JP2017529436A - アルケニルエーテルポリオール - Google Patents

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Abstract

本発明は、放射線硬化性アルケニルエーテルポリオールの製造方法、本発明の方法を用いて製造した放射線硬化性アルケニルエーテルポリオール、および重付加反応または重縮合反応による放射線連結性オリゴマーまたはポリマーの合成、特に放射線硬化性のポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタンおよびポリウレア、特に好ましくは紫外線硬化性ポリウレタンの合成のためのその使用に関する。本発明はまた、本発明の少なくとも1つのアルケニルエーテルポリオールとポリイソシアネートとの反応により得られた放射線硬化性ポリウレタンポリマーに関する。

Description

本発明は、アルケニルエーテルポリオールの製造方法、本発明の方法を用いて製造されるアルケニルエーテルポリオール、重付加反応または重縮合反応による放射線硬化性オリゴマーまたはポリマーの合成、特に紫外線硬化性のポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタンおよびポリウレアの合成のためのその使用、並びにそのようにして得られる紫外線硬化性ポリマーに関する。
カチオン重合法、特に紫外電磁放射線(UV)または電子ビーム放射線(EB)のような高エネルギー放射線により開始されるカチオン重合法は、例えば、先行技術から公知であり、接着剤、糊、被覆組成物および多くの他のものを含む多くの製品の工業的製造方法においてますます使用されている。また、カチオン重合のための低エネルギー開始法、例えば可視光に基づくものもまた知られてきている。後者の系は、現在あまり使用されておらず、部分的にまだ開発中である。カチオン重合法は、典型的には溶媒を含まず、エネルギー効率がよく、環境に優しく、自動化工程順序に適している。カチオン重合法の包括的概観は、Matyjaszewski, K.編、Cationic Polymerizations: Mechanisms, Synthesis, and Applications(In: Plast. Eng. (N. Y.), 1996; 35, Dekker)に見られる。紫外線硬化性カチオン重合の概観は、例えば、M. Sangermano, N. RazzaおよびJ. V. Crivello(Macromol. Mater. Eng., 2014, 299, 第775頁〜第793頁)に見られる。カチオン重合の一般に知られている利点は、特に、(大気中)酸素の許容性、および開始後の継続反応の可能性である。関連文献において、この挙動は、「暗硬化」とも称され、電磁放射線、電子線または上昇熱注入の不存在を含む(例えばUV、EB、または熱上昇による)衝撃開始後の重合性材料の継続硬化に関する。この暗硬化工程は、特に、多くの技術的接合法にとって有利である。
一般に、これらの方法は、電磁放射線またはEB放射線によって開始されるラジカル連鎖重合法に匹敵し、その生産量、従って適用可能性は、ラジカル重合機構の酸素感受性の問題を抱えている。
カチオン重合に関して、アルケニルエーテルは、その高反応性について知られており、従ってモノマー前駆体として使用されている。アルケニルエーテル官能化モノマー前駆体は、一連の利点を有する:その高反応性の故に、それらは、迅速に架橋し、中性の臭いを有する傾向があり、良好な耐久性および接着性を有する。高反応性の結果として、それらはまた、かなりの範囲までの多くの官能基、例えばウレタン基等を許容し、重合において副反応により容易に損なわれることはない。
エポキシドおよびオキセタンもまた、カチオン重合法に適当な反応性前駆体であるが、しばしば、重合速度および生産量を高めるために実際の開始後に熱的「後押し」を必要とする。エポキシドおよびオキセタンが最も反応性のカチオン重合性化合物である一方で、その反応は、より多種多様な官能基によって中断、または停止さえされる。例えば、エポキシドおよびオキセタンの場合、カチオン重合または架橋は、ウレタン基の存在下で尚早に停止する傾向があることが知られている。
低分子量(放射線硬化性)化合物は、それらがラジカル重合性および/またはカチオン重合性であるかどうかにかかわらず、多くの用途について検討することができないか、または実質的な欠点を有することが一般に知られている。その低分子量の故に、そのような化合物はしばしば既に低温でかなりの蒸気圧を有し、従って、「揮発性有機化合物(VOC)」として作用し得る。そのような物質の揮発性は、環境汚染(揮発による放出)、様々な健康および安全性に関する懸念(気道、皮膚、消化等を介した吸収/発火性混合物の生成/等)の観点から問題となる。別の実質的な制限は、実際の硬化前にそのような低分子量材料のレオロジー特性または機械的特性を調整できないことである。
このため、オリゴマーまたはポリマーが先行技術では通常使用され、それによって、蒸気圧または適用粘度によってもたらされる問題にかなりの程度まで対処している。これに関して、広い範囲の特性を設定でき、ラジカル反応性基によって官能化されたポリウレタンおよびポリウレタンプレポリマー(PU)が、広く使用されている。最も一般的なものは、アクリレート基またはメタクリレート基による好ましくは末端の官能化である。対応する材料はしばしば、略してPUAまたはPUMAと称される。これらの化合物の1つの欠点は、根本的に関連した空気または酸素感受性架橋反応である。別の注意すべき欠点は、特に直鎖末端官能化PUAまたはPUMA化合物を用いた場合の、低い架橋度である。
また、カチオン重合することができ、酸素阻害に付されない、末端官能化アルキレンエーテル官能化オリゴマーまたはポリマーが、先行技術から知られている。典型的にはもっぱら互いに反応する末端基であるので、対応する完全重合系は、より低い架橋密度を示す傾向がある。従って、所望のポリマーまたは対応するポリマー含有生成物の機械的特性は、ある条件下およびある枠組みにおいてしか制御することができない。
Matyjaszewski, K.編、Cationic Polymerizations: Mechanisms, Synthesis, and Applications(In: Plast. Eng. (N. Y.), 1996; 35, Dekker) M. Sangermano, N. RazzaおよびJ. V. Crivello(Macromol. Mater. Eng., 2014, 299, 第775頁〜第793頁)
従って、先行技術に対して改善された、カチオン重合により高架橋密度をもたらすことができる系が求められている。この系はまた、ほとんど目立たない蒸気圧も有すべきであり、即ち、現行のVOC指針に含まれてはならず、更に、カチオン重合前に既に広い範囲のレオロジー特性および機械的特性を調整でき、従って多くの用途に適用できなければならない。
達成される高架橋密度の結果、対応するポリマーおよびポリマー含有生成物、例えば接着剤、糊および被覆組成物の機械的特性は、要求に応じて、使用するプレポリマーの機械的特性とは程度の差はあれ大きく異なるように制御することができる。
アルケニルエーテル官能化ポリオールが、特に重縮合反応および重付加反応により調製される多くのカチオン重合性化合物のための極めて優れた前駆体を構成することが見出された。その構造および官能化度に応じて、これらのカチオン重合性化合物は、カチオン硬化後に得られる重合系における架橋密度の良好な制御を可能にする。
本発明に従って製造したアルケニルエーテルポリオールは、重付加工程または重縮合反応によって入手できるオリゴマーおよびポリマーの合成のための出発材料として使用される。このような方法で得られるポリマーは、例えば、ポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタンおよびポリウレアを包含する。アルケニルエーテルの官能性は、ポリオールおよびそれらの反応生成物の追加の官能化、架橋および重合反応、例えばカチオン重合またはラジカル共重合さえも可能にする。他の注目すべき例は、チオール−エン付加またはアセタール形成である。
特に、アルケニルエーテル官能化ポリオールは、電磁放射線、特に紫外線の影響下またはEBの影響下で後続のカチオン重合機構において架橋され得る新たなポリウレタン構造の合成を可能にする。以下の記載において、電磁放射線とEB放射線とに明確な違いはなく、用語「UV」は開始をできる放射線の同義語として使用する。しかしながら、記載する態様において、紫外線以外の開始をできる放射線も使用できることは自明である。そのような態様もまた、本発明の範囲内である。
従って、本発明の第一の対象は、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、特に1−アルケニルエーテル基、および少なくとも2つのヒドロキシル基(-OH)を有するアルケニルエーテルポリオールの製造方法であって、
A)少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに-OH、-COOH、-SH、-NHおよびそれらの誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、(i)エポキシドまたは(ii)環式カーボネート若しくはその誘導体により転化するか;または
B)少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに(i)エポキシ基および(ii)環式カーボネート基またはその誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、アルコール、チオール、カルボン酸またはアミン或いはそれらの誘導体により転化する
ことによる製造方法である。
また、本発明は、式(I)または(V):
Figure 2017529436
[式中、Rは、少なくとも二価の有機基、特に少なくとも二価の直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
は、任意に少なくとも1つの-OH基および/または1〜1000個の炭素原子を有してよい有機基、特に場合により二価または多価の、直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
は、任意に1〜1000個の炭素原子を有してよい有機基、特に場合により二価または多価の、直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキル、或いは式:-O-[CHRaCH2O]b-Rb〔式中、RはHまたはC1〜4アルキル基であり、RはOHまたは
Figure 2017529436
であり、bは1〜100である〕で示される(ポリ)アルキレングリコールであり、
式(I)において、Xは、O、S、C(=O)O、OC(=O)O、C(=O)OC(=O)O、NR、NRC(=O)O、NRC(=O)NRまたはOC(=O)NRであり、
式(V)において、Xは、O、S、OC(=O)、OC(=O)O、OC(=O)OC(=O)、NR、NRC(=O)O、NRC(=O)NRまたはOC(=O)NRであり、
RおよびR’はそれぞれ独立して、H、C1〜20アルキルおよびC2〜20アルケニルの中から選択され、特にRおよびR’の1つはHであって、もう1つはC1〜4アルキルであるか、または両方がHであり、
A、BおよびCはそれぞれ独立して、CR”R”’の中から選択され、
R”およびR”’は独立して、H、官能基(例えば、-OH、-NH、-NO、-CN、-OCN、-SCN、-NCO、-SCH、-SH、-SOHまたはSOH)および有機基、特にHおよびC1〜20アルキルの中から選択されるか、或いはR”およびR”’は一緒にまたはそれらが結合している炭素原子を伴って有機基であるか、或いは隣接した炭素原子の間に二重結合を形成するために隣接した炭素原子に結合したR”およびR”’の2つは一緒に結合を形成し、
Figure 2017529436
は一重結合または二重結合であり、二重結合の場合はRに結合している炭素原子はもっぱら1つの置換基R”またはR”’を有し、
mは1〜10の整数、好ましくは1であり、
n、pおよびoはそれぞれ0または1〜10の整数であり、n+p+oは1以上、特に1または2であり、
sおよびtはそれぞれ0または1〜10の整数であり、s+tは1以上、特に1または2であり、
はH、有機基または
Figure 2017529436
であり、
XがNR(ここで、R
Figure 2017529436
で示される)でない場合、Rは-OHおよび
Figure 2017529436
の中から選択される少なくとも1つの置換基を有し、
は、H、有機基または
Figure 2017529436
であり、
XがNR(ここで、R
Figure 2017529436
で示される)でない場合、Rは-OHおよび
Figure 2017529436
の中から選択される少なくとも1つの置換基を有する]
で示されるアルケニルエーテルポリオールに関する。
本発明は更に、本発明の方法を用いて得られるアルケニルエーテルポリオール、特に式(I)または(V)で示されるアルケニルエーテルポリオールに関する。
本発明の別の対象は、上記アルケニルエーテルポリオールの、重付加反応または重縮合反応による紫外線硬化性オリゴマーまたはポリマーの合成のための、特に紫外線硬化性のポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタンおよびポリウレア、特に好ましくは紫外線硬化性ポリウレタンの合成のための使用、並びに対応する方法に関する。
最後に、本発明の別の対象は、上記使用/方法に従って得られる紫外線硬化性ポリマー、特に本発明の少なくとも1つのアルケニルエーテルポリオールのポリイソシアネートによる転化によって得られる紫外線硬化性ポリウレタンポリマーに関する。
図1は、反応経路の概略図である。 図2aは実験装置の概略図であり、図2bは、ガラス表面に適用し、硬化させたsc−VEPUフィルムを示しており、図2cは、合成したポリウレタン類であるi−PU、t−VEPU、sc−VEPUおよびhsc−VEPU(実施例6〜8を参照)のレオメトリープロットである。 図3は、異なった温度(25℃、40℃および60℃)でのインサイチュNIR測定による貯蔵弾性率および相対的ビニルエーテル含有量の変化に対する側鎖官能化ポリウレタン(sc−VEPU)の硬化を示す図である。 図4は、60℃での紫外線開始硬化によるsc−VEPU(実施例7)のNIRスペクトルである。 図5は、i−PU合成(不活性アルキル末端ポリウレタン)のIRスペクトルである。 図6は、t−VEPU合成(ビニルエーテル末端ポリウレタン)のIRスペクトルである。 図7は、sc−VEPU合成(側鎖ビニルエーテル官能化ポリウレタン)のIRスペクトルである。 図8は、hsc−VEPU合成(水和側鎖ビニルエーテル官能化ポリウレタン)のIRスペクトルである。
本明細書において、「アルケニルエーテルポリオール」は、式:-Oアルケニルで示される少なくとも1つの基、および少なくとも2つのヒドロキシ基を有する化合物を意味する。アルケニルエーテルポリオールがアルケニルエーテル基およびヒドロキシ基の両方が結合している有機基を有することが好ましい;即ち、ヒドロキシ基は好ましくはアルケニル基に結合していない。アルケニルエーテル基が1−アルケニルエーテル基である、即ち、C-C二重結合が酸素原子と隣接していることも好ましい。
本明細書において、用語「アルキル」は、直鎖または分岐、非置換または置換の飽和炭化水素基、特に式:CnH2n+1で示される基を意味する。アルキル基の例は、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、2−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル等を包含するが、これらに限定されない。本明細書において、「ヘテロアルキル」は、少なくとも1個の炭素原子がヘテロ原子(例えば特に酸素、窒素またはイオウ)に置き換えられているアルキル基を意味する。その例は、エーテルおよびポリエーテル、例えば、ジエチルエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドまたはポリテトラメチレンオキシドを包含するが、これらに限定されない。
本明細書において、用語「アルケニル」は、少なくとも1つのC-C二重結合を有する直鎖または分岐、非置換または置換の炭化水素基を意味する。
本明細書において、特にアルキルおよびヘテロアルキル基に関して、「置換」は、1個以上の炭素および/または水素原子が他の原子または基によって置き換えられている化合物を意味する。適当な置換基は、-OH、-NH、-NO、-CN、-OCN、-SCN、-NCO、-SCH、-SH、-SOH、SOH、-COOH、-CHO等を包含するが、これらに限定されない。
本明細書において、用語「有機基」は、炭素原子を有する任意の有機基を意味する。有機基は、特に炭化水素に由来し得、任意の炭素原子および水素原子が他の原子または基に置き換えられていてよい。本発明における有機基は、様々な態様において、1〜1000個の炭素原子を有する。
本明細書において、「エポキシド」は、エポキシ基を有する化合物を意味する。
本明細書において、「環式カーボネート」は、環成分として基:-O-C(=O)-O-を有する環式化合物を意味する。
用語「アルコール」は、少なくとも1つのヒドロキシル基(-OH)を有する有機化合物を意味する。
用語「アミン」は、少なくとも1つの第一級または第二級アミノ基(-NH、-NHR)を有する有機化合物を意味する。
用語「チオール」または「メルカプタン」は、少なくとも1つのチオール基(-SH)を有する有機化合物を意味する。
用語「カルボン酸」は、少なくとも1つのカルボキシル基(C(=O)OH)を有する化合物を意味する。
本明細書において、用語「誘導体」は、1つ以上の化学反応によって関連の化合物に関して変化した化合物を意味する。官能基-OH、-COOH、-SHおよび-NH並びにアルコール、カルボン酸、チオールおよびアミンの化合物類に関して、用語「誘導体」は特に、対応するイオン基/化合物およびその塩、即ち、アルコラート、カルボキシレート、チオレート、およびアンモニウム(第四級窒素)化合物を包含する。環式カーボネートに関して、用語「誘導体」は特に、後により詳しく説明するカーボネートのチオ誘導体、即ち、基:O-C(=O)-O-の1個、2個または3個全ての酸素原子がイオウ原子に置き換わっている化合物を包含する。
本明細書において、数値に関して、用語「少なくとも」は、その数値ちょうどまたはそれより大きい数値を意味する。従って、「少なくとも1つの」は、1またはそれより大きい、即ち2、3、4、5、6、7、8、9、10またはそれより大きい数値を意味する。化合物のタイプに関して、この用語は、分子の絶対数を意味するのではなく、各集合語に該当する物質のタイプの数を意味する。従って、例えば「少なくとも1つのエポキシド」は、少なくとも1つのタイプのエポキシドを意味しており、複数の異なったエポキシドも含まれることを意味する。
本明細書において、用語「硬化性」は、少なくとも1つの変数、例えば、硬化を促進する時間、温度、湿度、放射線、触媒または反応促進剤の存在および量等によって必須ではないが通常は誘発される化学変化の結果として物質の状態および/または構造が変化することを意味する。この用語は、物質の完全硬化および部分硬化の両方を意味する。従って、「紫外線硬化性」または「UV架橋性」は、紫外線に暴露すると化学反応し、新たな(分子内または分子間)結合を形成する化合物を意味する。
本明細書において基に関して使用する用語「二価」は、他の部分と化合物を形成する少なくとも2つの結合部を有する基を意味する。従って、本発明において、二価アルキル基は、式:-アルキル-で示される基を意味する。そのような二価アルキル基は、本明細書において、アルキレニル基とも称される。従って、「多価」は、1より多い結合部を有する基を意味する。例えば、そのような基は、三価、四価、五価または六価であってよい。従って、「少なくとも二価」は、二価またはそれより大きい価数を意味する。
用語「ポリ」は、この接頭語に続く(官能)基または構造単位の反復単位を意味する。例えば、「ポリオール」は、少なくとも2つのヒドロキシ基を有する化合物を意味し、「ポリアルキレングリコール」は、アルキレングリコールモノマー単位からなるポリマーを意味する。
本明細書において「ポリイソシアネート」は、1より多いイソシアネート基(-NCO)を有する有機化合物を意味する。
アルケニルエーテルは、アルケニルエーテル基に加えて、-OH、-COOH、-SH、NHおよびそれらの誘導体を包含する、エポキシまたはシクロカーボネート基に対して反応性である少なくとも1つの他の官能基を有する脂肪族化合物であってよい。そのような官能基は、エポキシド環の環炭素またはシクロカーボネートのカルボニル炭素原子を求核的に攻撃し、そこで開環させ、ヒドロキシル基を形成させる。反応性求核性基に応じて、O-C-、N-C、S-CまたはO-/N-/S-C(=O)Oが結合する。
本明細書に記載の方法によれば、2つの別の方法A)およびB)によって、アルケニルエーテルポリオールを製造できる。
方法A)では、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに-OH、-COOH、-SH、-NHおよびそれらの誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、(i)エポキシドまたは(ii)環式カーボネート若しくはその誘導体により転化する。
方法B)では、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに(i)エポキシ基および(ii)環式カーボネート基またはその誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、アルコール、チオール、カルボン酸またはアミン或いはそれらの誘導体により転化する。
上記方法とは関係なく、アルケニルエーテルポリオールが、開環条件下、ヒドロキシ、チオール、カルボキシルまたはアミノ基とエポキシドまたは環式カーボネート基との反応により製造される。
本発明の全ての態様において、反応相手は、反応生成物、即ち得られるアルケニルエーテルポリオールが少なくとも2つのヒドロキシル基を有するように選択される。
様々な態様において、アルケニルエーテルポリオールは、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに-OH、-COOH、-SH、-NHおよびそれらの誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、(i)エポキシドまたは(ii)環式カーボネート若しくはその誘導体により転化することによって製造され、このようにして製造されたアルケニルエーテルポリオールは、式(I):
Figure 2017529436
で示されるアルケニルエーテルポリオールである。
式(I)で示される化合物において、
は、任意に1〜1000個の炭素原子を有してよい少なくとも二価の有機基、特に少なくとも二価の直鎖または分岐、置換または非置換の1〜50個、好ましくは1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜50個、好ましくは1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
は、任意に少なくとも1つの-OH基および/または1〜1000個の炭素原子を有してよい有機基、特に(場合により二価または多価の)直鎖または分岐、置換または非置換の1〜50個、好ましくは1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜50個、好ましくは1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルである。しかしながら、Rは、例えばポリアルキレングリコールのような高分子基であってもよい。そのような(ポリ)アルキレングリコールは、例えば式:-O-[CHRaCH2O]b-Rb[式中、RはHまたはC1〜4アルキル基であり、RはHまたは有機基であり、bは1〜100である]で示すことができる。
式(I)で示される化合物において、Xは、O、S、C(=O)O、OC(=O)O、C(=O)OC(=O)O、NR、NRC(=O)O、NRC(=O)NRまたはOC(=O)NRである。好ましい態様では、Xは、O、OC(=O)O、NRまたはNRC(=O)Oである。
RおよびR’はそれぞれ独立して、H、C1〜20アルキルおよびC2〜20アルケニルの中から選択され、特にRおよびR’の1つはHであって、もう1つはC1〜4アルキルであるか、または両方がHである。特に好ましくは、RはHであって、R’はHまたは-CHである。
A、BおよびCはそれぞれ独立して、CR”R”’の中から選択され、R”およびR”’は独立して、H、例えば-OH、-NH、-NO、-CN、-OCN、-SCN、-NCO、-SCH、-SH、-SOHまたはSOHのような官能基、および有機基の中から選択される。特に、R”およびR”’は、独立してHまたはC1〜20アルキルである。しかしながら、R”およびR”’はまた、一緒にまたはそれらが結合している炭素原子を伴って、環式基を包含する有機基、または官能基を形成していてもよい。そのような基の例は、=CH、=CH-アルキルまたは=C(アルキル)、=O、=S、-(CH)aa-[ここで、aaは3〜5である]、または1つ以上のメチレン基がN、OまたはSのようなヘテロ原子によって置き換わっているその誘導体である。しかしながら、隣接した炭素原子に結合したR”およびR”’の2つが一緒に結合を形成していてもよい。その結果、2個の隣接した炭素原子の間に二重結合が形成される(即ち、C(R”)=C(R”)-)。
Figure 2017529436
は一重結合または二重結合を意味する。これが一重結合または二重結合を意味する場合、Rに結合している炭素原子はもっぱら1つの置換基R”またはR”’を有する。
式(I)で示される化合物において、mは1〜10の整数、好ましくは1または2、特に好ましくは1である。即ち、化合物は、好ましくは、もっぱら1つまたは2つのアルケニルエーテル基を有する。
n、pおよびoはそれぞれ0または1〜10の整数である。これらは、n+p+oが1以上、特に1または2となる条件を満たす。nまたはoが1であって他が0であることが特に好ましい。別の態様では、nまたはoが2であって他が0であることが特に好ましい。また、pが0であってnおよびoの1つが1または2であって他が0であることも好ましい。nおよびoが1であってpが0である態様も好ましい。
はH、有機基または
Figure 2017529436
である。
アルケニルエーテルポリオールが少なくとも2つのヒドロキシル基を有するために、式(I)で示される化合物はまた、XがNR(ここで、R
Figure 2017529436
で示される)でない場合、Rは-OHおよび
Figure 2017529436
の中から選択される少なくとも1つの置換基を有するという条件を満たす。
従って、式(I)で示される化合物の第二のヒドロキシル基は、有機基Rにおける置換基として含まれるか、またはXが式:
Figure 2017529436
で示されるもう1つの基を有する。
本発明のアルケニルエーテルポリオールの製造方法の様々な態様では、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに-OH、-COOH、-SH、NHおよびそれらの誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルは、式(II):
Figure 2017529436
で示されるアルケニルエーテルである。
そのようなアルケニルエーテルは、それをエポキシドまたは環式カーボネートにより転化することによって、式(I)で示されるアルケニルエーテルポリオールを合成するために使用することができる。
式(II)で示される化合物において、R、R、R’およびmは、式(I)に関して上記したものと同じ意味を有する。特に、式(I)で示される化合物に関して上記したR、R、R’およびmの好ましい態様は、式(II)で示される化合物においても同様に当てはめることができる。
式(II)で示される化合物において、
は、-OH、-COOH、-SH、NHRおよびそれらの誘導体の中から選択される官能基であり、
はHまたは有機基、好ましくはHである。
官能基-OH、-COOH、-SH、NHRの誘導体は、好ましくは、用語の定義に関連して先に記載したイオン基である。これらの基は、プロトンの除去または結合によって生じ、本発明においては、特にアルコラート、チオレートおよびカルボキシレート、特に好ましくはアルコラートである。
特に好ましくは、Xは-OHまたは-O-または-NHである。
本発明の方法の特に好ましい態様は、mが1であり、Xが-OHまたは-NH、好ましくは-OHであり、Rが二価、直鎖または分岐のC1〜10アルキル基(アルキレニル基)、特にエチレニル、プロピレニル、ブチレニル、ペンチレニルまたはヘキシレニルであり、RおよびR’の1つがHであって、もう1つがHまたは-CHであることを特徴とする。
本発明に関して使用できるアルケニルエーテル、特に式(II)で示されるアルケニルエーテルは、例えばアセチレンと様々な場合により置換されていてよいアルカノール(モノアルコールおよびポリオール)との反応生成物であってよい。特定の例は、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE);2−ヒドロキシブチルビニルエーテル;2−(ヒドロキシエトキシ)エチルビニルエーテル;エチレングリコールモノビニルエーテル;プロピレングリコールモノビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテルおよび3−アミノプロピルビニルエーテルを包含するが、これらに限定されない。
本発明の方法の別の態様は、アルケニルエーテルにより転化されるエポキシドが式(III)または(IIIa):
Figure 2017529436
で示されるエポキシドであることを特徴とする。
式(III)および(IIIa)で示される化合物において、Rは式(I)に関して上記したものと同じ意味を有する。
11、R12およびR13は互いに独立して、Hまたは場合により少なくとも1つの-OH基を有してよい有機基、特に直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルである。
qは、1〜10の整数、好ましくは1または2である。
従って、アルケニルエーテルポリオールを製造するための本発明の方法において使用できるエポキシ化合物は、好ましくは、少なくとも1つのエポキシ基を有する、直鎖または分岐、置換または非置換の1〜1000個、好ましくは1〜50個または1〜20個の炭素原子を有するアルカンである。場合により、これらのエポキシ化合物は、1つ以上のヒドロキシ基を更に有してよく、その結果として、先に記載したように、エポキシドに対して反応性であるアルケニルエーテルとエポキシドとの反応から得られるアルケニルエーテルポリオールのヒドロキシル官能価は高くなる。このようにして、後の重合反応において、所望のポリマーの架橋密度を制御することができる。
アルケニルエーテル化合物(-OH、-COOH、-SH、NHおよびそれらの誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテル)の反応の際、アルコールが、エポキシドの開環条件下で生成される。従って、本発明において、アルコール基は、第一のアルコールまたは本発明において化学的に関係する化合物(アミン、チオール、カルボン酸等)とエポキシドとの反応から結合の過程で「再形成」される。
様々な態様において、エポキシ化合物は、1より多いエポキシ基を有してよい。これにより、そのようなエポキシ化合物が、エポキシドに対して反応性である1より多いアルケニルエーテル化合物、例えばアミノアルケニルエーテルまたはヒドロキシアルケニルエーテルにより転化されることが可能になる。
特に好ましい態様では、エポキシドは式(III)[式中、qは1または2であり、qが2である場合、Rは-CH-O-C1〜10アルキレニル-O-CH-であり、qが1である場合、Rは-CH-O-C1〜10アルキルである]で示されるエポキシドである。
本発明の製造方法において使用できるエポキシ化合物の例は、特にグリシジルエーテル、例えば、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(BDDGE);ネオペンチルジグリシジルエーテル;シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル;ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル;ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル;エトキシル化またはプロポキシル化グリセリンのモノ−、ジ−またはトリグリシジルエーテル、およびイソプロピルグリシジルエーテル(IPGE)であるが、これらに限定されない。
様々な態様において、式(I)で示されるアルケニルエーテルポリオールは、式(II)で示されるアルケニルエーテルを式(III)または(IIIa)で示されるエポキシドにより転化することによって得ることができる。
エポキシドに代えて、エポキシドに対して反応性である化合物(アルケニルエーテル化合物)により転化される化合物は、環式カーボネートまたはその誘導体であってよい。本発明において、環式カーボネート化合物は、反応相手として使用される化合物に対してエポキシドと類似の反応性を有し、エポキシドおよび環式カーボネート化合物は両方とも開環条件下で添加されると、エポキシドの場合はエポキシド環のメチレンで、環式カーボネートの場合はカルボニル炭素原子で、求核的にアルコール官能基が「再形成」され、その結果として、反応性求核性基に応じてO-C-、N-C、S-CまたはO-/N-/S-C(=O)O結合が形成される。
好ましい態様では、本発明の方法においてアルケニルエーテル、特に式(II)で示されるアルケニルエーテルにより転化され得る環式カーボネートは、式(IV)または(IVa):
Figure 2017529436
で示されるエチレンカーボネートである。
式(IV)および(IVa)で示される化合物において、Rは、式(I)、(III)および(IIIa)に関して上記したものと同じ意味を有する。特に、RはC1〜10ヒドロキシアルキルである。別の態様では、Rは=CHであってよい。
Figure 2017529436
は一重結合または二重結合、好ましくは一重結合である。容易に理解されるように、環が二重結合を有する場合、Rは外部二重結合によるのではなく一重結合により結合され、逆もまた同様である。
dは0、1、2、3、4または5、好ましくは0または1、特に好ましくは0であり、rは1〜10の整数、好ましくは1または2、特に好ましくは1である。
dが1の場合、即ちシクロカーボネートが1,3−ジオキサン−2−オンである場合、Rは4位または5位に、好ましくは5位に存在し得る。
環式カーボネートの例は、1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−デヒドロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、および
により4位または5位において置換されている1,3−ジオキサン−2−オンを包含するが、これらに限定されない。
本発明の様々な態様において、式(IV)および(IVa)で示されるカーボネートの誘導体である環式カーボネートが使用される。誘導体の例は、例えば有機基、特に直鎖または分岐、置換または非置換の20個までの炭素原子を有するアルキルまたはアルケニル基、特に=CHおよび-CH=CH、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の20個までの炭素原子および少なくとも1つの酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルまたはヘテロアルケニル基、或いは例えば-OHまたは-COOHのような官能基により、R基を有さない環メチレン基において置換されている誘導体を包含する。そのような誘導体の例は4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンを包含し、これは5位にR基を有する。
基が一重結合により結合している様々な態様において、R基を有する環炭素原子は、別の環メチレン基に関して上記した置換基と同様に定義される別の置換基によって置換されていてよい。
他の誘導体は、環酸素原子の1つまたは両方がイオウ原子によって置き換わっている誘導体、およびそれに代えてまたは加えてカルボニル酸素原子がイオウ原子によって置き換わっている誘導体である。1つの特に好ましい誘導体は、1,3−オキサチオーラン−2−チオンである。
様々な態様において、環式カーボネートは、5位にR基を有する4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンである。そのような環式カーボネートが、反応性基としてアミノ基を有するアルキルエーテルにより転化され場合、式(Ia)で示される化合物が形成され得る。
Figure 2017529436
この化合物において、m、R、R、R’、RおよびRは、式(I)〜(IV)で示される化合物に関して上記したものと同じ意味を有する。
様々な態様において、式(IV)および(IVa)で示される上記シクロカーボネートおよびその誘導体を式(II)で示される化合物により転化する際、(i)Xは-NHまたはその誘導体であってqまたはrは1であるか;或いは(ii)Xは-OHまたはその誘導体であってqまたはrは2である。
別の態様では、アルケニルエーテルポリオールは、方法B)に記載の化合物の転化により得ることができる。方法B)では、アルケニルエーテルは、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに(i)エポキシ基および(ii)環式カーボネート基またはその誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、アルコール、チオール、カルボン酸またはアミン或いはそれらの誘導体により転化することによって製造される。
この方法の様々な態様では、アルケニルエーテルポリオールは、式(V):
Figure 2017529436
で示されるアルケニルエーテルポリオールである。
式(V)で示される化合物において、Rは式(I)で示される化合物に関して上記したものと同じ意味を有する。Rは、任意に少なくとも1つのOH基および/または1〜1000個の炭素原子を有してよい有機基、特に(場合により二価または多価の)直鎖または分岐、置換または非置換の1〜50個、好ましくは1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜50個、好ましくは1〜20個の炭素原子および少なくとも1つの酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルである。しかしながら、Rは、例えばポリアルキレングリコールのような高分子基であってもよい。そのような(ポリ)アルキレングリコールは、例えば式:-O-[CHRaCH2O]b-Rb[式中、RはHまたはC1〜4アルキル基であり、RはHまたは有機基または式:
Figure 2017529436
であり、bは1〜100である]で示すことができる。
式(V)で示される化合物において、Xは、O、S、OC(=O)、OC(=O)O、OC(=O)OC(=O)、NR、NRC(=O)O、NRC(=O)NRまたはOC(=O)NRである。好ましい態様では、XはO、OC(=O)O、NRまたはOC(=O)NRである。
RおよびR’はそれぞれ独立して、H、C1〜20アルキルおよびC2〜20アルケニルの中から選択され、特にRおよびR’の1つはHであって、もう1つはC1〜4アルキルであるか、または両方がHである。特に好ましくは、RはHであり、R’はHまたは-CHである。
AおよびBはそれぞれ独立して、CR”R”’の中から選択され、R”およびR”’は独立して、H、例えば-OH、-NH、-NO、-CN、-OCN、-SCN、-NCO、-SCH、-SH、-SOHまたはSOHのような官能基、および有機基の中から選択される。特にR”およびR”’は独立してHまたはC1〜20アルキルである。しかしながら、R”およびR”’は、一緒にまたはそれらが結合している炭素原子を伴って環式基を包含する有機基、または官能基を形成していてもよい。そのような基の例は、=CH、=CH-アルキルまたは=C(アルキル)、=O、=S、-(CH)aa-[ここで、aaは3〜5である]、または1つ以上のメチレン基がN、OまたはSのようなヘテロ原子によって置き換わっているその誘導体である。しかしながら、隣接した炭素原子に結合したR”およびR”’の2つが一緒に結合を形成していてもよい。その結果、2個の隣接した炭素原子の間に二重結合が形成される(即ち、C(R”)=C(R”)-)。
式(V)で示される化合物において、mは1〜10の整数、好ましくは1または2、特に好ましくは1である。即ち、化合物は、好ましくは、もっぱら1つまたは2つのアルケニルエーテル基を有する。
sおよびtはそれぞれ0または1〜10の整数である。これらはs+tは1以上、特に1または2であるという条件を満たす。sまたはtが1であって、もう一方が0であることが特に好ましい。
はH、有機基または
Figure 2017529436
である。
式(V)で示されるアルケニルエーテルポリオールが少なくとも2つのヒドロキシル基を有するという条件を満たすため、XがNR(ここで、R
Figure 2017529436
で示される)でない場合、Rは-OHおよび
Figure 2017529436
の中から選択される少なくとも1つの置換基により置換されている。
別の好ましい態様では、本発明の方法は、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに(i)エポキシ基および(ii)環式カーボネート基またはその誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルが、式(VI)または(VII):
Figure 2017529436
で示されるアルケニルエーテルであることを特徴とする。
式(VI)または(VII)で示される化合物において、R、R’およびmは、式(I)および(II)で示される化合物に関して上記したものと同じ意味を有する。
dは、式(IV)および(IVa)に関して上記したものと同じ意味を有する。即ち、dは、0、1、2、3、4または5、好ましくは0または1、特に好ましくは0である。
特に好ましい態様では、式(VI)または(VII)で示されるアルケニルエーテルにおいて、RはC1〜10-アルキレニル-O-CH-である。
式(VI)で示されるエポキシ基含有アルケニルエーテルは、エポキシ基において置換されていてよい。即ち、式(IIIa)に示されているように、オキシラン環のメチレン基はR11〜R13により置換されていてよい。
様々な態様において、式(VII)で示されるアルケニルエーテルはシクロカーボネート環において置換されているか、またはシクロカーボネート環は対応する誘導体によって置換されている。適当な置換シクロカーボネートおよびその誘導体は、式(IV)および(IVa)に関連して先に記載したものである。特に、シクロカーボネート基は好ましくは1,3−ジオキソラン−2−オン基または1,3−ジオキサン−2−オン基であって、これは、例えばメチレン基により、任意に置換されていてよい。
式(VI)で示される適当な化合物は、ビニルグリシジルエーテルおよび4−グリシジルブチルビニルエーテル(GBVE)を包含するが、これらに限定されない。4−グリシジルブチルビニルエーテルは、4−ヒドロキシブチルビニルエーテルをエピクロロヒドリンにより転化することによって得られる。
式(VII)で示される適当な化合物は、4−(エテニルオキシメチル)−1,3−ジオキソラン−2−オンを包含するが、これに限定されない。4−(エテニルオキシメチル)−1,3−ジオキソラン−2−オンは、グリセリンカーボネートをエチルビニルエーテルによりエステル交換することによって得られる。
様々な態様において、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに(i)エポキシ基および(ii)環式カーボネート基またはその誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテル、特に式(VI)または(VII)の一方は、アルコールにより転化される。アルコールは、ジオールまたはポリオールまたは対応するアルコラートであってよい。特に、アルコールは、式:HO-[CHRaCH2O]b-H[式中、RはHまたはC1〜4アルキル基であり、bは1〜100、特に1〜10である]で示されるポリアルキレングリコールであってよい。
従って、方法B)は、エポキシドまたは環式カーボネート化合物(例えば、エチレンカーボネートまたはトリメチレンカーボネート化合物)が少なくとも1つまたはそれより多いアルケニルエーテル基を有する、本発明の別の態様を表す。これらのエポキシドまたは環式カーボネート化合物を、エポキシドに対してまたは本発明において化学的に類似して(環式カーボネート)反応性である化合物、特に-OH、-COOH、-SH、NHおよび同様の基を有するものまたはその誘導体、例えば適当に官能化された、好ましくは多重に適当に官能化された直鎖または分岐、飽和または部分不飽和、環式または直鎖(ヘテロ)アルキルおよび(ヘテロ)アリールにより転化することによって所望のアルケニルエーテルポリオールが生成される。
基-OH、-COOH、-SH、NHおよびその誘導基の少なくとも1つを有するがアルケニルエーテル基を有さない化合物の例は、グリコール、ポリグリコール、グリシン、グリセロール、ヘキサメチレンジアミン、1,4−ブタンジオールおよび1,6−ヘキサンジオールを包含するが、これらに限定されない。
上記方法によって製造されるまたは得られるアルケニルエーテルポリオールもまた、本発明の対象である。様々な態様において、それらは、先に記載したように、式(I)、(Ia)および(V)で示される化合物である。
式(I)で示されるアルケニルエーテルポリオールの様々な態様において、
(1)m=1;RおよびR’はHであるか、またはRがHであってR’がメチルであり;RはC1〜10アルキレニル、特にC1〜6アルキレニルであり、XはOであり、AおよびBはCHであり、nおよびoは1または0であり、pは0であり、ここでn+o=1であり、Rは、-OHにより置換されているかまたは式:
Figure 2017529436
[式中、R、m、R、R’、A、B、C、n、oおよびpは先に定義したとおりである]
で示される別の基を有する有機基である;或いは
(2)m=1;RおよびR’はHであるか、またはRがHであってR’がメチルであり;RはC1〜10アルキレニル、特にC1〜6アルキレニルであり、XはNRであり、AおよびBはCHであり、nおよびoは1または0であり、pは0であり、ここでn+o=1であり、RはHまたは
Figure 2017529436
[ここで、A、B、C、n、oおよびpは先に定義したとおりである]
であり;Rは、RがHである場合に-OHにより置換されているか、または式:
Figure 2017529436
[式中、R、m、R、R’、A、B、C、n、oおよびpは先に定義したとおりである]
で示される別の基を有する先に定義した有機基である;或いは
(3)m=1;RおよびR’はHであるか、またはRがHであってR’がメチルであり;RはC1〜10アルキレニル、特にC1〜6アルキレニルであり、XはOC(=O)Oであり、AおよびBはCHであり、nおよびoは1または0であり、pは0であり、ここでn+o=1であり、Rは-OHにより置換されているかまたは式:
Figure 2017529436
[式中、R、m、R、R’、A、B、C、n、oおよびpは先に定義したとおりである]
で示される別の基を有する有機基である;或いは
(4)m=1;RおよびR’はHであるか、またはRがHであってR’がメチルであり;RはC1〜10アルキレニル、特にC1〜6アルキレニルであり、XはNRC(=O)Oであり、AおよびBはCHであり、nおよびoは1または0であり、pは0であり、ここでn+o=1であり、RはHまたは
Figure 2017529436
[ここで、A、B、C、n、oおよびpは先に定義したとおりである]
であり;Rは、RがHである場合に-OHにより置換されているか、または式:
Figure 2017529436
[式中、R、m、R、R’、A、B、C、n、oおよびpは先に定義したとおりである]
で示される別の基を有する先に定義した有機基である。
上記態様において、Rは好ましくは一重結合を介して結合し、例えば、ヘテロアルキル基、特に2〜10個の炭素原子を有するアルキルエーテル基であってよい。例えば、式:-CH2-O-(CH2)4-O-CH2-[Rが前記式で示される2つのアルケニルエーテル基を有する場合]または-CH2-O-CH(CH3)2で示される基が適当である。
式(V)で示されるアルケニルエーテルポリオールの様々な態様において、
(1)m=1;RおよびR’はHであるか、またはRがHであってR’がメチルであり;Rは-(CH2)1〜10-O-CH2-、特に(CH2)1〜6-O-CH2-であり、XはOであり、AおよびBはCHであり、sおよびtは1または0であり、ここでs+t=1であり、Rは、-OHにより置換されているかまたは式:
Figure 2017529436
[式中、R、m、R、R’、A、B、sおよびtは先に定義したとおりである]
で示される別の基を有する有機基である;或いは
(2)m=1;RおよびR’はHであるか、またはRがHであってR’がメチルであり;Rは-(CH2)1〜10-O-CH2-、特に(CH2)1〜6-O-CH2-であり、XはNRであり、AおよびBはCHであり、sおよびtは1または0であり、ここでs+t=1であり、RはHまたは
Figure 2017529436
[ここで、A、B、m、sおよびtは先に定義したとおりである]
であり;Rは、RがHである場合に-OHにより置換されているか、または式:
Figure 2017529436
[式中、R、m、R、R’、A、B、sおよびtは先に定義したとおりである]
で示される別の基を有する先に定義した有機基である;或いは
(3)m=1;RおよびR’はHであるか、またはRがHであってR’がメチルであり;Rは-(CH2)1〜10-O-CH2-、特に(CH2)1〜6-O-CH2-であり、XはOC(=O)であり、AおよびBはCHであり、sおよびtは1または0であり、ここでs+t=1であり、Rは、-OHにより置換されているか、または式:
Figure 2017529436
[式中、R、m、R、R’、A、B、sおよびtは先に定義したとおりである]
で示される別の基を有する有機基である;或いは
(4)m=1;RおよびR’はHであるか、またはRがHであってR’がメチルであり;Rは-(CH2)1〜10-O-CH2-、特に(CH2)1〜6-O-CH2-であり、XはOC(=O)NRであり、AおよびBはCHであり、sおよびtは1または0であり、ここでs+t=1であり、RはHまたは
Figure 2017529436
[ここで、A、B、m、sおよびtは先に定義したとおりである]
であり;Rは、RがHである場合に-OHにより置換されているか、または式:
Figure 2017529436
[式中、R、m、R、R’、A、B、sおよびtは先に定義したとおりである]
で示される別の基を有する先に定義した有機基である。
式(V)で示される化合物の上記態様において、Rは、例えば、ヘテロアルキル基、特にポリプロピレングリコールのような(ポリ)アルキレングリコール、またはC1〜10アルキル基またはアルキレニル基である。
化合物(I)または(V)を製造するための本発明の方法の各工程は、そのような反応のために通常使用されている方法を用いて行うことができる。このために、場合により活性化(例えば、ナトリウムでの転化によるアルコラートの調製)後であってよい反応相手を、場合により不活性ガス雰囲気下で温度を制御しながら、互いに接触させ、転化させる。
本発明の方法によって製造できるアルケニルエーテルポリオールは、重付加または重縮合反応による紫外線硬化性オリゴマーまたはポリマーを合成するための、特に紫外線硬化性のポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタンおよびポリウレア、特に好ましくは紫外線硬化性ポリウレタンを合成するための適当な前駆体である。上記合成、および上記アルケニルエーテルポリオールを用いたポリマーの製造方法における上記アルケニルエーテルポリオールの使用は、本発明の更なる態様である。特に、本発明に従って製造されたアルケニルエーテルポリオールは紫外線硬化性ポリウレタンポリマーの製造に適しており、そのようなポリマーは、本発明の少なくとも1つのアルケニルエーテルポリオールをポリイソシアネートにより転化することによって得ることができる。
紫外線硬化性ポリウレタンポリマーの製造方法は、先行技術から公知であり、例えば、本明細書の実施例6に記載されている。
紫外線硬化性ポリウレタンポリマーの製造方法は、例示する目的のために後に記載する。容易に理解されるように、本発明はそのような態様に限定されない。そのような態様は、本発明の対象を更に説明することのみを意図して記載する。
上記アルケニルエーテルポリオール、特にビニルエーテルポリオールを用いると、この新規なポリオールによるポリマー主鎖への活性側鎖の導入によって、高品質のビニルエーテル官能化ポリウレタン(VEPU)を製造することができる。1つの特定の例では、ビニルエーテル官能化ジオール(VEOH)を調製するために、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル(HVBE)を脱プロトン化し、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(BDDGE)により転化することができる。アルコラートの求核攻撃による開環の際、各エポキシ基は新しいヒドロキシル基を形成する。次いで、側鎖ビニルエーテル官能化ポリウレタンプレポリマー(sc−VEPU)を生成するために、得られたVEOHをイソホロンジイソシアネートにより転化する。その後、ビニルエーテル基により末端基を官能化するために、末端イソシアネート基をHBVEにより転化することができる。合成のより詳しい説明は、実施例6および7に見られる。反応経路を図1に概略的に示す。
最後に、本発明はまた、本明細書に記載のアルケニルエーテルポリオールを用いて製造することができるポリマー、特に紫外線硬化性ポリウレタンに関する。そのようなポリウレタンは、水性分散体(PUD)として使用することもできる。
本明細書に記載のアルケニルエーテル官能化ポリオールは、紫外線を用いたカチオン重合機構によって架橋(硬化)され得る新規なポリウレタン(PU)の合成を可能にする。そのような硬化は、ラジカル重合に基づく公知の紫外線硬化性ポリウレタン(例えば、アクリレート官能化ポリウレタン)の硬化方法とは異なる。そのようなラジカル機構は、酸素感受性であるという欠点を有する。即ち、酸素の存在が反応を阻害し、これは、薄層用途および被膜にとっての深刻な欠点を招く。
また、カチオン性UV硬化により、「暗硬化」特性をもたらすことが可能になる。即ち、活性化に必要であって重合または硬化を開始する短パルス照射の後、反応は更なる照射を伴わずに、即ち紫外線源とは無関係に進行する。反応が開始した後、反応は暗室で(=暗硬化)または製造ラインで継続でき、これは、例えば完全自動化プロセスにおいて、特に接着用途にとって、実質的な利点である。
このように、本明細書に記載のアルケニルエーテルポリオールを用いて製造されたポリマーの1つの利点は、アルケニルエーテル官能化の化学反応性にある。既に記載したUV硬化についての可能性に加えて、架橋のための他の可能性として、チオールの付加のような他の反応も可能である。
別の利点は、上記アルケニルエーテルポリオールにより、予め定めた割合の紫外線硬化性アルケニルエーテル基を有するポリマーの制御された合成が可能となることである。公知の紫外線硬化性ポリマーはしばしば、末端ビニルエーテル基を有し、ビニルエーテルによる末端基のキャップにより調製される。末端基の限られた数(典型的には僅か2個)の故に、そのようなポリマーは、硬化後の高架橋密度または明らかな機械的弾性率の変化を有するポリマー系を生じることはできない。従って、本明細書に記載のアルケニルエーテルポリオールは、末端基キャップ剤として使用することができる、これまで使用されてきた一官能性市販ビニルエーテル官能化アルコール、例えば、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテルまたは2−ヒドロキシエチルビニルエーテルの代替物である。より高い濃度および得られるより高い架橋密度の故に、その硬化は、末端官能化ビニルエーテルポリウレタンと比べて、より明確な機械的特性の変化を伴う。このようにして、例えば何桁も大きい剛性率を有する不粘着性フィルムを得ることができる。
従って、本明細書に記載のアルケニルエーテルポリオール、特にビニルエーテルポリオールは、ポリマー、特にポリウレタンの合成のための公知のポリオールに加えてまたはそれに代えて使用することができる。PU合成に使用されている公知のポリオールは、例えばポリエーテルおよびポリエステルポリオールを包含するが、これらに限定されない。ポリウレタン合成のため、上記アルケニルエーテルポリオールを含有するポリオールまたはポリオールの混合物は、典型的にはモル過剰で、ポリイソシアネートにより転化される。反応は、固有の公知の条件下で、即ち高温下で場合により触媒の存在下で起こる。使用するアルケニルエーテルポリオールの量に応じて、ポリウレタン(プレ)ポリマーは、架橋性アルケニルエーテル基の所望の密度を有する。このように合成されるポリウレタンの例は、本発明の方法に関連して既に記載したものである。
本発明のアルケニルエーテルポリオールの製造方法に関連して本明細書に記載した態様の全ては、上記アルケニルエーテルポリオール自体、その使用、その使用方法、それを用いて合成されたポリマーおよびその使用に同様に適用され、逆もまた同様である。
以下において、実施例に基づいて本発明を説明する。実施例は、限定を意図するものではない。
実施例:
使用した材料:
4−ヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)(BASF)および3−アミノプロピルビニルエーテル(APVE)(BASF)を、4Åの分子篩を通して保管した。
ナトリウム(Merck)を乾燥ジエチルエーテル中で洗浄し、小片に切断した。
1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(BDDGE、Sigma-Aldrich、95%)、2,3−エポキシプロパノール(グリジドール、グリシド;Evonik)、イソプロピルグリシジルエーテル(IPGE、Raschig)、エピクロロヒドリン(Solvay、99.8%)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)(Merck、99%)、ポリプロピレングリコール(PPG)(Dow Chemical、Voranol 2000 L、2000g/moL)、1−ヘプタノール(Acros Organics、98%)、ジメチル錫ジネオデカノエート(Momentive、Fomrez catalyst UL-28)、4,4’−ジメチルジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート(Omnicat 440、IGM 98%)、ヘキサメチレンジアミン(99%、Merck)、テトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB、99%、Acros Organics)、および水酸化ナトリウム(Riedel-de-Haeen、99%)は、受け入れたままの状態で使用した。
実施例1:ビニルエーテルポリオール(VEOH)の合成
139.51g(1.2moL)のHBVEを250mL容の丸底フラスコに導入した。均圧機器付き滴下漏斗を接続し、その中に24.78g(0.12moL)のBDDGEを導入した。装置全体を真空乾燥し、窒素で満たした。7.00g(0.3moL)のナトリウムを添加した。ナトリウムを完全に溶解させた後、BDDGEをゆっくり添加した。50℃を超えないように温度を調整した。BDDGEの添加完了後、50℃で30分間撹拌した。残留アルコラートを加水分解するために、50mLの水を添加した。生成物を飽和塩化ナトリウム溶液および水で数回洗浄し、残留反応体および水を除去するために減圧した。収率:76%。1H-NMR(CDCl3)、xy MHz):δ(pp)=1.6-1.8(12 H, mid-CH2ブチル)、2.69(2 H, OH, H/D exchangeable)、3.4-3.55(16 H, CH2-O-CH2)、3.70(4 H, CH2-O-ビニル)、3.94(2 H, CH-O)、3.98(1 H, CH2=CH-O trans)、4.17(1 H, CH2=CH-O cis)、6.46(1 H, CH2=CH-O gemi)。
実施例2:
50.58g(0.5moL)のAPVEおよび139.44g(81.2moL)のIPGEを、250mL容の丸底フラスコに導入し、還流するため加熱した。温度が175℃を超えないように、進行する発熱反応を制御した。反応を室温に冷却し、赤外分光法が所定量のエポキシドの転化を示した後、20mLの水酸化ナトリウム(1moL/L)を添加し、残留エポキシ基を加水分解するためにエマルションを30分間にわたって100℃に加熱した。有機相を水で数回洗浄し、減圧下で乾燥させた。収率:54%。1H-NMR(CDCl3, xy MHz):δ(pp)=1.15(12 H, CH3)、1.82(2 H, mid-CH2プロピル), 2.45-2.80(6 H, CH2-N)、3.05-3.30(2 H, OH)、3.40(4 H, CH2-O-イソプロピル)、3.59(2 H, CHイソプロピル)、3.73(2 H, CH2-O-ビニル)、3.81(2 H, CH-OH)、3.99(1 H, CH2=CH-O trans)、4.18(1 H, CH2=CH-O cis)、6.45(1 H, CH2=CH-O gemi)。
実施例3:
58.08g(0.5moL)のHBVEを、250mL容の丸底フラスコに導入した。均圧機器付き滴下漏斗を接続し、その中に7.41g(0.13moL)のグリシドールを導入した。装置全体を真空乾燥し、窒素で満たした。3.00g(0.13moL)のナトリウムを添加した。ナトリウムを完全に溶解させた後、グリシドールをゆっくり添加した。50℃を超えないように温度を調整した。グリシドールを完全に添加した後、50℃で20分間混合物を撹拌した。残留アルコラートを加水分解するために、50mLの水を添加した。生成物を飽和塩化ナトリウム溶液および水で数回洗浄し、残留反応体および水を除去するために減圧した。収率:77%。1H-NMR(CDCl3, xy MHz):δ(pp)=1.6-1.8(4 H, mid-CH2ブチル)、3.40-3.75(2 H, CH2-O-ビニル + 2 H, CH2-O-グリセリル + 1 H, CH-OH + 1 H, CH2-OH + O-CH2-CHOH + 2x 1 H, OH)、3.85(1 H, CH2-OH)、3,99(1 H, CH2=CH-O trans)、4.19(1 H, CH2=CH-O cis)、6.47(1 H, CH2=CH-O gemi)、残留エポキシドピークは観察されなかった。
実施例4a:4−グリシジルブチルビニルエーテル(GBVE)の合成
116.16g(1moL)のHBVEおよび10.51(0.05mmoL)のテトラブチルアンモニウムブロミドを、均圧機器付き滴下漏斗を用いて1L容の丸底フラスコに導入した。300mLのトルエンおよび300mLの50%水酸化ナトリウム水溶液の混合物を添加した。反応混合物を氷浴で冷却し、迅速に撹拌した。148.16g(2moL)のエピクロロヒドリンをゆっくり添加し、得られたエマルションを室温で16時間にわたって撹拌した。有機相を、飽和塩化ナトリウム溶液および水で数回洗浄した。溶媒を減圧下で除去し、無色の液体を得るために、生成物を減圧蒸留によって精製した。収率:66%。1H-NMR(CDCl3, 400 MHz):δ(ppm)=1.6-1.8(4 H, mid-CH2ブチル)、2.60(1 H, CH2エポキシド)、2.79(1 H, CH2エポキシド)、3.14(1 H, CHエポキシド)、3.38(1 H, CH2グリシジルエーテル)、3.53(2 H, CH2-O-グリシジル)、3.65-3.75(2 H, CH2-O-ビニル + 1 H, CH2グリシジルエーテル)、3.97(1 H, CH2=CH-O trans)、4.17(1 H, CH2=CH-O cis)、6.47(1 H, CH2=CH-O gemi)。
実施例4b:4−グリシジルカーボネートブチルビニルエーテル(GBVE)の合成
文献(Poly. Chem., 2013, 4, 第4545頁〜第4561頁)に記載されている方法で、17.22g(0.1moL)の4−グリシジルブチルビニルエーテルへのCO導入により、4−グリシジルカーボネートブチルビニルエーテル(GCBVE)を合成した。収率:87%。1H-NMR(CDCl3, 400 MHz):δ(ppm)=1.6-1.8(4 H, mid-CH2ブチル)、3.55(2 H, CH2-O-グリシジルカーボネート)、3.62(1 H, CH2-カーボネート)、3.70(2 H, CH2-O-ビニル + 1 H, CH2-カーボネート)、3.99(1 H, CH2=CH-O trans)、4.19(1 H, CH2=CH-O cis)、4.39(1 H, CH2カーボネート)、4,50(1 H, CH2カーボネート)、4.82(1 H, CHカーボネート)、6.46(1 H, CH2=CH-O gemi)、2.5-3.5(CH2/CHエポキシド)。積分は2%未満の残留エポキシを示した。
実施例5:ヘキサメチレンジアミンを用いたGCBVEの開環によるポリオールの合成
10.81g(50mmoL)のGCBVEおよび2.95g(25mmoL)のヘキサメチレンジアミンを丸底フラスコに導入し、80℃で9時間加熱した。IRスペクトルのカーボネート-C=O原子価振動バンドの消失によって、転化を観察した。収率:定量的。
実施例6:ビニルエーテル官能化ポリウレタンの合成
それぞれ15〜40gのバッチで、ポリウレタンを合成した。数平均分子量M=5000g/moLを有するNCO末端プレポリマーが得られるように、化学量論を計算した。ポリオールを、75℃で真空下、小さい丸底フラスコにおいて乾燥した。次いで、イソシアネート化合物を40℃で添加した。混合物の試料を、IRスペクトル測定のために採取した。約2550cm−1でのN=C=O原子価振動に対応するバンドを積分し、イソシアネート基の原初濃度と相関させた。次いで、触媒(50mg/100g生成物、乾燥アセトン中50%溶液として)を添加し、混合物を注意深く80℃に加熱した。1時間の反応時間後、IRスペクトル法を用いて所望のイソシアネート濃度を確認するために、アリコートを採取した。生成物中における過剰のヒドロキシル基を回避するために、化学量論量の90%の末端キャップ剤を添加し、30分後、IRスペクトル法によってイソシアネートのほぼ完全な転化を確認するために、別の試料を採取した。その後、50%のポリウレタン含有量となるように、生成物を乾燥アセトンで希釈した。収率:95%。
実施例7:ビニルエーテル官能化ポリウレタンの合成
実施例1において合成したビニルエーテルポリオールの10.00gを、75℃で減圧下、脱気した。次いで、40℃で5.82gのイソホロンジイソシアネート(Merck、99%)および0.0162gのFomrez catalyst UL-28(Momentive)を添加し、混合物を80℃にゆっくり加熱した。側鎖ビニルエーテル官能化ポリウレタンプレポリマー(sc−VEPU)を得た。1時間後、末端イソシアネート基をHBVEにより転化し、それによって更なる末端ビニルエーテル基を形成するために、0.62gの4−ヒドロキシブチルビニルエーテルを添加し、反応混合物を更に30分間撹拌した。この合成は、図1に概略的に示されている。M=5000g/moLで、約16.5の平均ビニルエーテル官能価が得られた。
比較のために、ビニルエーテル末端ポリウレタン(t−VEPU)および不活性アルキル末端ポリウレタン(i−PU)を、末端基キャップ剤として1−ヘプタノールまたはHVBEを用いて、IPDIおよびポリプロピレングリコール(PPG)(Dow Chemical, Voranol 2000 L, 2000g/moL)から合成した。t−VEPUについて、2のビニルエーテル官能価を得た。
以下のとおり、硬化を実施した:1.98gのビニルエーテル側鎖官能化ポリウレタン(sc−VEPU)を0.02gのOmnicat 440(IGM)および2gのアセトン(溶媒)と混合し、次いで、アセトンを減圧下で除去した。不粘着性フィルムを得るために、表面上に薄いフィルムとして組成物を適用し、紫外線を照射して硬化させた(Omnicure S2000SC、10秒)。ガラス表面に適用し、硬化させたsc−VEPUフィルムを図2bに示す。この図は、上記方法により、高度に透明な無色フィルムが製造できたことを示している。
実施例8:水和ビニルエーテルポリオール(hsc−VEPU)の合成
実施例1のVEOH(0.02moL/L)のメタノール中溶液を、連続水和のためのHC-2.SS H-Cubeデバイス(ThalesNano)を用いて水和した。水の電気分解によって必要量の水素を生成させた後、乾燥させた。次いで、反応体の溶液に、混合チャンバー内で25℃、20barの圧力下、水素を充填し、10%のPd/C(CatCart 30)触媒カートリッジを含む反応チャンバーに1.2mL/分の一定流速で供給した。減圧下でメタノールを除去した。収率:98%。1H-NMR(CDCl3, 400 MHz):δ(ppm)=1.2(6H, CH3)、1.6-1.8(12H, mid-CH2ブチル)、3.4-3.55(24H, CH2-O-CH2)、3.93(2H, CH-O)、4.19 & 6.46(残留ビニルエーテル、ピーク積分は1〜2%の残留を示した)。この合成は、図1に概略的に示されている。
次いで、末端イソシアネート基をHBVEにより転化し、それによって末端ビニルエーテル基を形成するために、4−ヒドロキシブチルビニルエーテルを添加し、反応混合物を更に30分間撹拌した。hsc−VEPUについて、2のビニルエーテル官能価を得た。
実施例9:UV−NIRレオメトリー
粘弾性および紫外線開始後の近赤外線(NIR)スペクトル吸収の同時測定を、レオメーターおよびScherzer(Scherzer, T.; Schroeder, M. W. Proc. RadTech Europe 2009 Conference 2009)によって記載された実験装置を用いて実施した。Anton Paar MCR 302レオメーターを、Bruker MPA FT-NIR分光計およびOmnicure S 2000 SC光源(いずれもRheometerソフトウェアにより誘起される)と併せて使用した。この実験装置を、図2aに概略的に示す。石英製基板の中心に試料を配置し、20mmの直径を有するアルミニウム板を、0.3mmの初期ギャップを有する可動性スピンドルとして使用した。層間剥離を防ぐために試料の収縮中、自動ギャップ制御のためにゼロの垂直抗力を採用した。スピンドルの振動により、機械的データを得た。試料の弾性率は硬化中に桁違いに上昇するので、線形粘弾性的挙動を確保し、機器の限界から逸脱させないために、上昇測定プロフィルを使用した。紫外線の照射前、10Hzの周波数で30秒間、10%の正弦波引張応力を適用した。透明基板を通して実施した紫外線の照射中、引張応力を10秒以内に10%から0.1%に低下させ、機械的データを1s−1の割合で記録した(上昇測定プロフィルは、不活性ヘプタノールキャップポリウレタンに適用しなかった)。紫外線が試料に10秒間照射させるよう、紫外線光源を設定した。石英板表面における2mWcm−2UVC(189mWcm−2UVA−C)の強度は、分光放射計(OpSyTec Dr. Goebel)を用いて定期的にチェックした。紫外線の照射後、後硬化の進行を、0.1%の引張応力下で200秒間記録した。次いで、いくつかの試料を更に10秒間照射し、後硬化を再び記録した。試料からの溶解ガスの除去は試みず、機器における空気雰囲気(HO:1.1mg/m)中で測定を記録した。比較のために、窒素雰囲気(N:<99.9996%、O:<0.5ppm、HO:<1ppm)下で実験を行った。約2スペクトルs−1の一定記録速度、16cm−1の分解能で、NIRスペクトルを記録した。相対的ビニルエーテル濃度を、約6200cm−1でのC=C伸縮振動の積分ピーク面積から計算した。照射前のスペクトルにおけるこのピークの平均値を100%とした。
図2cは、合成したポリウレタン類であるi−PU、t−VEPU、sc−VEPUおよびhsc−VEPU(実施例6〜8を参照)のレオメトリープロットを示す。10秒の照射時間は、線図において灰色に着色された領域により示されている。予想どおり、i−PUは貯蔵弾性率の上昇を示さなかった。試料全てにおける照射時の貯蔵弾性率の僅かな低下は、おそらく、光の吸収または光開始剤の分解に起因する熱の影響であり、切断された開始剤の断片が軟化剤として作用し得たものである。t−VEPUは、貯蔵弾性率について、照射と初期の迅速な上昇との間に約10秒間の遅延を示した。酸素または空気湿度の影響を排除するために乾燥窒素下で末端官能化PUを硬化させた場合、向上は観察されなかった。遅延は比較的緩慢な初期反応に起因している可能性があり、同様の挙動は側鎖官能化試料についても観察された。t−VEPUは少量のウレタン結合および約82重量%のPPGセグメントを有するので、その化学構造の故に、t−VEPUは比較的低い初期貯蔵弾性率を有する。従って、貯蔵弾性率は紫外線の照射中に桁違いに上昇できたが、不粘着性フィルムが得られる限界値を示すDahlquist基準(Dahlquist, C. A., Tack. In Adhesion Fundamentals and Practice, 1969;第143頁〜第151頁)は超えなかった。硬化t−VEPUの粘着性は、可撓性ポリマー鎖が末端反応性基を介して十分強固に架橋できなかったことを示している。ビニルエーテルC=C二重結合の伸縮振動の第一調和は、6200cm−1での比較的鋭い吸収バンドとしてNIRスペクトルに見られた。(Workman, J.; Weyer, L., Alkenes and Alkynes. In Practical Guide and Spectral Atlas for Interpretive Near-Infrared Spectroscopy, Second Edition, CRC Press: 2012; 第33頁〜第38頁; Scherzer, T.; Buchmeiser, M. R. Macromolecular Chemistry and Physics 2007, 208, (9), 946-954)。積分ピーク面積の分析は、ビニルエーテルの消費を示している。しかしながら、低濃度の末端基の故に、信号/バックグラウンド比は、転化を正確に計算するには低すぎた。
ポリウレタン主鎖の影響を調べるために、もっぱら末端ビニルエーテル基を有するhsc−VEPUを調製した。水和VEOHの短ポリオール構造によって、硬質ウレタンセグメントのより高い含有量の方向に組成はシフトし、これは、より強い分子間相互作用およびより高い初期粘度をもたらした。従って、その貯蔵弾性率は、初期に著しくより高く、紫外線照射後により低い速度で上昇した。これは、官能基部の低い可動性、およびより緩慢な拡散動力学に起因し得る。マクロモノマーは特に、上昇した粘度に強く影響を受ける。一方、より緩慢な反応は明らかに後硬化を示す。硬化hsc−VEPUは、t−VEPUより大きい貯蔵弾性率を示すにもかかわらず、なおも僅かに粘着性であった。
一方、高品質ビニルエーテル官能化sc−VEPUは、同等の主鎖構造により不粘着性フィルムに硬化し、達成され得る高架橋速度の直接的な結果として、優れた貯蔵弾性率を示し、これは、建築材料としての適合性に特に重要である。
図3は、異なった温度(25℃、40℃および60℃)でのインサイチュNIR測定による貯蔵弾性率および相対的ビニルエーテル含有量の変化に対する側鎖官能化ポリウレタン(sc−VEPU)の硬化を示しており、測定はより高い温度で促進された。25℃および40℃で、約48%および75%の転化率が初期照射後に達成されている。第二照射により、転化は約70%および90%に上昇させることができた。架橋領域における活性鎖末端部は、封止され、従って残留ビニルエーテル基のために利用できなくなったと考えられる。第二照射により、後にほとんど架橋されず、この時点でより可動性である新たな重合性基が生じた。1つの注目すべき機械的に重要な結果は、60℃でsc−VEOH重合がほぼ完全な転化まで極めて迅速に起こったことである。従って、その停止からの強い影響は、対応する停止反応が進行する反応より高い活性化エネルギーを有し、それ故に高温でより強く促進されるので、排除することができる。
図3における残留ビニルエーテル濃度の僅かに負の値は、スペクトルの凸領域におけるピークの完全な消失に由来する(図4を参照)。図4は、60℃での紫外線開始硬化によるsc−VEPU(実施例7)のNIRスペクトルを示す。NIRスペクトルは、先に記載したUV−NIRレオメーター装置を用いて記録し、試料は30〜40秒間照射した。この時点で上昇した総合強度は3.7%の試料の収縮と相関している。6200cm−1でのピークは、C−H縦振動の第一調和と相関関係があり、紫外線照射後の重合中に低下した。
測定結果を図5〜8に示す。
図5は、i−PU合成(不活性アルキル末端ポリウレタン)のIRスペクトルを示す。このポリウレタンは、実施例6に記載されているとおりイソホロンジイソシアネート(IPDI)およびポリプロピレングリコール(PPG)から出発し、1−ヘプタノールにより停止して合成した(図1)。イソシアネートの添加後(反応体)、1時間の反応時間後(プレポリマー)、および停止剤の添加から30分後(停止)にスペクトルを記録した。いくつかの構造的関連ピークを相関させた。2550cm−1でのN=C=O原子価振動に対応する積分ピーク面積、および化学量論から計算した関連モル量は、以下のとおりであった。
Figure 2017529436
図6は、t−VEPU合成(ビニルエーテル末端ポリウレタン)のIRスペクトルを示す。このポリウレタンは、実施例6に記載されているとおりIPDIおよびPPGから出発し、4−ヒドロキシブチルビニルエーテルにより停止して合成した(図1)。イソシアネートの添加後(反応体)、1時間の反応時間後(プレポリマー)、および停止剤の添加から30分後(停止)にスペクトルを記録した。いくつかの構造的関連ピークを相関させた。2550cm−1でのN=C=O原子価振動に対応する積分ピーク面積、および化学量論から計算した関連モル量は、以下のとおりであった。
Figure 2017529436
図7は、sc−VEPU合成(側鎖ビニルエーテル官能化ポリウレタン)のIRスペクトルを示す。このポリウレタンは、実施例7に記載されているとおりIPDIおよびVEOHから出発し、4−ヒドロキシブチルビニルエーテルにより停止して合成した(図1)。イソシアネートの添加後(反応体)、1時間の反応時間後(プレポリマー)、および停止剤の添加から30分後(停止)にスペクトルを記録した。いくつかの構造的関連ピークを相関させた。1615cm−1でのビニルエーテルのC=C軸振動バンドは明らかに、比較的高いビニルエーテル濃度を示し、合成条件下でビニルエーテルが消費されなかったことを示している。2550cm−1でのN=C=O原子価振動に対応する積分ピーク面積、および化学量論から計算した関連モル量は、以下のとおりであった。
Figure 2017529436
所定の条件下で反応が良好に制御できたことが分かる。
図8は、hsc−VEPU合成(水和側鎖ビニルエーテル官能化ポリウレタン)のIRスペクトルを示す。このポリウレタンは、実施例7に記載されているとおりIPDIおよびVEOHから出発し、4−ヒドロキシブチルビニルエーテルにより停止して合成した。次いで、水和した(図1)。イソシアネートの添加後(反応体)、1時間の反応時間後(プレポリマー)、および停止剤の添加から30分後(停止)にスペクトルを記録した。いくつかの構造的関連ピークを相関させた。1615cm−1でのビニルエーテルのC=C軸振動バンドは、hsc−VEPUが少量の残留ビニルエーテル基しか有さないことを示している。2550cm−1でのN=C=O原子価振動に対応する積分ピーク面積、および化学量論から計算した関連モル量は、以下のとおりであった。
Figure 2017529436

Claims (16)

  1. 少なくとも1つのアルケニルエーテル基、特に1−アルケニルエーテル基、および少なくとも2つのヒドロキシル基(-OH)を有するアルケニルエーテルポリオールの製造方法であって、
    A)少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに-OH、-COOH、-SH、-NHおよびそれらの誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、(i)エポキシドまたは(ii)環式カーボネート若しくはその誘導体により転化するか;または
    B)少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに(i)エポキシ基および(ii)環式カーボネート基またはその誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、アルコール、チオール、カルボン酸またはアミン或いはそれらの誘導体により転化する
    ことによる製造方法。
  2. アルケニルエーテルポリオールは、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに-OH、-COOH、-SH、-NHおよびそれらの誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、(i)エポキシドまたは(ii)環式カーボネート若しくはその誘導体により転化することによって製造され、
    アルケニルエーテルポリオールは、式(I):
    Figure 2017529436
    [式中、Rは、少なくとも二価の有機基、特に少なくとも二価の直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
    は、任意に少なくとも1つの-OH基および/または1〜1000個の炭素原子を有してよい有機基、特に場合により二価または多価の、直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
    Xは、O、S、C(=O)O、OC(=O)O、C(=O)OC(=O)O、NR、NRC(=O)O、NRC(=O)NRまたはOC(=O)NRを意味し、
    RおよびR’はそれぞれ独立して、H、C1〜20アルキルおよびC2〜20アルケニルの中から選択され、特にRおよびR’の1つはHであって、もう1つはC1〜4アルキルであるか、または両方がHであり、
    A、BおよびCはそれぞれ独立して、CR”R”’の中から選択され、
    R”およびR”’は独立して、H、官能基および有機基、特にHおよびC1〜20アルキルの中から選択されるか、或いはR”およびR”’は一緒にまたはそれらが結合している炭素原子を伴って有機基であるか、或いは隣接した炭素原子の間に二重結合を形成するために隣接した炭素原子に結合したR”およびR”’の2つは一緒に結合を形成し、
    Figure 2017529436
    は一重結合または二重結合であり、二重結合の場合はRに結合している炭素原子はもっぱら1つの置換基R”またはR”’を有し、
    mは1〜10の整数、好ましくは1であり、
    n、pおよびoはそれぞれ0または1〜10の整数であり、n+p+oは1以上、特に1または2であり、
    はH、有機基または
    Figure 2017529436
    であり、
    XがNR(ここで、R
    Figure 2017529436
    で示される)でない場合、Rは-OHおよび
    Figure 2017529436
    の中から選択される少なくとも1つの置換基を有する]
    で示されるアルケニルエーテルポリオールであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに-OH、-COOH、-SH、NHおよびそれらの誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルは、式(II):
    Figure 2017529436
    [式中、Rは、少なくとも二価の有機基、特に少なくとも二価の直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
    は、-OH、-COOH、-SH、NHRおよびそれらの誘導体の中から選択される官能基であり、
    はHまたは有機基であり、
    RおよびR’はそれぞれ独立して、H、C1〜20アルキルおよびC2〜20アルケニルの中から選択され、特にRおよびR’の1つはHであって、もう1つはC1〜4アルキルであるか、または両方がHであり、
    mは1〜10の整数、好ましくは1である]
    で示されるアルケニルエーテルであることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
  4. 式(II)で示されるアルケニルエーテルにおいて、
    mは1であり、
    は-OHまたは-NH、好ましくは-OHであり、
    は二価の直鎖または分岐C1〜10アルキル基、特にエチル、プロピル、ブチル、ペンチルまたはヘキシルであり、
    RおよびR’の1つはHであって、もう1つはHまたは-CHである
    ことを特徴とする、請求項3に記載の方法。
  5. エポキシドは、式(III):
    Figure 2017529436
    [式中、Rは、任意に少なくとも1つの-OH基を有してよい有機基、特に場合により二価または多価の、直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
    qは1〜10の整数、好ましくは1または2である]
    で示されるエポキシドであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 式 (III)で示されるエポキシドにおいて、
    qは1または2であり、
    qが2の場合、Rは-CH-O-C1〜10アルキレニル-O-CH-であり、
    qが1の場合、Rは-CH-O-C1〜10アルキルである
    ことを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 環式カーボネートは、式(IV):
    Figure 2017529436
    [式中、Rは、任意に少なくとも1つの-OH基を有してよい有機基、特に場合により二価または多価の、直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキル、より好ましくはC1〜10ヒドロキシアルキルであり、
    Figure 2017529436
    は一重結合または二重結合、好ましくは一重結合であり、
    dは0または1、好ましくは0であり、
    rは1〜10の整数、好ましくは1または2である]
    で示されるエチレンカーボネートであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  8. (i)Xは-NHまたはその誘導体であり、かつqまたはrは1であり、
    (ii)Xは-OHまたはその誘導体であり、かつqまたはrは2である
    ことを特徴とする、請求項3〜7のいずれかに記載の方法。
  9. アルケニルエーテルは、少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに(i)エポキシ基および(ii)環式カーボネート基またはその誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルを、アルコール、チオール、カルボン酸またはアミン或いはそれらの誘導体により転化することによって製造され、
    アルケニルエーテルポリオールは、式(V):
    Figure 2017529436
    [式中、Rは、少なくとも二価の有機基、特に少なくとも二価の直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
    は、任意に1〜1000個の炭素原子を有してよい有機基、特に場合により二価または多価の、直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキル、或いは式:-O-[CHRaCH2O]b-Rb〔式中、RはHまたはC1〜4アルキル基であり、RはHまたは式:
    Figure 2017529436
    であり、bは1〜100である〕で示される(ポリ)アルキレングリコールであり、
    Xは、O、S、OC(=O)、OC(=O)O、OC(=O)OC(=O)、NR、NRC(=O)O、NRC(=O)NRまたはOC(=O)NRであり、
    RおよびR’はそれぞれ独立して、H、C1〜20アルキルおよびC2〜20アルケニルの中から選択され、特にRおよびR’の1つはHであって、もう1つはC1〜4アルキルであるか、または両方がHであり、
    AおよびBはそれぞれ独立して、CR”R”’の中から選択され、
    R”およびR”’は独立して、H、官能基および有機基、特にHおよびC1〜20アルキルの中から選択されるか、或いはR”およびR”’は一緒にまたはそれらが結合している炭素原子を伴って有機基であるか、或いは隣接した炭素原子の間に二重結合を形成するために隣接した炭素原子に結合したR”およびR”’の2つは一緒に結合を形成し、
    mは1〜10の整数、好ましくは1であり、
    sおよびtはそれぞれ0または1〜10の整数であり、s+tは1以上、特に1または2であり、
    はH、有機基または
    Figure 2017529436
    であり、
    XがNR(ここで、R
    Figure 2017529436
    で示される)でない場合、Rは-OHおよび
    Figure 2017529436
    の中から選択される少なくとも1つの置換基を有する]
    で示されるアルケニルエーテルポリオールであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  10. 少なくとも1つのアルケニルエーテル基、並びに(i)エポキシ基および(ii)環式カーボネート基またはその誘導体の中から選択される少なくとも1つの官能基を有するアルケニルエーテルは、式(VI)または(VII):
    Figure 2017529436
    [式中、Rは、少なくとも二価の有機基、特に少なくとも二価の直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
    RおよびR’はそれぞれ独立して、H、C1〜20アルキルおよびC2〜20アルケニルの中から選択され、特にRおよびR’の1つはHであって、もう1つはC1〜4アルキルであるか、または両方がHであり、
    dは0または1、好ましくは0であり、
    mは1〜10の整数、好ましくは1である]
    で示されるアルケニルエーテルであることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
  11. 式(VI)または(VII)で示されるアルケニルエーテルにおいて、Rは-C1〜10アルキレニル-O-CH-であることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
  12. アルケニルエーテルはアルコールにより転化され、アルコールは、ジオールまたはポリオールまたは対応するアルコラート、特に式:HO-[CHRaCH2O]b-H[式中、RはHまたはC1〜4アルキル基であり、bは1〜100、特に1〜10である]で示されるポリアルキレングリコールであることを特徴とする、請求項10または11に記載の方法。
  13. 式(I)または(V):
    Figure 2017529436
    [式中、Rは、少なくとも二価の有機基、特に少なくとも二価の直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
    は、任意に少なくとも1つの-OH基および/または1〜1000個の炭素原子を有してよい有機基、特に場合により二価または多価の、直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキルであり、
    は、任意に1〜1000個の炭素原子を有してよい有機基、特に場合により二価または多価の、直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子を有するアルキル、或いは直鎖または分岐、置換または非置換の1〜20個の炭素原子および少なくとも1個の酸素または窒素原子を有するヘテロアルキル、或いは式:-O-[CHRaCH2O]b-Rb〔式中、RはHまたはC1〜4アルキル基であり、RはOHまたは
    Figure 2017529436
    であり、bは1〜100である〕で示される(ポリ)アルキレングリコールであり、
    式(I)において、Xは、O、S、C(=O)O、OC(=O)O、C(=O)OC(=O)O、NR、NRC(=O)O、NRC(=O)NRまたはOC(=O)NRであり、
    式(V)において、Xは、O、S、OC(=O)、OC(=O)O、OC(=O)OC(=O)、NR、NRC(=O)O、NRC(=O)NRまたはOC(=O)NRであり、
    RおよびR’はそれぞれ独立して、H、C1〜20アルキルおよびC2〜20アルケニルの中から選択され、特にRおよびR’の1つはHであって、もう1つはC1〜4アルキルであるか、または両方がHであり、
    A、BおよびCはそれぞれ独立して、CR”R”’の中から選択され、
    R”およびR”’は独立して、H、官能基および有機基、特にHおよびC1〜20アルキルの中から選択されるか、或いはR”およびR”’は一緒にまたはそれらが結合している炭素原子を伴って有機基であるか、或いは隣接した炭素原子の間に二重結合を形成するために隣接した炭素原子に結合したR”およびR”’の2つは一緒に結合を形成し、
    Figure 2017529436
    は一重結合または二重結合であり、二重結合の場合はRに結合している炭素原子はもっぱら1つの置換基R”またはR”’を有し、
    mは1〜10の整数、好ましくは1であり、
    n、pおよびoはそれぞれ0または1〜10の整数であり、n+p+oは1以上、特に1または2であり、
    sおよびtはそれぞれ0または1〜10の整数であり、s+tは1以上、特に1または2であり、
    はH、有機基または
    Figure 2017529436
    であり、
    XがNR(ここで、R
    Figure 2017529436
    で示される)でない場合、Rは-OHおよび
    Figure 2017529436
    の中から選択される少なくとも1つの置換基を有し、
    は、H、有機基または
    Figure 2017529436
    であり、
    XがNR(ここで、R
    Figure 2017529436
    で示される)でない場合、Rは-OHおよび
    Figure 2017529436
    の中から選択される少なくとも1つの置換基を有する]
    で示されるアルケニルエーテルポリオール。
  14. アルケニルエーテルポリオールは請求項1〜12のいずれかに記載の方法によって得られることを特徴とする、請求項13に記載のアルケニルエーテルポリオール。
  15. 請求項13または14に記載のアルケニルエーテルポリオールの、重付加または重縮合反応による放射線架橋性オリゴマーまたはポリマーを合成するための、特にUV硬化性およびEB硬化性のポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタンおよびポリウレア、特に好ましくは紫外線硬化性ポリウレタンを合成するための使用。
  16. 請求項13または14に記載の少なくとも1つのアルケニルエーテルポリオールを、ポリイソシアネートにより転化することによって得られる紫外線硬化性ポリウレタンポリマー。
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