JP3211310B2 - 新規スルホニウム塩化合物及び重合開始剤 - Google Patents

新規スルホニウム塩化合物及び重合開始剤

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規なスルホニウム塩
化合物及びそれを含有するカチオン性重合開始剤に関す
るものである。該重合開始剤とカチオン重合性化合物を
含むカチオン重合性組成物は、熱又は光、電子線等の放
射線により短時間に硬化することができ、得られる硬化
物は優れた物性を有しているため、成型樹脂、注型樹
脂、塗料、接着剤、インキ等の材料として好適に用いら
れる。
【0002】
【従来の技術】従来、エポキシ樹脂は硬化剤として、二
液系で広く利用されている活性なアミン含有化合物やカ
ルボン酸無水物がある。しかし、これらの硬化剤を用い
た二液系では、完全に各成分を混合する必要があり、硬
化時間も数時間要する。
【0003】一方、エポキシ樹脂を一液系として硬化す
るのには、フッ化ホウ素−モノエチルアミンがあるが、
このものは、160℃或いはそれ以上の温度でも完全に
硬化するのに1〜8時間要している。
【0004】また、特開昭50−151976及び同5
0−151997において、フェニルスルホニウム塩を
エポキシ用光硬化剤とすることが知られている。しか
し、これは光でエポキシ樹脂を硬化させるが、熱を加え
ただけでは、エポキシ樹脂を硬化させることはできな
い。
【0005】一方、特開平2−196812及び同3−
17101には、ベンジルスルホニウム塩を用い、熱又
は放射線によりカチオン重合性組成物を硬化することが
述べられている。しかしながら、これら開始剤の活性
は、熱及び放射線とも充分でなく、しかも重合開始剤の
合成法も複雑である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した実
情からみてなされたもので、カチオン重合性化合物を熱
又は光、電子線等の放射線により、短時間に硬化させる
ことができる新規なカチオン性重合開始剤を提供し、更
に優れた物性を有する硬化物を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するため、鋭意検討した結果、特定のスルホニウ
ム塩化合物からなるカチオン性重合開始剤を用いること
で、熱又は光、電子線等の放射線により短時間で硬化す
ることができ、かつ、その硬化物に優れた性能を与える
新規なカチオン性重合開始剤を見出して本発明を完成す
るに至った。
【0008】本発明は、下記の一般式〔1〕
【0009】
【化2】 〔式中、R1 及びR2 はそれぞれ水素原子、アルキル
基、アルコキシ基及びハロゲン原子からなる群より選ば
れた少なくとも一種の基を示し、R3 及びR4 は同一又
は相異なる直鎖若しくは分岐状のアルキル基であり、R
3 とR4 は一体となって結合していてもよく、XはSb
6 、AsF6 、PF6 又はBF4 を示す〕で表される
スルホニウム塩化合物及び該スルホニウム塩化合物を少
なくとも一種含有してなるカチオン性重合開始剤であ
る。
【0010】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
スルホニウム塩化合物を、一般式〔1〕
【0011】
【化3】 で表されるが、式中、R1 及びR2 はそれぞれ水素原
子、アルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子であ
る。ここで、アルキル基としてメチル、エチル、プロピ
ル、イソプロピル、ブチル等の低級アルキル基が好まし
く、アルコキシ基としてメトキシ、エトキシ、プロポキ
シ、イソプロポキシ、ブトキシ基等である。R3 及びR
4 は同一又は相異なる直鎖若しくは分岐のアルキル基で
あり、アルキル基としてはメチル、エチル、プロピル、
イソプロピル、ブチル等の低級アルキル基が好んで用い
られる。なお、R3 とR4 は一体となって結合していて
もよい。XはSbF6 、AsF6 、PF6 又はBF4
あり、この内、SbF6 が好んで用いられる。
【0012】本発明のスルホニウム塩化合物は、例え
ば、次の方法で得ることができる。1−ブロモメチルナ
フタレン又は2−ブロモメチルナフタレンのようなハロ
ゲン化メチルナフタレン誘導体とそれぞれ対応するスル
フィド化合物を等モルづつ、必要に応じてメチルアルコ
ール、アセトン、アセトニトリル等の溶媒存在下にて室
温〜80℃で数時間〜30日反応させ、次いで、得られ
た固形物を水若しくは水−メチルエチルケトン等の水−
有機溶媒系に溶解せしめ、六フッ化アンチモン酸ナトリ
ウムを加えて激しく攪拌し、析出した液状又は固形状の
生成物を分離した後、乾燥して得られる。
【0013】本発明の代表的なスルホニウム塩化合物と
して、次の化学式〔2〕から〔10〕で表されるものが
例示される。ただし、式中、XはSbF6 、AsF6
PF6 又はBF4 である。
【化4】
【0014】
【化5】
【0015】
【化6】
【0016】
【化7】
【0017】
【化8】
【0018】
【化9】
【0019】
【化10】
【0020】
【化11】
【0021】
【化12】
【0022】本発明の前記スルホニウム塩化合物は、カ
チオン性重合開始剤として有用であり、カチオン重合性
化合物と配合して使用される。ここで用いられるカチオ
ン重合性化合物として、次のような化合物が挙げられ
る。 (a)エポキシ基を有する化合物として、1,1,3−
テトラデカジエンジオキサイド、リモネンジオキサイ
ド、4−ビニルシクロヘキセンジオキサイド、(3,4
−エポキシシクロヘキシル)メチル−3,4−エポキシ
シクロヘキシルカルボキシレート、ジ(3,4−エポキ
シシクロヘキシル)アジペート、フェニルグリシジルエ
ーテル、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ハロゲン化
ビスフェノールA型エポキシ樹脂、o−,m−,p−ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂、多価アルコールのポリグリシジル
エーテル等のエポキシ化合物がある。
【0023】(b)ビニル化合物として、スチレン、α
−メチルスチレン、p−クロロメチルスチレン等のスチ
レン類;n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニル
エーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、ヒドロキシ
ブチルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル類;
アリルビニルエーテル、1−オクタヒドロナフチルビニ
ルエーテル等のアルケニルビニルエーテル類;エチニル
ビニルエーテル、1−メチル−2−プロペニルビニルエ
ーテル等のアルキニルビニルエーテル類;フェニルビニ
ルエーテル、p−メトキシフェニルビニルエーテル等の
アリールビニルエーテル類;ブタンジオールジビニルエ
ーテル、トリエチレングリコールビニルエーテル、シク
ロヘキサンジオールジビニルエーテル等のアルキルジビ
ニルエーテル類;1,4−ベンゼンジメタノールジビニ
ルエーテル、N−m−クロロフェニルジエタノールアミ
ンジビニルエーテル、m−フェニレンビス(エチレング
リコール)ジビニルエーテル等のアラルキルジビニルエ
ーテル類;ハイドロキノンジビニルエーテル、レゾルシ
ノールジビニルエーテル等のアリールジビニルエーテル
類;N−ビニルカルバゾール、N−ビニルピロリドン等
のカチオン重合性窒素含有化合物等がある。
【0024】(C)ビシクロオルソエステル化合物とし
て、1−フェニル−4−エチル−2,6,7−トリオキ
サビシクロ〔2,2,2〕オクタン,1−エチル−4−
ヒドロキシメチル−2,6,7−トリオキサビシクロ
〔2,2,2〕オクタン等 (d)スピロオルソカーボネート化合物として、1,
5,7,11−テトラオキサスピロ〔5,5〕ウンデカ
ン、3,9−ジベンジル−1,5,7,11−テトラオ
キサスピロ〔5,5〕ウンデカン等や1,4,6−トリ
オキサスピロ〔4,4〕ノナン,2−メチル−1,4,
6−トリオキサスピロ〔4,4〕ノナン,1,4,6−
トリオキサスピロ〔4,5〕デカン等のスピロオルソエ
ステル化合物等がある。これらは単独若しくは2種以上
を併用して用いても差し支えない。 (a)〜(d)の内で、殊に(a)のエポキシ基を有す
る化合物が好んで使用される。
【0025】本発明において、前記カチオン重合性化合
物と前記カチオン性重合開始剤との配合割合は、カチオ
ン重合性化合物100重量部に対し、カチオン性重合開
始剤0.01〜20重量部、好ましくは0.1〜10重量
部の割合で配合し、熱又は光、電子線等の放射線により
容易に硬化することができる。熱による硬化の場合、硬
化温度は、10〜200℃、好ましくは50〜180℃
の範囲である。放射線による硬化の場合、好ましくは光
及び電子線が用いられる。光硬化の場合、波長400nm
以下の紫外線が最も効率が良く、それゆえ、光源として
は低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀
灯、キセノンランプ、カーボンアーク灯等が用いられ
る。なお、熱と放射線を併用して硬化させることも可能
である。
【0026】本発明のカチオン性重合開始剤は、一般に
単独で使用されるが、他のカチオン性重合開始剤と併用
して用いることもできる。
【0027】また、前記(a)のエポキシ基を有する化
合物を用いる場合は、エポキシ樹脂の硬化剤として通常
用いられている、フェノール系硬化剤、酸無水物類硬化
剤等の硬化剤、更に(b)のビニル化合物を用いる場合
は、ビニル化合物の硬化剤である有機過酸化物等を性能
が損なわれない範囲内で併用して用いてもよい。前記の
カチオン重合性化合物に本発明の開始剤を配合して使用
する際に、必要に応じて反応性希釈剤、硬化促進剤、溶
剤、顔料、染料、カップリング剤、無機充填剤、炭素繊
維、ガラス繊維、界面活性剤等を添加して使用される。
【0028】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例により、更
に具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例
に何等限定されるものではない。
【0029】実施例1 <α−ナフチルメチルジメチルスルホニウムヘキサフロ
ロアンチモネートの合成>α−クロロメチルナフタレン
7.07 gとジメチルスルフィド 6.21 gを混合し、室温
で18日間反応させた。得られた固形物をエーテルで洗
浄し、40℃で減圧乾燥し、前駆体のα−ナフチルメチ
ルジメチルスルホニウクロライドを得た。収率:32
%、 次いで、α−ナフチルメチルジメチルスルホニウクロラ
イド 1.19 gを蒸留水10gに溶解させ六フッ化アンチ
モン酸ナトリウム 1.55 gを加えてよく攪拌し、冷却し
た。析出した化合物を濾別し40℃で減圧乾燥した。収
率:96% 得られた本発明のα−ナフチルメチルジメチルスルホニ
ウムヘキサフロロアンチモネートは下記構造式の〔1
1〕で示される。
【0030】
【化13】
【0031】このもののスペクトルデータは下記のとお
りであった。 IR(KBr,cm-1): 3036 、1515、1433、803 、
777 、6561 H−NMR(アセトニトリル−d3 ):δ 2.78(s,
6H)、4.94(s,2H)、 7.55 〜7.755(m,4
H)、8.03(d,1H)、8.07(d,1H)、8.15
(d,1H) 13 C−NMR(アセトニトリル−d3 ): 25.6 、4
6.4、124.0 、124.2 、126.7 、128.0 、128.7 、130.3
、132.1 、132.3 、132.4 、135.2
【0032】実施例2 <α−ナフチルメチルテトラメチレンスルホニウムヘキ
サフロロアンチモネートの合成>α−クロロメチルナフ
タレン 8.83 gとテトラヒドロチオフェン 8.82 gを混
合し、50℃で24時間反応させた。得られた固形物を
エーテルで洗浄し、40℃で減圧乾燥し前駆体のα−ナ
フチルメチルテトラメチレンスルホニウムクロライドを
得た。収率:38% 次いで、α−ナフチルメチルテトラメチレンスルホニウ
ムクロライド 2.56 gを蒸留水10gとメチルエチルケ
トン5gの混合溶媒に溶解させ、六フッ化アンチモン酸
カリウム 3.30 gを加えてよく攪拌した。この溶液に蒸
留水を更に50gを加えてよく攪拌し、冷却した。析出
した化合物を濾別し40℃で減圧乾燥した。収率:98
% 得られた本発明のα−ナフチルメチルテトラメチレンス
ルホニウムヘキサフロロアンチモネートは下記構造式の
〔12〕で示される。
【0033】
【化14】
【0034】このもののスペクトルデータは下記のとお
りであった。 IR(KBr,cm-1): 1514 、1426、804 、779 、
662 1 H−NMR(アセトニトリル−d3 ):δ 2.22 〜2.
33(m,2H)、2.39〜2.51(m,2H)、3.31〜3.48
(m,4H)、4.80(s,2H)、8.12〜8.35(m,4
H)、8.03(d,1H)、8.06(d,1H)、8.19
(d,1H)13 C−NMR(アセトニトリル−d3 ): 29.4 、44.
5、45.2、124.0 、125.3、126.7 、128.0 、128.7 、13
0.4 、131.9 、132.1 、132.3 、135.2
【0035】実施例3、4 <DSC測定>実施例1、2で合成した化合物(重合開
始剤)をプロピレンカーボネートに溶解させ、これらを
ERL−4221(UCC社製脂環型エポキシ)、UV
R−6410(UCC社製グリシジル型エポキシ)の各
エポキシ化合物100部に対し、C社製脂純分として2.
5部になるように添加して配合組成物A、Bを調製し
た。この配合組成物についてDSC測定を行い、発熱開
始温度とDSC曲線のトップピーク温度を求めた。な
お、DSCの測定条件は次のとおりである。 DSC測定機器 : DSC220C(セイコー電子工
業社製) 雰囲気 : 窒素ガス気流中 30ml /分 昇温速度 : 10℃/分 サンプル量 : 0.3 〜0.8 mg
【0036】比較例1 実施例1、2で得られた本発明の化合物である重合開始
剤の代わりに、比較用開始剤としてベンジルジメチルス
ルホニウムヘキサフロロアンチモネート(R−1)を用
いた以外は、実施例3、4と全く同様にして各々DSC
測定を行った。以上、実施例3、4、比較例1のDSC
測定の結果を表1に示した。
【0037】
【表1】
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の新規なス
ルホニウム塩化合物は、カチオン重合性化合物の重合開
始剤として有効であり、このスルホニウム塩化合物を含
有する重合組成物は、熱及び光、電子線等の放射線によ
り短時間に重合、硬化することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−221111(JP,A) 特開 昭63−223002(JP,A) 特開 平3−237107(JP,A) 特開 昭58−37003(JP,A) 特開 平2−232215(JP,A) 特開 平2−178303(JP,A) Canadian Journal of Chemistry,第63巻,第 11号,3140−3146頁,1985年 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 4/60 - 4/70 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式[1] 【化1】 [式中、R 1 及びR 2 はそれぞれ水素原子、アルキル基、
    アルコキシ基及びハロゲン原子からなる群より選ばれた
    少なくとも一種の基を示し、R 3 及びR 4 は同一又は相異
    なる直鎖若しくは分岐状のアルキル基であり、R 3 とR 4
    は一体となって結合していてもよく、XはSbF 6 、A
    sF 6 、PF 6 又はBF 4 を示す]で表されるスルホニウム
    塩化合物を少なくとも一種含有してなることを特徴とす
    るカチオン性重合開始剤。
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