JP3142610B2 - 不飽和エステル化合物の製造方法 - Google Patents

不飽和エステル化合物の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、エポキシ基含有(メ
タ)アクリレート、2以上のカルボキシル基を含有する
化合物および多官能エポキシ化合物から安定に不飽和エ
ステル化合物を得る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ノボ
ラック型エポキシ樹脂などの多官能エポキシ化合物にメ
タクリル酸やアクリル酸を反応させて得られる不飽和エ
ステル化合物(「ビニルエステル樹脂」とも言う)は、
単独であるいはスチレンなどの重合性単量体に溶解した
溶液の形態で多様な用途に使用されている。用途として
は、たとえば、繊維強化プラスチックのマトリックス樹
脂、インキ、接着剤などがある。これらの用途に適合さ
せるため、不飽和エステル化合物について、可とう性と
機械強度のバランスを図ったり、あるいは、可とう性と
耐熱性のバランスを図ったりするといった種々の改良が
試みられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】不飽和エステル化合物
は、主原料として用いる多官能エポキシ化合物の分子骨
格によって得られる樹脂物性がほぼ決定される。これ
は、多官能エポキシ化合物と反応する、アクリル酸やメ
タクリル酸など不飽和カルボン酸が低分子量化合物であ
り、樹脂物性を左右するほどの分子構造を有しておら
ず、しかも、(メタ)アクリロイル基の反応性が高いた
め、(メタ)アクリロイル基を残したまま分子鎖の延長
を図りにくいためである。しかも、得られる樹脂の作業
性、入手し易さの点などから使用されうる多官能エポキ
シ化合物の種類も限定されている。
【0004】そこで、この発明は、分子設計の自由度を
向上させることができ、これにより、不飽和エステル化
合物に種々の用途に合致した物性を付与できる製造方法
を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】発明者は、(メタ)アク
リロイル基を残したまま分子鎖の延長を図ることができ
るような反応条件を検討した。その結果、(メタ)アク
リロイル基を有する化合物としてエポキシ基も有するも
のを用い、これを2個以上のカルボキシル基を有する化
合物と反応させ、さらに、多官能エポキシ化合物と反応
させて分子骨格を作ることを考えた。すなわち、樹脂物
性を左右するほどの分子鎖を有し、かつ、2個以上の
(メタ)アクリロイル基を有する化合物を作るようにす
るのである。しかし、エポキシ基を有する(メタ)アク
リレートと2個以上のカルボキシル基を有する化合物お
よび多官能エポキシ化合物のエステル化反応を、三級ア
ミン類や四級アンモニウム塩などの従来から公知の不飽
和エステル化触媒を用いて行おうとすると、反応途中で
ゲル化を生じ、分子鎖の延長が図れなかった。
【0006】そこで、反応途中でゲル化が起こらず、最
終目的物を得る方法を検討した結果、この発明を完成す
るに至ったのである。すなわち、この発明は、亜鉛の有
機酸塩をエステル化触媒として用い、1分子中に2個以
上のカルボキシル基を有する化合物aと1分子中に1個
のエポキシ基を有する(メタ)アクリレート(以下、こ
のような(メタ)アクリレートを「エポキシ基含有(メ
タ)アクリレート」と言う)をエステル化反応させるこ
とにより、カルボキシル基含有(メタ)アクリレートを
得る工程Aと、アミン類、アミンの酸付加物類、第4級
アンモニウム塩類、アミド類、イミダゾール類、ピリジ
ン類、ホスフィン類、ホスホニウム塩類、および、スル
ホニウム塩類から選ばれた少なくとも1つの化合物をエ
ステル化触媒として用い、前記カルボキシル基含有(メ
タ)アクリレートと多官能エポキシ化合物をエステル化
反応させる工程Bを、有する不飽和エステル化合物の製
造方法を提供する。
【0007】この発明は、上記2つの工程AおよびBを
時系列的に分割することが特徴である。この発明では、
工程Bには、カルボキシル基含有(メタ)アクリレート
と、多官能エポキシ化合物および(メタ)アクリル酸を
エステル化反応させることも含まれる。
【0008】化合物aとしては、たとえば、アジピン
酸、セバチン酸、アゼライン酸、イソフタル酸、テレフ
タル酸、ダイマー酸、両末端カルボキシル基含有ブタジ
エン−アクリロニトリル共重合体、両末端カルボキシル
基含有ポリアクリル酸ブチル、両末端カルボキシル基含
有ポリブタジエン、ポリ(プロピレングリコールアジペ
ート、カルボキシル基含有シリコーンオイルなどが挙げ
られ、それぞれ、単独でまたは2以上合わせて使用され
る。
【0009】エポキシ基含有(メタ)アクリレートとし
ては、たとえば、グリシジルアクリレート、グリシジル
メタクリレート、アクリル酸−3,4−エポキシブチ
ル、メタクリル酸−3,4−エポキシブチル、メタクリ
ル酸−4,5−エポキシペンチル、アクリル酸−6,7
−エポキシペンチル、2−メチルグリシジルアクリレー
ト、2−メチルグリシジルメタクリレートなどが挙げら
れ、それぞれ、単独でまたは2以上合わせて使用され
る。
【0010】化合物aとエポキシ基含有(メタ)アクリ
レートは、たとえば、エポキシ基含有(メタ)アクリレ
ート中のエポキシ基(またはグリシジル基)1当量に対
し、化合物a中のカルボキシル基が1当量をこえる割合
でエステル化反応に供せられる。化合物aの比率がこの
範囲を下回ると目的物が得られないばかりか、工程Bに
おいて反応物全体をゲル化させるおそれがある。
【0011】この発明では、工程Aにおけるエステル化
反応のための触媒として、亜鉛の有機酸塩を用いる。こ
こで亜鉛の有機酸塩を用いるのは、1分子中に1個のエ
ポキシ基を有する(メタ)アクリレートが共存していて
もゲル化を起こさずに、エステル化反応を促進させるた
めである。使用されうる亜鉛の有機酸塩は、たとえば、
オクチル酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、ラウリル酸亜鉛、リ
シノール酸亜鉛、安息香酸亜鉛、サリチル酸亜鉛、パラ
オキシ安息香酸亜鉛、クレソチン酸亜鉛、2,3−オキ
シナフトエ酸亜鉛などが挙げられ、それぞれ、単独でま
たは2以上合わせて使用される。ここで、有機酸とは、
原料である、1分子中に1個のエポキシ基を有する(メ
タ)アクリレート、2個以上のカルボキシル基を有する
化合物あるいは多官能エポキシ化合物や反応生成物に対
して溶解性がある塩を形成する有機酸であればよい。
【0012】亜鉛の有機酸塩の使用量は、たとえば、金
属亜鉛に換算して、反応物すなわち化合物aとエポキシ
基含有(メタ)アクリレートの総重量に対し、0.00
5〜3.0重量%の比率である。この範囲を上回ると硬
化樹脂物性を低下させるおそれがあり、下回るとエステ
ル化反応速度が遅くなり、実質的に目的物が得られない
おそれがある。
【0013】工程Aでのエステル化反応は、たとえば、
必要により、トルエンやキシレンなどのような不活性溶
剤中で、より好ましくは、反応終了後に除去が不必要で
そのまま樹脂組成物として用いられるスチレンなどのよ
うなラジカル重合性単量体中で、空気、ハイドロキノン
やベンゾキノンなどのようなラジカル重合禁止剤の存在
下、70〜130℃の温度範囲という条件で行われる。
この反応は実質的にエポキシ基が消失するまで反応を行
うのが好ましい。
【0014】このエステル化反応により、カルボキシル
基含有(メタ)アクリレートが得られる。このカルボキ
シル基含有(メタ)アクリレートは、1分子あたり1個
または2個以上のカルボキシル基を有しているととも
に、1個以上の(メタ)アクリロイル基を有している。
工程Bでは、このカルボキシル基含有(メタ)アクリレ
ートと多官能エポキシ化合物をエステル化反応させる。
【0015】多官能エポキシ化合物としては、1分子あ
たり2個以上のエポキシ基を有するものであればよく、
たとえば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェ
ノールF型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノール
A型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、
フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂、エポキシ化ポリブタジエン、テ
トラグリシジルジアミノジフェニルメタン、3,4−エ
ポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロ
ヘキサンカルボキシレートなどが挙げられ、それぞれ、
単独でまたは2以上合わせて使用される。
【0016】工程Bでの反応触媒としては、アミン類、
アミンの酸付加物類、第4級アンモニウム塩類、アミド
類、イミダゾール類、ピリジン類、ホスフィン類、ホス
ホニウム塩類、および、スルホニウム塩類から選ばれた
少なくとも1つの化合物が用いられる。アミン類として
は、たとえば、トリエチルアミン、N,N−ジメチルア
ニリン、ジメチルベンジルアミン、トリエタノールアミ
ン、トリブチルアミン、ジメチルラウリルアミン、トリ
プロピルアミン、ジエチルアミノエチルメタクリレー
ト、ヘキサメチレンジアミン、1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7、トリス(ジメチルアミ
ノメチル)フェノールなどが挙げられ、それぞれ、単独
でまたは2以上合わせて使用される。
【0017】アミンの酸付加物類としては、アミンに対
して有機酸および無機酸のうちの一方または両方が付加
したものであれば特に限定はなく、たとえば、ジメチル
アミン塩酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、トリエチルアミ
ン塩酸塩、ジメチルアミン酢酸塩、ジエチルアミン酢酸
塩、トリエチルアミン酢酸塩などが挙げられ、それぞ
れ、単独でまたは2以上合わせて使用される。
【0018】第4級アンモニウム塩類としては、たとえ
ば、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラメチ
ルアンモニウムブロマイド、トリメチルドデシルアンモ
ニウムクロライド、トリメチルベンジルアンモニウムク
ロライド、トリエチルベンジルアンモニウムクロライド
などが挙げられ、それぞれ、単独でまたは2以上合わせ
て使用される。
【0019】アミド類としては、たとえば、ホルムアミ
ド、N−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミ
ド、アセトアミド、ベンズアミド、N,N−ジメチルホ
ルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−
ジメチルアクリルアミドなどが挙げられ、それぞれ、単
独でまたは2以上合わせて使用される。イミダゾール類
としては、たとえば、1−メチルイミダゾール、2−メ
チルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−エチ
ル−4−メチルイミダゾール、2−メチル−1−ビニル
イミダゾール、2−エチル−5−メチルイミダゾールな
どが挙げられ、それぞれ、単独でまたは2以上合わせて
使用される。
【0020】ピリジン類としては、たとえば、ピリジ
ン、ピリジン塩酸塩、ビニルピリジン、p−ジメチルア
ミノピリジン、γ−ピコリンなどが挙げられ、それぞ
れ、単独でまたは2以上合わせて使用される。ホスフィ
ン類としては、たとえば、トリフェニルホスフィン、ト
リ(2−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(3−メチ
ルフェニル)ホスフィン、トリ(4−メチルフェニル)
ホスフィンなどが挙げられ、それぞれ、単独でまたは2
以上合わせて使用される。
【0021】ホスホニウム塩類としては、たとえば、ト
リフェニルメチルホスホニウムヨーダイド、トリメチル
フェニルホスホニウムブロマイド、トリフェニルメチル
ホスホニウムブロマイド、トリメチルベンジルホスホニ
ウムブロマイドなどが挙げられ、それぞれ、単独でまた
は2以上合わせて使用される。スルホニウム塩類として
は、たとえば、トリフェニルスルホニウムクロライド、
トリメチルスルホニウムクロライド、ジメチルフェニル
スルホニウムクロライドなどが挙げられ、それぞれ、単
独でまたは2以上合わせて使用される。
【0022】工程Bでの反応触媒の使用量は、たとえ
ば、反応物すなわちカルボキシル基含有(メタ)アクリ
レートと多官能エポキシ化合物および必要に応じて使用
される(メタ)アクリル酸の総重量に対し、0.005
〜3.0重量%の比率である。この範囲を上回ると、硬
化樹脂物性を低下させるおそれがあり、下回ると、エス
テル化反応速度が遅くなり、実質的に目的物が得られな
いおそれがある。
【0023】カルボキシル基含有(メタ)アクリレート
と多官能エポキシ化合物、あるいは、カルボキシル基含
有(メタ)アクリレートと(メタ)アクリル酸と多官能
エポキシ化合物は、たとえば、カルボキシル基含有(メ
タ)アクリレート中のカルボキシル基、あるいは、カル
ボキシル基含有(メタ)アクリレートおよび(メタ)ア
クリル酸中のカルボキシル基と多官能エポキシ化合物中
のエポキシ基がほぼ等当量の割合でエステル化反応に供
せられる。また、多官能エポキシ化合物と(メタ)アク
リル酸とを併用する場合には、多官能エポキシ化合物と
(メタ)アクリル酸との比率は、たとえば、多官能エポ
キシ化合物中のエポキシ基1当量に対し、(メタ)アク
リル酸0.1〜0.8当量の範囲であり、目的とする不
飽和エステル化合物の分子量分布や硬化物の架橋密度の
程度により任意に選択である。
【0024】工程Bでのエステル化反応は、たとえば、
必要によりトルエンやキシレンなどのような不活性溶剤
中で、より好ましくは、工程Aでのエステル化反応と同
様にスチレンなどのようなラジカル重合性単量体中で、
空気、ハイドロキノンやベンゾキノンなどのようなラジ
カル重合禁止剤の存在下、70〜130℃の温度範囲と
いう条件で行われる。
【0025】このエステル化反応により、不飽和エステ
ル化合物が得られる。この不飽和エステル化合物は、2
個以上の(メタ)アクリロイル基を有している。この発
明により得られる不飽和エステル化合物は、従来のビニ
ルエステルに比べて分子設計の自由度が高い。このた
め、この不飽和エステル化合物は、たとえば、繊維強化
プラスチックのマトリックス樹脂、コーティング材、イ
ンキ、接着剤などといった従来のビニルエステルの用途
に用いられ、これらの用途において、機械強度、可とう
性、耐水性、撥水性、耐熱性、耐薬品性、電気特性(た
とえば、電気絶縁性、誘電特性など)、難燃性といった
ような物性の中から、各用途に応じて複数の物性のバラ
ンスを図ることが容易となるのである。
【0026】
【作用】上記化合物aとエポキシ基含有(メタ)アクリ
レートとをエステル化反応させる工程Aと、工程Aでの
生成物であるカルボキシル基含有(メタ)アクリレート
と多官能エポキシ化合物とをエステル化反応させる工程
Bとをこの順で行うことにより、生成する不飽和エステ
ル化合物に、多官能エポキシ化合物に由来する分子構造
だけでなく、多塩基酸に代表される化合物aに由来する
分子構造も導入可能になり、分子設計の自由度が高くな
る。
【0027】工程Aでのエステル化反応は、触媒として
亜鉛の有機酸塩を用いることにより可能になり、工程B
でのエステル化反応は、上述の特定の触媒を用いること
により可能になる。工程Bで(メタ)アクリル酸も使用
することにすると、生成する不飽和エステル化合物の分
子設計の自由度がさらに高くなる。
【0028】
【実施例】以下に、この発明の具体的な実施例および比
較例を示すが、この発明は下記実施例に限定されない。
以下では、「部」は「重量部」、「%」は「重量%」を
それぞれ意味する。 −実施例1− 温度計、還流冷却器、空気吹込管および攪拌器を備えた
反応容器に、アジピン酸146部、グリシジルメタクリ
レート142部、スチレン158部、ハイドロキノン
0.13部およびオクチル酸亜鉛(亜鉛含有量15%)
1.3部を仕込み、空気を吹き込みながら攪拌し、11
0℃で4時間反応させた(工程A)。この時点で、反応
物の酸価が128となった。この時、核磁気共鳴吸収ス
ペクトルによりグリシジルメタクリレートのエポキシ基
が完全に消失していることを確認した。
【0029】ついで、アラルダイトGY−250(チバ
−ガイギー社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポ
キシ当量185)185部とトリエチルアミン1.3部
を投入し、115℃でさらに5時間反応させ、この発明
の不飽和エステル化合物(1)のスチレン溶液を得た
(工程B)。ここで得られた不飽和エステル化合物
(1)は酸価5.5であった。
【0030】−比較例1− 工程Aは実施例1と全く同様にして行った。工程Bを、
トリエチルアミンを投入しないこと、および、110℃
で反応させたこと以外は、実施例1と同様にして行った
ところ、18時間反応を行っても反応物の酸価は37ま
でした低下せず、20時間後には反応物全体がゲル化し
て目的の不飽和エステル化合物が得られなかった。
【0031】−比較例2− 実施例1において工程Aを、オクチル酸亜鉛1.3部の
代わりにトリエチルアミン1.5部を用いて行ったとこ
ろ、反応開始から1.5時間経過後、反応物全体がゲル
化し、目的の不飽和エステル化合物が得られなかった。 −比較例3− 実施例1で用いたのと同じ反応容器に実施例1と同量
の、アジピン酸、アラルダイトGY−250、スチレ
ン、ハイドロキノンおよびトリエチルアミンを投入し、
実施例1と同様に110℃で反応させた。反応開始後、
3.5時間で反応物の酸価が116となり、この時、核
磁気共鳴吸収スペクトルによりアラルダイトGY−25
0のエポキシ基が完全に消失していることを確認した。
【0032】ついで、実施例1と同量の、グリシジルメ
タクリレートとオクチル酸亜鉛を投入し、110℃で反
応を続けたところ、1.8時間経過後、反応物の酸価が
42まで下がったところで反応物全体がゲル化し、目的
の不飽和エステル化合物が得られなかった。 −比較例4− 実施例1で用いたのと同じ反応容器に実施例1と同量
の、アジピン酸、グリシジルメタクリレート、アラルダ
イトGY−250、スチレン、ハイドロキノン、オクチ
ル酸亜鉛およびトリエチルアミンを投入し、実施例1と
同様に110℃で反応を行ったところ、反応開始後1.
2時間で反応物全体がゲル化し、目的の不飽和エステル
化合物が得られなかった。この時の反応物の酸価は78
であった。
【0033】−実施例2− 実施例1で用いたのと同じ反応容器に、バーサダイム2
28(ヘンケル白水社製ダイマー酸、酸価194)60
部、グリシジルメタクリレート15部、スチレン50
部、ハイドロキノン0.18部、ラウリル酸亜鉛(亜鉛
含有量14%)0.45部を投入し、実施例1と同様に
110℃で4時間反応させ、反応物の酸価を80とした
(工程A)。ついで、EPPN−201(日本化薬社製
フェノールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量1
87)209部、メタクリル酸88部、スチレン178
部およびトリフェニルホスフィン1.2部を投入し、さ
らに、110℃で6時間反応させ、不飽和エステル化合
物(2)のスチレン溶液を得た(工程B)。得られた不
飽和エステル化合物(2)の酸価は5.7であった。
【0034】−比較例5− 実施例1で用いたのと同じ反応容器に、ラウリル酸亜鉛
を用いない以外は、実施例2と同量の、バーサダイム2
28、グリシジルメタクリレート、EPPN−201、
メタクリル酸、スチレン、ハイドロキノンおよびトリフ
ェニルホスフィンを一括投入し、実施例1と同様に11
0℃で反応させたところ、反応開始後1.8時間で反応
物全体がゲル化してしまい、目的物を得ることができな
かった。この時の反応物の酸価は49であった。
【0035】−実施例3〜9− 実施例2の工程Aにおけるラウリル酸亜鉛0.45部お
よび工程Bにおけるトリフェニルホスフィン1.2部を
表1の各エステル化触媒のように変更すること以外は、
実施例2と同量の、バーサダイム228、グリシジルメ
タクリレート、EPPN−201、メタクリル酸、スチ
レン、ハイドロキノンを実施例2と同様の、工程Aおよ
び工程Bで用い、おのおの、実施例2と同様に反応を行
い、途中でゲル化することなく不飽和エステル化合物
(3)〜(9)のスチレン溶液を得た。これらの反応結
果を、実施例1および2の結果とともに表1にまとめて
示した。
【0036】
【表1】
【0037】表1にみるように、この発明の方法によれ
ば、上記化合物a、エポキシ基含有(メタ)アクリレー
トおよび多官能エポキシ化合物、必要に応じて(メタ)
アクリル酸を用いて不飽和エステル化合物を得ることが
できる。比較例1は工程Bで特定のエステル化触媒を用
いなかったため、エステル化反応が進行しにくくゲル化
が生じた。比較例2および5は工程Aでエステル化触媒
として亜鉛の有機酸塩を用いなかったため、エステル化
反応が進行しにくくゲル化が生じた。比較例3は化合物
aと多官能エポキシ化合物との反応を先に行い、その反
応生成物とエポキシ基含有(メタ)アクリレートを亜鉛
有機酸塩触媒の存在下で反応させたため、エステル化反
応が進行しにくくゲル化が生じた。比較例4は工程Aと
工程Bの各反応を同時に行ったため、ゲル化が生じた。
【0038】実施例2で得られた不飽和エステル化合物
(2)のスチレン溶液100部に対し、メチルエチルケ
トンパーオキサイド1.0部およびオクチル酸コバルト
0.3部を配合し、常温で12時間放置し、さらに、1
50℃で1時間、後硬化を行い、3mm厚の注型板および
6mm厚の注型板を得た。これらの注型板を用い、日本工
業規格K6919に基づき、引張り伸び率と熱変形温度
を測定したところ、おのおの、6.2%(この%は重量
%ではない)と124℃であり、引張り伸び率と熱変形
温度のバランスがとれた樹脂であることが確認された。
従来のスチレン含有不飽和エステル化合物の硬化物で1
20℃程度の熱変形温度を持ち、引張り伸び率が6%も
あるものは困難であった。
【0039】
【発明の効果】この発明によれば、不飽和エステル化合
物の分子設計の自由度を向上させ、これにより、不飽和
エステル化合物に種々の用途に合致した物性を付与する
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−139619(JP,A) 特開 昭62−190262(JP,A) 特開 平5−57828(JP,A) 特開 平4−184443(JP,A) 特開 平1−253729(JP,A) 特開 平1−230620(JP,A) 特開 昭64−14224(JP,A) 特開 昭56−157446(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 59/14 - 59/17 C08F 299/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 亜鉛の有機酸塩をエステル化触媒として
    用い、1分子中に2個以上のカルボキシル基を有する化
    合物aと1分子中に1個のエポキシ基を有する(メタ)
    アクリレートをエステル化反応させることにより、カル
    ボキシル基含有(メタ)アクリレートを得る工程Aと、
    アミン類、アミンの酸付加物類、第4級アンモニウム塩
    類、アミド類、イミダゾール類、ピリジン類、ホスフィ
    ン類、ホスホニウム塩類、および、スルホニウム塩類か
    ら選ばれた少なくとも1つの化合物をエステル化触媒と
    して用い、前記カルボキシル基含有(メタ)アクリレー
    トと多官能エポキシ化合物をエステル化反応させる工程
    Bを、有する不飽和エステル化合物の製造方法。
  2. 【請求項2】 工程Bが、カルボキシル基含有(メタ)
    アクリレートと、多官能エポキシ化合物および(メタ)
    アクリル酸をエステル化反応させる工程である請求項1
    記載の不飽和エステル化合物の製造方法。
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