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JP6878861B2 - ホスファゼニウム化合物、ルイス酸、及び活性水素含有化合物を含有する組成物 - Google Patents

ホスファゼニウム化合物、ルイス酸、及び活性水素含有化合物を含有する組成物 Download PDF

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Description

本発明は、特定のホスファゼニウム化合物、ルイス酸、及び活性水素含有化合物を含有する組成物に関する。本発明の組成物は、例えば、ハロゲン含有アルキレンオキシド類の開環重合触媒として有用であると共に、高分子量かつ狭分子量分布のハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造を可能とする新規な組成物である。
副反応により生成するモノオール量が少ないポリアルキレンオキシドの製造触媒としてホスファゼニウム化合物と活性水素含有化合物からなる触媒が報告されている(例えば、特許文献1,2参照。)。
また、ハロゲン含有アルキレンオキシドの重合触媒として、アンモニウムハロゲン化物塩やホスホニウムハロゲン化物塩とアルキルアルミニウムからなる触媒組成物が報告されている(例えば特許文献3、非特許文献1参照。)。
さらに、ポリアルキレンオキシドの製造方法として、活性水素含有化合物、ホスファゼニウム化合物、トリイソブチルアルミニウムを1:1:2のモル比で混合して得られる組成物をアルキレンオキシド重合触媒として用い、トルエン溶媒中、20℃で、アルキレンオキシドの開環重合を行い、ポリアルキレンオキシドを製造する方法が提案されている(例えば、非特許文献2参照。)。
ここで、特許文献1、2に記載のホスファゼニウム化合物と活性水素含有化合物からなる触媒組成物は、ホスファゼニウム化合物が塩基性物質であるため、ハロゲン含有アルキレンオキシドの重合触媒としては使用することができないという課題がある。
非特許文献1に記載のアンモニウムハロゲン化物塩やホスホニウムハロゲン化物塩とアルキルアルミニウムからなる組成物は、ハロゲン化アルキレンオキシドの重合は可能であるが、得られるハロゲン含有ポリアルキレンオキシドの1つの末端は必ずハロゲン原子となるため、ハロゲン含有ポリアルキレングリコールとするためには、末端のハロゲン原子を水酸基に変換する工程が必要であり効率的な方法とは言えなかった。
非特許文献2に記載のホスファゼニウム化合物とトリイソブチルアルミニウム及び活性水素含有化合物からなる組成物は、プロピレンオキシドの重合は報告されているが、ハロゲン含有アルキレンオキシドの重合は全く報告されていない。更に活性を向上させるためには、ホスファゼニウム化合物を活性水素含有化合物に対して多量に使用する必要があり、極めて不経済なものであった。
特許第3905638号明細書(特開平11−106500号公報) 特許第5663856号明細書(特開2010−150514号公報) 国際公開第2012/133769号
Macromolecules,2008,41,7058. Polymer Chemistry,2012,3,1189.
本発明は上記した背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、高価なホスファゼニウム化合物の使用量が少なく、高分子量かつ狭分子量分布を示すハロゲン含有ポリアルキレングリコールを効率よく製造可能とするハロゲン含有アルキレンオキシドの重合が可能な組成物、及びそれを用いたハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定のホスファゼニウム化合物、ルイス酸、及び活性水素含有化合物を含んでなる組成物が、高分子量かつ狭分子量分布のハロゲン含有ポリアルキレングリコールを、効率良く製造することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下に示すとおりの組成物、及びそれを用いたハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法に関するものである。
[1]下記一般式(1)で示されるホスファゼニウム化合物、ルイス酸、及び活性水素含有化合物を含有する組成物。
Figure 0006878861
(上記一般式(1)中、R及びRは、各々独立して、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基、RとRが互いに結合した環構造、R同士又はR同士が互いに結合した環構造を表し、Xはヒドロキシアニオン、炭素数1〜4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2〜5のアルキルカルボキシアニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、又はよう素アニオンを表す。Yは炭素原子又はリン原子を表し、aはYが炭素原子のとき2であり、Yがリン原子のとき3である。)
[2]ルイス酸が、アルミニウム化合物、亜鉛化合物、及びホウ素化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であることを特徴とする上記[1]に記載の組成物。
[3]上記一般式(1)で示されるホスファゼニウム化合物とルイス酸との割合が、[ホスファゼニウム化合物]:[ルイス酸]=1:1.01〜100(モル比)であり、活性水素含有化合物中の活性水素1モルに対して、ホスファゼニウム化合物が0.001〜10モルの範囲であり、且つ活性水素含有化合物中の活性水素1モルに対して、ルイス酸が0.001〜10モルの範囲であることを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の組成物。
[4]活性水素含有化合物が、ヒドロキシ化合物、アミン化合物、カルボン酸化合物、チオール化合物、及び水酸基を有するポリエーテルポリオールからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記[1]乃至[3]のいずれかに記載の組成物。
[5]下記一般式(1)で示されるホスファゼニウム化合物と活性水素含有化合物とを混合した後に、ルイス酸を混合することを特徴とする上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の組成物の製造方法。
Figure 0006878861
(上記一般式(1)中、R及びRは、各々独立して、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基、RとRが互いに結合した環構造、R同士又はR同士が互いに結合した環構造を表し、Xはヒドロキシアニオン、炭素数1〜4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2〜5のアルキルカルボキシアニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、又はよう素アニオンを表す。Yは炭素原子又はリン原子を表し、aはYが炭素原子のとき2であり、Yがリン原子のとき3である。)
[6]上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の組成物からなることを特徴とするハロゲン含有アルキレンオキシド重合触媒。
[7]上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の組成物の存在下、ハロゲン含有アルキレンオキシドの開環重合を行うことを特徴とするハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法。
本発明によれば、高い触媒活性を有するハロゲン含有アルキレンオキシドの重合活性を有する組成物を得ることができる。また、本発明の組成物を用いてハロゲン含有アルキレンオキシドを重合することによって、高分子量かつ狭分子量分布を示すハロゲン含有ポリアルキレングリコールを製造することができる。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の組成物は、下記一般式(1)で示されるホスファゼニウム化合物、ルイス酸、及び活性水素含有化合物を含有する。
Figure 0006878861
(上記一般式(1)中、R及びRは、各々独立して、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基、RとRが互いに結合した環構造、R同士又はR同士が互いに結合した環構造を表し、Xはヒドロキシアニオン、炭素数1〜4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2〜5のアルキルカルボキシアニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、又はよう素アニオンを表す。Yは炭素原子又はリン原子を表し、aはYが炭素原子のとき2であり、Yがリン原子のとき3である。)
ここで、炭素数1〜20の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、ビニル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、アリル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、へプチル基、シクロヘプチル基、オクチル基、シクロオクチル基、ノニル基、シクロノニル基、デシル基、シクロデシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基等を挙げることができる。
とRが互いに結合し環構造を形成した場合としては、例えば、ピロリジニル基、ピロリル基、ピペリジニル基、インドリル基、イソインドリル基等を挙げることができる。
同士又はR同士が互いに結合した環構造としては、例えば、一方の置換基がエチレン基、プロピレン基、ブチレン基等のアルキレン基となって、他方の置換基と互いに結合した環構造を挙げることができる。
そして、これらの中で、R及びRとしては、触媒活性に優れるハロゲン含有アルキレンオキシド重合触媒となることから、メチル基、エチル基、イソプロピル基であることが特に好ましい。
上記ホスファゼニウム化合物におけるXは、ヒドロキシアニオン、炭素数1〜4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2〜5のアルキルカルボキシアニオン、又は炭酸水素アニオンである。
炭素数1〜4のアルコキシアニオンとしては、例えば、メトキシアニオン、エトキシアニオン、n−プロポキシアニオン、イソプロポキシアニオン、n−ブトキシアニオン、イソブトキシアニオン、t−ブトキシアニオン等を挙げることができる。
炭素数2〜5のアルキルカルボキシアニオンとしては、例えば、アセトキシアニオン、エチルカルボキシアニオン、n−プロピルカルボキシアニオン、イソプロピルカルボキシアニオン、n−ブチルカルボキシアニオン、イソブチルカルボキシアニオン、t−ブチルカルボキシアニオン等を挙げることができる。
これらの中で、Xとしては、触媒活性に優れるハロゲン含有アルキレンオキシド重合触媒となることから、ヒドロキシアニオン、炭酸水素アニオンが特に好ましい
本発明において、Yが炭素原子の場合、ホスファゼニウム化合物は下記一般式(2)で表される。
Figure 0006878861
(上記一般式(2)中、R及びRは、各々独立して、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。ここで、RとRが互いに結合した環構造、R同士又はR同士が互いに結合した環構造を形成してもよい。Xはヒドロキシアニオン、炭素数1〜4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2〜5のアルキルカルボキシアニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、よう素アニオン又は酸水素アニオンを表す。)
また、本発明において、Yがリン原子の場合、ホスファゼニウム化合物は下記一般式(3)で表される。
Figure 0006878861
(上記一般式(3)中、R及びRは、各々独立して、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。ここで、RとRが互いに結合した環構造、R同士又はR同士が互いに結合した環構造を形成してもよい。Xはヒドロキシアニオン、炭素数1〜4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2〜5のアルキルカルボキシアニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、よう素アニオン又は酸水素アニオンを表す。)
本発明において、ホスファゼニウム化合物としては、具体的には、テトラキス(1,1,3,3−テトラメチルグアニジノ)ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス(1,1,3,3−テトラエチルグアニジノ)ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス(1,1,3,3−テトラ(n−プロピル)グアニジノ)ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス(1,1,3,3−テトライソプロピルグアニジノ)ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス(1,1,3,3−テトラ(n−ブチル)グアニジノ)ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス(1,1,3,3−テトラフェニルグアニジノ)ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス(1,1,3,3−テトラベンジルグアニジノ)ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス(1,3−ジメチルイミダゾリジン−2−イミノ)ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス(1,3−ジメチルイミダゾリジン−2−イミノ)ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス(1,1,3,3−テトラメチルグアニジノ)ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス(1,1,3,3−テトラエチルグアニジノ)ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス(1,1,3,3−テトラ(n−プロピル)グアニジノ)ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス(1,1,3,3−テトライソプロピルグアニジノ)ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス(1,1,3,3−テトラ(n−ブチル)グアニジノ)ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス(1,1,3,3−テトラフェニルグアニジノ)ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス(1,1,3,3−テトラベンジルグアニジノ)ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス(1,3−ジメチルイミダゾリジン−2−イミノ)ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス(1,3−ジメチルイミダゾリジン−2−イミノ)ホスホニウムハイドロゲンカーボネート等のホスファゼニウム化合物を例示することができる。
また、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジエチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジn−プロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジイソプロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジn−ブチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジフェニルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(1,3−ジメチルイミダゾリジン−2−イミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジエチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジn−プロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジイソプロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジn−ブチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジフェニルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(1,3−ジメチルイミダゾリジン−2−イミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート等のホスファゼニウム化合物を例示することができる。
これらの中で、触媒性能に優れるハロゲン含有ポリアルキレングリコール製造触媒となることから、テトラキス(1,1,3,3−テトラメチルグアニジノ)ホスファゼニウムヒドロキシド、テトラキス(1,1,3,3−テトラメチルグアニジノ)ホスファゼニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシドが特に好ましい。
本発明において、ルイス酸としては、例えば、アルミニウム化合物、亜鉛化合物、ホウ素化合物等を挙げることができる。
アルミニウム化合物としては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリノルマルヘキシルアルミニウム、トリエトキシアルミニウム、トリイソプロポキシアルミニウム、トリイソブトキシアルミニウム、トリフェニルアルミニウム、ジフェニルモノイソブチルアルミニウム、モノフェニルジイソブチルアルミニウム等の有機アルミニウム;メチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、メチル−イソブチルアルミノキサン等のアルミノキサン;塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム等の無機アルミニウムを挙げることができる。
亜鉛化合物としては、例えば、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、ジフェニル亜鉛等の有機亜鉛;塩化亜鉛、酸化亜鉛等の無機亜鉛を挙げることができる。
ホウ素化合物としては、例えば、三フッ化ホウ素、三臭化ホウ素、三ヨウ化ホウ素、トリエチルボロン、トリメトキシボロン、トリエトキシボロン、トリイソプロポキシボロン、トリ−n−プロポキシボロン、トリフェニルボロン、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボロン等を挙げることができる。
そして、これらルイス酸の中でも、触媒性能に優れる組成物となることから、有機アルミニウム、アルミノキサン、有機亜鉛、ホウ素化合物が好ましく、特に好ましくは、有機アルミニウムである。
本発明において、活性水素含有化合物としては、例えば、水、ヒドロキシ化合物、アミン化合物、カルボン酸化合物、チオール化合物、水酸基を有するポリエーテルポリオール等を挙げることができる。
ヒドロキシ化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ソルビトール、シュークローズ、グルコース、2−ナフトール、ビスフェノール等を挙げることができる。
アミン化合物としては、例えば、エチレンジアミン、N,N’−ジメチルエチレンジアミン、ピペリジン、ピペラジン等を挙げることができる。
カルボン酸化合物としては、例えば、安息香酸、アジピン酸等を挙げることができる。
チオール化合物としては、例えば、エタンジチオール、ブタンジチオール等を挙げることができる。
水酸基を有するポリエーテルポリオールとしては、例えば、分子量200〜3000のポリエーテルポリオール等を挙げることができる。
そして、これら活性水素含有化合物は、単独で用いても良いし、数種類を混合して用いても良い。
本発明の組成物において、ホスファゼニウム化合物とルイス酸との割合は、ホスファゼニウム化合物:ルイス酸=1:1.01〜100(モル比)が好ましく、より好ましくは、ホスファゼニウム化合物:ルイス酸=1:1.1〜10(モル比)、特に好ましくは、ホスファゼニウム化合物:ルイス酸=1:1.2〜5(モル比)である。
本発明の組成物において、活性水素含有化合物中の活性水素とホスファゼニウム化合物との割合は、活性水素含有化合物中の活性水素:ホスファゼニウム化合物=1:0.001〜10(モル比)が好ましく、より好ましくは、活性水素含有化合物中の活性水素:ホスファゼニウム化合物=1:0.001〜1(モル比)、特に好ましくは、活性水素含有化合物中の活性水素:ホスファゼニウム化合物=1:0.001〜0.1(モル比)である。
本発明の組成物において、活性水素含有化合物中の活性水素とルイス酸との割合は、活性水素含有化合物中の活性水素:ルイス酸=1:0.001〜10(モル比)が好ましく、より好ましくは、活性水素含有化合物中の活性水素:ルイス酸=1:0.001〜1(モル比)、特に好ましくは、活性水素含有化合物中の活性水素:ルイス酸=1:0.001〜0.1(モル比)である。
本発明の組成物の製造方法としては、本発明の組成物の調製が可能であれば如何なる方法をも用いることが可能であり、特に限定されない。例えば、ホスファゼニウム化合物、ルイス酸、及び活性水素含有化合物を混合する方法を挙げることができる。その際には、溶媒として、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン等を用いても良い。
また、ホスファゼニウム化合物、ルイス酸、及び活性水素含有化合物のうち、2成分を混合した後に残り1成分を混合し調製する方法、1成分にあらかじめ混合した残り2成分を混合し調製する方法等の如何なる調製方法を用いても良い。その中でも、触媒性能に優れる組成物となることから、ホスファゼニウム化合物と活性水素含有化合物とを混合した後に、ルイス酸とを混合し、組成物を調製することが好ましい。
本発明の組成物を調製する際は、加熱・減圧処理等を行ってもよい。加熱処理の温度としては、例えば、50〜150℃、好ましくは70〜130℃を挙げることができる。また、減圧処理の際の圧力としては、例えば、50kPa以下、好ましくは20kPa以下を挙げることができる。
本発明の組成物は、触媒性能に優れることから、ハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造に有用である。
本発明のハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法は、上記した本発明の組成物存在下、ハロゲン含有アルキレンオキシドの開環重合を行うことをその特徴とする。
本発明のハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法において、ハロゲン含有アルキレンオキシドとしては、例えば炭素数2〜20のハロゲン含有アルキレンオキシドを挙げることができ、具体的には、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、エピヨードヒドリン、3,3−ジクロロプロピレンオキシド、3−クロロ1,2−エポキシブタン、3,4−ジクロロ−1,2−エポキシブタン、1,4−ジクロロ−2,3−エポキシブタン及び3,3,3−トリクロロプロピレンオキシド等を挙げることができる。これらの中で、入手が容易で、得られるハロゲン含有ポリアルキレングリコールの工業的価値の高いことから、エピクロロヒドリン、3,4−ジクロロ−1,2−エポキシブタンが好ましい。ハロゲン含有アルキレンオキシドは、単一で用いても2種以上を混合して用いても良い。2種以上を混合して用いる場合は、例えば第1のハロゲン含有アルキレンオキシドを反応させた後、第2、第3のハロゲン含有アルキレンオキシドを反応させても良いし、2種以上のハロゲン含有アルキレンオキシドを同時に反応させても良い。
更に本発明ではアルキレンオキシドを共重合することも可能である。共重合可能なアルキレンキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド等を挙げることができる。
本発明のハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法において、重合圧力は、常圧〜1.0MPaの範囲、好ましくは、常圧〜0.5MPaの範囲が良い。本発明のハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法において、重合温度は、0〜180℃の範囲であり、50〜130℃の範囲がより好ましい。
本発明のハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法において、重合反応は無溶媒で実施されるが、溶媒中で行うこともできる。使用する溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン等を挙げることができる。
本発明のハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法においては、効率的なハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法となることから、触媒活性として100g/mol・min以上を示すものであることが好ましく、特に150g/mol・min以上を示すものであることが好ましい。
本発明のハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法により得られるハロゲン含有ポリアルキレングリコールとしては、JIS K−1557記載の方法により算出した水酸基価と、その官能基数とから算出した分子量が、1000〜100000g/molを有するもの、特に3000〜30000g/molを有するものであることが好ましい。また、JIS K−1557記載の方法により算出した不飽和度が、0.03meq/g以下であるもの、特に0.02meq/g以下であるものが好ましい。さらに、ゲル・パーミェション・クロマトグラフ(GPC)により算出した分子量分布が、1.5以下であるもの、特に1.3以下であるものが好ましい。
以下、実施例により本発明を説明するが、本実施例は何ら本発明を制限するものではない。まず、本発明における触媒活性の算出方法、本発明により製造されるハロゲン含有ポリアルキレングリコールの分析方法について説明する。
〜ハロゲン含有アルキレンオキシドの転化率〜
核磁気共鳴スペクトル測定装置(日本電子製、(商品名)JNM−ECZ400S/LI)を用い、重溶媒に重クロロホルムを用いてH−NMRを測定し、2.6〜2.8ppmのモノマー由来のピークと3.3〜4.1ppmのポリマー由来のピークとの積分比から算出した。
〜触媒活性(単位:g/mol・min)〜
反応したハロゲン含有アルキレンオキシドの量をa(単位:g)、用いたホスファゼニウム化合物の量をb(単位:mol)、重合に要した時間をc(単位:min)とし、次式により触媒活性を算出した。
触媒活性=a/(b×c)
〜ハロゲン含有ポリアルキレングリコールの分子量(単位:g/mol)〜
JIS K−1557記載の方法により、ハロゲン含有ポリアルキレングリコールの水酸基価d(単位:mgKOH/g)を測定した。得られるハロゲン含有ポリアルキレンオキシドの官能基数をeとし、次式によりハロゲン含有ポリアルキレングリコールの分子量を算出した。
分子量=(56100/d)×e
〜ハロゲン含有ポリアルキレングリコールの不飽和度(単位:meq/g)〜
JIS K−1557記載の方法により、ハロゲン含有ポリアルキレングリコールの不飽和度を算出した。
〜ハロゲン含有ポリアルキレングリコールの分子量分布(単位:無し)〜
ゲル・パーミェション・クロマトグラフ(GPC)(東ソー(株)社製、(商品名)HLC8020)を用い、テトラヒドロフランを溶媒として、40℃で測定を行い、標準物質としてポリスチレンを用い、ハロゲン含有ポリアルキレングリコールの分子量分布を算出した。
〜ホスファゼニウム化合物〜
ホスファゼニウム化合物A:テトラキス(テトラメチルグアニジノ)ホスホニウムヒドロキシド:((MeN)C=N)OHは下記合成例1により合成したものを用いた。
ホスファゼニウムハロゲン化合物B:テトラキス[トリス(ジメチルアミノホスホラニリデン)アミノ]ホスホニウムヒドロキシド:[(MeN)P=N]OHは下記合成例2により合成したものを使用した。
合成例1(ホスファゼニウム化合物Aの合成)
攪拌翼を付した2リットルの4つ口フラスコに窒素雰囲気下とし、五塩化リン96g(0.46mol)、脱水トルエン800mlを加え、20℃で攪拌した。撹拌を維持したまま、1,1,3,3−テトラメチルグアニジン345g(2.99mol)を3時間かけて滴下した後、100℃に昇温し、さらに1,1,3,3−テトラメチルグアニジン107g(0.92mol)を1時間かけて滴下した。得られた白色のスラリー溶液を100℃で14時間攪拌した後、80℃まで冷却し、イオン交換水250mlを加え、30分間撹拌した。撹拌を止めると、スラリーは全て溶解し、2相溶液が得られた。得られた2相溶液の油水分離を行い、水相を回収した。得られた水相にジクロロメタン100mlを加え、油水分離を行い、ジクロロメタン相を回収した。得られたジクロロメタン溶液をイオン交換水100mlで洗浄した。
得られたジクロロメタン溶液を、撹拌翼を付した2リットルの四つ口フラスコに移液し、2−プロパノール900gを加えた後、常圧下で温度を80〜100℃に昇温し、ジクロロメタンを除去した。得られた2−プロパノール溶液を撹拌しながら内部温度を60℃に放冷した後、85重量%水酸化カリウム31g(0.47mol、イミノホスファゼニウム塩に対して1.1mol当量)を加えて、60℃で2時間反応した。温度を25℃まで冷却し、析出した副生塩を濾過により除去することによって、目的とするイミノホスファゼニウム塩A[上記一般式(1)におけるRがメチル基、Rがメチル基、Xがヒドロキシアニオン、Yが炭素原子、aが2に相当するホスファゼニウム塩]の2−プロパノール溶液860gを、濃度25重量%、収率92%で得た。
合成例2(ホスファゼニウム塩Bの合成)
磁気回転子を付した100mlシュレンク管を窒素雰囲気下とし、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムクロリド5.7g(7.4mmol、Aldrich社製)、2−プロパノール16mlを加え、25℃で攪拌し溶解させた。攪拌を維持したまま、85重量%水酸化カリウム0.53g〔8.1mmol、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムクロリドに対して1.1mol当量〕を2−プロパノールに溶解した溶液を加えた。25℃で5時間攪拌後、析出した副生塩を濾過により除去することによって、目的とするホスファゼニウム塩B[上記一般式(1)におけるRがメチル基、Rがメチル基、Xがヒドロキシアニオン、Yがリン原子、aが3に相当するホスファゼニウム塩]の2−プロパノール溶液32.7gを、濃度17重量%、収率98%で得た。
実施例1.
攪拌翼を付した0.5リットルの四つ口フラスコに、活性水素含有化合物として2個の水酸基を有する分子量400のポリエーテルポリオール[三洋化成工業社製、(商品名)サンニックスPP400;水酸基価280mgKOH/g]90.9g(227mmol、活性水素量454mmol)、及び合成例1で得られたホスファゼニウム化合物A11.5g(5.7mmol、活性水素1molに対して0.012mol)を加えた。フラスコ内を窒素雰囲気とした後、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧下で2時間脱水処理を行った。その後、トリイソブチルアルミニウムの1.0mol/lのトルエン溶液17ml(17mmol、活性水素1molに対して0.037mol)を加え、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧処理を2時間行い、組成物Aを得た。
(エピクロロヒドリンの重合)
実施例1で得られた組成物A20.2g(ホスファゼニウム化合物:1.2mmol)を攪拌翼、滴下ロートを付した0.5リットルの四つ口フラスコに採り、フラスコ内を窒素置換した。内温を90℃に昇温し、ハロゲン含有アルキレンオキシドとしてエピクロロヒドリン75gを常圧下で間欠的に4.5時間かけて供給した。エピクロロヒドリン供給後2時間エージングを行った。エピクロロヒドリン供給時及びエージングは、内温85〜90℃の範囲で実施した。次いで、90℃、0.5kPaの減圧下で残留エピクロロヒドリンの除去をおこない、無色無臭のポリエピクロロヒドリングリコール95gを得た。転化率は99.9%であり、触媒活性は169g/mol・min、得られたポリエピクロロヒドリングリコールの分子量は1900g/mol、不飽和度は0.007meq/g、分子量分布は1.1であった。
実施例2.
攪拌翼を付した0.5リットルの四つ口フラスコに、活性水素含有化合物として2個の水酸基を有する分子量400のポリエーテルポリオール[三洋化成工業社製、(商品名)サンニックスPP400;水酸基価280mgKOH/g]90.9g(227mmol、活性水素量454mmol)、及び合成例1で得られたホスファゼニウム化合物A11.5g(5.7mmol、活性水素1molに対して0.012mol)を加えた。フラスコ内を窒素雰囲気とした後、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧下で2時間脱水処理を行った。その後、トリイソプロポキシアルミニウムの1.0mol/lのトルエン溶液17ml(17mmol、活性水素1molに対して0.037mol)を加え、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧処理を2時間行い、組成物Bを得た。
(エピクロロヒドリンの重合)
実施例2で得られた組成物B20.1g(ホスファゼニウム化合物:1.2mmol)を攪拌翼、滴下ロートを付した0.5リットルの四つ口フラスコに採り、フラスコ内を窒素置換した。内温を90℃に昇温し、ハロゲン含有アルキレンオキシドとしてエピクロロヒドリン75gを常圧下で間欠的に4時間かけて供給した。エピクロロヒドリン供給後2時間エージングを行った。エピクロロヒドリン供給時及びエージングは、内温85〜90℃の範囲で実施した。次いで、90℃、0.5kPaの減圧下で残留エピクロロヒドリンの除去をおこない、無色無臭のポリエピクロロヒドリングリコール95gを得た。転化率は99.8%であり、触媒活性は190g/mol・min、得られたポリエピクロロヒドリングリコールの分子量は1910g/mol、不飽和度は0.008meq/g、分子量分布は1.2であった。
実施例3.
攪拌翼を付した0.5リットルの四つ口フラスコに、活性水素含有化合物として2個の水酸基を有する分子量400のポリエーテルポリオール[三洋化成工業社製、(商品名)サンニックスPP400;水酸基価280mgKOH/g]90.9g(227mmol、活性水素量454mmol)、及び合成例2で得られたホスファゼニウム化合物B25.1g(5.7mmol、活性水素1molに対して0.012mol)を加えた。フラスコ内を窒素雰囲気とした後、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧下で2時間脱水処理を行った。その後、トリイソプロポキシアルミニウムの1.0mol/lのトルエン溶液17ml(17mmol、活性水素1molに対して0.037mol)を加え、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧処理を2時間行い、組成物Cを得た。
(エピクロロヒドリンの重合)
実施例3で得られた組成物C20.4g(ホスファゼニウム化合物:1.2mmol)を攪拌翼、滴下ロートを付した0.5リットルの四つ口フラスコに採り、フラスコ内を窒素置換した。内温を90℃に昇温し、ハロゲン含有アルキレンオキシドとしてエピクロロヒドリン75gを常圧下で間欠的に4時間かけて供給した。エピクロロヒドリン供給後2時間エージングを行った。エピクロロヒドリン供給時及びエージングは、内温85〜90℃の範囲で実施した。次いで、90℃、0.5kPaの減圧下で残留エピクロロヒドリンの除去をおこない、無色無臭のポリエピクロロヒドリングリコール95gを得た。転化率は99.9%であり、触媒活性は191g/mol・min、得られたポリエピクロロヒドリングリコールの分子量は1910g/mol、不飽和度は0.009meq/g、分子量分布は1.15であった。
実施例4.
攪拌翼を付した0.5リットルの四つ口フラスコに、活性水素含有化合物として2個の水酸基を有する分子量400のポリエーテルポリオール[三洋化成工業社製、(商品名)サンニックスPP400;水酸基価280mgKOH/g]90.9g(227mmol、活性水素量454mmol)、及び合成例1で得られたホスファゼニウム化合物A11.5g(5.7mmol、活性水素1molに対して0.012mol)を加えた。フラスコ内を窒素雰囲気とした後、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧下で2時間脱水処理を行った。その後、ジエチル亜鉛の1.0mol/lのトルエン溶液17ml(17mmol、活性水素1molに対して0.037mol)を加え、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧処理を2時間行い、組成物Dを得た。
(エピクロロヒドリンの重合)
実施例4で得られた組成物B19.9g(ホスファゼニウム化合物:1.2mmol)を攪拌翼、滴下ロートを付した0.5リットルの四つ口フラスコに採り、フラスコ内を窒素置換した。内温を90℃に昇温し、ハロゲン含有アルキレンオキシドとしてエピクロロヒドリン75gを常圧下で間欠的に6時間かけて供給した。エピクロロヒドリン供給後3時間エージングを行った。エピクロロヒドリン供給時及びエージングは、内温85〜90℃の範囲で実施した。次いで、90℃、0.5kPaの減圧下で残留エピクロロヒドリンの除去をおこない、無色無臭のポリエピクロロヒドリングリコール85gを得た。転化率は86.7%であり、触媒活性は102g/mol・min、得られたポリエピクロロヒドリングリコールの分子量は1650g/mol、不飽和度は0.007meq/g、分子量分布は1.3であった。
実施例5.
攪拌翼を付した0.5リットルの四つ口フラスコに、活性水素含有化合物として2個の水酸基を有する分子量400のポリエーテルポリオール[三洋化成工業社製、(商品名)サンニックスPP400;水酸基価280mgKOH/g]90.9g(227mmol、活性水素量454mmol)、及び合成例1で得られたホスファゼニウム化合物A11.5g(5.7mmol、活性水素1molに対して0.012mol)を加えた。フラスコ内を窒素雰囲気とした後、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧下で2時間脱水処理を行った。その後、トリイソプロポキシアルミニウムの1.0mol/lのトルエン溶液17ml(17mmol、活性水素1molに対して0.037mol)を加え、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧処理を2時間行い、組成物Bを得た。
(エピクロロヒドリン及びエチレンオキシドの共重合)
実施例5で得られた組成物B80.4g(ホスファゼニウム化合物:4.8mmol)を2リットルオートクレーブに採り、オートクレーブ内を窒素置換した。内温を90℃に昇温し、ハロゲン含有アルキレンオキシドとしてエピクロロヒドリン300gを常圧下で送液ポンプにより4.5時間かけて連続的に供給した。エピクロロヒドリン供給後2時間エージングを行った。エピクロロヒドリン供給時及びエージングは、内温85〜90℃の範囲で実施した。次いで、90℃、0.5kPaの減圧下で残留エピクロロヒドリンの除去をおこなった。エピクロロヒドリン除去の後、反応温度を130℃に昇温した。窒素圧をゲージ圧0.12mpaとした後、エチレンオキシド50gをゲージ圧で0.4MPaを超えないように0.5時間かけて供給した。エチレンオキシド供給後0.5時間エージングを行い、エチレンオキシドを130℃のまま減圧下で除去した結果、無色無臭のポリエピクロロヒドリン・ポリエチレンオキシド共重合体430gを得た。転化率は99.9%であり、得られたポリエピクロロヒドリン−ポリエチレングリコールの分子量は2170g/mol、不飽和度は0.006meq/g、分子量分布は1.1であった。
比較例1.
攪拌翼を付した0.5リットルの四つ口フラスコに、活性水素含有化合物として2個の水酸基を有する分子量400のポリエーテルポリオール[三洋化成工業社製、(商品名)サンニックスPP400;水酸基価280mgKOH/g]90.9g(227mmol、活性水素量454mmol)、及び合成例1で得られたホスファゼニウム化合物A11.5g(5.7mmol、活性水素1molに対して0.012mol)を加えた。フラスコ内を窒素雰囲気とした後、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧下で2時間脱水処理を行い組成物Eを得た。
(エピクロロヒドリンの重合)
比較例1で得られた組成物E19.5g(ホスファゼニウム化合物:1.2mmol)を攪拌翼、滴下ロートを付した0.5リットルの四つ口フラスコに採り、フラスコ内を窒素置換した。内温を90℃に昇温し、ハロゲン含有アルキレンオキシドとしてエピクロロヒドリン25gを常圧下で間欠的に2時間かけて供給した。エピクロロヒドリン供給後2時間エージングを行った。エピクロロヒドリン供給時及びエージングは、内温85〜90℃の範囲で実施した。次いで、90℃、0.5kPaの減圧下で残留エピクロロヒドリンの除去をおこなったが、転化率は僅か7%であった。
比較例2.
攪拌翼を付した0.5リットルの四つ口フラスコに、活性水素含有化合物として2個の水酸基を有する分子量400のポリエーテルポリオール[三洋化成工業社製、(商品名)サンニックスPP400;水酸基価280mgKOH/g]90.9g(227mmol、活性水素量454mmol)、及びトリイソブチルアルミニウムの1.0mol/lのトルエン溶液17ml(17mmol、活性水素1molに対して0.037mol)を加えた。フラスコ内を窒素雰囲気とした後、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧下で2時間脱水処理を行い組成物Fを得た。
(エピクロロヒドリンの重合)
比較例1で得られた組成物F19.6gを攪拌翼、滴下ロートを付した0.5リットルの四つ口フラスコに採り、フラスコ内を窒素置換した。内温を90℃に昇温し、ハロゲン含有アルキレンオキシドとしてエピクロロヒドリン25gを常圧下で間欠的に2時間かけて供給した。エピクロロヒドリン供給後2時間エージングを行った。エピクロロヒドリン供給時及びエージングは、内温85〜90℃の範囲で実施した。次いで、90℃、0.5kPaの減圧下で残留エピクロロヒドリンの除去をおこなったが、転化率は僅か17%であった。
比較例3.
攪拌翼を付した0.5リットルの四つ口フラスコに、活性水素含有化合物として2個の水酸基を有する分子量400のポリエーテルポリオール[三洋化成工業社製、(商品名)サンニックスPP400;水酸基価280mgKOH/g]90.9g(227mmol、活性水素量454mmol)、及びテトラ(n−オクチル)アンモニウムブロミド(和光純薬製)1.9g(5.7mmol、活性水素1molに対して0.012mol)を加えた。フラスコ内を窒素雰囲気とした後、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧下で2時間脱水処理を行った。その後、トリイソプロポキシアルミニウムの1.0mol/lのトルエン溶液17ml(17mmol、活性水素1molに対して0.037mol)を加え、内温を80℃とし、0.5kPaの減圧処理を2時間行い、組成物Gを得た。
(エピクロロヒドリンの重合)
比較例3で得られた組成物G19.6gを攪拌翼、滴下ロートを付した0.5リットルの四つ口フラスコに採り、フラスコ内を窒素置換した。内温を90℃に昇温し、ハロゲン含有アルキレンオキシドとしてエピクロロヒドリン25gを常圧下で間欠的に2時間かけて供給した。エピクロロヒドリン供給後2時間エージングを行った。エピクロロヒドリン供給時及びエージングは、内温85〜90℃の範囲で実施した。次いで、90℃、0.5kPaの減圧下で残留エピクロロヒドリンの除去をおこなったが、転化率は僅か5%であった。
本発明の組成物を用いることにより、効率的にハロゲン含有ポリアルキレングリコールを製造することができる。得られるハロゲン含有ポリアルキレングリコールは、ポリウレタン原料、ポリエステル原料、界面活性剤原料、潤滑剤原料等に有用である。特に各種イソシアネート化合物と反応させることにより、接着剤、塗料、シーリング材、熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマーへの展開が期待される。

Claims (6)

  1. 下記一般式(1)で示されるホスファゼニウム化合物、ルイス酸、及び活性水素含有化合物を含有するハロゲン含有アルキレンオキシド重合触媒。
    Figure 0006878861

    (上記一般式(1)中、R 及びR は、各々独立して、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R とR が互いに結合した環構造、R 同士又はR 同士が互いに結合した環構造であっても良い。X はヒドロキシアニオン、炭素数1〜4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2〜5のアルキルカルボキシアニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、又はよう素アニオンを表す。Yは炭素原子又はリン原子を表し、aはYが炭素原子のとき2であり、Yがリン原子のとき3である。)
  2. ルイス酸が、アルミニウム化合物、亜鉛化合物、及びホウ素化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であることを特徴とする請求項1に記載のハロゲン含有アルキレンオキシド重合触媒。
  3. 上記一般式(1)で示されるホスファゼニウム化合物とルイス酸との割合が、[ホスファゼニウム化合物]:[ルイス酸]=1:1.01〜100(モル比)であり、活性水素含有化合物中の活性水素1モルに対して、ホスファゼニウム化合物が0.001〜10モルの範囲であり、且つ活性水素含有化合物中の活性水素1モルに対して、ルイス酸が0.001〜10モルの範囲であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のハロゲン含有アルキレンオキシド重合触媒
  4. 活性水素含有化合物が、ヒドロキシ化合物、アミン化合物、カルボン酸化合物、チオール化合物、及び水酸基を有するポリエーテルポリオールからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のハロゲン含有アルキレンオキシド重合触媒
  5. 下記一般式(1)で示されるホスファゼニウム化合物と活性水素含有化合物とを混合した後に、ルイス酸を混合することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のハロゲン含有アルキレンオキシド重合触媒の製造方法。
    Figure 0006878861
    (上記一般式(1)中、R及びRは、各々独立して、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表し、RとRが互いに結合した環構造、R同士又はR同士が互いに結合した環構造であっても良い。はヒドロキシアニオン、炭素数1〜4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2〜5のアルキルカルボキシアニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、又はよう素アニオンを表す。Yは炭素原子又はリン原子を表し、aはYが炭素原子のとき2であり、Yがリン原子のとき3である。)
  6. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のハロゲン含有アルキレンオキシド重合触媒の存在下、ハロゲン含有アルキレンオキシドの開環重合を行うことを特徴とするハロゲン含有ポリアルキレングリコールの製造方法。
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