JP2021063163A - 重合性組成物、重合物、レンズ、コーティング剤、化合物の製造方法および化合物 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、イソシアネート化合物に関連する技術としては、特許文献1が挙げられる。
かかる状況のもと、本発明では、新規なイソシアネート化合物、および、これを用いた重合性組成物、重合物、レンズ、コーティング剤、ならびに、イソシアネート化合物の製造方法を提供することを目的とする。
<1>式(1)で表される化合物と、ポリオールおよびポリチオールの少なくとも一方を含む、重合性組成物。
<2>前記式(1)で表される化合物が、式(1−1)で表される化合物を含む、<1>に記載の重合性組成物。
<3>前記式(1)で表される化合物として、前記式(1)において、RA〜RDのうち少なくとも1つが、水素原子である化合物を含む、<1>または<2>に記載の重合性組成物。
<4>前記式(1)で表される化合物が、式(2)で表される化合物を含む、<1>〜<3>のいずれか1つに記載の重合性組成物。
<7><6>に記載の重合物を含むレンズ。
<8><6>に記載の重合物を含むコーティング剤。
<9>式(4)で表される化合物に対して、ホスゲンを反応させることを含む、イソシアネート化合物の製造方法。
<10>式(4)で表される化合物が、式(4−1)で表される化合物を含む、<9>に記載のイソシアネート化合物の製造方法。
<11>式(1)で表される化合物。
<12>式(1)で表される化合物が、式(1−1)で表される化合物である、<11>に記載の化合物。
<13>前記式(1)で表される化合物は、前記式(1)において、RA〜RDのうち少なくとも1つが、水素原子である化合物である、<11>に記載の化合物。
<14>式(1)で表される化合物が、式(2)で表される化合物である、<11>に記載の化合物。
本明細書において、各種物性値および特性値は、特に述べない限り、23℃におけるものとする。
本発明の化合物は、式(1)で表される化合物である。このような新規なイソシアネート化合物を用いることにより、各種用途への応用が期待できる。特に、ポリウレタンやポリチオウレタンの原料として期待される。
式(1)および式(1−1)の好ましい他の実施形態の一例は、RA〜RDのうち少なくとも2つは、エチル基であり、RA〜RDのうち少なくとも1つは、水素原子である。水素原子を少なくとも1つ含む構成とすることにより、イソシアネート基の反応性が向上し、水中でのハンドリング性とアルコール、チオール類との反応性のバランスが良好になる傾向にある。
式(1)で表される化合物が混合物である場合、式(1)で表される化合物であって、RA〜RDのうち、3つまたは4つがエチル基である化合物の合計割合が、式(1)で表される化合物の合計量の80質量%以上(好ましくは90質量%以上)である混合物が例示される。
さらには、式(1)で表される化合物であって、RA〜RDのうち、3つがエチル基である化合物の合計割合が、式(1)で表される化合物の合計量の80質量%以上(好ましくは90質量%以上)である混合物が例示される。
また、式(1)で表される化合物であって、RA〜RDのうち、4つがエチル基である化合物の合計割合が、式(1)で表される化合物の合計量の80質量%以上(好ましくは90質量%以上)である混合物が例示される。
上記式(1)で表される化合物は、公知の方法で製造できる。イソシアネート化合物の製造方法としては、例えば、式(4)で表される化合物に対して、ホスゲンを反応させることを含む製造方法が挙げられる。
式(4)で表される化合物は、原料ジアミンであり、式(4)におけるRA〜RDは、式(1)におけるRA〜RDと同義であり、好ましい範囲も同様である。
式(4)で表される化合物は、式(4−1)で表される化合物であることが好ましい。
式(4−1)中、RA〜RDは、式(1)におけるRA〜RDと同義であり、好ましい範囲も同様である。
前記塩基は、炭酸ルビジウム、水酸化ルビジウム、炭酸セシウム、および、水酸化セシウムからなる群より選択される1種以上のアルカリ金属含有化合物と、金属ナトリウムとを含有する塩基組成物であることが好ましい。上記塩基組成物における、アルカリ金属含有化合物と、金属ナトリウムとを含有する塩基組成物は、さらに、アルカリ土類金属含有化合物(周期表第2元素を含有する化合物)を含有することが好ましい。アルカリ土類金属含有化合物(C)は、Mc(OH)2、McCO3、McO(Mcはアルカリ土類金属)がより好ましく、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、および、炭酸マグネシウムからなる群より選択される1種以上のアルカリ土類金属含有化合物を含有することがさらに好ましい。アルカリ土類金属含有化合物を含有することにより、塩基組成物のべたつきを抑え、ハンドリング性を向上することができる。
式(4)で表される化合物を、上記のような製造方法で製造するにより、芳香環に結合しているアルキル基のα位の炭素原子のエチレン化率の高いジアミンが得られ、結果として、エチレン化率の高いイソシアネート化合物が得られる。
式(4)で表される化合物としては、以下の化合物が例示される。
式(4)で表される化合物が混合物である場合、式(4)で表される化合物であって、RA〜RDのうち、3つまたは4つがエチル基である化合物の合計割合が、式(4)で表される化合物の合計量の80質量%以上(好ましくは90質量%以上)である混合物が例示される。
さらには、式(4)で表される化合物であって、RA〜RDのうち、3つがエチル基である化合物の合計割合が、式(4)で表される化合物の合計量の80質量%以上(好ましくは90質量%以上)である混合物が例示される。
また、式(4)で表される化合物であって、RA〜RDのうち、4つがエチル基である化合物の合計割合が、式(4)で表される化合物の合計量の80質量%以上(好ましくは90質量%以上)である混合物が例示される。
本発明では、式(4)で表される化合物に、ホスゲンを反応させて、式(1)で表される化合物を得ることができる。例えば、式(4)で表される化合物と、塩酸を溶剤中で反応させて式(4)で表される化合物と塩酸の塩を得て、その後、これをホスゲンと反応させて式(1)で表される化合物を合成することができる。溶剤としては、芳香族系溶剤やエステル系溶剤が例示され、芳香族系溶剤が好ましく、キシレンがより好ましい。
式(4)で表される化合物とホスゲンの反応は、例えば、100〜170℃で行うことができる。
式(1)で表される化合物は、ポリオールやポリチオールと共に重合性組成物として用いることができる。すなわち、本発明は、式(1)で表される化合物と、ポリオールおよびポリチオールの少なくとも一方を含む、重合性組成物に関する。
重合性組成物に含まれる式(1)で表される化合物の含有量は、溶剤を除く成分中、下限値が、30質量%以上であることが好ましく、35質量%以上であることがより好ましい。また、前記式(1)で表される化合物の含有量の上限値は、溶剤を除く成分中、55質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましい。
重合性組成物には、式(1)で表される化合物が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。2種以上含まれている場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
ポリオールとしては、具体的には、ポリアルキレングリコール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール等が例示される。また、ポリオールとしては、国際公開第2018/061658号の段落0026〜0037、国際公開第2018/021394号の段落0134〜0233の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
ポリチオールとしては、具体的には、ヘキサンジチオール、デカンジチオール、1,4−ブタンジオールビスチオプロピオネート、1,4−ブタンジオールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、トリメルカプトプロピオン酸トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、1,4−ジメチルメルカプトベンゼン、2、4、6−トリメルカプト−s−トリアジン、2−(N,N−ジブチルアミノ)−4,6−ジメルカプト−s−トリアジンなどが挙げられる。また、ポリチオールとしては、特開2019−119860号公報の段落0020〜0041の記載、特開2017−211547号公報の段落0078〜0081を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
重合性組成物には、ポリオールおよびポリチオールのいずれか1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。また、ポリオールとポリチオールの混合物であってもよい。本発明の重合性組成物にポリオールおよび/またはポリチオールが2種以上含まれている場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
ウレタン化触媒およびチオウレタン化触媒としては、アミン系触媒、イミダゾール系触媒、ジアザシクロアミン塩系触媒、金属系触媒等が例示される。ウレタン化触媒およびチオウレタン化触媒の具体例は、特開2019−143150号公報の段落0034〜0037の記載、特開2016−222050号公報の段落0130〜0132の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
式(1)で表される化合物以外のイソシアネート化合物としては、国際公開第2017/208959号の段落0035〜0037の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明は、上記重合性組成物から形成された重合物にも関する。前記重合物の例には、ポリウレタン、ポリチオウレタンが含まれる。
重合性組成物を用いて重合物を製造する方法としては、公知のポリウレタンまたはポリチオウレタンの製造方法が採用できる。本発明では、重合性組成物を所望の型に適用して、成形加工することが好ましい。成形加工法としては、例えば、注型成形法、射出成形法、トランスファー成形法、などがあげられる。また、特開2019−131711号公報の段落0046〜0047の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の重合物をレンズに用いる場合、特開2017−095695号公報の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の重合物をコーティング材料に用いる場合、特開2015−206017号公報の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる、
<イソシアネート化合物の分析>
(1)ガスクロマトグラフィー(以下、「GC分析」ということがある)
装置:島津製作所製社製、GC−2025
カラム:アジレント・テクノロジー社製、CP−Sil8CBforAmines(0.25μm×0.25mm×30m)
カラム温度:80℃で2分間維持した後、8℃/分の速度で昇温し、150℃に達した後、5分間維持し、15℃/分の速度で昇温し、300℃に達した後、5分間維持した。
(2)飛行時間形質量分析(以下、「TOFMS分析」ということがある)
装置:日本電子社製、AccuTOF GCX
イオン化手法:FI+
(3)核磁気共鳴吸収法(1H−NMR、13C−NMR)
装置:BRUKER製、核磁気共鳴装置AVANCEII600MHz
重水素置換クロロホルム溶剤中で測定を行った。尚、後述のδ(ppm)は次式で表される化学シフトを示す。
δ(ppm)=106×(νS−νR)/νR
νS:試料の共鳴周波数(Hz)
νR:標準物質のトリメチルシラン(TMS)の共鳴周波数(Hz)
(4)赤外線(IR)スペクトル分析
装置:FT/IR−4100typeA
合成反応後溶剤を留去した粗生成物についてATR法を用いて、分析を実施した。
磁気撹拌子を備えた200mLのナスフラスコに窒素雰囲気下で、炭酸セシウム(Cs2CO3、富士フイルム和光純薬社製)23.375g、金属ナトリウム(Na、富士フイルム和光純薬社製)1.65g、酸化マグネシウム(MgO、富士フイルム和光純薬社製)17.6gを仕込んだ。このナスフラスコをアルミブロックヒータースターラーに設置して、250℃で、1時間加熱撹拌した後に、アルミブロックヒータースターラーから取り外した。上記ナスフラスコを空冷で室温まで冷却して、塩基組成物を得た。
冷却水循環ジャケット、撹拌翼を備えた500mLオートクレーブにアルゴン雰囲気下で、上記で得られた塩基組成物12.2g、および、テトラヒドロフラン(富士フイルム和光純薬社製、超脱水、安定剤不含グレード)25mLを入れた後、ジャケットに−5℃の冷媒を循環させ、内溶液温度を10℃とした。液温が1℃になるように氷冷した13.2gのα,α,α’−トリエチルメタキシリレンジアミンと80mLのテトラヒドロフランからなる原料溶液を窒素ガスの圧力によりオートクレーブ内に導入しジャケットに冷媒を循環させながら15分間700rpmで撹拌した。撹拌を継続しながらオートクレーブをエチレンガスボンベに接続し、エチレンガス(ジャパンファインプロダクツ社製、エチレン純度:99.9体積%超)を1.8MPaの圧力で充填した。冷媒の温度を20℃に変更し、24時間撹拌を継続し反応を行った。反応液に53mLのイソプロピルアルコールを加えて反応を停止し、No.5C桐山ろ紙で塩基組成物残渣を取り除いた。ろ液に300mLのクロロホルム(富士フイルム和光純薬社製)と200mLの純水を加えて、分液操作を行った後、有機層側を回収、エバポレーターを用いて溶剤を留去することで15.6gの粗生成物を得た。粗生成物を原料に120Paの減圧条件下で単蒸留を行い純度92%のα,α,α’,α’−テトラエチルメタキシリレンジアミンを得た。
冷却水循環ジャケット、撹拌翼を備えた500mLオートクレーブにアルゴン雰囲気下で、上記で得られた塩基組成物19.2g、および、テトラヒドロフラン(富士フイルム和光純薬社製、超脱水、安定剤不含グレード)30mLを入れた後、ジャケットに−5℃の冷媒を循環させ、内溶液温度を6℃とした。液温が1℃になるように氷冷した13.2gのメタキシリレンジアミン(東京化成工業社製)と75mLのテトラヒドロフランからなる原料溶液を窒素ガスの圧力によりオートクレーブ内に導入し、ジャケットに冷媒を循環させながら15分間700rpmで撹拌した。撹拌を継続しながらオートクレーブをエチレンガスボンベに接続し、エチレンガス(ジャパンファインプロダクツ社製、エチレン純度:99.9体積%超)を1.8MPaの圧力で充填した。冷媒の温度を20℃に変更し、24時間撹拌を継続し反応を行った。反応液に53mLのイソプロピルアルコールを加えて反応を停止し、No.5C桐山ろ紙で塩基組成物残渣を取り除いた。ろ液に300mLのクロロホルム(富士フイルム和光純薬社製)と200mLの純水を加えて、分液操作を行った後、有機層側を回収、エバポレーターを用いて溶剤を留去することで22g(α,α,α’−トリエチルメタキシリレンジアミン含有率54質量%)の粗生成物を得た。粗生成物を原料に40〜50Paの減圧条件下で精密蒸留を行い純度98%のα,α,α’−トリエチルメタキシリレンジアミンを得た。
合成例1で得られた純度92%のα,α,α’,α’−テトラエチルメタキシリレンジアミン5.00gにキシレンを加えた後、共沸脱水を行い水分量32質量ppm(カールフィッシャー水分計での分析結果)とした。次いで、キシレン溶剤中に塩化水素を導入して、上記ジアミンを塩酸塩とし、ホスゲンを吹き込み、120℃で1時間反応させた。ホスゲンと溶剤のキシレンを留去し、5.88gの粗生成物を得た。粗生成物を原料に260Paの減圧条件下で単蒸留を実施した結果、ガスクロマトグラフィー純度94%の化合物(2)を含有する無色透明の留分4.51gを取得した。
1H NMR(CDCl3、テトラメチルシラン)δ(ppm):0.771、0.786、0.800(12H、t、Ar−C(NCO)−CH2−CH3におけるCH3の水素)、1.948、1.962、1.977、1.992(8H、q、Ar−C(NCO)−CH2−CH3におけるCH2の水素)、7.198〜7.230(3H、Ar)、7.316〜7.347(1H、Ar)
13C NMR(CDCl3、テトラメチルシラン)δ(ppm):8.5、37.01、69.4、122.0、122.9、124.2、128.4、142.25
TOFMS分析:m/eの理論値(C18H24N2O2)として300.18323、実測値300.18486。
上記においてArはベンゼン環を示している(以下、同じ)。
IRスペクトル分析:2252cm-1(NCO伸縮振動)
合成例2で得られた純度98%のα,α,α’−トリエチルメタキシリレンジアミン5.00gにキシレンを加えた後、共沸脱水を行い水分量52質量ppm(カールフィッシャー水分計での分析結果)とした。次いでキシレン溶剤中に塩化水素を導入し、原料ジアミンを塩酸塩とし、ホスゲンを吹き込み、120℃で1時間反応させた。ホスゲンと溶剤のキシレンを留去し、5.96gの粗生成物を得た。粗生成物を原料に300Paの減圧条件下で単蒸留を実施した結果、ガスクロマトグラフィー純度96%の化合物(3)を含有する無色透明の留分4.33gを取得した。
1H NMR(CDCl3、テトラメチルシラン) δ(ppm):0.784、0.801、0.815(6H、t、Ar−C(NCO)−CH2−CH3におけるCH3の水素)、0.952、0.966、0.981(3H、t、Ar−CH(NCO)−CH2−CH3におけるCH3の水素)、1.825〜1.882(2H、m、Ar−CH(NCO)−CH2−CH3におけるCH2の水素)、1.942〜1.992(4H、m、Ar−C(NCO)−CH2−CH3におけるCH2の水素)、4.540、4.553、4.566(1H、t、Ar−CH(NCO)−CH2−CH3におけるCHの水素)7.193、7.211、7.243、7.246(3H、Ar)7.332、7.348、7.363(1H、Ar)。
13C NMR(CDCl3、テトラメチルシラン) δ(ppm):8.55、10.55、32.92、36.93、36.97、60.88、69.29、121.95、123.20、123.27、124.39、125.03、128.75、141.39、142.76。
TOFMS分析:m/eの理論値(C16H20N2O2)として272.15193、実測値272.15063。
IRスペクトル分析:2250cm-1(NCO伸縮振動)
ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート(東京化成工業社製)2.297gとα,α,α’,α’−テトラエチルメタキシリレンジイソシアネート2.703g、2−エチルヘキサン酸錫(II)(富士フイルム和光純薬社製)25mg、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン(東京化成工業社製)25mgを混合し重合性組成物を調製した。
<重合物の作製>
重合性組成物を脱気後、2.5mm厚の平板レンズ用モールドに注入し、オーブン中で昇温速度8℃/時間の条件で40℃から120℃まで昇温後、120℃で12時間保持する条件で加熱し重合硬化を進行させることで、重合物(ポリチオウレタン)(以下、「サンプル」と呼ぶ」)を作製した。得られたサンプルは無色透明であった。
重合物の評価は以下の方法により行った。
ガラス転移温度の測定:
サンプルを3mmに切り出し、直径1mmのピンに10gの加重を与え、30℃から10℃/分で昇温し、熱機械分析(TMA法)測定を行い、ガラス転移温度(℃)を測定した。
屈折率:
上記で得られたサンプルについて、カルニュー精密屈折計(KPR−2000)を用い温度25℃、湿度50%の条件で行った。屈折率の波長は、589.3nmのD線における値である。
黄色度(YI):
上記で得られたサンプル(厚み2.5mm)について、コニカミノルタ社製の分光測色計CM−5でYIを測定した。
ヘイズ値:
上記で得られたサンプル(厚み2.5mm)について、コニカミノルタ社製の分光測色計CM−5でASTM D1003に準拠して測定した。
各評価結果を表1に示す。
Claims (15)
- 前記式(1)で表される化合物として、前記式(1)において、RA〜RDのうち少なくとも1つが、水素原子である化合物を含む、請求項1または2に記載の重合性組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の重合性組成物から形成された重合物。
- 請求項6に記載の重合物を含むレンズ。
- 請求項6に記載の重合物を含むコーティング剤。
- 前記式(1)で表される化合物は、前記式(1)において、RA〜RDのうち少なくとも1つが、水素原子である化合物である、請求項11に記載の化合物。
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