JP2016532708A - テトラヒドロフラン誘導体、及び可塑剤としての、該テトラヒドロフラン誘導体の使用 - Google Patents

テトラヒドロフラン誘導体、及び可塑剤としての、該テトラヒドロフラン誘導体の使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、テトラヒドロフラン誘導体、このテトラヒドロフラン誘導体を含有する可塑剤組成物、熱可塑性ポリマーとこのようなテトラヒドロフラン誘導体とを含有する成形材料、並びにこのテトラヒドロフラン誘導体の製造方法、及びその使用に関する。

Description

本発明は、テトラヒドロフラン誘導体、このテトラヒドロフラン誘導体を含有する可塑剤組成物、熱可塑性ポリマーとこのようなテトラヒドロフラン誘導体とを含有する成形材料、このテトラヒドロフラン誘導体の製造方法、及びその使用に関する。
従来技術
所望の加工特性及び/又は適用特性を達成するために、多数のプラスチックにいわゆる可塑剤が添加され、これによりプラスチックがより柔らかく、可撓性、及び/又は引き伸ばし可能になる。このために一般的には、プラスチックの熱可塑性領域をより低い温度へと移行させるため、低い加工温度及び使用温度の範囲において所望の弾性特性を得るために、可塑剤が用いられる。
ポリ塩化ビニル(PVC)は、量的な面で最も製造されるプラスチックに属する。その多様な適用可能性に基づき、今日では多数の日常生活用品で用いられている。よってPVCには、経済的に非常に大きな意義が認められている。PVCは本来、約80℃までは硬くて脆いプラスチックであり、これは熱安定剤及びその他の添加剤を添加することにより、硬質PVC(PVC−U)として使用される。適切な可塑剤を添加することによって初めて、硬質PVCが適していない多くの適用のために使用できる軟質PVC(PVC−P)が得られる。
通常可塑剤として適用されるさらなる重要な熱可塑性ポリマーは例えば、ポリビニルブチレート(PVB)、スチレンのホモポリマーとコポリマー、ポリアクリレート、ポリスルフィド、又は熱可塑性ポリウレタン(PU)である。
市場では、PVC及びさらなるプラスチックを可塑化するために、多くの様々な化合物が手に入る。PVCとの良好な相容性、及び有利な適用技術特性に基づき、従来では可塑剤として、様々な化学構造のアルコールとの多くのフタル酸ジエステルが使用されており、それは例えば、ジエチルヘキシルフタレート(DEHP)、ジイソノニルテレフタレート(DINP)、及びジイソデシルフタレート(DIDP)である。短鎖のフタレート、例えばジブチルフタレート(DBP)、ジイソブチルフタレート(DIBP)、ベンジルブチルフタレート(BBP)、又はジイソヘプチルフタレート(DIHP)が、例えばいわゆるプラスチゾル製造の際に、ゲル化補助剤(「高速融着剤(fast fuser)」)としても使用される。短鎖フタレートに加えてまた、ジコハク酸エステル、例えばジプロピレングリコールジベンゾエートも、同じ目的のために使用できる。良好なゲル特性を有する可塑剤のさらなる分類は、アルキルスルホン酸のフェニルエステルであり、これは例えば混合物として、Mesamoll(登録商標)TP-LXS 51067という名称で市場にて得られる。
とりわけ、軟質PVC及びPVCプラスチゾルを製造及び加工するに際して(例えばPVCシート又はPVC被覆を製造するために)、できるだけゲル化温度が低く、粘度が低い可塑剤を用意することが、特に望ましい。加えてまた、可塑剤/プラスチック混合物の貯蔵安定性が高いことも望ましい。これはすなわちこの混合物が、ゲル化していない形態で周辺温度にて、時間とともに粘度が増加しない、又は僅かにしか増加しないということである。この特性は、良好なゲル化特性を有する適切な可塑剤を添加することによって達成されるのが望ましく、ここでさらなる粘度低下添加剤、及び/又は溶剤の使用は、不必要であるのが望ましい。
所望の特性を調節するためにはまた、可塑剤の混合物を使用することも知られており、例えば良好な熱可塑性特性を付与するが、ゲル化特性は悪い可塑剤少なくとも1種を、ゲル化特性が良好な可塑剤少なくとも1種と組み合わせて用いる。
冒頭で言及したフタレート可塑剤は、毒性の点で完全に問題がないわけではないため、置き換える必要がある。これは特に、敏感な適用領域(例えば子供用玩具、食品用包装、又は医療用製品)にあてはまる。
従来技術では、多様なプラスチックのため、特にPVCのための様々な代替的な可塑剤が知られている。
フタレートに対して代替的に使用可能な、従来技術から公知の可塑剤の分類は、シクロヘキサンポリカルボン酸をベースとするものであり、これは例えばWO 99/32427に記載されている。水素化されていない芳香族類似体とは逆に、これらの化合物は、毒性的に問題がなく、敏感な適用領域でも使用できる。この可塑剤分類に属するのは特に、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸のジイソノニルエステルであり、これは例えばBASF SE社からHexamoll(登録商標)、DINCH(登録商標)(欧州及びアジアでのCAS No.166412-78-8、米国でのCAS No.474919-59-0)という名称で異性体混合物として市販されており、様々なポリマーのための可塑剤として広く用いられている。
WO 00/78704は、合成材料において可塑剤として使用するために選択されたジアルキルシクロヘキサン−1,3−及び1,4−ジカルボン酸エステルを記載している。
US 7,973,194 B1は、ジベンジルシクロヘキサン−1,4−ジカルボキシレート、ベンジルブチルシクロヘキサン−1,4−ジカルボキシレート、及びジブチルシクロヘキサン−1,4−ジカルボキシレートを、PVCのための迅速ゲル化性可塑剤として使用することを教示している。
2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランの幾つかのジエーテル誘導体は、既に物質的に知られている。WO 2009/141166は、環が水素化された、一般式R''−TF−CH2−O−Rのアルキルフルフリルエーテルから成る燃料組成物を記載しており、ここでTFは、2,5−ジ置換されたテトラヒドロフラン環であり、Rは、炭素原子数が1〜20のヒドロカルビル基であり、R''はメチル基、ヒドロキシメチル基、またアルドール縮合の生成物を表すか、又は一般式−CH2−O−R’のアルコキシメチル基を表し、ここでR’は、炭素原子数が1〜20のヒドロカルビル基を表す。具体的には、基R及びR’として、メチルとエチルのみが使用されている。これらの文献は、これらの化合物の物質的な新規性を特許請求しており、またその製造工程も記載しているが、しかしながら燃料又は燃料添加剤としての使用しか教示しておらず、可塑剤としての使用は教示していない。
さらなる可塑剤の分類は、2,5−フランジカルボン酸(FDCA)のエステルである。
WO 2012/113608は、2,5−フランジカルボン酸のC5ジアルキルエステル、及びその可塑剤としての使用を記載している。この短鎖エステルは、プラスチゾルを製造するためにも特に適している。
WO 2012/113609は、2,5−フランジカルボン酸のC7ジアルキルエステル、及びその可塑剤としての使用を記載している。
WO 2011/023490は、2,5−フランジカルボン酸のC9ジアルキルエステル、及びその可塑剤としての使用を記載している。
WO 2011/023491は、2,5−フランジカルボン酸のC10ジアルキルエステル、及びその可塑剤としての使用を記載している。
R. D. Sandersonら(J. Appl. Pol. Sei., 1994, Vol. 53, 1785-1793)は、2,5−フランジカルボン酸のエステルの合成、またこれをプラスチック(特にポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリ乳酸(PLA)、ポリヒドロキシ酪酸(PHB)、又はポリアルキルメタクリレート(PAMA))用の可塑剤として使用することも記載している。具体的には、2,5−フランジカルボン酸のジ(2−エチルヘキシル)エステル、ジ(2−オクチル)エステル、ジヘキシルエステル、及びジブチルエステルが記載されており、その可塑化特性が、動的機械温度分析によって特定されている。
US 3,259,636は、シス−2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸のエステルの製造方法を記載しており、ここではワンポット反応で、水素、2,5−フランジカルボン酸、及びアルコールを、貴金属触媒の存在下で反応させる。具体的には、シス−2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸のメチルジエステル、プロピルジエステル、及びフェノキシエチルジエステルが記載されている。さらに、炭素原子数が6以上のアルコールのエステルは、樹脂組成物における可塑剤として適していることが開示されている。
可塑剤のためのさらなる重要な使用領域は、いわゆるプラスチゾルの製造である。プラスチゾルとはまず、液状の可塑剤中に微細な粉末状のプラスチックが分散した分散液である。ここで周辺温度での、可塑剤におけるポリマーの溶解速度は、非常に低い。より高温に加熱して初めて、ポリマーが顕著に可塑剤に溶解する。ここで、個々に分離したプラスチックアグリゲートが膨潤し、融合して、三次元の高粘度ゲルになる。この過程はゲル化と呼ばれ、特定の最小温度で起こり、これはゲル化温度又は溶解温度と呼ばれる。ゲル化の段階は、不可逆である。
プラスチゾルは液状で存在するため、これは非常にしばしば、非常に多くの材料(例えばテキスタイル、ガラスフリースなど)を被覆するために使用される。ここでこの被覆は非常にしばしば、複数の層から構築される。
よって実際にプラスチゾル生成物を加工する際にはしばしば、プラスチゾルの層が施与され、引き続きその直後に、プラスチック(特にPVC)を、溶解温度を上回る可塑剤によりゲル化させる。つまり、ゲル化した、一部ゲル化した、及びゲル化していないプラスチック粒子の混合物から成る固体の層が生じる。このゲル化した層に次の層を施与し、最後の層を施与した後、構築物全体をより高い温度に加熱することによって、完全にゲル化したプラスチック製品に加工する。
プラスチゾルに加えて、可塑剤とプラスチックとの乾燥した粉末状混合物も製造できる。このようなドライブレンド(特にPVCベースのもの)は、高温下で例えば押出成形により、再度顆粒に加工するか、又は従来の成形法(例えば射出成形、押出、又はカレンダー法)で加工して、完全にゲル化したプラスチック製品にすることができる。
本発明の課題は、熱可塑性ポリマー及びエラストマーのための可塑剤として、又はこのような可塑剤において有利に使用可能な、新規化合物を提供することである。この化合物は毒性的に問題がなく、慣用の出発原料(好ましくは少なくとも部分的に、再生原料に由来するもの)から良好に製造できるのが望ましい。この化合物は、良好な可塑化特性を有するのが望ましく、このため良好な機械的特性(例えばショア硬度の低さ、低温亀裂温度の低さ、又は高い引張強度)を有する生成物の製造が可能になる。この化合物はさらに、良好なゲル化特性、及び/又はゲル化していない状態で低い粘度を有するのが望ましく、これによって特に、軟質PVC及びPVCプラスチゾルを製造するために適している。このためこの新規化合物は、現在存在する標準的な石油化学系可塑剤と、少なくとも等価で置き換えることができる。
上記課題は意外なことに、一般式(I):
Figure 2016532708
のテトラヒドロフラン誘導体によって解決され、
上記式中、
Xは、*−(C=O)−O−、*−(CH2n−O−、又は*−(CH2n−O−(C=O)−であり、ここで*は、テトラヒドロフラン環との結合点を表し、nは0、1、又は2の値を表し、
1、及びR2は相互に独立して、非分枝状、及び分枝状のC7〜C12アルキル基から選択される。
本発明のさらなる対象は、先に、また後に規定する一般式(I)の化合物少なくとも1種と、式(I)の化合物とは異なる可塑剤少なくとも1種とを含有する可塑剤組成物である。
本発明のさらなる対象は、一般式(I)の化合物の製造方法である。
本発明のさらなる対象は、ポリマー、特にポリ塩化ビニル(PVC)用の可塑剤としての、又はこのような可塑剤における、一般式(I)の化合物の使用である。
本発明のさらなる対象は、熱可塑性ポリマー少なくとも1種、及び先に、また後に規定する一般式(I)の化合物少なくとも1種を含有する、成形材料である。
本発明のさらなる対象は、エラストマー少なくとも1種、及び先に、また後に規定する一般式(I)の化合物少なくとも1種を含有する、成形材料である。
本発明のさらなる対象は、成形体及びシートを製造するための、前記成形材料の使用である。
本発明の詳細な説明
本発明による化合物(I)は、以下の利点を有する:
・本発明による化合物(I)は、その物理的特性が原因で、熱可塑性ポリマー用、特にPVC用の可塑剤として、又は熱可塑性ポリマー用、特にPVC用の熱可塑剤組成物の成分として非常に良好に適している。
・本発明による化合物(I)により可塑化されたポリマーは、機械的な特性が良好であり、それは例えばショア硬度の低さ、又は引張強度の高さである。
・本発明による化合物(I)は、DIN 53408に従った溶解温度が低いため、ゲル化特性が良好である。よって本発明による化合物は、熱可塑性ポリマーのゲル化に必要な温度を低下させるため、及び/又はゲル化速度を上昇させるために適している。
・本発明による一般式(I)の化合物の特徴は、多数の様々な可塑剤との、非常に良好な相容性にある。この化合物は特に、慣用の可塑剤との組み合わせで、ゲル化特性を改善させるために適している。
・本発明による化合物(I)は、プラスチゾルを製造するために、有利に適している。
・本発明による化合物(I)は、敏感な適用領域、例えば医療用品、食料品包装、室内領域(例えば住居及び乗用車)用の製品、玩具、育児用品などのための成形体及びシートを製造するための使用に適している。
・本発明による化合物(I)を製造するために、慣用の出発原料を容易に使用することができる。本発明の特別な経済的、及び環境的利点は、本発明による化合物(I)を製造する際に、大量に利用可能な石油化学原料とともに、再生原料も利用できることである。よってフラン核の出発物質は例えば、天然に産生する炭化水素(例えばセルロース及びデンプン)から得られ、これに対して、側鎖を導入するために使用可能なアルコールは、工業的な方法から利用できる。こうして、「持続可能な」製品に対する必要性をカバーする一方で、経済的な製造も可能になる。
・本発明による化合物(I)の製造方法は、容易、かつ効率的であり、これによってこの化合物は、大規模工業的にも問題なく用意できる。
先に言及したように意外なことに、一般式(I)の化合物、特にテトラヒドロフランジカルボン酸のC7〜C12ジアルキルエステルは、熱可塑性ポリマーを可塑化するために非常に良好に適しており、機械的に良好な特性を有する製品の製造が可能になる。さらに意外なことに、この化合物は溶解温度が低く、また軟質PVC及びプラスチゾル(特にPVCプラスチゾル)を製造する際に、ゲル化特性が優れていることが判明した。よって本発明による化合物の溶解温度は、2,5−フランジカルボン酸、又はフタル酸の相応するジアルキルエステルの溶解温度を下回り、少なくとも同等のゲル化特性を有する。このことは、例えば核が水素化されたフタレート、例えばジイソノニルシクロヘキサン−1,2−ジカルボキシレートは通常、水素化されていない形態よりも溶解温度が高いため、予測できなかった。よって例えば、151℃を有する1,2−シクロヘキサンジカルボン酸−ジイソノニルエステルは、132℃を有するジイソノニルフタレートよりも、DIN 53408に従った溶解温度がより高い。
一般式(I.1)の本発明による化合物は、純粋なシス異性体として、又は純粋なトランス異性体として、又はシス/トランス異性体混合物として存在し得る。純粋な異性体、また任意の組成の異性体混合物もまた、同様に可塑剤として適している。
本発明の範囲において「C1〜C3アルキル」という表現は、直鎖状、又は分枝鎖状のC1〜C3アルキル基を包含する。これに該当するのは、メチル、エチル、プロピル、又はイソプロピルである。ここで特に好ましいのは、メチルである。
「C7〜C12アルキル」という表現は、直鎖状、及び分枝鎖状のC7〜C12アルキル基を包含する。C7〜C12アルキルは好適には、n−ヘプチル、1−メチルヘキシル、2−メチルヘキシル、1−エチルペンチル、2−エチルペンチル、1−プロピルブチル、1−エチル−2−メチルプロピル、n−オクチル、イソオクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、イソノニル、2−プロピルヘキシル、n−デシル、イソデシル、2−プロピルヘプチル、n−ウンデシル、イソウンデシル、n−ドデシル、イソドデシルなどである。C7〜C12アルキルのうち特に好ましいのは、n−オクチル、n−ノニル、イソノニル、2−エチルヘキシル、イソデシル、2−プロピルヘプチル、n−ウンデシル、又はイソウンデシルである。
基Xは好適には、一般式(I)の化合物において同じ意味を有する。
第一の好ましい実施態様において、一般式(I)の化合物中、基Xはともに*−(C=O)−O−である。
さらなる好ましい実施態様において、一般式(I)の化合物中、基Xはともに*−(CH2)−O−(C=O)−である。
さらなる好ましい実施態様において、一般式(I)の化合物中、基Xはともに*−(CH2n−O−であり、ここでnは、0、1、又は2である。特に好ましくは、nは2である。
一般式(I)の化合物において基R1及びR2は好ましくは、相互に独立して非分枝状、又は分枝状のC7〜C12アルキル基である。
一般式(I)の化合物において基R1及びR2は特に好ましくは、相互に独立してイソノニル、2−プロピルヘプチル、又は2−エチルヘキシルである。
好ましい態様において、一般式(I)の化合物中、基R1及びR2は同じ意味を有する。
一般式(I)の化合物は好ましくは、以下のものから選択される:
ジ−(イソノニル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレート、
ジ−(2−プロピルヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレート、
ジ−(2−エチルヘキシル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレート、
2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランのジ−イソノニルエーテル、
2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランのジ−2−プロピルヘプチルエーテル、
2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランのジ−2−エチルヘキシルエーテル、
2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン−ジ−イソノナノエート、
2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン−ジ−2−プロピルヘプタノエート、
2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン−ジ−2−エチルヘプタノエート、
並びに上記化合物2種以上の混合物。
一般式(I)の特に好ましい化合物は、ジ−(2−プロピルヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートである。
一般式(I)のさらに特に好ましい化合物は、ジ−(イソノニル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートである。
一般式(I)のさらに特に好ましい化合物は、ジ−(2−エチルヘキシル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートである。
一般式(I)の化合物の製造
2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸の製造
本発明のさらなる対象は、一般式(I.1)の化合物の製造方法である:
Figure 2016532708
前記式中、
1及びR2は相互に独立して、分枝状、及び非分枝状のC7〜C12アルキル基から選択され、
ここで、
a)任意で、2,5−フランジカルボン酸、又はその無水物、又はその酸ハロゲン化物を、触媒の存在下でC1〜C3アルカノールと反応させて、ジ−(C1〜C3アルキル)−2,5−フランジカルボキシレートを得、
b1)2,5−フランジカルボン酸、若しくはその無水物、若しくはその酸ハロゲン化物、又は工程a)で得たジ−(C1〜C3アルキル)−2,5−フランジカルボキシレートを、少なくとも1種のアルコールR1−OHと、R1とR2が異なる意味を有する場合には、さらに少なくとも1種のアルコールR2−OHと、少なくとも1種の触媒の存在下で反応させて、式(I.1a)の化合物を得、
Figure 2016532708
c1)工程b1)で得た化合物(1.1a)を水素により、少なくとも1種の水素化触媒の存在下で水素化して、一般式(I.1)の化合物を得るか、又は
b2)2,5−フランジカルボン酸、又は工程a)で得た2,5−ジ−(C1〜C3アルキル)−フランジカルボキシレートを水素により、少なくとも1種の水素化触媒の存在下で水素化して、一般式(I.1b)の化合物:
Figure 2016532708
を得、
c2)工程b2)で得た化合物(1.1b)を、少なくとも1種のアルコールR1−OHと、またR1及びR2が異なる意味を有する場合には、さらに少なくとも1種のアルコールR2−OHと、触媒の存在下で反応させて、式(I.1)の化合物を得る。
基R1及びR2の適切かつ好ましい実施態様は、前述の記載から全ての範囲を引用する。
本発明による方法により、一般式(I.1)の2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸エステルの製造が、2つの異なる経路で(以下、変法1及び変法2と呼ぶ)可能になる。
工程a)において使用するために適したC1〜C3アルカノールは例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、又はこれらの混合物である。
本発明による方法の変法1では、2,5−フランジカルボン酸、又は工程a)で得られるジ−(C1〜C3アルキル)−2,5−フランジカルボキシレートを、少なくとも1種のアルコールR1−OHによる、またR1とR2が異なる意味を有する場合には、少なくとも1種のさらなるアルコールR2−OHによる、エステル化及び/又はエステル交換にかけて、式(I.1a)の化合物にし、これを引き続き水素化して、一般式(I.1)の化合物にする(工程c1)。
変法2では、2,5−フランジカルボン酸、又は工程a)で得た2,5−ジ−(C1〜C3アルキル)フランジカルボキシレートをまず水素化して、2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸及び/又は一般式(I.1b)の化合物を得(工程b2)、水素化の生成物を引き続き、少なくとも1種のアルコールR1−OHと、またR1とR2が異なる意味を有する場合には、少なくとも1種のさらなるアルコールR2−OHと、反応させて、一般式(I.1)の化合物にする(工程c2)。
エステル化
2,5−フランジカルボン酸(FDCS)、及び/又は2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸を、一般式(I.1)、(I.a)、及び(I.b)の相応するエステル化合物へと移行させることは、当業者に通常の方法によって行うことができる。これに該当するのは、C1〜C3アルカノール、又はアルコールのR1−OH及び/又はR2−OHから選択されるアルコール成分少なくとも1種と、FDCS又はその適切な誘導体との反応である。適切な誘導体は例えば、酸ハロゲン化物、及び酸無水物である。好ましい酸ハロゲン化物は、酸塩化物である。エステル化触媒としては、このために通常の触媒が使用でき、それは例えば鉱酸、例えば硫酸、及びリン酸;有機スルホン酸、例えばメタンスルホン酸、及びp−トルエンスルホン酸;両性触媒、特にチタン化合物、スズ(IV)化合物、又はジルコニウム化合物、例えばテトラアルコキシチタン、例えばテトラブトキシチタン、及びスズ(IV)酸化物である。反応の際に生じる水は、通常の措置(例えば蒸留)によって除去することができる。WO 02/038531は、エステルの製造方法を記載しており、ここではa)反応帯域で実質的に酸成分若しくはその無水物、及びアルコール成分から成る混合物を、エステル化触媒の存在下で沸点まで加熱し、b)アルコール及び水を含有する蒸気を、精留によりアルコールが増加したフラクションと、水が増加したフラクションに分別し、c)アルコールが増加したフラクションを反応帯域に返送し、水が増加したフラクションを方法から導出する。エステル化触媒としては、前述の触媒が使用される。エステル化触媒は有効量で使用し、この有効量は、酸成分(又は無水物)とアルコール成分との合計に対して通常0.05〜10質量%の範囲、好適には0.1〜5質量%の範囲にある。エステル化法を実施するためのさらなる詳細な説明は例えば、US 6,310,235、US 5,324,853、DE-A 2612355(Derwent Abstract Nr. DW 77-72638 Y)、又はDE-A 1945359 (Derwent Abstract Nr. DW 73-27151 U)に記載されている。上記文献については、その全体を引用する。
好ましい態様において、FDCS又は2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸のエステル化は、上記アルコール成分の存在下で、有機酸又は鉱酸を用いて、特に濃硫酸を用いて行う。ここでアルコール成分は有利には、FDCS又は2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸又はその誘導体に対して化学量論的な量の少なくとも2倍で使用する。
エステル化は通常、周囲圧力、又は減圧若しくは高圧下で行うことができる。エステル化は好ましくは、周囲圧力、又は減圧下で行う。
エステル化は、添加した溶剤の不在下で、又は有機溶剤の存在下で行うことができる。
エステル化を溶剤の存在下で行う場合、これは好適には反応条件下で不活性の有機溶剤である。これに属するのは例えば、脂肪族炭化水素、ハロゲン化脂肪族炭化水素、芳香族、及び置換された芳香族炭化水素、又はエーテルである。溶剤は好適には、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、リグロイン、石油エーテル、シクロヘキサン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジブチルエーテル、THF、ジオキサン、及びこれらの混合物である。
エステル化は通常、50〜250℃の温度範囲で行う。
エステル化触媒を有機酸又は鉱酸から選択する場合、エステル化は通常、50〜160℃の温度範囲で行う。
エステル化触媒を両性触媒から選択する場合、エステル化は通常、100〜250℃の温度範囲で行う。
エステル化は、不活性ガスの不在下、又は存在下で行うことができる。不活性ガスとは通常、所定の反応条件で、反応に関与する出発原料、試薬、溶剤、又は発生する生成物と反応を起こさない気体であると理解される。エステル化は好ましくは、不活性ガスを添加せずに行う。
エステル交換
工程b1)及びc2)で記載したジ−(C1〜C3アルキル)−2,5−フランジカルボキシレート、及び/又はジ−(C1〜C3アルキル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートを相応するエステル化合物I.1a及び/又はI.1にするエステル交換は、当業者に公知の方法によって行うことができる。これに該当するのは、ジ−(C1〜C3アルキルエステル)を、少なくとも1種のC7〜C12アルカノール又はその混合物により、適切なエステル交換触媒の存在下でエステル交換することである。
エステル交換触媒としては、エステル交換反応のために慣用に使用される触媒が考慮され、これはたいてい、エステル化反応でも使用される。これに該当するのは例えば、鉱酸、例えば硫酸及びリン酸;有機スルホン酸、例えばメタンスルホン酸、及びp−トルエンスルホン酸、又はスズ(IV)触媒の群から選択される特定の金属触媒、例えばジアルキルスズジカルボキシレート、例えばジブチルスズジアセテート、トリアルキルスズアルコキシド、モノアルキルスズ化合物、例えばモノブチルスズ二酸化物、スズ塩、例えば酢酸スズ、又は酸化スズ;チタン触媒、モノマー及びポリマーのチタン酸塩、及びチタンキレート、例えばテトラエチルオルトチタネート、テトラプロピルオルトチタネート、テトラブチルオルトチタネート、トリエタノールアミンチタネートの群;ジルコニウム触媒、ジルコニウム酸塩、及びジルコニウムキレート、例えばテトラプロピルジルコネート、テトラブチルジルコネート、トリエタノールアミンジルコネートの群;並びにリチウム触媒、例えばリチウム塩、リチウムアルコキシド;又はアルミニウム(III)アセチルアセテート、クロム(III)アセチルアセテート、鉄(III)アセチルアセテート、コバルト(II)アセチルアセテート、ニッケル(II)アセチルアセテート、及び亜鉛(II)アセチルアセテートである。
使用するエステル交換触媒の量は、0.001〜10質量%、好ましくは0.05〜5質量%である。反応混合物は好ましくは、反応混合物の沸点に加熱し、これによって反応温度は反応体に応じて、20〜200℃の範囲にある。
エステル交換は、周囲圧力、又は減圧若しくは高圧下で行うことができる。エステル交換は好ましくは、0.001〜200bar、特に好ましくは0.01〜5barの圧力で行う。エステル交換の際に分離される低沸点アルコールは、エステル交換反応の平衡を移動させるために、好ましくは連続的に留去する。このために必要な蒸留塔は通常、エステル交換反応器と直接接続して存在しており、好ましくはエステル交換反応器に直接設けられている。直列に接続された複数のエステル交換反応器を用いる場合、これらのあらゆる反応器には、蒸留塔が備えられていてよく、又は好適にはエステル交換反応器カスケードの最後の釜から、蒸発されたアルコール混合物を1つ以上の集合管によって、蒸留塔に供給することができる。蒸留の際に回収される高沸点アルコールは、好適には再度エステル交換反応に返送する。
両性触媒を使用する場合、その分離は一般的に加水分解、及び引き続き、形成される金属酸化物の分離(例えば濾過による分離)により行う。反応を行った後に好ましくは、水による洗浄によって触媒を加水分解し、沈殿する金属酸化物を濾別する。所望の場合には、生成物を単離及び/又は精製するために、濾液をさらなる後処理にかけることができる。生成物は好ましくは、蒸留により分離する。
工程1b)及び2c)の好ましい実施態様では、ジ−(C1〜C3アルキル)−2,5−フランジカルボキシレート、及び/又はジ−(C1〜C3アルキル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートのエステル交換を、アルコール成分の存在下、及び少なくとも1種のチタン(IV)アルコレートの存在下で行う。好ましいチタン(IV)アルコレートは、テトラプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、又はこれらの混合物である。好ましいアルコール成分は、使用するジ−(C1〜C3アルキル)エステルに対して、少なくとも二倍の化学量論量で使用する。
エステル交換は、添加した有機溶剤の存在下、又は不在下で行うことができる。エステル交換は好ましくは、不活性有機溶剤の存在下で行う。適切な有機溶剤は、先にエステル化のところで挙げたものである。これに該当するのは特に、トルエン、及びTHFである。
エステル交換における温度は好適には、50〜200℃の範囲にある。
エステル交換は、不活性ガスの不在下、又は存在下で行うことができる。不活性ガスとは通常、所定の反応条件で、反応に関与する出発原料、試薬、溶剤、又は発生する生成物と反応を起こさない気体であると理解される。エステル交換は好ましくは、不活性ガスを添加せずに行う。
水素化
本発明による工程c1)及びb2)で行うフラン核の二重結合の水素化のために当業者は、例えば芳香族ポリカルボン酸のエステル(例えばフタレート、イソフタレート、又はテレフタレート)を水素化する際に用いられる一連の方法及び触媒を利用することができる。適しているのは例えば、WO 99/032427に記載された核水素化法である。この方法は、50〜250℃、圧力20〜300barでの、触媒を用いた水素化を包含し、この触媒は、元素周期表のVIII副族の金属少なくとも1種、例えば白金、ロジウム、パラジウム、コバルト、ニッケル、又はルテニウム、好適にはルテニウムを、単独で、又は元素周期表のI又はVII副族からの金属少なくとも1種、例えば双峰性細孔分布を有するメソ多孔性の酸化アルミニウム担持材料に堆積された銅又はレニウムとともに、含有するものである。さらに適しているのは、WO 02/100536に記載された核水素化法である。この方法は、担体としての非晶質二酸化ケイ素上で、ルテニウム触媒を用いた水素化を包含する。さらなる適切な方法は、以下の文献に記載されている:EP-A 1266882;珪藻土触媒上でのニッケル/酸化マグネシウムの使用、WO 03/029181;二酸化ケイ素触媒上でのニッケル/亜鉛の使用、WO 03/029168;アルミナ触媒上でのパラジウム/ZnO、及びα−Al23触媒上でのルテニウム/ZnO触媒の使用、又はWO 04/09526;二酸化チタン触媒上でのルテニウムの使用。さらなる適切な触媒は同様にラネー触媒であり、好適にはラネー・ニッケル触媒である。既に言及した担持材料の他に適しているのは例えばまた、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、硫酸塩化された二酸化ジルコニウム、炭化タングステン(WC)、二酸化チタン(TiO2)、硫酸塩化された炭素、活性炭、リン酸アルミニウム、アルモケイ酸塩、又はリン酸塩化された二酸化アルミニウム、並びにこれらの組み合わせである。
水素化は、水素化可能な基を有する有機化合物を水素化するために公知の水素化法と同様に行うことができる。このために液相又は気相として、好適には液相として有機化合物を、水素の存在下で触媒と接触させる。液相は例えば、触媒流動床(流動床運転法)又は触媒固定床(固定床運転法)を介して導くことができる。
本発明による方法では、水素化を好適には固定床反応器で行う。
この水素化は、連続的に、また非連続的に構成されていてよく、ここで連続的な方法構成が好ましい。非連続的な水素化のために、このために通常の反応装置、例えば撹拌式反応器を使用することができる。本発明による水素化は好適には、固定床反応器において連続的に、塔底運転法又は灌流運転法で行う。ここで水素は、水素化すべき出発原料の溶液と並流で、また触媒を介して向流で導くことができる。
触媒流動床において、また触媒固定床において水素化を行うための適切な装置は、従来技術において公知であり、例えばUllmann's Enzyklopaedie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Band 13, pp.135、またP. N. Rylander著、「Hydrogenation and Dehydrogenation」、Ullmann's Encyclopedia of Indus-trial Chemistry, 5th ed. on CD-ROMに記載されている。
水素化は通常、上昇させた水素圧で行う。水素圧は好ましくは、2〜500barの範囲、特に好ましくは10〜300とbarの範囲にある。
水素化は好ましくは、水素化条件で不活性の有機溶剤の存在下で行う。適切な溶剤は、先にエステル化のところで規定したものである。特にエーテル、例えばTHF、ジアルキレングリコール、又はこれらのモノエーテルとジエーテル、例えばグリムを使用する。
水素化は、20〜350℃の範囲、特に好ましくは50〜300℃の範囲で行う。
水素化に使用する水素量は通常、フラン核を完全に水素化するために理論的に必要な化学量論の水素量の1〜15倍に相当する。
工程c1)及びb2)の好ましい態様では、フラン核の水素化は、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、硫酸塩化された二酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、又は二酸化ケイ素上に、特に二酸化ジルコニウム上に堆積させた白金、ロジウム、パラジウム、コバルト、ニッケル、又はルテニウムにより、特に白金及びパラジウムにより、不活性溶剤の存在下で、150〜300barの水素圧下、150〜250℃の温度で行う。
記載した水素化法では、それぞれ選択した水素化条件(触媒の組成、又は水素化温度)に従って、好ましくは2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸エステルのシス若しくはトランス異性体が形成できる。よって、実質的に純粋な異性体のシス及び/又はトランス−2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸エステルを生成することができるが、シス及び/又はトランス異性体の割合が様々に異なる混合物も使用できる。実質的に純粋な異性体とは、特定の異性体の含分が、2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸エステルの全質量に対して少なくとも95質量%の割合であると理解される。
よって一般式(I.1)の本発明による化合物は、純粋なシス異性体として、又は純粋なトランス異性体として、又はシス/トランス異性体混合物として存在し得る。純粋な異性体、また任意の組成の異性体混合物もまた、同様に可塑剤として適している。
工程c1)及びb2)の特に好ましい実施態様では、FDCS及び/又は工程a)及びb1)からの2,5−フランジカルボン酸のエステルを、不活性溶剤中に溶解させ、不均一系のPd/Pt触媒の存在下で、50〜300barの水素圧下、100〜250℃で完全に水素化する。この際に水素化は好ましくは、固定床運転法で連続的に行い、ここで水素は触媒を介して向流で導く。この実施によれば、好適にはTHFを溶剤として使用する。この実施によればさらに好適には、ZrO2上のPd/Pt触媒を使用する。この実施形態の好ましい反応温度は、100〜200℃の範囲にある。この実施形態によれば一般的に、形成されるシス/トランス異性体の全量に対して少なくとも90質量%のシス異性体割合を有する、所望のテトラヒドロフラン誘導体が得られる。
本発明による方法の特に好ましい実施形態は、以下の工程を有する:
a)2,5−フランジカルボン酸をメタノールと、濃硫酸の存在下で反応させて、2,5−フランジカルボン酸ジメチルエステルを得る工程、
2b)工程a)で得られる2,5−フランジカルボン酸ジメチルエステルを、水素によって、ZrO2上のPd/Pt触媒の存在下で水素化して、2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸ジメチルエステルを得る工程、
2c)工程2b)で得られる2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸ジメチルエステルを、少なくとも1種のアルコールR1−OHと、少なくとも1種のチタン(IV)アルコレートの存在下で反応させて、一般式(I,1)の化合物にする工程。
式(I.2)及び/又は(I.3)のC7〜C12ジエーテル誘導体、及び/又はC7〜C12ジエステル誘導体の製造
本発明のさらなる対象は、一般式(I.2)又は(I.3)の化合物の製造方法である:
Figure 2016532708
前記式中、
1、及びR2は相互に独立して、非分枝状、及び分枝状のC7〜C12アルキル基から選択され、nは1又は2の値であり、
ここで
2,5−ジ−(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン(n=1)、又は2,5−ジ−(ヒドロキシエチル)−テトラヒドロフラン(n=2)については、少なくとも1種のアルキル化試薬R1−Zと、R1とR2が異なる意味を有する場合には、さらなる少なくとも1種のアルキル化試薬R2−Zと塩基の存在下で反応させて式(I.2)の化合物にし、ここでZは脱離基であり、又は
2,5−ジ−(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン(n=1)、又は2,5−ジ−(ヒドロキシエチル)−テトラヒドロフラン(n=2)については、少なくとも1種の酸ハロゲン化物R1−(C=O)Xと、R1とR2が異なる意味を有する場合には、さらなる少なくとも1種の酸ハロゲン化物R2−(C=O)Xと、少なくとも1種の第三級アミンの存在下で反応させて式(I.3)の化合物にし、ここでXはBr、又はClである。
アルキル化は通常、反応条件下で不活性の有機溶剤の存在下で行う。適切な溶剤は、先にエステル化のところで挙げたものである。好ましい溶剤は、芳香族炭化水素、例えばトルエンである。
脱離基Zは好ましくは、Br、Cl、トシル基、メシル基、又はトリフリル基である。
特に好ましくは、脱離基ZがBrである。
アルキル化試薬R1−Z、及び/又はR2−Zは市販で得られるか、又は適切な当業者に慣用の反応又は方法手段によって、相応するアルコールから製造できる。この方法に使用するのが好ましい臭化アルキルR1−Br、及び/又はR2−Brは例えば、公知の方法で大規模工業的に、臭化水素(HBr)を用いて、相応するアルコールR1−OH、及び/又はR2−OHから製造することができる。
本発明による方法において適切な塩基としては、無機及び/又は有機の強塩基が考慮される。これに属するのは例えば、無機塩基、又は塩基形成剤、例えばアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物、水素化物、アミド、オキシド、及び炭酸塩である。これに属するのは、LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、LiH、NaH、ナトリウムアミド(NaNH2)、リチウムジイソプロピルアミド(LDA)、Na2O、K2CO3、Na2CO3、及びCs2CO3、並びに有機金属化合物、例えばn−BuLi、又はt−BuLiである。好ましいのは、NaOH、KOH、K2CO3、及びNa2CO3である。
ここでこれらの塩基は好ましくは、2,5−ジ−(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン、及び/又は2,5−ジ−(ヒドロキシエチル)テトラヒドロフランに対して、少なくとも2倍の化学量論的に過剰で使用する。特に好ましくは、塩基に対して少なくとも4倍過剰で使用する。
アルキル化は、有機溶剤の存在下、又は不在下で行うことができる。反応は通常、不活性有機溶剤の存在下で行い、それは例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、リグロイン、石油エーテル、シクロヘキサン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジブチルエーテル、THF、ジオキサン、及びこれらの混合物である。
アルキル化は通常、周囲圧力下、減圧下、又は高圧下で行うことができる。アルキル化は好ましくは、周囲圧力下で行う。
アルキル化は好ましくは、30〜200℃、好ましくは50〜150℃の温度範囲で行う。
アルキル化は、不活性ガスの不在下、又は存在下で行うことができる。アルキル化において好ましくは、不活性ガスを使用しない。
アルキル化の特別な実施態様では、2,5−ジ(ヒドロキシメチル)−テトラヒドロフラン、及び/又は2,5−(ヒドロキシエチル)−テトラヒドロフランを、少なくとも4倍過剰の塩基の存在下で、不活性有機溶剤中、少なくとも1種の臭化アルキルR1−Br及び/又はR2−Brにより、一般式(I.2)のジエーテル化合物に移行させる。基R1及びR2については、先の説明を引用する。塩基として好ましくは、アルカリ金属水酸化物、特にKOHを使用する。
一般式(I.3)の本発明によるエステル化合物を製造するために好ましくは、2,5−ジ−(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン、及び/又は2,5−ジ−(ヒドロキシエチル)−テトラヒドロフランを、少なくとも1種の酸ハロゲン化物R1−(C=O)Xと、R1とR2が異なる意味を有する場合には、少なくとも1種の酸ハロゲン化物R2−(C=O)Xと、少なくとも1種の第三級アミンの存在下で反応させて式(I.3)の化合物にし、ここでXはBr、又はClである。
この方法に加えて当業者はさらに、慣用のエステル化法(例えば先に、FDCS及び/又は2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸をエステル化する場合に記載した方法)を利用できる。
一般式(I.3)のエステル化合物を製造するためには、通常当業者に慣用のあらゆる第三級アミンが使用できる。適切な第三級アミンの例は、以下の通り:
・トリアルキルアミンの群:トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、ジエチルイソプロピルアミン、ジイソプロプロピルエチルアミンなど、
・N−シクロアルキル−N,N−ジアルキルアミンの群:ジメチルシクロヘキシルアミン、及びジエチルシクロヘキシルアミン、
・N,N−ジアルキルアニリンの群:ジメチルアニリン、及びジエチルアニリン、
・ピリジン塩基、及びキノリン塩基の群:ピリジン、α−、β−、及びγ−ピコリン、キノリン、及び4−(ジメチルアミノ)ピリジン(DMAP)。
好ましい第三級アミンは、トリアルキルアミン、及びピリジン塩基であり、特にトリエチルアミン、及び4−(ジメチルアミノ)ピリジン(DMAP)、並びにこれらの混合物である。
エステル化は、周囲圧力下、減圧下、又は高圧下で行うことができる。エステル化は好ましくは、周囲圧力下で行う。
エステル化は、有機溶剤の存在下、又は不在下で行うことができる。エステル化は好ましくは、先に規定した不活性有機溶剤の存在下で行う。
エステル化は通常、50〜200℃の温度範囲で行う。
エステル化は、不活性ガスの不在下、又は存在下で行うことができる。
好ましい実施態様において、2,5−ジ−(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランを、酸塩化物R1−(C=O)Clと、トリエチルアミン、及び/又はDMAP、及び不活性有機溶剤の存在下で反応させて、式(I.3)の化合物にする。
一般式(I)の化合物を製造するための本発明による方法の好ましい実施態様において、エステル交換、エステル化、又はアルキル化のために、C7〜C12アルカノールを、特にC8〜C11アルカノールを出発原料として使用する。
好ましいC7〜C12アルカノールは、直鎖状、又は分枝鎖状であってよく、又は直鎖状及び分枝鎖状のC7〜C12アルカノールの混合物からなり得る。これに該当するのは、n−ヘプタノール、イソヘプタノール、n−オクタノール、イソオクタノール、2−エチルヘキサノール、n−ノナノール、イソノナノール、イソデカノール、2−プロプルヘプタノール、n−ウンデカノール、イソウンデカノール、n−ドデカノール、又はイソドデカノールである。特に好ましいC7〜C12アルカノールは、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、n−ノナノール、イソノナノール、及び2−プロピルヘプタノールであり、特にイソノナノール、及び2−プロピルヘプタノールである。
ヘプタノール
一般式(I)の本発明による化合物を製造するために必要なヘプタノールは、直鎖状又は分枝鎖状であってよく、又は直鎖状及び分枝鎖状ヘプタノールの混合物から成っていてよい。分枝鎖状のヘプタノール(イソヘプタノールとも呼ばれる)の混合物を使用するのが好ましく、これはロジウム、又は好適にはコバルトで触媒した二量体プロペンをヒドロホルミル化することによって(例えばDimersol(登録商標)法により)得られ、引き続き、得られるイソヘプタナールの水素化によって、イソヘプタノール混合体へと製造する。その製造に応じて、こうして得られる複数の異性体のイソヘプタノール混合物が存在する。実質的に直鎖状のヘプタノールは、ロジウム又は好適にはコバルトで触媒した1−ヘキセンのヒドロホルミル化、及び得られるn−ヘプタナールを引き続き水素化して、n−ヘプタノールにすることによって得られる。1−ヘキセン及び/又は二量体プロペンのヒドロホルミル化は、それ自体公知の方法に従って行うことができる:反応媒体中に均一に溶解されたロジウム触媒によるヒドロホルミル化の場合、その場でヒドロホルミル化反応の条件下、ヒドロホルミル化反応混合物中で、合成ガスの作用下、例えばロジウム塩から形成される錯体化されていないロジウムカルボニルが触媒として使用でき、また錯体のロジウムカルボニル化合物、特に有機ホスフィンとの錯体、例えばトリフェニルホスフィン、又は有機ホスフィット、好適にはキレート化されたビホスファイト(例えばUS-A 5288918に記載のもの)も触媒として使用できる。このオレフィンをコバルトで触媒するヒドロホルミル化の場合、一般的には、反応混合物中に均一に溶解されたコバルトカルボニル化合物が使用され、これはヒドロホルミル化反応の条件下で、合成ガスの作用下、その場でコバルト塩から形成されるものである。コバルトで触媒するヒドロホルミル化をトリアルキルホスフィン、又はトリアリールホスフィンの存在下で行う場合、ヒドロホルミル化生成物として直接、所望のヘプタノールが形成されるため、アルデヒド官能基のさらなる水素化は、もはや必要ない。
1−ヘキセン、及び/又はヘキセン異性体混合物をコバルトで触媒するヒドロホルミル化のために適しているのは例えば、Falbe著、New Syntheses with Carbon Monoxide, Springer, Berlin, 1980年、p.162〜168で説明された工業的に確立された方法、例えばルール化学法(Ruhrchemie-Verfahren)、BASF法、Kuhlmann法、又はシェル法である。ルール化学法、BASF法、Kuhlmann法が、配位子で変性されていないコバルトカルボニル化合物を触媒として用いて作業し、この際にヘキサナール混合物が得られる一方で、シェル法(DE-A 1593368)はホスフィン又はホスファイト配位子で変性したコバルトカルボニル化合物を触媒として使用し、この触媒の水素化活性はさらに高いため、この化合物によって直接ヘキサノール混合物につながる。配位子変性されていないコバルトカルボニル錯体によってヒドロホルミル化を行うための有利な構成は、DE-A 2139630、DE-A 2244373、DE-A 2404855、及びWO 01014297に詳細に記載されている。
1−ヘキセン及び/又はヘキセン異性体混合物をロジウム触媒でヒドロホルミル化するためには、トリフェニルホスフィン配位子で変性されたロジウムカルボニル化合物を用いる、工業的に確立されたロジウム低圧ヒドロホルミル化法が適用でき、これは例えば、US-A 4148830の対象である。長鎖オレフィン(例えば上記方法により得られるヘキセン異性体混合物)をロジウムで触媒するヒドロホルミル化のために有利には、配位子変性されていないロジウムカルボニルを触媒として用いることができ、ここで低圧法との違いは、圧力をより高い80〜400barに設定することである。このようなロジウム高圧ヒドロホルミル化法の実施は例えば、EP-A 695734、EP-B 880494、及びEP-B 1047655に記載されている。
ヘキセン異性体混合物のヒドロホルミル化により得られるイソヘプタナール混合物は、それ自体従来の方法で接触水素化して、イソヘプタノール混合物にする。このために好ましくは、不均一系触媒を使用し、この触媒は触媒活性成分として、元素周期表のVI〜VIII族、並びにI副族の金属(特にクロム、モリブデン、マンガン、レニウム、鉄、コバルト、ニッケル、及び/又は銅)、及び/又は金属酸化物を含有し、任意で担体材料(例えばAl23、SiO2、及び/又はTiO2)に堆積されている。これらの触媒は例えば、DE-A 3228881、DE-A 2628987、及びDE-A 2445303に記載されている。特に有利には、イソヘプタナールの水素化は、イソヘプタナールの水素化に必要な化学量論的水素量を1.5〜20%超える水素によって、50〜200℃の温度、25〜350barの水素圧で行い、副反応を回避するために、水素化供給部にDE-A 2628987に従って僅少量の水を添加し、有利にはWO 01087809の教示に相応して、アルカリ金属水酸化物若しくはアルカリ金属炭酸塩の水溶液の形で添加する。
オクタノール
長年にわたり大規模工業的に製造された可塑剤アルコールである2−エチルヘキサノールは、n−ブチルアルデヒドをアルドール縮合して、2−エチルヘキセナール、及びこれを引き続き水素化して2−エチルヘキサノールにすることによって得られる(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry; 5. Auflage, Bd. A 10, S. 137 - 140, VCH Verlagsgesellschaft GmbH, Weinheim 1987年を参照)。
実質的に直鎖状のオクタノールは、ロジウム又は好適にはコバルトで触媒した1−ヘプテンのヒドロホルミル化、及び得られるn−オクタナールを引き続き水素化して、n−オクタノールにすることによって得られる。このために必要な1−ヘプテンは、炭化水素のフィッシャー・トロプシュ合成から得られる。
2−エチルヘキサノール又はn−オクタノールとは異なり、アルコールがイソオクタノールである場合、その製造方法により条件付けられて、これは単一の化合物ではなく、様々な分枝鎖状C8アルコールの異性体混合物、例えば2,3−ジメチル−1−ヘキサノール、3,5−ジメチル−1−ヘキサノール、4,5−ジメチル−1−ヘキサノール、3−メチル−1−ヘプタノール、及び5−メチル−1−ヘプタノールの混合物であり、これは適用された製造条件と製造方法により、様々な量比でイソオクタノール中に存在し得る。イソオクタノールは通常、プロペンをブテン、好適にはn−ブテンにより補助的に二量体化し、引き続きこの際に得られるヘプテン異性体混合物をヒドロホルミル化することによって製造される。ヒドロホルミル化の際に得られるオクタナール異性体混合物は、それ自体従来の方法で引き続き水素化して、イソオクタノールにすることができる。
プロペンをブテンにより補助的に二量化して異性体のヘプテンにするために有利には、均一系触媒のDimersol(登録商標)法を用いて行うのが好ましく(Chauvinら、Chem. Ind.; Mai 1974, p.375〜378)、ここで触媒としては可溶性のニッケル・ホスフィン錯体が、エチルアンモニウム塩素化合物(例えばエチルアルミニウム二塩化物)の存在下で用いられる。ニッケル錯体触媒のためのホスフィン配位子としては例えば、トリブチルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、及び/又はトリベンジルホスフィンが使用できる。反応は0〜80℃の温度で行い、ここで有利には、オレフィンが液状の反応混合物中に溶解して存在する圧力を調整する(Cornils; Hermann: Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds; 2. Auflage; Bd. 1 ; p.254〜259, Wiley-VCH, Weinheim 2002)。
或いは、反応媒体中に均一に溶解されたニッケル触媒を稼働させるDimersol(登録商標)法に代えて、ブテンによるプロペンの補助的な二量化は、担体上に堆積させた不均一系のNiO触媒によって行うこともでき、ここでは均一系触媒法と似たヘプテン異性体分布が得られる。このような触媒は例えば、いわゆるOctol(登録商標)法(Hydrocarbon Processing, Februar 1986, p. 31〜33)で使用され、オレフィン二量化及び/又は補助的な二量化のために良好に適した特定のニッケル不均一系触媒が、例えばWO 9514647に開示されている。
ニッケル系触媒に代えて、またブレンステッド酸不均一系触媒も、プロペンをブテンにより補助的に二量化するために使用することができ、ここでは通常、ニッケル触媒法で得られるものよりも分岐度の高いヘプテンが得られる。このために適した触媒の例は、固体リン酸触媒、例えばリン酸に含浸させた珪藻土、又はダイアトマイトであり、これらは例えばPolyGas(登録商標)法により、オレフィン二量化及び/又はオリゴマー化に利用される(Chitnisら、Hydrocarbon Engineering 10, Nr. 6 - Juni 2005)。プロペン及びブテンを補助的に二量化してヘプテンにするために非常に良好に適したブレンステッド酸触媒はゼオライトであり、これはPolyGas(登録商標)法に基づき、さらに発展させたEMOGAS(登録商標)に用いられる。
1−ヘプテン、及びヘプテン異性体混合物は、n−ヘプタナール及びヘプタナール異性体混合物の製造との関連で先に説明した公知の方法に従って、ロジウム又はコバルトで触媒したヒドロホルミル化によって、好適にはコバルトで触媒ヒドロホルミル化し、n−オクタナール及び/又はオクタナール異性体混合物に移行させる。これを引き続き例えば、n−ヘプタノール及びイソヘプタノールの製造との関連で先に挙げた触媒によって水素化して、相応するオクタノールにする。
ノナノール
実質的に直鎖状のノナノールは、ロジウム又は好適にはコバルトで触媒した1−オクテンのヒドロホルミル化、及びこの際に得られるn−ノナナールを続いて水素化することによって得られる。出発オレフィンの1−オクテンは例えば、エチレンオリゴマー化によって、反応媒体(1,4−ブタンジオール)中に均一に溶解したニッケル錯体触媒を用いて、例えばジフェニルホスフィノ酢酸、又は2−ジフェニルホスフィノ安息香酸を配位子として用いて得ることができる。この方法はまた、Shell高級オレフィン法(SHOP法)という名称でも知られる(Weisermel, Arpe: Industrielle Organische Chemie; 5. Auflage; S. 96; Wiley-VCH, Weinheim 1998)。
本発明によるジイソノニルエステル、及び/又はジイソノニルエーテルの合成に必要なアルコール成分のイソノナノールは、単独の化合物ではなく、様々な分枝状のC9アルコールの混合物であり、その製造方法に応じて、特に使用する出発物質に応じて、様々な分岐度を有することができる。イソノナノールは一般的に、ブテンを二量化してイソオクテン混合物にし、引き続きイソオクテン混合物をヒドロホルミル化し、この際に得られるイソノナール混合物をイソノナナール混合物へと製造し、これは例えばUllmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Bd. A1 , S. 291 - 292, VCH Verlagsgesellschaft GmbH, Weinheim 1995年で説明されている。
イソノナノールを製造するための出発材料としては、イソブテン、シスブテン、及びトランス−2−ブテン、また1−ブテン又はこれらのブテン異性体の混合物を使用することができる。主に液状のブレンステッド酸(例えば硫酸若しくはリン酸)、又は固体のブレンステッド酸(例えば担体材料としての珪藻土、SiO2、若しくはAl23に、又はゼオライトに施与されたリン酸)で触媒して、純粋なイソブテンを二量化する場合、主に強度に分岐した2,4,4−トリメチルペンテン(ジイソブチレンとも呼ばれる)が得られ、このアルデヒドをヒドロホルミル化及び水素化した後に、高度に分岐したイソノナノールが得られる。
分岐度の低いイソノナノールが好ましい。このように分岐度が低いイソノナノール混合物は、直鎖状のブテン、1−ブテン、シス−及び/又はトランス−2−ブテン(これらは任意でさらに僅少量のイソブテンを含有することができる)から、ブテン二量化、イソオクテンのヒドロホルミル化、及び得られたイソノナナール混合物の水素化という先に記載した経路によって製造される。好ましい原料は、クラッキング(例えばスチームクラッキング)のC4流分から得られるいわゆるラフィネートIIであり、これはアレン、アセチレン、及びジエン、特に1,3−ブタジエンを排除した後、これらを部分水素化にかけて直鎖状ブテンにするか、又はこれらを例えばN−メチルピロリドンによって引き抜き蒸留し、続いてブレンステッド酸触媒により、大規模工業的に確立された方法に従いメタノール若しくはイソブタノールとの反応によって、そこに含まれるイソブテンを除去することにより、燃料添加剤のメチル−t−ブチルエーテル(MTBE)が形成されるか、又は純粋なイソブテンを得るために用いられるイソブチルーt−エーテルが得られる。
ラフィネートIIは、1−ブテンとシス−及びトランス−2−ブテンに加えてさらに、n−ブタン及びイソブタン、並びにイソブテンの残量を最大5質量%含有する。
直鎖状ブテン又はラフィネートIIに含有されるブテン混合物の二量化は、大規模で実施される慣用の方法(例えばイソヘプテン混合物製造との関連で先に説明した方法)によって、例えば不均一系のブレンステッド酸触媒、例えばPolyGas(登録商標)法、又はEMOGAS(登録商標)法が使用でき、反応媒体に均一に溶解したニッケル錯体触媒を用いてDimersol(登録商標)法により、又はOctol(登録商標)法、又はWO 9514647に記載の方法による不均一系の酸化ニッケル(II)含有錯体触媒を用いて行うことができる。この際に得られるイソオクテン混合物は、ヘプタナール異性体混合物の製造との関連で先に説明した公知の方法に従って、ロジウム又はコバルトで触媒したヒドロホルミル化によって、好適にはコバルトで触媒してヒドロホルミル化し、イソノナナール体混合物に移行させる。これを引き続き例えば、イソヘプタノールの製造との関連で先に挙げた触媒によって水素化して、適切なイソノナノール混合物にする。
こうして製造されるイソノナノール異性体混合物は、異性体指数によって特徴付けられ、これはイソノナノール混合物中におけるそれぞれの異性体イソノナノール成分の分岐度に、イソノナノール混合物中のイソノナノール成分のパーセント割合を掛けることによって算出できる。そこで例えば、値が0のn−ノナノール、値が1のメチルオクタノール(分岐1つ)、及び値が2のジメチルヘプタノール(分岐2つ)は、イソノナノール混合物の異性体指数に関与する。直線性が高くなればなるほど、該当するイソノナノール混合物の異性体指数は、それだけ低くなる。これに応じて、イソノナノール混合物の異性体指数は、イソノナノール混合物をガスクロマトグラフィーで各異性体に分離することによって、またこれにより引き起こされるイソノナノール混合物中のパーセンテージによる量割合の定量化(ガスクロマトグラフィー分析の標準的な方法により特定)によって測定される。揮発性の向上と、異性体のノナノールのガスクロマトグラフィー分別性改善のために、これを適切に、ガスクロマトグラフィー分析の前に、標準的な方法で、例えばN−メチル−N−トリメチルシリルトリフルオロアセトアミドとの反応によって、トリメチルシリル化する。ガスクロマトグラフィー分析において各成分をできるだけ良好に分離するために、好適にはポリジメチルシロキサンを有するキャピラリーカラムを、静置相として用いる。このようなキャピラリーカラムは市販で手に入り、当業者にとって慣用の試験を幾つか行う必要があるだけであり、市販の多数の提供物から、この分離課題に適した型を選択することができる。
一般式(I)の本発明によるジイソノニルエステル及び/又はジイソノニルエーテルは一般的に、異性体指数が0.8〜2、好適には1.0〜1.8、特に好ましくは1.1〜1.5であるイソノナノールによってエステル化及び/又はエーテル化されており、このようなイソノナノールは、先に記載の方法により製造できる。
以下、単に例示的に、本発明による化合物の2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸ジイソノニルエステル、2,5−ジ(ヒドロキシメチル)−テトラヒドロフランジイソノナノエート、及び2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランのジイソノニルエーテルを製造するために役立ち得る、イソノナノール混合物の組成を記載する。ここで留意すべきは、それぞれ記載した異性体混合物中における異性体の割合は、出発材料(例えばラフィネートII、その組成はブテンについて、製造条件により変わり得る)の組成に依存するということであり、適用した製造条件における変動(例えば利用した触媒の変更、及び適合させるべき温度条件と圧力条件)によって変わり得ることである。
例えば、原料としてラフィネートIIを用いて、WO 9514647に記載の触媒と方法により作製されたイソオクテン混合物から、コバルトで触媒したヒドロホルミル化、及び引き続いた水素化により製造されたイソノナノール混合物は、以下の組成を有する:
・3−エチル−6−メチル−ヘキサノール:1.73〜3.73質量%、好ましくは1.93〜3.53質量%、特に好ましくは2.23〜3.23質量%、
・2,6−ジメチルヘプタノール:0.38〜1.38質量%、好ましくは0.48〜1.28質量%、特に好ましくは0.58〜1.18質量%、
・3,5−ジメチルヘプタノール:2.78〜4.78質量%、好ましくは2.98〜4.58質量%、特に好ましくは3.28〜4.28質量%、
・3,6−ジメチルヘプタノール:6.30〜16.30質量%、好ましくは7.30〜15.30質量%、特に好ましくは8.30〜14.30質量%、
・4,6−ジメチルヘプタノール:5.74〜11.74質量%、好ましくは6.24〜11.24質量%、特に好ましくは6.74〜10.74質量%、
・3,4,5−トリメチルヘキサノール:1.64〜3.64質量%、好ましくは1.84〜3.44質量%、特に好ましくは2.14〜3.14質量%、
・3,4,5−トリメチルヘキサノール、3−メチル−4−エチルヘキサノール、及び3−エチル−4−メチルヘキサノール:1.47〜5.47質量%、好ましくは1.97〜4.97質量%、特に好ましくは2.47〜4.47質量%、
・3,4−ジメチルヘプタノール:4.00〜10.00質量%、好ましくは4.50〜9.50質量%、特に好ましくは5.00〜9.00質量%、
・4−エチル−5−メチルヘキサノール、及び3−エチルヘプタノール:0.99〜2.99質量%、好ましくは1.19〜2.79質量%、特に好ましくは1.49〜2.49質量%、
・4,5−ジメチルヘプタノール、及び3−メチルオクタノール:2.45〜8.45質量%、好ましくは2.95〜7.95質量%、特に好ましくは3.45〜7.45質量%、
・4,5−ジメチルヘプタノール:1.21〜5.21質量%、好ましくは1.71〜4.71質量%、特に好ましくは2.21〜4.21質量%、
・5,6−ジメチルヘプタノール:1.55〜5.55質量%、好ましくは2.05〜5.05質量%、特に好ましくは2.55〜4.55質量%、
・4−メチルオクタノール:1.63〜3.63質量%、好ましくは1.83〜3.43質量%、特に好ましくは2.13〜3.13質量%、
・5−メチルオクタノール:0.98〜2.98質量%、好ましくは1.18〜2.78質量%、特に好ましくは1.48〜2.48質量%、
・3,6,6−トリメチルヘキサノール:0.70〜2.70質量%、好ましくは0.90〜2.50質量%、特に好ましくは1.20〜2.20質量%、
・7−メチルオクタノール:1.96〜3.96質量%、好ましくは2.16〜3.76質量%、特に好ましくは2.46〜3.46質量%、
・6−メチルオクタノール:1.24〜3.24質量%、好ましくは1.44〜3.04質量%、特に好ましくは1.74〜2.74質量%、
・n−ノナノール:0.1〜3質量%、好ましくは0.2〜2質量%、特に好ましくは0.3〜1質量%、
・炭素原子数が9及び10のその他のアルコール25〜35質量%、好ましくは28〜33質量%、特に好ましくは29〜32質量%、ただし、上記成分の合計量は100質量%となる。
上記態様に相応して、コバルトで触媒したヒドロホルミル化、及び引き続いた水素化により、原料としてエチレン含有ブテン混合物を用いて、PolyGas(登録商標)法、又はEMOGAS(登録商標)法により製造したイソオクテン混合物から製造されたイソノナノール混合物は、以下の範囲の組成を有することができ、これは原料の組成と、適用した反応条件の変動に応じて変わり得る:
・n−ノナノール:6.0〜16.0質量%、好ましくは7.0〜15.0質量%、特に好ましくは8.0〜14.0質量%、
・6−メチルオクタノール:12.8〜28.8質量%、好ましくは14.8〜26.8質量%、特に好ましくは15.8〜25.8質量%、
・4−メチルオクタノール:12.5〜28.8質量%、好ましくは14.5〜26.5質量%、特に好ましくは15.5〜25.5質量%、
・2−メチルオクタノール:3.3〜7.3質量%、好ましくは3.8〜6.8質量%、特に好ましくは4.3〜6.3質量%、
・3−エチルヘプタノール:5.7〜11.7質量%、好ましくは6.3〜11.3質量%、特に好ましくは6.7〜10.7質量%、
・2−エチルヘプタノール:1.9〜3.9質量%、好ましくは2.1〜3.7質量%、特に好ましくは2.4〜3.4質量%、
・2−プロピルヘキサノール:1.7〜3.7質量%、好ましくは1.9〜3.5質量%、特に好ましくは2.2〜3.2質量%、
・3,5−ジメチルヘプタノール:3.2〜9.2質量%、好ましくは3.7〜8.7質量%、特に好ましくは4.2〜8.2質量%、
・2,5−ジメチルヘプタノール:6.0〜16.0質量%、好ましくは7.0〜15.0質量%、特に好ましくは8.0〜14.0質量%、
・2,3−ジメチルヘプタノール:1.8〜3.8質量%、好ましくは2.0〜3.6質量%、特に好ましくは2.3〜3.3質量%、
・3−エチル−4−メチルヘキサノール:0.6〜2.6質量%、好ましくは0.8〜2.4質量%、特に好ましくは1.1〜2.1質量%、
・2−エチル−4−メチルヘキサノール:2.0〜4.0質量%、好ましくは2.2〜3.8質量%、特に好ましくは2.5〜3.5質量%、
・炭素原子数が9のその他のアルコール0.5〜6.5質量%、好ましくは1.5〜6質量%、特に好ましくは1.5〜5.5質量%、ただし、上記成分の合計量は100質量%となる。
デカノール
一般式(I)の本発明による化合物を製造するために必要なアルコール成分は、イソデカノールであり、これは単独の化合物ではなく、様々に分岐した異性体デカノールの複合的な混合物である。
これらは一般的に、ニッケル又はブレンステッド酸触媒によるプロピレンの三量化により、例えば先に説明したPolyGas(登録商標)法又はEMOGAS(登録商標)法、続いてこの際に得られるイソノネン異性体混合物のヒドロホルミル化により、均一系ロジウム又はコバルトカルボニル触媒を用いて、好適にはコバルトカルボニル触媒を用いて、生成するイソデカナール異性体混合物を水素化し、例えば先にC7〜C9アルカノールの製造で挙げた触媒との関連で挙げた触媒及び方法(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry; 5. Auflage, Bd. A1 , S. 293, VCH Verlagsgesellschaft GmbH, Weinheim 1985)によって、製造される。こうして製造されたイソデカノールは一般的に、強度に分岐している。
本発明によるジ(2−プロピルヘプチル)エステル、及び/又はジ(2−プロピルヘプチル)エーテルの製造に必要な2−プロピルヘプタノールは、純粋な2−プロピルヘプタノールであってよく、又は、一般的に2−プロピルヘプタノールの工業的な製造で形成され、普通は同様に2−プロピルヘプタノールと呼ばれるプロピルヘプタノール異性体混合物であり得る。
純粋な2−プロピルヘプタノールは、n−バレルアルデヒドのアルドール縮合、及びこの際に形成される2−プロピルヘプテナールの後続の水素化によって得られる(例えばUS-A 2921089に記載の通り)。市販で得られる2−プロピルヘプタノールは一般的に、主成分の2−プロピルヘプタノールに加えて、製造条件に応じて1種以上の2−プロピルヘプタノール異性体、すなわち2−プロピル−4−メチルヘキサノール、2−プロピル−5−メチルヘキサノール、2−イソプロピルヘプタノール、2−イソプロピル−4−メチルヘキサノール、2−イソプロピル−5−メチルヘキサノール、及び/又は2−プロピル−4,4−ジメチルペンタノールを含有する。2−プロピルヘプタノールのその他の異性体、例えば2−エチル−2,4−ジメチルヘキサノール、2−エチル−2−メチルヘプタノール、及び/又は2−エチル−2,5−ジメチルヘキサノールが、2−プロピルヘプタノール中で存在することも可能である;アルデヒド前駆体の形成速度が低いため、これらの異性体が、アルドール縮合の関連でそもそも存在する場合には、2−プロピルヘプタノール中に痕跡量でのみ含有されており、このような2−プロピルヘプタノール異性体混合物から製造される化合物の可塑剤特性については、実質的に重要ではない。
2−プロピルヘプタノールを製造するための出発材料としては、様々な炭化水素源を利用することができ、それは例えば1−ブテン、2−ブテン、ラフィネートI(クラッキングのC4留分から、アレン、アセチレン、及びジエンを分離した後に得られるアルカン/アルケン混合物、1−ブテンと2−ブテンの他にさらにイソブテンをかなりの量で含有するもの)、又はラフィネートII(ラフィネートIから、イソブテンを分離することによって得られ、オレフィン成分として、1−ブテン及び2−ブテン以外に、なお僅かにイソブテン割合を含有する)である。もちろん、ラフィネートIとラフィネートIIとの混合物も、2−プロピルヘプタノールを製造するための原料として使用できる。これらのオレフィン、又はオレフィン混合物は、それ自体従来の方法に従って、コバルト又はロジウム触媒によりヒドロホルミル化することができ、ここで1−ブテン、n−バレルアルデヒドとイソバレルアルデヒドとの混合物(イソバレルアルデヒドという呼称は、2−メチルブタナール化合物を表す)が形成され、そのn/イソ比は、使用する触媒とヒドロホルミル化条件に応じて、比較的広い境界で変えることができる。例えばトリフェニルホスフィン変性した均一系ロジウム触媒(Rh/TPP)を用いる場合、1−ブテン、n−バレルアルデヒド、及びイソバレルルデヒドから、n/イソ比が一般的に10:1から20:1で形成され、これに対してホスファイト配位子を用いる場合(例えばUS-A 5288918、若しくはWO 05028407に記載のように)、又はホスホアミジット配位子を用いる場合(例えばWO 0283695に記載のように)、変性ロジウムヒドロホルミル化触媒は、ほぼn−バレルアルデヒドのみを形成する。Rh/TPP触媒系が、2−ブテンをヒドロホルミル化の際に非常にゆっくりとのみ反応させる間、これによって2−ブテンの大部分をヒドロホルミル化混合物から再度回収することが可能になり、2−ブテンのヒドロホルミル化は、言及したホスファイト配位子、又はホスホロアミダイト配位子で変性されたロジウム触媒によって行われ、ここで主にn−バレルアルデヒドが形成される。これに対して、オレフィン原料中に含有されるイソブテンは、速度は異なるとは言え、実質的に全ての触媒系によりヒドロホルミル化されて、3−メチルブタナールになり、また触媒に応じて僅かな量でピバルアルデヒドになる。
使用される出発材料と触媒に応じて得られるC5アルデヒド(すなわちn−バレルアルデヒド、任意でイソバレルアルデヒド、3−メチルブタナール、及び/又はピバルアルデヒドとの混合物で)は、アルドール縮合の前に、所望の場合、完全に、又は部分的に蒸留により各成分に分別することができ、これによってここではまた、異性体の組成によって、本発明によるエステル混合物及びエーテル混合物のC10アルコール成分に影響を与え、かつ制御する可能性が生じる。同様に、C5アルデヒド混合物(例えばヒドロホルミル化で形成されるもの)を、各異性体を事前に分離せずにアルドール縮合に供給することが可能である。塩基性触媒(例えば水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの水溶液)を用いて、例えばEP-A 366089、US-A 4426524、又はUS-A 5434313に記載された方法で実施可能なアルドール縮合の場合、n−バレルアルデヒドを使用する際に、唯一の縮合生成物として2−プロピルヘプタナールが生じ、これに対してC5アルデヒドの異性体混合物を使用する場合、同じアルデヒド分子のホモアルドール縮合の生成物と、様々なバレルアルデヒド異性体の交差アルドール縮合の生成物との異性体混合物が形成される。アルドール縮合はもちろん、各異性体の適切な反応によって、主に、又は完全に個々のアルドール縮合異性体が形成されるように制御できる。該当するアルドール縮合生成物は引き続き、通常は事前の、好適には蒸留による反応混合物からの分離、及び所望の場合には蒸留による精製の後に、従来の水素化触媒(例えばアルデヒドを水素化するための前述のもの)を用いて、水素化して、相応するアルコール、又はアルコール混合物にすることができる。
既に述べたように、化合物の2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸−ジ(2−プロピルヘプチル)エステル、2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン−ジ−(2−プロピル)ヘプタノエート、及び2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランのジ−(2−プロピル)ヘプチルエーテルは、純粋な2−プロピルヘプタノールでエステル化、及び/又はエーテル化されていてよい。しかしながら、これらのエステル又はエーテルを製造するためには一般的に、2−プロピルヘプタノールと、上記プロピルヘプタノール異性体との混合物が使用され、ここで2−プロピルヘプタノールの含分は、少なくとも50質量%、好適には60〜98質量%、特に好ましくは80〜95質量%、特に85〜95質量%である。
2−プロピルヘプタノールと、プロピルヘプタノール異性体との適切な混合物は例えば、2−プロピルヘプタノールを60〜98質量%、2−プロピル−4−メチル−ヘキサノールを1〜15質量%、及び2−プロピル−5−メチルヘキサノールを0.01〜20質量%、及び2−イソプロピルヘプタノールを0.01〜24質量%含有するものであり、ここで各成分の割合の合計は、100質量%を超えない。各成分の割合は好ましくは、合計で100質量%になる。
2−プロピルヘプタノールと、プロピルヘプタノール異性体とのさらなる適切な混合物は例えば、2−プロピルヘプタノールを75〜95質量%、2−プロピル−4−メチル−ヘキサノールを2〜15質量%、及び2−プロピル−5−メチル−ヘキサノールを1〜20質量%、2−イソプロピルヘプタノールを0.1〜4質量%、2−イソプロピル−4−メチルヘキサノールを0.1〜2質量%、及び2−イソプロピル−5−メチルヘキサノールを0.1〜2質量%含有するものであり、ここで各成分の割合の合計は、100質量%を超えない。各成分の割合は好ましくは、合計で100質量%になる。
2−プロピルヘプタノールと、プロピルヘプタノール異性体との好ましい混合物は、2−プロピルヘプタノールを85〜95質量%、2−プロピル−4−メチル−ヘキサノールを5〜12質量%、及び2−プロピル−5−メチルヘキサノールを0.1〜2質量%、及び2−イソプロピルヘプタノールを0.01〜1質量%含有するものであり、ここで各成分の割合の合計は、100質量%を超えない。各成分の割合は好ましくは、合計で100質量%になる。
純粋な2−プロピルヘプタノールに代えて、本発明によるジ(2−プロピルヘプチル)エステル、及び/又はジ(2−プロピルヘプチル)エーテルを製造するために前述の2−プロピルヘプタノール異性体混合物を用いる場合、アルキルエステル基及び/又はアルキルエーテル基の異性体の組成は実質的に、エステル化に使用するプロピルヘプタノール異性体混合物の組成に相当する。
ウンデカノール
一般式(I)の本発明による化合物を製造するために必要なウンデカノールは、直鎖状又は分枝鎖状であってよく、又は直鎖状及び分枝鎖状ウンデカノールの混合物から構成されていてよい。好ましくは分枝鎖状のウンデカノールの混合物(イソウンデカノールとも呼ばれる)を、本発明によるジウンデシルエステル及び/又はジウンデシルエーテルのアルコール成分として使用する。
実質的に直鎖状のウンデカノールは、ロジウム又は好適にはコバルトで触媒した1−デセンのヒドロホルミル化、及びこの際に得られるn−ウンデカナールを引き続き水素化することによって得られる。出発オレフィンの1−デセンは、先に1−オクテンの製造の際に言及したSHOP法で製造される。
分枝鎖状イソウンデカノールを製造するために、SHOP法で得られる1−デセンを骨格異性体化にかけることができ(例えばWO 9823566に記載されたような酸性のゼオライト分子ふるいにより)、ここで異性体のデセンの混合物が形成され、そのロジウム又は好適にはコバルトで触媒するヒドロホルミル化、及び得られたイソウンデカナール混合物を続いて水素化することにより、本発明による化合物を製造するために使用するイソウンデカノールにつながる。ロジウム触媒又はコバルト触媒を用いた1−デセン、又はイソデセン混合物のヒドロホルミル化は、先にC7〜C10アルコールの合成との関連で記載したように行うことができる。相応することが、n−ウンデカナール又はイソウンデカナールの混合物を水素化して、n−ウンデカノール及び/又はイソウンデカノールにすることにも当てはまる。
水素化の排出物を蒸留により精製した後、こうして得られたC7〜C11アルキルアルコール又はその混合物を、先に記載したように、一般式(I)に記載のジエステル及び/又はジエーテル誘導体を製造するために使用することができる。
ドデカノール
実質的に直鎖状のドデカノールは、Alfol(登録商標)法、又はEpal(登録商標)法により、有利な方法で得ることができる。これらの方法は、直鎖状のトリアルキルアルミニウム化合物の酸化と加水分解を包含し、この化合物はトリエチルアルミニウムから出発して段階的に、複数のエチル化反応によって、チーグラー・ナッタ触媒を用いて構築されるものである。こうして生じる、鎖長が様々なほぼ直鎖状のアルキルアルコールの混合物からは、蒸留によりC12アルキルアルコールフラクションを排出した後、所望のn−ドデカノールが得られる。
或いは、n−ドデカノールはまた、天然の脂肪酸メチルエステルの水素添加によって、例えばココナッツオイルから製造することもできる。
分枝鎖状のイソドデカノールは、オレフィンを補助的に二量化及び/又はオリゴマー化するための先に記載した方法と同様に、後続のヒドロホルミル化、及びイソウンデセン混合物の水素化によって得られる。水素化の排出物を蒸留により精製した後、こうして得られたイソドデカノール及び/又はその混合物を、先に記載したように、一般式(I)に記載のジエステル及び/又はジエーテル誘導体を製造するために使用することができる。
出発物質としての一般式(I)の化合物を製造するための好ましい方法に必要なフラン−2,5−ジカルボン酸(FDCS, CAS No. 3238-40-2)は、市販で手に入るか、又は文献から公知の合成経路で製造できる。合成のための手法は、インターネットで公開されたLewkowskiらの論文、「Synthesis, Chemistry and Application of 5-hydroxymethylfurfural and its derivatives」(Lewkowskiら、ARKIVOC 2001 (i), p.17-54, ISSN 1424-6376)に記載されている。これらの合成の大部分に共通しているのは、酸触媒による炭化水素(特にグルコース、フルクトース、好ましくはフルクトース)を反応させて、5−ヒドロキシメチルフルフラール(5−HMF)にするものであり、これは方法技術的な措置、例えば二相運転法によって、反応混合物から分離することができる。相応する結果は、例えばLeshkovらがScience 2006, Vol. 312, p.1933〜1937に、またZhangらがAngewandte Chemie 2008, Vol. 120, p.9485〜9488に記載している。さらなる工程では、5−HMFを、FDCSへと酸化することができ、これは例えばChristensenがChemSusChem 2007, Vol. 1, p.75-78で言及している。
2,5−(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン(CAS No. 104-80-3)は同様に、市販で手に入るか、又は合成できる。記載した合成は5−HMFから出発して、これを2つの工程で2,5−ビス(ヒドロキシメチル)フラン(2,5−BHF)を介して、又は2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランへと直接、還元することができる(Lewkowskiら、ARKIVOC 2001 (i), p.17〜54, ISSN 1424-6376)。
2,5−ビス(ヒドロキシエチル)テトラヒドロフランは、2,5−フラン二酢酸メチルエステルの還元により得られる。2,5−フラン二酢酸メチルエステルは、当業者に慣用の適切な反応によって、2,5−ビス(ヒドロキシメチル)フラン(2,5−BHF)から合成することができ、これは例えばRauらのLiebigs Ann. Chem., Vol. 1984 (8. 1984), p. 1504〜1512, ISSN 0947-3440に記載された方法と同様である。この際に2,5−BHFから塩化チオニルとの反応により、2,5−ビス(クロロメチル)フランが作製され、これをKCNの作用により、ベンゼン中で、[18]クラウン−6の存在下で反応させて、2,5−ビス(シアノメチル)フランにする。2,5−ビス(シアノメチル)フランを引き続き、2,5−フラン二酢酸へと鹸化し、メタノールによりエステル化してジメチルエステルにするか、又はメタノールによるアルコール分解により、直接2,5−フラン二酢酸メチルエステルに移行させることができる(ピナー反応)。2,5−フラン二酢酸メチルエステルは、まずテトラヒドロ−2,5−フラン二酢酸ジメチルエステルへと水素化するか(工程b2)及び/又はc1と同様)、又は2,5−ビス(ヒドロキシエチル)テトラヒドロフランへと直接還元することができる。
2,5−フラン二酢酸メチルエステルの作製は、KernらのLiebigs Ann. Chem., Vol. 1985 (6. 1985), p.1168〜1 174, ISSN 0947-3440に記載された方法と同様に行うことができる。
可塑剤の組成物
本発明による一般式(I)の化合物の特徴は、多数の様々な可塑剤との、非常に良好な相容性にある。本発明による化合物は、特に、さらに改善に値するゲル特性をもたらす他の可塑剤と組み合わせて、ゲル特性を改善させるために適している。よって本発明による化合物により、熱可塑性ポリマーのゲル化に必要な温度を低下させること、及び/又は可塑剤組成物のゲル化速度を上昇させることが可能になる。
特定の、又は複雑な適用条件による要求、例えば高い低温弾性、高い抽出耐性若しくは高いマイグレーション耐性、又は非常に低い可塑剤揮発性がある場合、熱可塑性ポリマーを可塑化するために可塑剤組成物を使用することが有利であり得る。このことは特に、軟質PVC適用に当てはまる。
このため本発明はまた、一般式(I)の化合物少なくとも1種と、化合物(I)とは異なる可塑剤少なくとも1種とを含有する可塑剤組成物に関する。
可塑剤組成物を製造するための一般式(I)の適切な、及び好ましい化合物については、先に記載した適切かつ好ましい式(I)の化合物についての記述を、完全に引用する。本発明による可塑剤組成物は好ましくは、一般式(I)の化合物を少なくとも1種含有し、ここでR1とR2は相互に独立して、非分枝状、又は分枝状のC7〜C12アルキル、特にイソノニル、2−プロピルヘプチル、又は2−エチルヘキシルである。可塑剤組成物を製造するために特に好ましい一般式(I)の化合物は、ジ−(2−プロピルヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートである。
一般式(I)の化合物とは異なるさらなる可塑剤は好適には、以下のものから選択される:フタル酸ジアルキルエステル、フタル酸アルキルアラルキルエステル、テレフタル酸ジアルキルエステル、トリメリット酸トリアルキルエステル、アジピン酸ジアルキルエステル、安息香酸アルキルエステル、グリコールのジ安息香酸エステル、ヒドロキシ安息香酸エステル、飽和モノ及びジカルボン酸のエステル、不飽和ジカルボン酸のエステル、芳香族スルホン酸のアミドとエステル、アルキルスルホン酸エステル、グリセリンエステル、イソソルビドエステル、リン酸エステル、クエン酸トリエステル、アルキルピロリドン誘導体、2,5−フランジカルボン酸エステル、化合物(I)とは異なる2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸エステル、トリグリセリドの、及び飽和若しくは不飽和の脂肪酸をベースとするエポキシ化された植物油、脂肪族及び芳香族のポリカルボン酸と、多価アルコールとのポリエステル。
好ましいフタル酸ジアルキルエステルは、相互に独立して4〜13個、好ましくは8〜13個の炭素原子をアルキル鎖中に有する。好ましいフタル酸アルキルアラルキルエステルは例えば、ベンジルブチルフタレートである。テレフタル酸ジアルキルエステルは好ましくは、それぞれ相互に独立して4〜13個、特に7〜11個の炭素原子をアルキル鎖中に有する。好ましいテレフタル酸ジアルキルエステルは例えば、ジ−(n−ブチル)−テレフタル酸ジアルキルエステル、ジ−(2−エチルヘキシル)−テレフタル酸ジアルキルエステル、ジ−(イソノニル)−テレフタル酸ジアルキルエステル、又はジ−(2−プロピルヘプチル)−テレフタル酸ジアルキルエステルである。トリメリット酸ジアルキルエステルは好ましくは、それぞれ相互に独立して4〜13個、特に7〜11個の炭素原子をアルキル鎖中に有する。飽和のモノカルボン酸及びジカルボン酸のエステルとは、好ましくは酢酸、酪酸、バレリアン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、乳酸、リンゴ酸、又は酒石酸のエステルである。アジピン酸ジアルキルエステルは好ましくは、それぞれ相互に独立して4〜13個、特に6〜10個の炭素原子をアルキル鎖中に有する。飽和ジカルボン酸のエステルとは、好ましくはマレイン酸及びフマル酸のエステルである。安息香酸アルキルエステルは好ましくは、それぞれ相互に独立して7〜13個、特に9〜13個の炭素原子をアルキル鎖中に有する。好ましい安息香酸アルキルエステルは例えば、イソノニルベンゾエート、イソデシルベンゾエート、又は2−プロピルヘプチルベンゾエートである。好ましいグリコールのジ安息香酸エステルは、ジエチレングリコールジベンゾエート、及びジブチレングリコールジベンゾエートである。好ましいアルキルスルホン酸エステルは好適には、炭素原子数が8〜22のアルキル基を有する。これに該当するのは例えば、ペンタデシルスルホン酸のフェニルエステル又はクレシルエステルである。好ましいイソソルビドエステルは、イソソルビドジエステルであり、それぞれ相互に独立して、C5〜C13カルボン酸でエステル化されたものが好ましい。好ましいリン酸エステルは、トリ−2−エチルヘキシルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、イソデシルジフェニルホスフェート、2−エチルヘキシルジフェニルホスフェート、及びビス−(2−エチルへキシル)フェニルホスフェートである。クエン酸トリエステル中でOH基は、遊離状態、又はカルボキシ化された状態、好適にはアセチル化されて存在していてよい。クエン酸トリエステルのアルキル基は好ましくは、相互に独立して、4〜8個の炭素原子、特に6〜8個の炭素原子を有する。炭素原子数が4〜18であるアルキル基を有するアルキルピロリドン誘導体が好ましい。好ましい2,5−フランジカルボン酸ジアルキルエステルは、それぞれ相互に独立して4〜13個の炭素原子、好ましくは8〜13個の炭素原子をアルキル鎖中に有する。エポキシ化された植物油は例えば好ましくは、エポキシ化された大豆油からのエポキシ化された脂肪酸であり、これは米国のPolyOne 社からreFlex(登録商標)という名称で、ベルギー国のProviron社からProviplast(登録商標)PLS Green 5、並びにProviplast(登録商標)PLS Green 8という名称で、米国のGalata 社からDrapex Alpha(登録商標)という名称で得られる。脂肪族、及び芳香族のポリカルボン酸は、好ましくはアジピン酸と多価アルコールとのポリエステルであり、特にアルキレン基中に2〜6個の炭素原子を有するジアルキレングリコールポリアジペートである。
前述のすべての場合、アルキル基はそれぞれ直鎖状、又は分枝鎖状であり、それぞれ同一又は異なっていてよい。冒頭で行った適切かつ好ましいアルキル基についての一般的な説明は、ここで全て引用する。
特に好ましい実施態様において、本発明による可塑剤組成物は、化合物(I)とは異なる少なくとも1種の可塑剤を含有し、これは側鎖中に炭素原子を4〜9個有するアジピン酸ジアルキルエステルから選択される。
さらなる特に好ましい実施態様では、本発明による可塑剤組成物は、2,5−フランジカルボン酸のC5〜C11ジアルキルエステルを少なくとも1種、含有する。特に好ましいのは、2,5−フランジカルボン酸のC7〜C10ジアルキルエステルである。
2,5−フランジカルボン酸の適切かつ好ましいジアルキルエステルは、WO 2012/1 13608(C5ジアルキルエステル)、WO 2012/1 13609(C7ジアルキルエステル)、WO 2011/023490(C9ジアルキルエステル)、及びWO 2011/023491(C10ジアルキルエステル)に記載されている。2,5−フランジカルボン酸のジヘキシルエステル、ジ(2−エチルヘキシル)エステル、及びジ(2−オクチル)エステル、及びその製造は、R. D. Sandersonら著、J. Appl. Pol. Sei., 1994, Vol. 53, 1785〜1793に記載されている。上記文献の開示内容については、その全体を引用する。
特に好ましい2,5−フランジカルボン酸のジアルキルエステルは、WO 2011/023490に開示された、2,5−フランジカルボン酸の異性体ノニルエステルである。ここで異性体のノニル基は、好適には異性体のノナノール混合物に由来し、例えばWO 201 1/023490の6ページ、32行目〜10ページ、15行目に記載されている。
さらなる特に好ましい実施態様では、本発明による可塑剤組成物は、化合物(I)とは異なる可塑剤を少なくとも1種含有し、これは好適には2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸のC4〜C5ジアルキルエステル、並びに2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラフヒドロフランのC4〜C5ジアルキルエステル誘導体、又は2,5−ジ(ヒドロキシエチル)テトラヒドロフランのC4〜C5ジアルキルエステル誘導体である。特に好ましいのは、2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸のC4〜C5ジアルキルエステル、特にジ−(イソブチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレート、及びジ−(n−ブチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートである。
成形材料
本発明のさらなる対象は、少なくとも1種の熱可塑性ポリマー、及び少なくとも1種の一般式(I)の化合物を含有する成形材料に関する。
熱可塑性ポリマーとしては、熱可塑的に加工可能なあらゆるポリマーが考慮される。これらの熱可塑性ポリマーは、特に以下のものから選択される:
・重合導入された形で少なくとも1種のモノマーを含有するホモポリマーとコポリマー、このモノマーは、C2〜C10モノオレフィン、例えばエチレン若しくはプロピレン、1,3−ブタジエン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、ビニルアルコール、及びそのC210アルキルエステル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、分枝鎖状及び非分枝鎖状のC1〜C10アルコールのアルコール成分を有するアクリレートとメタクリレート、ビニル芳香族化合物、例えばポリスチレン、(メタ)アクリロニトリル、α,β−エチレン系不飽和モノカルボン酸とジカルボン酸、及び無水マレイン酸、
・ビニルアセタールのホモポリマーとコポリマー、
・ポリビニルエステル、
・ポリカーボネート(PC)、
・ポリエステル、例えばポリアルキレンテレフタレート、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリブチレンスクシネート(PBS)、ポリブチレンスクシネートアジペート(PBSA)、
・ポリエーテル、
・ポリエーテルケトン、
・熱可塑性ポリウレタン(TPU)、
・ポリスルフィド、
・ポリスルホン、
、及びこれらの混合物である。
挙げられるのは例えば、C4〜C8アルコールの群から、特にブタノール、ヘキサノール、オクタノール、及び2−エチルヘキサノールの群からの同一又は異なるアルコール基を有するポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、メチルメタクリレート/ブチルアクリレートのコポリマー、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレンのコポリマー(ABS)、エチレン/プロピレンのコポリマー、エチレン/プロピレン/ジエンのコポリマー(EPDM)、ポリスチレン(PS)、スチレン/アクリロニトリルのコポリマー(SAN)、アクリロニトリル/スチレン/アクリレート(ASA)、スチレン/ブタジエン/メチルメタクリレートのコポリマー(SBMMA)、スチレン/無水マレイン酸のコポリマー、スチレン/メタクリル酸のコポリマー(SMA)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリビニルアルコール(PVAL)、ポリビニルアセテート(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシ酪酸(PHB)、ポリヒドロキシバレリアン酸(PHV)、ポリ乳酸(PLA)、エチルセルロース(EC)、酢酸セルロース(CA)、プロピオン酸セルロース(CP)、又は酢酸酪酸セルロース(CAB)である。
本発明による成形材料に含有される少なくとも1種の熱可塑性ポリマーは好適には、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルブチラール(PVB)、酢酸ビニルのホモポリマーとコポリマー、及びスチレンのコポリマー、ポリアクリレート、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、又はポリスルフィドである。
本発明のさらなる対象は、少なくとも1種のエラストマー、及び少なくとも1種の一般式(I)の化合物を含有する成形材料に関する。
本発明による成形材料中に含有されるエラストマーは好ましくは、天然ゴム(NR)、合成経路で製造されたゴム少なくとも1種、又はこれらの混合物である。合成経路で製造されたゴムは好ましくは、例えばポリイソプレンゴム(IR)、スチレン/ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、ニトリル/ブタジエンゴム(NBR)、又はクロロプレンゴム(CR)である。
硫黄で加硫可能なゴム又はゴム混合物が好ましい。
本発明の範囲において、成形材料におけるエラストマーの含分(質量%)は、20〜99質量%、好ましくは45〜95質量%、特に好ましくは50〜90質量%、特に55〜85質量%である。
本発明による成形材料には、少なくとも1種のエラストマー、及び少なくとも1種の一般式(I)のテトラヒドロフラン誘導体に加えて、化合物(I)とは異なる可塑剤が少なくとも1種、含まれていてよい。
化合物(I)とは異なる可塑剤に適しているのは、既に先に規定したものである。
本発明の範囲において、少なくとも1種のエラストマーを含有する成形材料は、前述の構成要素に加えてさらに、他の適切な添加剤を含有することができる。例えば、強化充填材、例えばカーボンブラック、又は二酸化ケイ素、さらなる充填材、メチレンドナー、例えばヘキサメチレンテトラミン(HMT)、メチレンアクセプター、例えばCardanol(Cashew-Nuessen社製)で変性されたフェノール樹脂、加硫剤、架橋剤、加硫促進剤、架橋促進剤、活性化剤、様々な種類の油、老化防止剤、及び他の様々な添加剤が、例えばタイヤ材料、及び他のゴム材料に混入されて、含まれていてよい。
本発明による成形材料中に含有される少なくとも1種の熱可塑性ポリマーは特に、ポリ塩化ビニル(PVC)である。
ポリ塩化ビニルは、塩化ビニルの単独重合によって得られる。本発明により使用されるポリ塩化ビニル(PVC)は例えば、懸濁重合、マイクロ懸濁重合、エマルション重合、又はバルク重合により製造することができる。塩化ビニルの重合によるPVCの製造、並びに可塑化されたPVCの製造と組成は例えば、Becker/Braun著、「Kunststoff-Handbuch, Band 2/1 : Polyvinylchlorid」、2. Auflage, Carl Hanser Verlag, Muenchenに記載されている。
PVCのモル質量を特定するK値は、DIN 53726に従って測定し、本発明により可塑化されたPVCについてこの値はたいてい、57〜90、好ましくは61〜85、特に64〜75の間にある。
本発明の範囲において混合物のPVC含分は、20〜99質量%、好ましくは45〜95質量%、特に好ましくは50〜90質量%、特に55〜85質量%である。
本発明による成形材料には、少なくとも1種の熱可塑性ポリマー、及び少なくとも1種の一般式(I)のテトラヒドロフラン誘導体に加えて、化合物(I)とは異なる可塑剤が少なくとも1種、含まれていてよい。
本発明による成形材料における化合物(I)とは異なる少なくとも1種の可塑剤の割合は、成形材料中に含有される可塑剤の合計量に対して10〜90質量%、好ましくは20〜85質量%、特に好ましくは50〜80質量%である。
化合物(I)とは異なる可塑剤に適しているのは、既に先に規定したものである。
本発明による成形材料中に含有される少なくとも1種のさらなる可塑剤は特に好ましくは、側鎖中に4個〜9個の炭素原子を有するアジピン酸ジアルキルエステル、及び側鎖中に4個〜10個の炭素原子を有する2,5−フランジカルボン酸エステルから選択されており、ここでエステル基は、同じ若しくは相互に異なる数の炭素原子を有することができる。
どの熱可塑性ポリマー又は熱可塑性ポリマー混合物が成形材料中に含有されているかによって、可塑剤を様々な量で使用する。通常、成形材料中における可塑剤の合計含分は、0.5〜300phr(樹脂100あたりの部=ポリマー100質量部あたりの質量部)、好ましくは0.5〜130phr、特に好ましくは1〜35phrである。
本発明による成形材料中における熱可塑性ポリマーは、ポリ塩化ビニルであり、可塑剤として本発明によるテトラヒドロフランジカルボン酸の(C7〜C12)−ジアルキルエステル少なくとも1種のみを使用する場合、成形材料中における可塑剤の合計含分は、5〜300phr、好ましくは10〜100phr、特に好ましくは30〜70phrである。
本発明による成形材料中における熱可塑性ポリマーがポリ塩化ビニルであり、一般式(I)の化合物少なくとも1種と、化合物(I)とは異なる可塑剤少なくとも1種とを含有する可塑剤混合物を使用する場合、成形材料における可塑剤の合計含分は、1〜400phr、好ましくは5〜130phr、特に好ましくは10〜100phr、特に15〜85phrである。
本発明による成形材料中のポリマーがゴムの場合、成形材料における可塑剤の合計含分は、1〜60phr、好ましくは1〜40phr、特に好ましくは2〜30phrである。
成形材料の添加剤
本発明の範囲において、少なくとも1種の熱可塑性ポリマーを含有する成形材料は、他の適切な添加剤を含有することができる。例えば安定剤、滑剤、充填材、顔料、難燃剤、光安定剤、発泡剤、ポリマー加工助剤、耐衝撃性改善剤、増白剤、静電防止剤、又は微生物安定剤が含有されていてよい。
以下に適切な添加剤を、詳細に記載する。しかしながら説明した例は、本発明による成形材料の限定につながることはなく、単に説明のためのものである。含分についての全ての記載は、全成形材料に対する質量%の記載である。
安定剤としては、通常のあらゆるPVC安定剤が、固体状、及び液状で考慮され、例えば通常のCa/Zn安定剤、Ba/Zn安定剤、Pb安定剤、又はSn安定剤、並びに酸結合性層状ケイ酸塩、例えばヒドロタルサイトが考慮される。
本発明による成形材料は、安定剤の含分が0.05〜7質量%、好ましくは0.1〜5質量%、特に好ましくは0.2〜4質量%、特に0.5〜3質量%であり得る。
滑剤は、PVCトローチの間で有効に働くべきであり、混合、可塑化、及び変形の際の摩擦力を打ち消す。
本発明による成形材料は滑剤として、プラスチックの加工に通常の滑剤を含有することができる。例えば、炭化水素、例えば油、パラフィン、及びPEワックス、炭素原子数が6〜20の脂肪アルコール、ケトン、カルボン酸、例えば脂肪酸及びモンタン酸、酸化されたPEワックス、カルボン酸の金属塩、カルボン酸アミド、並びにカルボン酸エステル、例えばアルコール(エタノール、脂肪アルコール、グリセリン、エタンジオール、ペンタエリトリット)と、酸成分としての長鎖のカルボン酸とのカルボン酸エステルが考慮される。
本発明による成形材料は、滑剤の含分が0.01〜10質量%、好ましくは0.05〜5質量%、特に好ましくは0.1〜3質量%、特に0.2〜2質量%であり得る。
充填材は特に、耐圧性、引張強度、曲げ強度、並びに可塑化されたPVCの硬度と熱変形性に、肯定的な影響を与える。
本発明の範囲において、成形材料はまた充填材、例えばカーボンブラック、及びその他の有機充填材、例えば天然の炭酸カルシウム、例えば白亜、石灰岩、及び大理石、合成の炭酸カルシウム、ドロマイト、ケイ酸塩、ケイ酸、砂、ダイアトマイト、ケイ酸アルミニウム、例えばカオリン、雲母、及び長石を含有することができる。充填材として好適には、炭酸カルシウム、白亜、ドロマイト、カオリン、ケイ酸塩、タルク、又はカーボンブラックを使用する。
本発明による成形材料は、充填剤の含分が0.01〜80質量%、好ましくは0.1〜60質量%、特に好ましくは0.5〜50質量%、特に1〜40質量%であり得る。
本発明による成形材料はまた、得られる生成物を様々な使用可能性に適合させるため、顔料を含有することができる。
本発明の範囲では、無機顔料、また有機顔料を使用することができる。無機顔料としては例えば、カドミウム顔料、例えばCdS、コバルト顔料、例えばCoO/Al23、及びクロム顔料、例えばCr23を使用することができる。有機顔料としては例えば、モノアゾ顔料、縮合されたアゾ顔料、アゾメチン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン、フタロシアニン顔料、ジオキサジン顔料、及びアニリン顔料が考慮される。
本発明による成形材料は、顔料の含分が0.01〜10質量%、好ましくは0.05〜5質量%、特に好ましくは0.1〜3質量%、特に0.5〜2質量%であり得る。
発火性を低下させるため、また燃焼時の煙の発生を低減させるため、本発明による成形材料は、難燃剤を含有することができる。
難燃剤としては例えば、三酸化アンチモン、リン酸エステル、クロロパラフィン、水酸化アルミニウム、ホウ素化合物、三酸化モリブデン、フェロセン、炭酸カルシウム、又は炭酸マグネシウムが使用できる。
本発明による成形材料は、難燃剤の含分が0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜8質量%、特に好ましくは0.2〜5質量%、特に0.5〜2質量%であり得る。
本発明による成形材料から製造される製品を、光の影響による表面領域におけるダメージから保護するために、成形材料はまた、光安定剤を含有することができる。
本発明の範囲では例えば、ヒドロキシベンゾフェノン、又はヒドロキシフェニルベンゾトリアゾールが使用できる。
本発明による成形材料は、光安定剤の含分が0.01〜7質量%、好ましくは0.1〜5質量%、特に好ましくは0.2〜4質量%、特に0.5〜3質量%であり得る。
プラスチゾル適用
既に説明したように、本発明による化合物は、ゲル化特性が良好であるため、プラスチゾルの製造に有利に適している。
プラスチゾルは、様々なプラスチックから製造することができる。本発明によるプラスチゾルは、好ましい実施態様において、PVCプラスチゾルである。
本発明によるプラスチゾルには、少なくとも1種のプラスチック、及び少なくとも1種の一般式(I)のテトラヒドロフラン誘導体に加えて、任意で化合物(I)とは異なる可塑剤が少なくとも1種、含まれていてよい。
プラスチゾルにおける化合物(I)とは異なる少なくとも1種のさらなる可塑剤の割合は、プラスチゾル中に含有される可塑剤の合計量に対して10〜90質量%、好ましくは20〜85質量%、特に好ましくは50〜80質量%である。
可塑剤として本発明によるテトラヒドロフランジカルボン酸の(C7〜C12)−ジアルキルエステル少なくとも1種のみを含有するPVCプラスチゾルの場合、可塑剤の合計割合は通常、5〜300phr、好適には10〜100phrである。
可塑剤として一般式(I)の化合物少なくとも1種と、化合物(I)とは異なる可塑剤少なくとも1種とを含有するPVCプラスチゾルの場合、可塑剤の合計割合は通常、5〜400phr、好適には50〜200phrである。
プラスチゾルは通常、周囲温度で様々な方法によって、例えば刷毛塗り法、流しがけ法、例えば浅底流しがけ法、又は回転流しがけ法、浸漬法、噴射法などで、完成した製品の形にする。引き続き加熱によってゲル化を行い、ここで冷却後に均質で、多少なりとも可撓性の製品が得られる。
PVCプラスチゾルは、PVCシートの製造、シームレスの中空体及び手袋の製造、テキスタイル領域で適用するため、例えばテキスタイル被覆に特に適している。
成形材料の適用
本発明による成形材料は好ましくは、成形体及びシートを製造するために使用する。これに属するのは特に、電気装置のケース、例えば台所用品、及びコンピュータケース、工具、装置、配管、ケーブル、ホース、例えばプラスチックホース、水及び灌漑ホース、工業的なゴムホース、又は化学ホース、線被覆、窓異形材、自動車部品用部材、例えばシャーシ構成要素、エンジン用振動減衰部材、タイヤ、家具、例えば椅子、机、又は棚、クッション及びマットレス用の発泡体、防水シート、例えばトラック用防水シート、又はテント用防水シート、封止剤、複合シート、例えば安全合わせガラス用シート、特に自動車ガラス及び窓ガラスのための安全合わせガラス用シート、レコード、人工皮革、包装容器、接着バンドシート、又は被覆である。
その他に、本発明による成形材料はさらに、人間又は食料と直接接触する成形体及びシートの製造に適している。これは主に、医療用品、衛生用品、食料品包装、室内用製品、玩具、及び育児用品、スポーツ用品、レジャー用品、衣類、並びに織布用繊維などである。
本発明による成形材料から製造可能な医療用品とは、例えば腸内栄養補給用、及び血液用のチューブ、人工呼吸用チューブ、点滴用チューブ、点滴パック、血液パック、カテーテル、気管内チューブ、使い捨て注射器、手袋、又はマスクである。
本発明による成形材料から製造可能な食料品用包装とは例えば、鮮度保持シート、食料品用チューブ、飲料水用チューブ、食料品を保管若しくは冷凍するための容器、フタの封止部、係合キャップ、王冠、又は人工のワインコルクである。
本発明による成形材料から製造可能な室内用の製品は例えば、地面の被覆(少なくとも1つの発泡層から成る均質な、又は複数の層から構成されていてよい)、例えば床面被覆、スポーツ用床面、又は床装飾用ビニールシート(LVT)、人工皮革、壁面被覆、又は建築物における発泡した、若しくは発泡していない壁紙、又は上張り、又は自動車におけるコンソールカバーである。
本発明による成形材料から製造可能な玩具、及び育児用品とは例えば、人形、膨らませることができる玩具、例えば風船、駒、粘土、浮き輪、乳母車カバーフード、おくるみ、湯たんぽ、おしゃぶり、又は小瓶である。
本発明による成形材料から製造可能なスポーツ用品とレジャー用品とは例えば、運動用ボール、練習用マット、座布団、マッサージ用ボール、及びマッサージ用ローラ、靴、靴用ソール、ボール、空気式マット、又は水筒である。
本発明による成形材料から製造可能な衣類とは例えば、ラテックス衣類、保護用衣類、雨具、又はゴム長靴である。
非PVC適用:
それに加えて本発明は、以下のものから選択される助剤として、及び/又はこのような助剤における本発明による化合物の使用を包含する:カランドリア助剤、レオロジー助剤、表面活性組成物、例えば流動助剤、塗膜形成助剤、消泡剤、脱泡剤、濡れ助剤、凝集剤、及び乳化剤、潤滑剤、例えば潤滑油、潤滑グリース、及び潤滑ペースト、化学反応停止剤、粘稠剤、医薬品、接着剤における可塑剤、耐衝撃性改善剤、及び定着剤である。
本発明を、以下に記載する図と実施例により詳細に説明する。ここでこれらの図と実施例は、本発明を何ら限定することはないと理解されるべきである。
以下の実施例と図では、次の略号を用いる:
2,5−FDCSは、2,5−フランジカルボン酸を表し、
2,5−THFDCSは、2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸を表し、
DMAPは、4−ジメチルアミノピリジンを表し、
MTBEは、t−ブチルメチルエーテルを表し、
THFは、テトラヒドロフランを表し、
phrは、ポリマー100質量部当たりの質量部を表す。
図1は棒グラフの形で、軟質PVC試料体のショア硬度Aを示し、これらの試料体は、可塑剤の2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステル(白い網掛け)、及び比較対照として、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)(黒塗り)を異なる量で含有するものである。ショア硬度Aを縦軸に、軟質PVC試料体の可塑剤含分(phrで記載)を横軸に取ってある。これらの測定値は常に、15秒後に測定したものである。 図2は棒グラフの形で、軟質PVC試料体のショア硬度Dを示し、これらの試料体は、本発明による可塑剤の2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステル(白い網掛け)、及び比較対照として、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)(黒塗り)を50phr、又は70phrで含有するものである。ショア硬度Dを縦軸に、軟質PVC試料体の可塑剤含分(phrで記載)を横軸に取ってある。これらの測定値は常に、15秒後に測定したものである。 図3は棒グラフの形で、軟質PVC試料体の100%弾性率を示し、これらの試料体は、本発明による可塑剤の2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステル(白い網掛け)、及び比較対照として、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)(黒塗り)を50phr、又は70phrで含有するものである。100%弾性率を縦軸に、軟質PVC試料体の可塑剤含分(phrで記載)を横軸に取ってある。 図4は棒グラフの形で、軟質PVCシートの低温亀裂温度を示し、これらのシートは、本発明による可塑剤の2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステル、及び比較対照として、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)を含有するものである。軟質PVCシートに対する低温亀裂温度(℃)が縦軸に取ってあり、その可塑剤含分はそれぞれ50phr、又は70phrである。 図5は棒グラフの形で、軟質PVCシートのガラス転移点(Tg)を示し、これらのシートは、本発明による可塑剤の2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステル、及び比較対照として、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)を含有するものである。軟質PVCシートに対するガラス転移温度(Tg)が℃で縦軸に取ってあり、その可塑剤含分はそれぞれ50phr、又は70phrである。 図6は棒グラフの形で、軟質PVCシートの引張強度を示し、これらのシートは、本発明による可塑剤の2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステル、及び比較対照として、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)を含有するものである。軟質PVCシートに対する引張強度(MPa)が縦軸に取ってあり、その可塑剤含分はそれぞれ50phr、又は70phrである。 図7は棒グラフの形で、軟質PVCシートの引張伸びを示し、これらのシートは、本発明による可塑剤の2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステル、及び比較対照として、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)を含有するものである。軟質PVCシートに対する引張伸び(本来の大きさ(=100%)が%で縦軸に取ってあり、その可塑剤含分はそれぞれ50phr、又は70phrである。 図8は、PVCプラスチゾルのゲル化特性を示し、これらは、本発明による可塑剤の2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステル、及び比較対照として、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)を含有するものである。プラスチゾルの粘度が、温度との関連で記載されている。
実施例
I)製造例:
例1
ジメチル−2,5−フランジカルボキシレートから、エステル交換及び水素化による、ジ−(2−プロピルヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートの合成
例1.1:
ジメチル−2,5−フランジカルボキシレートの製造(=工程a)
メタノール3.30kgを、濃硫酸0.10kgとともに、加熱ケース、還流冷却器、及び機械的な撹拌機を備える10Lのガラス反応器に入れた。このために、激しく撹拌しながら、2,5−フランジカルボン酸(2,5−FDCS)を1.6kg、ゆっくりと添加した。形成される濃密な白色の懸濁液を引き続き、70℃(還流)に加熱した。この反応過程にHPLC分析が続き、ここで約20時間後に、2,5−FDCSの完全な転化率で透明な溶液が得られた。さらに、この反応混合物を65℃に冷却し、飽和NaHCO3溶液、及び固体のNaHCO3で中和した(pH7)。中和の間、濃密な白色の懸濁液が新たに形成され、これを10℃に冷却し、さらに0.5h撹拌し、続いて焼結したガラスフリットP2を介して濾別した。フィルターケークを三回、常温の水1Lで洗浄し、こうしてほぼ2kgの湿った固体が得られた。
精製及び再結晶するため、この湿った固体を、加熱ケース、還流冷却器、及び機械的撹拌機を備える10Lのガラス反応器内で、2−ブタノン6.00kgに添加した。この懸濁液を70℃に加熱し、こうして透明な溶液が得られた。続いて、水1.00kgを添加し、これによりオレンジっぽい茶色の水相が形成された。場合によっては、相分離を引き起こすため、飽和食塩水溶液を900mL添加することが必要となる。この水相を除去し、有機相を撹拌せずに20℃に冷却し、こうして生成物の再結晶が始まった(通常約35℃で)。それから、結晶性懸濁液を0℃に冷却し、一晩撹拌した。引き続き、この懸濁液を焼結したガラスフリットP2を介して濾別し、フィルターケークを、1Lの常温メタノールで洗浄した。固体の残渣を真空下、室温で乾燥させた。所望のジメチル−2,5−フランジカルボキシレートが、50〜60%の収率で、純度99%超で得られた。最終的な生成物の同定と純度は、NMRとHPLCによって測定した(HPLC分離カラム:Varian社製のPolaris 3μ C18-A、150×4.6mm)。
例1.2:
触媒による水素化(=工程b2)
ジメチル−2,5−フランジカルボキシレートのTHF溶液(20質量%)を、窒素充填した2.5LのParr Instrument社のハステロイC製オートクレーブ(電磁結合部を有する機械的な撹拌機、熱電対、試料取り出し管、及びじゃま板を備えるもの)に入れた。続いて、不均一系Pd/Pt触媒(ZrO2上のPd0.4質量%/Pt0.4質量%、DE 4429014の例6と同様に製造したもの)を120g添加し、窒素雰囲気を、オートクレーブを水素で三回、充填及び換気することによって水素雰囲気と交換した。最終的な水素圧力は、200barに上昇させ、オートクレーブは180℃に加熱した。この反応過程は、GC分析で追った。完全に転化した後(通常は40〜60時間後)、オートクレーブを冷却し、換気し、内容物を濾別し、固体の触媒を取り除いた。濾液内に存在する溶剤を、引き続き減圧下で蒸留により除去し、残っている粗生成物を300mLのt−ブチルメチルエーテルで希釈し、分離漏斗に移した。有機相を、飽和NaHCO3溶液で二回洗浄し、一回飽和食塩水で洗浄した。続いて溶剤、及びその他の易揮発性成分を減圧下で、蒸留により除去した。粗生成物は、画分蒸留により精製し、こうしてジメチル−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートが、無色〜やや茶色の粘稠の液体として得られた。ここで所望のジメチル−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートは、収率57%、及び純度98.2%で得ることができた。目的生成物の同定と純度は、NMR及びGC−MS分析によって測定した(GC分離カラム:Agilent J&W DB-5、30m×0.32mm×1.0μm)。
例1.3
ジメチル−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートのエステル交換(=工程c2)
圧力平衡部を備える滴下漏斗を有する2Lの丸首フラスコ内で、ジメチル−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレート204g(1.08mol、1.0当量)を、n−ヘプタン200gに溶解させ、2−プロピルヘプタン−1−オール693g(4.38mol、4.0当量)、並びに混合チタン(IV)プロポキシド/ブトキシド錯体(チタン3mol%)を添加した。この混合物を撹拌しながら22時間、還流するまで加熱した(100〜126℃)。この反応過程は、GC分析で追った。完全に転化した後、反応混合物を室温に冷却、濾過し、水100mLを加えることによって、チタン(IV)アルコキシドを加水分解した。二相の混合物を分離漏斗に移し、水相を除去し、有機相を一度、飽和食塩水で洗浄した。続いて溶剤、及びその他の易揮発性成分を減圧下で、蒸留により除去した。粗生成物は、画分蒸留により精製し、こうしてジ(2−プロピルヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートが、透明な無色の液体として、収率58%、純度98.5%で得られた。目的生成物の同定と純度は、NMR及びGC−MS分析によって測定した(GC分離カラム:Agilent J&W DB-5、30m×0.32mm×1.0μm)。
例2
直接エステル化及び水素化による、ジ−(2−プロピルヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートの合成
例2.1:
ジ(2−プロピルヘプチル)−2,5−フランジカルボキシレートの製造(=工程b1)
ディーン・スターク水分離器と、圧力平衡部を有する滴下漏斗とを有する2Lの丸首フラスコで、2−プロピルヘプタン−1−オール949g(6.00mol、4.0当量)を、トルエン500g、及び2,5−フランジカルボン酸234g(1.50mol、1.0当量)に装入した。この混合物を撹拌しながら、還流まで加熱し、エステル交換がゆっくりになる度に、99.9%の硫酸11.5g(0.12mol、8mol%)を、3回から4回に分けて添加した。反応過程は、分離された水の量によって、ディーン・スターク装置で追った。完全に転化した後、反応混合物から試料を取り出し、GC分析した。反応混合物を室温に冷却し、分離漏斗に移し、飽和NaHCO3溶液で二回洗浄した。有機相を飽和食塩水で洗浄し、無水Na2SO4で乾燥させ、溶剤を減圧下で除去した。粗生成物は、画分蒸留により精製した。ここで所望のジ−(2−プロピルヘプチル)−2,5−フランジカルボキシレートは、収率58%、及び純度97.8%で得ることができた。最終的な生成物の同定と純度は、NMR及びGC−MS分析によって測定した(GC分離カラム:Agilent J&W DB-5、30m×0.32mm×1.0μm、又はOhio Valley OV-1701、60m×0.32mm×0.25μm)。
触媒による水素化(=工程c1):
ジ−(2−プロピルヘプチル)−2,5−フランジカルボキシレートのTHF溶液(20質量%)を、窒素充填した2.5LのParr Instrument社のハステロイC製オートクレーブ(電磁結合部を有する機械的な撹拌機、熱電対、試料取り出し管、及びじゃま板を備えるもの)に入れた。続いて、不均一系Pd/Pt触媒(ZrO2上のPd0.4質量%/Pt0.4質量%、DE 4429014の例6と同様に製造したもの)を120g添加し、窒素雰囲気を過圧の水素で三回、交換した。最終的な水素圧力は、200barに上昇させ、オートクレーブは180℃に加熱した。この反応過程は、GC分析で追った。完全に転化した後(通常は40〜60時間後)、オートクレーブを換気し、内容物を濾別し、固体の触媒を取り除いた。濾液内に存在する溶剤を、引き続き減圧下で蒸留により除去し、残っている粗生成物を300mLのMTBEで希釈し、分離漏斗に移した。有機相を、飽和NaHCO3溶液で二回洗浄し、一回飽和食塩水で洗浄した。続いて溶剤、及びその他の易揮発性成分を減圧下で、蒸留により除去した。粗生成物は、画分蒸留により精製し、こうしてジ(2−プロピルヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートが、無色〜やや茶色の粘稠な液体として、収率53%、純度95.9%で得られた。最終生成物の同定と純度は、NMR及びGC−MS分析によって測定した(GC分離カラム:Agilent J&W DB-5、30m×0.32mm×1.0μm)。
例3
ジ−(2−エチルヘキシル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートの合成
ジ−(2−エチルヘキシル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートの合成は、例2と同様に行った(工程b1及びc1)。蒸留による精製の後、ジ−(2−エチルヘキシル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートが、無色〜やや茶色の液体として、収率31%、純度99.5%で得られた。最終生成物の同定と純度は、NMR及びGC−MS分析によって測定した(GC分離カラム:Agilent J&W DB-5、30m×0.32mm×1.0μm)。
例4
ジ−(n−オクチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートの合成
ジ−(n−オクチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートの合成は、例2と同様に行った(工程b1及びc1)。蒸留による精製の後、ジ−(n−オクチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートが、無色〜やや茶色の液体として、収率45%、純度98.7%で得られた。最終生成物の同定と純度は、NMR及びGC−MS分析によって測定した(GC分離カラム:Agilent J&W DB-5、30m×0.32mm×1.0μm)。
例5
2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランのジ−2−プロピルヘプチルエーテルの合成
機械的な撹拌機、滴下漏斗、温度計、及び還流冷却器を備える500mLの四つ首フラスコで、2,5−ジ(ヒドロキシメチル)−テトラヒドロフラン(80mmol、1.0当量)を、140mlのトルエンに溶かした。これに、室温で30分にわたって、常に撹拌しながら少しずつ、粉末化したKOHを22.4g(400mmol、5.0当量)添加した。この混合物を引き続き、3〜4時間、還流しながら撹拌した。それから、分子ふるい(3Å)を60.0g添加し、さらに1時間、還流下で撹拌し、こうしてクリーム色の懸濁液が得られた。この混合物を90℃に冷却し、40mlのトルエンに溶解させた4−(ブロモメチル)ノナン46.0g(208mmol、2.6当量)を、1.5時間にわたって滴加した。滴下漏斗は、20mlのトルエンで洗浄し、洗浄溶液は、反応混合物と1つにまとめた。この反応過程は、GC分析で追った。反応が終了した後(通常は40〜80時間の間)、混合物を室温に冷却した。ガラス容器はMTBEで洗浄し、洗浄溶液は反応混合物と1つにまとめ、生成する白色の懸濁液を濾過した。濾別した塩の残留物は、MTBEで洗浄した。1つにまとめた有機相は、順次それぞれ一度、飽和食塩水で、飽和塩化アンモニウム溶液で、さらに飽和食塩水で洗浄し最後にNa2SO4で乾燥させた。続いて、溶剤、及び他の易揮発性成分を、減圧下で蒸留により除去し、その残渣を高真空で乾燥させた。粗生成物は、画分蒸留により精製し、こうして2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフランのジ−2−プロピルヘプチルエーテルが、透明な無色の液体として、収率38%、純度82%で得られた。最終生成物の同定と純度は、NMR及びGC−MS分析によって測定した(GC分離カラム:Agilent J&W DB-5、30m×0.32mm×1.0μm)。
例6
2,5−ジ(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン−ジエチルヘキサノエートの合成
機械的な撹拌機、圧力平衡部を有する滴下漏斗、温度計、及び還流冷却器を備える1Lの丸首フラスコで、2,5−ジ(ヒドロキシメチル)−テトラヒドロフラン(300mmol、1.0当量)、トリエチルアミン91.1g(900mmol、3.0当量)、及びDMAP3.70g(30.0mmol、0.1当量)を、700mlのTHFに溶かした。この混合物に、1時間にわたって常に撹拌しながら、2−エチルヘキサン酸クロリド103g(633mmol、2.1当量)を滴加した。酸塩化物を添加する間、反応温度が上昇し、場合によっては氷浴による冷却で、20〜30℃に保った。添加終了後、反応混合物を室温で1時間、60℃で4時間、撹拌した。引き続き、混合物を室温に冷却し、一晩撹拌した。この反応過程は、GC分析で追った。反応終了後に、反応混合物を分離漏斗に移し、100mlの水で洗浄した。水相を三回、150mlの酢酸エチルで抽出した。1つにまとめた有機相を、飽和食塩水溶液で洗浄し、Na2SO4で乾燥させた。続いて溶剤、及びその他の易揮発性成分を減圧下で、蒸留により除去した。粗生成物は、画分蒸留により精製し、こうして2,5−ジ(ヒドロキシメチル)−テトラヒドロフランジエチルヘキサノエートが53.5g(150mmol)、透明な黄色い液体として、収率50%、純度99.9%で得られた。最終生成物の同定と純度は、NMR及びGC−MS分析によって測定した(GC分離カラム:Agilent J&W DB-5、30m×0.32mm×1.0μm)。
II)可塑化されたPVCローラシートと、PVC試験体の製造:
II.a)PVCローラシートの製造:
熱可塑加工時における、本発明による可塑剤と比較化合物の可塑化特性を評価するため、厚さ0.5mmの軟質PVCシートを製造した。このシートの製造は、可塑化されたPVCのローラ加工とプレス加工により行った。
様々な添加剤による影響を回避するため、可塑化されたPVCを製造するためにそれぞれ、以下の処方を使用した:
Figure 2016532708
添加材料は、ハンドミキサーにより室温で混合した。この混合物を引き続き、蒸気加熱した実験室用混合装置(Collin社の150型)で可塑化し、ローラ加工シートに加工した。回転数は、5分間のローラ加工時間で、15回転/分(前部ローラ)、及び12回転/分(後部ローラ)であった。こうして、厚さ0.55mmのローラ加工シートが得られた。冷却したローラ加工シートを引き続き、圧力220barで400秒以内に、Collin社製の「400P」型プレス機でプレスし、厚さ0.50mmの軟質PVCシートにした。
ローラ加工条件とプレス加工条件はそれぞれ、以下の表から読み取ることができる。
Figure 2016532708
製造したローラシート及び/又はプレスシートから、試験体に必要な試料体を作製した。
II.b)試料体の作製:
寸法が49mm×49mm×10mm(長さ×幅×厚さ)の試料体を、ローラシートからプレス加工により、ローラ加工温度を10℃上回る温度で作製した。適用技術試験のために、7日間、23±1.0℃で、相対湿度50%±5%で(DIN EN ISO 291に従い)貯蔵した。
III)適用技術試験:
III.a)DIN 53408による溶解温度の測定:
PVCにおける本発明による可塑剤のゲル化特性を特定するために、DIN 53408に従って、溶解温度を測定した。DIN 53408によれば、1gのPVCを19gの可塑剤に懸濁させた滴を、加熱可能な顕微鏡台を備える顕微鏡のもと、透過光で観察する。この際に温度は、60℃から1分間に2℃、線状に上昇させる。溶解温度としては、PVC粒子が見えなくなる(すなわち、その輪郭とコントラストが認識できなくなる)温度が該当する。溶解温度が低くなればなるほど、PVCについて、該当する物質のゲル化特性が良好である。
以下の表には、本発明による可塑剤のジ(n−オクチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレート、ジ(2−エチルヘキシル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレート、及びジ(2−プロピルヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレート、並びに比較対照として、Hexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)(V1)、及び相応するフランジカルボン酸のジエステル(V2〜V4)、又はフタル酸のジエステル(V5〜V7)が記載されている。
Figure 2016532708
表から明らかなように、本発明による可塑剤は、Hexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)(V1)よりも溶解温度が低い。さらに、その溶解温度はまた、相応するフランジカルボン酸のジエステル(V2〜V4)、又は相応するフタル酸のジエステル(V5〜V7)と比べて、低下している。
III.b)物理的な特徴のデータ:
以下の表には、ジ(2−プロピルヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレート(例1)の重要な物理的な特徴が、市場で用いられる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)(比較例V1)との比較で、記載されている。
Figure 2016532708
物理的な特性のうち、DIN 53408に従った溶解温度に加えて、特に密度と粘度が、可塑剤として適用するためには重要である。市販で得られ、特性の観点では有利と評価されている可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)との比較で、本発明による可塑剤のジ(2−プロポキシヘプチル)−2,5−テトラヒドロフランジカルボキシレートは、同等の密度でやや低い、ひいてはより有利な粘度を有する。
III.c)ショア硬度の測定:
ショア硬度A又はDの測定は、DIN EN ISO 868に従って、デジタル式硬度計(Hildebrand社のModell DD-3)を用いて行った。試料体は、例II.c)のように作製した。図1及び2に示した値はそれぞれ、試料体1つあたり20回測定した値の平均値である(前側と後ろ側でそれぞれ10回測定)。これらの測定値は常に、15秒後に測定したものである。
図1及び図2のグラフから明らかなように、本発明による2,5−THFDCS−ジブチルエステルは、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)よりも可塑剤の作用がやや良好である。
III.d)100%弾性率の測定:
100%弾性率は、ショア硬度に加えて、可塑剤の可塑化作用(すなわち可塑化効率)を特徴付けるさらなる特性である。
100%弾性率の測定は、DIN EN ISO 527のTeil 1、及び3に従って、Zwick社製のTMZ 2.5/TH1 S型試験装置を用いて行った。寸法が150mm×10mm×0.5×(長さ×幅×厚さ)の試料体は、DIN EN ISO 527のTeil 3に従えばTyp 2に相当し、ローラ/プレスシートから、穴あけ機で打ち抜く。試験の前に試料体を7日間、コンディショニングする。このコンディショニング、及び引張試験は、23±1.0℃、及び相対湿度50%±5%で、DIN EN ISO 291に従って行う。図3に示した値はそれぞれ、各試料体について10回試験した平均値である。
図3のグラフから明らかなように、本発明による2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステルは、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)よりも可塑剤の作用が良好である。
III.e)低温可撓性の測定:
低温可撓性を測定するために、それぞれ試験すべき可塑剤を様々な濃度で含有するPVCシートを使用した。2つの手法を用いた。一方では、低温亀裂温度を測定するために、もはや使用されない基準DIN 53372を用い、その一方で、シートのガラス転移温度Tgを、DMA(動的機械分析)により、ISO 6721-7に従って、損失モジュール「G」の最大値から測定した。これら2つの試験手法の結果は、図4及び5に記載されている。
図4及び図5のグラフから明らかなように、本発明による2,5−THFDCS−ジ(2−プロピルヘプチル)エステルを含有するPVCシートは、Hexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)を有するPVCシートに比べて、やや高い定温亀裂温度を示す。同じことが、ガラス転移温度にも当てはまる。
III.f)引張強度と、引張伸びの測定:
引張強度、及び引張伸びの測定は、DIN EN ISO 527のTeil 1、及び3に従って、Zwick社製のTMZ 2.5/TH1 S型試験装置を用いて行った。寸法が150mm×10mm×0.5×(長さ×幅×厚さ)の使用した試料体は、DIN EN ISO 527のTeil 3に従えばTyp 2に相当し、これらは試験前に7日間、コンディショニングした。このコンディショニング、及び引張試験は、23±1.0℃、及び相対湿度50%±5%で、DIN EN ISO 291に従って行う。
図6及び7に示した値はそれぞれ、各試料体について10回試験した平均値である。
図6及び7から明らかなように、本発明による可塑剤の2,5−THFDCS−2−プロピルヘプチルエステルは、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)を有する試料体と比べて、引張強度、及び引張伸びについて同一、又はやや低下した値を示す。
III.g)PVCプラスチゾルのゲル化特性の測定:
本発明による可塑剤をベースとするPVCプラスチゾルのゲル化特性を試験するために、PVCプラスチゾルを、可塑剤の2,5−THFDCS−(2−プロピルヘプチル)エステルにより、及び市販で得られるHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)により、以下の処方で製造した。
Figure 2016532708
プラスチゾルの製造は、可塑剤と熱安定剤との秤量した混合物に、約800回転/分でディソルバーにより撹拌しながら、PVCを添加することによって行った。PVCの添加終了後、この混合物を2.5分間、2500回転/分で均質化し、続いて乾燥機で真空下、脱気した。
液状のPVCプラスチゾルをゲル化させ、また可塑剤中に分散されたPVC粒子という状態から、均質な固体の軟質PVCマトリックスに移行させるため、このために必要なエネルギーを、熱の形で供給しなければならない。このために加工プロセスにおいて、温度と滞留時間というパラメータが利用される。ゲル化が早く進行すればするほど(ここでその目安は溶解温度であり、すなわちこれが低ければ低いほど、その分だけ材料のゲル化が早くなる)、(同じ滞留時間で)温度はより低くてもよいか、又は(同じ温度で)より短い滞留時間が選択できる。
プラスチゾルのゲル化特性の試験は、Anton Paar社製の粘度計MCR 101を用いて、内部の手法により行う。ここで測定するのは、一定の剪断(回転)で加熱下における、ペーストの粘度である。この測定は、プレート/プレート系(PP50)を用いて、30℃、剪断速度10 1/s、及び加熱速度5℃/分で開始して行う。
一般的にプラスチゾルの粘度は、温度が上昇するとまず低下し、最小値に達する。続いて、粘度は再度上昇する。曲線の最小値における温度、及び最小値後の上昇の急勾配により、ゲル化に関する手がかりが得られる。すなわち、最小値における温度が低ければ低いほど、そして引き続く上昇が急勾配であればあるほど、ゲル化が良好、及び/又は迅速に起こる。
図8から非常に良好に分かるように、本発明による可塑剤の2,5−THFDCS−2−プロピルヘプチルエステルを有するPVCプラスチゾルは、市販で得られる可塑剤のHexamoll(登録商標)DINCH(登録商標)を有するPVCプラスチゾルに比べて、明らかにより迅速にゲル化する。

Claims (28)

  1. 一般式(I)の化合物:
    Figure 2016532708
    であって、
    前記式中、
    Xは、*−(C=O)−O−、*−(CH2n−O−、又は*−(CH2n−O−(C=O)−であり、ここで*は、テトラヒドロフラン環との結合点を表し、nは0、1、又は2の値を表し、
    1、及びR2は相互に独立して、非分枝状、及び分枝状のC7〜C12アルキル基から選択されている、前記化合物。
  2. 1、及びR2は相互に独立して、非分枝状、又は分枝状のC8〜C11アルキル基から選択されている、請求項1に記載の化合物。
  3. 1、及びR2は相互に独立して、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、イソノニル、イソデシル、2−プロピルヘプチル、n−ウンデシル、イソウンデシルから選択されている、請求項1又は2に記載の化合物。
  4. 1、及びR2が同じ意味を有する、請求項1から3までのいずれか1項に記載の化合物。
  5. 1、及びR2が、ともに2−エチルヘキシルであるか、ともにイソノニルであるか、又はともに2−プロピルヘプチルである、請求項1から4までのいずれか1項に記載の化合物。
  6. 前記基Xが、ともに*−(C=O)−O−である、請求項1から5までのいずれか1項に記載の化合物。
  7. 請求項1から6までのいずれか1項で規定した一般式(I)の化合物少なくとも1種と、前記式(I)の化合物とは異なる可塑剤少なくとも1種とを含有する、可塑剤組成物。
  8. 前記化合物(I)とは異なる可塑剤が、フタル酸ジアルキルエステル、フタル酸アルキルアラルキルエステル、テレフタル酸ジアルキルエステル、トリメリット酸トリアルキルエステル、アジピン酸ジアルキルエステル、安息香酸アルキルエステル、グリコールのジ安息香酸エステル、ヒドロキシ安息香酸エステル、飽和モノ及びジカルボン酸のエステル、不飽和ジカルボン酸のエステル、芳香族スルホン酸のアミドとエステル、アルキルスルホン酸エステル、グリセリンエステル、イソソルビドエステル、リン酸エステル、クエン酸トリエステル、アルキルピロリドン誘導体、2,5−フランジカルボン酸エステル、化合物(I)とは異なる2,5−テトラヒドロフランジカルボン酸エステル、トリグリセリド及び飽和若しくは不飽和の脂肪酸をベースとするエポキシ化された植物油、脂肪族及び/又は芳香族のポリカルボン酸と、少なくとも2価のアルコールとのポリエステルから選択されている、請求項7に記載の可塑剤組成物。
  9. 少なくとも1種のポリマー、及び少なくとも1種の一般式(I)の化合物:
    Figure 2016532708
    を含有する、成形材料であって、
    前記式中、
    X、n、R1、及びR2は、請求項1から6までのいずれか1項に規定された通りである、前記成形材料。
  10. さらに、前記一般式(I)の化合物とは異なる少なくとも1種の可塑剤を含有する、好適には請求項8で規定した可塑剤から選択された可塑剤を含有する、請求項9に記載の成形材料。
  11. 前記ポリマーが、熱可塑性ポリマーであり、該熱可塑性ポリマーが、
    ・重合導入された形で少なくとも1種のモノマーを含有するホモポリマー及びコポリマー、前記モノマーは、C2〜C10モノオレフィン、1,3−ブタジエン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、ビニルアルコール、及びそのC210アルキルエステル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、C1〜C10アルコールのアクリレート及びメタクリレート、ビニル芳香族化合物、(メタ)アクリロニトリル、無水マレイン酸、及びα,β−エチレン系不飽和モノカルボン酸及びジカルボン酸、
    ・ビニルアセタールのホモポリマー及びコポリマー、
    ・ポリビニルエステル、
    ・ポリカーボネート、
    ・ポリエステル、
    ・ポリエーテル、
    ・ポリエーテルケトン、
    ・熱可塑性ポリウレタン、
    ・ポリスルフィド、
    ・ポリスルホン、
    ・ポリエーテルスルホン、
    ・セルロースアルキルエステル、
    、及びこれらの混合物
    から選択されている、請求項9又は10に記載の成形材料。
  12. 前記熱可塑性ポリマーが、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルブチラール(PVB)、酢酸ビニルのホモポリマー及びコポリマー、スチレンのホモポリマー及びコポリマー、ポリアクリレート、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、又はポリスルフィドから選択されている、請求項11に記載の成形材料。
  13. 前記熱可塑性ポリマーが、ポリ塩化ビニル(PVC)である、請求項11又は12に記載の成形材料。
  14. 前記一般式(I)の化合物少なくとも1種、及び任意で前記一般式(I)の化合物とは異なる可塑剤少なくとも1種を含有する、請求項13に記載の成形材料であって、前記可塑剤の合計含分が、1.0〜400phrである、前記成形材料。
  15. ポリ塩化ビニルとは異なる熱可塑性ポリマー少なくとも1種、前記一般式(I)の化合物少なくとも1種、及び任意で前記一般式(I)の化合物とは異なる可塑剤少なくとも1種を含有する、請求項11又は12に記載の成形材料であって、前記可塑剤の合計含分が、0.5〜300phrである、前記成形材料。
  16. 前記ポリマーがエラストマーであり、好ましくは天然ゴム、合成ゴム、及びこれらの混合物から選択されたエラストマーである、請求項9又は10に記載の成形材料。
  17. 一般式(I)の化合物少なくとも1種、及び任意で、前記一般式(I)の化合物とは異なる可塑剤少なくとも1種を含有する、請求項16に記載の成形材料であって、前記可塑剤の合計含分が、1.0〜60phrである、前記成形材料。
  18. 一般式(I.1)の化合物:
    Figure 2016532708
    の製造方法であって、
    前記式中、
    1、及びR2は、請求項1から5までのいずれか1項で規定した通りであり、
    ここで
    a)任意で、2,5−フランジカルボン酸、又はその無水物若しくは酸ハロゲン化物を、C1〜C3アルカノールと、触媒の存在下で反応させて、ジ−(C1〜C3アルキル)−2,5−フランジカルボキシレートを得て、
    b1)2,5−フランジカルボン酸、又はその無水物若しくは酸ハロゲン化物を、又は工程a)で得たジ−(C1〜C3アルキル)−2,5−フランジカルボキシレートを、少なくとも1種のアルコールR1−OHと、R1及びR2が異なる意味を有する場合には、さらに少なくとも1種のアルコールR2−OHと、少なくとも1種の触媒の存在下で反応させて、式(I.1a)の化合物:
    Figure 2016532708
    を得て、
    c1)工程b1)で得た化合物(I.1a)を水素により、少なくとも1種の水素化触媒の存在下で水素化して、一般式(I.1)の化合物を得るか、又は
    b2)2,5−フランジカルボン酸、又は工程a)で得た2,5−ジ−(C1〜C3アルキル)フランジカルボキシレートを水素により、少なくとも1種の水素化触媒の存在下で水素化して、一般式(I.1b)の化合物:
    Figure 2016532708
    を得て、
    c2)工程b2)で得た化合物(I.1b)を、少なくとも1種のアルコールR1−OHと、R1及びR2が異なる意味を有する場合には、さらに少なくとも1種のアルコールR2−OHと、触媒の存在下で反応させて式(I.1)の化合物を得る、
    前記製造方法。
  19. 一般式(I.2)又は(I.3)の化合物:
    Figure 2016532708
    の製造方法であって、
    前記式中、
    1及びR2は、請求項1から5までのいずれか1項で規定した通りであり、nは1又は2の値を有し、
    ここで
    a)2,5−ジ−(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン(n=1)、又は2,5−ジ−(ヒドロキシエチル)−テトラヒドロフラン(n=2)については、少なくとも1種のアルキル化試薬R1−Zと、R1及びR2が異なる意味を有する場合には、さらなる少なくとも1種のアルキル化試薬R2−Zと塩基の存在下で反応させて式(I.2)の化合物にし、ここでZは脱離基であり、又は
    b)2,5−ジ−(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン(n=1)、又は2,5−ジ−(ヒドロキシエチル)−テトラヒドロフラン(n=2)については、少なくとも1種の酸ハロゲン化物R1−(C=O)Xと、R1とR2が異なる意味を有する場合には、さらなる少なくとも1種の酸ハロゲン化物R2−(C=O)Xと、少なくとも1種の第三級アミンの存在下で反応させて式(I.3)の化合物にし、ここでXはBr、又はClである、前記製造方法。
  20. 前記脱離基Zが、Br、Cl、トシル基、メシル基、又はトリフリル基から選択される基である、請求項19に記載の製造方法。
  21. 請求項1から6までのいずれか1項で規定した一般式(I)の化合物少なくとも1種、又は請求項7若しくは8で規定した可塑剤組成物の使用であって、熱可塑性ポリマー用、及びエラストマー用の可塑剤としての、前記使用。
  22. 請求項1から6までのいずれか1項で規定した一般式(I)の化合物少なくとも1種、又は請求項7若しくは8で規定した可塑剤組成物の使用であって、ポリ塩化ビニルを含有するか、又はポリ塩化ビニルから成る熱可塑性ポリマー用の可塑剤としての、前記使用。
  23. 請求項1から6までのいずれか1項で規定した一般式(I)の化合物少なくとも1種、又は請求項7若しくは8で規定した可塑剤組成物の使用であって、天然及び/又は合成ゴムを含有するか、又は天然及び/又は合成ゴムから成るエラストマー用の可塑剤としての、前記使用。
  24. 請求項1から6までのいずれか1項で規定した一般式(I)の化合物少なくとも1種、又は請求項7若しくは8で規定した可塑剤組成物の使用であって、プラスチゾルにおける可塑剤としての、前記使用。
  25. 請求項1から6までのいずれか1項で規定した一般式(I)の化合物少なくとも1種の使用であって、熱可塑性ポリマーのゲル化に必要な温度を低下させるため、及び/又はゲル化速度を向上させるための、前記使用。
  26. 請求項9から17までのいずれか1項で規定した成形材料の使用であって、成形体、及びシート、例えば電気装置のケース、コンピュータケース、工具、配管、ケーブル、ホース、線被覆、窓異形材、自動車部品用部材、タイヤ、家具、クッション及びマットレス用の発泡体、防水シート、封止剤、複合シート、レコード、人工皮革、包装容器、接着バンドシート、又は被覆を製造するための、前記使用。
  27. 請求項9から17までのいずれか1項で規定した成形材料の使用であって、人間又は食料品と直接接触する成形体及びシートを製造するための、前記使用。
  28. 人間又は食料品と直接接触する成形体及びシートが、医療品、衛生用品、食料品包装、室内用製品、玩具、及び育児用品、スポーツ用品、レジャー用品、衣類、並びに織布用繊維である、請求項27で規定した使用。
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