説明

N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの製造方法、並びにN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを含有する洗浄剤およびポリマー溶液

【課題】安価な原料を用いて、反応温度が室温付近であり、副生物の生成を抑制することができる、N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの製造方法を提供すること、沸点が低く、種々の難溶性化合物を溶解することが可能であり、さらに水への溶解性が高い洗浄剤および溶剤を提供すること、並びに上記溶剤を使用する、難溶性ポリマーの溶液を提供すること。
【解決手段】ジアルキルカーボネートとジメチルアミンを、ビリジン誘導体触媒存在下で反応させることを特徴とする、N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの製造方法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの製造方法、並びにN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを含有する洗浄剤およびポリマー溶液に関する。
【背景技術】
【0002】
カルバメイト化合物は、医薬、農薬の中間体等として重要であり、種々の製造方法(例えば、イソシアネートとアルコールとの反応や、アミン、アルコールおよびホスゲンを用いた反応による製造方法)が知られている。また、特許文献1には、ルイス酸の存在下、有機カーボネートと第1級または第2級アミンと反応させることから成るカルバメイトの製造方法が開示されている。しかしながら、実施例ではいずれも反応温度が80〜110℃であり、大過剰のカーボネートを使用し、収率も低いという問題点がある。特許文献2には、アミジン等を触媒とするカルバメートの製造方法が開示されているが、実施例における効率は十分ではない。特許文献3には、アルカリ金属の水酸化物等を触媒とするカルバミン酸エステル誘導体等の製造方法が開示されているが、強塩基を用いるため反応器の材質が制限されるという問題がある。特許文献4には、大量の水の存在下でカーボネートとアミンを反応させて行うカルバメートの製造方法が開示されている。この方法は収率に優れるが、製品中に水分が残存するため脱水に多量のエネルギーが必要になるという問題がある。特許文献5および特許文献6には、アミンとアルコールを超臨界二酸化炭素中で反応させてカルバメイト類を製造する方法が開示されている。しかしながらこの方法は高温および高圧を必要とし経済的に有利な方法ではない。
【0003】
上記のように、カルバメイト化合物の製造に関して種々の技術が知られているが、今後予想されるその用途の拡大を考慮すると、安価な原料を用いて、反応温度が室温付近であり、副生物の生成を抑制することができる製造方法が求められている。
【0004】
ところで、電気電子分野の部品や製品を製造する際には、製造工程において、洗浄剤や溶剤が使用される。
従来、洗浄剤としてハロゲン系化合物が用いられてきたが、近年、環境問題や毒性の点から、その代替品の開発が進められている。特許文献7には、N−メチル−2−ピロリドンと界面活性剤を主成分とする洗浄剤が開示され、特許文献8には、テトラフルフリルアルコールと、特定のアミン系化合物または特定のエステル化合物を含有する清浄剤が開示され、特許文献9には、ノニオン系界面活性剤とN−メチルピロリドン等を含む洗浄剤が開示され、特許文献10には、2−ピロリドン、γ―ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミドの中から選ばれる一種と水とを含有してなる洗浄剤が開示されている。しかしながら、性能および経済性の面で未だ満足するものは得られておらず、さらなる技術開発が求められている。
【0005】
また、上記溶剤としての使用例としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)溶液の調製が挙げられる。PVDFは、高強度、耐薬品性、耐熱性、焦電性、圧電性などの性質を有する樹脂であるが、一般的な溶剤に対する溶解性が低いという問題があった。このため、これまで用いられる溶媒はN−メチルピロリドン等に限られ、しかも、この場合でも溶解性は必ずしも高くはなかった。
【0006】
溶剤や洗浄剤に用いられる化合物としては、種々の難溶性化合物を溶解することができること、水への溶解性が高く水によるリンスが可能であること、および比較的低沸点であり、蒸発除去や再利用が容易であることが重要である。また、その使用量を考慮すると、効率よく大量生産することが可能であることも重要である。
【0007】
【特許文献1】特開昭47−11562号公報
【特許文献2】特開平1−503627号公報
【特許文献3】特開昭52−14745号公報
【特許文献4】特開平3−275662号公報
【特許文献5】特開2006−22043号公報
【特許文献6】特開2002−212159号公報
【特許文献7】特開昭49−128908号公報
【特許文献8】特開平3−243698号公報
【特許文献9】特開平4−68095号公報
【特許文献10】特開平6−65769号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、安価な原料を用いて、反応温度が室温付近であり、副生物の生成を抑制することができる、N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの製造方法を提供すること、沸点が低く、種々の難溶性化合物を溶解することが可能であり、さらに水への溶解性が高い洗浄剤および溶剤を提供すること、並びに上記溶剤を使用する、難溶性ポリマーの溶液を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定の原料および触媒を用いて、N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを製造すること、および特定のN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを含有する洗浄剤および溶剤によって、上記課題が達成されることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち本発明は、
1 一般式(I)
【0010】
【化1】

【0011】
(R1およびR2はそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で表されるジアルキルカーボネートとジメチルアミンを、一般式(II)
【0012】
【化2】

【0013】
(Xは、OHまたはSHを表す。)
で表されるビリジン誘導体触媒存在下で反応させることを特徴とする、一般式(III)
【0014】
【化3】

【0015】
(R3は、R1またはR2であって、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの製造方法、
2 ジアルキルカーボネートが、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートである上記1に記載のN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの製造方法、
3 一般式(IV)
【0016】
【化4】

【0017】
(R4は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを、洗浄剤全量基準で50質量%以上含有する洗浄剤、
【0018】
4 一般式(IV)
【0019】
【化5】

【0020】
(R4は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルにポリマーが溶解してなるポリマー溶液、
5 ポリマーが、ポリフッ化ビニリデン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリアミド、およびポリイミドから選ばれる一種以上である上記4に記載のポリマー溶液
を提供するものである。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、性能に優れる洗浄剤および溶剤を得ることができる。さらに当該洗浄剤および溶剤に用いられるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを効率よく、大量に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
本発明においては、特定のジアルキルカーボネートおよびジメチルアミンを特定の触媒存在下で反応させて、一般式(III)
【0023】
【化6】

【0024】
で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを製造する。一般式(III)において、R3は、R1またはR2であって、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
【0025】
本発明においては、上記ジアルキルカーボネートとして、一般式(I)
【0026】
【化7】

【0027】
で表されるジアルキルカーボネートを使用する。一般式(I)において、R1およびR2はそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基を表す。R1およびR2で示される炭素数1〜4のアルキル基は直鎖状、分岐状のいずれであってもよく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基およびtert−ブチル基を挙げることができる。R1およびR2は、互いに同一でも異なっていてもよいが、得られるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの性能および原料の入手性の観点から、R1およびR2がともにメチル基またはエチル基であることが好ましい。
【0028】
N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを洗浄剤や溶剤として使用する場合はその溶解性能や沸点等の観点から、上記ジアルキルカーボネートは、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートが好ましい。
【0029】
ジメチルアミンは、溶液状態のものを使用してもよく、ガス状態のものを使用してもよい。
上記ジアルキルカーボネートとジメチルアミンの使用比率(モル比)は、0.5:1〜1:0.5が好ましく、0.7:1〜1:0.7がより好ましい。どちらかの原料が過剰であっても反応は進行するが、経済的に好ましくない。
【0030】
本発明においては、触媒として、一般式(II)
【0031】
【化8】

【0032】
で表されるビリジン誘導体を使用する。一般式(II)において、Xは、OHまたはSHを表し、2位または4位が置換されたピリジン誘導体が好ましい。
一般式(II)で表されるピリジン誘導体としては、例えば、2−ヒドロキシピリジン、4−ヒドロキシピリジン、2−メルカプトピリジン、4−メルカプトピリジンなどを挙げることができ、これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
触媒の使用量は適宜決定すればよいが、ジアルキルカーボネートとジメチルアミンの合計量に対して、通常0.5〜20質量%、好ましくは1〜10質量%である。
【0033】
反応溶媒は、それぞれの原料を溶解し、反応を阻害するものでなければ良い。具体的には、ベンゼン、トルエン、酢酸エチル、酢酸メチル、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、メタノール、エタノール、プロパノール等を用いることができ、特にメタノールが好ましい。
反応温度は、通常10〜100℃、好ましくは20〜70℃である。温度が高すぎると、尿素誘導体が生成するおそれがある。反応時間は、通常1〜50時間、好ましくは2〜6時間である。反応圧力は、適宜決定すればよいが、通常は常圧で行えばよい。
上記反応で本発明のN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを製造することができる。また、必要に応じて精製処理を行ってもよい。精製処理としては適宜決定すればよいが、例えば蒸留が挙げられる。
【0034】
本発明の洗浄剤は、一般式(IV)
【0035】
【化9】

【0036】
(R4は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを含有するものであり、特に上記N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの水溶液が好ましい。一般式(IV)において、R4で示される炭素数1〜4のアルキル基としては、前記一般式(I)におけるR1およびR2の説明で例示したものと同じものを挙げることができるが、これらの中でメチル基およびエチル基が、性能の観点から好ましい。この一般式(IV)で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの含有量は、洗浄剤全量基準で50質量%以上であり、好ましくは50〜95質量%、より好ましくは70〜90質量%である。N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの含有量が50質量%を下回ると洗浄効果が低下しやすい。また、N,N−ジメチルカルバミン酸アルキル含有量の上限に関しては、洗浄効果の点においては特に影響はないが、経済性や装置の腐食を考慮すると上限値の規定を満たすことが好ましい。
【0037】
本発明の洗浄剤は添加剤を含有してもよく、例えば界面活性剤、金属イオン封鎖剤、酸化防止剤等が挙げられる。
【0038】
界面活性剤としては、硫酸アルキル塩、硫酸アルキルポリオキシエチレン塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩等の陰イオン界面活性剤;アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩等の陽イオン界面活性剤;アミノ酸型両性界面活性剤、アルキルカルボキシベタイン、アルキルスルホベタイン等のベタイン型両性界面活性剤、イミダゾリン型両性界面活性剤等の両性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、脂肪酸ジエタノールアミド、アルキルジメチルアミンオキシド等の非イオン界面活性剤が挙げられる。
上記界面活性剤は一種を単独で用いてもよく、または二種以上を組み合わせて用いてもよい。界面活性剤の含有量は、洗浄剤全量に対して、通常0.05〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%である。0.05質量%未満では洗浄作用が低下しやすく、10質量%を超えると泡切れ、すすぎ性が低下しやすい。
【0039】
金属イオン封鎖剤としては、エチレンジアミンテトラ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、N−ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸、エチレンジアミンテトラプロピオン酸、トリエチレンテトラミンヘキサ酢酸、エチレングリコールジエーテルジアミンテトラ酢酸、シクロヘキサン−1,2−ジアミンテトラ酢酸等のアミノカルボン酸系物質;グリコール酸、ジグリコール酸、乳酸、酒石酸、カルボキシメチル酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸等のオキシカルボン酸;酢酸、モノクロル酢酸、シュウ酸、コハク酸、カルボキシメチルコハク酸、カルボキシメチルオキシコハク酸等のカルボン酸系物質;ピロリン酸、トリポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ゼオライト等が挙げられる。
上記金属イオン封鎖剤は一種を単独で用いてもよく、または二種以上を組み合わせて用いてもよい。金属イオン封鎖剤の含有量は、洗浄剤全量に対して、通常0.1〜20質量%、好ましくは1〜10質量%である。0.1質量%未満であれば洗浄作用が低下しやすく、20質量%を超えても配合量に見合う効果は得られにくい。
【0040】
酸化防止剤としては、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、2,6−ジ−tert−ブチル−α−ジメチルアミノ−p−クレゾール等のモノフェノール系化合物;4,4’−ビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)、4,4’−メチレン−ビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)、2,2’−メチレン−ビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、4,4'−ブチリデン−ビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)等のビスフェノール化合物;4,4’−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2’−チオビス(6−tert−ブチル−o−クレゾール)、2,2’−チオビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)等のチオビスフェノール系化合物;テトラキス[メチレン−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチル−フェノール)ブタン等のトリスまたはテトラキスフェノール系化合物;トリフェニルフォスファイト、トリスノニルフェニルフォスファイト、トリス(モノ及びジ−ノニルフェニル)ホスファイト等のホスファイト系酸化防止剤;ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート等の硫黄系酸化防止剤が挙げられる。
上記酸化防止剤は一種を単独で用いてもよく、または二種以上を組み合わせて用いてもよい。酸化防止剤の含有量は、洗浄剤全量に対して、通常0.01〜1.0質量%である。
【0041】
本発明のポリマー溶液においては、上記一般式(IV)で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを溶媒として使用する。溶質となるポリマーとしては特に制限はないが、本発明によれば、ポリフッ化ビニリデン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド等の難溶性ポリマーの溶液を調製することができる。
【0042】
ポリマーの濃度は、目的に合わせて適宜決定できるが、通常1〜40質量%、好ましくは3〜20質量%である。また、必要に応じて酸化防止剤等の添加剤を加えてもよい。酸化防止剤としては、洗浄剤の添加剤として挙げたものを使用することができる。
ポリマー溶液を調製する際は、必要に応じて加熱してもよく、例えば20〜120℃が挙げられる。
本発明のポリマー溶液は、例えばポリマー被覆、キャストフィルム作製、中空糸等のファイバーの作製等において、粘性コントロール剤、分散剤、コーティング剤、接着剤、バインダー剤として使用することができる。
【0043】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【実施例】
【0044】
実施例1
攪拌装置、温度計を備えた1000mlの反応器にジメチルカーボネート100gおよびジメチルアミン50gを含むメタノール溶液450gおよび2−ヒドロキシピリジン4.5gを入れ60℃で5時間攪拌した。反応液を濃縮後、常圧蒸留を行い生成物を得た。生成物は、1H−NMRの測定により下記構造(N,N−ジメチルカルバミン酸メチル)であることが分かった。収量は98.4g、収率は86%であった。
【0045】
【化10】

【0046】
実施例2
攪拌装置、温度計を備えた200mlの反応器にジメチルカーボネート27.0g、ジメチルアミン13.2gを含むメタノール溶液120mlおよび2−メルカプトピリジン2.5gを入れた。60℃で5時間加熱攪拌をおこなった。次にエバポレーターで低沸点物を留去した後、蒸留により生成物を得た。収量30.7g、収率81%であった。
【0047】
実施例3
攪拌装置、温度計を備えた200mlの反応器にジメチルカーボネート27.0gおよび2−ヒドロキシピリジン2.8gを入れた。反応器の温度を60℃にして、この中に16gに相当するガス状のジメチルアミンを3時間かけて室温で吹き込んだ。反応終了後、蒸留を行い生成物を得た。収量34.9g、収率92%であった。
【0048】
実施例4
攪拌装置、温度計を備えた200mlの反応器にジメチルカーボネート27.0g、ジメチルアミン13.2gを含むメタノール溶液120mlおよび4−ヒドロキシピリジン2.8gを入れた。60℃で5時間加熱攪拌をおこなった。次にエバポレーターで低沸点物を留去した後、蒸留により生成物を得た。収量30.3g、収率80%であった。
【0049】
〔溶解性試験〕
実施例5
(1)fluoroChem社製ポリフッ化ビニリデン0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5gそれぞれを実施例1で合成したN,N−ジメチルカルバミン酸メチル2gに添加し100℃10分加熱して溶解させた。目視により評価した結果、溶液はいずれも無色透明であり流動性を有していた。
(2)上記ポリフッ化ビニリデン1.0gと実施例1で合成したN,N−ジメチルカルバミン酸メチル2gを混合したところ殆ど流動性は無いものの無色透明の溶液となった。
(3)上記ポリフッ化ビニリデン1.0gと実施例1で合成したN,N−ジメチルカルバミン酸メチル9gの溶液をガラス板上に流し48時間、室温で放置したところポリフッ化ビニリデンのキャストフィルムを得ることが出来た。
比較例1
fluoroChem社製ポリフッ化ビニリデン0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5gそれぞれをN−メチルピロリドン2gに添加して100℃10分加熱攪拌した。目視により評価した結果、溶液はいずれも白濁し、ポリマー0.3g以上使用した溶液の流動性は殆どなかった。
【0050】
実施例6〜8、比較例2
第1表に示す組成の洗浄液を調製して洗浄試験(洗浄試験1)を行った。結果を第1表に示す。
実施例9〜14
N,N−ジメチルカルバミン酸メチルの水溶液(80質量%)に第2表に示す界面活性剤を所定量加えて洗浄液を調製して洗浄試験(洗浄試験1)を行った。結果を第2表に示す。
【0051】
〔洗浄試験1〕
秤量した100メッシュのステンレス金網(50ミリ×40ミリ)を焼き入れ用マルクエンチ油に浸し、すぐに出して室温で3時間吊り下げて放置した(3時間後の付着油は約0.5gで一定)。油の付着した金網の質量を秤量した後、あらかじめ70℃に保った恒温超音波洗浄器に設置した200gの洗浄液に浸漬し、直ちに3分間超音波洗浄し、次いで1分間70℃の温水にてリンスし、60℃で1時間乾燥させ、その質量を測定した。以下の計算式により油除去率を求めた。
油除去率(%)=100×(洗浄前の金網に付着した油重量−洗浄後の金網に付着した油重量)/(洗浄前の金網に付着した油重量)
【0052】
【表1】

【0053】
【表2】

【0054】
実施例15〜17
第3表に示す材質のテストピース(30×15×2ミリ)、およびN,N−ジメチルカルバミン酸メチル水溶液(80質量%)の洗浄剤を用いて洗浄試験(洗浄試験2)を行った。結果を第3表に示す。
比較例3〜5
洗浄剤として、N,N−ジメチルカルバミン酸メチル水溶液(40質量%)を使用した他は、実施例15〜17と同様にして洗浄試験を行った。結果を第3表に示す。
〔洗浄試験2〕
テストピースをマルクエンチ油に浸し、すぐに取り出して室温で30分間吊り下げて放置しておき、洗浄試験1と同じ装置を使用して同様に洗浄した。テストピースの表面を以下の基準で目視とセロテープ(登録商標)付着性により評価した。結果を第3表に示す。
(目視)
○完全に油が除去されている。
×油が残存している。
(セロテープ(登録商標)付着性)
○セロテープ(登録商標)が貼れる。
×セロテープ(登録商標)が剥がれる。
【0055】
【表3】

【産業上の利用可能性】
【0056】
本発明によれば、N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを効率よく製造することができる。当該製造方法により、N,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを大量に製造することができ、高性能の洗浄剤および溶剤を得ることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一般式(I)
【化1】

(R1およびR2はそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で表されるジアルキルカーボネートとジメチルアミンを、一般式(II)
【化2】

(Xは、OHまたはSHを表す。)
で表されるビリジン誘導体触媒存在下で反応させることを特徴とする、一般式(III)
【化3】

(R3は、R1またはR2であって、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの製造方法。
【請求項2】
ジアルキルカーボネートが、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートである請求項1に記載のN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルの製造方法。
【請求項3】
一般式(IV)
【化4】

(R4は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルを、洗浄剤全量基準で50質量%以上含有する洗浄剤。
【請求項4】
一般式(IV)
【化5】

(R4は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で表されるN,N−ジメチルカルバミン酸アルキルにポリマーが溶解してなるポリマー溶液。
【請求項5】
ポリマーが、ポリフッ化ビニリデン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリアミド、およびポリイミドから選ばれる一種以上である請求項4に記載のポリマー溶液。

【公開番号】特開2010−43007(P2010−43007A)
【公開日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−206117(P2008−206117)
【出願日】平成20年8月8日(2008.8.8)
【出願人】(000183646)出光興産株式会社 (2,069)
【Fターム(参考)】