JP5353007B2 - ポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド - Google Patents
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Description
4. 一般式(2)で表される、上記3記載のポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド。
5. 前記一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも二種有する、上記3又は4記載のポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド。
原料となる前記ポリチオカーボネートポリチオールは、カーボネート化合物(カーボネート成分)とポリチオール化合物(チオール成分)をエステル交換触媒の存在下でエステル交換反応させて製造することが好ましい。代表的な合成反応スキームは次のように示される。
他の原料であるエポキシ基含有ハロゲン化炭化水素化合物としては、β−エポキシプロピルハライド化合物が好ましく挙げられ、ハライドにはクロライドやブロマイドが挙げられる。この化合物はそのエポキシ環及びα−炭素に反応に関与しない置換基を少なくとも1個有していてもよい。置換基としては、脂肪族(脂環式を含む)炭化水素基(好ましくは炭素数1〜10)、芳香族(芳香脂肪族を含む)炭化水素基(好ましくは炭素数6〜10)などが挙げられ、その炭素鎖中にはヘテロ原子(硫黄原子等)又は環構造(脂環構造、飽和複素環構造等)などが含有されていてもよい。これらエポキシ基含有ハロゲン化炭化水素化合物の中では、脂肪族炭化水素基を置換基に有するものも好ましく挙げられるが、無置換のもの(β−エポキシプロピルハライド)が特に好ましい。なお、この場合の「反応に関与しない」とは、ポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド合成反応及びポリチオカーボネートポリ(チオ)エーテル合成反応に関与しないことを意味する。
ポリチオカーボネートポリエポキシドは、前記のように、ポリチオカーボネートポリチオールをエポキシ基含有ハロゲン化炭化水素化合物と反応させることにより製造される。即ち、ポリチオカーボネートポリチオールが、Rがすべて二価の炭化水素基であるポリチオカーボネートジチオール、およびエポキシ基含有ハロゲン化炭化水素化合物がβ−エポキシプロピルハライドである場合、反応式は次のように示される。
このとき、エポキシ基含有ハロゲン化炭化水素化合物は、ポリチオカーボネートポリチオールのメルカプト基に対して1〜30倍モル、更には1〜15倍モル、特に1〜10倍モル使用することが好ましく、反応温度は、−10℃〜100℃、更には−10℃〜60℃、特に0〜40℃の範囲であることが好ましい。反応圧力は特に制限されず、通常は常圧でよく、反応雰囲気も特に制限されない。
ポリチオカーボネートポリチオエポキシドは、前記のように、ポリチオカーボネートポリエポキシドを硫化剤と反応させることにより製造される。上記の式(2a)のポリチオカーボネートポリエポキシドを硫化剤と反応させた場合、次の式で表される。
このとき、硫化剤は、ポリチオカーボネートポリエポキシドのエポキシ基に対して0.1〜30倍モル、更には0.5〜10倍モル、特に1〜5倍モル使用することが好ましく、反応温度は、0〜100℃、更には20〜70℃の範囲であることが好ましい。反応圧力は特に制限されず、通常は常圧でよく、反応雰囲気も特に制限されない。
優れた光学的性能(高屈折率、高アッベ数)に加えて優れた力学的性能(曲げに対する高歪量)と高いガラス転移温度を有する、本発明のポリチオカーボネートポリ(チオ)エーテルは、前記のように、ポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシドを開環重合反応させる、即ち、ポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシドを含有する重合性組成物を重合反応に付すことにより得ることができる。
(1)メルカプト基価(SH価;mgKOH/g):100mLサンプル瓶に試料を秤量し(重量はグラム単位で小数点以下4桁まで正確に読み取る)、無水酢酸−テトラヒドロフラン溶液(溶液100mL中に無水酢酸4gを含む)5mLと4−ジメチルアミノピリジン−テトラヒドロフラン溶液(溶液100mL中に4−ジメチルアミノピリジン1gを含む)10mLを正確に加えて試料を完全に溶解させた後、室温で1時間放置し、次いで、超純水1mLを正確に加えて時々攪拌しながら室温で30分放置して0.25M水酸化カリウム−エタノール溶液で滴定した(指示薬:フェノールフタレイン)。SH価は次式により算出した。
(但し、式中、Sは試料採取量(g)、Aは試料の滴定に要した0.25M水酸化カリウム−エタノール溶液の量(mL)、Bは空試験で要した0.25M水酸化カリウム−エタノール溶液の量(mL)、fは0.25M水酸化カリウム−エタノール溶液のファクターを表す。)
Mn=112200/SH価
(但し、式中、S’は試料採取量(g)、Cは試料の滴定に要した0.1M水酸化カリウム−エタノール溶液の量(mL)、Dは空試験に要した0.1M水酸化カリウム−エタノール溶液の量(mL)、f’は0.1M水酸化カリウム−エタノール溶液のファクターを表す。)
(1)数平均分子量(Mn):次式により算出した。
Mn=112200/ポリチオカーボネートポリチオールのSH価+(E−2)F(1−H)+(G−2)FH
(但し、Eはポリチオカーボネートポリエポキシド中のエポキシ基含有基の分子量、Fはポリチオカーボネートポリチオールのメルカプト基の転化率、Gはポリチオカーボネートポリチオエポキシド中のチオエポキシ基含有基の分子量、Hはポリチオカーボネートポリエポキシドのエポキシ基の転化率をそれぞれ表す。)
(1)屈折率:屈折率計(アタゴ製アッベ屈折率計;MR−04)を使用して、e線(λ=546nm)を照射したときの屈折率を測定した。
νe=(ne−1)/(nF’−nC’)
〔ポリチオカーボネートポリチオールの製造〕
撹拌機、温度計、蒸留塔(分留管、還流ヘッド、コンデンサーを塔頂部に備える)を設置した内容積500mL(ミリリットル)のガラス製反応器に、1,6−ヘキサンジチオール90.1g(0.599モル)、ビス(2−メルカプトエチル)スルフィド77.2g(0.500モル)、ジフェニルカーボネート155g(0.725モル)、及び10質量%テトラブチルアンモニウムヒドロキシド−メタノール溶液0.861g(0.332ミリモル)を仕込み、200mmHg(27kPa)、160℃で還流させながら1時間保持した。次いで、フェノールを留去しながら8時間かけて50mmHg(6.7kPa)まで徐々に減圧した後、フェノールが留出しなくなったところで圧力を30mmHg(4.0kPa)から15mmHg(2.0kPa)まで3時間かけて徐々に減圧し、フェノールを留出させながら反応させて、目的のポリチオカーボネートポリチオールを生成させた。
〔ポリチオカーボネートポリエポキシドの製造〕
撹拌機、温度計、還流冷却管を設置した内容積500mLのガラス製反応器に、ポリチオカーボネートポリチオール(a)50.0g(94.2ミリモル)を塩化メチレン230mLとtert−ブタノール60mLの混合溶液に溶解させて入れ、40質量%ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液3.82g(9.14ミリモル)を室温下で添加した。次いで、エピクロロヒドリン21.8g(236ミリモル)を30℃以下で1時間かけて滴下した後、40質量%水酸化ナトリウム水溶液23.4g(234ミリモル)を15〜25℃で1時間かけて滴下して室温で5時間撹拌した。得られた反応液に水200mLを加えて有機層を分取し、水層は塩化メチレン200mLで抽出処理した。二つの有機層を混合して、水洗(400mL×3回)、乾燥(無水硫酸マグネシウム)、固形物除去(濾過)、溶媒除去(減圧蒸留)により、無色のワックス状固体59.3gを得た。得られたポリチオカーボネートポリエポキシド(A)の物性を表1に示し、1H−NMRの測定結果を次に示す。
〔ポリチオカーボネートポリエーテルの製造〕
撹拌子を装着した内容積30mLのガラス製反応器中で、ポリチオカーボネートポリエポキシド(A)0.674g(1.05ミリモル)、ポリチオカーボネートポリチオール(a)0.233g(0.439ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル8.11g(50.0ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.034gを添加して2時間反応させた。
〔ポリチオカーボネートポリエーテルの製造〕
ポリチオカーボネートポリエポキシド(A)1.08g(1.68ミリモル)、ポリチオカーボネートポリチオール(a)0.234g(0.441ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル7.69g(47.4ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.033gを添加した以外は、実施例2と同様にして重合物(ポリエーテル(II)と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリエーテル(II)の物性を表2及び3にそれぞれ示す。
〔ポリチオカーボネートポリエーテルの製造〕
ポリチオカーボネートポリエポキシド(A)2.64g(4.09ミリモル)、ポリチオカーボネートポリチオール(a)0.234g(0.441ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル6.14g(37.8ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.033gを添加した以外は、実施例2と同様にして重合物(ポリエーテル(III)と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリエーテル(III)の物性を表2及び3にそれぞれ示す。
〔ポリチオカーボネートポリチオエポキシドの製造〕
撹拌機、温度計、還流冷却管を設置した内容積1Lのガラス製反応器に、ポリチオカーボネートポリエポキシド(A)59.0g(91.9ミリモル)をテトラヒドロフラン250mLとtert−ブチルアルコール60mLの混合溶液に溶解させて入れ、チオ尿素21.0g(276ミリモル)と無水酢酸0.920g(9.02ミリモル)を添加して50℃で24時間撹拌した(以上の操作は窒素気流下で行なった)。得られた反応液に水300mLとクロロホルム400mLを加えて有機層を分取し、酸洗浄(1質量%硫酸水溶液100mL)、水洗(370mL×3回)、乾燥(無水硫酸ナトリウム)、固形物除去(濾過)、溶媒除去(減圧蒸留)により、無色のワックス状固体57.4gを得た。得られたポリチオカーボネートポリチオエポキシド(B)の物性を表1に示し、1H−NMRの測定結果を次に示す。
〔ポリチオカーボネートポリチオエーテルの製造〕
ポリチオカーボネートポリチオエポキシド(B)0.645g(0.952ミリモル)、ポリチオカーボネートポリチオール(a)0.250g(0.471ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル8.12g(50.1ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.034gを添加した以外は、実施例2と同様にして重合物(ポリチオエーテル(IV)と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリチオエーテル(IV)の物性を表2及び3にそれぞれ示す。
〔ポリチオカーボネートポリチオエーテルの製造〕
ポリチオカーボネートポリチオエポキシド(B)1.06g(1.57ミリモル)、ポリチオカーボネートポリチオール(a)0.234g(0.441ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル7.70g(47.4ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.034gを添加した以外は、実施例2と同様にして重合物(ポリチオエーテル(V)と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリチオエーテル(V)の物性を表2及び3にそれぞれ示す。
〔ポリチオカーボネートポリチオエーテルの製造〕
ポリチオカーボネートポリチオエポキシド(B)2.62g(3.87ミリモル)、ポリチオカーボネートポリチオール(a)0.248g(0.467ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル6.20g(38.2ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.034gを添加した以外は、実施例2と同様にして重合物(ポリチオエーテル(VI)と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリチオエーテル(VI)の物性を表2及び3に示す。
〔ポリチオエーテルの製造〕
ビス(2−メルカプトエチル)スルフィド0.286g(1.85ミリモル)をビス(β−エピチオプロピル)エーテル8.77g(54.1ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.0087gを添加した以外は、実施例2と同様にして重合物(ポリチオエーテル(VIIと称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリチオエーテル(VII)の物性を表2及び3に示す。
〔ポリチオエーテルの製造〕
ビス(2−メルカプトエチル)スルフィド0.934g(6.05ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル8.30g(51.2ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.0346gを添加した以外は、実施例2と同様にして重合物(ポリチオエーテル(VIII)と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリチオエーテル(VIII)の物性を表2及び3に示す。
〔ポリチオエーテルの製造〕
ビス(チオエポキシプロピル)トリチオカーボネート1.09g(4.27ミリモル)、ビス(2−メルカプトメチル)スルフィド0.305g(1.97ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル7.62g(47.0ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.033gを添加した以外は、実施例2と同様にして重合物(ポリチオエーテル(IX)と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリチオエーテル(IX)の物性を表2及び3に示す。なお、ビス(チオエポキシプロピル)トリチオカーボネートは特許文献3記載の方法により合成し、数平均分子量は255で、APHAは500を超えていた。
〔ポリチオカーボネートポリチオエーテルの製造〕
ポリチオカーボネートポリチオエポキシド(B)1.20g(1.78ミリモル)、ビス(2−メルカプトエチル)スルフィド0.100g(0.648ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル8.70g(53.6ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.034gを添加した以外は、実施例1と同様にして重合物(ポリチオエーテル(X)と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリチオエーテル(X)の物性を表2及び表3にそれぞれ示す。
〔ポリチオカーボネートポリチオールの製造〕
参考例1と同様の反応器に、ビス(2−メルカプトエチル)スルフィド81.9g(0.530モル)、3−メチル−1,5−ペンタンジチオール84.7g(0.563モル)、ジフェニルカーボネート153g(0.715モル)、及び10質量%テトラブチルアンモニウムヒドロキシド−メタノール溶液0.859g(0.331ミリモル)を仕込み、得られた混合液に参考例1と同様の操作を施すことによって、フェノールとビス(2−メルカプトエチル)スルフィド、3−メチル−1,5−ペンタンジチオールの混合物を留出させながら反応させ、目的のポリチオカーボネートポリチオールを生成させた。
〔ポリチオカーボネートポリエポキシドの製造〕
実施例1と同様の反応器に、ポリチオカーボネートポリチオール(b)50.0g(69.3ミリモル)を塩化メチレン230mLとtert−ブタノール60mLの混合溶液に溶解させて入れ、40質量%ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液2.81g(6.72ミリモル)を室温下で添加した。次いで、エピクロロヒドリン16.0g(174ミリモル)を30℃以下で1時間かけて滴下した後、40質量%水酸化ナトリウム水溶液17.2g(172ミリモル)を15〜25℃で1時間かけて滴下して、実施例1と同様の操作を施した。得られたポリチオカーボネートポリエポキシド(C)の物性を表1に示し、1H−NMRの測定結果を次に示す。
〔ポリチオカーボネートポリエーテルの製造〕
ポリチオカーボネートポリエポキシド(C)1.08g(1.29ミリモル)、ポリチオカーボネートポリチオール(b)0.234g(0.324ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル7.69g(47.4ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.034gを添加した以外は、実施例1と同様にして重合物(ポリエーテル(XI))と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリエーテル(XI)の物性を表2及び3にそれぞれ示す。
〔ポリチオカーボネートポリチオエポキシドの製造〕
実施例5と同様の反応器に、ポリチオカーボネートポリエポキシド(C)50.0g(60.0ミリモル)をテトラヒドロフラン250mLとtert−ブチルアルコール60mLの混合溶液に溶解させて入れ、チオ尿素13.7g(180ミリモル)と無水酢酸0.601g(5.89ミリモル)を添加した以外は、実施例5と同様にしてポリチオカーボネートポリチオエポキシド(D)を得た。得られたポリチオカーボネートポリチオエポキシド(D)の物性を表1に示し、1H−NMRの測定結果を次に示す。
〔ポリチオカーボネートポリチオエーテルの製造〕
ポリチオカーボネートポリチオエポキシド(D)1.08g(1.25ミリモル)、ポリチオカーボネートポリチオール(b)0.234g(0.324ミリモル)をビス(β−チオエポキシプロピル)エーテル7.70g(47.4ミリモル)に25℃で完全に溶解させ、この温度でN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン0.033gを添加した以外は、実施例1と同様にして重合物(ポリチオエーテル(XII)と称する)を得た。重合性組成物の組成及びポリチオエーテル(XII)の物性を表2及び表3にそれぞれ示す。
Claims (16)
- カーボネート化合物とポリチオール化合物からエステル交換反応で得られたポリチオカーボネートポリチオールのメルカプト基の水素原子が(チオ)エポキシ基含有基で置換されたポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド。
- 前記(チオ)エポキシ基含有基がβ−(チオ)エポキシプロピル基である、請求項1記載のポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド。
- 前記一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも二種有する、請求項3又は4記載のポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド。
- 数平均分子量が400〜3000である、請求項1〜5のいずれかに記載のポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド。
- 着色度(APHA)が150以下である、請求項1〜6のいずれか記載のポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド。
- カーボネート化合物とポリチオール化合物からエステル交換反応で得られたポリチオカーボネートポリチオールをエポキシ基含有ハロゲン化炭化水素化合物と反応させることを特徴とする、ポリチオカーボネートポリチオールのメルカプト基の水素原子がエポキシ基含有基で置換されたポリチオカーボネートポリエポキシドの製造法。
- 前記エポキシ基含有ハロゲン化炭化水素化合物がβ−エポキシプロピルハライド化合物である、請求項8記載のポリチオカーボネートポリエポキシドの製造法。
- カーボネート化合物とポリチオール化合物からエステル交換反応で得られたポリチオカーボネートポリチオールのメルカプト基の水素原子がエポキシ基含有基で置換されたポリチオカーボネートポリエポキシドを、硫化剤と反応させることを特徴とする、ポリチオカーボネートポリチオールのメルカプト基の水素原子がチオエポキシ基含有基で置換されたポリチオカーボネートポリチオエポキシドの製造法。
- 請求項1〜7のいずれか記載のポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシドを含む重合性組成物。
- (チオ)エポキシ基と開環反応する官能基を有する化合物を含有する請求項11記載の重合性組成物。
- (チオ)エポキシ基と開環反応する官能基を有する前記化合物が、メルカプト基を有する化合物である請求項12記載の重合性組成物。
- 前記ポリチオカーボネートポリ(チオ)エポキシド以外のポリ(チオ)エポキシド化合物をさらに含む請求項11〜13のいずれかに記載の重合性組成物。
- 請求項11〜14記載の重合性組成物を重合反応させて得られる重合物。
- 請求項15記載の重合物を含んでなる光学材料。
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