JP4957067B2 - ウレタン結合含有ジオール(メタ)アクリレート化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
このような(メタ)アクリレート系のモノマーは、高純度、かつ高機能性が求められる電子材や歯科材などの分野に使用され始めたことに伴い、非水性材料との親和性、接着性や親水性等に優れる性質、さらには光重合性等の機能性などが新たな課題として要求され始めている。
しかし、これらはモノマーの重合性や、レジストなどに用いる場合の基板への接着性、あるいは合成の容易さ等における課題解決が充分とは言えない。従って、光重合成、接着性、且つ製造の容易さに優れた、新規な(メタ)アクリレート系モノマーの開発が熱望されている。
[1]、式(1)で表される(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアナートと式(2)で表される環状ケタールとをウレタン化反応させ、式(3)で表されるウレタン結合含有環状ケタール(メタ)アクリレート化合物を得、これをカチオン性イオン交換樹脂の存在下に水含有溶媒中で加水開環反応させることを特徴とする式(4)で示されるウレタン結合含有ジオール(メタ)アクリレート化合物の製造方法。
[2]、カチオン性イオン交換樹脂が、H+型カチオン性イオン交換樹脂である、前記[1]項に記載のウレタン結合含有ジオール(メタ)アクリレート化合物の製造方法。
前記化合物(4)の具体例としては、グリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタン、3,4−ジヒトロキシブチル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタン、5,6−ジヒトロキシヘキシル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタン等が挙げられ、合成のし易さからグリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンが好ましく挙げられる。
以上のウレタン化反応により、式(3)で表されるウレタン結合含有環状ケタール(メタ)アクリレート化合物(以下、化合物(3)と略することもある)を得ることができる。得られる化合物(3)は、そのまま未精製で、または再結晶、カラム等の処理により単離、精製したのち、化合物(4)を得るための加水開環反応の原料として用いることができる。
本発明の製造方法に用いるカチオン性イオン交換樹脂には、H+型カチオン性イオン交換樹脂と、Na+型カチオン性イオン交換樹脂がある。
前記、H+型カチオン性イオン交換樹脂としては、カルボン酸残基の陽イオンが水素イオン(H+)をもつ、カルボン酸残基を有するH+型カチオン性イオン交換樹脂;スルホン酸残基の陽イオンが水素イオン(H+)をもつ、スルホン酸残基を有するH+型カチオン性イオン交換樹脂;がある。
前記、Na+型カチオン性イオン交換樹脂としては、スルホン酸残基の陽イオンがナトリウムイオン(Na+)をもつ、スルホン酸残基を有するNa+型カチオン性イオン交換樹脂;がある。
前記、スルホン酸残基を有するH+型カチオン性イオン交換樹脂としては、具体的には、アンバーリスト15DRY(商品名、ローム&ハース社製)、アンバーリスト15WET(商品名、ローム&ハース社製)、アンバーリスト31WET(商品名、ローム&ハース社製)、ダウエックス50W(商品名、ダウケミカル社製)、ムロマックXSC−12−338(商品名、ムロマチテクノス社製)、ナフィオンNR50(商品名、デュポン社製)等が挙げられる。
また前記、スルホン酸残基を有するNa+型カチオン性イオン交換樹脂としては、具体的には、ダイヤイオンSKシリーズ(商品名、三菱化学社製)、ダイヤイオンUBKシリーズ(商品名、三菱化学社製)等が挙げられる。
カチオン性イオン交換樹脂の使用量は、通常反応系全体に占める割合が、0.5〜50質量%、さらに好ましくは1〜30質量%となる量が好ましい。0.5質量%より少ない場合、短時間に高い反応転化率が達成できない場合があり、また50質量%より多くしても反応転化率の向上が期待できないことがあり効率的でない。
水含有溶媒の使用量は、前記化合物(3)100質量部に対して300〜1000質量部程度である。
尚、前記加水開環反応の進行に伴い、反応系内にカルボニル化合物が副生成することがあるが、反応時間を短縮する目的で、副生成するカルボニル化合物を減圧留去などの手段により反応系内から除去することが好ましい。
前記式(4)で示されるウレタン結合含有ジオール(メタ)アクリレートをモノマー原料に用いて、公知の重合方法により重合して得られたポリマーは、塗料、接着剤、成形材料、インキ、印刷材料、電気絶縁材料、光学材料、歯科材料、医療材料等の分野で幅広く利用することが可能である。
製造例1 (式(2)の化合物の合成)
2,3−O−イソプロピリデングリセロールは、M.Renoll,M.S.Newman,Org.Syn.Coll.3,502(1955)に従い、以下の合成方法により製造した。
カルシウム管、冷却管およびディーン−スターク(Dean−stark)トラップを装着したナス型フラスコに、グリセリン(100g)、アセトン(300ml)、p−トルエンスルホン酸1水和物(3g)および石油エーテル(300ml)を加え、50℃に設定したオイルバス中で加熱還流させた。12時間後、生成水分量約23mlで、新たに水分が生成しなくなったことを確認した後、反応混合物を室温まで冷却した。次いで、酢酸ナトリウム3gを加えて更に30分間攪拌した後、エバポレータにより石油エーテルおよびアセトンを留去した。得られた粗生成物を、バス温度70℃、留分温度60℃、減圧度5mmHgの条件で減圧蒸留することにより、収量130.6g、収率91%で、無色透明液体の2,3−O−イソプロピリデングリセロールを得た。1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H−NMR(CDCl3)1.3−1.5ppm,d,CH 3 (6H) 1.9ppm,s,OH(1H) 3.5−4.3ppm,m,CH 2 CHCH 2 (5H)
アセトンの代わりにメチルエチルケトンを用いた以外は製造例1と同様の操作を行ない、収量139.6g、収率88%で、無色透明液体の2,3−O−sec−ブチリデングリセロールを得た。1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H−NMR(CDCl3)0.8−1.0ppm,t,CH2CH 3(3H) 1.2−1.4ppm,d,CH 3 (3H) 1.6−1.8ppm,q,CH 2CH3(2H) 1.9ppm,s,OH(1H) 3.5−4.3ppm,m,CH 2 CHCH 2 (5H)
ナス型フラスコに、製造例1において合成した2,3−O−イソプロピリデングリセロール6.60gおよびピリジン1mlを加え、メタクリロイルオキシエチルイソシアナート7.37g(昭和電工(株)製)を秤取って、滴下ロートおよびカルシウム管を装着した。室温、遮光下において、メタクリロイルオキシエチルイソシアナートをゆっくりと滴下した。50℃に設定したオイルバス中で7時間反応させた。反応終了後、ピリジンおよび過剰の2,3−O−イソプロピリデングリセロールを減圧留去することにより、収量12.7g、収率93%で、白色固体の2,3−O−イソプロピリデングリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンを得た。1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H−NMR(CDCl3)1.3−1.5ppm,d,CH 3 (6H) 1.9ppm,s,CH2=CH(CH 3)(3H) 3.4−4.4ppm,m,OCH 2 CH 2 NH CH 2 CHCH 2 (9H) 5.1ppm,s,NH(1H) 5.6,6.1ppm,s,CH 2=C(CH3)(2H)
(HPLC条件)
溶離液:水/アセトニトリル=4/6(v/v)、カラム:ODS、検出器:UV(220nm)、送液速度:1.0ml/min、カラム槽温度:40℃
2,3−O−イソプロピリデングリセロールの代わりに製造例2において合成した2,3−O−sec−ブチリデングリセロールを用いた以外は製造例3と同様の操作を行ない、収量13.8g、収率96%で、無色透明液体の2,3−O−sec−イソブチリデングリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンを得た。1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H−NMR(CDCl3) 0.8−1.0ppm,t,CH2CH 3(3H) 1.2−1.4ppm,d,CH 3 (3H) 1.6−1.8ppm,q,CH 2CH3(2H) 1.9ppm,s,CH2=CH(CH 3)(3H) 3.4−4.4ppm,m,OCH 2 CH 2 NH CH 2 CHCH 2 (9H) 5.1ppm,s,NH(1H) 5.6,6.1ppm,s,CH 2=C(CH3)
得られた生成物を実施例1と同様にHPLCにより分析した結果、得られた2,3−O−sec−イソブチリデングリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンの純度は97%以上であることが分かった。
スクリュー管に、マグネチックスターラ、製造例3において合成した2,3−O−イソプロピリデングリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタン10.0g、水10ml、エタノール40mlおよびカチオン性イオン交換樹脂としてアンバーリスト31WET(ローム&ハース社製)3.0gを加え、45℃で6時間攪拌反応させた後、アンバーリスト31WETを濾別し、減圧乾燥により収量8。5gで無色粘性液体のグリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンを得た。1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H−NMR(D2O) 1.8ppm,s,CH2=CH(CH 3)(3H) 3.3−4.2ppm,m,OCH 2 CH 2 NH CH 2 CHCH 2 (9H) 5.6,6.0ppm,s,CH 2=C(CH3)(2H)
(HPLC条件)
溶離液:水/アセトニトリル=4/6(v/v)、カラム:ODS、検出器:UV(220nm)、送液速度:1.0ml/min、カラム槽温度:40℃
2,3−O−イソプロピリデングリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンの代わりに製造例4において合成した2,3−O−sec−ブチリデングリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンとカチオン性イオン交換樹脂としてナフィオンNR50(デュポン社)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行ない、収量8.0gで、無色粘性液体のグリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンを得た。1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H−NMR(D2O) 1.8ppm,s,CH2=CH(CH 3)(3H) 3.3−4.2ppm,m,OCH 2 CH 2 NH CH 2 CHCH 2 (9H) 5.6,6.0ppm,s,CH 2=C(CH3)(2H)
得られた生成物を実施例1と同様にHPLCにより分析した結果、得られたグリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンは97.7%以上であることが分かった。
スクリュー管に、マグネチックスターラ、製造例3において合成した2,3−O−イソプロピリデングリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタン10.0g、水5ml、エタノール40mlおよび濃硫酸3.0gを加え、45℃で24時間攪拌反応させた後、炭酸ナトリウムを加えて硫酸を中和した。中和液を濾別し、減圧乾燥により収量8.2gで無色粘性液体のグリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンを得た。
得られた生成物を実施例1と同様にHPLCにより分析した結果、グリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンは87.7%であり、副反応により生成した重合性二官能化合物であるグリセリル−1, 3−ジメタクリロイルオキシエチルウレタンが12.3%含まれることが分かった。
製造例3において合成した2,3−O−イソプロピリデングリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタン10.0g、水10mlおよびエタノール40mlを入れたスクリュー管に表1に示した種々のカチオン性イオン交換樹脂を2.0gずつ加え、45℃で6時間攪拌反応させ、グリセリル−1−メタクリロイルオキシエチルウレタンを得た後、反応転化率、濾過性および着色性について分析し、種々のカチオン性イオン交換樹脂を用いて合成を行った場合の結果を表1に示した。反応転化率は実施例1と同様にHPLCにより分析した。
着色性の評価はJISK4101(ハーゼン単位色数試験方法)に基づいてハーゼン標準液No.500を蒸留水で希釈し、No5〜No200までの標準液を調製し評価を行った。
Claims (2)
- 式(1)で表される(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアナートと式(2)で表される環状ケタールとをウレタン化反応させ、式(3)で表されるウレタン結合含有環状ケタール(メタ)アクリレート化合物を得、これをカチオン性イオン交換樹脂の存在下に水含有溶媒中で加水開環反応させることを特徴とする式(4)で示されるウレタン結合含有ジオール(メタ)アクリレート化合物の製造方法。
- カチオン性イオン交換樹脂が、H+型カチオン性イオン交換樹脂である、請求項1に記載のウレタン結合含有ジオール(メタ)アクリレート化合物の製造方法。
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