WO2024176825A1 - ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法、及びラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
- C08G77/38—Polysiloxanes modified by chemical after-treatment
Definitions
- Patent Documents 1 and 2 describe compositions that contain organopolysiloxane compounds that have both a polyether group that has excellent compatibility with other radically polymerizable monomers and paints, and a (meth)acryloyl group that exhibits curing properties due to heat or light.
- Compounds with a structure in which a polyether block is introduced as a linker between an organopolysiloxane and a (meth)acryloyl group are generally synthesized by reacting a polyether-modified organopolysiloxane that has reactive hydroxyl groups at its terminals with (meth)acrylic acid chloride using an organic base such as triethylamine as a catalyst and acid scavenger.
- Patent Document 2 only lists a filtration process as an example of a method for removing the organic salt (triethylamine hydrochloride) that is a by-product of the synthesis reaction.
- this method cannot remove the organic salt dissolved in the silicone component, and there is a problem in that the organic salt precipitates within two months at temperatures of 15 to 30°C.
- Patent Document 3 exemplifies a method in which after the reaction between the hydroxyl group and (meth)acrylic acid chloride is completed, the resulting reaction product is purified by silica gel column chromatography.
- this method has the problem of requiring a large amount of silica gel.
- Patent Document 4 exemplifies a method in which triethylamine hydrochloride is filtered and then washed with saline.
- this method has problems such as poor separation of the aqueous layer and the organic layer, requiring a long washing process, and a reduced yield of the target product, particularly in the case of (meth)acrylic-modified siloxanes having an ether bond in the spacer between the organopolysiloxane and the (meth)acryloyl group.
- the present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a simple method for reducing the amount of hydrochloride salt of an organic base dissolved in an organopolysiloxane containing a radical polymerizable group.
- the inventors discovered that the hydrochloride salt of an organic base dissolved in an organopolysiloxane containing a radical polymerizable group can be easily removed by stirring and mixing with silica gel and then filtering, which led to the creation of the present invention.
- the present invention provides the following method for producing an organopolysiloxane containing a radically polymerizable group.
- a method for producing a radically polymerizable group-containing organopolysiloxane comprising a reaction step of reacting an organopolysiloxane (A) having, per molecule, at least one monovalent organic group having, at its terminal, a group selected from a hydroxy group, a thiol group, and an amino group having active hydrogen, with a radically polymerizable group-containing carboxylic acid chloride (B) in the presence of an organic base (C) to obtain the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane, a filtration step of removing the hydrochloride of the organic base (C) produced in the reaction step by filtration to obtain a crude product; and a purification step of adding silica gel in an amount of 0.5 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of non-volatile components contained in the crude product
- the present invention provides the above-mentioned production method, which further has at least one constituent feature selected from the following [1] to [4].
- R are each independently a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms; a, b, c, and d are each independently an integer of 0 to 500; and e is an integer of 0 to 10, provided that 0 ⁇ a+b+(c+d) ⁇ e ⁇ 500;
- R 1 is, independently of each other, a group defined as R above or a group represented by the following formula (2) or (3):
- R 4 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
- R 2 , x, y, and z are the same as above, and the oxyalkylene units shown in the parentheses above may each have a block structure or be bonded randomly.
- one or more of the R 1s are a group represented by formula (2) in which R 3 is a hydrogen atom, or a group represented by formula (3) in which at least one of R 4s is a hydrogen atom.
- siloxane units shown in parentheses in the above formula (1) may be bonded randomly.
- the present invention also relates to a radically polymerizable group-containing organopolysiloxane represented by the following formula (4):
- R5 is, independently of each other, a group represented by R or a group represented by the following formula (5):
- R 6 is a monovalent organic group containing a radical polymerizable group, and the oxyalkylene units shown in the parentheses above may each have a block structure or be bonded randomly.
- one or more of the R5s may be a group represented by the formula (5), and the siloxane units represented in parentheses in the formula (4) may be bonded randomly.
- the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is provided, which is characterized in that the above-mentioned radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is diluted 5-fold with toluene, and then purified water is added in an amount twice the mass of the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane, followed by shaking for 2 hours, to obtain an extract having an electrical conductivity of 8 mS/m or less.
- the present invention provides the above radically polymerizable group-containing organopolysiloxane, which further has at least one constituent feature selected from the following [1] to [4]: [1] The aforementioned radically polymerizable group-containing organopolysiloxane, wherein the radically polymerizable group is a group having a (meth)acryloyl group. [2] The above radically polymerizable group-containing organopolysiloxane, in which the amount of chloride ions contained therein is 2 ppm or less.
- the present invention makes it possible to reduce the amount of dissolved hydrochloride salts of organic bases in radically polymerizable group-containing organopolysiloxanes, which are difficult to remove by filtration alone. This makes it possible to provide radically polymerizable group-containing organopolysiloxanes in which the organic salts do not precipitate for long periods of time with high production efficiency.
- the present invention is a method for producing an organopolysiloxane containing a radically polymerizable group, and in particular, a method for producing an organopolysiloxane having a (meth)acryloyl group (hereinafter also referred to as a (meth)acrylic-modified siloxane compound).
- the organopolysiloxane has a radically polymerizable group at one or more of the terminals or side chains of the organopolysiloxane.
- the present invention relates to a method for producing an organopolysiloxane containing a radical polymerizable group, which comprises the following three steps: (1) a reaction step of reacting an organopolysiloxane (A) containing at least one monovalent organic group per molecule, the monovalent organic group having at its terminal a group selected from a hydroxy group, a thiol group, and an amino group having an active hydrogen atom, with a carboxylic acid chloride (B) containing a radically polymerizable group, in the presence of an organic base (C) to obtain an organopolysiloxane containing a radically polymerizable group; (2) a filtration step of removing the hydrochloride of the organic base produced in the reaction step by filtration to obtain a crude product; And, (3) A purification step of adding 0.5 to 10 parts by mass of silica gel to 100 parts by mass of non-volatile components contained in the crude product, stirring the mixture, and then filtering the mixture
- reaction step The method for producing a radically polymerizable group-containing organopolysiloxane of the present invention is characterized by first comprising a reaction step of reacting an organopolysiloxane (A) containing at least one monovalent organic group per molecule, the monovalent organic group being terminally connected to a group selected from a hydroxyl group, a thiol group, and an amino group having active hydrogen (hereinafter referred to as a reactive organic group), with a carboxylic acid chloride (B) containing a radically polymerizable group, in the presence of an organic base (C), to obtain an organopolysiloxane containing a radically polymerizable group.
- A organopolysiloxane
- B carboxylic acid chloride
- C organic base
- Component (A) is an organopolysiloxane containing one or more of the above-mentioned reactive organic groups per molecule. This organopolysiloxane reacts with a carboxylic acid chloride (B) containing a radically polymerizable group, described below, to form an ester bond, a thioester bond, or an amide bond, respectively, to give an organopolysiloxane containing a radically polymerizable group.
- a carboxylic acid chloride (B) containing a radically polymerizable group described below
- the organopolysiloxane is characterized by having one or more of the above reactive organic groups in one molecule, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, and even more preferably 1 to 3.
- groups having a hydroxyl group or an amino group with active hydrogen are preferred from the standpoint of ease of synthesis.
- the component (A) is preferably an organopolysiloxane represented by the following formula (1).
- R are each independently a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms; a, b, c, and d are each independently an integer of 0 to 500; and e is an integer of 0 to 10, provided that 0 ⁇ a+b+(c+d) ⁇ e ⁇ 500;
- R 1 is, independently of each other, a group defined as R above or a group represented by the following formula (2) or (3):
- R2 is a divalent hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms
- R3 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms
- L is an oxygen atom or a sulfur atom
- x, y, and z are independently integers of 0 to 50, provided that 0 ⁇ x+y+z ⁇ 50, and the oxyalkylene units shown in the parentheses may each have a block structure or be bonded randomly.
- R are each independently a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
- the monovalent hydrocarbon group include an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms.
- the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, a decyl group, and a cyclohexyl group.
- the aryl group include a phenyl group and a tolyl group.
- aralkyl group examples include a benzyl group, a 2-phenylethyl group, and a 3-phenylpropyl group.
- the alkyl group is preferred from the viewpoints of availability of raw materials, ease of production, and ease of manifesting the properties of the siloxane, and a methyl group is particularly preferred.
- a is an integer from 0 to 500, preferably an integer from 5 to 200, more preferably an integer from 10 to 150.
- b is an integer from 0 to 500, preferably an integer from 0 to 100, more preferably an integer from 0 to 20, and most preferably 0.
- c is an integer from 0 to 500, preferably an integer from 0 to 100, more preferably an integer from 0 to 20, and most preferably 0.
- d is an integer from 0 to 500, preferably an integer from 5 to 200, and more preferably an integer from 10 to 150.
- e is an integer from 0 to 10, preferably an integer from 0 to 5, and more preferably 0. If e exceeds the upper limit, the viscosity will increase, making the handling properties poor, and the reactivity with the carboxylic acid chloride may also decrease.
- 0 ⁇ a+b+(c+d) ⁇ e ⁇ 500 preferably 5 ⁇ a+b+(c+d) ⁇ e ⁇ 400, more preferably 15 ⁇ a+b+(c+d) ⁇ e ⁇ 200, and even more preferably 20 ⁇ a+b+(c+d) ⁇ e ⁇ 100. If the value of a+b+(c+d) ⁇ e exceeds the upper limit, the viscosity of the compound may increase, resulting in poor handling properties.
- R 1 's are each independently the above R or a group represented by the following formula (2) or (3).
- R2 is a divalent hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms
- R3 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms
- L is an oxygen atom or a sulfur atom.
- x, y, and z are each independently an integer of 0 to 50, provided that 0 ⁇ x+y+z ⁇ 50, and the oxyalkylene units shown in the parentheses may each have a block structure or be bonded randomly.
- R 4 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
- R 2 , x, y, and z are as defined above, and the oxyalkylene units shown in the parentheses above may each have a block structure or be bonded randomly.
- one or more, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, and even more preferably 1 to 3 of R 1 are a group represented by formula (2) in which R 3 is a hydrogen atom, or a group represented by formula (3) in which at least one of R 4 is a hydrogen atom.
- each siloxane unit shown in parentheses in the above formula (1) may be bonded randomly.
- R2 is a divalent hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms, preferably 3 to 10.
- the divalent hydrocarbon group may be linear or branched, and may have a cyclic structure such as a cycloalkylene group or a phenylene group in the middle of the molecular chain. A trimethylene group or a methylpropylene group is preferred.
- R3 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
- the monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms a methyl group and an ethyl group are preferable, and R3 is more preferably a hydrogen atom.
- L is an oxygen atom or a sulfur atom, preferably an oxygen atom.
- R 4 is, independently of each other, a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and the monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms is preferably a methyl group or an ethyl group. It is preferable that at least one of R 4 is a hydrogen atom.
- the values of x, y, and z can be selected within the above ranges to change the HLB value of the product depending on the ratio with other components such as the siloxane chain length. If each of x, y, and z exceeds the above upper limit, or if x + y + z exceeds the above upper limit, the viscosity of the compound increases, which may result in poor handling and reduced reactivity with carboxylic acid chloride.
- the radically polymerizable group-containing carboxylic acid chloride (B) of the present invention reacts with the above-mentioned component (A) to give a radically polymerizable group-containing organopolysiloxane.
- examples thereof include acrylic acid chloride, methacrylic acid chloride, 3-butenoic acid chloride, 4-vinylbenzoic acid chloride, crotonic acid chloride, isocrotonic acid chloride, and cinnamic acid chloride, and preferably acrylic acid chloride or methacrylic acid chloride.
- the amount of the radically polymerizable group-containing carboxylic acid chloride is preferably 1.0 to 5.0 equivalents, more preferably 1.0 to 1.5 equivalents, and even more preferably 1.0 to 1.05 equivalents, relative to the total amount of reactive organic groups (number of moles of reactive groups (total)) possessed by the organopolysiloxane of component (A) above. If it is less than the lower limit above, the reactive organic groups of the raw material organopolysiloxane will remain in the product, and the purity of the resulting compound will decrease.
- the organic base (C) functions as a catalyst for reacting the reactive organic group-containing organopolysiloxane (A) with the radical polymerizable group-containing carboxylic acid chloride (B).
- the organic base also functions as an acid scavenger for capturing hydrogen chloride generated as a reaction by-product.
- the organic base is preferably soluble in the organic solvent (D) described below. It is also preferable that the organic base can be easily removed from the system after the reaction.
- the boiling point under atmospheric pressure (1013 hPa) is preferably 150°C or less, more preferably 60 to 120°C.
- organic amines are preferred because they satisfy the above requirements.
- examples include alkylamines such as diethylamine, triethylamine, tri-n-propylamine, and tri-n-butylamine, alicyclic amines such as diazabicycloundecene and 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane, and aromatic heterocyclic amines such as pyridine.
- alkylamines such as diethylamine, triethylamine, tri-n-propylamine, and tri-n-butylamine
- alicyclic amines such as diazabicycloundecene and 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane
- aromatic heterocyclic amines such as pyridine.
- triethylamine and pyridine are particularly preferred.
- the amount of (C) organic base is preferably 1.0 to 5.0 equivalents, more preferably 1.1 to 1.5 equivalents, in terms of molar ratio relative to the total amount of reactive organic groups possessed by the (A) organopolysiloxane. If the amount of organic base is less than the lower limit, it is not possible to capture all of the hydrochloric acid produced in the system, making the reaction system acidic and potentially causing cleavage of siloxane bonds. If the amount exceeds the upper limit, an excessive amount of unreacted organic base remains after the reaction, and the process of removing the organic base takes time, which is undesirable.
- the reaction step of the present invention may be carried out without a solvent, but since the reaction is accompanied by significant heat generation, it is preferable to use an organic solvent (D) in addition to the above components (A) to (C). By using an organic solvent, heat generation can be suppressed.
- the organic solvent may be any solvent in which the above component (A) is soluble and which is inert to the reaction of the present invention.
- the amount of (D) organic solvent added is preferably 10 to 200 parts by mass, more preferably 30 to 150 parts by mass, and even more preferably 50 to 100 parts by mass, per 100 parts by mass of the above component (A).
- the reaction of the organopolysiloxane (A) with the carboxylic acid chloride (B) can be carried out in the presence of an antioxidant or a reducing agent.
- the antioxidant and the reducing agent may be soluble in the mixed liquid of the reactive organic group-containing organopolysiloxane (A), any organic solvent (D), and the organic base (C).
- antioxidants or reducing agents include phenolic compounds such as 4,4'-butylidenebis(6-t-butyl-m-cresol), 2,2'-methylenebis(4-methyl-6-t-butylphenol), 2,2'-methylenebis(4-ethyl-6-t-butylphenol), 2,6-di-t-butyl-p-cresol, 2,5-di-t-amyl-hydroquinone, 2,5-di-t-butyl-hydroquinone, 2-t-butyl-hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, and 2-t-butyl-hydroxyanisole, as well as L-ascorbic acid, erythorbic acid, citric acid, tocopherol, catechol, phenothiazine, and 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl.
- 2,6-di-t-butyl-p-cresol is particularly preferred because of its low reactivity with
- the amount of antioxidant or reducing agent is 0.05 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, more preferably 0.07 parts by mass or more and 3 parts by mass or less, and even more preferably 0.1 parts by mass or more and 2 parts by mass or less, per 100 parts by mass of organopolysiloxane (A).
- an antioxidant or reducing agent in an amount within this range, it is possible to suppress discoloration that may occur during the reaction of the present invention. If the amount is less than the lower limit, the effect of suppressing discoloration decreases. If the amount is more than the upper limit, many side reactions with the carboxylic acid chloride containing a radical polymerizable group may occur, and the amount of impurities may increase.
- the reaction temperature of the (B) carboxylic acid chloride and the (A) organopolysiloxane is not particularly limited.
- the reaction temperature may be equal to or lower than the boiling point of the organic solvent.
- the reaction temperature is preferably 0 to 120°C, and more preferably 0 to 80°C. If the reaction temperature exceeds the upper limit, the radical polymerizable group introduced into the organopolysiloxane may thermally polymerize during the reaction. If the reaction temperature is less than the lower limit, the reactivity decreases and the reaction is inefficient.
- a post-treatment step of quenching the unreacted carboxylic acid chloride can be added.
- the quenching operation can be carried out by any method, but a method of adding a lower alcohol such as methanol or ethanol, or water, etc. is preferable because it is easy to remove by-products generated by the quenching operation.
- the filtration step of the present invention is a step of removing the organic base hydrochloride produced in the reaction step by filtration to obtain a crude product.
- the filtration method and apparatus are not particularly limited, and conventionally known methods and apparatus can be used.
- the purification step of the present invention is a step of adding silica gel in an amount of 0.5 to 10% by mass of the non-volatile component amount of the crude product, stirring, and then performing pressure filtration. Silica gel is added to the crude product, and pressure filtration is performed after stirring.
- the method and device for performing the pressure filtration are not particularly limited, as in the above filtration step, and a filtration method and device capable of applying pressure may be selected.
- the particle size of the silica gel is preferably in the range of 40 to 250 ⁇ m, and more preferably in the range of 40 to 100 ⁇ m.
- the particle size it is preferable for the particle size to be 40 to 250 ⁇ m, and more preferably 40 to 100 ⁇ m.
- the average particle size refers to the median diameter (d50) of the volumetric particle size distribution measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer.
- the amount of silica gel added is 0.5 to 20 parts by mass, preferably 0.5 to 10 parts by mass, and more preferably 0.5 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of non-volatile components contained in the crude product. More preferably, in a method in which the solvent is distilled off after the filtration step and before the purification step, the amount of silica gel added is 0.5 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of non-volatile components contained in the crude product. In a method in which the solvent is distilled off after the filtration step and the purification step, the amount of silica gel added is 10 to 15 parts by mass per 100 parts by mass of non-volatile components contained in the crude product.
- the stirring time after the addition of silica gel is preferably 1 hour or more, more preferably 3 to 12 hours.
- the temperature during stirring may be in the range of 0 to 40°C, preferably 15 to 30°C.
- the following methods can be used as the measurement method. (1) 3 g of the crude product is weighed out into an aluminum dish having a diameter of 6 cm and heated in a circulating hot air dryer at 105° C. for 3 hours. (2) After heating, the aluminum dish is allowed to cool to 25° C. and then weighed again to determine the amount of nonvolatile components.
- solvent distillation step In the production method of the present invention, if necessary, a solvent distillation step (D) for removing the organic solvent and volatile components can be added.
- the solvent distillation step may be performed after the filtration step (i.e., before the purification step) or after the purification step.
- the solvent distillation step is performed after the filtration step, the efficiency of removing the organic base hydrochloride by silica gel in the purification step is increased, and the amount of silica gel can be reduced, which is preferable.
- the solvent distillation step is performed after the purification step, the viscosity during the purification step can be reduced by the organic solvent (D), which makes the treatment and filtration by silica gel easier, which is preferable.
- the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane obtained according to the manufacturing method of the present invention has a reduced amount of organic base hydrochloride dissolved in the organopolysiloxane, and can suppress reprecipitation of the organic base hydrochloride in the organopolysiloxane over time.
- precipitation of organic base hydrochloride can be suppressed even in organopolysiloxane that has been stored for three months at a temperature of 25°C, and preferably for three months or more at a temperature of 20 to 30°C.
- the organic base hydrochloride produced in the above reaction is triethylamine hydrochloride
- the reduction in the amount of organic salt dissolved in the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane can be indicated by one or more of the following measured values. It is particularly preferable that all of the following measured values are satisfied. That is, 1) The electrical conductivity of the extracted water containing the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is 8 mS/m or less, and preferably 5 mS/m or less.
- the amount of chloride ions in the organopolysiloxane is 2 ppm or less, preferably 1 ppm or less; 3) the chlorine content of the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is 25 ppm or less, preferably 20 ppm or less; and 4) When at least one of the following measurements is satisfied: the nitrogen content of the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is 25 ppm or less, preferably 20 ppm or less; and particularly when all of the above measurements are satisfied, the content of organic salts dissolved in the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is extremely low.
- the lower limit of each of the above measurements is not limited, and it is sufficient that it is below the detection limit. Therefore, the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane can suppress the reprecipitation of the organic base hydrochloride in the organopolysiloxane over time.
- the measurement methods are as follows. 1) Electrical Conductivity of Extracted Water Pure water in an amount twice the mass of the organopolysiloxane was added to a solution obtained by diluting a radically polymerizable group-containing organopolysiloxane five-fold with toluene, and the electrical conductivity of the extracted water obtained after shaking for two hours was measured using an electrical conductivity meter.
- the amount of chloride ions in the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is a value calculated by adding pure water in an amount twice the mass of the organopolysiloxane to a solution obtained by diluting the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane 5-fold with toluene, shaking the solution for 2 hours, measuring the chloride ion content in the extracted water, and converting the amount into the content in the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane.
- Chlorine Content The chlorine content of the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is measured by oxidative decomposition-coulometric titration using a microchlorine analyzer.
- the nitrogen content of the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is measured by the oxidative decomposition-chemiluminescence method using a nitrogen trace analyzer.
- the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane is preferably one represented by the following formula (4).
- R, a, b, c, d and e are the same as the groups defined for formula (1) above, and R5 is, independently of each other, a group represented by R above or a group represented by formula (5) below.
- R2 , x, y and z are the same as the groups defined for formula (2), and R6 is a monovalent organic group containing a radical polymerizable group.
- the oxyalkylene units shown in the parentheses may each have a block structure or be randomly bonded. However, one or more of the R5s are groups shown in formula (5).
- each siloxane unit shown in the parentheses may each have a block structure or be randomly bonded.
- the siloxane chain is incorporated in a pendant manner into the main chain of the polymer that forms the cured product. This allows the cured product to be endowed with properties such as defoaming, water repellency, hydrophilicity, releasability, stain resistance, and slipperiness provided by the siloxane chain.
- the radically polymerizable groups act as cross-linking components to form a cured product. Note that siloxanes that do not have radically polymerizable groups cannot be cured.
- siloxane compound it may cause bleeding from the cured product over time, or the compatibility with other radically polymerizable group-containing organopolysiloxanes may decrease during curing, and surface peeling or decreased adhesion may occur.
- the radically polymerizable group-containing organopolysiloxane has a large number of radically polymerizable groups (especially a number exceeding the upper limit described above), the characteristics as a crosslinking component are strongly expressed, and it becomes difficult to impart the characteristics brought about by the siloxane chain (defoaming, water repellency, releasability, antifouling, slipperiness, heat resistance, cold resistance, electrical insulation, flame retardancy, etc.) to the cured product.
- polymerization easily occurs due to heat or light, there is a risk that the polymerization reaction will progress during storage, resulting in poor storage stability and handling properties.
- Example 1 800 g of toluene, 500 g of a polyether-modified siloxane (OH value about 42.5 mgKOH/g) modified with carbinol at both ends represented by the following formula (7), 0.45 g of 2,6-di-t-butyl-p-cresol, and 47.8 g of triethylamine were charged, and 36.0 g of acrylic acid chloride was added dropwise at an internal temperature of 60 ° C. After the dropwise addition, the mixture was stirred at 70 ° C.
- Example 2 800 g of toluene, 500 g of a siloxane modified with carbinol polyether at both ends represented by the above formula (7) (OH value of about 42.5 mgKOH/g), 0.45 g of 2,6-di-t-butyl-p-cresol, and 47.8 g of triethylamine were charged, and 36.0 g of acrylic acid chloride was added dropwise at an internal temperature of 60° C. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at 70° C.
- the post-treatment liquid was then subjected to pressure filtration using a filter plate (manufactured by Advantec Corporation, NA-10), thereby obtaining the radical polymerizable group-containing organopolysiloxane 2 represented by the above formula (7') in a yield of 87%.
- the electrical conductivity of the extracted water, the amount of chloride ions, the amount of chlorine, and the amount of nitrogen in the extracted water were measured using the following methods.
- a simple evaluation was performed by mixing with hexane, and the appearance after three months was observed.
- the amount of organic base hydrochloride (particularly triethylamine hydrochloride) dissolved in the acrylic modified siloxane is reduced compared to the radically polymerizable group-containing organopolysiloxanes obtained by conventional production methods.
- the manufacturing method of the present invention can provide radically polymerizable group-containing organopolysiloxanes, particularly (meth)acrylic-modified siloxane compounds, with reduced amounts of dissolved organic salts, with high manufacturing efficiency.
- organopolysiloxanes are useful as resin modifiers that are added to thermosetting or photocurable compositions, such as paints, film-forming agents, and resins.
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Abstract
[要約]
[課題] 本発明は、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン中に溶存する有機塩基の塩酸塩の量を低減するための簡便な方法を提供することを目的とする。
[解決手段] ヒドロキシ基、チオール基、及び活性水素を有するアミノ基から選ばれる基を末端に有する1価有機基を1分子中に1個以上有するオルガノポリシロキサン(A)と、ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライド(B)とを、有機塩基(C)の存在下で反応させて、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを得る反応工程を含む、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法であって、 前記反応工程で生成した前記有機塩基(C)の塩酸塩を濾過により除去して粗生成物を得る濾過工程、及び、 前記粗生成物に含まれる不揮発性成分100質量部に対して0.5~20質量部となる量のシリカゲルを添加し、撹拌した後に加圧濾過を行う精製工程、
を含むことを特徴とする、前記製造方法。
[選択図]なし
Description
本発明は、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法、及びラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに関する。
ラジカル重合性を示す(メタ)アクリロイル基をオルガノポリシロキサンに化学的に結合させた(メタ)アクリル変性シロキサンは、熱や光によってシロキサンを化学的に硬化物中に固定化できるため、ポリシロキサンの特性を持続させることが可能である。
しかしながら、(メタ)アクリル変性シロキサンは、他のラジカル重合性モノマーや塗料等との相溶性に乏しく、他の硬化性成分と反応しにくい問題、或いは、消泡性や分散性の低下を招く場合があった。
しかしながら、(メタ)アクリル変性シロキサンは、他のラジカル重合性モノマーや塗料等との相溶性に乏しく、他の硬化性成分と反応しにくい問題、或いは、消泡性や分散性の低下を招く場合があった。
特許文献1及び2には、他のラジカル重合性モノマーや塗料等との相溶性に優れたポリエーテル基と、熱や光による硬化性を示す(メタ)アクリロイル基とを共に有するオルガノポリシロキサン化合物を含む組成物が記載されている。
オルガノポリシロキサンと(メタ)アクリロイル基の間にリンカーとしてポリエーテルブロックを導入した構造を有する化合物は、一般的に、トリエチルアミンのような有機塩基を触媒兼酸捕捉剤として使用して、末端に反応性水酸基を有するポリエーテル変性オルガノポリシロキサンと、(メタ)アクリル酸クロライドを反応させて合成する。
また、ポリエーテルを含まない化合物の合成においても、ケイ素原子に直接結合しないヒドロキシ基やチオール基、または活性水素を有するアミンと、ラジカル重合性基を有する酸クロライドを、有機塩基を用いて反応させる方法が公知である。
特許文献2において、合成反応時に副生する有機塩(トリエチルアミン塩酸塩)の除去方法として、濾過工程のみが例示されている。しかしながら、この方法では、シリコーン成分中に溶存する有機塩を除去できず、15~30℃の温度下では、2ヶ月以内に有機塩が析出するという問題があった。
特許文献3では、ヒドロキシ基と(メタ)アクリル酸クロライドとの反応終了後に、得られた反応物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製する方法が例示されている。しかしながら、この方法では、大量のシリカゲルを必要とする問題があった。
特許文献4では、トリエチルアミン塩酸塩を濾過した後、食塩水で洗浄する方法が例示されている。しかしながら、この方法では、特にオルガノポリシロキサンと(メタ)アクリロイル基とのスペーサーにエーテル結合を有する(メタ)アクリル変性シロキサンでは、水層と有機層の分離性が悪く、洗浄工程が長時間を要したり、目的物の収率が低下したりする問題があった。
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン中に溶存する有機塩基の塩酸塩の量を低減するための簡便な方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに溶存する有機塩基の塩酸塩が、シリカゲルと撹拌混合した後に濾過することで容易に除去できることを見出し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、下記に示すラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法を提供する。
ヒドロキシ基、チオール基、及び活性水素を有するアミノ基から選ばれる基を末端に有する1価有機基を1分子中に1個以上有するオルガノポリシロキサン(A)と、ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライド(B)とを、有機塩基(C)の存在下で反応させて、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを得る反応工程を含む、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法であって、
前記反応工程で生成した前記有機塩基(C)の塩酸塩を濾過により除去して粗生成物を得る濾過工程、及び、
前記粗生成物に含まれる不揮発性成分100質量部に対して0.5~20質量部となる量のシリカゲルを添加し、撹拌した後に加圧濾過を行う精製工程、
を含むことを特徴とする、前記製造方法。
ヒドロキシ基、チオール基、及び活性水素を有するアミノ基から選ばれる基を末端に有する1価有機基を1分子中に1個以上有するオルガノポリシロキサン(A)と、ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライド(B)とを、有機塩基(C)の存在下で反応させて、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを得る反応工程を含む、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法であって、
前記反応工程で生成した前記有機塩基(C)の塩酸塩を濾過により除去して粗生成物を得る濾過工程、及び、
前記粗生成物に含まれる不揮発性成分100質量部に対して0.5~20質量部となる量のシリカゲルを添加し、撹拌した後に加圧濾過を行う精製工程、
を含むことを特徴とする、前記製造方法。
本発明は下記[1]~[4]から選ばれる少なくとも一の構成要件をさらに有する、上記製造方法を提供する。
[1]前記オルガノポリシロキサン(A)が下記式(1)で表される、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
[式(1)中、Rは、互いに独立に、炭素数1~10の1価炭化水素基であり、a、b、c、及びdは、独立に0~500の整数であり、eは0~10の整数であり、ただし0≦a+b+(c+d)×e≦500であり、
R1は、互いに独立に、前記Rで定義される基、または下記式(2)もしくは(3)で示される基であり、
(式(2)中、R2は、炭素数3~20の2価炭化水素基であり、R3は、水素原子又は炭素数1~6の1価炭化水素基であり、Lは酸素原子又は硫黄原子である。x、y、及びzは、独立に0~50の整数であり、ただし0≦x+y+z≦50であり、上記括弧内に示されるオキシアルキレン単位は、それぞれブロック構造を有していてもランダムに結合していてもよい)
(式(3)中、R4は、水素原子又は炭素数1~6の1価炭化水素基である。R2、x、y、及びzは、前記と同じであり、上記括弧内に示されるオキシアルキレン単位は、それぞれブロック構造を有していてもランダムに結合していてもよい)
ただし、前記R1の1つ以上は、式(2)で示されR3が水素原子である基、又は、式(3)で示されR4の少なくとも一つが水素原子である基である。なお、上記式(1)において括弧内に示される各シロキサン単位はランダムに結合していてもよい。]
[2]前記(B)成分が、アクリル酸クロライド及びメタクリル酸クロライドから選ばれる1以上である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
[3]前記(C)成分が、有機アミンである、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
[4]前記精製工程にて得たラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの、25℃、3カ月間経過後における前記有機塩基(C)の塩酸塩の析出量が前記オルガノポリシロキサンの質量に対して1ppm以下である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
[1]前記オルガノポリシロキサン(A)が下記式(1)で表される、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
R1は、互いに独立に、前記Rで定義される基、または下記式(2)もしくは(3)で示される基であり、
ただし、前記R1の1つ以上は、式(2)で示されR3が水素原子である基、又は、式(3)で示されR4の少なくとも一つが水素原子である基である。なお、上記式(1)において括弧内に示される各シロキサン単位はランダムに結合していてもよい。]
[2]前記(B)成分が、アクリル酸クロライド及びメタクリル酸クロライドから選ばれる1以上である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
[3]前記(C)成分が、有機アミンである、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
[4]前記精製工程にて得たラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの、25℃、3カ月間経過後における前記有機塩基(C)の塩酸塩の析出量が前記オルガノポリシロキサンの質量に対して1ppm以下である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
また本発明は、下記式(4)で表されるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンであって、
[式(4)中、R、a、b、c、d、及びeは、前記と同じであり、
R5は、互いに独立に、前記Rで示される基、又は下記式(5)で示される基であり、
(式(5)中、R2、x、y、及びzは、前記と同じであり、R6はラジカル重合性基を含む1価有機基であり、上記括弧内に示されるオキシアルキレン単位は、それぞれブロック構造を有していてもランダムに結合していてもよい)
ただし、前記R5の1つ以上は前記式(5)で示される基であり、前記式(4)において括弧内に示される各シロキサン単位はランダムに結合していてもよい。]
前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈し、さらに、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの質量の2倍量の純水を添加して2時間振盪して得られる抽出水の電気伝導率が8mS/m以下であることを特徴とする、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを提供する。
R5は、互いに独立に、前記Rで示される基、又は下記式(5)で示される基であり、
ただし、前記R5の1つ以上は前記式(5)で示される基であり、前記式(4)において括弧内に示される各シロキサン単位はランダムに結合していてもよい。]
前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈し、さらに、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの質量の2倍量の純水を添加して2時間振盪して得られる抽出水の電気伝導率が8mS/m以下であることを特徴とする、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを提供する。
本発明は下記[1]~[4]から選ばれる少なくとも一の構成要件をさらに有する上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを提供する。
[1]前記ラジカル重合性基が(メタ)アクリロイル基を有する基である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
[2]前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに含有される塩化物イオン量が2ppm以下である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
[3]微量塩素分析装置を用いて酸化分解-電量滴定により測定される、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに含まれる塩素量が25ppm以下である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
[4]微量窒素分析装置を用いて酸化分解-化学発光法により測定される、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに含まれる窒素量が25ppm以下である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
[1]前記ラジカル重合性基が(メタ)アクリロイル基を有する基である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
[2]前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに含有される塩化物イオン量が2ppm以下である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
[3]微量塩素分析装置を用いて酸化分解-電量滴定により測定される、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに含まれる塩素量が25ppm以下である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
[4]微量窒素分析装置を用いて酸化分解-化学発光法により測定される、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに含まれる窒素量が25ppm以下である、上記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
本発明によれば、濾過のみでは除去困難なラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン中の有機塩基の塩酸塩の溶存量を低減できる。これにより、当該有機塩が長期間析出しないラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを、高い製造効率で提供することができる。
以下、本発明の製造方法を詳細に説明する。
本発明はラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法であり、特には(メタ)アクリロイル基を有するオルガノポリシロキサン(以下、(メタ)アクリル変性シロキサン化合物ともいう)の製造方法である。該オルガノポリシロキサンは、オルガノポリシロキサンの末端、もしくは側鎖の1つ以上にラジカル重合性基を有する。
本発明は、より詳細には、下記3つの工程を含むことを特徴とするラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法である。
(1)ヒドロキシ基、チオール基、及び活性水素を持つアミノ基から選ばれる基を末端に有する1価有機基を1分子中に1個以上含有するオルガノポリシロキサン(A)と、ラジカル重合性基を含有するカルボン酸クロライド(B)とを、有機塩基(C)の存在下で反応させて、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを得る反応工程、
(2)前記反応工程で生成した前記有機塩基の塩酸塩を、濾過により除去して粗生成物を得る濾過工程、
及び、
(3)前記粗生成物に含まれる不揮発性成分100質量部に対して0.5~10質量部のシリカゲルを添加、撹拌後に加圧濾過を行う精製工程。
(1)ヒドロキシ基、チオール基、及び活性水素を持つアミノ基から選ばれる基を末端に有する1価有機基を1分子中に1個以上含有するオルガノポリシロキサン(A)と、ラジカル重合性基を含有するカルボン酸クロライド(B)とを、有機塩基(C)の存在下で反応させて、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを得る反応工程、
(2)前記反応工程で生成した前記有機塩基の塩酸塩を、濾過により除去して粗生成物を得る濾過工程、
及び、
(3)前記粗生成物に含まれる不揮発性成分100質量部に対して0.5~10質量部のシリカゲルを添加、撹拌後に加圧濾過を行う精製工程。
以下、各工程についてより詳述する。
[反応工程]
本発明のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法は、まず、ヒドロキシ基、チオール基、及び活性水素を有するアミノ基から選ばれる基を末端に有する1価有機基(以下、反応性有機基と称する)を、1分子中に1個以上含有するオルガノポリシロキサン(A)と、ラジカル重合性基を含有するカルボン酸クロライド(B)とを、有機塩基(C)の存在下で反応させて、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを得る反応工程を有することを特徴とする。
[反応工程]
本発明のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法は、まず、ヒドロキシ基、チオール基、及び活性水素を有するアミノ基から選ばれる基を末端に有する1価有機基(以下、反応性有機基と称する)を、1分子中に1個以上含有するオルガノポリシロキサン(A)と、ラジカル重合性基を含有するカルボン酸クロライド(B)とを、有機塩基(C)の存在下で反応させて、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを得る反応工程を有することを特徴とする。
[オルガノポリシロキサン(A)]
(A)成分は、上記の反応性有機基を1分子中に1個以上含有するオルガノポリシロキサンである。該オルガノポリシロキサンは、後述するラジカル重合性基を含有するカルボン酸クロライド(B)と反応し、それぞれエステル結合、チオエステル結合、もしくはアミド結合を形成してラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを与える。
(A)成分は、上記の反応性有機基を1分子中に1個以上含有するオルガノポリシロキサンである。該オルガノポリシロキサンは、後述するラジカル重合性基を含有するカルボン酸クロライド(B)と反応し、それぞれエステル結合、チオエステル結合、もしくはアミド結合を形成してラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを与える。
該オルガノポリシロキサンは上記反応性有機基を1分子中に1個以上有することが特徴であり、好ましくは1~10個、より好ましくは1~5個、さらに好ましくは1~3個有するのがよい。上記反応性有機基の中では、合成のしやすさなどの観点からヒドロキシ基、または活性水素を持つアミノ基を有する基が好ましい。
上記(A)成分としては、下記式(1)で示されるオルガノポリシロキサンが好ましい。
[式(1)中、Rは、互いに独立に、炭素数1~10の1価炭化水素基であり、a、b、c、及びdは、独立に0~500の整数であり、eは0~10の整数であり、ただし0≦a+b+(c+d)×e≦500であり、
R1は、互いに独立に、上記Rで定義される基、または下記式(2)もしくは(3)で示される基であり、
(式(2)中、R2は、炭素数3~20の2価炭化水素基であり、R3は、水素原子又は炭素数1~6の1価炭化水素基であり、Lは酸素原子又は硫黄原子であり、x、y、及びzは、独立に0~50の整数であり、ただし0≦x+y+z≦50であり、及び、上記括弧内に示されるオキシアルキレン単位は、それぞれブロック構造を有していてもランダムに結合していてもよい)
(式(3)中、R4は、水素原子又は炭素数1~6の1価炭化水素基であり、R2、x、y、及びzは上述の通りであり、上記括弧内に示されるオキシアルキレン単位は、それぞれブロック構造を有していてもランダムに結合していてもよい)
ただし、上記R1の1つ以上は、式(2)で示されR3が水素原子である基、又は、式(3)で示されR4の少なくとも一つが水素原子である基である。なお、上記式(1)において括弧内に示される各シロキサン単位はランダムに結合していてもよい。]
R1は、互いに独立に、上記Rで定義される基、または下記式(2)もしくは(3)で示される基であり、
ただし、上記R1の1つ以上は、式(2)で示されR3が水素原子である基、又は、式(3)で示されR4の少なくとも一つが水素原子である基である。なお、上記式(1)において括弧内に示される各シロキサン単位はランダムに結合していてもよい。]
上記式(1)中、Rは、互いに独立に、炭素数1~10の1価炭化水素基である。上記1価炭化水素基としては、炭素数1~10のアルキル基、炭素数6~10のアリール基、及び炭素数7~10のアラルキル基が挙げられる。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、デシル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。アリール基の例としては、フェニル基、トリル基などが挙げられる。また、アラルキル基の例としては、ベンジル基、2-フェニルエチル基、3-フェニルプロピル基などが挙げられる。この中でも原料の入手しやすさ、製造のしやすさ、シロキサンの特性の発現のしやすさなどからアルキル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
aは0~500の整数であり、好ましくは5~200の整数であり、より好ましくは10~150の整数である。bは、0~500の整数であり、好ましくは0~100の整数であり、より好ましくは0~20の整数であり、最も好ましくは0である。cは0~500の整数であり、好ましくは0~100の整数であり、より好ましくは0~20の整数であり、最も好ましくは0である。dは0~500の整数であり、好ましくは5~200の整数であり、より好ましくは10~150の整数である。a、b、c及びdの各々が上記上限値を超えると、得られるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの反応性が悪くなり、また非シロキサンモノマー等との相溶性が悪くなる。さらには、化合物が高粘度となりハンドリング性が悪くなるおそれがあるため好ましくない。eは0~10の整数であり、好ましくは0~5の整数であり、さらに好ましくは0である。eが上記上限値を超えると粘性が高くなるためハンドリング性に劣り、またカルボン酸クロライドとの反応性も低下するおそれがある。
なお、0≦a+b+(c+d)×e≦500であり、好ましくは5≦a+b+(c+d)×e≦400であり、より好ましくは15≦a+b+(c+d)×e≦200、さらに好ましくは20≦a+b+(c+d)×e≦100である。a+b+(c+d)×eの値が上記上限値を超えると、化合物の粘度が高くなりハンドリング性が低下するおそれがある。
R1は、互いに独立に、上記R、または下記式(2)もしくは(3)で示される基である。
式(2)中、R2は、炭素数3~20の2価炭化水素基であり、R3は、水素原子又は炭素数1~6の1価炭化水素基であり、Lは酸素原子又は硫黄原子である。x、y、及びzは、互いに独立に、0~50の整数であり、ただし0≦x+y+z≦50であり、上記括弧内に示されるオキシアルキレン単位は、それぞれブロック構造を有していてもランダムに結合していてもよい。
式(3)中、R4は、水素原子又は炭素数1~6の1価炭化水素基である。R2、x、y、及びzは、上述の通りであり、上記括弧内に示されるオキシアルキレン単位は、それぞれブロック構造を有していてもランダムに結合していてもよい。
上記式(1)において、R1の1つ以上、好ましくは1~10個、より好ましくは1~5個、さらに好ましくは1~3個が、式(2)で示されR3が水素原子である基、又は、式(3)で示されR4の少なくとも一つが水素原子である基である。
なお、上記式(1)において括弧内に示される各シロキサン単位はランダムに結合していてもよい。
上記式(2)又は(3)中、R2は、炭素数3~20、好ましくは3~10の2価炭化水素基である。該2価炭化水素基は、直鎖状でも分岐鎖状でも良く、分子鎖途中にシクロアルキレン基やフェニレン基などの環状構造を有していてもよい。好ましくはトリメチレン基及びメチルプロピレン基である。
上記式(2)中、R3は、水素原子又は炭素数1~6の1価炭化水素基である。炭素数1~6の1価炭化水素基としては、メチル基及びエチル基が好ましく、R3はより好ましくは水素原子である。
上記式(2)中、Lは酸素原子又は硫黄原子であり、好ましくは酸素原子である。
上記式(3)中、R4は、互いに独立に、水素原子又は炭素数1~6の1価炭化水素基であり、炭素数1~6の1価炭化水素基としては、メチル基及びエチル基が好ましい。R4の少なくとも1つが、水素原子であることが好ましい。
上記式(2)または式(3)中、x、y、及びzは、互いに独立に、0~50の整数であり、好ましくは0~30の整数である。ただし、0≦x+y+z≦50であり、好ましくは0≦x+y+z≦30である。さらに、上記式(3)においては、0≦x+y+z≦10がより好ましく、x+y+z=0がさらに好ましい。
上記x、y、及びzの値は、シロキサン鎖長などの他の成分との比率により、生成物のHLB値を変えるために上記範囲内で任意に選択できる。x、y、及びzの各々が上記上限値を超えたり、x+y+zが上記上限値を超えたりする場合は、該化合物の粘性が高くなるため、ハンドリング性に劣り、またカルボン酸クロライドとの反応性も低下するおそれがある。
[(B)ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライド]
本発明の(B)ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライドは、上記(A)成分と反応して、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを与える。例えば、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド、3-ブテン酸クロライド、4-ビニル安息香酸クロライド、クロトン酸クロライド、イソクロトン酸クロライド、ケイ皮酸クロライドなどが挙げられ、好ましくは、アクリル酸クロライドまたはメタクリル酸クロライドである。
本発明の(B)ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライドは、上記(A)成分と反応して、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを与える。例えば、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド、3-ブテン酸クロライド、4-ビニル安息香酸クロライド、クロトン酸クロライド、イソクロトン酸クロライド、ケイ皮酸クロライドなどが挙げられ、好ましくは、アクリル酸クロライドまたはメタクリル酸クロライドである。
ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライドの量は、上記(A)成分のオルガノポリシロキサンが有する反応性有機基の総量(反応性基のモル数(総数))に対する比で、1.0~5.0等量が好ましく、より好ましくは1.0~1.5等量であり、さらに好ましくは1.0~1.05等量となる量がよい。上記下限値未満では、原料オルガノポリシロキサンの反応性有機基が、生成物に残存するため、得られる化合物の純度が低下する。また上記上限値を超えると、反応後に残存する未反応のカルボン酸クロライドが多量になるため、後述する後処理工程でのクエンチ操作の試薬量が多量となり、時間も要するため好ましくない。
[(C)有機塩基]
(C)有機塩基は、上記(A)反応性有機基含有オルガノポリシロキサンを上記(B)ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライドと反応させるための触媒として機能する。有機塩基は、反応副生物として生成する塩化水素を捕捉するための酸捕捉剤としても機能する。有機塩基は、後述する(D)有機溶媒に可溶であることが好ましい。また、反応後に系中から容易に除去することができることが好ましい。そのために、大気圧(1013hPa)下での沸点が150℃以下であることが好ましく、60~120℃であることがより好ましい。
(C)有機塩基は、上記(A)反応性有機基含有オルガノポリシロキサンを上記(B)ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライドと反応させるための触媒として機能する。有機塩基は、反応副生物として生成する塩化水素を捕捉するための酸捕捉剤としても機能する。有機塩基は、後述する(D)有機溶媒に可溶であることが好ましい。また、反応後に系中から容易に除去することができることが好ましい。そのために、大気圧(1013hPa)下での沸点が150℃以下であることが好ましく、60~120℃であることがより好ましい。
上記(C)有機塩基は塩酸を捕捉して有機塩基塩酸塩を生じる。該有機塩基塩酸塩は、上記(A)及び(B)成分や、目的物であるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン、さらには後述する(D)有機溶媒に対して難溶性であることが好ましい。難溶性であれば、濾過により有機塩基塩酸塩の大部分を容易に除去できる。
有機塩基としては、有機アミンが上記要件を満たすため好ましい。例えば、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリ-n-プロピルアミン、トリ-n-ブチルアミンなどのアルキルアミン、ジアザビシクロウンデセン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンなどの脂環式アミン、及びピリジン等の芳香族複素環式アミンが挙げられる。中でも、トリエチルアミン、ピリジンが特に好ましい。
(C)有機塩基の量は、上記(A)オルガノポリシロキサンが有する反応性有機基の総量に対してモル比として1.0~5.0等量が好ましく、さらに好ましくは1.1~1.5等量である。有機塩基の量が上記下限値未満では、系内で生成する塩酸を捕捉しきることができず、反応系内が酸性となり、シロキサン結合の切断が起こるおそれがある。また上記上限値を超えると、反応後に未反応の有機塩基が過剰に残存し、有機塩基を除去する工程に時間を要するため好ましくない。
[(D)有機溶媒]
本発明の反応工程は、無溶剤下で行っても良いが、該反応は著しい発熱を伴うため、上記(A)~(C)成分に加えて、(D)有機溶媒を用いることが好ましい。有機溶媒を用いることにより、発熱を抑制することができる。有機溶媒は、上記(A)成分が可溶であれば良く、かつ本発明の反応に対して不活性であればよい。
本発明の反応工程は、無溶剤下で行っても良いが、該反応は著しい発熱を伴うため、上記(A)~(C)成分に加えて、(D)有機溶媒を用いることが好ましい。有機溶媒を用いることにより、発熱を抑制することができる。有機溶媒は、上記(A)成分が可溶であれば良く、かつ本発明の反応に対して不活性であればよい。
有機溶媒の例としては、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタンなどの脂肪族炭化水素、クロロホルム、ジクロロメタンなどのハロゲン化炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類などが挙げられ、中でもトルエン、キシレン、酢酸ブチル、ジイソプロピルエーテルが好ましい。メタノール、エタノール、及びプロパノール等のアルコール類や、ピリジンなどのアミン系溶媒は酸クロライドと反応するため好ましくない。
(D)有機溶媒の添加量は、上記(A)成分100質量部に対して、10~200質量部が好ましく、30~150質量部がより好ましく、50~100質量部がさらに好ましい。
[酸化防止剤または還元剤]
上記(A)オルガノポリシロキサンを(B)カルボン酸クロライドと反応させる際に、酸化防止剤または還元剤の存在下で行うことができる。酸化防止剤及び還元剤は、上記(A)反応性有機基含有オルガノポリシロキサンと、(D)任意の有機溶媒、及び(C)有機塩基との混合液に可溶であればよい。
上記(A)オルガノポリシロキサンを(B)カルボン酸クロライドと反応させる際に、酸化防止剤または還元剤の存在下で行うことができる。酸化防止剤及び還元剤は、上記(A)反応性有機基含有オルガノポリシロキサンと、(D)任意の有機溶媒、及び(C)有機塩基との混合液に可溶であればよい。
酸化防止剤または還元剤としては、例えば、4,4’-ブチリデンビス(6-t-ブチル-m-クレゾール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール、2,5-ジ-t-アミル-ハイドロキノン、2,5-ジ-t-ブチル-ハイドロキノン、2-t-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-t-ブチル-ヒドロキシアニソールなどのフェノール化合物、L-アスコルビン酸、エリソルビン酸、クエン酸、トコフェロール、カテコール、フェノチアジン、及び2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルなどが挙げられる。これらの中でも、分子中のヒドロキシル基への酸クロライドの反応性が低い2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾールが特に好ましい。酸化防止剤および還元剤は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
酸化防止剤または還元剤の量は、(A)オルガノポリシロキサン100質量部に対して0.05質量部以上5質量部以下であり、より好ましくは0.07質量部以上3質量部以下であり、さらに好ましくは0.1質量部以上2質量部以下である。酸化防止剤または還元剤を当該範囲となる量で使用することにより、本発明の反応中に生じ得る着色を抑制することができる。上記下限値未満では着色を抑制する効果が低下する。また上記上限値超ではラジカル重合性基含有カルボン酸クロライドとの副反応が多数生じ、不純物量が増加するおそれがある。
[反応温度]
上記(B)カルボン酸クロライドと上記(A)オルガノポリシロキサンの反応温度は、特に制限されるものでない。上記(D)有機溶媒を使用する場合には、その沸点以下であれば良い。好ましくは0~120℃であり、さらに好ましくは0~80℃である。反応温度が上記上限値超えでは、オルガノポリシロキサンに導入されたラジカル重合性基が、反応中に熱重合を起こすおそれがある。反応温度が上記下限値未満では反応性が低下して非効率である。
上記(B)カルボン酸クロライドと上記(A)オルガノポリシロキサンの反応温度は、特に制限されるものでない。上記(D)有機溶媒を使用する場合には、その沸点以下であれば良い。好ましくは0~120℃であり、さらに好ましくは0~80℃である。反応温度が上記上限値超えでは、オルガノポリシロキサンに導入されたラジカル重合性基が、反応中に熱重合を起こすおそれがある。反応温度が上記下限値未満では反応性が低下して非効率である。
[後処理工程]
本発明の反応工程の後に、未反応のカルボン酸クロライドのクエンチ操作を行う後処理工程を追加することができる。クエンチ操作を行うことで、生成物内に未反応カルボン酸クロライドの残留を抑えられるため好ましい。クエンチ操作は任意の方法で行うことができるが、メタノール、エタノール等の低級アルコール、または水等を添加して行う方法が、クエンチ操作により生じる副生物の除去が容易であるため好ましい。
本発明の反応工程の後に、未反応のカルボン酸クロライドのクエンチ操作を行う後処理工程を追加することができる。クエンチ操作を行うことで、生成物内に未反応カルボン酸クロライドの残留を抑えられるため好ましい。クエンチ操作は任意の方法で行うことができるが、メタノール、エタノール等の低級アルコール、または水等を添加して行う方法が、クエンチ操作により生じる副生物の除去が容易であるため好ましい。
[濾過工程]
本発明の濾過工程は、上記反応工程で生成した上記有機塩基塩酸塩を、濾過により除去し、粗生成物を得る工程である。濾過方法、装置については特に限定されず、従来公知の方法、装置を用いることができる。
本発明の濾過工程は、上記反応工程で生成した上記有機塩基塩酸塩を、濾過により除去し、粗生成物を得る工程である。濾過方法、装置については特に限定されず、従来公知の方法、装置を用いることができる。
[精製工程]
本発明の精製工程は、上記粗生成物の不揮発性成分量の0.5~10質量%のシリカゲルを添加、撹拌後に加圧濾過を行う工程である。粗生成物にシリカゲルを添加、攪拌後に加圧濾過を行うが、その方法、装置については、上記濾過工程と同様、特に限定されず、加圧可能な濾過方法、装置を選択すればよい。
本発明の精製工程は、上記粗生成物の不揮発性成分量の0.5~10質量%のシリカゲルを添加、撹拌後に加圧濾過を行う工程である。粗生成物にシリカゲルを添加、攪拌後に加圧濾過を行うが、その方法、装置については、上記濾過工程と同様、特に限定されず、加圧可能な濾過方法、装置を選択すればよい。
シリカゲルの粒径は40~250μmの範囲が好ましく、40~100μmの範囲がさらに好ましい。小さい粒径の割合が多くなるほど、濾過板に詰まりやすくなるため、濾過助剤の併用が必要となるおそれがある。また、粒径が大きいほど、吸着効率が低下し、多量に用いる必要がある。好ましくは、平均粒径40~250μmを有するのがよく、平均粒径40~100μmがさらに好ましい。なお、本発明において平均粒径とは、レーザー回折式粒度分布計で測定した体積粒度分布のメジアン径(d50)の値を指すものとする。
シリカゲルの添加量は、上記粗生成物に含まれる不揮発性成分量100質量部に対して0.5~20質量部、好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは0.5~5質量部となる量である。より好ましくは、上記濾過工程の後、上記精製工程の前に溶媒留去をする方法においては、シリカゲルの添加量は上記粗生成物に含まれる不揮発性成分量100質量部に対して0.5~5質量部であるのがよい。上記濾過工程及び上記精製工程の後に溶媒留去する方法では、シリカゲルの添加量は上記粗生成物に含まれる不揮発性成分量100質量部に対して10~15質量部であるのがよい。
シリカゲルを添加後の攪拌時間は、1時間以上が好ましく、3~12時間がより好ましい。攪拌時の温度は0~40℃の範囲で良く、15~30℃が好ましい。また、上記粗生成物が、(D)有機溶媒を含む場合は、シリカゲルを添加する前に、上記粗生成物に含まれる不揮発性成分の含有量を予め測定することが好ましい。測定方法としては、以下のような方法が挙げられる。
(1)6cm径のアルミシャーレに粗生成物3gを精秤し、105℃の循環型熱風乾燥機中で3時間加熱する。
(2)加熱後のアルミシャーレを25℃まで放冷し、再び精秤して不揮発性成分量を求める。
(1)6cm径のアルミシャーレに粗生成物3gを精秤し、105℃の循環型熱風乾燥機中で3時間加熱する。
(2)加熱後のアルミシャーレを25℃まで放冷し、再び精秤して不揮発性成分量を求める。
[溶媒留去工程]
本発明の製造方法では、必要に応じて(D)有機溶媒や揮発性成分を除くための溶媒留去工程を追加することができる。当該溶媒留去工程は、上記濾過工程の次(すなわち、精製工程の前)に行ってもよいし、精製工程の後に行ってもよい。濾過工程の次に行う場合には、精製工程でのシリカゲルによる有機塩基塩酸塩の除去効率が上がり、シリカゲルの量を抑えることができるため好ましい。また、精製工程後に行う場合には、(D)有機溶媒により精製工程時の粘度を下げることができるため、シリカゲルによる処理、濾過が容易となるので好ましい。
本発明の製造方法では、必要に応じて(D)有機溶媒や揮発性成分を除くための溶媒留去工程を追加することができる。当該溶媒留去工程は、上記濾過工程の次(すなわち、精製工程の前)に行ってもよいし、精製工程の後に行ってもよい。濾過工程の次に行う場合には、精製工程でのシリカゲルによる有機塩基塩酸塩の除去効率が上がり、シリカゲルの量を抑えることができるため好ましい。また、精製工程後に行う場合には、(D)有機溶媒により精製工程時の粘度を下げることができるため、シリカゲルによる処理、濾過が容易となるので好ましい。
本発明の製造方法に従い得られるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは、該オルガノポリシロキサン中に溶存する有機塩基塩酸塩の量が低減され、経時で上記有機塩基塩酸塩がオルガノポリシロキサン中に再析出することを抑えることができる。本発明の方法によれば、25℃の温度下で3ヶ月、好ましくは20~30℃の温度下で3カ月以上経過後のオルガノポリシロキサンにおいても有機塩基塩酸塩の析出を抑制できる。
さらに、上記反応において生成する有機塩基塩酸塩がトリエチルアミン塩酸塩である場合には、トリエチルアミン塩酸塩の経時での析出の有無を簡易評価により予測することが可能である。すなわち、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを、2倍の質量のヘキサンと混合した際に、混合液の外観が透明である場合には、経時でトリエチルアミン塩酸塩の析出はなく、微白濁~白濁である場合には、経時でトリエチルアミン塩酸塩が析出するという相関があることが確認されている。
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに溶存する有機塩の量が低減されたことは、下記の測定値の1以上によって示すことができる。特には下記の測定値を全て満たすことが好ましい。
すなわち、
1)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを含む抽出水の電気伝導率が8mS/m以下、好ましくは5mS/m以下の値であること、
2)オルガノポリシロキサン中の塩化物イオン量が2ppm以下、好ましくは1ppm以下であること、
3)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの塩素量が25ppm以下、好ましくは20ppm以下であること、及び、
4)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの窒素量が25ppm以下、好ましくは20ppm以下であること
のうち少なくとも1の測定値を満たすとき、特には上記の全てを満たすとき、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに溶存する有機塩の含有量は極めて少ない。上記各測定値の下限値は制限されず、検出限界以下であればよい。従って、該ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは、経時で上記有機塩基塩酸塩がオルガノポリシロキサン中に再析出することを抑えることができる。
すなわち、
1)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを含む抽出水の電気伝導率が8mS/m以下、好ましくは5mS/m以下の値であること、
2)オルガノポリシロキサン中の塩化物イオン量が2ppm以下、好ましくは1ppm以下であること、
3)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの塩素量が25ppm以下、好ましくは20ppm以下であること、及び、
4)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの窒素量が25ppm以下、好ましくは20ppm以下であること
のうち少なくとも1の測定値を満たすとき、特には上記の全てを満たすとき、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに溶存する有機塩の含有量は極めて少ない。上記各測定値の下限値は制限されず、検出限界以下であればよい。従って、該ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは、経時で上記有機塩基塩酸塩がオルガノポリシロキサン中に再析出することを抑えることができる。
各測定方法は以下の通りである。
1)抽出水の電気伝導率
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈した溶液に、上記オルガノポリシロキサンの質量の2倍の純水を添加し、2時間の振盪後に得られる抽出水の電気伝導率を、電気伝導率計により測定する。
1)抽出水の電気伝導率
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈した溶液に、上記オルガノポリシロキサンの質量の2倍の純水を添加し、2時間の振盪後に得られる抽出水の電気伝導率を、電気伝導率計により測定する。
2)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン中の塩化物イオン量
該塩化物イオン量は、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈した溶液に、上記オルガノポリシロキサンの質量の2倍の純水を添加し、2時間の振盪後に得られる抽出水中の塩化物イオン含有量を測定し、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン中の含有量として換算した値である。
該塩化物イオン量は、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈した溶液に、上記オルガノポリシロキサンの質量の2倍の純水を添加し、2時間の振盪後に得られる抽出水中の塩化物イオン含有量を測定し、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン中の含有量として換算した値である。
3)塩素量
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの塩素量は、微量塩素分析装置を用いた酸化分解-電量滴定により測定される。
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの塩素量は、微量塩素分析装置を用いた酸化分解-電量滴定により測定される。
4)窒素量
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの窒素量は、微量窒素分析装置を用いた酸化分解-化学発光法により測定される。
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの窒素量は、微量窒素分析装置を用いた酸化分解-化学発光法により測定される。
[ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン]
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンとしては、下記式(4)で表されるものが好ましい。
式(4)中、R、a、b、c、d及びeは、上記式(1)のために定義した基と同じであり、R5は、互いに独立に、上記Rで示される基又は下記式(5)で示される基である。
式(5)中、R2、x、y及びzは、上記式(2)のために定義した基と同じであり、R6はラジカル重合性基を含む1価有機基である。上記括弧内に示されるオキシアルキレン単位は、それぞれブロック構造を有していてもランダムに結合していてもよい。ただし、上記R5の1つ以上は上記式(5)で示される基である。なお、上記式(4)において括弧内に示される各シロキサン単位は、ブロック構造を有していてもランダムに結合していてもよい。
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンとしては、下記式(4)で表されるものが好ましい。
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンがラジカル重合性基を1つ有する場合、硬化物を形成する高分子の主鎖に対してシロキサン鎖がペンダント状に組み込まれる。これにより、シロキサン鎖によってもたらされる消泡性、撥水性、親水性、離形性、防汚性、及びすべり特性などを硬化物に与えることができる。ラジカル重合性基を2つ以上有する場合、ラジカル重合性基が架橋成分として働き、硬化物を形成する。なお、ラジカル重合性基を有さないシロキサンは硬化することができない。このようなシロキサン化合物を含有すると、経時で硬化物からブリードを引き起こしたり、硬化時に他のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンとの相溶性が低下したり、表面剥離や密着性の低下などが生じたりするおそれがある。ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンが、ラジカル重合性基を多数(特には上記した上限を超える数で)有する場合、架橋成分としての特性が強く表れ、シロキサン鎖によってもたらされる特性(消泡性、撥水性、離形性、防汚性、すべり性、耐熱性、耐寒性、電気絶縁性、及び難燃性等)を硬化物に与えることが困難になる。さらに、熱や光によって容易に重合が起こるため、保存中に重合反応が進行するおそれがあり、保存性及びハンドリング性に劣る。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例1]
トルエン800g、下記式(7)で示される両末端カルビノールポリエーテル変性シロキサン(OH価約42.5mgKOH/g)500g、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール0.45g、トリエチルアミン47.8gを仕込み、内温を60℃にてアクリル酸クロライド36.0gを滴下した。滴下終了後、70℃にて2時間撹拌を行い、その後、未反応のアクリル酸クロライドをメタノールで処理し、生成した固体のトリエチルアミン塩酸塩を、濾過板(ADVANTEC社製、NA-10)を用いた加圧濾過により取り除いた。続いて、得られた溶液約3gをアルミシャーレに取り、105℃、3時間の乾燥後に残存した不揮発性成分の質量から、溶液濃度を算出した。これを基に、得られた溶液中の不揮発性成分量に対して10質量%となる量のシリカゲル60N(球状、中性、粒径40~100μm、関東化学(株)製)を溶液に添加して、3時間撹拌した。濾過板(ADVANTEC社製、NA-10)を用いて、後処理液の加圧濾過を行った後、溶媒及び未反応原料を減圧留去して、下記式(7’)で表されるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン1を収率90%で得た。
(式中、x=12,a=19)
(式中、x=12,a=19)
トルエン800g、下記式(7)で示される両末端カルビノールポリエーテル変性シロキサン(OH価約42.5mgKOH/g)500g、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール0.45g、トリエチルアミン47.8gを仕込み、内温を60℃にてアクリル酸クロライド36.0gを滴下した。滴下終了後、70℃にて2時間撹拌を行い、その後、未反応のアクリル酸クロライドをメタノールで処理し、生成した固体のトリエチルアミン塩酸塩を、濾過板(ADVANTEC社製、NA-10)を用いた加圧濾過により取り除いた。続いて、得られた溶液約3gをアルミシャーレに取り、105℃、3時間の乾燥後に残存した不揮発性成分の質量から、溶液濃度を算出した。これを基に、得られた溶液中の不揮発性成分量に対して10質量%となる量のシリカゲル60N(球状、中性、粒径40~100μm、関東化学(株)製)を溶液に添加して、3時間撹拌した。濾過板(ADVANTEC社製、NA-10)を用いて、後処理液の加圧濾過を行った後、溶媒及び未反応原料を減圧留去して、下記式(7’)で表されるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン1を収率90%で得た。
[実施例2]
トルエン800g、上記式(7)で示される両末端カルビノールポリエーテル変性シロキサン(OH価約42.5mgKOH/g)500g、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール0.45g、トリエチルアミン47.8gを仕込み、内温を60℃にてアクリル酸クロライド36.0gを滴下した。滴下終了後、70℃にて2時間撹拌を行い、その後、未反応のアクリル酸クロライドをメタノールで処理し、生成したトリエチルアミン塩酸塩を、濾過板(ADVANTEC社製、NA-10)を用いた加圧濾過により取り除いた。
続いて、溶媒及び未反応原料を減圧留去した後に、得られた粗生成物(不揮発性成分)に対して1質量%のシリカゲル60N(球状、中性、粒径40~100μm、関東化学(株)製)を添加して3時間撹拌し、濾過板(ADVANTEC社製、NA-10)を用いて、後処理液の加圧濾過を行うことで、上記式(7’)で表されるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン2を収率87%で得た。
トルエン800g、上記式(7)で示される両末端カルビノールポリエーテル変性シロキサン(OH価約42.5mgKOH/g)500g、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール0.45g、トリエチルアミン47.8gを仕込み、内温を60℃にてアクリル酸クロライド36.0gを滴下した。滴下終了後、70℃にて2時間撹拌を行い、その後、未反応のアクリル酸クロライドをメタノールで処理し、生成したトリエチルアミン塩酸塩を、濾過板(ADVANTEC社製、NA-10)を用いた加圧濾過により取り除いた。
続いて、溶媒及び未反応原料を減圧留去した後に、得られた粗生成物(不揮発性成分)に対して1質量%のシリカゲル60N(球状、中性、粒径40~100μm、関東化学(株)製)を添加して3時間撹拌し、濾過板(ADVANTEC社製、NA-10)を用いて、後処理液の加圧濾過を行うことで、上記式(7’)で表されるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン2を収率87%で得た。
上記本願発明の方法によると、精製時に濾過板への吸収や壁面ロスにより収率が若干低下するものの、洗浄等の精製方法に比べて高収率でラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン、特にはアクリル変性シロキサンを得ることができる。
[比較例1]
実施例1において、シリカゲル60Nによる撹拌とその後の加圧濾過を行わないこと以外は、実施例1と同様の方法により、上記式(7’)で表されるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン3を収率95%で得た。
実施例1において、シリカゲル60Nによる撹拌とその後の加圧濾過を行わないこと以外は、実施例1と同様の方法により、上記式(7’)で表されるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン3を収率95%で得た。
上記実施例及び比較例にて得られた各ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンについて、抽出水の電気伝導率、抽出水の塩化物イオン量、塩素量、及び、窒素量を、以下の方法を用いて測定した。また、ヘキサンとの混合による簡易評価、及び3ヶ月経過後の外観を観察した。
[抽出水の電気伝導率]
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈した溶液に、該オルガノポリシロキサンの質量の2倍の純水を添加し、2時間の振盪後に得られる抽出水について、電気伝導率計を使用して電気伝導率を測定した。
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈した溶液に、該オルガノポリシロキサンの質量の2倍の純水を添加し、2時間の振盪後に得られる抽出水について、電気伝導率計を使用して電気伝導率を測定した。
[抽出水から測定されるサンプル中の塩化物イオン量]
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈した溶液に、該オルガノポリシロキサンの質量の2倍の純水を添加し、2時間の振盪後に得られる抽出水について、イオンクロマトグラフィを使用してCl量を測定し、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン中の塩化物イオン含有量として換算した。
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈した溶液に、該オルガノポリシロキサンの質量の2倍の純水を添加し、2時間の振盪後に得られる抽出水について、イオンクロマトグラフィを使用してCl量を測定し、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン中の塩化物イオン含有量として換算した。
[塩素量]
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈し、微量塩素分析装置を使用した酸化分解-電量滴定法により塩素量を測定した。
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈し、微量塩素分析装置を使用した酸化分解-電量滴定法により塩素量を測定した。
[窒素量]
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈し、微量窒素分析装置を使用した酸化分解-化学発光法により窒素量を測定した。
ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈し、微量窒素分析装置を使用した酸化分解-化学発光法により窒素量を測定した。
上記表1に示されるように、本発明による、実施例1、2の製造方法で得られたラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは、下記1)乃至4)の要件を全て満たす。
1)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを含む抽出水の電気伝導率が8mS/m以下の値であること
2)オルガノポリシロキサン中の塩化物イオン量が2ppm以下であること
3)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの塩素量が25ppm以下であること
4)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの窒素量が25ppm以下であること
当該実施例1、2の製造方法で得られたラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは、上記表1に示されるように、経時による析出が見られなかった。一方、従来の方法である、比較例1の製造方法で得たラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは上記1)乃至4)の要件を満たさず、経時で沈殿が生じた。すなわち、比較例1の製造方法で得たラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは、経時で有機塩基塩酸塩が析出した。
本発明の製造方法では、従来の製造方法で得るラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに対して、アクリル変性シロキサンに溶存する有機塩基塩酸塩(特には、トリエチルアミン塩酸塩)の量が低減される。
1)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを含む抽出水の電気伝導率が8mS/m以下の値であること
2)オルガノポリシロキサン中の塩化物イオン量が2ppm以下であること
3)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの塩素量が25ppm以下であること
4)ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの窒素量が25ppm以下であること
当該実施例1、2の製造方法で得られたラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは、上記表1に示されるように、経時による析出が見られなかった。一方、従来の方法である、比較例1の製造方法で得たラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは上記1)乃至4)の要件を満たさず、経時で沈殿が生じた。すなわち、比較例1の製造方法で得たラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンは、経時で有機塩基塩酸塩が析出した。
本発明の製造方法では、従来の製造方法で得るラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに対して、アクリル変性シロキサンに溶存する有機塩基塩酸塩(特には、トリエチルアミン塩酸塩)の量が低減される。
本発明の製造方法によれば、溶存する有機塩の量を低減された、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン、特には(メタ)アクリル変性シロキサン化合物を、高い製造効率で提供できる。該オルガノポリシロキサンは、塗料、皮膜形成剤、及び樹脂等の、熱硬化性組成物または光硬化性組成物に添加して用いられる、樹脂改質材料として有用である。
Claims (10)
- ヒドロキシ基、チオール基、及び活性水素を有するアミノ基から選ばれる基を末端に有する1価有機基を1分子中に1個以上有するオルガノポリシロキサン(A)と、ラジカル重合性基含有カルボン酸クロライド(B)とを、有機塩基(C)の存在下で反応させて、ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンを得る反応工程を含む、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法であって、
前記反応工程で生成した前記有機塩基(C)の塩酸塩を濾過により除去して粗生成物を得る濾過工程、及び、
前記粗生成物に含まれる不揮発性成分100質量部に対して0.5~20質量部となる量のシリカゲルを添加し、撹拌した後に加圧濾過を行う精製工程、
を含むことを特徴とする、前記製造方法。 - 前記オルガノポリシロキサン(A)が下記式(1)で表される、請求項1に記載のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
R1は、互いに独立に、前記Rで定義される基、または下記式(2)もしくは(3)で示される基であり、
ただし、前記R1の1つ以上は、式(2)で示されR3が水素原子である基、又は、式(3)で示されR4の少なくとも一つが水素原子である基である。なお、上記式(1)において括弧内に示される各シロキサン単位はランダムに結合していてもよい。] - 前記(B)成分が、アクリル酸クロライド及びメタクリル酸クロライドから選ばれる1以上である、請求項1記載のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
- 前記(C)成分が、有機アミンである、請求項1記載のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
- 前記精製工程にて得たラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの、25℃、3カ月間経過後における前記有機塩基(C)の塩酸塩の析出量が前記オルガノポリシロキサンの質量に対して1ppm以下である、請求項1記載のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
- 下記式(4)で表されるラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンであって、
R5は、互いに独立に、前記Rで示される基、又は下記式(5)で示される基であり、
ただし、前記R5の1つ以上は前記式(5)で示される基であり、前記式(4)において括弧内に示される各シロキサン単位はランダムに結合していてもよい。]
前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンをトルエンで5倍に希釈し、さらに、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンの質量の2倍量の純水を添加して2時間振盪して得られる抽出水の電気伝導率が8mS/m以下であることを特徴とする、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。 - 前記ラジカル重合性基が(メタ)アクリロイル基を有する基である、請求項6記載のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
- 前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに含有される塩化物イオン量が2ppm以下である、請求項6記載のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
- 微量塩素分析装置を用いて酸化分解-電量滴定により測定される、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに含まれる塩素量が25ppm以下である、請求項6記載のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
- 微量窒素分析装置を用いて酸化分解-化学発光法により測定される、前記ラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサンに含まれる窒素量が25ppm以下である、請求項6記載のラジカル重合性基含有オルガノポリシロキサン。
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