JP2884433B2 - 4―ヒドロキシブチルアクリレート又はメタクリレートの製造法 - Google Patents

4―ヒドロキシブチルアクリレート又はメタクリレートの製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は密着性や耐候性に優れた性能を付与して塗料
性能を改善する等の特徴あるモノマーである4−ヒドロ
キシブチル(メタ)アクリレートの製造法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕
一般にアクリル酸又はメタクリル酸と(1)式で示さ
れるジオール類とを酸性触媒の存在下で反応させると、
(2)式で示されるヒドロキシアルキルモノ(メタ)ア
クリレートが得られる。
HO(CH2nOH (n>2) (1) CH2=CRCOOH(CH2nOH (n>2) (2) (式中Rは水素又はメチル基) しかしながらこの合成反応においては、目的とするヒ
ドロキシアルキルモノ(メタ)アクリレートと同時に
(3)式で示されるヒドロキシアルキルジ(メタ)アク
リレートが副生する。
CH2=CRCOOH(CH2nOOCRC=CH2(n>2) (3) この場合、反応仕込み時のアクリル酸に対するジオー
ルのモル比を非常に大きくすれば、該ジ(メタ)アクリ
レートの副生はかなり抑えることは可能である。しかし
この場合でも該ジ(メタ)アクリレートの副生を全く抑
制することは不可能である。これはジオールの2個のア
ルコールの反応生が等価であることに起因しており該ジ
アクリレートの副生は避け難いのである。さらにまた、
反応仕込み時のアクリル酸又はメタクリル酸に対するジ
オールのモル比を大にすると、反応終了後、反応系に多
量に存在するジオールを効率良くヒドロキシアルキルモ
ノ(メタ)アクリレートと分離する技術を開発する必要
があること、及び多量にジオールを使用するため生産性
が悪いという欠点を有する。
また4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートと1,
4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレートはそれぞれ2
30℃、275℃の沸点を有し、非常に重合し易く、反応生
に富んだ化合物であるので、これらを蒸留によって分離
することはほとんど不可能である。
これらを解決する製法として、酸触媒の存在下、ジオ
ールと有機酸との反応でジオールのモノヒドロキシエス
テルを連続的に製造する際、副生するジエステルを反応
生成物から分離して反応系へ戻す方法が提示されている
(西独公開特許1518572号)。この方法では副生したジ
エステルを加溶媒分解によりモノエステルに変化させる
ため、有機酸基準の収率向上が期待できる。しかしジオ
ール基準は低く、工業的に行うには改良を必要とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、アクリル酸又はメタクリル酸と1,4−ブタ
ンジオールとを酸性触媒の存在下で反応させ、4−ヒド
ロキシブチル(メタ)アクリレートを製造するに際し、
1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレートを反応系
に添加し、反応系内において下記式 (前記式において添加もしくは生成によって反応系内に
存在する1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート
については、該(メタ)アクリレート1モル当たり、1,
4−ブタンジオール1モル及び(メタ)アクリル酸2モ
ルが存在するとみなし、また生成する4−ヒドロキシブ
チル(メタ)アクリレートについては該(メタ)アクリ
レート1モル当り、1,4ブタンジオール1モル及び(メ
タ)アクリル酸1モルが存在するとみなし計算する)の
関係が成り立つように保ち、かつ添加する1,4−ブタン
ジオールジ(メタ)アクリレートの量が添加する(メ
タ)アクリル酸に対し次式 の範囲であることを特徴とする4−ヒドロキシブチル
(メタ)アクリレートの製造法である。
本発明は、(メタ)アクリル酸と1,4−ブタンジオー
ルとの反応で生成が不可避の副生物である1,4−ブタン
ジ(メタ)オールジアクリレートを、反応開始時から系
内に存在させることにより、新たに生成が予想される1,
4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレートの副生量を
抑制するという、従来全く考慮されていない思想に基づ
く発明である。
反応時の(メタ)アクリル酸、1,4−ブタンジオール
及び1,4−ブタンジオールジアクリレートの仕込みモル
比は、(メタ)アクリル酸基準及び1,4−ブタンジオー
ル基準の収率が最も好ましい値が得られるように厳密に
規定する必要があり、反応系内において下記式の関係が
成り立つように(メタ)アクリル酸、1,4−ブタンジオ
ール及び1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート
を添加して反応を行う。
前記式において反応系内に存在する1,4−ブタンジオ
ールジ(メタ)アクリレートについては、該(メタ)ア
クリレート1モル当り、1,4−ブタンジオール1モル及
びアクリル酸2モルが存在するとみなして計算する。
前記式の値が1以上又は0.5以下の条件で反応を行う
ことは、アクリル酸基準及び1,4−ブタンジオール基準
の収率低下が大きく実用的でない。
特に好ましくは0.9〜0.6の範囲である。
エステル化反応触媒としては、スルホン酸類、硫酸、
酸性イオン交換樹脂等の通常の酸性触媒を用いることが
できる。
反応時には水と共沸混合物をつくり、水と分離する不
活性共沸溶剤例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベ
ンゼン、トルエン等が使用できる。共沸溶剤は通常反応
液の0.1〜0.8重量比の範囲で用いる。
反応生成水は不活性共沸溶剤と共沸混合物をつくり、
反応器上部に取付けられた蒸留塔より留出される。これ
は凝縮して水相と溶剤相に分離し、水相を系内に除きな
がら溶剤相を反応器へ還流して反応を進行させる。水が
留出しなくなったら反応は終了している。反応時間は通
常5〜25時間で反応温度は還流温度できまるが、特に60
〜100℃の範囲が重合防止及び製品品質上から好まし
い。
重合防止剤としてハイドロキノン、ハイドロキノンモ
ノメチルエーテル、フェノチアジン等を100〜1000ppm添
加し、好ましくは空気を供給しながら反応を行う。
反応はバッチ式または連続式で行うことができる。
反応終了後、必要に応じて触媒除去、アルカリ洗浄、
水洗浄を行った後、反応時の共沸溶剤と後工程の抽出溶
剤が異なる場合は共沸溶剤を留去して抽出溶剤を添加
し、1,4−ブタンジオールジアクリレートを抽出する。
本発明における抽出溶剤としては、直鎖、分岐または
環状のペンタン、ヘキサン、ヘプタンおよび/またはオ
クタンが好ましい。
抽出溶剤の使用量は通常4−ヒドロキシブチル(メ
タ)アクリレートと1,4−ブタンジオールジ(メタ)ア
クリレートを含む混合物に対して該混合物の0.5〜10重
量比の範囲が好ましい。混合後、液は二相に分離し、分
離した抽剤相には選択的に1,4−ブタンジオールジ(メ
タ)アクリレートが抽出される。またこの時抽剤相を適
当量の水で処理することにより抽剤相に僅かに溶解して
いる4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートを4−
ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート相側に一層有利
に回収することが可能である。抽出操作は繰り返して行
うことが可能であり、またバッチ式、連続式のいずれも
可能である。
該抽出液から抽出溶剤を留去した残液は1,4−ブタン
ジオールジ(メタ)アクリレートが主成分の回収液とな
っているので、これは再び反応系へ戻して再利用するこ
とができる。一方、該抽出残液には目的物の4−ヒドロ
キシブチル(メタ)アクリレートが主成分で、他に水、
抽出溶剤等が僅かに含まれているので、必要に応じて低
沸除去及び蒸留操作により精製することができる。
以下に実施例によって本発明を更に説明するが、これ
は本発明を限定するものではない。
実施例1 還流器、温度計及び撹拌装置を備えた反応器にアクリ
ル酸720g(10モル)、1,4−ブタンジオール1022g(11.3
5モル)及び1,4−ブタンジオールジアクリレート2155g
(10.88モル)を加え、重合防止剤としてハイドロキノ
ン1.5g、触媒としてp−トルエンスルホン酸60g、共沸
溶剤としてn−ヘキサン925gを加えた。
この場合の (但し上式において1,4−ブタンジオールジアクリレー
トについては該アクリレート1モルあたり、1,4−ブタ
ンジオール1モル及びアクリル酸2モルとみなして計算
した) 反応温度70〜80℃で反応生成水をn−ヘキサンと共沸
除去し、留出水が出なくなるまで反応させた後、反応液
を冷却して分析した。
その結果、アクリル酸の変化率99.5%及び1,4−ブタ
ンジオールの変化率9.4%を得、また4−ヒドロキシブ
チルアクリレートの選択率アクリル酸基準で99.0%、1,
4−ブタンジオール基準で92.3%を得た。
但し、変化率および選択率は次式によって計算した。
比較例1 実施例1で1,4−ブタンジオールアクリレートを添加
しない以外は同様にして反応を行った。
この場合は その結果、アクリル酸の変化率99.5%及び1,4−ブタ
ンジオールの変化率94.0%を得、また4−ヒドロキシブ
チルアクリレートの選択率はアクリル酸基準で73.0%、
1,4−ブタンジオール基準で68.0%を得た。
但し、変化率および選択率は実施例1に記載の計算式
によって計算した。
比較例2 比較例1で1,4−ブタンジオールの仕込みを630gとし
た以外は同様にして反応を行った。
この場合は その結果、アクリル酸の変化率98.3%及び1,4−ブタ
ンジオールの変化率94.4%を得、また4−ヒドロキシブ
チルアクリレートの選択率はアクリル酸基準で30.1%、
1,4−ブタンジオール基準で44.8%を得た。
但し、変化率および選択率は実施例1に記載の計算式
によって計算した。
実施例2 実施例1に準じて反応を行った。反応液を中和後、直
径50mm、40段の撹拌型抽出塔の33段目から580g/時間で
供給し、1段目からn−ヘキサンを2000g/時間、さらに
40段目から水を60g/時間で連続供給した。抽出塔の最上
部より流出した液からn−ヘキサンを回収したところ、
1,4−ブタンジオールジアクリレート2250gを得た。また
抽出塔下部より抜き出した液を減圧下で低沸分を除去し
た後、減圧下で薄膜蒸留を行って4−ヒドロキシブチル
アクリレート1350gを得た。これは仕込みのアクリル酸
及び1,4−ブタンジオール基準でそれぞれ93.6%、82.6
%の収率に相当する。
実施例3 実施例2においてn−ヘキサンの代わりにシクロヘキ
サンを使用した以外は同様にして反応および回収精製を
行い、実施例1とほとんど変わらぬ結果が得られること
を確認した。
実施例4 実施例2においてn−ヘキサンの代わりにn−ヘプタ
ンを使用した以外は同様にして反応および回収精製を行
い、実施例1とほとんど変わらぬ結果が得られることを
確認した。
実施例5 還流器、温度計、撹拌装置を備えた反応器にメタクリ
ル酸860g、1,4−ブタンジオール900g及び1,4−ブタンジ
オールジメタクリレート2260gを加え、重合防止剤とし
てハイドロキノン1.5g、触媒としてp−トルエンスルホ
ン酸60g、共沸溶剤としてn−ヘキサン1000gを加えた。
この場合 かつ (但し上式において1,4−ブタンジオールメタクリレー
トについてはメタクリレート1モル当り、1,4−ブタン
ジオール1モル及びメタクリル酸2モルとみなして計算
した) 反応温度70〜85℃で反応生成水をn−ヘキサンと共沸
除去し、留出水がでなくなるまで反応させた後、反応液
を冷却して分析した。
その結果、アクリル酸の変化率99.1%及び1,4−ブタ
ンジオールの変化率94.0%を得、また4−ヒドロキシブ
チルメタクリレートの選択率はメタクリル酸基準で99.0
%、1,4−ブタンジオール基準で93.0%を得た。
但し、変化率および選択率は実施例1に準じて計算し
た。
比較例3 1,4−ブタンジオールの添加量を307g(3.41モル)と
した以外は実施例1と同様にした。
この場合、添加した であり、反応系における (上記(b)式において反応系中に存在する1,4−ブタ
ンジオールジアクリレートは1,4−ブタンジオール1モ
ルとアクリル酸2モルとみなし、4−ヒドロキシブチル
アクリレートは1,4−ブタンジオール1モルとアクリル
酸1モルとみなして計算した。)である。
アクリル酸の変化率は64.5%であり、アクリル酸基準
の4−ヒドロキシブチルアクリレートの選択率は0.5%
であった。
また、1,4−ブタンジオールの変化率は99.0%であ
り、1,4−ブタンジオール基準の4−ヒドロキシブチル
アクリレートの選択率は1.0%であった。
比較例4 1,4−ブタンジオールの添加量を2280g(25.3モル)と
した以外は実施例と同様にした。
この場合、添加した であり、反応系における (上記(b)式において反応系中に存在する1,4−ブタ
ンジオールジアクリレートは1,4−ブタンジオール1モ
ルとアクリル酸2モルとみなし、4−ヒドロキシブチル
アクリレートは1,4−ブタンジオール1モルとアクリル
酸1モルとみなして計算した。)である アクリル酸の変化率は98.4%であり、アクリル酸基準
の4−ヒドロキシブチルアクリレートの選択率は98.0%
であった。
また、1,4−ブタンジオールの変化率は70.0%であ
り、1,4−ブタンジオール基準の4−ヒドロキシブチル
アクリレートの選択率は93.3%であった。
しかし、このように反応率系の1,4−ブタンジオール
のモル数がアクリル酸のモル数より大きい条件で反応を
行うと、反応終了後も未反応の1,4−ブタンジオールが
大量に残存し、このため次の精製工程において4−ヒド
ロキシブチルアクリレートとの分離が困難となった。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アクリル酸又はメタクリル酸と1,4−ブタ
    ンジオールとを酸性触媒の存在下で反応させ、4−ヒド
    ロキシブチル(メタ)アクリレートを製造するに際し、
    1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレートを反応系
    に添加し、反応系内において下記式 (前記式において添加もしくは生成によって反応系内に
    存在する1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート
    については、該(メタ)アクリレート1モル当たり、1,
    4−ブタンジオール1モル及び(メタ)アクリル酸2モ
    ルが存在するとみなし、また生成する4−ヒドロキシブ
    チル(メタ)アクリレートについては該(メタ)アクリ
    レート1モル当たり、1,4ブタンジオール1モル及び
    (メタ)アクリル酸1モルが存在するとみなして計算す
    る)の関係が成り立つように保ち、かつ、添加する1,4
    −ブタンジオールジ(メタ)アクリレートの量が添加す
    る(メタ)アクリル酸に対し次式 の範囲であることを特徴とする4−ヒドロキシブチル
    (メタ)アクリレートの製造法。
  2. 【請求項2】反応終了後、反応液からペンタン、ヘキサ
    ン、ヘプタン及び/又はオクタンを抽出溶剤として、1,
    4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレートを抽出し、
    該抽出残液から4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレ
    ートを得、該1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレ
    ート抽出液をそのまま又は抽出液から抽出溶剤を除去し
    た後、再び反応系へ戻すことを特徴とする第1請求項に
    記載の方法。
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