JP2003002853A - 水素化ビスフェノールa異性体混合物およびその製造方法 - Google Patents

水素化ビスフェノールa異性体混合物およびその製造方法

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JP2003002853A
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Hideki Omori
秀樹 大森
Keizo Kase
啓三 加勢
Makoto Irie
信 入江
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 他の樹脂原料や塗料用溶剤との相溶性に優
れ、さらには塗料本来の性能を損なうことなく、ポリエ
ステル樹脂系塗料の原料として好適に使用可能な水素化
ビスフェノールA異性体混合物を提供すること。 【解決手段】 シス−シス体、シス−トランス体および
トランス−トランス体の3種の異性体を含む水素化ビス
フェノールAの異性体混合物であって、異性体混合物中
のトランス−トランス体の含有量が36〜45%である
ことを特徴とする水素化ビスフェノールA異性体混合物
およびビスフェノールAを、脂肪族アルコール系溶媒ま
たは/およびグリコールエーテル系溶媒の存在下、水素
加圧下に100〜130℃の温度範囲で、ルテニウム触
媒を使用する接触水素化反応に付すことを特徴とする当
該水素化ビスフェノールA異性体混合物の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水素化ビスフェノー
ルAの異性体混合物に関し、より詳しくはポリエステル
樹脂系塗料の原料として好適に使用できる水素化ビスフ
ェノールA異性体混合物およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ビスフェノールAを貴金属触媒を使用し
水素加圧下に接触水素化し、水素化ビスフェノールA
(化学名:4,4'−イソプロピリデンジシクロヘキサノ
ール、以下「HBPA」と略記する)を製造する方法は
公知であり、得られたHBPAは(不飽和)ポリエステ
ル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、エポキ
シ樹脂等の原料として利用されている。
【0003】ビスフェノールAの水素化により得られる
HBPAは通常、シクロヘキサン環を挟む水酸基とイソ
プロピリデン基との立体構造の違いによりシス−シス
体、シス−トランス体およびトランス−トランス体の3
種の立体異性体の混合物となり、その組成比は、従来品
ではおよそシス−シス体が7%、シス−トランス体が4
0%、トランス−トランス体が53%程度である(特開
平3−157342号等)。
【0004】HBPAは近年、ポリエステル樹脂系塗料
の多価アルコール成分としての用途でも利用されつつあ
り、HBPAを原料とすることで耐候性、耐薬品性等に
優れた塗料塗膜を得ることができる。このような塗料用
途においては、樹脂成分の調製工程においてHBPAを
他の樹脂原料や塗料用溶剤と配合することとなるため、
これら他の材料との良好な相溶性が求められる。しか
し、従来のHBPAはこの相溶性という点で、十分に満
足できるものではなく、HBPAを使用した場合、塗料
溶液中にHBPAの微結晶が析出するという問題が生
じ、これを防ぐために溶剤量を多くする等の手段を講じ
る必要があった。
【0005】ところで、従来のHBPAの相溶性が劣る
理由は、前述の3種の異性体の中で、最も溶解し難いト
ランス−トランス体の含有量が多いためであるとされて
いる。本発明者らは実際に塗料溶液において析出した微
結晶を分析した結果、そのほとんどがトランス−トラン
ス体であることを確認した。
【0006】従って、この問題を解決するには、まず、
トランス−トランス体の含有量が少ないHBPAを使用
すれば良いと考えられる。例えば、特開2000−44
503号公報には、トランス−トランス体含有量を33
%以下に減少させ、グリコール類やグリコールエーテル
類に対する溶解性を高める方法が開示されている。
【0007】しかしながら、このようなトランス−トラ
ンス体含有量の低いHBPAを塗料原料として使用した
場合、相溶性が改善される一方で、塗料塗膜の表面硬度
が低下するため塗料としての本来の性能を損なうおそれ
がある。これは、トランス−トランス体が構造的にもっ
とも安定であり、同異性体の含有量が低い場合にはこれ
から誘導されるポリエステルのTg等の性能が低下する
ためと考えられる(J.Polym. Sci. Polym. Chem. vol.
24,419(1986))。
【0008】従って、塗料本来の性能を損なうことな
く、かつ他の材料との相溶性にも優れたバランスの良い
HBPAの提供が望まれていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような問題点を解決し、他の樹脂原料や塗料用溶剤と
の相溶性に優れ、さらには塗料本来の性能を損なうこと
なく、ポリエステル樹脂系塗料の原料として好適に使用
可能なHBPA異性体混合物を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するため鋭意検討を行った結果、HBPAの異性体
比が特定範囲にある場合、ポリエステル樹脂系塗料の塗
膜性能を損なうことなく、かつ他の樹脂原料や塗料用溶
剤との相溶性にも優れたものとなることを見出し本発明
に至った。
【0011】すなわち本発明は、シス−シス体、シス−
トランス体およびトランス−トランス体の3種の異性体
を含む水素化ビスフェノールAの異性体混合物であっ
て、異性体混合物中のトランス−トランス体の含有量が
36〜45%であることを特徴とする水素化ビスフェノ
ールA異性体混合物を提供するものである。
【0012】また本発明は、ポリエステル樹脂系塗料の
原料として使用される上記の水素化ビスフェノールA異
性体混合物を提供するものである。
【0013】更に本発明は、ビスフェノールAを、脂肪
族アルコール系溶媒または/およびグリコールエーテル
系溶媒の存在下、水素加圧下に100〜130℃の温度
範囲で、ルテニウム触媒を使用する接触水素化反応に付
すことを特徴とする上記の水素化ビスフェノールA異性
体混合物の製造方法を提供するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明のHBPA異性体混合物
は、シス−シス体、シス−トランス体、およびトランス
−トランス体の3種の異性体を含み、異性体混合物中の
トランス−トランス体の含有量が36〜45%であるこ
とを特徴とするものである。
【0015】ポリエステル樹脂系塗料を製造する場合の
他の材料、例えば多価カルボン酸類や多価アルコール類
あるいはキシレン、ブチルセロソルブ、酢酸エステル等
のシンナー類との相溶性のみを追求するのであれば、3
種の異性体の中でトランス−トランス体の含有量が低い
ほど好ましい。しかし、トランス−トランス体の含有量
が低すぎる場合にはポリエステル樹脂系塗料の塗料塗膜
の表面硬度が低下し、塗料としての性能を損なうことに
なる。従って、塗料としての性能および他の材料との相
溶性という2つの条件を満足させるためには、上記のよ
うにHBPAの異性体組成を、トランス−トランス体の
含有量36〜45%の範囲とすることが必要であり、3
8〜42%の範囲とすることがさらに好ましい。なお、
本発明においてはトランス−トランス体の含有量が上記
の範囲であれば他の異性体、すなわちシス−シス体およ
びシス−トランス体の含有量は特に限定されないが、後
述のようにルテニウム触媒を使用する接触水素化法によ
れば、通常シス−シス体は7〜15%、シス−トランス
体は40〜55%程度となる。
【0016】本発明のHBPA異性体混合物は、ビスフ
ェノールAを原料とし、これを脂肪族アルコール系溶媒
または/およびグリコールエーテル系溶媒の存在下、水
素加圧下に100〜130℃の温度範囲で、ルテニウム
触媒を使用する接触水素化反応に付すことにより製造さ
れる。
【0017】この接触水素化反応で用いられるルテニウ
ム触媒としては、公知のものを使用することができる。
例えば、ルテニウム触媒は、塩化ルテニウム、ルテニウ
ム酸カリウム、ルテニウム酸ナトリウム、ルテニウム酸
アンモニウムなどのルテニウム酸塩の水溶液を、適当な
担体、例えば珪藻土、活性炭、シリカゲル、アルミナ、
マグネシアなどに担持させ、必要により水素気流中で活
性化処理することによって容易に得られるのでこれを利
用しても良いし、また、カーボン担持ルテニウム触媒、
アルミナ担持ルテニウム触媒等として市販されているも
のをそのまま使用することもできる。
【0018】このルテニウム触媒の使用量は特に限定さ
れないが、通常は原料のビスフェノールAに対し、ルテ
ニウム金属の量として0.01〜1質量%程度であり、
また担体にルテニウムが3〜5質量%担持された担持触
媒を使用する場合は、担持触媒としてビスフェノールA
に対し0.5〜10質量%の範囲が好ましい。
【0019】また、接触水素化反応に際しては、溶媒と
して脂肪族アルコール類または/およびグリコールエー
テル類を使用する。このうち、脂肪族アルコール類とし
ては、例えば、n−プロパノール、イソプロパノール、
n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノー
ル、n−ペンタノールが好ましく、イソプロパノール、
イソブタノール、sec−ブタノールが特に好ましい。
また、グリコールエーテル類としては、例えば、エチレ
ングリコールまたはプロピレングリコールのモノアルキ
ルエーテルが好ましく、エチレングリコールモノエチル
エーテル、エチレングリコールモノn−ブチルエーテ
ル、エチレングリコールモノtert−ブチルエーテル
が特に好ましい。これらの溶媒はそれぞれを単独で使用
することも、また2種以上を混合して使用することもで
きる。
【0020】これらの溶媒の使用量は反応温度下におい
て原料のビスフェノールAを溶解できる量以上であれば
特に制限されないが、通常はビスフェノールAの重量に
対し0.2〜10重量倍、好ましくは0.5〜5重量倍程
度である。
【0021】本発明のHBPA異性体混合物の製造に当
たっては、接触水素化反応時の反応温度を100〜13
0℃の範囲とすることが重要である。前述の通り、HB
PAはシス−シス体、シス−トランス体およびトランス
−トランス体の3種の異性体により構成されるが、本発
明者らは異性体比の調節方法を種々検討する中で、これ
らの異性体は主として反応温度に依存する平衡組成であ
ることを知見した。反応温度が100℃より低い場合に
は、トランス−トランス体の含有量が36%未満とな
り、逆に反応温度が130℃より高い場合には、トラン
ス−トランス体の含有量を45%以下に制御することが
困難となる。従って、トランス−トランス体の含有量が
36〜45%である本発明のHBPA異性体混合物を得
るには、反応温度の範囲を100〜130℃とすること
が必要である。
【0022】本発明の接触水素化反応における反応圧力
および反応時間は特に限定されないが、通常は、水素圧
1〜15MPaの範囲、好ましくは3〜10MPaの範
囲が採用され、このときの反応時間は1〜10時間程度
である。
【0023】反応後の反応液からの本発明のHBPA異
性体混合物の取得は、公知の方法により行うことができ
る。例えば、反応液から濾過等の通常の手段により触媒
を分離し、さらに蒸留等の手段により溶媒を分離すれ
ば、トランス−トランス体の含有量が36〜45%であ
る所望のHBPA異性体混合物を容易に得ることができ
る。
【0024】なお、本発明方法により得られたHBPA
異性体混合物は、水素化中間体や、分解物等の副生物の
生成が少ないので、溶媒を分離した後、そのまま製品と
することも可能である。
【0025】
【実施例】次に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明
するが、本発明はこれら実施例により何ら制約されるも
のではない。
【0026】実 施 例 1 容量1リットルのオートクレーブに、ビスフェノールA
240g、sec−ブタノール 360g、および5質
量%ルテニウム/アルミナ触媒(エヌ イーケムキャッ
ト社製)4.8gを入れた。オートクレーブ内を窒素、
次いで水素で置換した後、内容物を攪拌しながら反応温
度120℃、水素圧6MPaで水素化反応を行った。水
素吸収は約2時間で停止したが、その後30分攪拌を継
続し、反応を完結させた。反応液を室温まで冷却した
後、濾過により触媒を分離し、さらにロータリーエバポ
レーターでsec−ブタノールを分離し、無色透明の固
体を得た。
【0027】このものの組成をガスクロマトグラフによ
って分析した結果、HBPAの純度は98.5%であ
り、HBPAの異性体比は、シス−シス体11%、シス
−トランス体46%、トランス−トランス体43%であ
った。
【0028】なお、得られたHBPA異性体混合物を、
塗料用溶剤に加えても析出は認められず、相溶性が良い
ことが示された。また、ポリエステル樹脂系塗料の原料
として使用しても塗料塗膜の表面硬度の低下は認められ
なかった。
【0029】実 施 例 2 反応温度を100℃とし、反応時間を3.5時間とした
以外は実施例1と同様にして水素化反応を行った。
【0030】得られた固体の組成を分析した結果、HB
PAの純度は98.8%であり、HBPAの異性体比
は、シス−シス体14%、シス−トランス体50%、ト
ランス−トランス体36%であった。
【0031】実 施 例 3 反応温度を110℃とし、反応時間を3時間とした以外
は実施例1と同様にして水素化反応を行った。
【0032】得られた固体の組成を分析した結果、HB
PAの純度は98.5%であり、HBPAの異性体比
は、シス−シス体13%、シス−トランス体49%、ト
ランス−トランス体38%であった。
【0033】比 較 例 1 反応温度を140℃とし、反応時間を2.5時間とした
以外は実施例1と同様にして水素化反応を行った。
【0034】得られた固体の組成を分析した結果、HB
PAの純度は97.6%であり、HBPAの異性体比
は、シス−シス体7%、シス−トランス体42%、トラ
ンス−トランス体51%であった。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、塗料塗膜の表面硬度等
の性能を損なうことなく、また他の樹脂原料や塗料用溶
剤との相溶性に優れたHBPA異性体混合物を得ること
ができる。そして得られたHBPA異性体混合物は、特
に、ポリエステル樹脂系塗料の原料として好適に使用す
ることができる。 以 上
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4H006 AA02 AC11 BA23 BC11 BE20 FC22 FE12 4H039 CA40 CB20

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シス−シス体、シス−トランス体および
    トランス−トランス体の3種の異性体を含む水素化ビス
    フェノールAの異性体混合物であって、異性体混合物中
    のトランス−トランス体の含有量が36〜45%である
    ことを特徴とする水素化ビスフェノールA異性体混合
    物。
  2. 【請求項2】 異性体混合物中のトランス−トランス体
    の含有量が38〜42%である請求項1記載の水素化ビ
    スフェノールA異性体混合物。
  3. 【請求項3】 ポリエステル樹脂系塗料の原料として使
    用される請求項1または2記載の水素化ビスフェノール
    A異性体混合物。
  4. 【請求項4】 ビスフェノールAを、脂肪族アルコール
    系溶媒または/およびグリコールエーテル系溶媒の存在
    下、水素加圧下に100〜130℃の温度範囲で、ルテ
    ニウム触媒を使用する接触水素化反応に付すことを特徴
    とする請求項1ないし3記載の水素化ビスフェノールA
    異性体混合物の製造方法。
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