JP7110110B2 - 酸素吸収剤 - Google Patents

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Description

本発明は特定の化合物を含む酸素吸収剤および樹脂組成物に関する。
塗料などに使用される不飽和ポリエステル樹脂は、ポリマー主鎖中に不飽和結合を持ち、ビニル架橋剤によって架橋および硬化する。塗料用途では、通常係る架橋を空気雰囲気下で行うが、空気中の酸素により阻害され、硬化が遅くなったり、表面がべたつくことがある。係る阻害を防ぐ手段として、酸素吸収剤を樹脂に加えることが知られている(例えば特許文献1、2などを参照)。また、係る酸素吸収剤として、アリルグリシジルエーテルなどが用いられている(例えば特許文献3、4などを参照)。
特開昭63-130610号公報 特開平5-78459号公報 特開昭61-101518号公報 米国特許第3644568号明細書
上記塗料は樹脂以外に、例えばスチレンなどの反応性希釈剤を含有することが多い。近年、環境保護の観点から、塗料用途では該希釈剤を難揮発性のアクリル酸エステルへ転換する動きが高まっているが、希釈剤としてこのようなアクリル酸エステルを使用する場合などにおいては従来の希釈剤を用いる場合よりも酸素による上記阻害が発生しやすい。そこで本発明は、従来よりも酸素吸収能が高くて樹脂の架橋反応や硬化反応を十分に発現することのできる酸素吸収剤、および、係る架橋反応や硬化反応を十分に発現することのできる樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、以下の態様を包含する発明を完成するに至った。
[1] 下記一般式(I)で示される化合物(A)
Figure 0007110110000001
(式(I)中、Xはカルコゲン原子であり、R、Rはそれぞれ、置換基を有してよいアルキル基、置換基を有してよいアルケニル基、置換基を有してよいアリール基、置換基を有してよいアラルキル基のいずれかである。R、Rはそれぞれ、水素原子、置換基を有してよいアルキル基、置換基を有してよいアルケニル基、置換基を有してよいアリール基、置換基を有してよいアラルキル基のいずれかである。Rは重合性基である。)および遷移金属塩(B)を含む酸素吸収剤。
[2] 前記化合物(A)に対して前記遷移金属塩(B)を0.001~10mol%含む、[1]の酸素吸収剤。
[3] 前記一般式(I)において、Xが酸素原子である、[1]または[2]の酸素吸収剤。
[4] 前記一般式(I)において、Rが水素原子である、[1]~[3]のいずれかの酸素吸収剤。
[5] 前記一般式(I)において、Rが水素原子またはメチル基である、[1]~[4]のいずれかの酸素吸収剤。
[6] 前記一般式(I)において、Rが下記一般式(II)、(III)および(IV)のいずれかで示される重合性基
Figure 0007110110000002
Figure 0007110110000003
Figure 0007110110000004
(式中、R、Rはそれぞれ、水素原子またはメチル基である。)である、[1]~[5]のいずれかの酸素吸収剤。
[7] 前記一般式(I)において、Rが一般式(II)で示される重合性基である、[6]の酸素吸収剤。
[8] 下記一般式(I)で示される化合物(A)
Figure 0007110110000005
(式(I)中、Xはカルコゲン原子であり、R、Rはそれぞれ、置換基を有してよいアルキル基、置換基を有してよいアルケニル基、置換基を有してよいアリール基、置換基を有してよいアラルキル基のいずれかである。R、Rはそれぞれ、水素原子、置換基を有してよいアルキル基、置換基を有してよいアルケニル基、置換基を有してよいアリール基、置換基を有してよいアラルキル基のいずれかである。Rは重合性基である。)、遷移金属塩(B)および樹脂を含む、樹脂組成物。
本発明によれば、酸素吸収能がより高くて樹脂の架橋反応や硬化反応を十分に発現させることのできる酸素吸収剤を提供することができる。特に本発明の酸素吸収剤は従来の酸素吸収剤よりも酸素吸収能が高いため、少量の配合であっても十分な効果を発揮できコスト面でも優位である。また、本発明によれば、樹脂の架橋反応や硬化反応を十分に発現することのできる樹脂組成物を提供することができる。
本発明の酸素吸収剤は、下記一般式(I)で示される化合物(A)および遷移金属塩(B)を含む。
Figure 0007110110000006
一般式(I)において、Xはカルコゲン原子である。Xは好ましくは酸素原子または硫黄原子であり、より好ましくは酸素原子である。
一般式(I)において、R、Rは、それぞれ、置換基を有してよいアルキル基、置換基を有してよいアルケニル基、置換基を有してよいアリール基、置換基を有してよいアラルキル基のいずれかである。係るアルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプタニル基、シクロオクタニル基、イソ-3-ヘキセニル基、ビニル基、フェニル基、ベンジル基などが挙げられる。R、Rはそれぞれ、炭素数1~6のアルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基のいずれかであることが好ましく、メチル基またはイソ-3-ヘキセニル基であることがより好ましい。
一般式(I)において、R、Rは、それぞれ、水素原子、置換基を有してよいアルキル基、置換基を有してよいアルケニル基、置換基を有してよいアリール基、置換基を有してよいアラルキル基のいずれかである。係るアルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ビニル基、フェニル基、ベンジル基などが挙げられる。R、Rはそれぞれ、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、アルケニル基、アリール基のいずれかであることが好ましく、メチル基または水素原子であることがより好ましく、水素原子であることがさらに好ましい。
上記置換基を有してよいアルキル基、置換基を有してよいアルケニル基、置換基を有してよいアリール基、置換基を有してよいアラルキル基における置換基として、例えばビニル基、フェニル基、ベンジル基などが挙げられる。
一般式(I)において、Rは重合反応が可能な重合性基である。重合性基として、例えばグリシジル基、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、4-スチリル基などが挙げられる。Rは、好ましくは下記一般式(II)、(III)および(IV)のいずれかで示される重合性基であり、より好ましくは下記一般式(II)で示される重合性基である。
Figure 0007110110000007
Figure 0007110110000008
Figure 0007110110000009
一般式(II)および(III)において、R、Rはそれぞれ、水素原子またはメチル基であり、好ましくは水素原子である。
化合物(A)の製造方法は特に制限されず、公知方法を単独でまたは組み合わせることにより製造できる。例としては、Rが一般式(II)で示されるグリシジル基である場合、対応するアルコール類とエピクロロヒドリンをアルカリ条件下で縮合する方法などが挙げられる。
本発明の酸素吸収剤における化合物(A)の含有率に特に制限はなく、その下限としては、例えば、50質量%、さらには70質量%とすることができる。またその上限としては、例えば99.9質量%、さらには99.8質量%とすることができる。
遷移金属塩(B)を構成する遷移金属としては、例えば鉄、ニッケル、銅、マンガン、コバルト、ロジウム、チタン、クロム、バナジウム、ルテニウムなどが挙げられる。これらの中でも、鉄、ニッケル、銅、マンガン、コバルトが好ましく、コバルトがより好ましい。遷移金属塩(B)を構成する遷移金属の対イオンとしては、相溶性の点から有機酸由来のアニオンが好ましく、係る有機酸として、例えば酢酸、ステアリン酸、ジメチルジチオカルバミン酸、パルミチン酸、2-エチルへキサン酸、ネオデカン酸、リノール酸、オレイン酸、カプリン酸、ナフテン酸などが挙げられる。遷移金属塩(B)としてはこれらの遷移金属および対イオンを任意に組み合わせることができるが、中でも2-エチルへキサン酸コバルト、ネオデカン酸コバルトおよびステアリン酸コバルトが好ましい。
酸素吸収剤が含む遷移金属塩(B)の量は、酸素吸収能の点から、化合物(A)に対して好ましくは0.001~10mol%であり、より好ましくは0.005~5mol%であり、さらに好ましくは0.01~1mol%であり、よりさらに好ましくは0.1~1mol%である。
酸素吸収剤は、化合物(A)および遷移金属塩(B)の他に、本発明の効果を損なわない範囲で顔料、染料等をさらに含んでもよい。また、それらの種類、使用方法については特に制限されない。
本発明の酸素吸収剤は常温においても酸素吸収能に優れる。酸素吸収剤の酸素吸収量としては、20℃、1日後の値として、好ましくは0.5mL/g以上であり、より好ましくは1.0mL/g以上であり、さらに好ましくは1.5mL/g以上である。当該酸素吸収量の上限に特に制限はない。また酸素吸収剤の酸素吸収量は、60℃、1日後の値として、好ましくは15mL/g以上であり、より好ましくは20mL/g以上であり、さらに好ましくは40mL/g以上である。当該酸素吸収量の上限に特に制限はない。該20℃および60℃における酸素吸収量は、具体的には実施例において後述する方法により
測定することができる。
本発明は、化合物(A)、遷移金属塩(B)および樹脂を含む樹脂組成物を包含する。該樹脂組成物は樹脂と本発明の酸素吸収剤とを混合することにより容易に得ることができる。化合物(A)は多置換型のビニル基を有するため、樹脂に配合しても該樹脂の架橋反応や重合反応等を阻害しにくい。そのため、係る樹脂組成物は酸素存在下でも樹脂の架橋反応や重合反応等の収率が低下せず、優位である。該樹脂組成物における化合物(A)および遷移金属塩(B)の説明は、本発明の酸素吸収剤における化合物(A)および遷移金属塩(B)における説明とそれぞれ同様であり、ここでは重複する説明を省略する。該樹脂としては、例えば不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、重合性基を有する(メタ)アクリル樹脂、ウレタン(メタ)アクリレート樹脂等のラジカル重合反応により硬化可能な樹脂;ポリビニルアルコール、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体の部分または完全鹸化物、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂等の酸素バリア性を求められる樹脂などが挙げられる。ラジカル重合により硬化可能な樹脂では、空気中または樹脂中に含まれる酸素などによる重合阻害が防止される。また、酸素バリア性を求められる樹脂では、酸素の捕捉能力が向上する。
上記不飽和ポリエステル樹脂は、例えばプロピレングリコール-無水フタル酸-無水マレイン酸共重合体、エチレングリコール-無水フタル酸-無水マレイン酸共重合体等、多価アルコール化合物とα,β-不飽和多塩基酸化合物および他の多塩基酸化合物の共重合体ならびに該共重合体にスチレン等のラジカル重合性単量体を添加したものなどが挙げられる。前記多価アルコール化合物としては、例えばエチレングリコール、1,2-プロパンジオール(プロピレングリコール)、1,3-プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、水添ビスフェノールA、水添ビスフェノールFなどが挙げられる。前記α,β-不飽和多塩基酸化合物としては、例えば無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸などが挙げられ、前記他の多塩基酸化合物としては、例えば無水フタル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘット酸、アジピン酸、セバシン酸などが挙げられる。これら多塩基酸化合物はそれぞれ二種以上を併用してもよい。
上記不飽和ポリエステル樹脂は、酸素吸収成分としてさらに化合物(A)やアリルグリシジルエーテルなどの不飽和アルコールのグリシジル化合物を共重合成分の一つとして含んでもよく、その際に有機過酸化物などの硬化剤や芳香族アミンなどの硬化促進剤を必要量含んでもよい。
上記ビニルエステル樹脂は、例えばエポキシ樹脂の末端に(メタ)アクリル酸を付加させたもの等が挙げられる。エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂、ノボラック系樹脂、レゾール系樹脂などが挙げられる。
上記ウレタン(メタ)アクリレート樹脂としては、例えば多価アルコール化合物と多価イソシアネート化合物と水酸基含有(メタ)アクリル酸誘導体を反応させて得られるものなどが挙げられる。前記多価アルコール化合物は上記不飽和ポリエステル樹脂における多価アルコール化合物と同様であり、前記多価イソシアネート化合物としては、例えばトリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどが挙げられる。
上記樹脂組成物における化合物(A)の含有量は、樹脂組成物100質量部に対して、好ましくは1~50質量部であり、より好ましくは5~30質量部であり、さらに好ましくは10~20質量部である。
上記樹脂組成物は、例えば塗料、接着剤、コーティング剤などの用途に供することができる。該樹脂組成物は、顔料、染料、充填剤、紫外線吸収剤、増粘剤、低収縮化剤、老化防止剤、可塑剤、骨材、難燃剤、安定剤、繊維強化材、酸化防止剤、レベリング剤、たれ止め剤などを適宜含んでもよい。また、該樹脂組成物は、希釈剤として例えばスチレン、(メタ)アクリル酸エステルなどを含んでもよく、(メタ)アクリル酸エステルを含む場合に本発明の効果がより顕著に奏されるため特に好ましい。
上記の顔料としては、例えば酸化チタン、ベンガラ、アニリンブラック、カーボンブラック、シアニンブルー、クロムエローなどが挙げられる。充填剤としては、例えばタルク、マイカ、カオリン、炭酸カルシウム、クレーなどが挙げられる。
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における物性値の測定は、以下の方法により行った。
[酸素吸収量(20℃)]
実施例または比較例で得た酸素吸収剤から100mgを精秤し、内容量20mLのサンプル瓶に入れた。その後、係るサンプル瓶内の湿度調整のため、0.5mLのイオン交換水が入った小瓶を該サンプル瓶に入れ、該サンプル瓶の開口部をポリテトラフルオロエチレン樹脂でシールされたゴムキャップおよびアルミシールで塞いだ。係るサンプル瓶を20℃の恒温槽に静置し、1日間、5日間、および15日間経過後の該サンプル瓶内の残存酸素量を、残存酸素計(飯島電子工業株式会社製;パックマスターRO-103)を使用して測定した。酸素吸収剤を入れなかったこと以外は同様に調製し、同条件で静置したサンプル瓶内の残存酸素量を同様に測定し、これらの残存酸素量の差を酸素吸収剤の酸素吸収量(20℃)[mL/g]とした。同じ試験を3度行い、その平均値を採用した。
[酸素吸収量(60℃)]
酸素吸収量(20℃)の測定において、恒温槽の温度を20℃から60℃に変更した以外は同様にして、酸素吸収剤の酸素吸収量(60℃)[mL/g]とした。
〔製造例1〕1-(3-メチル-2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパンの合成
Figure 0007110110000010
撹拌機、温度計、滴下ロートを備えた反応器に、窒素気流下、3-メチル-2-ブテン-1-オール324g(3.77mol)、シクロヘキサン2300mL、水酸化ナトリウム226g(5.65mol)、トリオクチルメチルアンモニウムクロリド15.2g(37.3mmol)、精製水226mLを仕込んだ。内温を25℃以下に保持し、撹拌しながら、エピクロロヒドリン590mL(7.54mol)を90分かけて滴下し、滴下終了後は30分かけて40℃に昇温した。内温40℃で3時間撹拌し、その後25℃まで冷却した。反応液の上層を飽和食塩水670mLで5回洗浄し、有機層を硫酸ナトリウムで乾燥した。硫酸ナトリウムをろ過し、ろ液を濃縮して濃縮物536gを得た。係る濃縮物を蒸留により精製し、上記式(V)に示した1-(3-メチル-2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパン242g(1.67mol;収率44%)を得た。そのH-NMRの測定結果を以下に示す。
H-NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ:5.35(tquin,J=6.8,1.2Hz,1H),4.03(ddd,J=19.6,12.0,7.2Hz,2H),3.68(dd,J=11.6,3.2Hz,1H),3.99(dd,J=11.2,5.6Hz,1H),3.17-3.13(m,1H),2.79(dd,J=4.8,4.0Hz,1H),2.60(dd,J=5.2,2.8Hz,1H),1.75(s,3H),1.68(s,3H).
〔製造例2〕1-(2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパンの合成
Figure 0007110110000011
撹拌機、温度計、滴下ロートを備えた反応器に、窒素気流下、2-ブテン-1-オール54.5g(755mmol)、シクロヘキサン230mL、水酸化ナトリウム45.2g(1.13mol)、トリオクチルメチルアンモニウムクロリド3.0g(7.42mmol)、精製水53mLを仕込んだ。内温を25℃以下に保持し、撹拌しながら、エピクロロヒドリン118.2mL(1.51mol)を120分かけて滴下し、滴下終了後は30分かけて40℃に昇温した。内温40℃で5.5時間撹拌し、その後25℃まで冷却した。反応液の上層を飽和食塩水130mLで3回洗浄し、有機層を硫酸ナトリウムで乾燥した。硫酸ナトリウムをろ過し、ろ液を濃縮して濃縮物124gを得た。係る濃縮物を蒸留により精製し、上記式(VI)に示した1-(2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパン31.2g(243mmol;収率32%)を得た。そのH-NMRの測定結果を以下に示す。
H-NMR(400MHz,CDCl,TMS)δ:5.78-5.68(m,1H),5.62-5.53(m,1H),4.02-3.91(m,2H),3.77(dd,J=11.2,3.2Hz,1H),3.37(dd,J=11.2,6.0Hz,1H),3.16-3.10(m,1H),2.78(dd,J=5.2,4.0Hz,1H),2.59(dd,J=5.2,2.8Hz,1H),1.72(q,J=1.2Hz,3H).
〔実施例1〕
ガラス製サンプル瓶中に、1-(3-メチル-2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパン10g(70mmol)とステアリン酸コバルト(II)(和光純薬工業社製;純度90%)56mg(0.08mmol;1-(3-メチル-2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパンに対して0.11mol%)を加えよく撹拌し、酸素吸収剤を得た。評価結果を表1に示す。
〔比較例1〕
実施例1において、1-(3-メチル-2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパンを下記式(VII)に示すアリルグリシジルエーテル(和光純薬工業社製;純度98%;85.9mmol)に変更し、ステアリン酸コバルト(II)の量を56mgから70mg(0.10mmol;アリルグリシジルエーテルに対して0.11mol%)に変更したこと以外は実施例1と同様の手法で調製し、酸素吸収剤を得た。評価結果を表1に示す。
Figure 0007110110000012
〔比較例2〕
実施例1において、1-(3-メチル-2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパンを製造例2で得た1-(2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパンに変更し、ステアリン酸コバルト(II)の量を56mgから63mg(0.09mmol;1-(2-ブテノキシ)-2,3-エポキシプロパンに対して0.11mol%)に変更したこと以外は実施例1と同様の手法で調製し、酸素吸収剤を得た。評価結果を表1に示す。
Figure 0007110110000013
表1に示されるように、本発明の酸素吸収剤は常温でも優れた酸素吸収能を有していて、樹脂の架橋反応や硬化反応を十分に発現させることができることが分かる。
本発明の酸素吸収剤は、例えば不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ウレタン(メタ)アクリレート樹脂などの樹脂の架橋反応または硬化反応における酸素による悪影響を抑制する酸素吸収剤として好適に用いることができる。

Claims (8)

  1. 下記一般式(I)で示される化合物(A)
    Figure 0007110110000014

    (式(I)中、Xは酸素原子または硫黄原子であり、R、Rはそれぞれ、炭素数1~6のアルキル基、アルケニル基のいずれかである。R、Rはそれぞれ、水素原子、炭素数1~3のアルキル基のいずれかである。Rは下記一般式(II)で示される重合性基である。
    Figure 0007110110000015

    (式中、Rは、水素原子またはメチル基である。))および構成する遷移金属がコバルトである遷移金属塩(B)を含む酸素吸収剤。
  2. 前記一般式(I)において、R、Rはそれぞれ、炭素数1~6のアルキル基である、請求項1に記載の酸素吸収剤。
  3. 前記化合物(A)に対して前記遷移金属塩(B)を0.001~10mol%含む、請求項1または2に記載の酸素吸収剤。
  4. 前記一般式(I)において、Xが酸素原子である、請求項1~3のいずれかに記載の酸素吸収剤。
  5. 前記一般式(I)において、Rが水素原子である、請求項1~4のいずれかに記載の酸素吸収剤。
  6. 前記一般式(I)において、Rが水素原子またはメチル基である、請求項1~5のいずれかに記載の酸素吸収剤。
  7. 下記一般式(I)で示される化合物(A)
    Figure 0007110110000016

    (式(I)中、Xは酸素原子または硫黄原子であり、R、Rはそれぞれ、炭素数1~6のアルキル基、アルケニル基のいずれかである。R、Rはそれぞれ、水素原子、炭素数1~3のアルキル基のいずれかである。Rは下記一般式(II)で示される重合性基である。
    Figure 0007110110000017

    (式中、Rは、水素原子またはメチル基である。))および構成する遷移金属がコバルトである遷移金属塩(B)を含む、樹脂組成物。
  8. 前記一般式(I)において、R、Rはそれぞれ、炭素数1~6のアルキル基である、請求項7に記載の樹脂組成物
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