JPH03188043A - ラクトンから誘導した反応性単量体およびその製造方法 - Google Patents

ラクトンから誘導した反応性単量体およびその製造方法

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JPH03188043A
JPH03188043A JP1328059A JP32805989A JPH03188043A JP H03188043 A JPH03188043 A JP H03188043A JP 1328059 A JP1328059 A JP 1328059A JP 32805989 A JP32805989 A JP 32805989A JP H03188043 A JPH03188043 A JP H03188043A
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caprolactone
methyl
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lactone
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藤輪 高明
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は産業上有用な液状タイプのラクトン変性ヒドロ
キシアルキルアクリレートまたはメタクリレート化合物
およびその製造法に関する。
近年、コーティング分野におけるアクリル系塗料の重要
性が高まっている。
その理由は他のアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂と比較し耐候性、物性、耐化学性、耐汚染性
等においてすぐれた特徴をもつからである。
そのため自動車、家庭電器、金属、建材等あらゆる分野
にアクリル系コーティングが使用されるに到っている。
しかしながら、最近、自動車のバンパーのような弾性体
へのコーティングに要求されるが如く極めて伸びがあり
、かつ、強靭な塗膜が必要となってきた。
そのような要求を満たすアクリルポリオール樹脂として
ε−カプロラクトンで変性された2−ヒドロキシエチル
メタクリレートを共重合モノマーとして用いることが提
唱されている(特公昭63−66307)。
(従来技術) および (発明が解決しようとする課題) これらのラクトン変性ヒドロキシアルキルアクリル酸エ
ステルまたはメタクリル酸エステルは、ラクトンの付加
数が増えるに従い、結晶化しやすくなる。たとえばヒド
ロキシメタクリル酸エステルのε−カプロラクトン3モ
ル付加物は20℃前後で長時間放置するとペースト状と
なるために使用時に加温して均一にすることが必要とな
る。
またε−カプロラクトン4モル以上の付加物は室温で固
形化するために、長時間の溶解作業が必要となり、工業
的規模での作業としては相当量の設備および時間を必要
とするという欠点がある。
また、これらのラクトン変性モノマーを共重合させる割
合を大きくするとアクリルポリオール樹脂そのものがポ
リラクトンの結晶性のため白濁してくるという問題があ
る。
一方、ε−カプロラクトンを開環付加させた場合エステ
ル結合が生成するがこれらのエステル結合は、微量の酸
あるいはアルカリが存在すると加水分解が生じやすい傾
向があり、耐加水分解性の向上も必要とされている。
(問題を解決するための手段) 本発明は、これらの問題を解決するために、鋭意検討を
行った結果、ヒドロキシアルキルモノアクリレートまた
はメタクリレートにε−カプロラクトンと、β−メチル
−δ−バレロラクトンの混合物あるいはε−カプロラク
トンとトリメチルカプロラクトンの混合物を触媒存在下
で開環付加重合させることによって製造される反応性単
量体が極めて有効であることを見出し本発明に到達した
即ち、アルキル基を有したラクトン、たとえばβ−メチ
ルーδバレロラクトン、トリメチルカプロラクトンとε
−カプロラクトンを共重合させた重合体はエステル結合
近傍にメチル基が存在するために、ε−カプロラクトン
重合体のみのものと比べて、エステル近傍の疎水性が高
まり、加水分解しにくくなる。一方、ε−カプロラクト
ン重合体よりも、メチル基を有したラクトンが共重合す
ることにより結晶性が崩れるため、融点が低下するもの
と考えられる。
一方、従来β−メチル−δ−バレロラクトンの開環重合
は強アルカリ、強酸性触媒で進行することが知られてい
るが、重合率が低く、また、使用する触媒の量も多いた
め除去する必要があった。
これはバレロラクトンの有するメチル基が立体障害を有
しているために、開環重合しにくいためである。
しかし立体障害のないε−カプロラクトンと共重合させ
ることにより立体障害が解け、再び反応性が向上すると
いうメリットがあり、比較的マイルドな触媒を少量添加
させることにより反応が進行し、触媒の除去も必ずしも
必要でなく、極めて工業的に有利な製法となることを見
出した。
(発明の構成) 即ち、本発明は 「下記(I)式で表される反応性単量体RROR2R3 ■ 1 cH−C−C−OCH−CH−0−R4・・  (1) [R,R、RS R−H,CH3 23 R4′ 1 −C−(CH)   O−・ ・ ・ ・ (A)5 CH3 1 CCH2 ■ CHCH2 H2O− ・ ・ ・   (B) (以下余白) CH3 CH3 1 CCH2 CHCHCCH20− CH3 ・ ・ ・ ・ (C) 0    CH3 1 −CCHC−CH2CH−CH20− CHCH−φ ・ ・ (D) 3 R4はAおよびBの共重合体またはAおよびC1Aおよ
びDSAおよびCおよびDの共重合およびASBおよび
CおよびDで、末端にOH基を有する]」 および [下記(II)式で表されるヒドロキシアルキルモノア
クリレートまたはメタクリレートRROR2R3 ■ 1 CH−C−C−OCH−CH−OH (11) [RSRSR2、R−HSCH3] 3 にε−カプロラクトンと、β−メチル−δ−バレロラク
トンの混合物あるいはε−カプロラクトンとトリメチル
カプロラクトンの混合物を反応させることを特徴とする
反応性単量体の製造方法」である。
(原料) 本発明の反応性単量体の製造において、出発原料成分で
あるヒドロキシアルキルアクリレートまたはメタクリレ
ートはアクリル酸あるいはメタクリル酸とアルキレンオ
キサイドを触媒の存在下反応させ、蒸溜することにより
工業的に生産されている。
例えば、ヒドロキシエチルアクリレートまたはメタクリ
レート、ヒドロキシプロピルアクリレートまたはメタク
リレート、ヒドロキシブチルアクリレートまたはメタク
リレート、ヒドロキシへキシルアクリレートまたはメタ
クリレート、グリセリンモノアクリレートまたはメタク
リレート、カージョラEのアクリル酸またはメタクリル
酸反応物等を用いることが出来る。
また、もう一方の出発原料成分であるラクトン類として
は、ε−カプロラクトン、3.3.5−トリメチルカプ
ロラクトン、3.5.5−)リメチルカブロラクトン、
β−メチル−6−バレロラクトン等がありこれらを少な
くとも2種類任意の比率で混合して用いることができる
工業的にはε−カプロラクトンを主体として用い、その
目的に応じ、3,3.5)リメチルカブロラクトン、3
,5.5トリメチルカプロラクトンまたはβ−メチル−
δ−バレロラクトンを任意の比率で添加することが有利
である。
本発明で用いるε−カプロラクトン、3,3゜5トリメ
チルカブラクトン、3.5.5)リメチルカブロラクト
ンはシクロヘキサノン、3.3゜5トリメチルシクロヘ
キサノンを過酸を用いバイヤービリガー反応により酸化
することによって製造することができる。
特に3,5.5−)リメチルカプロラクトンおよび3.
3.5−)リメチルカプロラクトンは33.5−)リメ
チルシクロヘキサノンを過酸で反応させると混合物とし
て得ることができるが混合物は梯々の方法で分離し、単
独で重合することもできるし、混合物のまま用いること
もできる。
β−メチル−δ−バレロラクトンは2−ヒドロキシ−4
−メチルテトラヒドロピランを原料として製造すること
ができる。
ラクトン類はヒドロキシアルキルアクリル酸エステルま
たは、ヒドロキシアルキルメタクリル酸エステル1モル
に対し1〜20モル好ましくは1〜10モル反応させる
ヒドロキシアルキルメタクリル酸エステル1モルに対し
、2種類のラクトン1モルずつ(計2モル)を反応させ
た場合、ヒドロキシアルキルメタクリル酸エステルの水
酸基へのラクトンの開環反応速度と生成物のラクトン末
端の水酸基へのラクトンの開環反応速度は大きく変らな
いため反応物は式(II)で表わされる化合物で RROR2R3 1 CH−C−C−0−CH−CHO− Ra 1 [−C−(C)   −〇−]   Hx      
      n R1R、R2、R3−R5CH3 Ra5RbはHSCH3のいずれかでありR,、Rbは
は同時に各々の基にも換えることができる。
X−4,5 nは2を平均としてn−0の未反応物から、n−1,2
,3,4,5・・・の付加物が統計的に分布する。
しかしながら、これらを分離精製する必要はなく、種々
のラクトン付加物を有する単量体の混合物のままでアク
リル樹脂の合成に共重合モノマーとして用いることがで
きる。
反応速度は50〜150℃好ましくは30℃である。
50℃より低いと反応が遅く、150℃より高いと反応
中にアクリルの熱重合が起り、ゲル化する危険性がある
反応系には重合禁止剤を添加することが好ましい。重合
禁止剤としてはハイドロキノン、ハイドロキノンモノメ
チルエーテル、フェノチアジン等を0.001〜5%好
ましくは、0.05〜1゜0%の範囲で用いる。
反応系には窒素のような不活性ガスを通じるとラジカル
重合が起りやすくなるため、全くガスを通さないか、あ
るいは、空気等を通じることが反応物の熱重合を防止す
るのに役立つ。
反応終了後、重合禁止剤を水洗等の手段により除去する
こともできるが、含有したままでも差支えない用途に対
してはそのまま用いることができる。
ラクトン類の開環重合に用いる触媒としてはテトラブチ
ルチタネート、テトラプロピルチタネート、テトラエチ
ルチタネート等のチタン化合物、オクチル酸スズ、ジブ
チルスズオキシド、ジブチルスズラウート等の有機スズ
化合物、さらには塩化第1スズ、臭化第1スズ、ヨウ化
第1スズ等のハロゲン化第1スズ、リンタングステン酸
のへテロポリ酸等を用いることができる。
しかしこのような金属化合物を多量に添加することは、
この目的をアクリル樹脂の共重合モノマーとして使用す
る場合悪影響をおよぼすことが多い。
チタン系の触媒は比較的活性が強く目的物を得ることが
可能であるが、この触媒は、同時にエステル交換触媒と
して極めて活性が強いため、反応中にエステル交換反応
が進行し、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒド
ロキシアルキルメタクリレート2モルから、多価アルコ
ールがはずれヒドロキシアルキルジアクリレートまたは
ヒドロキシアルキルジメタクリレートを副生する。
このことは以下の反応式によって示される(2−ヒドロ
キシエチルメタクリレートの場合)。
CH3 2CH2−CCoocH2cH2oH H3 CH2−CCOOCH2CH200C−CH3 −C−CH+  HOCH2CH20Hこのようなジア
クリレートまたはジメタクリレートは沸点が高いため、
目的物との分離が困難である。かつこれらの副生物を含
んだ目的物を他のアクリル酸エステルと溶媒中でラジカ
ル共重合させると、樹脂は三次元架橋が生じ粘度が著る
しく増大するか、さらにはゲル化に到ってしまう。
スズ系化合物や、リンタングステン酸等の触媒はエステ
ル交換反応に対し比較的活性が少ない。
しかもフッ素を除くハロゲン化第1スズを触媒として、
ラクトンをヒドロキシアルキルアクリル酸エステルまた
はメタクリル酸エステルに開環重合させると触媒活性が
強いため、80〜130℃の低い温度、かつ少ない触媒
量で十分反応が進行し、しかもエステル交換反応におよ
ぼす影響は小さい。
これらより用いる触媒としてはスズ系触媒を用いるのが
望ましい。
これらの触媒は本発明の方法で製造されるラクトン変性
反応性単量体中に含まれたままアクリルポリオール樹脂
等の製造に用いることができる。
したがって、必ずしも除去する必要はない。
どうしても除去する必要がある場合にはキレート剤等に
よる吸着除去あるいは水洗等の方法によって除去するこ
とができる。
反応は無溶剤で行ってもよいし、トルエン、キシレン、
メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の活性
水素を持たない不活性な溶剤中で行なっても良い。
不活性な溶剤を使用するのは反応終了後の系内の反応粗
液の粘度を低下させる効果があり、がっ、反応中の温度
コントロールなどを容易にするためである。
不活性な溶剤の使用の有無は本発明の反応性単量体組成
物の使用目的に応じて任意に選定できる。
すなわち、塗料等溶剤が含まれていても良いような製品
向けの場合には使用可能である。
また、不活性な溶剤は反応終了後の反応粗液に後添加し
ても良い。
不活性な溶剤の使用量は5〜80重量%、好ましくは、
10〜50重量%である。
但し、エステル結合を有する溶剤は好ましくない。なぜ
なら反応中にポリラクトンのエステル基とエステル交換
反応を起し、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはメ
タクリレートに結合していないラクトン重合体が生成す
る恐れがあるからである。
塩化第1スズを触媒に用いる場合には、エステル交換反
応をほとんど促進しないので、エステル系の溶剤を用い
ることも可能である。
用いる原料の水分は極力少ない方が好ましい。
用いるヒドロキシアルキルアクリレートまたはメタクリ
レート中の水分は、0.001〜1,0%、ラクトン中
の水分は望ましくは0.001〜0.02%の範囲であ
る。
原料中の水分は反応中ラクトンを開環して、製品の酸価
を上昇させ、製品に悪影響をおよぼすからである。
酸価の高いラクトン変性ヒドロキシアルキルアクリル酸
エステルまたはメタクリル酸エステル、すなわち、本発
明の組成物中の主成分である反応性単量体はそれ自体耐
水性が悪くなり加水分解を生じやすくなる。
また、水分はラクトンの開環反応に用いる金属触媒と反
応して触媒を不活性にしてしまう。
したがって原料中に水分が多い時は触媒を投入して反応
を開始する前に減圧下で加熱して水のみを留去する方が
好ましい。
また、ラクトンは例えばモレキュラーシーブのような脱
水剤を用いて脱水してもよい。
この反応において、未反応のε−カプロラクトンの含有
量は1%未満が好ましい。
しかしながら、そのとき共重合に用いた他のラクトン類
はε−カプロラクトンより反応性が小さいため数%〜数
十%残存している場合もある。
これら未反応のラクトン類は溶剤と見なすことができる
ので特に除去する必要はない。
以下、実施例を揚げて本発明の特定な具体例を説明する
が、本発明はこれらの実施例により限定されるものでは
ない。
実施例−1 窒素導入管、温度計、冷却管、攪拌装置を備えた214
つロフラスコに2−ヒドロキシエチルメタクリレート2
71.2gr、ε−カプロラクトン1189.5gr、
β−メチル−6−パレロラクトン715.3gr、ヒド
ロキノンモノメチルエーテル1.0924gr、塩化第
一スズ(1%ε〜カプロラクトン溶液)0.108gr
仕込み、空気を拭き込みながら7.5時間、115℃で
反応させた。
これを冷却し、取出して性状を調べた結果以下の通りで
あった。
外観(APIA)        380〃(20℃)
       液状 酸価(mgKOHIg)        3.62oH
価         54.0 粘度(cp/45℃>    140  H2O(%)
0.074 下の通りであった。
外観(APIA)      110 〃(20℃)    固体 酸価(mgKOHIg)    2. 120H価(〃
)     53.40 粘度(CP740℃)  264 水分(%)       0.008 最終生成物は、ε−カプロラクトン1.80%、β−メ
チル−6−バレロラクトン9.80%を含有することが
確認された。
比較例−1 実施例−1と同様な装置でヒドロキシエチルアクリレー
ト 132.0gr、ε−カプロラクトン11170.
Ogr、塩化スズ(1%ε−カプロラクトン溶液)0.
30gr 、ヒドロキノンモノメチルエーテル3.28
gr 、を仕込み空気を拭き込みなから18hr120
℃で反応させた。
これを冷却し、取り出して性状を調べた結果以最終生成
物は白色固体でε−カプロラクトン0.8%、ヒドロキ
シエチルアクリレートo、ot%を含有することが確認
された。
実施例−2 窒素導入管、温度計、冷却管、攪拌装置を備えた0、5
14つロフラスコに2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト40.54gr、ε−カプロラクトン284.45g
r、β−メチル−δ−バレロラクトン78.22grs
 ヒドロキノンモノメチルエーテル0.20gr、塩化
第一スズ(1%ε−カプロラクトン溶液)2.1363
gr仕込み、空気を拭き込みながら12時間、115℃
で反応させた。
これを冷却し、取出して性状を調べた結果以下の通りで
あった。
外観(八PHA)        300〃(20℃)
      液状 酸価(mgKOH/g)        2 、 99
OH価         40.60 粘度(c p / 45℃)  241H20(%) 
          0.036最終生成物は、ε−カ
プロラクトン0.73%、β−メチル−δ−バレロラク
トン6.15%を含有することが確認された。
実施例−3 窒素導入管、温度計、冷却管、攪拌装置を備えた0、5
N4つロフラスコに2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト40.03gr、ε−カプロラクトン208.56g
r、β−メチル−δ−バレロラクトン140.3gr、
ヒドロキノンモノメチルエーテル0.1983gr、塩
化第一スズ(1%εカプロラクトン溶液)2.0013
gr仕込み、空気を拭き込みながら17時間、115℃
で反応させた。
これを冷却し、取出して性状を調べた結果以下の通りで
あった。
外観(APHA)        300〃(20℃)
      液状 酸価(mgKOH/g)        3. 31O
H価         43.71 粘度(c p/45℃)  164 H20(%)           0.034最終生
成物は、ε−カプロラクトン0.07%、β−メチル−
δ−バレロラクトン15.65%を含有することが確認
された。
実施例−4 窒素導入管、温度計、冷却管、攪拌装置を備えた0、1
4つロフラスコに2−ヒドロキシエチルメタクリレート
40.08gr、ε−カプロラクトン281.26gr
、β−メチル−δ−バレロラクトン140.61gr、
ヒドロキノンモノメチルエーテル0.25gr、塩化第
一スズ(1%ε−カプロラクトン溶液)2.359gr
仕込み、空気を拭き込みながら17時間、115℃で反
応させた。
これを冷却し、取出して性状を調べた結果以下の通りで
あった。
外観(APHA)        300〃(20℃)
      液状 酸価(mgKOH/g)        3. 13o
H価         14.52 粘度(cp/45℃)  230 H2O(%)          0.031最終生成
物は、ε−カプロラクトン0.06%、β−メチル−δ
−バレロラクトン11.88%を含有することが確認さ
れた。
実施例−5 窒素導入管、温度計、冷却管、攪拌装置を備えたO、’
14つ目フラスコに2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト40.03gr、と−カプロラクトン263.31g
r、β−メチル−6−バレロラクトン105.33gr
、ヒドロキノンモノメチルエーテル0.2072gr、
塩化第一スズ(1%E−カプロラクトン溶液)2.06
37gr仕込み、空気を拭き込みながら11時間、11
5℃で反応させた。
これを冷却し、取出して性状を調べた結果以下の通りで
あった。
外観(APIA)        300〃(20℃)
      液状 酸価(ggKOH/g)        3 、 03
OH価         25. 15粘度(c p/
45℃)  214 H20(%)           0.026最終生
成物は、ε−カプロラクトン0.07%、β−メチル−
δ−バレロラクトン10.13%を含有することが確認
された。
実施例−6 窒素導入管、温度計、冷却管、攪拌装置を備えた0、5
14つロフラスコに2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト40.01gr、ε−カブロラクトン245.58g
r、β−メチル−δ−バレロラクトン140.33gr
、ヒドロキノンモノメチルエーテル0.2145gr、
塩化第一スズ(1%ε−カプロラクトン溶液)4.26
gr仕込み、空気を拭き込みながら13時間、115℃
で反応させた。これを冷却し、取出して性状を調べた結
果以下の通りであった。
外観(APHA)        300〃(20℃)
      液状 酸価(lI1gKOH/g)        3 、 
94oH価         36.26 粘度(c p/45℃)  207 H20(%)           0.029最終生
成物は、ε−カプロラクトン0.25%、β−メチル−
δ−バレロラクトン9.17%を含有することが確認さ
れた。
実施例−7 窒素導入管、温度計、冷却管、攪拌装置を備えたO、’
14つロフラスコに2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト40.00gr、ε−カプロラクトン245.58g
r、β−メチル−δ−バレロラクトン140.3:3g
r、ヒドロキノンモノメチルエーテル0.2180gr
、塩化第一スズ(1%ε−カプロラクトン溶液)2.3
243gr仕込み、空気を拭き込みながら13時間、1
15℃で反応させた。これを冷却し、取出して性状を調
べた結果以下の通りであった。
外観(APIA)        300〃(20℃)
      液状 酸価(mgKOH/g)        3 、03O
H価         33.19 粘度(c p/45℃)  187 H20(%)          0.026最終生成
物は、ε−カプロラクトン0.22%、β−メチル−δ
−バレロラクトン10.02%を含有することが確認さ
れた。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記( I )式で表される反応性単量体▲数式、
    化学式、表等があります▼・・・・( I ) [R、R_1、R_2、R_3=H、CH_3R_4; ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・(A) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・(B) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・(C) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・(D) [R_4はAおよびBの共重合体又はAおよびC、Aお
    よびD、AおよびCおよびDの共重合およびA、Bおよ
    びCおよびDで、末端にOH基を有する]。
  2. (2)下記(II)式で表されるヒドロキシアルキルモノ
    アクリレートまたはメタクリレート ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・(II) [R、R_1、R_2、R_3=H、CH_3]にε−
    カプロラクトンと、β−メチル−δ−バレロラクトンの
    混合物あるいはε−カプロラクトンとトリメチルカプロ
    ラクトンの混合物を反応させることを特徴とする反応性
    単量体の製造方法。
  3. (3)スズ化合物およびまたはチタン化合物を触媒とし
    て使用する特許請求の範囲第(2)項記載の反応性単量
    体の製造方法。
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