JP2000063507A - 光学用ポリカーボネートの製造法 - Google Patents
光学用ポリカーボネートの製造法Info
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Abstract
ネートを製造する。 【解決手段】 直列に配した3〜5槽の竪型撹拌反応装
置のみを用い、芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエス
テルを原料に、触媒の存在下、エステル交換反応により
連続的に光学用ポリカーボネートを製造する方法。
Description
交換法による光学用ポリカーボネートの製造方法に関す
る。詳しくは芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステ
ルとから色相が優れ、異物の少ない光学用の芳香族ポリ
カーボネートを、安価な装置を用いて効率よく製造する
方法に関する。
テルを重縮合させ芳香族ポリカーボネートを製造するい
わゆるエステル交換法は、ホスゲン法(界面重合法)に
比べて工程が比較的単純であり、操作、コスト面で優位
性が発揮できるだけでなく、毒性の強いホスゲンや塩化
メチレン等のハロゲン系溶剤を使用しないという点にお
いて環境保護の面からも最近見直されている。
情報ファイル用ディスク基板、光学レンズなど、いわゆ
る光学用の材料としてポリカーボネートの用途が拡大し
ているが、そのような光学用途においては、材料中のコ
ンタミネーションや揮発分を極力少なくすることが要求
されており、溶媒を使用しないエステル交換法は品質面
でも注目されている。
芳香族ポリカーボネートの分子量の上昇に伴い反応混合
物の溶融粘度が高くなるため、副生するフェノールの除
去が困難となり、併せて、重合後期では、反応点となる
ポリマー末端のヒドロキシ基量が少なくなるため分子量
が上がりにくいという問題点があった。
して竪型撹拌反応装置で低分子量のプレポリマーを製造
した後、後重合工程として横型撹拌重合装置や2軸ベン
ト式押出機を用いて重合を完結する方法が提案されてい
る(特許第2628905号公報、特公平6−9955
2号公報、特開平8−239465号公報、特開平8−
325374号公報、特開平9−12703号公報、特
開平9−52035号公報、特開平9−52946号公
報、特開平9−155175号公報)。
方法では、部分的に樹脂が滞留しやすいという装置構造
上の問題から、ヤケによる着色、不溶なゲルや結晶化物
の発生等により物性や品質の低下を引き起こすという欠
点があり、特に、異物のコンタミネーションを嫌う光学
用途では問題となる。
は、ホールドアップが小さいため単位容積あたりの処理
量が少なく、生産性、スケールアップの点で不利とな
り、かつ、高せん断力が掛かるためポリマーの着色やゲ
ル化等の変質が激しいという欠点があり、横型重合機と
同様、光学用ポリカーボネートの製造には不向きであっ
た。さらに、これらの装置は特殊な重合装置であり、竪
型の反応装置と比較して装置コストが非常に高く、運転
操作性や洗浄などのメンテナンス性も悪いという欠点を
有している。
一般に使用されている安価な竪型撹拌反応装置のみで最
終製品を製造する方法に関しては、バッチ重合方式の技
術しか知られていない。しかし、バッチ重合方式では、
生産性が悪いのみならず、重合終了後、反応器中から樹
脂を抜き出すのに長時間を要するために、滞留している
間に樹脂の着色や分子量変化が発生したり、反応器から
抜けきれない多量の樹脂が反応器内に残留するなどの問
題があり、高品質を要求される光学用ポリカーボネート
を製造するには適した製造方法ではない。
が優れ、異物の少ない光学用ポリカーボネートを、安価
な竪型撹拌反応装置のみを用いて連続的に製造する方法
を提供することにある。
題を解決すべく、鋭意検討を行った結果、分子量が比較
的低い光学用のポリカーボネートであれば、直列に配し
た3〜5槽の竪型撹拌反応装置のみで連続的に製造する
ことができ、さらに好ましくは、少なくとも最終槽の撹
拌翼にシングルヘリカルリボン翼またはダブルヘリカル
リボン翼を具備した重合装置を使用することにより、色
相が優れ、異物の少ない高品質の芳香族ポリカーボネー
トが得られることを見いだし、本発明を完成するに至っ
た。
化合物と炭酸ジエステルを原料に、触媒としてアルカリ
金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物を芳
香族ジヒドロキシ化合物1モルに対して1×10-8〜1
×10-5モル量使用し、エステル交換反応により芳香族
ポリカーボネートを製造する方法において、直列に配し
た3〜5槽の竪型撹拌反応装置のみを用い、連続的に、
粘度平均分子量が10,000〜20,000で、かつ
末端ヒドロキシ基量が1,000ppm以下である光学
用のポリカーボネートを製造する方法に係わるものであ
る。さらに本発明は、上記の製造方法において、少なく
とも最終槽の撹拌翼にシングルヘリカルリボン翼または
ダブルヘリカルリボン翼を具備した重合装置を用いる光
学用のポリカーボネートを製造する方法に係わるもので
ある。
明する。
製造する原料として、芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸
ジエステルとが用いられる。炭酸ジエステルは、下記の
一般式(1)で表される。
肪族基あるいは置換脂肪族基、または芳香族基あるいは
置換芳香族基であり、AおよびA’は同一であっても異
なっていてもよい。)
ルは、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボ
ネート、ジ−t−ブチルカーボネート、ジフェニルカー
ボネート及びジトリルカーボネートなどの置換ジフェニ
ルカーボネート等が例示されるが、好ましくはジフェニ
ルカーボネート及び置換ジフェニルカーボネートであ
り、特にジフェニルカーボネートが好ましい。これらの
炭酸ジエステルは単独、あるいは2種以上を混合しても
よい。
に、好ましくは50%以下、さらに好ましくは30モル
%以下の量でジカルボン酸、あるいはジカルボン酸エス
テルを使用してもよい。このようなジカルボン酸あるい
はジカルボン酸エステルとしては、テレフタル酸、イソ
フタル酸、テレフタル酸ジフェニル、イソフタル酸ジフ
ェニル等が用いられる。このようなカルボン酸、あるい
はカルボン酸エステルを炭酸ジエステルと併用した場合
には、ポリエステルカーボネートが得られる。
化合物は、一般式(2)で示される。
化水素基、ハロゲン置換の炭化水素基または、−S−、
−S2 −、−SO2 −、−SO−、−O−、および−C
O−の基を示し、Xはハロゲン原子、炭素数1〜14の
アルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数1〜
8のオキシアルキル基および炭素数6〜18のオキシア
リール基を示す。mは0または1であり、yは0〜4の
整数である。)
ロキシ化合物は例えば、2,2−ビス(4−ヒドロキシ
フェニル)プロパン[=ビスフェノールA]、2,2−
ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プ
ロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジエ
チルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキ
シ−(3,5−ジフェニル)フェニル)プロパン、2,
2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニ
ル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)ペンタン、2,4’−ジヒドロキシ−ジフェニルメ
タン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス
(4−ヒドロキシ−5−ニトロフェニル)メタン、1,
1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、3,3−
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、1,1−ビ
ス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ビス
(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、2,4’−ジヒ
ドロキシジフェニルスルホン、ビス(4−ヒドロキシフ
ェニル)スルフィド、4,4’−ジヒドロキシジフェニ
ルエーテル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジク
ロロジフェニルエーテル、4,4’−ジヒドロキシ−
2,5−ジエトキシジフェニルエーテル等が例示され
る。これらの中でも2,2−ビス(4−ヒドロキシフェ
ニル)プロパンが好ましい。また、これらの芳香族ジヒ
ドロキシ化合物は単独で、あるいは2種以上を混合して
用いることができ、必要に応じて共重合体とすることも
できる。
物との混合比率は、所望する芳香族ポリカーボネートの
分子量と末端ヒドロキシ基量により決められる。末端ヒ
ドロキシ基量は製品ポリカーボネートの熱安定性と加水
分解安定性に大きな影響を及ぼし、光学用として実用的
な物性を持たせるためには1,000ppm以下にする
ことが必要となる。従って、芳香族ジヒドロキシ化合物
1モルに対して炭酸ジエステルを等モル量以上用いるの
が一般的であり、1.01〜1.30モル、好ましくは
1.01〜1.20モルの量で用いられるのが望まし
い。
ートを製造する際には、通常エステル交換触媒が使用さ
れる。エステル交換触媒としては、主として、アルカリ
金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物が使用さ
れ、補助的に、塩基性ホウ素化合物、塩基性リン化合
物、塩基性アンモニウム化合物あるいはアミン系化合物
等の塩基性化合物などを併用することも可能である。こ
れらの触媒は、1種類で使用してもよく、2種以上を組
み合わせて使用してもよい。
ドロキシ化合物1モルに対して、1×10-8〜1×10
-5モルの範囲で用いられる。この量より少なければ、所
定の分子量、末端ヒドロキシ基量のポリカーボネートを
製造するのに必要な重合活性が得られず、この量より多
い場合は、ポリマー色相が悪化し、ゲルの発生による異
物量も増大してしまう。
酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水
酸化セシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウ
ム、炭酸水素リチウム、炭酸水素セシウム、炭酸ナトリ
ウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸セシウム、酢
酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸リチウム、酢酸セシ
ウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウ
ム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸セシウム、水
素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化
ホウ素リチウム、水素化ホウ素セシウム、フェニル化ホ
ウ素ナトリウム、フェニル化ホウ素カリウム、フェニル
化ホウ素リチウム、フェニル化ホウ素セシウム、安息香
酸ナトリウム、安息香酸カリウム、安息香酸リチウム、
安息香酸セシウム、リン酸水素2ナトリウム、リン酸水
素2カリウム、リン酸水素2リチウム、リン酸水素2セ
シウム、フェニルリン酸2ナトリウム、フェニルリン酸
2カリウム、フェニルリン酸2リチウム、フェニルリン
酸2セシウム、ナトリウム,カリウム,リチウム,セシ
ウムのアルコレート,フェノレート、ビスフェノールA
の2ナトリウム塩,2カリウム塩,2リチウム塩,2セ
シウム塩等が挙げられる。
例えば、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マ
グネシウム、水酸化ストロンチウム、炭酸水素カルシウ
ム、炭酸水素バリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水
素ストロンチウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭
酸マグネシウム、炭酸ストロンチウム、酢酸カルシウ
ム、酢酸バリウム、酢酸マグネシウム、酢酸ストロンチ
ウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウ
ム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸ストロン
チウムなどが挙げられる。
トラメチルホウ素、テトラエチルホウ素、テトラプロピ
ルホウ素、テトラブチルホウ素、トリメチルエチルホウ
素、トリメチルベンジルホウ素、トリメチルフェニルホ
ウ素、トリエチルメチルホウ素、トリエチルベンジルホ
ウ素、トリエチルフェニルホウ素、トリブチルベンジル
ホウ素、トリブチルフェニルホウ素、テトラフェニルホ
ウ素、ベンジルトリフェニルホウ素、メチルトリフェニ
ルホウ素、ブチルトリフェニルホウ素などの水酸化物が
挙げられる。
エチルホスフィン、トリ−n−プロピルホスフィン、ト
リイソプロピルホスフィン、トリ−n−ブチルホスフィ
ン、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、
あるいは四級ホスホニウム塩等が挙げられる。
ば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエ
チルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモ
ニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロ
キシド、トリメチルエチルアンモニウムヒドロキシド、
トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリメ
チルフェニルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルメ
チルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルベンジルア
ンモニウムヒドロキシド、トリエチルフェニルアンモニ
ウムヒドロキシド、トリブチルベンジルアンモニウムヒ
ドロキシド、トリブチルフェニルアンモニウムヒドロキ
シド、テトラフェニルアンモニウムヒドロキシド、ベン
ジルトリフェニルアンモニウムヒドロキシド、メチルト
リフェニルアンモニウムヒドロキシド、ブチルトリフェ
ニルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。
ミノピリジン、2−アミノピリジン、N,N−ジメチル
−4−アミノピリジン、4−ジエチルアミノピリジン、
2−ヒドロキシピリジン、2−メトキシピリジン、4−
メトキシピリジン、2−ジメチルアミノイミダゾール、
2−メトキシイミダゾール、イミダゾール、2−メルカ
プトイミダゾール、2−メチルイミダゾール、アミノキ
ノリン等が挙げられる。
物と炭酸ジエステルをエステル交換反応させて連続的に
芳香族ポリカーボネートを製造する重合装置としては、
図1に示すように、直列に配した3〜5槽の竪型撹拌反
応装置のみから成る装置を使用する。2槽以下では、目
的とする分子量、末端ヒドロキシ基量のポリカーボネー
トを製造することは困難であり、6槽以上では装置コス
トや運転性の点でのデメリットが大きくなり、また、プ
ロセスが長くなることによる色相悪化や異物混入等の品
質低下を招くことになる。
例えば、運転開始前に原料調整槽、反応装置および配管
内を窒素ガス等の不活性ガスで置換しておく。芳香族ジ
ヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとの溶融混合物はラ
イン1を通って竪型反応装置3に供給する。触媒は、原
料とは別のラインで第1反応槽に直接供給してもよい
し、第1反応槽に入る手前の配管内でスタティックミキ
サー等により原料と混合した状態で供給されてもよい。
必要に応じて触媒を溶解あるいは懸濁するための溶媒が
用いられる。好ましい溶媒としては水、アセトン、フェ
ノール等が挙げられる。
り、抜き出し口は反応槽底部にあるのが好ましい。ま
た、各槽から反応液を連続して抜き出す方法は、落差を
利用する方法、圧力差を利用する方法、ギアポンプ等の
送液ポンプを用いる方法など、反応液の物性に適応した
方法で行うのが好ましい。
180℃〜300℃の範囲で、反応圧力は800Tor
r以下の条件で行い、しだいに温度、減圧度を上げてい
き、副生するモノフェノール化合物をライン2から連続
的に除去しながら反応を行う。この時、必要に応じて窒
素等の不活性ガスを流通させることもできる。また、モ
ノフェノール化合物に同伴する原料を反応槽に戻すため
に分留塔を反応器に付設することもできる。
御するのが好ましく、例えば、液レベル計と反応液入口
あるいは出口に付設するコントロールバルブや送液ポン
プとを組み合わせることにより任意の滞留時間での自動
制御が可能となる。各槽の滞留時間は通常10〜120
分、好ましくは20〜90分で行う。
に応じて任意の形状のものが使用可能であるが、反応混
合物の溶融粘度が100ポイズ以下の反応槽において
は、プロペラ翼、タービン翼、パドル翼、アンカー翼等
の使用が好適であり、100ポイズを越す槽において
は、パドル翼、アンカー翼、リボン翼、スクリュー翼、
ねじり格子翼などの使用が好適となるが、特に、本発明
においては、少なくとも最終槽の撹拌翼として表面更新
性の高いシングルヘリカルリボン翼またはダブルヘリカ
ルリボン翼を使用することでより高品質のポリカーボネ
ート製造が可能となる。尚、アンカー翼には、マックス
ブレンド翼やスクリューアンカー翼などの改良アンカー
型翼(化学工学便覧、改訂第5版の911項;丸善刊)
も含み、また、パドル翼にはフルゾーン翼(商品名)等
の特殊形状パドル翼も含まれる。槽撹拌効率を上げる目
的で、必要に応じて反応槽内壁にバッフルをもうけても
よい。
ネートは通常、ペレットとして回収されるが、その際、
樹脂中に残存するモノマーや副生物等の低分量成分を除
去するためベント式押出機を通すことも可能である。
に通常の耐熱安定剤、紫外線吸収剤、離型剤、着色剤、
帯電防止剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、滑
剤、防曇剤、天然油、合成油、ワックス、有機系充填
剤、無機系充填剤などの添加剤を添加してもよい。この
ような添加剤は、溶融状態にある樹脂に添加することも
できるし、また一旦ペレット化された樹脂を再溶融して
添加することもできる。
発明は、これら実施例に限定されるものではない。本発
明により得られた芳香族ポリカーボネートの分析は、以
下の測定法により行った。
粘度[η]を測定し以下の式より求めた。 [η]=1.23×10-4×(Mv)0.83
メチレン溶液に溶解させたポリマーの546nmでの吸
光度を測定し、ビスフェノールAを用いて作成した検量
線より算出した。
のガラス製セルに入れ、カラーテスター(スガ試験機株
式会社製SC−1−CH)で色の絶対値である三刺激値
XYZを測定し、次の関係式により黄色度の指標である
YI値を計算した。 YI=100/Y(1.28X−1.06Z) このYI値が大きいほど着色していることを示す。
m)量を光散乱式センサー法により測定した。
直列に接続し、第1反応槽にパドル翼を、第2反応槽に
マックスブレンド翼を、第3反応槽にはダブルヘリカル
リボン翼を具備した。また、第1、第2槽には分留塔を
具備した。これら反応装置はあらかじめ系内を窒素ガス
により置換し、無酸素雰囲気とした。第1、第2槽はレ
ベル計と槽底部の反応液排出ラインに設けられたコント
ロールバルブ開度により液面を制御し、第3槽はレベル
計と槽底部のギアポンプの組み合わせにより液面の制御
を行った。ビスフェノールAとジフェニルカーボネート
をモル比(ジフェニルカーボネート/ビスフェノール
A)1.10で調製した溶融混合原料液を91.3kg
/時の流量で第1槽に連続的に供給した。また、触媒と
して炭酸セシウム水溶液をビスフェノールA1モルに対
して1.5×10-6モルの流量で第1槽に連続的に供給
した。第1槽の反応液は所定の滞留時間を保ちつつ次の
反応槽へ順次送られ、最終的に第3槽から連続的にポリ
マーを抜き出した。各反応装置の運転条件および結果を
表1に示す。
えてポリカーボネートを製造した。各反応装置の運転条
件および結果を表1に示す。
00リットルの竪型撹拌反応槽、第2反応装置としてマ
ックスブレンド翼を具備したステンレス製100リット
ルの竪型撹拌反応槽、第3反応装置としてメガネ翼を具
備したステンレス製150リットルの横型2軸撹拌重合
機を用いポリカーボネートを製造した。各反応装置の運
転条件および結果を表2に示す。
列に接続し、第1反応装置にマックスブレンド翼、第2
反応装置にダブルヘリカルリボン翼を具備した重合装置
を用いポリカーボネートを製造した。各反応装置の運転
条件および結果を表2に示す。
形状および運転条件を変えてポリカーボネートを製造し
た。各反応槽の運転条件および結果を表2に示す。
例を示す図である。
21)
Claims (4)
- 【請求項1】 芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエス
テルを原料に、触媒としてアルカリ金属化合物および/
またはアルカリ土類金属化合物を芳香族ジヒドロキシ化
合物1モルに対して1×10-8〜1×10-5モル使用
し、エステル交換反応により芳香族ポリカーボネートを
製造する方法において、反応装置として直列に配した3
〜5槽の竪型撹拌反応装置のみを用い、連続的に、粘度
平均分子量が10,000〜20,000で、かつ末端
ヒドロキシ基量が1,000ppm以下であるポリカー
ボネートを製造することを特徴とする光学用ポリカーボ
ネートの製造法。 - 【請求項2】 竪型撹拌反応装置の少なくとも最終槽に
撹拌翼として、シングルヘリカルリボン翼またはダブル
ヘリカルリボン翼を使用する請求項1に記載の光学用ポ
リカーボネートの製造法。 - 【請求項3】 竪型撹拌反応装置の少なくとも最終槽に
撹拌翼として、ダブルヘリカルリボン翼を使用する請求
項1に記載の光学用ポリカーボネートの製造法。 - 【請求項4】 芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエス
テルが、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロ
パンとジフェニルカーボネートである請求項1乃至3の
いずれかに記載の光学用ポリカーボネートの製造法。
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