JP2023541883A - バニリン(メタ)アクリレートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、バニリン(メタ)アクリレートおよびその誘導体または構造的に関連する化合物を高純度で製造するための改良された方法に関する。さらに本発明は、室温での架橋効率の向上を提供し、かつペイント/ワニスおよびコーティングに特に適しているエチルバニリン(メタ)アクリレートに関する。
Description
本発明は、バニリン(メタ)アクリレートおよびその誘導体または構造的に関連する化合物を高純度で製造するための新規の方法に関する。本方法は、資源効率が高いため、特に大規模合成に適している。さらに、本発明は、ペイント/ワニスおよび/またはコーティングに有利に適用可能なエチルバニリン(メタ)アクリレートに関する。
発明の背景
ポリマーラテックスまたはポリマー分散液は、水性コーティングにおいて広く使用されている。ポリマーラテックスまたはポリマー分散液を乾燥させることで凝集により皮膜が形成され、所望の機械的および物理的特性が得られる。水性組成物により形成される皮膜の特性を改善する方法の1つとして、架橋性ポリマーを含めることが挙げられる。架橋性ポリマーは、自己架橋性であってもよいし、ポリマーと反応する架橋剤の関与に依存してもよい。
ポリマーラテックスまたはポリマー分散液は、水性コーティングにおいて広く使用されている。ポリマーラテックスまたはポリマー分散液を乾燥させることで凝集により皮膜が形成され、所望の機械的および物理的特性が得られる。水性組成物により形成される皮膜の特性を改善する方法の1つとして、架橋性ポリマーを含めることが挙げられる。架橋性ポリマーは、自己架橋性であってもよいし、ポリマーと反応する架橋剤の関与に依存してもよい。
最近のコーティング材料は、架橋剤の添加により硬化して耐溶剤性が比較的高いコーティングを生じることができる、バニリン(メタ)アクリレートなどのカルボニル基を含むポリマーを含んでいる。
バニリン(メタ)アクリレート(VAL(M)A)は、バニリン(4-ヒドロキシ-3-メトキシベンズアルデヒド)の(メタ)アクリル酸エステルであり、現在重要な天然素材資源となっている。バニリンは、その生物学的利用能だけでなく、カルボニル部分がさらなる反応性や様々な後機能化ステップを可能にする多機能分子であることから有用である。化学的な観点からは、バニリン(メタ)アクリレートはフェノール誘導体の(メタ)アクリル酸エステルと表すことができる。したがって、VAL(M)Aの合成には、(メタ)アクリル酸クロリド(またはハロゲン化物全般)または(メタ)アクリル酸無水物のいずれかを使用することが必要である。どちらの経路も文献に記載されており、最近の一例では国際公開第2017/007883号が挙げられる。
VAL(M)Aは、有機ポリマーの製造において、ポリマー製造用のモノマーまたはコモノマーとして、およびポリマー製造用の反応性希釈剤として、例えば熱硬化性ポリマーにおいて使用することができる。不飽和ポリエステル樹脂(UPR)およびビニルエステル樹脂(VER)は、繊維強化複合材料に広く使用されている熱硬化性ポリマーである。例えば、UPRの世界市場での商取引量は約5,000キロ・トンであり、継続的な成長を遂げている。ビニルエステル樹脂(VER)は、優れた耐食性および耐劣化性、高いガラス転移温度、高い強度重量比、安価であることから、先端ポリマーコンポジットのマトリックス材料として様々な用途に広く使用されている。近年まで、ビニルエステル樹脂用の汎用モノマーを製造するための選択肢の資源は、石油化学物質であった。しかし、このような再生不可能な資源を使用し続けると、環境汚染や再生不可能な資源の枯渇が懸念される。また、ビニルエステル樹脂および不飽和ポリエステルのいずれでも、反応性希釈剤としてスチレンなどの石油系モノマーが広く使用されている。しかし、このような反応性希釈剤は、有害大気汚染物質(HAP)や揮発性有機化合物(VOC)とみなされることが多い。不飽和ポリエステル樹脂(UPR)やビニルエステル樹脂(VER)は、通常、フリーラジカル重合で硬化させる前に、反応性希釈剤としてのスチレン(最大50%の量)と混合される。しかし、スチレンは健康、安全および環境の面で懸念があるため大きな欠点がある。また、スチレンは再生不可能な資源である石油を原料としている。先行技術に付随する1つ以上の欠点を克服したスチレンの代替品が必要とされている。
持続可能で環境に優しいビニルエステル樹脂を開発するために、これらの樹脂の石油由来成分を代替する再生可能な構成要素を特定しようとする努力がより一層行われてきた。新規なバイオモノマーを製造するために、いくつかの再生可能資源(セルロース、デンプン、天然油など)が利用されてきた。しかし、これらのバイオモノマーの大半は脂肪族または脂環式であり、ポリマーの構造剛性や熱安定性が低くなる(例えば、M. Fache, et al., Green Chem 2014, 16, 1987参照)。
近年、石油系市販品と同等以上の特性を示す高性能ビニルエステル樹脂として、リグニンモデル化合物やカシューナッツ殻液由来の芳香族物質などのバイオ系フェノール化合物が注目されている。バニリンは、元来はバニラ・プランティフォリアビーンズの抽出物であり、食品、フレグランス、飲料および医薬品に最も広く使用されているフレーバーの1つである(例えば、C. Brazinha, et al., Green Chem 2011, 13, 2197参照)。ある種のバニリン誘導体は、主にその剛性の芳香族構造ゆえに、高性能ポリマーの再生可能な構成要素として使用されてきた。木材には約30%のリグニンが含まれており、自然界で最も豊富な原料の1つであるこのリグニンからバニリンを大量生産できるため、バイオ資源としてのバニリンを新規の高分子材料の製造に使用することが可能である。
バニリンは既に、例えばコーティング材料としてバニリンとメタクリル酸とのシュテークリヒエステル化により(E. Renbutsu, et al., Carbohyd Polym 2007, 69, 697)、バニリンと塩化メタクリロイルとのエステル化により(R. J. Patel, et al., Der Pharma Chemica 2013, 5, 63)、またはバニリンとメタクリル酸無水物との反応により(Stanzione et al, Chemsuschem 2012, 5, 1291)ビニルエステル樹脂用のメタクリル化誘導体に改質されている。
触媒の存在下で(メタ)アクリル酸無水物とバニリンから合成を行うことは知られているが、粗反応混合物のその後の後処理は、技術的に満足のいく解決策を有していない。当該技術分野で記載されている方法には、不活性条件、(高価で、毒性があり、環境に優しくない)有機溶媒を用いた液液抽出工程、クロマトグラフィー精製工程、および乾燥剤を用いた乾燥工程の使用が含まれる。
しかし、VAL(M)Aやその誘導体を大規模に製造する場合には、毒性がなく、環境に優しく、それと同時にコスト効率の良い後処理が不可欠となる。
以上のことから、大規模かつ高純度で資源効率の高い製造を可能にするVAL(M)A(およびその誘導体、構造的に関連する化合物)の改良された製造方法が早急に必要とされていた。
さらに、本発明の課題は、上記のコーティング材料の特性の改善に適したモノマーを提供することである。より詳細には、そうしたモノマーを、分散液や、残留モノマー含有量が非常に少ないポリマー、例えばエマルションポリマーに加工できることが望ましい。また、得られるポリマーが、一般的に適用される架橋試薬、すなわちジアミンおよび/またはジヒドラジド(ADHなど)および/または例えば米国特許出願公開第2014/0228509号明細書に記載されるようなブロック化ヒドラジドなどのブロック化架橋試薬を用いて架橋可能であることが望ましい。
発明の概要
上記課題は、本発明による方法および化合物/組成物によって解決された。
上記課題は、本発明による方法および化合物/組成物によって解決された。
より具体的には、本発明は、一般式(I)
[式中、
R2は、-H、-OMe、-OEt、または-O-C3~O-C10アルキル、分岐状アルキルもしくはアルケニルであり、
R3は、H、Me、Et、または-C3~C10アルキルもしくはアルケニルであり、
R4は、-Meまたは-Hである]の(メタ)アクリレートを、一般式(II)
[式中、
R2は、上記で定義されたとおりであり、
R3は、-H、-Me、-Et、または-C3~C10アルキルもしくはアルケニルである]のアルコールと、活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)
[式中、
R4は、上記で定義されたとおりであり、
R1は、F、Cl、Br、I、-O(CO)C(CH2)CH3、-O(CO)C(CH2)Hである]との反応により製造する方法であって、一般式(I)の(メタ)アクリレートを、水性媒体からの析出により粗反応混合物から得る、方法を提供する。
R2は、-H、-OMe、-OEt、または-O-C3~O-C10アルキル、分岐状アルキルもしくはアルケニルであり、
R3は、H、Me、Et、または-C3~C10アルキルもしくはアルケニルであり、
R4は、-Meまたは-Hである]の(メタ)アクリレートを、一般式(II)
R2は、上記で定義されたとおりであり、
R3は、-H、-Me、-Et、または-C3~C10アルキルもしくはアルケニルである]のアルコールと、活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)
R4は、上記で定義されたとおりであり、
R1は、F、Cl、Br、I、-O(CO)C(CH2)CH3、-O(CO)C(CH2)Hである]との反応により製造する方法であって、一般式(I)の(メタ)アクリレートを、水性媒体からの析出により粗反応混合物から得る、方法を提供する。
さらに、本発明者らは、本方法を少なくとも1つの重合禁止剤の存在下で実施すれば、この重合禁止剤が式(I)の(メタ)アクリレートと共沈し、貯蔵または出荷前のさらなる(追加の)安定化が不要となることを意想外にも見出した。したがって、本発明は、少なくとも1つの重合禁止剤の存在下で行われる前述の方法によって得ることができる、安定化された式(I)の(メタ)アクリレートを提供する。
上記に加えて、本発明者らは、驚くべきことに、一般的に適用される架橋試薬(すなわちジアミンおよび/またはジヒドラジド(ADHなど)および/またはブロック化ヒドラジドなどのブロック化架橋試薬)を用いた場合の式(IV)または(V)
の(メタ)アクリレート系モノマーを含むポリマーの架橋特性を、それらのメトキシ類似体(すなわち、バニリン(メタ)アクリレート)よりも著しく改善できることを見出した。
本発明の文脈では、式(IV)および(V)の(メタ)アクリレートは、エチルバニリン(メタ)アクリレートまたはEVAL(M)Aとして参照される。
発明の詳細な説明
本発明者らは、一般式(II)のアルコールと活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)とのエステル化反応を行い、その際、水性媒体からの簡単な析出によりVAL(M)A誘導生成物の単離を行うことにより、高純度のVAL(M)A誘導生成物を簡便かつ省資源的に製造できることを意想外に見出した。本方法は、大規模生産、すなわち数kgないし数トン規模の生産に特に適している。
本発明者らは、一般式(II)のアルコールと活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)とのエステル化反応を行い、その際、水性媒体からの簡単な析出によりVAL(M)A誘導生成物の単離を行うことにより、高純度のVAL(M)A誘導生成物を簡便かつ省資源的に製造できることを意想外に見出した。本方法は、大規模生産、すなわち数kgないし数トン規模の生産に特に適している。
粗反応混合物が水性媒体と接触しても、二相混合物や粘着性のある油/油滴は生じない。それどころか、VAL(M)A誘導生成物は水性媒体中で驚くほど速く結晶化し、VAL(M)A誘導生成物中に不純物や他の望ましくない化合物の蓄積(共沈)が起こらないため、析出段階で精製効果が生じる。特に驚くべきことに、前述の生成物の高い純度は、出発材料の純度や品質とは無関係に、特に(メタ)アクリル酸無水物の純度(すなわち、(メタ)アクリル酸無水物出発材料内の(メタ)アクリル酸無水物の含有量)とは無関係に得られるものである。
本発明の文脈では、「VAL(M)A誘導体」および「VAL(M)A誘導生成物」という用語は互換的に用いられ、バニリン(メタ)アクリレート、その誘導体、また一般式(I):
の構造的に類似するまたは構造的に関連する化合物を意味する。
本発明の好ましい実施形態において、R3は、水素またはメチルである。R3が水素であることが特に好ましい。
「(メタ)アクリレート」という用語は、メタクリル酸のエステルおよびアクリル酸のエステルの双方を意味すると理解される。
本発明者らは、本発明の方法による析出ステップの間に
(a)生成物が結晶化し、したがって、反応混合物から自動的に分離すること;
(b)(反応混合物中に存在する場合もある)触媒および最初に使用した触媒から生じる誘導体が水相中に残留し、したがって生成物から分離されること;
(c)過剰または未反応の活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)がクエンチされること;
(d)クエンチングプロセスから生じる副産物(例えば、(メタ)アクリル酸、塩化水素/ハロゲン化水素)が水相中に残留すること;
(e)有用な、そして潜在的に毒性または有害な有機溶媒を使用する必要がないこと;および
(e)反応中に使用する(反応混合物中に存在する場合もある)禁止剤が共沈し、したがってVAL(M)A誘導生成物中に残留すること
を見出した。
(a)生成物が結晶化し、したがって、反応混合物から自動的に分離すること;
(b)(反応混合物中に存在する場合もある)触媒および最初に使用した触媒から生じる誘導体が水相中に残留し、したがって生成物から分離されること;
(c)過剰または未反応の活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)がクエンチされること;
(d)クエンチングプロセスから生じる副産物(例えば、(メタ)アクリル酸、塩化水素/ハロゲン化水素)が水相中に残留すること;
(e)有用な、そして潜在的に毒性または有害な有機溶媒を使用する必要がないこと;および
(e)反応中に使用する(反応混合物中に存在する場合もある)禁止剤が共沈し、したがってVAL(M)A誘導生成物中に残留すること
を見出した。
好ましくは、式(I)の(メタ)アクリレートは、バニリン(メタ)アクリレート(VAL(M)A)またはエチルバニリン(メタ)アクリレート(EVAL(M)A)である。
本発明による方法の析出ステップで使用される水性媒体は、純水または脱塩水、アルコール水溶液、アンモニア水溶液、アルカリ(土類)金属水酸化物水溶液、ならびにアルカリ(土類)金属炭酸水素塩および炭酸塩水溶液から選択することができる。アルコール水溶液は、好ましくはメタノール/エタノールの水溶液(1重量%~70重量%、好ましくは30重量%~70重量%)である。
炭酸水素塩溶液および炭酸塩溶液は、有利には飽和状態である。アンモニア溶液の濃度は、0.1mol/l~16.5mol/lであってよい。アルカリ(土類)金属水酸化物溶液の濃度は、0.01mol/l~1.0mol/lであってよい。
有利には、析出ステップは、pH7~12で、好ましくはpH7~9で行われる。
析出ステップで使用される水性媒体の量は、理想的には、最初に使用されるアルコール(II)の重量の1~20倍、好ましくは5~10倍である。析出を開始するために、粗反応混合物を水性媒体に注ぐことも、あるいは水性媒体を粗反応混合物に加えることもできる。
本発明で使用される活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)は、好ましくは(メタ)アクリル酸無水物である。反応に用いられる活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)は、一般式(II)のアルコールの量に対して0.9当量~2.0当量、好ましくは1.0当量~1.8当量、最も好ましくは1.2当量~1.6当量の量で存在することができる。
一般式(II)のアルコールと活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)との反応は、無溶媒条件下で、好ましくは少なくとも1つの触媒および/または少なくとも1つの安定剤(重合禁止剤)の存在下で行うことができる。
触媒は、有利には、アルカリ金属塩(水酸化物、ハロゲン化物、トリフラート、過塩素酸塩など)、アルカリ土類金属塩(水酸化物、ハロゲン化物、トリフラート、過塩素酸塩など)、亜鉛塩(水酸化物、ハロゲン化物、トリフラート、過塩素酸塩など)、希土類金属塩(ハロゲン化物、トリフラート、過塩素酸塩など)、リチウムアルコキシド、硫酸、リチウムもしくはナトリウムメタクリレート、4-(ジメチルアミノ)ピリジンなどのアミノ置換ピリジン、またはその混合物からなる群から選択することができる。前述の金属塩は、無水物または水和物の形態で使用することができる。好ましい触媒の量は、リチウムアルコキシド、水酸化ナトリウムまたは塩化マグネシウムについては(アルコールに対して)0.1~10mol%、特に5mol%であり;ナトリウムメタクリレートについては0.1~2重量%、特に0.5重量%であり;硫酸については(全反応物重量に対して)0.1~1重量%、特に0.3~0.4重量%である。好ましいリチウムアルコキシド触媒は、LiOMe、LiOEt、LiOPr、LiOiPr、LiOBuおよびLiOiBuである。硫酸は、濃縮または希釈された形態で使用することができる。好ましくは、これは、反応重量に対して0.01重量%~1.0重量%の量で適用される。アンバーリストのようなイオン交換樹脂も触媒作用に使用することができる。
本発明による方法のための好ましい触媒は、リチウムメトキシド、塩化マグネシウム、水酸化ナトリウム、ナトリウム(メタ)アクリレート、硫酸、またはその混合物である。
(メタ)アクリレートの望ましくない重合を防止するために、本発明による方法において重合禁止剤(安定剤)を使用することができる。本発明の文脈では、「(重合)禁止剤」および「安定剤」という用語は、同義で用いられる。
有利には、これらの方法は、少なくとも1つのフェノール系重合禁止剤を含むかまたはそれからなる禁止剤組成物の存在下で行われる。
有利には、本発明の方法は、ヒドロキノン、ヒドロキノンエーテル、例えばヒドロキノンモノメチルエーテルまたはジ-tert-ブチルカテコール、フェノチアジン、N,N’-(ジフェニル)-p-フェニレンジアミン、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル、p-フェニレンジアミン、メチレンブルーまたは立体障害フェノールからなる群から選択される少なくとも1つの重合禁止剤の存在下に、反応開始時の安定剤の量を、完全転化時に理論的に予想される生成物の量に対して0~5000ppm、好ましくは1000ppm~3000ppmとなるように調整して行われる。
好ましくは、重合禁止剤は、ヒドロキノンモノメチルエーテル、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチル-フェノール、オクタデシル-3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(例えば、IRGANOX 1076)および4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルならびにその混合物から選択される。これらの禁止剤は、生成物である一般式(I)の(メタ)アクリレートと共沈し、これは、最終生成物における自発的な重合を回避できることを意味する。
一般式(II)のアルコールと活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)との反応は、0℃~130℃の温度、好ましくは80℃~100℃、最も好ましくは85℃~95℃の温度で行われる。通常、反応は、完全転化まで3h~5hを要するが、1h~24hでである場合もある。
好ましくは、活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)は、その市販の安定化種(例えば、VISIOMER(登録商標)MAAH)として、上に概説した禁止剤で安定化された状態で使用される。
好ましくは、活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)は、2000ppm±200ppmの2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノールまたは1000ppm±200ppmの2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノールのいずれかと共にその市販の安定化種(例えば、VISIOMER(登録商標)MAAH)として使用され、これにより既に、反応混合物に、そして概説したとおり最終生成物にも、1つの安定剤が導入される。
追加の禁止剤を加えてもよく、好ましくは、反応開始時に追加で加える安定剤の量は、完全転化時に理論的に予想される生成物の量に対して0~1000ppmとなるように調節され、最も好ましくは、反応開始時に追加で加える安定剤の量は、完全転化時に理論的に予想される生成物の量に対して150~1000ppmとなるように調節される。
水性媒体から一般式(I)の(メタ)アクリレートを析出させる前に、粗反応混合物をメタノールと接触させることができる。この中間ステップを行う場合、メタノールは、好ましくは、60℃~80℃の温度で添加される。メタノールの添加量は、計算で求めることができ、反応終了時に反応混合物中に存在する残留(メタ)アクリル酸無水物に対して1~5当量である。
本発明の一実施形態において、一般式(II)のアルコールはバニリンであり、一般式(I)の(メタ)アクリレートはバニリン(メタ)アクリレートである。異なる実施形態において、一般式(II)のアルコールはエチルバニリンであり、一般式(I)の(メタ)アクリレートはエチルバニリン(メタ)アクリレートである。
さらなる態様において、本発明は、安定化された式(I)の(メタ)アクリレート、すなわち、一般式(I)
[式中、
R2は、-H、-OMe、-OEt、または-O-C3~O-C10アルキル、分岐状アルキルもしくはアルケニルであり、
R3は、H、Me、Et、または-C3~C10アルキルもしくはアルケニルであり、
R4は、-Meまたは-Hである]の(メタ)アクリレートと少なくとも1つの重合禁止剤とを含む組成物であって、ここで、該組成物は、
一般式(II)
[式中、
R2およびR3は、上記で定義されたとおりである]のアルコールと、活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)
[式中、
R1は、F、Cl、Br、I、-O(C=O)C(CH3)(CH2)、-O(C=O)C(H)(CH2)であり、
R4は、上記で定義されたとおりである]とを反応させるステップであって、前述の少なくとも1つの重合禁止剤の存在下で行われるものとするステップと、
一般式(I)の(メタ)アクリレートを、少なくとも1つの禁止剤と共に、水性媒体からの析出によって粗反応混合物から析出させるステップと
により得ることができる、組成物を提供する。
R2は、-H、-OMe、-OEt、または-O-C3~O-C10アルキル、分岐状アルキルもしくはアルケニルであり、
R3は、H、Me、Et、または-C3~C10アルキルもしくはアルケニルであり、
R4は、-Meまたは-Hである]の(メタ)アクリレートと少なくとも1つの重合禁止剤とを含む組成物であって、ここで、該組成物は、
一般式(II)
R2およびR3は、上記で定義されたとおりである]のアルコールと、活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)
R1は、F、Cl、Br、I、-O(C=O)C(CH3)(CH2)、-O(C=O)C(H)(CH2)であり、
R4は、上記で定義されたとおりである]とを反応させるステップであって、前述の少なくとも1つの重合禁止剤の存在下で行われるものとするステップと、
一般式(I)の(メタ)アクリレートを、少なくとも1つの禁止剤と共に、水性媒体からの析出によって粗反応混合物から析出させるステップと
により得ることができる、組成物を提供する。
式(I)の好適な(メタ)アクリレートは、上記で定義されたとおりである。本発明の好ましい実施形態において、R3は、水素またはメチルである。R3が水素であることが特に好ましい。バニリン(メタ)アクリレートおよびエチルバニリン(メタクリレート)、ならびに4-アセチルフェニル(メタ)アクリレート(それぞれ式(VI)および(VII))および4-ホルミルフェニル(メタ)アクリレート(それぞれ式(VIII)および(VIX))が特に好ましい。
好適な禁止剤は、上記で定義されたとおりである。有利には、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(Topanol A)、p-メトキシフェノール(MEHQ)、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルおよび/またはその組み合わせが使用される。
本方法で使用される禁止剤は、好ましくは、合計で0~5000ppm、好ましくは1000~3000ppmの量で適用される。
こうして得られた安定化された式(I)の(メタ)アクリレート(すなわち、一般式(I)の(メタ)アクリレートと少なくとも1つの安定剤とを含む組成物)は、400ppm~2000ppmの安定剤含有量を有する。総じて、生成物中の安定剤濃度は、反応中の初期安定剤濃度の30%~80%となる。
本発明者らは、一般的に適用される架橋試薬(すなわちジアミンおよび/またはジヒドラジド(ADHなど)および/またはブロック化ヒドラジドなどのブロック化架橋試薬)を用いた場合の式(IV)または(V)のEVAL(M)Aモノマーを含むポリマーの架橋特性を、バニリン(メタ)アクリレートよりも著しく改善できることを意想外に見出した。比較実験に示されるように、EVAL(M)Aベースのポリマー/フィルムに関する実験により架橋密度の増加が示されているとおり、室温での架橋は、VAL(M)Aの代わりにEVAL(M)Aを組み込んだポリマーについて、より効率的である。
式(IV)および(V)の化合物は、本発明による方法により得ることができる。上記の観点から明らかなように、本発明はまた、上記の方法により得ることができる、安定化された式(IV)または式(V)の(メタ)アクリレートにも関する。
本発明による、または本発明の方法により得ることができる化合物および組成物はそれぞれ、例えば国際公開第94/025433号、国際公開第2010/026204号、独国特許出願公開第102013223876号明細書、欧州特許出願公開第0016518号明細書、独国特許出願公開第4237030号明細書、国際公開第2009/146995号、欧州特許出願公開第2246403号明細書、米国特許第9394460号明細書および国際公開第2018063095号に記載されるように、(エマルション)ポリマーの製造(UPR、VER)用のコモノマーおよび反応性希釈剤として特に好適である。
さらに、本発明による、または本発明の方法により得ることができる化合物および組成物はそれぞれ、アセトンモノマー、ジアセトンアクリルアミド(DAAM)、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート(AAE(M)A)モノマー、ブチルアセトアセテート(BAA)モノマーまたはその混合物などの官能化モノマーを有するポリ(メタ)アクリレート結合剤を架橋する際のコモノマーとして特に好適である。それにより、本発明に記載の化合物は、現行のおよび一般的に確立された配合物で使用されている一般的なカルボニル含有化合物(DAAMなど)の(部分的)置換またはそれへの付加に適したコモノマーである。
ポリマーエマルション(「ラテックス」と呼ばれる場合もある)は、コーティング産業やペイント産業で一般的に使用される皮膜形成剤である。これらの水分散性ポリマー組成物は、典型的には、水性溶媒相に分散した有機ポリマーバインダー相を含む。これらのポリマーエマルションは、室温条件下(典型的には約20℃~30℃)で硬化/架橋可能であり得る。このようなエマルションのポリマーバインダー相は、典型的には、ビニル基などの光線硬化性官能基を有するポリマーまたはコポリマーで構成される。このようなバインダーの一般的な例としては、ポリアクリレートまたはポリメタクリレートが挙げられる。このような組成物には、最終的に形成されるコーティングの硬度を高めるために、通常は架橋剤が添加される。これは、架橋密度を増加させることによって達成される。硬度の増加とは別に、架橋密度の増加の他の利点としては、水や化学溶媒(酸、塩基)に対するコーティングの耐性の向上、洗浄性および耐(湿潤)摩耗性が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
架橋は、一般的に適用される架橋試薬、すなわちジアミンおよび/またはジヒドラジド(ADHなど)および/または例えば米国特許出願公開第2014/0228509号明細書に記載されるようなブロック化ヒドラジドなどのブロック化架橋試薬を使用して行うことができる。
以下に、本発明を非限定的な例および例示的な実施形態により説明する。
実施例1a:バニリンメタクリレート(VALMA)の合成(R1=O(CO)C(CH2)CH3、R2=OMe、R3=H、R4=Me)
バニリン(989g、6.5mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(1402g、9.1mol、1.40当量)を、4-メトキシフェノール(1.43g、0.011mol、0.001当量)およびリチウムメトキシド(12.34g、0.32mol、5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃~100℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。4時間後、メタノール(346g)を加え、この混合物を高温でさらに30分間撹拌する。その後、水(5L)を加えると、無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。収量:1200g(84%)。
バニリン(989g、6.5mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(1402g、9.1mol、1.40当量)を、4-メトキシフェノール(1.43g、0.011mol、0.001当量)およびリチウムメトキシド(12.34g、0.32mol、5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃~100℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。4時間後、メタノール(346g)を加え、この混合物を高温でさらに30分間撹拌する。その後、水(5L)を加えると、無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。収量:1200g(84%)。
得られたままの生成物は、共沈した禁止剤である4-メトキシフェノールおよび2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(メタクリル酸無水物から生じたもの)を既に十分な量で含んでおり、重合禁止剤で追加的に安定化させる必要はない。
13C{1H}NMRは、文献に準拠している。
参照:Stanzione, J.F., III, Sadler, J.M., La Scala, J.J. and Wool, R.P. (2012), Lignin Model Compounds as Bio‐Based Reactive Diluents for Liquid Molding Resins. ChemSusChem, 5: 1291-1297. doi:10.1002/cssc.201100687
GC(面積%):純度97%超(バニリンメタクリレート)。残留メタクリル酸無水物<0.1、残留メタクリル酸<0.2
禁止剤含有量:2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール1360ppm、4-メトキシフェノール488ppm
GC(面積%):純度97%超(バニリンメタクリレート)。残留メタクリル酸無水物<0.1、残留メタクリル酸<0.2
禁止剤含有量:2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール1360ppm、4-メトキシフェノール488ppm
実施例1b:バニリンメタクリレート(VALMA)の合成(R1=O(CO)C(CH2)CH3、R2=OMe、R3=H、R4=Me)
バニリン(800g、5.26mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(1135g、7.37mol、1.40当量)を、4-メトキシフェノール(1.16g、0.009mol、0.001当量)およびナトリウムメタクリレート(4g、0.037mol、0.007当量)と混合する。得られた混合物を90℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。6時間後、この混合物を水(2L)に注ぎ、撹拌すると無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。収量:850g(74%)
バニリン(800g、5.26mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(1135g、7.37mol、1.40当量)を、4-メトキシフェノール(1.16g、0.009mol、0.001当量)およびナトリウムメタクリレート(4g、0.037mol、0.007当量)と混合する。得られた混合物を90℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。6時間後、この混合物を水(2L)に注ぎ、撹拌すると無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。収量:850g(74%)
得られたままの生成物は、共沈した禁止剤である4-メトキシフェノールおよび2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(メタクリル酸無水物から生じたもの)を既に十分な量で含んでおり、重合禁止剤で追加的に安定化させる必要はない。
分析データは、実施例1aで得られたVALMAの純度と十分に同等である。
禁止剤含有量:2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール742ppm、4-メトキシフェノール253ppm
実施例1c:バニリンメタクリレート(VALMA)の合成(R1=O(CO)C(CH2)CH3、R2=OMe、R3=H、R4=Me)
バニリン(4944.9g、32.5mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(7014.3g、45.5mol、1.40当量)を、4-メトキシフェノール(7.16g、0.057mol、0.001当量)およびリチウムメトキシド(61.72g、1.62mol、5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。反応をGCでモニタリングし、1時間後に出発物質の消費がほぼ完了する(この時点で反応を停止することができる)。4.5時間後、メタノール(2082.6g)を加え、この混合物を高温でさらに2時間撹拌する。その後、この反応混合物を室温にする。この粗材料を水に注ぎ、激しく撹拌すると無色の結晶性固体が析出する。この生成物を濾過により母液から分離し、さらに水で洗浄し、乾燥させる。収量:6149g(86%)。
バニリン(4944.9g、32.5mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(7014.3g、45.5mol、1.40当量)を、4-メトキシフェノール(7.16g、0.057mol、0.001当量)およびリチウムメトキシド(61.72g、1.62mol、5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。反応をGCでモニタリングし、1時間後に出発物質の消費がほぼ完了する(この時点で反応を停止することができる)。4.5時間後、メタノール(2082.6g)を加え、この混合物を高温でさらに2時間撹拌する。その後、この反応混合物を室温にする。この粗材料を水に注ぎ、激しく撹拌すると無色の結晶性固体が析出する。この生成物を濾過により母液から分離し、さらに水で洗浄し、乾燥させる。収量:6149g(86%)。
注意点:母液への遅延析出または母液の抽出により、追加の生成物を得ることができる。抽出は、一般的な有機溶媒で行うことができる。
得られたままの生成物は、共沈した禁止剤である4-メトキシフェノールおよび2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(メタクリル酸無水物から生じたもの)を既に十分な量で含んでおり、重合禁止剤で追加的に安定化させる必要はない。
GC(面積%):純度98%超(バニリンメタクリレート)。残留メタクリル酸無水物<0.2、残留メタクリル酸<0.1
含水率(カールフィッシャー):<0.1重量%
禁止剤含有量:2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール848ppm、4-メトキシフェノール205ppm
含水率(カールフィッシャー):<0.1重量%
禁止剤含有量:2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール848ppm、4-メトキシフェノール205ppm
実施例2:エチルバニリンメタクリレート(EVALMA)の合成(R1=O(CO)C(CH2)CH3、R2=OEt、R3=H、R4=Me)
エチルバニリン(200g、1.20mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(259g、1.68mol、1.40当量)を、4-メトキシフェノール(0.281g、0.002mol、0.001当量)およびリチウムメトキシド(2.30g、0.06mol、5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃~100℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。3.5時間後、メタノール(47.7g)を加え、この混合物を高温でさらに30分間撹拌する。その後、水(2L)を加えると、無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。収量:268.8g(95%)
エチルバニリン(200g、1.20mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(259g、1.68mol、1.40当量)を、4-メトキシフェノール(0.281g、0.002mol、0.001当量)およびリチウムメトキシド(2.30g、0.06mol、5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃~100℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。3.5時間後、メタノール(47.7g)を加え、この混合物を高温でさらに30分間撹拌する。その後、水(2L)を加えると、無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。収量:268.8g(95%)
得られたままの生成物は、共沈した禁止剤である4-メトキシフェノールおよび2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(メタクリル酸無水物から生じたもの)を既に十分な量で含んでおり、重合禁止剤で追加的に安定化させる必要はない。
GC(面積%):純度97%超(エチルバニリンメタクリレート)。残留メタクリル酸無水物<0.1、残留メタクリル酸<0.2
禁止剤含有量(二重測定):2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール693ppmおよび727ppm;4-メトキシフェノール6ppmおよび20ppm
禁止剤含有量(二重測定):2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール693ppmおよび727ppm;4-メトキシフェノール6ppmおよび20ppm
実施例3:4-アセチルフェニルメタクリレートの合成(R1=O(CO)C(CH2)CH3、R2=H、R3=Me、R4=Me)
4-ヒドロキシアセトフェノン(300g、2.20mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(475.6g、3.09mol、1.40当量)を、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(0.45g、0.002mol、0.001当量)および塩化マグネシウム(5.20g、2.5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃~100℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。3時間後、メタノール(35.2g)を加え、この混合物を高温でさらに30分間撹拌する。その後、この混合物を水(4L)に注ぐと、無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。収量:328.1g(74%)
4-ヒドロキシアセトフェノン(300g、2.20mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(475.6g、3.09mol、1.40当量)を、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(0.45g、0.002mol、0.001当量)および塩化マグネシウム(5.20g、2.5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃~100℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。3時間後、メタノール(35.2g)を加え、この混合物を高温でさらに30分間撹拌する。その後、この混合物を水(4L)に注ぐと、無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。収量:328.1g(74%)
得られたままの生成物は、共沈した2,4-ジメチル-6-tert-を既に十分な量で含んでおり、重合禁止剤で追加的に安定化させる必要はない。
GC(面積%):純度98%超(バニリンメタクリレート)。残留メタクリル酸無水物<0.1、残留メタクリル酸<0.1
禁止剤含有量:2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール404ppm
禁止剤含有量:2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール404ppm
実施例4:4-ホルミルフェニルメタクリレートの合成(R1=O(CO)C(CH2)CH3、R2=H、R3=H、R4=Me)
4-ヒドロキシベンズアルデヒド(200g、1.63mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(353.5g、2.29mol、1.40当量)を、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(0.31g、0.002mol、0.001当量)およびリチウムメトキシド(3.10g、5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃~100℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。4.5時間後、メタノール(86.5g)を加え、この混合物を高温でさらに30分間撹拌する。その後、この混合物を水性エタノール(2L、70:30)に注ぎ、冷却すると無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。生成物は、室温で液体である。
4-ヒドロキシベンズアルデヒド(200g、1.63mol、1.00当量)およびメタクリル酸無水物(353.5g、2.29mol、1.40当量)を、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(0.31g、0.002mol、0.001当量)およびリチウムメトキシド(3.10g、5mol%)と混合する。得られた混合物を90℃~100℃に加熱して、均質な溶液を得る。反応中、この反応混合物に空気を常にバブリングする。4.5時間後、メタノール(86.5g)を加え、この混合物を高温でさらに30分間撹拌する。その後、この混合物を水性エタノール(2L、70:30)に注ぎ、冷却すると無色の結晶性固体が析出する。この固体を濾過し、任意に水で洗浄し、乾燥させる。生成物は、室温で液体である。
GC(面積%):純度95%超。残留メタクリル酸無水物<0.1、残留メタクリル酸<0.2。
得られたままの生成物は、共沈した禁止剤である2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノールを既に十分な量で含んでおり、重合禁止剤で追加的に安定化させる必要はない。
1H NMRおよび13C{1H}NMRは、文献に準拠している。
参照:M. Eing, B. T. Tuten, J. P. Blinco, C. Barner-Kowollik, Chem. Eur. J. 2018, 24, 12246
再結晶後の禁止剤含有量:2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール80ppm
再結晶後の禁止剤含有量:2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール80ppm
禁止剤含有量:
メタクリル酸無水物から出発する合成手順には、原料に起因する固有の禁止剤が含まれる。上記の実験で使用したメタクリル酸無水物は、通常、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(2000±200ppm)を既に含有している。したがって、合成中に追加の禁止剤を必ずしも添加する必要はないが、例えば4-メトキシフェノールを追加で添加することも可能である。当然ながら、最終生成物の禁止剤含有量は、収率、純度、正確な後処理手順(洗浄、水の量、塩基性または酸性条件、再結晶など)に大きく依存し、固体生成物の場合は、固体内の禁止剤の不均一な分布も考慮する必要がある。しかし、驚くべきことに、すべての生成物および様々な後処理条件において、十分な量の禁止剤が生成物中に残留している。
メタクリル酸無水物から出発する合成手順には、原料に起因する固有の禁止剤が含まれる。上記の実験で使用したメタクリル酸無水物は、通常、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(2000±200ppm)を既に含有している。したがって、合成中に追加の禁止剤を必ずしも添加する必要はないが、例えば4-メトキシフェノールを追加で添加することも可能である。当然ながら、最終生成物の禁止剤含有量は、収率、純度、正確な後処理手順(洗浄、水の量、塩基性または酸性条件、再結晶など)に大きく依存し、固体生成物の場合は、固体内の禁止剤の不均一な分布も考慮する必要がある。しかし、驚くべきことに、すべての生成物および様々な後処理条件において、十分な量の禁止剤が生成物中に残留している。
アルコールと活性化メタクリル酸種との反応から生じる粗反応混合物を純水に注ぐか混合すると、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノールの大半が最終生成物中に残留する。生成物の重量増加を考慮すると、追加の禁止剤を添加しない場合、禁止剤濃度(ppm)は当然低くなる。上記の実施例では、以下のように計算および測定される:
実際に、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノールは反応中にほとんど保存され、単純な水性後処理の場合には、生成物中にかなりの程度で残留している。洗浄水相中には、残留禁止剤はほとんど認められないが、メタクリル酸やメチルメタクリレートなどの有機副産物と一緒になって、ある程度の量が失われる。一方で、有機溶媒中で生成物を再結晶させると(例えば、例4参照)、禁止剤は失われる。
すなわち、驚くべきことに
a)活性化および安定化された(メタ)アクリル酸誘導体を上記のようにアルコールと反応させる場合、必ずしも追加の禁止剤を添加する必要はない。
a)活性化および安定化された(メタ)アクリル酸誘導体を上記のようにアルコールと反応させる場合、必ずしも追加の禁止剤を添加する必要はない。
b)粗反応混合物を単に水性媒体と混合して後処理する場合、安定化(メタ)アクリル酸誘導体から生じる禁止剤は、大部分が保存されて生成物中に残留する。
c)再結晶、クロマトグラフィー精製ステップなどの文献で知られている後処理手順では、生成物中の最終禁止剤濃度が低下し、禁止剤の別添加が必要となる。
d)VALMAおよびEVALMAの場合:使用する活性化および安定化された(メタ)アクリル酸成分の禁止剤濃度[ppm]に関して、生成物の禁止剤濃度は初期濃度の30%~80%となる。
分散液の製造、後続のアジピン酸ジヒドラジド(ADH)による架橋、および造膜
実施例1:エチルバニリンメタクリレート(1.35mol%)を用いた分散液の合成
ブチルアクリレート-co-メチルメタクリレート、エチルバニリンメタクリレート、メタクリル酸
BuA-co-MMA-EVALMA-MAS=53.49-42.77-2.74-1(重量%)
エチルバニリンメタクリレート(21.9g)をブチルアクリレート(BuA、427.9g)およびメチルメタクリレート(342.2g)に溶解させた。この溶液を、水(718.4g)中のメタクリル酸(8g)、過硫酸アンモニウム(APS、2.4g)、Disponol FES 32(0.6g、30%)と共に乳化(Ultra-Turrax使用、3分、4000rpm)させた。温度制御部およびブレードスターラーを備えた2Lのガラス製反応器に、水(470g)およびDisponil DES 32(0.6g、30%)を加え、80℃に加熱し、水(10g)に溶解させたAPS(0.6g)と混合した。5分後、最初に調製したエマルションを240分かけて添加した(間隔をあけて行ってもよい)。エマルションの完全な添加後、この混合物をさらに80℃で1時間撹拌した。室温に冷却した後、この分散液をメッシュサイズ125μmのフィルターを用いて濾過した。この調製された状態の分散液は、固形分40±1重量%、pH値2.1、粘度9mPa・s、rDNC値100nm、および最低造膜温度3.4℃であった。さらに再処理を行う前に、水性アンモニア(25%)の添加により、この分散液をpH=9に調整した。
実施例1:エチルバニリンメタクリレート(1.35mol%)を用いた分散液の合成
ブチルアクリレート-co-メチルメタクリレート、エチルバニリンメタクリレート、メタクリル酸
BuA-co-MMA-EVALMA-MAS=53.49-42.77-2.74-1(重量%)
エチルバニリンメタクリレート(21.9g)をブチルアクリレート(BuA、427.9g)およびメチルメタクリレート(342.2g)に溶解させた。この溶液を、水(718.4g)中のメタクリル酸(8g)、過硫酸アンモニウム(APS、2.4g)、Disponol FES 32(0.6g、30%)と共に乳化(Ultra-Turrax使用、3分、4000rpm)させた。温度制御部およびブレードスターラーを備えた2Lのガラス製反応器に、水(470g)およびDisponil DES 32(0.6g、30%)を加え、80℃に加熱し、水(10g)に溶解させたAPS(0.6g)と混合した。5分後、最初に調製したエマルションを240分かけて添加した(間隔をあけて行ってもよい)。エマルションの完全な添加後、この混合物をさらに80℃で1時間撹拌した。室温に冷却した後、この分散液をメッシュサイズ125μmのフィルターを用いて濾過した。この調製された状態の分散液は、固形分40±1重量%、pH値2.1、粘度9mPa・s、rDNC値100nm、および最低造膜温度3.4℃であった。さらに再処理を行う前に、水性アンモニア(25%)の添加により、この分散液をpH=9に調整した。
実施例2:エチルバニリンメタクリレート(2.72mol%)を用いた分散液の合成
ブチルアクリレート-co-メチルメタクリレート、エチルバニリンメタクリレート、メタクリル酸
BuA-co-MMA-EVALMA-MAS=52-41.56-5.45-1(重量%)
この分散液を、実施例1で示した手順に従って合成したが、ただし、エチルバニリンメタクリレート43.6g、酢酸ブチル416.0g、メチルメタクリレート332.5gおよびメタクリル酸8gを使用した。調製したままのこの分散液は、固形分40±1重量%、pH値2.0、粘度9mPa・s、rDNC値112nm、および最低造膜温度5.3℃であった。さらに再処理を行う前に、水性アンモニア(25%)の添加により、この分散液をpH=9に調整した。
ブチルアクリレート-co-メチルメタクリレート、エチルバニリンメタクリレート、メタクリル酸
BuA-co-MMA-EVALMA-MAS=52-41.56-5.45-1(重量%)
この分散液を、実施例1で示した手順に従って合成したが、ただし、エチルバニリンメタクリレート43.6g、酢酸ブチル416.0g、メチルメタクリレート332.5gおよびメタクリル酸8gを使用した。調製したままのこの分散液は、固形分40±1重量%、pH値2.0、粘度9mPa・s、rDNC値112nm、および最低造膜温度5.3℃であった。さらに再処理を行う前に、水性アンモニア(25%)の添加により、この分散液をpH=9に調整した。
実施例3:バニリンメタクリレート(1.35mol%)を用いた分散液の合成
ブチルアクリレート-co-メチルメタクリレート、バニリンメタクリレート、メタクリル酸
BuA-co-MMA-VALMA-MAS=53.58-42.87-2.59-1(重量%)
この分散液を、実施例1で示した手順に従って合成したが、ただし、バニリンメタクリレート20.72g、酢酸ブチル428.64g、メチルメタクリレート342.72gおよびメタクリル酸8gを使用した。調製したままのこの分散液は、固形分40±1重量%、pH値2.0、粘度8mPa・s、rDNC値111nm、および最低造膜温度4.4℃であった。さらに再処理を行う前に、水性アンモニア(25%)の添加により、この分散液をpH=9に調整した。
ブチルアクリレート-co-メチルメタクリレート、バニリンメタクリレート、メタクリル酸
BuA-co-MMA-VALMA-MAS=53.58-42.87-2.59-1(重量%)
この分散液を、実施例1で示した手順に従って合成したが、ただし、バニリンメタクリレート20.72g、酢酸ブチル428.64g、メチルメタクリレート342.72gおよびメタクリル酸8gを使用した。調製したままのこの分散液は、固形分40±1重量%、pH値2.0、粘度8mPa・s、rDNC値111nm、および最低造膜温度4.4℃であった。さらに再処理を行う前に、水性アンモニア(25%)の添加により、この分散液をpH=9に調整した。
実施例4:バニリンメタクリレート(2.72mol%)を用いた分散液の合成
ブチルアクリレート-co-メチルメタクリレート、バニリンメタクリレート、メタクリル酸
BuA-co-MMA-VALMA-MAS=52.17-41.7-5.14-1(重量%)
この分散液を、実施例1で示した手順に従って合成したが、ただし、バニリンメタクリレート41.1g、酢酸ブチル417.4g、メチルメタクリレート333.6およびメタクリル酸8gを使用した。調製したままのこの分散液は、固形分40±1重量%、pH値1.9、粘度8mPa・s、rDNC値122nm、および最低造膜温度6.9℃であった。さらに再処理を行う前に、水性アンモニア(25%)の添加により、この分散液をpH=9に調整した。
ブチルアクリレート-co-メチルメタクリレート、バニリンメタクリレート、メタクリル酸
BuA-co-MMA-VALMA-MAS=52.17-41.7-5.14-1(重量%)
この分散液を、実施例1で示した手順に従って合成したが、ただし、バニリンメタクリレート41.1g、酢酸ブチル417.4g、メチルメタクリレート333.6およびメタクリル酸8gを使用した。調製したままのこの分散液は、固形分40±1重量%、pH値1.9、粘度8mPa・s、rDNC値122nm、および最低造膜温度6.9℃であった。さらに再処理を行う前に、水性アンモニア(25%)の添加により、この分散液をpH=9に調整した。
アジピン酸ジヒドラジド(ADH)による分散液の架橋
すべての分散液を、等モル量のADHで架橋させた。撹拌した分散液にADHの水溶液(15%)を加え、その後2時間撹拌した。室温で、皮膜を乾燥させた。
すべての分散液を、等モル量のADHで架橋させた。撹拌した分散液にADHの水溶液(15%)を加え、その後2時間撹拌した。室温で、皮膜を乾燥させた。
溶媒の取り込み
メチルイソブチルケトン(MIBK)を用いて、調製した皮膜の溶媒取込み量を測定した。分散液の皮膜の試料(A)を、室温で4時間、MIBKに浸漬/膨潤させた。その後、この試料を溶媒から取り出し、付着した余分な溶媒を除去し、重量を測定した。その後、この試料を140℃で1時間乾燥させ、再度重量を測定した(B)。(A)と(B)の重量差が重量減少となり、これは溶媒の取込み量に相当する。
メチルイソブチルケトン(MIBK)を用いて、調製した皮膜の溶媒取込み量を測定した。分散液の皮膜の試料(A)を、室温で4時間、MIBKに浸漬/膨潤させた。その後、この試料を溶媒から取り出し、付着した余分な溶媒を除去し、重量を測定した。その後、この試料を140℃で1時間乾燥させ、再度重量を測定した(B)。(A)と(B)の重量差が重量減少となり、これは溶媒の取込み量に相当する。
膨潤は、すべての可溶部分を除去した後の試料の重量(B)に関し、これを真の膨潤と称する。
図1に、架橋皮膜の膨潤挙動を示す。
VALMA皮膜およびEVALMA皮膜の膨潤実験から明らかなように、非架橋皮膜の真の膨潤値と架橋皮膜の真の膨潤値との絶対値の差は、適用するモノマーによって大きく異なる。VALMA系皮膜(1.35mol%:Δ(非架橋:架橋)=-1655%、2.72mol%:Δ(非架橋:架橋)=-1040%)と比較して、EVALMAでは、調製したままの皮膜の真の膨潤値がより大幅に減少する(1.35mol%:Δ(非架橋:架橋)=-1918%、2.72mol%:Δ(非架橋:架橋)=-1472%)。
EVALMA系ポリマーを組み込んだ架橋皮膜は、VALMA系ポリマーを組み込んだ皮膜と比較して、一貫して低い真の膨潤値を示している。適用した1.35mol%と2.72mol%のどちらのモル濃度でも、EVALMAは、VALMA(270%および168%)と比較して、架橋皮膜の真の膨潤値が低い(265%および164%)ことが示されている。
したがって、バニリンメタクリレートに代えてエチルバニリンメタクリレートを用いた場合、例えばADHによるポリマーの架橋がより効率的となることが明らかである。同様のことが、エチルバニリンアクリレートとバニリンアクリレートとの比較にも該当する。
Claims (15)
- 一般式(I)
R2は、-H、-OMe、-OEt、または-O-C3~O-C10アルキル、分岐状アルキルもしくはアルケニルであり、
R3は、H、Me、Et、または-C3~C10アルキルもしくはアルケニルであり、
R4は、-Meまたは-Hである]の(メタ)アクリレートを、一般式(II)
R2およびR3は、上記で定義されたとおりである]のアルコールと、活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)
R4は、上記で定義されたとおりであり、
R1は、F、Cl、Br、I、-O(CO)C(CH2)CH3、-O(CO)C(CH2)Hである]との反応により製造する方法であって、前記一般式(I)の(メタ)アクリレートを、水性媒体からの析出により粗反応混合物から得る、方法。 - 前記析出ステップで使用される前記水性媒体は、純水または脱塩水、アルコール水溶液、アンモニア水溶液、アルカリ(土類)金属水酸化物水溶液、ならびにアルカリ(土類)金属炭酸水素塩および炭酸塩水溶液から選択される、請求項1記載の方法。
- 前記析出ステップをpH7~12で行い、かつ/または
前記析出ステップで使用される前記水性媒体の量は、最初に使用される前記アルコール(II)の重量の1~20倍である、請求項1または2記載の方法。 - 前記活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)は、(メタ)アクリル酸無水物である、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- 前記一般式(II)のアルコールはバニリンであり、前記一般式(I)の(メタ)アクリレートはバニリン(メタ)アクリレートであるか、あるいは前記一般式(II)のアルコールはエチルバニリンであり、前記一般式(I)の(メタ)アクリレートはエチルバニリン(メタ)アクリレートである、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- 前記一般式(II)のアルコールと前記活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)との反応を無溶媒条件下で行う、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 前記一般式(II)のアルコールと前記活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)との反応を、少なくとも1つの触媒の存在下で行い、前記触媒は、アルカリ金属塩(水酸化物、ハロゲン化物、トリフラート、過塩素酸塩など)、アルカリ土類金属塩(水酸化物、ハロゲン化物、トリフラート、過塩素酸塩など)、亜鉛塩(水酸化物、ハロゲン化物、トリフラート、過塩素酸塩など)、希土類金属塩(ハロゲン化物、トリフラート、過塩素酸塩など)、リチウムアルコキシド、硫酸、リチウムもしくはナトリウムメタクリレート、4-(ジメチルアミノ)ピリジンなどのアミノ置換ピリジン、またはその混合物からなる群から選択される、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
- 前記一般式(II)のアルコールと前記活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)との反応を、リチウムメトキシド、塩化マグネシウム、水酸化ナトリウム、ナトリウム(メタ)アクリレート、硫酸、またはその混合物の存在下で行う、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
- 前記触媒は、リチウムアルコキシド、水酸化ナトリウムまたは塩化マグネシウムについては(アルコールに対して)0.1~10mol%、特に5mol%;ナトリウムメタクリレートについては0.1~2重量%、特に0.5重量%;または硫酸については(全反応物重量に対して)0.1~1重量%、特に0.3~0.4重量%の量で存在する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
- 前記反応に用いられる前記活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)は、前記一般式(II)のアルコールの量に対して0.9当量~2.0当量、好ましくは1.0当量~1.8当量、最も好ましくは1.2当量~1.6当量の量で存在する、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
- 前記一般式(II)のアルコールと前記活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)との反応を、0℃~130℃の温度、好ましくは80℃~100℃、最も好ましくは85℃~95℃の温度で行う、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
- 前記水性媒体から前記一般式(I)の(メタ)アクリレートを析出させる前に、前記粗反応混合物をメタノールと接触させる、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
- 前記一般式(II)のアルコールと前記活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)との反応を、ヒドロキノン、ヒドロキノンエーテル、例えばヒドロキノンモノメチルエーテルまたはジ-tert-ブチルカテコール、フェノチアジン、N,N’-(ジフェニル)-p-フェニレンジアミン、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル、p-フェニレンジアミン、メチレンブルーまたは立体障害フェノールからなる群から選択される少なくとも1つの重合禁止剤の存在下に、反応開始時の安定剤の量を、完全転化時に理論的に予想される生成物の量に対して0~5000ppmとなるように調整して行う、請求項1から12までのいずれか1項記載の方法。
- 一般式(I)
R2は、-H、-OMe、-OEt、または-O-C3~O-C10アルキル、分岐状アルキルもしくはアルケニルであり、
R3は、H、Me、Et、または-C3~C10アルキルもしくはアルケニルであり、
R4は、-Meまたは-Hである]の(メタ)アクリレートと少なくとも1つの重合禁止剤とを含む組成物であって、ここで、前記組成物は、
一般式(II)
R2およびR3は、上記で定義されたとおりである]のアルコールと、活性化(メタ)アクリル酸誘導体(III)
R1は、F、Cl、Br、I、-O(C=O)C(CH3)(CH2)、-O(C=O)C(H)(CH2)であり、
R4は、上記で定義されたとおりである]とを反応させるステップであって、前記反応は、前記少なくとも1つの重合禁止剤の存在下で行われるものとするステップと、
前記一般式(I)の(メタ)アクリレートを、前記少なくとも1つの禁止剤と共に、水性媒体からの析出によって粗反応混合物から析出させるステップと
により得ることができる、組成物。
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