JP2017052738A - 片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
簡便に高純度の片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンを製造する方法を提供する。
【解決手段】
一般式[III]で示される片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンを製造する方法において、
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6NHC(=O)CX=CH2 [III]
(ここでmは1〜200の整数、R’は炭素数1〜4アルキル基、Rは炭素数1〜10のアルキル基、XはH又はメチル基である)
一般式[1]で示される片末端アミノシリコーン前駆体
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6N(SiR3)2 [I]
(式中、m、R’、及びRは上記の通りである)
を脱シリル化反応することで、一般式[II]で示される片末端アミノシリコーンを製造し、
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6NH2 [II]
(式中、m、R’、及びRは上記の通りである)
これと(メタ)アクリル酸クロライドを反応させて上記一般式[III]で示される片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンを製造する方法。
【選択図】なし
Description
[発明の属する技術分野]
片末端官能性シリコーン化合物は、官能基としてカルビノール、カルボキシ、エポキシ、メタクリル、フェノール基を有するものが主に樹脂改質用途で市販されている。しかし、片末端アミノシリコーンは未だ市販されていないのが現状である。また、これと(メタ)アクリル酸クロライドを反応させて得られる片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンも未だ市販されていない。
本発明は一般式 [I]の片末端シラザン化合物を経由した片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンの製造方法に関する。
本発明は、上記事情に鑑み、上記式[III]で表される片末端(メタ)アクリルアミドシリコーン化合物を工場スケールで安価に製造する方法を提供することを目的とする。
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6N(SiR3)2 [I]
(ここでmは1〜200の整数、R’は炭素数1〜4アルキル基、Rは炭素数1〜10のアルキル基である)を脱シリル化することで、下記式[II]:
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6NH2 [II]
で表される片末端アミノシリコーンを簡便に得ることができることを見出した。
好ましくは、脱シリル化反応は、アルコールと酸触媒の存在化で行われる。特には、通常の脱シリル化反応では使用する酸によりシロキサンの切断が起こるが、驚くべきことに本発明の製造方法では酸によるシロキサンの切断は極僅かであり、高純度にて片末端アミノシリコーンを得ることができることを本発明者らは見出した。本発明において、特定のアルコールと特定の酸触媒の最適な組み合わせを用いることが好ましい。このように、脱シリル化条件を最適化することで、工業スケールでの片末端アミノシリコーン製造を可能となる。
一般式[III]で示される片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンを製造する方法において、
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6NHC(=O)CX=CH2 [III]
(ここでmは1〜200の整数、R’は炭素数1〜4アルキル基、Rは炭素数1〜10のアルキル基、XはH又はメチル基である)
一般式[I]で示される片末端アミノシリコーン前駆体
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6N(SiR3)2 [I]
(式中、m、R’、及びRは上記の通りである)
を脱シリル化反応することで、一般式[II]で示される片末端アミノシリコーンを製造し、
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6NH2 [II]
(式中、m、R’、及びRは上記の通りである)
これと(メタ)アクリル酸クロライドを反応させて上記一般式[III] で示される片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンを製造する方法である。
好ましくは、上記式[II]で表される片末端アミノシリコーン前駆体は、以下の方法により製造される。即ち、上記式[II]で表される片末端アミノシリコーン前駆体は、下記一般式[I]で表される片末端ハイドロジェンポリシロキサンと
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiH [I]
(式中、m、R’、及びRは上記の通りである)
下記式[IV]で表されるビストリC1〜10アルキルシリルアリルアミンとを付加反応させて得ることができる。
CH2=CHCH2N(SiR3)2 [IV]
該工程により上記一般式[II]で表される化合物を容易にかつ高純度で製造することが出来る。
ii)片末端アミノシリコーンの製造
次に、下記一般式[III]で表される片末端アミノシリコーンは、下記の方法で製造される。
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6NH2 [III]
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6N(SiR3)2 [II]
(式中、R’、m及びRは上記の通りである)
これをそのまま使用しても良いが、高純度が求められるコンタクトレンズ用途の場合には[2]を蒸留精製することが好ましい。
iii) 片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンの製造
アミノシリコーンからの(メタ)アクリルアミドシリコーン合成法は、これまでに種々、知られている。 アミノシリコーンと(メタ)アクリル酸を反応させる方法、アミノシリコーンと(メタ)アクリル酸無水物を反応させる方法が例示されるが、(メタ)アクリル酸クロライドを使用する方法が好ましい。
反応を有機溶剤中で行い、3級アミン等の脱塩酸剤を添加することが知られているが、アミン塩酸塩の影響で生成物の外観が着色するのが難点である。反応を界面反応とし、脱塩酸剤として炭酸ソーダ等のアルカリを使用する方が良い。
アミノシリコーンに対し過剰量(1.05〜2倍モル) の(メタ)アクリル酸クロライドを使用し、この酸クロライド基準で1.05〜2倍モルの炭酸ソーダの水溶液を水相媒体として使用するのが良い。使用する有機溶剤は、水相と分離するものであれば如何なるものでも良いが、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素が好適である。このうちで、ヘキサンが低沸点であり、上層の有機相を低温で減圧ストリップしても、(メタ)アクリルアミドシリコーン中にヘキサンが残存しないので、最も好ましい。
反応は水相、有機相を強攪拌下で混合しながら、冷却下、(メタ)アクリル酸クロライド滴下することで実施される。滴下終了後、0℃〜30℃で1〜3時間、強攪拌を続行する。下層である水相を分離除去し、イオン交換水を上層に加え、攪拌、水洗する。静置後、下層を分離する。この操作を3回繰り返した後に、有機層を減圧ストリップに付してヘキサンを除去すると、片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンが得られる。
以下、実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
また純度は以下測定法で得られたものである。
純度測定法(GC法)
ガスクロマトグラフ測定には、Agilent社ガスクロマトグラフィー(FID検出器)を使用した。
キャピラリーカラム:J&W社HP−5MS(0.25mm×30m×0.25μm)
昇温プログラム:50℃(5分)→10℃/分→250℃(保持)
注入口温度250℃、検出器温度FID300℃
キャリアガス:ヘリウム(1.0ml/分)
スプリット比:50:1 注入量:1μL
また、シロキサン結合が切断されているか否かをGPC測定により確認した。GPC測定は、下記の条件で行った。
測定装置:東ソー HLC−8220
測定条件:
カラム温度:40℃
流速:0.6ml/min
移動相:THF
カラム構成:
TSK gel Super H2500 (6*150)
TSK gel Super HM-N (6*150)
※ガードカラム TSK gel guardcolumn Super H-H (4.6*35)
注入量:50μl
サンプル濃度:0.3%
検出器:RI
下記において、Buはブチル基を、Meはメチル基を意味する。
片末端アミノシリコーン前駆体の合成
下記式(1)で表される片末端ハイドロジェンポリシロキサン412g(1mol)、
BuMe2SiO(Me2SiO)3Me2SiH (1)
及び、脱水トルエン412gを、ジムロート、温度計、及び滴下ロートを付けた攪拌可能な2Lフラスコに仕込み80℃まで昇温した。該フラスコに塩化白金酸重曹中和物・1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量0.5wt%)を4.0g投入した。次いでビストリメチルシリルアリルアミン241g(1.2mol)を滴下ロートに仕込み、80〜90℃で1時間かけて前記フラスコ内に滴下した。滴下後、80〜90℃にて2時間熟成した。熟成後、反応液をサンプリングし、アルカリによる水素ガス発生の有無を確認したところ、水素ガスは発生せず、片末端ハイドロジェンポリシロキサンが残存していないことを確認した。トルエンと過剰量のビストリメチルシリルアリルアミンを内温130℃で減圧留去したところ、淡黄色透明な生成物603gを得た。1H−NMR分析より下記式(2)で表される片末端アミノシリコーン前駆体であることが確認された(0.98mol、収率98%)。GC測定による該化合物の純度は98.1%だった。
BuMe2SiO(Me2SiO)3Me2SiC3H6N(SiMe3)2 (2)
図1に1H−NMRデータを記載する。
上記実施例1で得られた片末端アミノシリコーン前駆体306g(0.5mol)、溶剤イソプロピルアルコール306g、及びトリフロロ酢酸1.5gをジムロート、温度計を付けた、攪拌可能な1Lフラスコに仕込み、70℃で3時間反応させた。GC測定上で式(2)で表される片末端アミノシリコーン前駆体がほぼ消失したこと、及び、片末端アミノシリコーンのピークを確認した。反応率は99%以上であった。フラスコを室温まで冷却し、キョーワード(登録商標)500(協和化学工業株式会社製)を9g投入し、1時間攪拌後、反応液を濾過した。濾液から溶剤イソプロピルアルコールを内温130℃まで減圧留去し、淡黄色透明な生成物215gを得た。1H−NMR分析により下記式(3)で表される片末端アミノシリコーンであることを確認した(0.46mol、収率92%)。GC測定による該化合物の純度は92.8%だった。また該化合物のGPCを測定したところシロキサン結合の切断は見られなかった。
BuMe2SiO(Me2SiO)3Me2SiC3H6NH2 (3)
上記で得た片末端アミノシリコーンを蒸留した。
沸点:116℃/21Pa GC純度:97.6% 無色透明液体が得られた。
*物性; 粘度(25℃)4.3mm2/s 屈折率(25℃)1.4184
片末端アクリルアミドシリコーンの合成
上記の蒸留で得た片末端アミノシリコーン140.7g(0.3mol)、ヘキサン460g、および8.7%炭酸ソーダ水、800gを、ジムロート、温度計、滴下ロートを付けた、攪拌可能な2Lフラスコに仕込んだ。これに、攪拌下、0℃〜5℃で滴下ロートよりアクリル酸クロライド40.7g(0.45mol)を1時間かけ滴下した。0℃〜10℃で2時間熟成した。室温で下層である水相を分離除去し、イオン交換水で上層である有機相を3回洗浄し、有機層を減圧ストリップに付した。無色透明な片末端アクリルアミドシリコーン136 g(0.26mol、収率 87 %)を得た。粘度(25℃)53.5mm2/s 、屈折率(25℃)1.4342、 GC純度97.3%
[実施例2]
片末端メタアクリルアミドシリコーンの合成
実施例1で用いたアクリル酸クロライド40.7g(0.45mol)に替えメタクリル酸クロライド47.0g(0.45mol)を使用した以外は、実施例1の手順を繰り返し、無色透明な片末端メタクリルアミドシリコーン143 g( 0.27 mol、収率 89 %)を得た。粘度(25℃)32.9mm2/s 屈折率(25℃)1.4418 GC純度97.8%
Claims (4)
- 一般式[III]で示される片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンを製造する方法において、
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6NHC(=O)CX=CH2 [III]
(ここでmは1〜200の整数、R’は炭素数1〜4アルキル基、Rは炭素数1〜10のアルキル基、XはH又はメチル基である)
一般式[1]で示される片末端アミノシリコーン前駆体
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6N(SiR3)2 [I]
(式中、m、R’、及びRは上記の通りである)
を脱シリル化反応することで、一般式[II]で示される片末端アミノシリコーンを製造し、
R’R2SiO(R2SiO)mR2SiC3H6NH2 [II]
(式中、m、R’、及びRは上記の通りである)
これと(メタ)アクリル酸クロライドを反応させて上記一般式[III]で示される片末端(メタ)アクリルアミドシリコーンを製造する方法。 - Rがメチル基である請求項1記載の方法。
- 脱シリル化反応をアルコール存在下で行う、請求項1又は2記載の製造方法。
- 脱シリル化反応を酸触媒存在下で行う、請求項1〜3のいずれか1項記載の製造方法。
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WO2009025924A2 (en) * | 2007-06-11 | 2009-02-26 | Ndsu Research Foundation | Anchored polysiloxane-modified polyurethane coatings and uses thereof |
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2015
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