reaction is almost finished, and it becomes difficult to maintain the azeotropic temperature (azeotropic composition), the gas temperature rose to 64 ° C., but the extraction was continued as it was. . Finally, 88.8 g of a methanol / n-hexane mixed fraction was withdrawn in 8 hours, the reaction was terminated at a reaction liquid temperature of 92 ° C., and the reaction liquid was cooled to 258.5 g of a reaction liquid containing 4HBAGE (49.4 wt%). Obtained. The quantitative yield of 4HBAGE is 94.8%. The molar ratio of the total amount of water in this reaction system is 1.3 times the TBT used.

上記の反応液に水135.7gを加え、常圧、攪拌下で60℃まで加熱昇温し、そのまま60℃で30分間、加熱加水分解を行った。この反応液を冷却し、セライトを敷いたろ過器を使用して吸引ろ過し、不溶性の触媒を除去した。ろ液を有機層と水層に分離し、4HBAGE(47.6重量%)を含む有機層255.5gを得た。4HBAGEの定量収率は90.4%である。   135.7 g of water was added to the above reaction solution, heated to 60 ° C. under normal pressure and stirring, and then subjected to heat hydrolysis at 60 ° C. for 30 minutes. The reaction solution was cooled and suction filtered using a filter covered with celite to remove insoluble catalyst. The filtrate was separated into an organic layer and an aqueous layer to obtain 255.5 g of an organic layer containing 4HBAGE (47.6% by weight). The quantitative yield of 4HBAGE is 90.4%.

上記の4HBAGEを含む有機層を、ロータリーエバポレーターを使用して減圧濃縮し、4HBAGE粗成物(純度97.7%)123.6gを得た。4HBAGEの純度換算定量収率は90.1%である。この4HBAGE粗成物は着色が殆ど見られない透明液体であり、また、触媒として使用したTBT由来のチタン含有率は原子吸光測定装置の検出限界(2ppm)以下であった。   The organic layer containing 4HBAGE was concentrated under reduced pressure using a rotary evaporator to obtain 123.6 g of a 4HBAGE crude product (purity 97.7%). The quantitative conversion yield of 4HBAGE in terms of purity is 90.1%. This 4HBAGE crude product was a transparent liquid with almost no coloration, and the TBT-derived titanium content used as a catalyst was below the detection limit (2 ppm) of the atomic absorption measuring device.

4HBAGE粗液中にCBC0.6gを添加して蒸留精製を行った。留出条件100〜135℃/2.7〜5.3hPa、油浴温度120〜160℃、8時間で4HBAGEの蒸留精製を行った。4HBAGEは111.1g(純度98.6%)回収された。蒸留残渣中および系内には重合物は観察されなかった。   Distillation purification was performed by adding 0.6 g of CBC to the 4HBAGE crude liquid. 4HBAGE was purified by distillation under distillation conditions of 100 to 135 ° C / 2.7 to 5.3 hPa, an oil bath temperature of 120 to 160 ° C, and 8 hours. 111.1 g of 4HBAGE (purity 98.6%) was recovered. No polymer was observed in the distillation residue and in the system.

実施例2:
実施例1と同様の反応条件で反応を行った。触媒の加水分解処理を25℃で行った他は後処理も実施例1と同様に行ったところ、粗4HBAGE(97.2%)121.0gが回収された。この回収した液の中チタン量を原子吸光測定装置で定量したところ28ppmであった。このチタン量は0.071mmolに相当する。この粗4HBAGE液にCBC27.9mg(Ti/CBC=1.2モル/モルに相当する)を加え、実施例1と同様の蒸留条件で蒸留を行った。4HBAGEは110.7g(純度98.6%)回収された。蒸留残渣中および系内には重合物は観察されなかった。
Example 2:
The reaction was carried out under the same reaction conditions as in Example 1. Except that the catalyst was hydrolyzed at 25 ° C., the post-treatment was carried out in the same manner as in Example 1. As a result, 121.0 g of crude 4HBAGE (97.2%) was recovered. The amount of titanium in the collected liquid was quantified with an atomic absorption measuring device and found to be 28 ppm. This amount of titanium corresponds to 0.071 mmol. CBC 27.9 mg (corresponding to Ti / CBC = 1.2 mol / mol) was added to this crude 4HBAGE solution, and distillation was performed under the same distillation conditions as in Example 1. 110.7 g (purity 98.6%) of 4HBAGE was recovered. No polymer was observed in the distillation residue and in the system.

試験例1〜7:
製品4HBAGEに対してTBTを添加し、更に、重合防止剤としてCBCを加え、160℃での4HBAGE熱安定性試験を行って、重合性を比較した。条件は、4HBAGE:100g、CBC0.2g、窒素下であり、重合の確認方法は目視で行った。結果を表1に示す。「○」は重合なし、「×」は重合ありを意味する。試験例1〜3は比較のための試験例であり、試験例4〜7は本発明の説明のための試験例である。
Test Examples 1-7:
TBT was added to product 4HBAGE, CBC was further added as a polymerization inhibitor, and a 4HBAGE thermal stability test at 160 ° C. was conducted to compare the polymerizability. The conditions were 4HBAGE: 100 g, CBC 0.2 g, under nitrogen, and the method for confirming the polymerization was visually performed. The results are shown in Table 1. “O” means no polymerization and “x” means polymerization. Test Examples 1 to 3 are test examples for comparison, and Test Examples 4 to 7 are test examples for explaining the present invention.

Figure 2009091312
Figure 2009091312

Claims (5)

金属アルコラートの存在下、(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルと、下記一般式(1)で表されるアルカンジオールモノグリシジルエーテルとのエステル交換反応を行った後、得られた下記一般式(2)で表されるエポキシ基末端(メタ)アクリレートを重合防止剤の存在下に蒸留精製するに際し、金属アルコラート由来の金属含有量を蒸留精製の際に存在する重合防止剤に対して2.5倍モル以下にすることを特徴とする、エポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法。
Figure 2009091312
(上記一般式(1)及び(2)中、Yは炭素数2〜8の飽和炭化水素基を表す。上記一般式(2)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。)
In the presence of a metal alcoholate, a transesterification reaction between a lower alkyl ester of (meth) acrylic acid and an alkanediol monoglycidyl ether represented by the following general formula (1) was performed, and the resulting general formula (2) When the epoxy group-terminated (meth) acrylate represented by the formula is distilled and purified in the presence of a polymerization inhibitor, the metal content derived from the metal alcoholate is 2.5 times the mole of the polymerization inhibitor present during the distillation purification. The manufacturing method of the epoxy-group terminal (meth) acrylate characterized by the following.
Figure 2009091312
(In the general formulas (1) and (2), Y represents a saturated hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms. In the general formula (2), R represents a hydrogen atom or a methyl group.)
金属アルコラートがチタンアルコラートである請求項1に記載の製造方法。   The process according to claim 1, wherein the metal alcoholate is a titanium alcoholate. 重合防止剤が銅系化合物である請求項1又は2に記載の製造方法。   The production method according to claim 1 or 2, wherein the polymerization inhibitor is a copper-based compound. 銅系化合物である重合防止剤がジブチルジチオカルバミン酸銅である請求項3に記載の製造方法。   The production method according to claim 3, wherein the polymerization inhibitor which is a copper compound is copper dibutyldithiocarbamate. エポキシ基末端(メタ)アクリレートが、上記一般式(2)におけるYが炭素数4の直鎖のメチレン基であり、Rが水素原子である4-グリシジルオキシブチルアクリレートである、請求項1〜4の何れかに記載の製造方法。   The epoxy group-terminated (meth) acrylate is 4-glycidyloxybutyl acrylate in which Y in the general formula (2) is a linear methylene group having 4 carbon atoms and R is a hydrogen atom. The manufacturing method in any one of.
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