JP2797000B2 - (メタ)アクリレート化合物の製造方法 - Google Patents

(メタ)アクリレート化合物の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は新規な(メタ)アクリレート化合物の製造方
法に関するものである。
(メタ)アクリレート化合物は熱、紫外線、イオン化
放射線、ラジカル重合開始剤の存在下で容易に単独重合
または他の不飽和基含有化合物と共重合でき、また塗料
用樹脂の中間原料としても有用である。
《従来の技術》 従来より各種のアクリル酸エステル類が知られてい
る。
例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリ
ル酸2−エチルヘキシル等の単官能モノマーおよびトリ
メチロールプロパントリアクリレート、ペンタンエリス
リトールトリアクリレート等の多官能モノマーが一般的
に知られている。
《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、単官能モノマーは印刷インキおよび塗
料に用いた場合には硬化後の未反応モノマーの臭気がは
なはだしく問題となる。
また多官能モノマーは、塗料および印刷インキの希釈
剤として用いる場合には、樹脂に対して多量に使用する
必要があり、したがって樹脂が有する特性が失われると
いう欠点を有している。
本発明者らは、鋭意研究の結果、3,4−エポキシシク
ロヘキサンメタノールに(メタ)アクリル酸または(メ
タ)アクリル酸エステルを反応させることにより低粘度
で、かつ、低臭気で広範囲にわたる樹脂への溶解性を有
する新規な二官能(メタ)アクリル酸エステルを得るに
至った。
このものはインキ、塗料、接着剤、被覆剤、成型用樹
脂の原料あるいは改質剤として有用である。
《発明の構成》 すなわち、本発明は、 「水またはアルコールと共沸混合物を形成し、水または
アルコールと実質的に混合しない有機溶媒存在下、3,4
−エポキシシクロヘキサンメタノールに(メタ)アクリ
ル酸または(メタ)アクリル酸エステルを反応させるこ
とを特徴とする下記の一般式(I) [式中Rは水素原子またはメチル基を表わす] で表わされる(メタ)アクリレート化合物の製造方法] である。
以下に本発明の(メタ)アクリレート化合物の製造方
法について詳述する。
反応出発原料である3,4−エポキシシクロヘキサンメ
タノールは以下のような構造式 で示され、無色透明、蒸気圧130℃/10Torrの性状を有す
る環式アルコールであり、エポキシ樹脂の原料などに用
いられている。
工業的にはテトラヒドロベンジルアルコールを有機過
酸でエポキシ化させることにより製造されている。
一方、アクリル酸はアクリロニトリルを硫酸で加水分
解するすることにより工業的に大量に製造されている。
また、メタクリル酸はメタクリル酸メチルを製造する
際の副生物として得られている。
これらアクリル酸、メタクリル酸は各種樹脂、ポリマ
ーエマルジョンなどを製造する場合に単独重合または共
重合モノマーとして用いられる凡用モノマーであり、ア
クリル酸は無色の酢酸に類似した液体で沸点141.7℃,
水に可溶であり、メタクリル酸は無色透明な沸点159〜1
63℃の液体である。これらは共に重合しやすい。
3,4−エポキシシクロヘキサンメタノールと(メタ)
アクリル酸とのエステル化により(メタ)アクリレート
化合物の製造を行なう場合には触媒を使用し、生成する
水を連続的に系外へ取り出すことにより反応は促進され
る。
反応をバッチで行なう場合は先ず、反応容器内に3,4
−エポキシシクロヘキサンメタノールを所定量仕込み、
この中に前記好適量の触媒を溶解させ、この中にアクリ
ル酸またはメタクリル酸を仕込み、行なう。
3,4−エポキシシクロヘキサンメタノールと(メタ)
アクリル酸とのエステル化反応におけるモル比は理論的
には1/1であるが、本発明などのように実際には1/10〜1
0/1の範囲、好ましくは1/1〜1/3の範囲である。
エステル化反応のモル比が3,4−エポキシシクロヘキ
サンメタノール/(メタ)アクリル酸=1/10未満の場合
は3,4−エポキシシクロヘキサンメタノールの選択率お
よび転化率の点で好ましいが、アクリル酸またはメタク
リル酸自身の重合による損失が大きく、また、未反応の
アクリル酸またはメタクリル酸の回収に多大の費用を要
する、などの欠点がある。
逆にエステル化反応のモル比が3,4−エポキシシクロ
ヘキサンメタノール/(メタ)アクリル酸=10/1を越え
る場合はアクリル酸またはメタクリル酸の重合によるロ
スは減少するが、3,4−エポキシシクロヘキサンメタノ
ールの回収に多大のエネルギーを要するので好ましくな
い。
ここで使用する触媒は硫酸、P−トルエンスルホン
酸、三フッ化ホウ素等の通常用いられているエステル化
触媒として公知のものから任意に選択して使用すること
ができるが、取扱いのし易さ、腐蝕性が小さいなどの点
からP−トルエンスルホン酸が特に好ましい。
触媒の使用量は出発原料に対して0.001〜10重量%、
好ましくは0.01〜1.0重量%である。
触媒の使用量が0.001重量%より少ない場合は反応速
度が遅かったり、収率が悪いなどの不都合があり、逆に
10重量%より多くしても反応促進効果は改善される訳で
はないので、無意味である。エステル化反応の進行とと
もに必然的に水が生成するので、これを系外に除去して
やる必要がある。反応により生成した水を分離するには
トルエン、ベンゼン、キシレン、n−ヘキサン、メチル
イソブチルケトンなどの水と共沸混合物をつくり、実質
的には水と互いに混合しない有機溶媒をエントレーナー
として用いるのが必須である。
エントレーナーは最初の仕込みの段階で添加しておく
のがよい。
エントレーナーの使用量は理論量に対して1〜10倍で
あり、好ましくは2〜5倍である。
水とともに留出したエントレーナーは分液して循環使
用することが出来る。
反応温度は、反応時間の短縮と重合防止の点から65〜
150℃、好ましくは75〜120℃で行なわれるのが有利であ
る。
(メタ)アクリル酸の熱重合を防止するために重合禁
止剤を添加する。
このような重合禁止剤としてはハイドロキノン、P−
メトキシフェノール、2、4−ジメチル−6−t−ブチ
ルフェノール、3−ヒドロキシチオフェノール、α−ニ
トロソ−β−ナフトール、P−ベンゾキノン、2、5−
ジヒドロキシ−P−キノン、銅塩等を使用することがで
きるが、安定性などの点でハイドロキノン、P−メトキ
シフェニルが好ましい。
上記のような重合禁止剤の使用量は(メタ)アクリル
酸に対して0.001〜5.0重量%、好ましくは0.01〜1.0重
量%である。
重合禁止剤の添加量が0.001重量%未満の場合は重合
禁止効果が小さく、逆に5.0重量%以上添加しても効果
は向上しないので無駄となる。
重合禁止剤の添加はエステル化反応を行なう直前に
(メタ)アクリル酸中に溶解させる。
反応は常圧か又は若干減圧した状態でおこなうのが好
適である。
反応の終点の確認は脱水量あるいはガスクロ分析によ
るのが良い。
反応終了後の混合液から製品である(メタ)アクリレ
ート化合物を分離するのは薄膜蒸発器などを用いた蒸留
によるのがよい。
反応は常圧か,若干減圧した状態で行なうので、耐圧
容器は必要としないが、ステンレス鋼、グラスライニン
グ鋼板などの耐蝕性の材料を用いるのがよい。
また、以上に述べたようなエステル化反応だけでなく
化合物(I)を3,4−エポキシシクロヘキサンメタノー
ルと(メタ)アクリル酸エステルとからエステル交換反
応によっても製造することが可能である。
この場合使用する(メタ)アクリル酸エステルとして
はメチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、ブチ
ルなどの公知の(メタ)アクリル酸エステルを使用する
ことができるが、中でもコスト、入手のし易さおよびエ
ステル交換反応に伴って生成してくるアルコールの除去
のし易さなどを考慮するとメタクリル酸メチル、アクリ
ル酸メチルなどが好ましい。
3,4−エポキシシクロヘキサンメタノールと(メタ)
アクリル酸エステルとのエステル交換反応のモル比は理
論的には1/1であるが、本発明などのように実際には1/1
0〜10/1の範囲、好ましくは1/1〜1/3の範囲である。
エステル交換反応のモル比が3,4−エポキシシクロヘ
キサンメタノール/(メタ)アクリル酸エステル=1/10
未満の場合は3,4−エポキシシクロヘキサンメタノール
の選択性、転化率の点では好ましいが、アクリル酸エス
テル又はメタクリル酸エステル自身の重合によるロスが
多くなる。また、未反応のアクリル酸エステル又はメタ
クリル酸エステルの回収に多大のエネルギーを要する、
などの欠点がある。
逆にエステル交換反応のモル比が3,4−エポキシシク
ロヘキサンメタノール/(メタ)アクリル酸エステル=
10/1を越える場合はアクリル酸エステル又はメタクリル
酸エステル自身の重合によるロスは減少するが、3,4−
エポキシシクロヘキサンメタノールの回収あるいは反応
粗液の精製に多大のエネルギーを要するので好ましくな
い。反応をバッチで行なう場合は先ず、反応容器内に3,
4−エポキシシクロヘキサンメタノールを所定量仕込
み、この中に前記好適量の触媒を溶解させ、この中にメ
タクリル酸メチル、アクリル酸メチルなどを仕込み、行
なう。
使用する触媒としては前記したようなエステル化反応
時に用いるP−トルエンスルホン酸、硫酸などの他にナ
トリウムアルコラート、水酸化リチウム、アルミニウム
アルコラート、テトラブトキシチタン等のエステル交換
触媒として公知のものから任意に選択して使用すること
ができるが、価格、安定性などの点で水酸化リチウム、
テトラブトキシチタンが好ましい。
触媒の使用量は出発原料に対して0.001〜10重量%、
好ましくは0.01〜1重量%である。触媒の使用量が0.00
1重量%をより少ない場合は反応速度が遅かったり、収
率が悪いなどの不都合があり、逆に10重量%より多くし
ても反応促進効果は改善される訳ではないので、無意味
である。
エステル交換反応の温度は、反応時間の短縮と重合防
止の点から生成するアルコールの沸点付近の温度で行な
われるのが有利である。
重合禁止剤としては前記エステル化反応と同じハイド
ロキノン、P−メトキシフェノール、2、4−ジメチル
−6−t−ブチルフェノール、3−ヒドロキシチオフェ
ノール、α−ニトロソ−β−ナフトール、P−ベンゾキ
ノン、2、5−ジヒドロキ−P−キノン、銅塩等を使用
することができるが、価格、安定性などの点でハイドロ
キノン、P−メトキシフェノールが特に好ましい。
上記のような重合禁止剤の使用量は(メタ)アクリル
酸エステルに対して0.001〜5.0重量%、好ましくは0.01
〜1.0重量%である。
重合禁止剤の添加量が0.001重量%未満の場合は重合
禁止効果が小さく、逆に5.0重量%以上添加しても効果
は向上しないので無駄となる。
反応は3,4−エポキシシクロヘキサンメタノールと
(メタ)アクリル酸エステルとを重合禁止剤と触媒の存
在下で加熱し、生成する該低級アルコールを系外へ取り
出すことによりエステル交換反応を進行させる。
反応により生成した低級アルコールを分離するにはn
−ヘキサンなどの低級アルコールと共沸混合物をつく
り、実質的には低級アルコールと互いに混合しない有機
溶媒をエントレーナーとして用いることが必須である。
エントレーナーは最初の仕込みの段階で添加しておく
のがよい。
エントレーナーの使用量は理論量に対して1〜10倍で
あり、好ましくは2〜5倍である。
低級アルコールとともに留出したエントレーナーは分
液として再使用することができる。
反応は常圧か又は若干減圧した状態でおこなうのが好
適である。
反応の終点の確認はガスクロ分析によるのが良い。反
応終了後の混合液から製品である(メタ)アクリレート
化合物を分離するのは薄膜式蒸発器などを用いて低沸分
を除去した後、薄膜式蒸発器をリボイラーとする蒸留塔
を用いるのが良い。
エステル交換反応もエステル化反応と同じように常圧
か、若干減圧した状態で行なうので、耐圧容器は必要と
しないが、ステンレス鋼、グラスライニング鋼などの耐
蝕性の材料を用いるのがよい。
以下に実施例を示し本発明の効果を具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例によって限定されるもので
はない。
〔実施例1〕 10段(40φ)の目皿式ガラス製蒸留塔を備えた5丸
底フラスコに3,4−エポキシシクロヘキサンメタノール1
200g、メタクリル酸メチル1745g、n−ヘキサン707g、
水酸化リチウム10g、ハイドロキノン3.7gを加えオイル
バスで加熱し1時間全還流させた後n−ヘキサンをエン
トレーナーとしメタノールを留出させた。
3,4−エポキシシクロヘキサンメタノールに対する反
応収率は56%であった。
〔実施例2〕 実施例1と同様の反応装置に3,4−エポキシシクロヘ
キサンメタノール1271g、メタクリル酸メチル2159g、テ
トラブトキシチタン3.2g、P−メトキシフェノール3.2g
を加えオイルバスで加熱し1時間全還流させた後メタノ
ールを留出させた。
留出時、塔頂からP−メトキシフェノールを滴下し
た。
3,4−エポキシシクロヘキサンメタノールに対する反
応収率は59%であった。
〔実施例3〕 実施例1と同様の反応装置に3,4−エポキシシクロヘ
キサンメタノール1200g、p−トルエンスルホン酸2g、
ハイドロキノン2g、ベンゼン200gを仕込み、加熱還流さ
せながらアクリル酸771gを1時間かけて滴下した。
生成する水をベンゼンとの共沸によって反応系より除
いて反応を進行させた。
留出したベンゼンは分液後反応系に戻し、循環再使用
した。
3,4−エポキシシクロヘキサンメタノールに対する反
応収率は52%であった。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水またはアルコールと共沸混合物を形成
    し、水またはアルコールと実質的に混合しない有機溶媒
    存在下、3,4−エポキシシクロヘキサンメタノールに
    (メタ)アクリル酸または(メタ)アクリル酸エステル
    を反応させることを特徴とする下記の一般式(I) [式中Rは水素原子またはメチル基を表わす] で表わされる(メタ)アクリレート化合物の製造方法。
  2. 【請求項2】有機溶媒がn−ヘキサンである請求項
    (1)記載の(メタ)アクリレート化合物の製造方法。
  3. 【請求項3】有機溶媒がベンゼンである請求項(1)記
    載の(メタ)アクリレート化合物の製造方法。
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