WO2017033611A1 - 多官能(メタ)アクリレートの製造方法 - Google Patents

多官能(メタ)アクリレートの製造方法 Download PDF

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WO2017033611A1
WO2017033611A1 PCT/JP2016/070773 JP2016070773W WO2017033611A1 WO 2017033611 A1 WO2017033611 A1 WO 2017033611A1 JP 2016070773 W JP2016070773 W JP 2016070773W WO 2017033611 A1 WO2017033611 A1 WO 2017033611A1
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acrylate
meth
catalyst
polyfunctional
zinc
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PCT/JP2016/070773
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Inventor
素生 大塚
橋本 直樹
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東亞合成株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/26Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C213/00Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C213/06Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton from hydroxy amines by reactions involving the etherification or esterification of hydroxy groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C219/00Compounds containing amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C219/02Compounds containing amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having esterified hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton
    • C07C219/04Compounds containing amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having esterified hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated
    • C07C219/08Compounds containing amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having esterified hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated having at least one of the hydroxy groups esterified by a carboxylic acid having the esterifying carboxyl group bound to an acyclic carbon atom of an acyclic unsaturated carbon skeleton
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/03Preparation of carboxylic acid esters by reacting an ester group with a hydroxy group
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C69/00Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic or haloformic acids
    • C07C69/52Esters of acyclic unsaturated carboxylic acids having the esterified carboxyl group bound to an acyclic carbon atom
    • C07C69/533Monocarboxylic acid esters having only one carbon-to-carbon double bond
    • C07C69/54Acrylic acid esters; Methacrylic acid esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B61/00Other general methods

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a polyfunctional (meth) acrylate, and more specifically, a transesterification reaction between a specific monofunctional (meth) acrylate and a polyhydric alcohol to obtain a polyfunctional (meth) acrylate.
  • the present invention relates to a method for producing a characteristic polyfunctional (meth) acrylate.
  • acrylate and / or methacrylate are represented as (meth) acrylate.
  • (meth) acrylate is cured by irradiation with active energy rays such as ultraviolet rays and electron beams, or by heating, as a crosslinking component of a composition such as paint, ink, adhesive, optical lens, filler and molding material, Or it is used in large quantities as a reactive diluent component.
  • polyfunctional (meth) acrylates having 3 or more (meth) acryloyl groups are used in large quantities as a compounding component in hard coat paints because their cured products exhibit high hardness and excellent wear resistance.
  • polyfunctional (meth) acrylate trimethylolpropane tri (meth) acrylate, glycerin tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate Dipentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, tripentaerythritol octa (meth) acrylate and the like are known.
  • polyfunctional (meth) acrylates are produced by esterification reaction between (meth) acrylic acid and a corresponding polyhydric alcohol, or transesterification reaction with (meth) acrylate.
  • sulfonic acid such as sulfuric acid, paratoluenesulfonic acid, methanesulfonic acid and the like is used as a catalyst, and the sulfone is obtained from the reaction crude product obtained after completion of the esterification reaction.
  • it is necessary to carry out extraction washing with an alkaline aqueous solution which complicates the process and significantly lowers the productivity.
  • Patent Document 3 a method using a titanium compound having relatively low toxicity as a catalyst for the transesterification reaction is also known, but according to the knowledge of the present inventors, it has 3 or more alcoholic hydroxyl groups.
  • a method using a titanium compound having relatively low toxicity as a catalyst for the transesterification reaction is also known, but according to the knowledge of the present inventors, it has 3 or more alcoholic hydroxyl groups.
  • the present invention has been made in view of the above-described present situation, and is a method for producing a polyfunctional (meth) acrylate, without using a highly toxic catalyst such as an organic tin compound or an organic phosphorus compound.
  • An object is to obtain a polyfunctional (meth) acrylate in good yield by transesterification of a functional (meth) acrylate and a polyhydric alcohol.
  • the present inventors have intensively studied to solve the above problems.
  • one or more monofunctional (meth) acrylates selected from the group consisting of methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylate and polyvalent
  • a polyfunctional (meth) acrylate can be obtained in high yield by using the following catalyst A and catalyst B together, and the present invention was completed. It came to do.
  • Catalyst A One or more compounds selected from the group consisting of a cyclic tertiary amine having an azabicyclo structure or a salt or complex thereof, an amidine or a salt or complex thereof, a compound having a pyridine ring, or a salt or complex thereof.
  • Catalyst B One or more compounds selected from the group consisting of compounds containing zinc.
  • a polyfunctional (meth) acrylate can be obtained with high yield.
  • the polyfunctional (meth) acrylate obtained by the production method of the present invention can be used in various industries as a crosslinking component of a composition such as a paint, ink, adhesive, optical lens, filler and molding material, or as a reactive diluent component. It can be suitably used for applications.
  • the present invention relates to one or more monofunctional (meth) acrylates selected from the group consisting of methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylate,
  • monofunctional (meth) acrylates selected from the group consisting of methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylate
  • Catalyst A One or more compounds selected from the group consisting of a cyclic tertiary amine having an azabicyclo structure or a salt or complex thereof, an amidine or a salt or complex thereof, a compound having a pyridine ring, or a salt or complex thereof.
  • Catalyst B One or more compounds selected from the group consisting of compounds containing zinc.
  • the monofunctional (meth) acrylate used as a raw material in the present invention is selected from the group consisting of methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, and 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylate.
  • One or more monofunctional (meth) acrylates are selected from the group consisting of methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, and 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylate.
  • One or more monofunctional (meth) acrylates is selected from the group consisting of methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, and 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylate.
  • these monofunctional (meth) acrylates can be used alone or in combination of two or more.
  • these monofunctional (meth) acrylates methyl acrylate, ethyl acrylate, i-butyl acrylate, and 2-dimethylaminoethyl acrylate are preferable, and methyl acrylate that is easily available and inexpensive is particularly preferable.
  • the polyhydric alcohol used as a raw material in the present invention is an aliphatic alcohol, alicyclic alcohol, aromatic alcohol, polyhydric alcohol ether or the like having at least two or more alcoholic hydroxyl groups in the molecule.
  • Functional groups and bonds such as phenolic hydroxyl groups, ketone groups, acyl groups, aldehyde groups, thiol groups, amino groups, imino groups, cyano groups, nitro groups, vinyl groups, ether bonds, ester bonds, carbonate bonds, amide bonds, It may have an imide bond, a peptide bond, a urethane bond, an acetal bond, a hemiacetal bond, a hemiketal bond, an unsaturated double bond, and the like.
  • dihydric alcohol having two alcoholic hydroxyl groups include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene glycol, butanediol, Pentanediol, hexanediol, heptanediol, nonanediol, neopentylglycol, cyclohexanediol, cyclohexanedimethanol, dioxaneglycol, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, N-butyldiethanolamine, N-tert-butyldiethanolamine, N- Lauryl diethanolamine, stearyl diethanolamine, N-phenyldi Tanolamine, m-tolyldiethanolamine, p-tolyldiethanolamine, N, N′-bis
  • trihydric alcohol having three alcoholic hydroxyl groups include trimethylolethane, trimethylolpropane, glycerin, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate, hexanetriol, octanetriol, decantriol, triethanolamine, triethanolamine Isopropanolamine, 1- [bis-2- (hydroxyethyl) amino] -2-propanol, D-panthenol, DL-panthenol, uridine, 5-methyluridine, cytidine, inosine, adenosine, leuomycin A3, leuomycin A4 , Leucomycin A6, leucomycin A8, clindamycin hydrochloride monohydrate, prednisolone, methyl ⁇ -D-arabinopyranoside, methyl ⁇ -L-fucopyranoside, methyl ⁇ -L-fucopyranoside, D-galac Tar, 4-methoxy
  • tetrahydric alcohol having four alcoholic hydroxyl groups include ditrimethylolethane, ditrimethylolpropane, diglycerin, pentaerythritol, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-hydroxyethyl) butanediamide, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-hydroxypropyl) butanediamide, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-hydroxyethyl) hexanediamide, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-hydroxypropyl) hexanediamide, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-hydroxypropyl) ethylenediamine, N-hexanoyl -D-glucosamine, N-valeryl
  • pentahydric alcohols having five alcoholic hydroxyl groups include tritrimethylolethane, tritrimethylolpropane, triglycerin, bis (2-hydroxyethyl) aminotris (hydroxymethyl) methane, bis (2-hydroxypropyl) Aminotris (hydroxymethyl) methane, N, N, N ′, N ′′, N ′′ -pentakis (2-hydroxyethyl) diethylenetriamine, N, N, N ′, N ′′, N ′′ -pentakis (2 -Hydroxypropyl) diethylenetriamine, miglitol, erythromycin, azithromycin dihydrate, D-(+)-arabitol, DL-arabitol, L-(-)-arabitol, D-(-)-fructose, L-(+)- Fructose, D-(+)-galactose, L-(-)-galactose, ⁇ -D-
  • polyhydric alcohol having 6 or more alcoholic hydroxyl groups include polytrimethylolethane, polytrimethylolpropane, polyglycerin, dipentaerythritol, tripentaerythritol, polypentaerythritol, iohexol, galactitol, D- Sorbitol, L-sorbitol, myo-inositol, scyllo-inositol, D-mannitol, L-mannitol, icariin, amygdalin, D-(+)-cellobiose, diosmin, 2-O- ⁇ -D-glucopyranosyl-L-ascorbic acid , Hesperidin, D-(+)-lactose monohydrate, lactulose, D-(+)-maltose monohydrate, D-(+)-melibiose monohydrate, methyl hesperidin, maltitol,
  • these polyhydric alcohol can be used individually or in combination of 2 or more types.
  • polyhydric alcohols having 3 or more alcoholic hydroxyl groups are preferable, and trimethylolethane, trimethylolpropane, glycerin, alkylene oxide adducts of glycerin, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate are particularly preferred.
  • the polyhydric alcohol when the hydrate or solvate exists, this hydrate and solvate can also be used as a polyhydric alcohol in the manufacturing method of this invention.
  • the ratio of the polyhydric alcohol and the monofunctional (meth) acrylate used in the production method of the present invention is not particularly limited, but preferably the monofunctional (meth) acrylate is 0.4 to 10 per mol of the hydroxyl group of the polyhydric alcohol. 0.0 mol, more preferably 0.6 to 5.0 mol is used.
  • the monofunctional (meth) acrylate is less than 0.4 mol, side reactions increase.
  • there are more than 10.0 mol there is little production amount of polyfunctional (meth) acrylate and it is inferior to productivity.
  • the reaction can be carried out without using a solvent, but a solvent may be used as necessary.
  • a solvent may be used as necessary.
  • Specific examples include n-hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, n-heptane, n -Octane, n-nonane, n-decane, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, diethylbenzene, isopropylbenzene, amylbenzene, diamylbenzene, triamylbenzene, dodecylbenzene, didodecylbenzene, amyltoluene, isopropyltoluene, decalin, Hydrocarbons such as tetralin, diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, diamyl ether, dieth
  • the catalyst A in the production method of the present invention is one or more selected from the group consisting of a cyclic tertiary amine having an azabicyclo structure or a salt or complex thereof, an amidine or a salt or complex thereof, a compound having a pyridine ring, or a salt or complex thereof.
  • a compound is one or more selected from the group consisting of a cyclic tertiary amine having an azabicyclo structure or a salt or complex thereof, an amidine or a salt or complex thereof, a compound having a pyridine ring, or a salt or complex thereof.
  • cyclic tertiary amine having an azabicyclo structure or a salt or complex thereof include 1-azabicyclo [1,1,0] butane, 1,3-diazabicyclo [1,1,0] butane, 1-azabicyclo [ 2,1,0] heptane, 1,3-diazabicyclo [2,1,0] heptane, 1,4-diazabicyclo [2,1,0] heptane, 1-azabicyclo [2,2,0] hexane, 1, 3-diazabicyclo [2,2,0] hexane, 1-azabicyclo [2,1,1] hexane, 1,3-diazabicyclo [2,1,1] hexane, 1-azabicyclo [2,2,1] heptane, 1,3-diazabicyclo [2,2,1] heptane, 1,4-diazabicyclo [2,2,1] heptane, 1-azabicyclo [3,2,0]
  • amidine or a salt or complex thereof include imidazole, N-methylimidazole, N-ethylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-vinylimidazole, 1-vinylimidazole, Allylimidazole, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undec-7-ene (also known as DBU), 1,5-diazabicyclo [4,3,0] non-5-ene (also known as DBN), N -Methylimidazole hydrochloride, DBU hydrochloride, DBN hydrochloride, N-methylimidazole acetate, DBU acetate, DBN acetate, N-methylimidazole acrylate, DBU acrylate, DBN acrylate, phthalimide DBU, etc. Is mentioned.
  • the compound having a pyridine ring or a salt or complex thereof include pyridine, 2-methylpyridine, 3-methylpyridine, 4-methylpyridine, 2-ethylpyridine, 3-ethylpyridine, 4-ethylpyridine, 2 -Propylpyridine, 4-propylpyridine, 4-isopropylpyridine, 4-tert-butylpyridine, 4-amylpyridine, 4- (1-ethylpropyl) pyridine, 4- (5-nonyl) pyridine, 2-vinylpyridine, 2,3-dimethylpyridine, 2,4-dimethylpyridine, 2,5-dimethylpyridine, 2,6-dimethylpyridine, 3,4-dimethylpyridine, 3,5-dimethylpyridine, 3,5-diethylpyridine, N , N-dimethyl-4-aminopyridine (also known as DMAP), 2,4,6-trimethylpyridi 2,6-di-tert-butylpyridine, N, N-dimethyl
  • these catalysts A can be used individually or in combination of 2 or more types.
  • quinuclidine, 3-quinuclidinone, 3-hydroxyquinuclidine, DABCO, 2- (hydroxymethyl) triethylenediamine, N-methylimidazole, DBU, DBN, DMAP are preferable, and most polyvalent Preferred are quinuclidine, 3-hydroxyquinuclidine, DABCO, N-methylimidazole, DBU, and DMAP, which show good reactivity with alcohol and are easily available.
  • the amount of catalyst A used in the production method of the present invention is not particularly limited, but preferably 0.0001 to 0.5 mol of catalyst A is preferably used with respect to 1 mol of hydroxyl group of the polyhydric alcohol, more preferably. 0.0005 to 0.2 mol.
  • the amount is less than 0.0001 mol, the amount of the desired polyfunctional (meth) acrylate is small, and when the amount is more than 0.5 mol, the amount of by-products increases and the reaction liquid increases in color. It becomes complicated.
  • Catalyst B in the production method of the present invention is one or more compounds selected from the group consisting of compounds containing zinc, and is represented by the following general formula (1);
  • R 1 and R 2 are the same or different and each represents a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a linear or branched alkenyl group having 1 to 20 carbon atoms, or 6 to 6 carbon atoms) 24 aryl group or a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, which may have a substituent, provided that R 1 and R 2 do not have halogen atoms such as fluorine and chlorine.
  • a compound containing an organic acid zinc the following general formula (2);
  • R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are the same or different and each represents a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a straight chain having 1 to 20 carbon atoms, A zinc diketone enolate represented by a chain or branched alkenyl group, an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, or a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, which may have a substituent.
  • Compounds; and zinc oxalate are the same or different and each represents a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a straight chain having 1 to 20 carbon atoms, A zinc diketone enolate represented by a chain or branched alkenyl group, an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, or a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, which may have a substituent.
  • Specific examples of the compound containing the organic acid zinc represented by the general formula (1) include zinc acetate, zinc acetate dihydrate, zinc propionate, zinc octylate, an ethylbenzene solution containing zinc octylate, and neodecanoic acid.
  • the complex with the hydrate, the solvate, or the catalyst A is also the present invention. It can be used as catalyst B in the production method.
  • Specific examples of the compound containing zinc diketone enolate represented by the general formula (2) include zinc acetylacetonate, zinc acetylacetonate hydrate, bis (2,6-dimethyl-3,5-heptanedionate) zinc. Bis (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) zinc, bis (5,5-dimethyl-2,4-hexanedionato) zinc and the like.
  • the compound containing these zinc diketone enolates when the complex with the hydrate or the solvate, or the catalyst A exists, the complex with the hydrate, the solvate, and the catalyst A is also the present invention. It can be used as catalyst B in the production method.
  • the aforementioned compounds can be used directly, but these compounds can also be generated and used in the reaction system.
  • these compounds can also be generated and used in the reaction system.
  • using other zinc compounds such as metal zinc, zinc oxide, zinc hydroxide, zinc chloride and zinc nitrate as raw materials, and in the case of organic acid zinc, a method of reacting these zinc compounds and organic acid, zinc In the case of diketone enolate, a method of reacting these zinc compounds with 1,3-diketone can be used.
  • these catalysts B can be used individually or in combination of 2 or more types.
  • zinc acetate, zinc propionate, zinc acrylate, zinc methacrylate, and zinc acetylacetonate are preferable, and particularly shows good reactivity with most polyhydric alcohols and is easily available.
  • Zinc acetate, zinc acrylate and zinc acetylacetonate are preferred.
  • the amount of catalyst B used in the production method of the present invention is not particularly limited, but preferably 0.0001 to 0.5 mol of catalyst B is preferably used with respect to 1 mol of hydroxyl group of the polyhydric alcohol, more preferably. 0.0005 to 0.2 mol. If the amount is less than 0.0001 mol, the production amount of the target polyfunctional (meth) acrylate is small, and if it is more than 0.5 mol, the amount of by-products increases and the color tone of the reaction solution deteriorates. becomes complicated.
  • the use ratio of catalyst A and catalyst B in the production method of the present invention is not particularly limited, but it is preferable to use 0.005 to 10.0 moles of catalyst A per mole of catalyst B, and more preferably Is 0.05 to 5.0 moles.
  • the amount is less than 0.005 mol, the amount of the desired polyfunctional (meth) acrylate is small.
  • the amount is more than 10.0 mol, the amount of by-products increases, and the color tone of the reaction solution deteriorates. The purification process becomes complicated.
  • the catalyst A and the catalyst B used in combination in the present invention are most preferably a combination in which the catalyst A is DABCO and the catalyst B is zinc acetate and / or zinc acrylate, and a polyfunctional (meth) acrylate can be obtained in a high yield.
  • the color tone after the reaction is excellent, it can be suitably used for various industrial applications in which the color tone is regarded as important.
  • the catalyst is available at a relatively low cost, it is an economically advantageous production method.
  • the transesterification reaction in the production method of the present invention is presumed to proceed by the reaction mechanism shown in FIG.
  • catalyst A adds to the ⁇ -position carbon of the monofunctional (meth) acrylate to increase the electron density on the carbonyl oxygen atom, and this further attacks the carbonyl carbon of another monofunctional (meth) acrylate.
  • the target polyfunctional (meth) acrylate is generated by causing the intermediate to undergo a transesterification reaction with the polyhydric alcohol.
  • the catalyst B having Lewis acidity promotes the reaction mechanism shown in FIG. 1 by activating the (meth) acryloyl group.
  • Catalyst A and catalyst B used in the present invention may be added from the beginning of the above reaction or may be added in the middle. Moreover, a desired usage-amount may be added in a lump or may be added dividedly. Moreover, when the catalyst A and / or the catalyst B are solid, they may be added after being dissolved in a solvent.
  • the reaction temperature in the production method of the present invention is preferably 40 to 180 ° C., particularly preferably 60 to 160 ° C. If the reaction temperature is less than 40 ° C., the reaction rate is extremely slow, and if it exceeds 180 ° C., thermal polymerization of the (meth) acryloyl group occurs or the color tone of the reaction solution deteriorates, so that the purification process after completion of the reaction becomes complicated. .
  • the reaction pressure in the production method of the present invention is not particularly limited as long as a predetermined reaction temperature can be maintained, and the reaction may be performed in a reduced pressure state or in a pressurized state. Usually, it is 0.000001 to 10 MPa (absolute pressure).
  • monohydric alcohol derived from monofunctional (meth) acrylate is by-produced as the transesterification proceeds.
  • the monohydric alcohol may be allowed to coexist in the reaction system, the transesterification reaction can be further promoted by discharging the monohydric alcohol out of the reaction system.
  • an inert gas such as argon, helium, nitrogen and carbon dioxide may be introduced into the system for the purpose of maintaining a good color tone of the reaction solution, but polymerization of (meth) acryloyl groups
  • an oxygen-containing gas may be introduced into the system.
  • the oxygen-containing gas include air, a mixed gas of oxygen and nitrogen, a mixed gas of oxygen and helium, and the like.
  • a method for introducing the oxygen-containing gas there is a method in which the oxygen-containing gas is dissolved in the reaction solution or blown into the reaction solution (so-called bubbling).
  • a polymerization inhibitor into the system for the purpose of preventing polymerization of the (meth) acryloyl group.
  • the polymerization inhibitor include hydroquinone, tert-butylhydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, 2,4,6-tri-tert-butylphenol, 4-tert -Butylcatechol, benzoquinone, phenothiazine, N-nitroso-N-phenylhydroxylamine ammonium, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-benzoyl Oxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 1,4-dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 1-hydroxy-4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetra Methylpiperidine, 2,2,6,
  • a polymerization inhibitor may be added individually by 1 type, or may be added in combination of 2 or more types, may be added from the beginning of reaction, and may be added from the middle. Moreover, a desired usage-amount may be added in a lump or may be added dividedly. Moreover, you may add continuously via a rectification column.
  • the addition amount of the polymerization inhibitor is preferably 5 to 30,000 mass ppm, more preferably 25 to 10,000 mass ppm in the reaction solution. If the amount is less than 5 ppm by mass, the polymerization inhibition effect is insufficient, and if it exceeds 30,000 ppm by mass, the color tone of the reaction solution deteriorates or the curing rate of the resulting polyfunctional (meth) acrylate decreases, so the reaction is completed. The subsequent purification process becomes complicated.
  • reaction time in the production method of the present invention varies depending on the type and amount of catalyst used, reaction temperature, reaction pressure, etc., but is usually 0.1 to 150 hours, preferably 0.5 to 80 hours.
  • the production method of the present invention can be carried out by any of batch, semi-batch and continuous methods.
  • a reactor is charged with polyhydric alcohol, monofunctional (meth) acrylate, catalyst, and polymerization inhibitor, and stirred at a predetermined temperature while bubbling oxygen-containing gas into the reaction solution. Then, it can implement by the method of producing
  • crystallization operations such as cooling crystallization and concentration crystallization
  • filtration operations such as pressure filtration, suction filtration and centrifugal filtration, single distillation, fractional distillation, molecules
  • the target polyfunctional (meth) acrylate can be obtained with high purity by performing separation and purification operations combining distillation operations such as distillation and steam distillation, extraction operations such as solid-liquid extraction and liquid-liquid extraction, and decantation.
  • a solvent may be used in the separation and purification operation.
  • a neutralizing agent for neutralizing the catalyst and / or polymerization inhibitor used in the present invention an adsorbing agent for adsorbing and removing, an acid and / or alkali for decomposing or removing by-products, a color tone Activated carbon for improving diatomaceous earth and diatomaceous earth for improving filtration efficiency and filtration speed may be used.
  • reaction yields in the examples and comparative examples were calculated using the following formula after quantifying the monohydric alcohol by-produced as the transesterification progressed.
  • the quantification of monohydric alcohol is performed by a high performance liquid chromatograph equipped with a differential refractive index detector (column: Atlantis (Part No. 186003748, column inner diameter 4.6 mm, column length 250 mm) manufactured by Japan Waters Co., Ltd.), solvent: Pure water or 10 vol% isopropanol aqueous solution) was used and the internal standard method was used.
  • Reaction yield (mol%) number of moles of monohydric alcohol by-produced as the transesterification proceeds / (number of moles of polyhydric alcohol used as raw material ⁇ number of hydroxyl groups of polyhydric alcohol molecule) ⁇ 100
  • the confirmation that the target polyfunctional (meth) acrylate is contained in the reaction product was confirmed by a high performance liquid chromatograph equipped with a UV detector (column: ACQUITY UPLC BEH C18 (Part by Nippon Waters Co., Ltd.). No. 186002350, column inner diameter 2.1 mm, column length 50 mm), detection wavelength: 210 nm, solvent: mixed solvent of 0.03% by mass trifluoroacetic acid aqueous solution and methanol).
  • Example 1 In a 1 liter flask equipped with a stirrer, a thermometer, a gas introduction tube, a rectifying column and a cooling tube, 84.00 parts (0.62 mol) of pentaerythritol and 552.72 parts (6.42 of methyl acrylate) Mol), 7.41 parts (0.07 mol) of DABCO as catalyst A, 17.02 parts (0.06 mol) of zinc acetylacetonate as catalyst B, and 0.68 parts of hydroquinone monomethyl ether (raw materials charged) 1027 wtppm with respect to the total weight), 0.13 parts of phenothiazine (200 wtppm with respect to the total weight of the charged raw materials), and oxygen-containing gas (5% oxygen and 95% nitrogen) by bubbling in the liquid I let you.
  • the pressure in the reaction system is adjusted within the range of 700 to 760 mmHg, and the mixed solution of methanol and methyl acrylate by-produced during the transesterification reaction is rectified.
  • the reaction system was withdrawn via a tower and a cooling pipe.
  • methyl acrylate having the same mass part as the extracted liquid was added to the reaction system as needed. 34 hours after the start of heating and stirring, when methanol contained in the liquid extracted from the reaction system was quantified, the reaction yield was 70%.
  • Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 10 By changing the polyhydric alcohol, monofunctional (meth) acrylate, catalyst A, catalyst B, reaction temperature, reaction pressure and reaction time, transesterification was carried out in the same manner as in Example 1, and the reaction yield was calculated. The results are shown in Tables 1 to 4. In the tables, the following abbreviations were used.
  • PET Pentaerythritol MA: Methyl acrylate
  • DABCO Triethylenediamine Zn (acac) 2 : Zinc acetylacetonate
  • DBU 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undec-7-ene Zn (OAc) 2 : Zinc acetate
  • EA Ethyl acrylate
  • DMAP N, N-dimethyl-4-aminopyridine
  • IBA i-butyl acrylate
  • DA 2-dimethylaminoethyl acrylate
  • DPET Dipentaerythritol
  • GLY Glycerin
  • TMP Trimethylolpropane
  • TEA Triethanolamine TMHD: N , N, N ′, N′-Tetramethyl-1,6-hexanediamine
  • a polyfunctional (meth) acrylate can be obtained in high yield from a specific monofunctional (meth) acrylate and a polyhydric alcohol.
  • the polyfunctional (meth) acrylate obtained by the method of the present invention can be used in various industrial applications as a cross-linking component of a composition such as a paint, ink, adhesive, optical lens, filler and molding material, or as a reactive diluent component. Can be suitably used.

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Abstract

【課題】 本発明は、特定の単官能(メタ)アクリレートと多価アルコールをエステル交換反応させて、多官能(メタ)アクリレートを収率よく得ることを目的とする。 【解決手段】メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート、2-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる一種以上の単官能(メタ)アクリレートと多価アルコールをエステル交換反応させて多官能(メタ)アクリレートを製造するに際し、下記触媒A及び触媒Bを併用することを特徴とする多官能(メタ)アクリレートの製造方法。 触媒A:アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体、アミジン又はその塩若しくは錯体、ピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体からなる群から選ばれる一種以上の化合物。 触媒B:亜鉛を含む化合物からなる群から選ばれる一種以上の化合物。

Description

多官能(メタ)アクリレートの製造方法
本発明は、多官能(メタ)アクリレートの製造方法に関するものであり、詳しくは、特定の単官能(メタ)アクリレートと多価アルコールをエステル交換反応させて、多官能(メタ)アクリレートを得ることを特徴とする多官能(メタ)アクリレートの製造方法に関するものである。
なお、本明細書においては、アクリレート及び/又はメタクリレートを(メタ)アクリレートと表す。
(メタ)アクリレートは、紫外線や電子線などの活性エネルギー線の照射により、又は加熱によって硬化するため、塗料、インキ、接着剤、光学レンズ、充填剤及び成形材料などの配合物の架橋成分として、又は反応性希釈剤成分として大量に使用されている。
特に(メタ)アクリロイル基を3個以上有する多官能(メタ)アクリレートは、その硬化物が高い硬度と優れた耐磨耗性を発現するため、ハードコート塗料の配合成分として大量に使用されている。
当該多官能(メタ)アクリレートとしては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレートなどが知られている。
これらの多官能(メタ)アクリレートは、(メタ)アクリル酸と対応する多価アルコールとのエステル化反応や、(メタ)アクリレートとのエステル交換反応により製造されている。
エステル化反応による多官能(メタ)アクリレートの製造では、触媒として硫酸、パラトルエンスルホン酸、メタンスルホン酸などのスルホン酸が使用されるが、エステル化反応終了後に得られる反応粗生成物から該スルホン酸を除去するために、アルカリ水溶液で抽出洗浄を行う必要があり、工程が煩雑になり生産性の低下が著しい。また、該抽出操作において目的の多官能アクリレートの一部がけん化されることにより、収率が低下するという問題がある。
一方、エステル交換反応による多官能(メタ)アクリレートの製造では、スルホン酸を使用することなく反応を進めることもでき、有機錫化合物を触媒とする方法(特許文献1参照)、亜鉛化合物と有機リン化合物を併用して触媒とする方法(特許文献2参照)などが知られている。
しかし、これらの触媒を使用する方法は、得られる多官能(メタ)アクリレートの収率は高いものの、触媒の有害性の観点から、製品への触媒の残留を極力低減するための精製操作を行わなければならず、特にアルコール性水酸基を3個以上有する多価アルコールを原料に(メタ)アクリロイル基を3個以上有する多官能(メタ)アクリレートを製造する場合、該多官能(メタ)アクリレートの蒸気圧は極めて低いために蒸留により留出成分として精製取得することが困難であることから、液液抽出などの精製操作を複数回施さなければならず、工程が煩雑になり生産性の低下が著しい(特許文献1参照)。また、精製にともない発生する廃棄物の無害化に高額な費用を必要とすることがあり、経済的に有利な製造方法であるとは言い難い。
また、有害性が比較的弱いチタン化合物をエステル交換反応の触媒とする方法(特許文献3参照)も知られているが、本発明者らの知見によれば、アルコール性水酸基を3個以上有する多価アルコールを原料に(メタ)アクリロイル基を3個以上有する多官能(メタ)アクリレートの製造に適用した場合の収率は非常に低いものであった。
特開2003-190819号公報 特許第4656351号公報 特許第4591733号公報
 本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、多官能(メタ)アクリレートの製造方法であって、有機錫化合物や有機リン化合物などの毒性の強い触媒を使用することなく、特定の単官能(メタ)アクリレートと多価アルコールをエステル交換反応させて、多官能(メタ)アクリレートを収率よく得ることを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート、2-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる一種以上の単官能(メタ)アクリレートと多価アルコールをエステル交換反応させて多官能(メタ)アクリレートを製造するに際し、下記触媒A及び触媒Bを併用することにより、多官能(メタ)アクリレートが収率よく得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
触媒A:アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体、アミジン又はその塩若しくは錯体、ピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体からなる群から選ばれる一種以上の化合物。
触媒B:亜鉛を含む化合物からなる群から選ばれる一種以上の化合物。
本発明の製造方法によれば、多官能(メタ)アクリレートを収率よく得ることができる。本発明の製造方法により得られた多官能(メタ)アクリレートは、塗料、インキ、接着剤、光学レンズ、充填剤及び成形材料などの配合物の架橋成分として、又は反応性希釈剤成分として各種工業用途に好適に使用できる。
本発明における多官能(メタ)アクリレートの製造方法の反応機構を示す概略図である。
本発明は、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート、2-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる一種以上の単官能(メタ)アクリレートと多価アルコールをエステル交換反応させて多官能(メタ)アクリレートを製造するに際し、下記触媒A及び触媒Bを併用することにより、多官能(メタ)アクリレートを収率よく得るものである。
触媒A:アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体、アミジン又はその塩若しくは錯体、ピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体からなる群から選ばれる一種以上の化合物。
触媒B:亜鉛を含む化合物からなる群から選ばれる一種以上の化合物。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において原料として使用する単官能(メタ)アクリレートは、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート、2-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる一種以上の単官能(メタ)アクリレートである。
本発明ではこれらの単官能(メタ)アクリレートを単独で又は二種以上を任意に組み合わせて使用できる。これらの単官能(メタ)アクリレートの中では、メチルアクリレート、エチルアクリレート、i-ブチルアクリレート、2-ジメチルアミノエチルアクリレートが好ましく、特に入手が容易で安価なメチルアクリレートが好ましい。
本発明において原料として使用する多価アルコールは、分子中に少なくとも2個以上のアルコール性水酸基を有する脂肪族アルコール、脂環式アルコール、芳香族アルコール、多価アルコールエーテルなどであり、分子内にその他の官能基や結合、例えばフェノール性水酸基、ケトン基、アシル基、アルデヒド基、チオール基、アミノ基、イミノ基、シアノ基、ニトロ基、ビニル基、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、アミド結合、イミド結合、ペプチド結合、ウレタン結合、アセタール結合、ヘミアセタール結合、ヘミケタール結合、不飽和二重結合などを有してもよい。
2個のアルコール性水酸基を有する2価アルコールの具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ジオキサングリコール、N-メチルジエタノールアミン、N-エチルジエタノールアミン、N-ブチルジエタノールアミン、N-tert-ブチルジエタノールアミン、N-ラウリルジエタノールアミン、ステアリルジエタノールアミン、N-フェニルジエタノールアミン、m-トリルジエタノールアミン、p-トリルジエタノールアミン、N,N’-ビス(2-ヒドロキシプロピル)アニリン、N-ニトロソジエタノールアミン、N-(2-ヒドロキシエチル)ラクトアミド、N,N’-ビス(2-ヒドロキシエチル)オキサミド、3-モルホリノ-1,2-プロパンジオール、2,6-ピリジンジメタノール、3-(ジメチルアミノ)-1,2-プロパンジオール、3-(ジエチルアミノ)-1,2-プロパンジオール、アロキサンチン二水和物、(+)-N,N,N’,N’-テトラメチル-L-酒石酸ジアミド、(-)-N,N,N’,N’-テトラメチル-D-酒石酸ジアミド、N-プロピル-N-(2,3-ジヒドロキシプロピル)ペルフルオロ-n-オクチルスルホンアミド、チミジン、クロラムフェニコール、チアンフェニコール、D-エリスロノラクトン、メチル4,6-O-ベンジリデン-α-D-グルコピラノシド、フェニル4,6-O-ベンジリデン-1-チオ-β-D-グルコピラノシド、1,2:5,6-ジ-O-イソプロピリデン-D-マンニトール、1,2-O-イソプロピリデン-α-D-キシロフラノース、2,6-ジ-O-パルミトイル-L-アスコルビン酸、イソソルビド及びこれらのアルキレンオキサイド付加物、さらにはハイドロキノン、ビスフェノールA、ビスフェノールAP、ビスフェノールAF、ビスフェノールB、ビスフェノールBP、ビスフェノールC、ビスフェノールE、ビスフェノールF、ビスフェノールG、ビスフェノールM、ビスフェノールS、チオビスフェノール、ビスフェノールP、ビスフェノールPH、ビスフェノールTMC及びビスフェノールZなどのフェノール性水酸基を有する化合物のアルキレンオキサイド付加物、ポリカーボネートジオール等のカーボネート結合を有するアルコールなどが挙げられる。
3個のアルコール性水酸基を有する3価アルコールの具体例としては、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、トリス(2-ヒロドキシエチル)イソシアヌレート、ヘキサントリオール、オクタントリオール、デカントリオール、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、1-[ビス2-(ヒドロキシエチル)アミノ]-2-プロパノール、D-パンテノール、DL-パンテノール、ウリジン、5-メチルウリジン、シチジン、イノシン、アデノシン、ロイコマイシンA3、ロイコマイシンA4、ロイコマイシンA6、ロイコマイシンA8、塩酸クリンダマイシン一水和物、プレドニゾロン、メチルβ-D-アラビノピラノシド、メチルβ-L-フコピラノシド、メチルα-L-フコピラノシド、D-ガラクタール、4-メトキシフェニル3-O-アリル-β-D-ガラクトピラノシド、4-メトキシフェニル3-O-ベンジル-β-D-ガラクトピラノシド、1,6-アンヒドロ-β-D-グルコース、α-クロラロース、β-クロラロース、4,6-O-エチリデン-α-D-グルコピラノース、D-グルカール、1,2-O-イソプロピリデン-α-D-グルコフラノース、D-グルクロノ-6,3-ラクトン、2-デオキシ-D-リボース、メチルβ-D-リボフラノシド、D-(+)-リボノ-1,4-ラクトン、メチル-β-D-キシロピラノシド、6-O-パルミトイル-L-アスコルビン酸、6-O-ステアロイル-L-アスコルビン酸、3-O-エチル-L-アスコルビン酸及びこれらのアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
4個のアルコール性水酸基を有する4価アルコールの具体例としては、ジトリメチロールエタン、ジトリメチロールプロパン、ジグリセリン、ペンタエリスリトール、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)ブタンジアミド、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)ブタンジアミド、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)ヘキサンジアミド、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)ヘキサンジアミド、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N-ヘキサノイル-D-グルコサミン、N-バレリル-D-グルコサミン、N-トリフルオロアセチル-D-グルコサミン、N-ベンゾイル-D-グルコサミン、5-アセトアミド-N,N’-ビス(2,3-ジヒドロキシプロピル)-2,4,6-トリヨードイソフタルアミド、スピラマイシン、クラリスロマイシン、ロイコマイシンA1、ロイコマイシンA5、ロイコマイシンA7、ロイコマイシンA9、ロイコマイシンA13、リンコマイシン塩酸塩一水和物、ジアゾリジニル尿素、D-(-)-アラビノース、DL-アラビノース、L-(+)-アラビノース、meso-エリトリトール、D-(+)-フコース、L-(-)-フコース、アリルα-D-ガラクトピラノシド、メチルβ-D-ガラクトピラノシド、メチルα-D-ガラクトピラノシド一水和物、4-メトキシフェニルβ-D-ガラクトピラノシド、2-ニトロフェニルβ-D-ガラクトピラノシド、4-ニトロフェニルα-D-ガラクトピラノシド、4-ニトロフェニルβ-D-ガラクトピラノシド、フェニルβ-D-ガラクトピラノシド、N-アセチル-D-ガラクトサミン水和物、D-(+)-ガラクトサミン塩酸塩、アルブチン、2-デオキシ-D-グルコース、エスクリン1.5水和物、D-(+)-グルコノ-1,5-ラクトン、D-グルクロンアミド、ヘリシン、メチルα-D-グルコピラノシド、メチルβ-D-グルコピラノシド0.5水和物、4-メトキシフェニルβ-D-グルコピラノシド、4-ニトロフェニルβ-D-グルコピラノシド一水和物、4-ニトロフェニルα-D-グルコピラノシド、ノニルβ-D-グルコピラノシド、n-オクチルβ-D-グルコピラノシド、フェニルβ-D-グルコピラノシド水和物、フロリジン水和物、ピセイド、プエラリン、N-アセチル-D-グルコサミン、N-ベンゾイル-D-グルコサミン、D-(+)-グルコサミン塩酸塩、N-ヘキサノイル-D-グルコサミン、N-バレリル-D-グルコサミン、L-(+)-グロン酸γ-ラクトン、D-(-)-リキソース、L-(+)-リキソース、3,4-O-イソプロピリデン-D-マンニトール、メチルα-D-マンノピラノシド、D-マンノノ-1,4-ラクトン、4-メトキシフェニルα-D-マンノピラノシド、N-アセチル-D-マンノサミン一水和物、D-(-)-リボース、L-リボース、D-(+)-キシロース、DL-キシロース、L-(-)-キシロース、D-アラボアスコルビン酸、L-アスコルビン酸、L-トレイトール及びこれらのアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
5個のアルコール性水酸基を有する5価アルコールの具体例としては、トリトリメチロールエタン、トリトリメチロールプロパン、トリグリセリン、ビス(2-ヒドロキシエチル)アミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン、ビス(2-ヒドロキシプロピル)アミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン、N,N,N’,N’’,N’’-ペンタキス(2-ヒドロキシエチル)ジエチレントリアミン、N,N,N’,N’’,N’’-ペンタキス(2-ヒドロキシプロピル)ジエチレントリアミン、ミグリトール、エリスロマイシン、アジスロマイシン二水和物、D-(+)-アラビトール、DL-アラビトール、L-(-)-アラビトール、D-(-)-フルクトース、L-(+)-フルクトース、D-(+)-ガラクトース、L-(-)-ガラクトース、β-D-グルコース、D-(+)-グルコース、L-(-)-グルコース、D-グルコースジエチルメルカプタール、サリシン、L-グロース、D-(+)-マンノース、L-(-)-マンノース、リビトール、L-(-)-ソルボース、D-タガトース、キシリトール、スクラロース、アスコルビン酸グリセリル及びこれらのアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
6個以上のアルコール性水酸基を有する多価アルコールの具体例としては、ポリトリメチロールエタン、ポリトリメチロールプロパン、ポリグリセリン、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ポリペンタエリスリトール、イオヘキソール、ガラクチトール、D-ソルビトール、L-ソルビトール、myo-イノシトール、scyllo-イノシトール、D-マンニトール、L-マンニトール、イカリイン、アミグダリン、D-(+)-セロビオース、ジオスミン、2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸、ヘスペリジン、D-(+)-ラクトース一水和物、ラクツロース、D-(+)-マルトース一水和物、D-(+)-メリビオース一水和物、メチルヘスペリジン、マルチトール、ナリンギン水和物、ネオヘスペリジンジヒドロカルコン水和物、パラチノース水和物、ルチン水和物、D-(+)-スクロース、ステビオシド、D-(+)-ツラノース、D-(+)-トレハロース (無水)、D-(+)-トレハロース二水和物、D-(+)-メレチトース水和物、D-(+)-ラフィノース五水和物、レバウジオシドA、スタキオース、α-シクロデキストリン、β-シクロデキストリン、γ-シクロデキストリン、デンプン、ポリビニルアルコール及びこれらのアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
本発明ではこれらの多価アルコールを単独で又は二種以上を任意に組み合わせて使用できる。これらの多価アルコールの中では、3個以上のアルコール性水酸基を有する多価アルコールが好ましく、特にトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、グリセリンのアルキレンオキサイド付加物、トリス(2-ヒロドキシエチル)イソシアヌレート、トリエタノールアミン、ジトリメチロールエタン、ジトリメチロールプロパン、ジグリセリン、ジグリセリンのアルキレンオキサイド付加物、ペンタエリスリトール、ペンタエリスリトールのアルキレンオキサイド付加物、キシリトール、ジペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールのアルキレンオキサイド付加物、D-ソルビトール、ポリグリセリンが好ましい。なお、これらの多価アルコールについて、その水和物又は溶媒和物が存在する場合には、該水和物及び溶媒和物も本発明の製造方法における多価アルコールとして使用できる。
本発明の製造方法における多価アルコールと単官能(メタ)アクリレートの使用割合は特に制限はないが、好ましくは多価アルコールの水酸基1モルに対して単官能(メタ)アクリレートを0.4~10.0モル、より好ましくは0.6~5.0モル使用する。単官能(メタ)アクリレートが0.4モルより少ないと、副反応が多くなる。また、10.0モルよりも多いと、多官能(メタ)アクリレートの生成量が少なく、生産性に劣る。
本発明の製造方法では溶媒を使用せずに反応させることもできるが、必要に応じて溶媒を使用してもよく、具体例としては、n-ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、n-ノナン、n-デカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、アミルベンゼン、ジアミルベンゼン、トリアミルベンゼン、ドデシルベンゼン、ジドデシルベンゼン、アミルトルエン、イソプロピルトルエン、デカリン、テトラリンなどの炭化水素類、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジアミルエーテル、ジエチルアセタール、ジヘキシルアセタール、t-ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、トリオキサン、ジオキサン、アニソール、ジフェニルエーテル、ジメチルセロソルブ、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどのエーテル類、18-クラウン-6などのクラウンエーテル類、メタノール、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、t-ブタノール、エチレングリコール、2-メトキシエタノール、グリセリンなどのアルコール類、安息香酸メチル、γ- ブチロラクトンなどのエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン、ベンゾフェノンなどのケトン類、スルホランなどのスルホン類、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネートなどのカーボネート化合物、ジメチルスルホキサイドなどのスルホキサイド類、尿素類又はその誘導体、トリブチルホスフィンオキサイドなどのホスフィンオキサイド類、イミダゾリウム塩、ピペリジニウム塩、ピリジニウム塩などのイオン液体、シリコンオイル、水などが挙げられる。これらの溶媒の中では、炭化水素類、エーテル類、アルコール類、カーボネート化合物、イオン液体が好ましい。これらの溶媒は単独で使用してもよく、二種以上を任意に組み合わせて混合溶媒として使用してもよい。
本発明の製造方法における触媒Aは、アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体、アミジン又はその塩若しくは錯体、ピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体からなる群から選ばれる一種以上の化合物である。
上記アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体の具体例としては、1-アザビシクロ[1,1,0]ブタン、1,3-ジアザビシクロ[1,1,0]ブタン、1-アザビシクロ[2,1,0]ヘプタン、1,3-ジアザビシクロ[2,1,0]ヘプタン、1,4-ジアザビシクロ[2,1,0]ヘプタン、1-アザビシクロ[2,2,0]ヘキサン、1,3-ジアザビシクロ[2,2,0]ヘキサン、1-アザビシクロ[2,1,1]ヘキサン、1,3-ジアザビシクロ[2,1,1]ヘキサン、1-アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン、1,3-ジアザビシクロ[2,2,1]ヘプタン、1,4-ジアザビシクロ[2,2,1]ヘプタン、1-アザビシクロ[3,2,0]ヘプタン、1,3-ジアザビシクロ[3,2,0]ヘプタン、1,4-ジアザビシクロ[3,2,0]ヘプタン、1,6-ジアザビシクロ[3,2,0]ヘプタン、1,3-ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1-アザビシクロ[3,2,1]オクタン、1,3-ジアザビシクロ[3,2,1]オクタン、1,4-ジアザビシクロ[3,2,1]オクタン、1,5-ジアザビシクロ[3,2,1]オクタン、1,6-ジアザビシクロ[3,2,1]オクタン、1-アザビシクロ[4,1,1]オクタン、1,3-ジアザビシクロ[4,1,1]オクタン、1,4-ジアザビシクロ[4,1,1]オクタン、1,5-ジアザビシクロ[4,1,1]オクタン、1,6-ジアザビシクロ[4,1,1]オクタン、1,7-ジアザビシクロ[4,1,1]オクタン、1-アザビシクロ[4,2,0]オクタン、1,3-ジアザビシクロ[4,2,0]オクタン、1,4-ジアザビシクロ[4,2,0]オクタン、1,5-ジアザビシクロ[4,2,0]オクタン、1,7-ジアザビシクロ[4,2,0]オクタン、1-アザビシクロ[3,3,1]ノナン、1,3-ジアザビシクロ[3,3,1]ノナン、1,4-ジアザビシクロ[3,3,1]ノナン、1,5-ジアザビシクロ[3,3,1]ノナン、1-アザビシクロ[3,2,2]ノナン、1,3-ジアザビシクロ[3,2,2]ノナン、1,4-ジアザビシクロ[3,2,2]ノナン、1,5-ジアザビシクロ[3,2,2]ノナン、1,6-ジアザビシクロ[3,2,2]ノナン、1,8-ジアザビシクロ[3,2,2]ノナン、1-アザビシクロ[4,3,0]ノナン、1,3-ジアザビシクロ[4,3,0]ノナン、1,4-ジアザビシクロ[4,3,0]ノナン、1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]ノナン、1,6-ジアザビシクロ[4,3,0]ノナン、1,7-ジアザビシクロ[4,3,0]ノナン、1,8-ジアザビシクロ[4,3,0]ノナン、1-アザビシクロ[4,2,1]ノナン、1,3-ジアザビシクロ[4,2,1]ノナン、1,4-ジアザビシクロ[4,2,1]ノナン、1,5-ジアザビシクロ[4,2,1]ノナン、1,6-ジアザビシクロ[4,2,1]ノナン、1,7-ジアザビシクロ[4,2,1]ノナン、1-アザビシクロ[5,2,0]ノナン、1,3-ジアザビシクロ[5,2,0]ノナン、1,3-ジアザビシクロ[5,2,0]ノナン、1,4-ジアザビシクロ[5,2,0]ノナン、1,5-ジアザビシクロ[5,2,0]ノナン、1,6-ジアザビシクロ[5,2,0]ノナン、1,7-ジアザビシクロ[5,2,0]ノナン、1,8-ジアザビシクロ[5,2,0]ノナン、1-アザビシクロ[5,1,1]ノナン、1,3-アザビシクロ[5,1,1]ノナン、1,4-アザビシクロ[5,1,1]ノナン、1,5-アザビシクロ[5,1,1]ノナン、1,6-アザビシクロ[5,1,1]ノナン、1,7-アザビシクロ[5,1,1]ノナン、1-アザビシクロ[6,1,0]ノナン、1,3-ジアザビシクロ[6,1,0]ノナン、1,4-ジアザビシクロ[6,1,0]ノナン、1,5-ジアザビシクロ[6,1,0]ノナン、1,6-ジアザビシクロ[6,1,0]ノナン、1,7-ジアザビシクロ[6,1,0]ノナン、1,8-ジアザビシクロ[6,1,0]ノナン、1-アザビシクロ[7,1,0]デカン、1,9-ジアザビシクロ[7,1,0]デカン、1-アザビシクロ[6,2,0]デカン、1,8-ジアザビシクロ[6,2,0]デカン、1-アザビシクロ[6,1,1]デカン、1,8-ジアザビシクロ[6,1,1]デカン、1-アザビシクロ[5,3,0]デカン、1,7-ジアザビシクロ[5,3,0]デカン、1-アザビシクロ[5,2,1]デカン、1,7-ジアザビシクロ[5,2,1]デカン、1-アザビシクロ[4,3,1]デカン、1,6-ジアザビシクロ[4,3,1]デカン、1-アザビシクロ[4,2,2]デカン、1,6-ジアザビシクロ[4,2,2]デカン、1-アザビシクロ[5,4,0]ウンデカン、1,7-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカン、1-アザビシクロ[5.3.1]ウンデカン、1,7-ジアザビシクロ[5,3,1]ウンデカン、1-アザビシクロ[5,2,2]ウンデカン、1,7-ジアザビシクロ[5,2,2]ウンデカン、1-アザビシクロ[4,4,1]ウンデカン、1,7-ジアザビシクロ[4,4,1]ウンデカン、1-アザビシクロ[4,3,2]ウンデカン、1,7-ジアザビシクロ[4,3,2]ウンデカン、1-アザビシクロ[3,3,0]オクタン、1-アザビシクロ[4,3,0]ノナン、キヌクリジン、ルピナン、ルピニン、キノリジジン、3-ヒドロキシキヌクリジン、3-キヌクリジノン、キンコリン、キンコリジン、シンコニジン、シンコニン、キニジン、キニン、クプレイン、イボガイン、スワインソニン、カスタノスペルミン、ミアンセリン、ミルタザピン、カナジン、トレーガー塩基、1-アザビシクロ[2,2,2]オクタン-3-カルボン酸、トリエチレンジアミン(別名、DABCO)、2-(ヒドロキシメチル)トリエチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン、3-キノリジノン塩酸塩、3-クロロ-1-アザビシクロ[2,2,2]オクタン塩酸塩、シンコニジン二塩酸塩、シンコニン塩酸塩水和物、シンコニジン硫酸塩二水和物、ヒドロキニジン塩酸塩、シンコニン硫酸塩二水和物、キニン塩酸塩二水和物、硫酸キニーネ二水和物、キニンリン酸塩、キニジン硫酸塩二水和物、ミアンセリン塩酸塩、1,1'-(ブタン-1,4-ジイル)ビス[4-アザ-1-アゾニアビシクロ[2,2,2]オクタン]ジブロミド、1,1'-(デカン-1,10-ジイル)ビス[4-アザ-1-アゾニアビシクロ[2,2,2]オクタン]ジブロミド、ビス(トリメチルアルミニウム)-1,4-ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン付加物、ビスムチン、キヌクリジン塩酸塩、3-キヌクリジノン塩酸塩、3-ヒドロキシキヌクリジン塩酸塩、DABCO塩酸塩、2-(ヒドロキシメチル)トリエチレンジアミン塩酸塩、キヌクリジン酢酸塩、3-キヌクリジノン酢酸塩、3-ヒドロキシキヌクリジン酢酸塩、DABCO酢酸塩、2-(ヒドロキシメチル)トリエチレンジアミン酢酸塩、キヌクリジンアクリル酸塩、3-キヌクリジノンアクリル酸塩、3-ヒドロキシキヌクリジンアクリル酸塩、DABCOアクリル酸塩、2-(ヒドロキシメチル)トリエチレンジアミンアクリル酸塩などが挙げられる。
上記アミジン又はその塩若しくは錯体の具体例としては、イミダゾール、N-メチルイミダゾール、N-エチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-ビニルイミダゾール、1-アリルイミダゾール、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ-7-エン(別名、DBU)、1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]ノナ-5-エン(別名、DBN)、N-メチルイミダゾール塩酸塩、DBU塩酸塩、DBN塩酸塩、N-メチルイミダゾール酢酸塩、DBU酢酸塩、DBN酢酸塩、N-メチルイミダゾールアクリル酸塩、DBUアクリル酸塩、DBNアクリル酸塩、フタルイミドDBUなどが挙げられる。
上記ピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体の具体例としては、ピリジン、2-メチルピリジン、3-メチルピリジン、4-メチルピリジン、2-エチルピリジン、3-エチルピリジン、4-エチルピリジン、2-プロピルピリジン、4-プロピルピリジン、4-イソプロピルピリジン、4-tert-ブチルピリジン、4-アミルピリジン、4-(1-エチルプロピル)ピリジン、4-(5-ノニル)ピリジン、2-ビニルピリジン、2,3-ジメチルピリジン、2,4-ジメチルピリジン、2,5-ジメチルピリジン、2,6-ジメチルピリジン、3,4-ジメチルピリジン、3,5-ジメチルピリジン、3,5-ジエチルピリジン、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン(別名DMAP)、2,4,6-トリメチルピリジン、2,6-ジ-tert-ブチルピリジン、N,N-ジメチル-2-アミノピリジン、4-ピペリジノピリジン、4-ピロリジノピリジン、4-フェニルピリジン、キノリン、2-メチルキノリン、3-メチルキノリン、4-メチルキノリン、6-メチルキノリン、7-メチルキノリン、8-メチルキノリン、イソキノリン、1-メチルイソキノリン、アクリジン、3,4-ベンゾキノリン、5,6-ベンゾキノリン、7,8-ベンゾキノリン、2-ヒドロキシピリジン、3-ヒドロキシピリジン、4-ヒドロキシピリジン、2,6-ジヒドロキシピリジン、2-(ヒドロキシメチル)ピリジン、3-(ヒドロキシメチル)ピリジン、4-(ヒドロキシメチル)ピリジン、5-ヒドロキシイソキノリン、2-メトキシピリジン、3-メトキシピリジン、4-メトキシピリジン、2,6-ジメトキシピリジン、1,5-ナフチリジン、1,6-ナフチリジン、1,7-ナフチリジン、1,8-ナフチリジン、2,6-ナフチリジン、2,7-ナフチリジン、2,2’-ビピリジル、3,3’-ビピリジル、4,4’-ビピリジル、2,3’-ビピリジル、2,4’-ビピリジル、3,4’-ビピリジル、4,4’-エチレンジピリジン、1,3-ジ(4-ピリジル)プロパン、1,10-フェナントロリン一水和物、2-(トリメチルシリル)ピリジン、DMAP塩酸塩、DMAP酢酸塩、DMAPアクリル酸塩、1-メチルピリジニウムクロリド、1-プロピルピリジニウムクロリド、ボラン-ピリジン コンプレックス、ボラン-2-ピコリン コンプレックス、パラトルエンスルホン酸ピリジニウムなどが挙げられる。
本発明ではこれらの触媒Aを単独で又は二種以上を任意に組み合わせて使用できる。これらの触媒Aの中では、キヌクリジン、3-キヌクリジノン、3-ヒドロキシキヌクリジン、DABCO、2-(ヒドロキシメチル)トリエチレンジアミン、N-メチルイミダゾール、DBU、DBN、DMAPが好ましく、特に殆どの多価アルコールに対して良好な反応性を示し、入手が容易なキヌクリジン、3-ヒドロキシキヌクリジン、DABCO、N-メチルイミダゾール、DBU、DMAPが好ましい。
 本発明の製造方法における触媒Aの使用量は特に制限はないが、好ましくは多価アルコールの水酸基1モルに対して触媒Aを0.0001~0.5モル使用することが好ましく、さらに好ましくは0.0005~0.2モルである。0.0001モルより少ないと目的の多官能(メタ)アクリレートの生成量が少なく、0.5モルより多いと副生成物が多くなり、反応液の着色が増すため、反応終了後の精製工程が煩雑となる。
本発明の製造方法における触媒Bは、亜鉛を含む化合物からなる群から選ばれる一種以上の化合物であり、下記一般式(1);
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 
(式中、R 及びRは、同一若しくは異なって、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状アルキル基、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状アルケニル基、炭素数6~24のアリール基、若しくは、炭素数5~20のシクロアルキル基であり、置換基を有していてもよい。但し、R及びR はフッ素及び塩素等のハロゲン原子を有しない)で表される有機酸亜鉛を含む化合物;下記一般式(2); 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 
(式中、R、R 、R5 、R 、R 及びR は、同一若しくは異なって、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状アルキル基、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状アルケニル基、炭素数6~24のアリール基、若しくは、炭素数5~20のシクロアルキル基であり、置換基を有していてもよい)で表される亜鉛ジケトンエノラートを含む化合物;及び蓚酸亜鉛などが挙げられる。
上記一般式(1)で表される有機酸亜鉛を含む化合物の具体例としては、酢酸亜鉛、酢酸亜鉛二水和物、プロピオン酸亜鉛、オクチル酸亜鉛、オクチル酸亜鉛を含むエチルベンゼン溶液、ネオデカン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、ミリスチン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、シクロヘキサン酪酸亜鉛、2-エチルヘキサン酸亜鉛、2-エチルヘキサン酸亜鉛を含むミネラルスピリット溶液、安息香酸亜鉛、t-ブチル安息香酸亜鉛、サリチル酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、アクリル酸亜鉛、アクリル酸亜鉛を含む水溶液、メタクリル酸亜鉛などが挙げられる。なお、これら有機酸亜鉛を含む化合物について、その水和物又は溶媒和物又は触媒Aとの錯体が存在する場合には、該水和物及び溶媒和物及び触媒Aとの錯体も本発明の製造方法における触媒Bとして使用できる。
上記一般式(2)で表される亜鉛ジケトンエノラートを含む化合物の具体例としては、亜鉛アセチルアセトナート、亜鉛アセチルアセトナート水和物、ビス(2,6-ジメチル-3,5-ヘプタンジオナト)亜鉛、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナト)亜鉛、ビス(5,5-ジメチル-2,4-ヘキサンジオナト)亜鉛などが挙げられる。なお、これら亜鉛ジケトンエノラートを含む化合物について、その水和物又は溶媒和物又は触媒Aとの錯体が存在する場合には、該水和物及び溶媒和物及び触媒Aとの錯体も本発明の製造方法における触媒Bとして使用できる。
触媒Aにおける、有機酸亜鉛及び亜鉛ジケトンエノラートとしては、前記した化合物を直接使用することができるが、反応系内でこれら化合物を発生させ使用することもできる。例えば、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、塩化亜鉛及び硝酸亜鉛等の他の亜鉛化合物を原料として使用し、有機酸亜鉛の場合は、これらの亜鉛化合物と有機酸とを反応させる方法、亜鉛ジケトンエノラートの場合は、これらの亜鉛化合物と1,3-ジケトンとを反応させる方法等が挙げられる。
本発明ではこれらの触媒Bを単独で又は二種以上を任意に組み合わせて使用できる。これらの触媒Bの中では、酢酸亜鉛、プロピオン酸亜鉛、アクリル酸亜鉛、メタクリル酸亜鉛、亜鉛アセチルアセトナートが好ましく、特に殆どの多価アルコールに対して良好な反応性を示し、入手が容易な酢酸亜鉛、アクリル酸亜鉛、亜鉛アセチルアセトナートが好ましい。
 本発明の製造方法における触媒Bの使用量は特に制限はないが、好ましくは多価アルコールの水酸基1モルに対して触媒Bを0.0001~0.5モル使用することが好ましく、さらに好ましくは0.0005~0.2モルである。0.0001モルより少ないと目的の多官能(メタ)アクリレートの生成量が少なく、0.5モルより多いと副生成物が多くなり、反応液の色調が悪化するため、反応終了後の精製工程が煩雑となる。
 本発明の製造方法における触媒Aと触媒Bの使用割合は特に制限はないが、好ましくは触媒Bを1モルに対して触媒Aを0.005~10.0モル使用することが好ましく、さらに好ましくは0.05~5.0モルである。0.005モルよりも少ないと目的の多官能(メタ)アクリレートの生成量が少なく、10.0モルよりも多いと副生成物が多くなり、反応液の色調が悪化するため、反応終了後の精製工程が煩雑となる。
 本発明で併用する触媒Aと触媒Bは、触媒AがDABCOであり、触媒Bが酢酸亜鉛及び/又はアクリル酸亜鉛である組み合わせが最も好ましく、多官能(メタ)アクリレートを収率よく得られることに加え、反応終了後の色調に優れることから、色調が重要視される各種工業用途に好適に使用できる。さらには比較的安価に入手可能な触媒であることから、経済的に有利な製造方法となる。
本発明の製造方法におけるエステル交換反応は、図1に示す反応機構によって進行すると推測している。先ず触媒Aが単官能(メタ)アクリレートのβ位炭素に付加することでカルボニル酸素原子上の電子密度が増し、これがさらに別の単官能(メタ)アクリレートのカルボニル炭素を攻撃することで図1に示す反応中間体を生じる。その後、該中間体が多価アルコールとエステル交換反応を起こすことで、目的の多官能(メタ)アクリレートが生成する推測している。この際、ルイス酸性を有する触媒Bは、(メタ)アクリロイル基を活性化することで、図1に示す反応機構を促進すると推測している。
本発明で使用する触媒A及び触媒Bは、上記反応の最初から添加してもよいし、途中から添加してもよい。また、所望の使用量を一括で添加してもよいし、分割して添加してもよい。また、触媒A及び/又は触媒Bが固体の場合には、溶媒で溶解した後に添加してもよい。
本発明の製造方法における反応温度は40~180℃であることが好ましく、特に好ましくは60~160℃である。反応温度が40℃未満では反応速度が極めて遅く、180℃超えると(メタ)アクリロイル基の熱重合が起きたり、反応液の色調が悪化したりするため、反応終了後の精製工程が煩雑となる。
本発明の製造方法における反応圧力は、所定の反応温度を維持できれば特に制限はなく、減圧状態で実施してもよく、また加圧状態で実施してもよい。通常、0.000001~10MPa(絶対圧力)である。
本発明の製造方法においては、エステル交換反応の進行に伴い単官能(メタ)アクリレートに由来する1価アルコールが副生する。該1価アルコールを反応系内に共存させたままでもよいが、該1価アルコールを反応系外に排出することにより、エステル交換反応の進行をより促進することができる。
本発明の製造方法においては、反応液の色調を良好に維持する目的で系内にアルゴン、ヘリウム、窒素及び炭酸ガスなどの不活性ガスを導入してもよいが、(メタ)アクリロイル基の重合を防止する目的で系内に含酸素ガスを導入してもよい。含酸素ガスの具体例としては、空気、酸素と窒素の混合ガス、酸素とヘリウムの混合ガスなどが挙げられる。含酸素ガスの導入方法としては、反応液中に溶存させたり、又は反応液中に吹込む(いわゆるバブリング)方法がある。
本発明の製造方法においては、(メタ)アクリロイル基の重合を防止する目的で系内に重合禁止剤を添加することが好ましい。重合禁止剤の具体例としては、ハイドロキノン、tert-ブチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2,4,6-トリ-tert-ブチルフェノール、4-tert-ブチルカテコール、ベンゾキノン、フェノチアジン、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアンモニウム、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-ベンゾイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1,4-ジヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1-ヒドロキシ-4-ベンゾイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル、4-ベンゾイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルなどの有機系重合禁止剤、塩化銅、硫酸銅及び硫酸鉄などの無機系重合禁止剤、ジメチルジチオカルバミン酸銅、ジエチルジチオカルバミン酸銅、ジブチルジチオカルバミン酸銅、酢酸マンガン、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアルミニウム塩などの有機塩系重合禁止剤が挙げられる。重合禁止剤は、一種を単独で添加しても又は二種以上を任意に組み合わせて添加してもよく、反応の最初から添加してもよいし、途中から添加してもよい。また、所望の使用量を一括で添加してもよいし、分割して添加してもよい。また、精留塔を経由して連続的に添加してもよい。重合禁止剤の添加量としては、反応液中に5~30,000質量ppmが好ましく、より好ましくは25~10,000質量ppmである。5質量ppmより少ないと重合禁止効果が不充分であり、30,000質量ppmより多いと反応液の色調が悪化したり、得られる多官能(メタ)アクリレートの硬化速度が低下するため、反応終了後の精製工程が煩雑となる。
本発明の製造方法における反応時間は、触媒の種類と使用量、反応温度、反応圧力などにより異なるが、通常0.1~150時間、好ましくは0.5~80時間である。
本発明の製造方法は、回分式、半回分式、連続式のいずれの方法によっても実施できる。回分式の一例としては、反応器に多価アルコール、単官能(メタ)アクリレート、触媒、重合禁止剤を仕込み、含酸素ガスを反応液中にバブリングさせながら所定の温度で撹拌する。その後、エステル交換反応の進行に伴い副生した1価アルコールを所定の圧力にて反応器から抜出すことで目的の多官能(メタ)アクリレートを生成させるなどの方法で実施できる。
本発明の製造方法で得られた反応生成物に対して、冷却晶析、濃縮晶析などの晶析操作と加圧ろ過、吸引ろ過、遠心ろ過などのろ過操作、単式蒸留、分別蒸留、分子蒸留、水蒸気蒸留などの蒸留操作、固液抽出、液液抽出などの抽出操作、デカンテーションなどを組み合わせた分離精製操作を施すことにより、目的の多官能(メタ)アクリレートを純度よく得ることができる。該分離精製操作においては溶媒を使用してもよい。また、本発明で使用した触媒及び/又は重合禁止剤を中和するための中和剤や、吸着除去するための吸着剤、副生成物を分解又は除去するための酸及び/又はアルカリ、色調を改善するための活性炭、ろ過効率及びろ過速度を向上するためのケイソウ土などを使用してもよい。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り実施例に限定されるものではない。なお、以下においては、特に断りのない限り、「部」の表示は「質量部」を意味し、「%」の表示は「質量%」、「ppm」の表示は「質量ppm」を意味する。
実施例及び比較例における反応収率は、エステル交換反応の進行に伴い副生した1価アルコールを定量し、下記式を用いて算出した。なお、1価アルコールの定量は、示差屈折率検出器を備えた高速液体クロマトグラフ(カラム:日本ウォーターズ株式会社製 Atlantis(Part No.186003748、カラム内径4.6mm、カラム長さ250mm)、溶媒:純水または10容量%イソプロパノール水溶液)を使用し、内部標準法にて実施した。
反応収率(モル%)=エステル交換反応の進行に伴い副生した1価アルコールのモル数/(原料として使用した多価アルコールのモル数×多価アルコール分子の有する水酸基数)×100
実施例及び比較例において目的の多官能(メタ)アクリレートが反応生成物に含まれることの確認は、UV検出器を備えた高速液体クロマトグラフ(カラム:日本ウォーターズ株式会社製 ACQUITY UPLC BEH C18(Part No.186002350、カラム内径2.1mm、カラム長さ50mm)、検出波長:210nm、溶媒:0.03質量%トリフルオロ酢酸水溶液とメタノールの混合溶媒)を用いて行った。
<実施例1>
撹拌機、温度計、ガス導入管、精留塔及び冷却管を取付けた1リットルのフラスコに、ペンタエリスリトールを84.00部(0.62モル)、メチルアクリレートを552.72部(6.42モル)、触媒AとしてDABCOを7.41部(0.07モル)、触媒Bとして亜鉛アセチルアセトナートを17.02部(0.06モル)、ハイドロキノンモノメチルエーテルを0.68部(仕込んだ原料の総重量に対して1027wtppm)、フェノチアジンを0.13部(仕込んだ原料の総重量に対して200wtppm)仕込み、含酸素ガス(酸素を5容量%、窒素を95容量%)を液中にバブリングさせた。反応液温度75~85℃の範囲で加熱撹拌させながら、反応系内の圧力を700~760mmHgの範囲で調整し、エステル交換反応の進行に伴い副生したメタノールとメチルアクリレートの混合液を精留塔及び冷却管を介して反応系から抜出した。また、該抜出液と同質量部のメチルアクリレートを反応系に随時追加した。加熱撹拌開始から34時間後、反応系からの抜出液に含まれるメタノールを定量したところ、反応収率は70%であった。UV検出器を備えた高速液体クロマトグラフを用いて反応液に含まれる反応生成物の組成分析を行った結果、ペンタエリスリトールトリアクリレート及びペンタエリスリトールテトラアクリレートを主要成分として含むことを確認した。
<実施例2~9及び比較例1~10>
多価アルコール、単官能(メタ)アクリレート、触媒A、触媒B、反応温度、反応圧力及び反応時間をかえ、実施例1と同様の方法でエステル交換反応を行い、反応収率を算出した。結果を表1~表4に示す。なお、表中においては、以下の略号を使用した。
PET:ペンタエリスリトール
MA:メチルアクリレート
DABCO:トリエチレンジアミン
Zn(acac):亜鉛アセチルアセトナート
DBU:1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ-7-エン
Zn(OAc):酢酸亜鉛
EA:エチルアクリレート
DMAP:N,N-ジメチル-4-アミノピリジン
IBA:i-ブチルアクリレート
DA:2-ジメチルアミノエチルアクリレート
DPET:ジペンタエリスリトール
GLY:グリセリン
TMP:トリメチロールプロパン
TEA:トリエタノールアミン
TMHD:N,N,N',N'-テトラメチル-1,6-ヘキサンジアミン
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 本発明の触媒Aと触媒Bを併用した各実施例では、触媒A又は触媒Bの片方のみを使用した比較例、一級アミンや鎖状三級アミンと触媒Bを併用した比較例、及び従来の技術であるチタン化合物を触媒として使用した比較例に比べて、目的の多官能(メタ)アクリレートを収率よく得ることができ、触媒Aと触媒Bを併用する本願発明の効果は極めて優れたものである。
本発明の方法によれば、特定の単官能(メタ)アクリレートと多価アルコールから多官能(メタ)アクリレートを収率よく得ることができる。本発明の方法により得られた多官能(メタ)アクリレートは、塗料、インキ、接着剤、光学レンズ、充填剤及び成形材料などの配合物の架橋成分として、又は反応性希釈剤成分として各種工業用途に好適に使用できる。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Claims (8)

  1. メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート、2-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる一種以上の単官能(メタ)アクリレートと多価アルコールをエステル交換反応させて、多官能(メタ)アクリレートを製造するに際し、下記触媒A及び触媒Bを併用することを特徴とする多官能(メタ)アクリレートの製造方法。
    触媒A:アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体、アミジン又はその塩若しくはその錯体、ピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体からなる群から選ばれる一種以上の化合物。
    触媒B:亜鉛を含む化合物からなる群から選ばれる一種以上の化合物。
  2. 多価アルコールが3個以上のアルコール性水酸基を有する多価アルコールである請求項1に記載の多官能(メタ)アクリレートの製造方法。
  3. 多価アルコールがトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、グリセリンのアルキレンオキサイド付加物、トリス(2-ヒロドキシエチル)イソシアヌレート、トリエタノールアミン、ジトリメチロールエタン、ジトリメチロールプロパン、ジグリセリン、ジグリセリンのアルキレンオキサイド付加物、ペンタエリスリトール、ペンタエリスリトールのアルキレンオキサイド付加物、キシリトール、ジペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールのアルキレンオキサイド付加物、D-ソルビトール、ポリグリセリンのいずれかである請求項1又は請求項2に記載の多官能(メタ)アクリレートの製造方法。
  4. 単官能(メタ)アクリレートがメチルアクリレートである請求項1~請求項3のいずれかに記載の多官能(メタ)アクリレートの製造方法。
  5. 触媒Aがキヌクリジン、3-ヒドロキシキヌクリジン、トリエチレンジアミン、N-メチルイミダゾール、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ-7-エン、N,N-ジメチル-4-アミノピリジンのいずれかである請求項1~請求項4のいずれかに記載の多官能(メタ)アクリレートの製造方法。
  6. 触媒Bが下記一般式(1)または下記一般式(2)で表される亜鉛を含む化合物である請求項1~請求項5のいずれかに記載の多官能(メタ)アクリレートの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     
    (式中、R及びR は、同一若しくは異なって、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状アルキル基、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状アルケニル基、炭素数6~24のアリール基、若しくは、炭素数5~20のシクロアルキル基であり、置換基を有していてもよい。但し、R及びR2 はフッ素及び塩素等のハロゲン原子を有しない)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     
    (式中、R、R 、R 、R 、R 及びR は、同一若しくは異なって、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状アルキル基、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状アルケニル基、炭素数6~24のアリール基、若しくは、炭素数5~20のシクロアルキル基であり、置換基を有していてもよい)
  7. 触媒Bが酢酸亜鉛、プロピオン酸亜鉛、アクリル酸亜鉛、メタクリル酸亜鉛、亜鉛アセチルアセトナートのいずれかである請求項1~請求項6のいずれかに記載の多官能(メタ)アクリレートの製造方法。
  8. 触媒Aがトリエチレンジアミンであり、触媒Bが酢酸亜鉛、アクリル酸亜鉛のいずれかである請求項1~請求項7のいずれかに記載の多官能(メタ)アクリレートの製造方法。
     
     
     
     
     
     
     
     
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