JP6656616B2

JP6656616B2 - トリアジン環含有の光硬化樹脂及びその製造方法

Info

Publication number: JP6656616B2
Application number: JP2017568330A
Authority: JP
Inventors: 劉仁; 張暁鵬; 李治全; 劉敬成; 羅静; 劉暁亜
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2016-01-05
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: WO2017117826A1; JP2018534371A; CN105669580B; US20180044301A1; US9969703B2; CN105669580A; AU2016383777A1

Description

本発明は、感光性高分子材料の技術分野に関し、特にトリアジン環を中心構造として、不飽和脂肪酸を採用して鎖延長を行った後に感光基を導入するトリアジン環含有光硬化樹脂の製造方法に関する。

紫外線硬化技術は環境に優しく且つ省エネルギーで効率的なグリーンテクノロジーとして新材料と新エネルギーと組み合わせることができ、再生可能な資源に基づく光硬化樹脂は工業発展に直面した石油資源の枯渇及び高い環境要求などの問題を解決する最適な解決手段の１つとすることができる。

植物油基アクリル酸エステルは比較的幅広く研究されている再生可能な資源である光硬化樹脂であり、価額が安く、感光性が高いなどの利点を有する。また、分子構造は長い脂肪族鎖を含むため、樹脂の強度と弾性率が低く、ガラス転移温度が低く、付着力が低いなどの欠点を引き起こした。分子構造に剛性コアを導入して体積収縮を減少させ、また、材料の機械的特性を向上させることにより高性能の植物油基光硬化樹脂を製造することは重要な有意性を有する。

従来技術における上記問題に対し、本出願者はトリアジン環含有の光硬化樹脂及びその製造方法を提供する。本発明に係る光硬化樹脂は剛性トリアジン環とフレキシブルな脂肪族鎖を同時に含有することにより、その硬化物は総合性能に優れ、光硬化樹脂として感光性高分子材料の分野に応用されることができる。

本発明の技術的解決手段は、
トリアジン環含有光硬化樹脂であって、該樹脂の製造方法は、
（１）ヘキサメチロールメラミン、不飽和脂肪酸と触媒を溶媒に溶解させ、室温で撹拌した後、還流まで昇温して２０〜４８ｈ反応させ、反応終了後分離、精製してトリアジン環含有の脂肪酸エステルを得るステップと、
（２）ステップ（１）で得られるトリアジン環含有脂肪酸エステルに５０ｗｔ％過酸化水素水、触媒、溶媒トルエンを入れ、反応温度を５０〜７０℃に制御し、撹拌しながら６〜１２ｈ反応させ、反応終了後静置して分層させ、分層後の水層を除去し、有機層を収集し、且つ飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と脱イオン水を用いて中性になるまで洗浄し、減圧蒸留で溶媒を除去し、トリアジン環含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂を得るステップと、
（３）アクリル酸に重合禁止剤、触媒を入れ、８５〜１０５℃まで加熱した後、ステップ（２）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂を滴下し、滴下終了後４〜８ｈ反応を続け、前記トリアジン環含有光硬化樹脂を得るステップと、を含む。

前記ステップ（１）において、不飽和脂肪酸はオレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ペトロセリン酸、エレオステアリン酸、カレンデュラ酸、エルカ酸、パルミトレイン酸のうちの１種又は複数種であり、前記ヘキサメチロールメラミンと不飽和脂肪酸のモル量比は１：６．０〜１２．０である。

前記ステップ（１）において、触媒はジシクロヘキシルカルボジイミド、４−ジメチルアミノピリジン、Ｎ’−（エチルカルボンイミドイル）−Ｎ、Ｎ−ジメチル−１、３−プロパンジアミン／塩酸、４−ジメチルアミノピリジン、硫酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、スチレンスルホン酸のうちの１種又は複数種であり、前記溶媒はジクロロメタン、トリクロロメタン、トルエンのうちの１種である。

前記ステップ（２）において、触媒はギ酸、酢酸、プロピオン酸のうちの１種又は複数種であり、前記トリアジン環含有脂肪酸エステル、過酸化水素水と触媒のモル比は１：１．４〜２．２：０．４〜０．７である。

前記ステップ（３）において、触媒は２−エチルヘキサン酸クロム（ＩＩＩ）、トリフェニルホスフィン、トリエタノールアミン、テトラブチルアンモニウムブロマイドのうちの１種又は複数種であり、使用量は反応物全質量の０．５〜２．０％であり、前記重合禁止剤はヒドロキノン、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロキノン、ｐ−メトキシフェノールのうちの１種又は複数種であり、使用量は反応物全質量の０．１０〜０．３０％であり、前記アクリル酸とトリアジン環含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂におけるエポキシ基のモル比は０．８〜１．１：１である。
前記光硬化樹脂の構造式の一般式は、一般式（１）に示すとおりであり、

一般式（１）

一般式（１）において、Ｒは

或いは

である。

前記ステップ（２）において、トリアジン環含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂の製造方法は、ステップ（１）で得られるトリアジン環含有脂肪酸エステルにメタクロロ過安息香酸と溶媒を入れ、０〜３０℃で、撹拌しながら３〜２４ｈ反応させ、反応終了後静置して分層させ、有機層を収集して順に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、脱イオン水を用いて中性になるまで洗浄し、有機層から減圧蒸留で溶媒を除去し、前記トリアジン環構造含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂を得る。

前記メタクロロ過安息香酸とトリアジン環含有脂肪酸エステルにおける二重結合とのモル比は０．８〜２：１であり、前記溶媒はジクロロメタン又はトリクロロメタンである。

本発明の好適な技術的効果は、
（１）本発明に係る光硬化樹脂の構造は剛性トリアジン環とフレキシブルな脂肪族鎖を同時に含有することにより、その硬化物は総合性能に優れ、光硬化樹脂として感光性高分子材料の分野に適用することができる。
（２）本発明に係る光硬化樹脂はエステル化反応により得られる多分岐構造を有するトリアジン環含有脂肪酸エステルであり、使用されるヘキサメチロールメラミンと不飽和脂肪酸はいずれも工業製品であり、コストが低い。
（３）本発明に係る光硬化樹脂の製造過程に酸化二重結合を採用することでエポキシ基を得てアクリル酸を導入するために備える。
（４）不飽和度の異なる脂肪酸を選択してエポキシ価の異なるトリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂を製造することにより、最終に官能化率の異なるトリアジン環含有の脂肪酸エステルアクリル酸樹脂を得る。
（５）本発明に係る光硬化樹脂の構造はトリアジン環構造を含有することにより、得られるアクリル酸樹脂は高い硬度と耐候性を有し、同時に脂肪酸の長い炭素鎖が存在することにより、樹脂は良好な柔軟性を有し、多分岐構造によって樹脂硬化後の体積収縮率を低減することができる。

本発明の実施例１で得られるＥＨＭＭＬＯの赤外分光スペクトルである。本発明の実施例１で得られるＥＨＭＭＬＯの核磁気共鳴スペクトルである。本発明の実施例１で得られるＥＨＭＭＬＯの質量スペクトルである。本発明の実施例１で得られるトリアジン環含有光硬化樹脂の赤外分光スペクトルである。

以下、図面と実施例に合わせて、本発明を詳細に説明する。

トリアジン環含有光硬化樹脂であって、該樹脂の製造方法は、
（１）５．００ｇのヘキサメチロールメラミン、３３．８６ｇのリノール酸、２４．９０ｇのジシクロヘキシルカルボジイミドと１．４８ｇの４−ジメチルアミノピリジンを三ツ口フラスコに入れ、１５０ｍｌのジクロロメタンを添加して溶解させた後、室温で撹拌しながら２４ｈ反応させ、その後還流まで昇温して２８ｈ反応させ、反応終了後、ろ過により生成された塩を除去し、ろ液から減圧蒸留でジクロロメタンを除去し、その後エタノールを用いて精製し、２５℃で真空乾燥してトリアジン環含有の脂肪酸エステル（ＨＭＭＬＯ）を得るステップと、
三ツ口フラスコに１２．０ｇのステップ（１）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステル、１．１４ｇの酢酸、２０ｇのトルエンを入れた後、三ツ口フラスコに１１．８ｇの５０ｗｔ％過酸化水素水を滴下し、滴下終了後反応温度を６０℃に制御し、撹拌しながら８ｈ反応させ、反応終了後静置して分層させ、分層後の水層を除去し、有機層を収集し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と脱イオン水を用いて中性になるまで洗浄し、減圧蒸留で溶媒を除去し、トリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂（ＥＨＭＭＬＯ）を得るステップと、
生成物の赤外線吸収スペクトルは図１に示すとおりであり、生成物の核磁気共鳴スペクトルは図２に示すとおりであり、生成物の質量スペクトルは図３に示すとおりであり、
（３）三ツ口フラスコに３．７７９ｇのアクリル酸、０．０４ｇの重合禁止剤ヒドロキノン、０．２７ｇの触媒２−エチルヘキサン酸クロム（ＩＩＩ）を入れ、撹拌しながら９５℃まで加熱した後、漏斗でステップ（２）で得られるトリアジン環含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂１０ｇを滴下し、滴下終了後８ｈ反応を続け、前記トリアジン環含有光硬化樹脂を得るステップと、を含み、
生成物の赤外分光スペクトルは図４に示すとおりである。

図１はトリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂（ＥＨＭＭＬＯ）の赤外分光スペクトルであり、図から分かるように、３０００−３５００ｃｍ^−１において−ＯＨの吸収ピークが消え、３０１０ｃｍ^−１の近傍において＝Ｃ−Ｈ−の伸縮振動ピークが消え、また８９５ｃｍ^−１の近傍においてエポキシ基の特徴吸収ピークが現れる。

図２はトリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂（ＥＨＭＭＬＯ）の核磁気共鳴スペクトルであり、図から分かるように、５．２−５．４ｐｐｍにおいて脂肪族鎖二重結合プロトン吸収ピークが消え、且つ５．８ｐｐｍにおいてエステル結合に隣接するメチレン水素プロトン吸収ピークが現れ、且つ１．４ｐｐｍと３．１ｐｐｍにおいてエポキシ基のプロトンピークが現れる。

図３はトリアジン環含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂（ＥＨＭＭＬＯ）の質量スペクトルであり、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ特徴から分かるように、主に２組のピークがあり、２組のピークのｍ／ｚの間に６７４〜６４１の差があり、基本的に３つのリノール酸分子鎖の分子量に相当し、各ピークは１つの置換度を示すため、ｍ／ｚの値に基づいて主に２つの置換度ＤＳ＝３とＤＳ＝６があることを決定することができる。

上記特徴に基づいてトリアジン環含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂を合成することに成功したことが示唆される。

図４はトリアジン環含有光硬化樹脂の赤外分光スペクトルであり、図から分かるように、３５００ｃｍ^−１の近傍において−ＯＨの吸収ピークが現れ、１６１８と１６３７ｃｍ^−１において強い−Ｃ＝Ｃ−伸縮振動ピークが現れ、目的物を合成することに成功したことが示唆される。

（１）７．００ｇのヘキサメチロールメラミン、４７．６０ｇのオレイン酸、３４．８６ｇのジシクロヘキシルカルボジイミドと２．０７ｇの４−ジメチルアミノピリジンを三ツ口フラスコに入れ、２５０ｍｌのジクロロメタンを添加して溶解させた後、室温で撹拌しながら２４ｈ反応させ、その後還流まで昇温して２４ｈ反応させ、反応終了後、ろ過により生成された塩を除去し、ろ液から減圧蒸留でジクロロメタンを除去し、その後エタノールを用いて精製し、２５℃で真空乾燥してトリアジン環含有の脂肪酸エステル（ＨＭＭＬＯ）を得る。

（２）三ツ口フラスコに１５．０ｇのステップ（１）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステル、１．１１ｇのギ酸、３０ｇのトルエンを入れた後、三ツ口フラスコに１４．８ｇの５０ｗｔ％過酸化水素水を滴下し、滴下終了後反応温度を６０℃に制御し、撹拌しながら８ｈ反応させ、反応終了後静置して分層させ、分層後の水層を除去し、有機層を収集し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と脱イオン水を用いて中性になるまで洗浄し、減圧蒸留で溶媒を除去し、トリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂（ＥＨＭＭＬＯ）を得る。

（３）三ツ口フラスコに３．２５ｇのアクリル酸、０．０４ｇの重合禁止剤ｐ−メトキシフェノール、０．１４ｇの触媒トリフェニルホスフィンを入れ、撹拌しながら１０５℃まで加熱した後、漏斗でステップ（２）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂１０ｇを滴下し、滴下終了後８ｈ反応を続け、前記トリアジン環含有の光硬化樹脂を得る。

（１）２．００ｇのヘキサメチロールメラミン、１８．０６ｇのリノレン酸、１３．２８ｇのジシクロヘキシルカルボジイミドと０．７９ｇの４−ジメチルアミノピリジンを三ツ口フラスコに入れ、６０ｍｌのトリクロロメタンを添加して溶解させた後、室温で撹拌しながら１２ｈ反応させ、その後還流まで昇温して１２ｈ反応させ、反応終了後、ろ過により生成された塩を除去し、ろ液から減圧蒸留でトリクロロメタンを除去し、その後エタノールを用いて精製し、２５℃で真空乾燥してトリアジン環含有の脂肪酸エステル（ＨＭＭＬＯ）を得る。

（２）三ツ口フラスコに１２．０ｇのステップ（１）で得られるトリアジン環含有脂肪酸エステル、４１．８ｇのメタクロロ過安息香酸、３００ｍｌのジクロロメタンを入れ、０℃で、撹拌しながら１０ｈ反応させ、反応終了後静置して分層させ、有機層を収集して順に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、脱イオン水を用いて中性になるまで洗浄し、有機層から減圧蒸留で溶媒を除去し、前記トリアジン環構造含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂（ＥＨＭＭＬＯ）を得る。

（３）三ツ口フラスコに３．５ｇのアクリル酸、０．０３ｇの重合禁止剤ｔｅｒｔ−ブチルヒドロキノン、０．１３ｇの触媒テトラブチルアンモニウムブロミドを入れ、撹拌しながら１００℃まで加熱した後、漏斗でステップ（２）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂１０ｇを滴下し、滴下終了後８ｈ反応を続け、前記トリアジン環含有の光硬化樹脂を得る。

（１）７．５０ｇのヘキサメチロールメラミン、５３．３ｇのエレオステアリン酸、３６．６ｇのジシクロヘキシルカルボジイミドと２．２１ｇの４−ジメチルアミノピリジンを三ツ口フラスコに入れ、２５０ｍｌのトリクロロメタンを添加して溶解させた後、室温で撹拌しながら１２ｈ反応させ、その後還流まで昇温して１２ｈ反応させ、反応終了後、ろ過により生成された塩を除去し、ろ液から減圧蒸留でトリクロロメタンを除去し、その後エタノールを用いて精製し、２５℃で真空乾燥してトリアジン環含有の脂肪酸エステル（ＨＭＭＬＯ）を得る。

（２）三ツ口フラスコに１２．０ｇのステップ（１）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステル、３３．９ｇのメタクロロ過安息香酸、２５０ｍｌのジクロロメタンを入れ、０℃で、撹拌しながら８ｈ反応させ、反応終了後静置して分層させ、有機層を収集して順に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、脱イオン水を用いて中性になるまで洗浄し、有機層から減圧蒸留で溶媒を除去し、前記トリアジン環構造含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂（ＥＨＭＭＬＯ）を得る。

ステップ（３）三ツ口フラスコに２．８ｇのアクリル酸、０．０３ｇの重合禁止剤ｔｅｒｔ−ブチルヒドロキノン、０．１３ｇの触媒テトラブチルアンモニウムブロミドを入れ、撹拌しながら１０５℃まで加熱した後、漏斗でステップ（２）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂１０ｇを滴下し、滴下終了後８ｈ反応を続け、前記トリアジン環含有の光硬化樹脂を得る。

（１）７．５０ｇのヘキサメチロールメラミン、５６．３０ｇのパルミトレイン酸、３６．６ｇのジシクロヘキシルカルボジイミドと２．２１ｇの４−ジメチルアミノピリジンを三ツ口フラスコに入れ、２５０ｍｌのトリクロロメタンを添加して溶解させた後、室温で撹拌しながら２４ｈ反応させ、その後還流まで昇温して２４ｈ反応させ、反応終了後、ろ過により生成された塩を除去し、ろ液から減圧蒸留でトリクロロメタンを除去し、その後エタノールを用いて精製し、２５℃で真空乾燥してトリアジン環含有の脂肪酸エステル（ＨＭＭＬＯ）を得る。

（２）三ツ口フラスコに１５．０ｇのステップ（１）で得られるトリアジン環含有脂肪酸エステル、１．４９ｇのギ酸、３０ｇのトルエンを入れた後、三ツ口フラスコに１６．８ｇの５０ｗｔ％過酸化水素水を滴下し、滴下終了後反応温度を６０℃に制御し、撹拌しながら８ｈ反応させ、反応終了後静置して分層させ、分層後の水層を除去し、有機層を収集し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と脱イオン水を用いて中性になるまで洗浄し、減圧蒸留で溶媒を除去し、トリアジン環含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂（ＥＨＭＭＬＯ）を得る。

（３）三ツ口フラスコに２．９ｇのアクリル酸、０．０３gの重合禁止剤ヒドロキノン、０．１３gの触媒トリエタノールアミンを入れ、撹拌しながら９℃まで加熱した後、漏斗でステップ（２）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂１０ｇを滴下し、滴下終了後８ｈ反応を続け、前記トリアジン環含有の光硬化樹脂を得る。

上記実施例は、本発明を解釈と説明するのに用いられ、本発明に限定されるものではなく、本発明の趣旨と請求項の特許請求の範囲において、本発明に対して行われた全ての修正と変化は、いずれも本発明の保護範囲に含まれる。

Claims

トリアジン環含有の光硬化樹脂の製造方法であって、該製造方法は、
（１）ヘキサメチロールメラミン、不飽和脂肪酸と触媒を溶媒に溶解させ、室温で撹拌した後、還流まで昇温して２０〜４８ｈ反応させ、反応終了後分離、精製してトリアジン環含有の脂肪酸エステルを得るステップと、
（２）ステップ（１）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステルに５０ｗｔ％過酸化水素水、触媒、溶媒トルエンを入れ、反応温度を５０〜７０℃に制御し、撹拌しながら６〜１２ｈ反応させ、反応終了後静置して分層させ、分層後の水層を除去し、有機層を収集し、且つ飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と脱イオン水を用いて中性になるまで洗浄し、減圧蒸留で溶媒を除去し、トリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂を得るステップと、
（３）アクリル酸に重合禁止剤、触媒を入れ、８５〜１０５℃まで加熱した後、ステップ（２）で得られるトリアジン環含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂を滴下し、滴下終了後４〜８ｈ反応を続け、前記トリアジン環含有の光硬化樹脂を得るステップと、を含むことを特徴とする、
トリアジン環含有の光硬化樹脂の製造方法。
前記ステップ（１）において、不飽和脂肪酸は、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ペトロセリン酸、エレオステアリン酸、カレンデュラ酸、エルカ酸、パルミトレイン酸のうちの１種又は複数種であり、前記ヘキサメチロールメラミンと不飽和脂肪酸とのモル量比は１：６．０〜１２．０である、ことを特徴とする、
請求項１に記載の製造方法。
前記ステップ（１）において、触媒は、ジシクロヘキシルカルボジイミド、４−ジメチルアミノピリジン、１−（３−ジメチルアミノプロピル）−３−エチルカルボジイミド塩酸塩、４−ジメチルアミノピリジン、硫酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、スチレンスルホン酸のうちの１種又は複数種であり、前記溶媒は、ジクロロメタン、トリクロロメタン、トルエンのうちの１種である、ことを特徴とする、
請求項１に記載の製造方法。
前記ステップ（２）において、触媒はギ酸、酢酸、プロピオン酸のうちの１種又は複数種であり、前記トリアジン環含有の脂肪酸エステル、過酸化水素水と触媒とのモル比は１：１．４〜２．２：０．４〜０．７である、ことを特徴とする、
請求項１に記載の製造方法。
前記ステップ（３）において、触媒は、２−エチルヘキサン酸クロム（ＩＩＩ）、トリフェニルホスフィン、トリエタノールアミン、テトラブチルアンモニウムブロマイドのうちの１種又は複数種であり、使用量は反応物全質量の０．５〜２．０％であり、前記重合禁止剤は、ヒドロキノン、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロキノン、ｐ−メトキシフェノールのうちの１種又は複数種であり、使用量は反応物全質量の０．１０〜０．３０％であり、前記アクリル酸とトリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂におけるエポキシ基とのモル比は０．８〜１．１：１である、ことを特徴とする、
請求項１に記載の製造方法。
前記光硬化樹脂の構造式の一般式は、一般式（１）に示すとおりであり、
一般式（１）

一般式（１）において、Ｒは
或いは
或いは
或いは
である、ことを特徴とする、
請求項１に記載の製造方法。
トリアジン環含有の光硬化樹脂の製造方法であって、該製造方法は、
（１）ヘキサメチロールメラミン、不飽和脂肪酸と触媒を溶媒に溶解させ、室温で撹拌した後、還流まで昇温して２０〜４８ｈ反応させ、反応終了後分離、精製してトリアジン環含有の脂肪酸エステルを得るステップと、
（２）ステップ（１）で得られるトリアジン環含有の脂肪酸エステルにメタクロロ過安息香酸、触媒、溶媒トルエンを入れ、反応温度を０〜３０℃に制御し、撹拌しながら３〜２４ｈ反応させ、反応終了後静置して分層させ、分層後の水層を除去し、有機層を収集し、且つ飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と脱イオン水を用いて中性になるまで洗浄し、減圧蒸留で溶媒を除去し、トリアジン環含有の脂肪酸エステルエポキシ樹脂を得るステップと、
（３）アクリル酸に重合禁止剤、触媒を入れ、８５〜１０５℃まで加熱した後、ステップ（２）で得られるトリアジン環含有脂肪酸エステルエポキシ樹脂を滴下し、滴下終了後４〜８ｈ反応を続け、前記トリアジン環含有の光硬化樹脂を得るステップと、を含むことを特徴とする、
トリアジン環含有の光硬化樹脂の製造方法。
前記メタクロロ過安息香酸とトリアジン環含有の脂肪酸エステルにおける二重結合とのモル比は０．８〜２：１であり、前記溶媒はジクロロメタン又はトリクロロメタンである、ことを特徴とする、
請求項７に記載の製造方法。