JP2004026998A - Method for catalyst recovery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for catalyst recovery, with which a used platinum family element-containing catalyst is efficiently separated/recovered from a reaction mixture in the production of a hydride widely carried out in various fields of the chemical industry, especially aftertreatment of a hydrogenation reaction using a supported catalyst obtained by supporting the platinum family element-containing catalyst on a carrier. <P>SOLUTION: The method for catalyst recovery comprises subjecting the platinum family element-containing catalyst, which is fed as the catalyst supported on the carrier to the hydrogenation reaction, is eliminated from the carrier during the hydrogenation reaction and is present in the reaction mixture, to complexing treatment by adding a complexing agent to the reaction mixture so as to resupport the catalyst on the carrier, separating and recovering the catalyst from the reaction mixture. The method for recovering the catalyst is especially preferably applied to the production of a hydrogenated conjugated diene-based polymer so that the polymer is industrially advantageously produced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素化反応混合物に含まれている白金族元素含有触媒の回収方法および水素化共役ジエン系重合体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
医農薬、石油化学製品、ポリマーなどを製造する化学工業において、各種化合物に含まれる炭素−炭素不飽和結合や炭素−窒素不飽和結合を水素化して、対応する飽和結合に変換する水素化反応が広く行われている。
【0003】
例えばポリマー分野では、共役ジエン系重合体の有用な改質手段として、該重合体の炭素−炭素二重結合を選択的にあるいは部分的に水素化する方法が公知であり、水素化アクリロニトリル−ブタジエン共重合体などの水素化共役ジエン系重合体が工業的規模で生産されている。
【0004】
かかる水素化共役ジエン系重合体を製造するための代表的なプロセスとして、(1)共役ジエンを含む単量体を乳化重合し、得られるラテックスを凝固・乾燥して原料重合体を調製する工程、(2)その原料重合体を有機溶媒(水素化反応溶媒)に溶解し、該有機溶媒に不溶な担体に白金族元素含有触媒を担持させた担持型触媒を用いて水素化する工程、(3)その水素化反応混合物から触媒を担持させた担体を分離した後、目的とする水素化重合体を有機溶媒から回収する工程、からなるプロセスが知られている。
【0005】
上記プロセスで使用する担持型触媒は、水素化反応後に高価な白金族元素触媒を回収する便宜のために、使用有機溶媒に不溶な担体に白金族元素含有触媒を担持させたものである。しかし、白金族元素含有触媒を担体に担持させた形で添加したにもかかわらず、水素化反応を経た後の反応混合物中では、相当量の白金族元素含有触媒が担体から脱離して重合体溶液中、とくに重合体近傍に存在する。したがって、触媒を担持させた担体の分離のみではそれら相当量の白金族元素含有触媒を回収することはできず、触媒を担持させた担体の分離回収操作後に、多量の吸着剤を添加してそれら残存触媒の回収操作をしているのが現状である。
【0006】
また、ラテックス凝固→再溶解といった工程を経ることなく、乳化重合して得られるラテックス状態の共役ジエン系重合体を直接的に水素化するプロセスも検討されているが(例えば米国特許第3,898,208号公報、特開平2−178305号公報など)、この場合に担持型触媒を用いるときにも上記と同様な問題が生じる。水系媒体を含むラテックス状態での水素化反応において、担持型触媒を用いた場合、その触媒活性は十分満足できるものではなく、多量の白金族元素含有触媒を必要とする。
【0007】
このように、水素化反応後に、担持型触媒の分離回収をした後、担体から脱離して重合体溶液もしくはラテックス中に残存している白金族元素含有触媒を回収するために、さらに、多量の吸着剤を添加して回収操作を行うということは、設備的、処理コスト的に好ましいことではなく、改善が望まれていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、化学工業の各種分野において広く行われている水素化物の製造、特にその水素化反応の後処理の段階において、担持型触媒の形で使用した白金族元素触媒を反応混合物から効率よく分離・回収する方法を提供することにある。
【0009】
また、本発明の別の目的は、水素化共役ジエン系重合体を製造するに際して、原料重合体の水素化反応に用いた白金族元素含有触媒を、有機溶媒または水系媒体を含む反応混合物から効率よく分離・回収することができ、工業的に有利な水素化共役ジエン系重合体の製造プロセス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に、水素化共役ジエン系重合体の製造時に、有機溶媒溶液の状態で、担体に担持させた白金族元素含有触媒を用いて水素化する反応系を中心として、反応終了後の後処理方法について鋭意検討を重ねてきた。その結果、該反応混合物に錯化剤を加えて錯化処理すると、担体から脱離していた白金族元素含有触媒が担体に再び担持されて効率よく白金族元素含有触媒を回収できることを見出した。
【0011】
また、上記のような水素化反応の後処理法に関する改良は、(1)水素化ポリマーの製造のみならず、各種分野の水素化反応にも適用可能であること;(2)水素化反応に使用した白金族元素含有触媒を容易に回収して再使用できるので、たとえ多量の触媒を用いても経済性に問題はなく、各種水素化物の製造とりわけ水素化共役ジエン系重合体の製造を工業的に有利に行えること;(3)得られる水素化物中の残存触媒量が少ないので、該水素化物を含む製品の品質面への悪影響が少ないこと;などの利点を有することを確認して、本発明を完成するに至った。
【0012】
かくして、本発明によれば、担体に担持させた白金族元素含有触媒の存在下に行った水素化反応の反応混合物に錯化剤を添加して、前記反応混合物中に含有される、担体から脱離した白金族元素含有触媒を錯化し、得られた錯化物を担体に再担持させて、この担体を反応混合物から回収することを特徴とする触媒回収方法が提供される。本発明の触媒回収方法においては、錯化剤を添加する前に反応混合物の酸化処理を行うことが好ましく、白金族元素がパラジウムであるであることが好ましい。
【0013】
また、本発明によれば、担体に担持させた白金族元素含有触媒の存在下に共役ジエン系重合体を水素化する水素化反応工程(A);前記担体から脱離した白金族元素含有触媒を、反応混合物へ錯化剤を添加することにより錯化する錯化処理工程(B);白金族元素含有触媒の錯化物を前記担体に再担持させて、この担体を反応混合物から回収する触媒回収工程(C);を含む水素化共役ジエン系重合体の製造方法が提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の触媒回収方法および水素化共役ジエン系重合体の製造方法について詳述する。
【0015】
本発明の触媒回収方法は、医薬、農薬、工業薬品、石油、石油化学製品、ポリマー製品、油脂製品、食用油、潤滑剤、香料などの製造分野において、白金族元素含有触媒を担体に担持した形で用いて水素化反応を行う場合に広く適用でき、該反応に使用した触媒を反応混合物から効率よく回収することができる。
【0016】
本方法を適用できる水素化反応混合物は、担体に担持させた白金族元素含有触媒の存在下に水素化反応を行って得られる反応混合物であれば特に限定されない。そのような水素化反応としては、例えば、アセチレンのエチレンへの水素化、3−ヘキシン−1−オールのシス−3−ヘキセン−1−オールへの水素化などに代表されるアセチレン結合の炭素−炭素二重結合への水素化反応;ガソリンの水素化(ガソリンの品質改善)、ジイソブチレンからイソオクタンの製造、不飽和グリセリドから飽和グリセリドの製造、共役ジエン系重合体から水素化共役ジエン系重合体の製造などに代表される炭素−炭素二重結合の飽和結合への水素化反応;シクロペンタノンやシクロヘキサノンから対応するアルコールを製造するカルボニル基の水素化反応;ニトリル基やアゾメチン基(シッフ塩基)をアミノ基へ変換する水素化反応;などが挙げられる。
【0017】
本発明の触媒回収方法は、担体に担持させた白金族元素含有触媒の存在下に上記の各種水素化反応を行い、得られた反応混合物に錯化剤を添加して、前記反応混合物中に含有される、担体から脱離した白金族元素含有触媒を錯化し、得られた錯化物を担体に再担持させて、この担体を反応混合物から回収することを特徴とする。
水素化反応においては担体に担持した白金族元素含有触媒の一部が担体から脱離し反応混合物中に存在する。そして、この反応混合物に錯化剤を添加すると、担体から脱離した白金族元素含有触媒の錯化物が生成する。この錯化物は担体に再び容易に担持されるため、脱離しなかった白金族元素含有触媒を担持している担体に再担持される。
この錯化物を再担持した担体は、反応混合物から容易に回収することができるため、白金族元素触媒は、錯化物も、脱離せずに担体上に留まっていたものも、併せて反応混合物から担体と一緒に回収することができる。
【0018】
上記本発明の触媒回数方法は、上述した各種の水素化反応の中でも、水素化共役ジエン系重合体の製造方法に特に好ましく適用できる。本発明の触媒回収方法が好ましく適用できる水素化共役ジエン系重合体とは、ブタジエンやイソプレンなどに代表される共役ジエン単量体と、これと共重合可能な単量体とを共重合して得られる重合体の炭素−炭素二重結合を水素化して得られる重合体である。共役ジエン単量体と共重合可能な単量体としては、アクリロニトリル、アクリル酸エステルなどのα,β−エチレン性不飽和単量体などが挙げられる。
【0019】
以下に、本発明の触媒回収方法を適用した水素化共役ジエン系重合体の製造方法の具体的態様を説明し、その中で本発明の触媒回収方法の錯化方法、再担持方法及び回収方法について詳細に説明する。
【0020】
本発明の触媒回収方法を適用する水素化共役ジエン系重合体の製造方法(本第二発明である)は、担体に担持させた白金族元素含有触媒の存在下に共役ジエン系重合体を水素化する水素化反応工程(A);前記担体から脱離した白金族元素含有触媒を、反応混合物へ錯化剤を添加することにより錯化する錯化処理工程(B);白金族元素含有触媒の錯化物を前記担体に再担持させて、この担体を反応混合物から回収する触媒回収工程(C);を必須工程として含むことを特徴とする。
【0021】
前記の水素化反応工程(A)、錯化処理工程(B)、および触媒回収工程(C)の各工程は通常この並び順に行われるが、工程(B)における錯化物の生成と、工程(C)における錯化物の担体への再担持とは生成→再担持が時間をおかずに起こる場合がある。各工程の間には所望により他の処理工程を付加することができる。また、工程(C)で回収された触媒は、必要に応じて精製または再生処理したのち工程(A)へ再び供することができる。
【0022】
水素化反応工程(A)の水素化とは、共役ジエン系重合体に含まれる炭素−炭素二重結合の少なくとも一部を水素添加して飽和結合に変換することをいう。この工程(A)が適用される共役ジエン系重合体は、共役ジエン単量体の1種以上、もしくは共役ジエン単量体と共重合可能な単量体の1種以上を該共役ジエン単量体と組み合わせて、従来公知の乳化重合法または溶液重合法により、好ましくは乳化重合法により製造される。
【0023】
前記共役ジエン単量体は、共役ジエン構造を有する重合性単量体であれば、特に限定されず、例えば、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエンなどが挙げられる。これらの中でも1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエンが好ましく、1,3−ブタジエンがより好ましい。
【0024】
前記共役ジエン単量体と共重合可能な単量体としては、例えば、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、クロトンニトリルなどのα,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体;アクリル酸、メタアクリル酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸などのα,β−エチレン性不飽和カルボン酸;メチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、トリフルオロエチルアクリレート、メチルメタクリレートなどのα,β−エチレン性不飽和カルボン酸エステル;アクリルアミド、メタアクリルアミドなどのα,β−エチレン不飽和カルボン酸アミド;スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ジビニルベンゼンなどのビニル芳香族化合物;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル;フルオロエチルビニルエーテルなどのビニルエーテル化合物;などが挙げられる。
【0025】
これらの共役ジエン単量体と共重合可能な単量体の中でも、工程(A)の水素化反応が進行しやすいという観点から、電子吸引性官能基を有する単量体が好ましく、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体とりわけアクリロニトリルが好ましく用いられる。
【0026】
工程(A)の水素化に適用される共役ジエン系重合体の具体例としては、ブタジエン重合体、イソプレン重合体、ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−イソプレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−イソプレン共重合体、メタアクリロニトリル−ブタジエン共重合体、メタアクリロニトリル−イソプレン共重合体、メタアクリロニトリル−ブタジエン−イソプレン共重合体、アクリロニトリル−メタアクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸メチル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体などが挙げられる。
【0027】
上記共役ジエン系重合体の中でも、水素化共重合体の製造原料としての実用性や汎用性の観点からは、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、メタアクリロニトリル−ブタジエン共重合体が好ましく、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体がより好ましい。
【0028】
共役ジエン系重合体における単量体組成比は特に限定されないが、共役ジエン単量体5〜100重量%、これと共重合可能な単量体95〜0重量%であり、好ましくは共役ジエン単量体10〜90重量%、これと共重合可能な単量体90〜10重量%である。また、重量平均分子量(ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー法、標準ポリスチレン換算)も特に限定されないが、通常5,000〜500,000である。
【0029】
共役ジエン系重合体(原料)の調製法として好適な乳化重合法は、一般的にラジカル重合開始剤を用いて水系媒体中で行われ、重合開始剤や分子量調整剤は公知のものを使用すればよい。重合反応は回分式、半回分式、連続式のいずれでもよく、重合温度や圧力も特に制限されない。使用する乳化剤も特に限定されず、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤などを使用できるが、アニオン性界面活性剤が好ましい。これらの乳化剤は、それぞれ単独で使用しても2種以上を併用してもよい。その使用量は特に限定されない。
【0030】
乳化重合により得られる共役ジエン系重合体ラテックスの固形分濃度は特に限定されないが、通常2〜70重量%、好ましくは5〜60重量%である。その固形分濃度はブレンド法、希釈法、濃縮法など公知の方法により適宜調節することができる。
【0031】
工程(A)の水素化反応をラテックス状態(以下、「ラテックス系水素化」ともいう。)で行う場合は、反応効率の観点からラテックスの固形分濃度を10〜50重量%の範囲に調整することがより好ましい。
【0032】
工程(A)の水素化反応は、触媒活性等の観点から、従来、主として、乳化重合により得られるラテックスを凝固・乾燥して得られる共役ジエン系重合体ゴムを、適当な有機溶媒に溶解した重合体溶液の状態(以下、「溶液系水素化」ともいう。)で行われてきた。
【0033】
この場合、ラテックスの凝固・乾燥は公知法を採用すればよいが、凝固して得られるクラムと塩基性水溶液とを接触させる処理工程を設けることにより、得られる共役ジエン系重合体ゴムをテトラヒドロフラン(THF)に溶解して測定される重合体溶液のpHが7を超えるように改質することが好ましい。THFに溶解して測定される重合体溶液のpHは、好ましくは7.2〜12、より好ましくは7.5〜11.5、最も好ましくは8〜11の範囲である。このクラムと塩基性水溶液との接触処理により、溶液系水素化を速やかに進行させることが可能となる。
【0034】
溶液系水素化における共役ジエン系重合体の溶液濃度は、1〜70重量%、好ましくは2〜40重量%である。溶液系水素化に用いられる有機溶媒としては、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、n−ヘプタンなどの脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンセンなどの芳香族炭化水素;アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソールなどのエーテル類;酢酸エチルなどのエステル類;などが挙げられる。これらの有機溶媒の中でもケトン類が好ましく用いられる。
【0035】
工程(A)の水素化反応に用いられる触媒は、白金族元素(ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムまたは白金)を含有する水素化触媒である。水素化触媒としては、触媒活性や入手容易性の観点からパラジウム化合物、ロジウム化合物が好ましく、パラジウム化合物がより好ましい。また、2種以上の白金族元素化合物を併用してもよいが、その場合もパラジウム化合物を主たる触媒成分とすることが好ましい。
【0036】
パラジウム化合物は、通常、II価またはIV価のパラジウム化合物が用いられ、その形態は塩や錯塩である。
【0037】
パラジウム化合物としては、例えば、酢酸パラジウム、シアン化パラジウム、フッ化パラジウム、塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、酸化パラジウム、水酸化パラジウム、ジクロロ(シクロオクタジエン)パラジウム、ジクロロ(ノルボルナジエン)パラジウム、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、テトラクロロパラジウム酸ナトリウム、ヘキサクロロパラジウム酸アンモニウム、テトラシアノパラジウム酸カリウムなどが挙げられる。
【0038】
これらのパラジウム化合物の中でも、酢酸パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、塩化パラジウム、テトラクロロパラジウム酸ナトリウム、へキサクロロパラジウム酸アンモニウムが好ましく、酢酸パラジウム、硝酸パラジウムおよび塩化パラジウムがより好ましい。
【0039】
ロジウム化合物としては、例えば、塩化ロジウム、臭化ロジウム、ヨウ化ロジウム、硝酸ロジウム、硫酸ロジウム、酢酸ロジウム、蟻酸ロジウム、プロピオン酸ロジウム、酪酸ロジウム、吉草酸ロジウム、ナフテン酸ロジウム、アセチルアセトン酸ロジウム、酸化ロジウム、三水酸化ロジウムなどが挙げられる。
【0040】
本発明において、水素化触媒は、溶液系水素化およびラテックス系水素化ともに、触媒成分を担体に担持して反応系へ投入する担持型触媒として使用する。
【0041】
担持型触媒の担体は、一般的に金属触媒の担体として用いられているものであればよいが、後述する触媒回収工程において、前記白金族元素含有触媒の錯化物を吸着し得るものである必要がある。具体的には、一般的に吸着剤として使用されている活性炭;ケイ素、アルミニウム及びマグネシウムなどを含有する無機化合物が好ましく、その中でも、前記触媒の吸着効率を上げるために、担体の特性として、平均粒子径が10nm〜100nm、比表面積が200〜2000m/gであるものを使用するのが好ましい。
このような担体は、活性炭、活性白土、タルク、クレー、アルミナゲル、シリカゲル、けいそう土、合成ゼオライトなど公知の触媒用担体の中から適宜に選択する。担体への触媒成分の担持方法としては、例えば含浸法、コーティング法、噴霧法、沈殿法などが挙げられる。触媒成分の担持量は、触媒と担体との合計量に対する触媒成分の割合で通常0.5〜80重量%、好ましくは1〜50重量%、より好ましくは2〜30重量%である。触媒成分を担持した担体は、反応器の種類や反応形式などに応じて、例えば球状、円柱状、多角柱状、ハニカム状などに成形することができる。担持型触媒は、溶液系水素化またはラテックス系の反応系へそのまま添加すればよい。
【0042】
水素化反応の温度は、通常0〜200℃、好ましくは5〜150℃、より好ましくは10〜100℃である。反応温度を過度に高くすると、ニトリル基の水素化のような副反応が起こる場合があるので望ましくない。また、反応温度を過度に低くすると、反応速度が低下して実用的ではない。
【0043】
水素の圧力は、通常、0.1〜20MPaであり、好ましくは0.1〜15MPa、より好ましくは0.1〜10MPaである。反応時間は特に限定されないが、通常30分〜50時間である。なお、水素ガスは、先ず窒素などの不活性ガスで反応系を置換し、さらに水素で置換した後に加圧することが好ましい。
【0044】
工程(A)の溶液系およびラテックス系の水素化反応は、塩基性条件下で行うことにより反応効率が向上し、水素化触媒の使用量を低減できる。該反応を塩基性条件下で行う方法は特に限定されず、溶液系水素化およびラテックス系水素化の反応系それぞれに応じて、適宜選択することができる。
【0045】
例えば、溶液系水素化においては、水素化反応に供される共役ジエン系重合体ゴム(原料)を調製する段階で、該重合体を塩基性水溶液と接触させておく方法;水素化反応開始後に反応系へ塩基性化合物を添加する方法;などが挙げられる。該水素化反応液のpHは、好ましくは7.2〜13、より好ましくは7.5〜12.5、さらに好ましくは8.0〜12の範囲である。
【0046】
また、ラテックス系水素化においては、その反応系へ塩基性化合物を直接添加して、pH測定器で測定される水素化反応液(ラテックス)のpHを7超にする。その方法や時期としては、触媒を水素化反応液へ加える前に予めラテックス中に塩基性化合物を添加しておく方法;水素化反応開始後に塩基性化合物を添加する方法;などが挙げられる。
【0047】
水素化反応液や触媒溶液を塩基性にするための塩基性化合物は特に限定されず、例えば、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、アンモニア、アンモニウム塩化合物、有機アミン化合物などが挙げられる。好ましくは、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物である。
【0048】
アルカリ金属化合物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水酸化物;炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの炭酸塩化合物;炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどの炭酸水素塩化合物;酸化リチウム、酸化カリウム、酸化ナトリウムなどの酸化物;酢酸カリウム、酢酸ナトリウムなどの有機酸塩化合物;リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウム−t−ブトキシドなどのアルコキシド類;ナトリウムフェノキシド、カリウムフェノキシドなどのフェノキシド類;などが挙げられる。好ましくはアルカリ金属の水酸化物、炭酸塩化合物、炭酸水素塩化合物であり、より好ましくは水酸化物である。
【0049】
アルカリ土類金属化合物としては、例えば、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸塩化合物、炭酸水素塩化合物、酸化物、有機酸塩化合物、アルコキシド類、フェノキシド類などが挙げられる。好ましくは水酸化物、炭酸塩化合物、炭酸水素塩化合物であり、より好ましくは水酸化物である。
【0050】
アンモニウム塩化合物としては、例えば、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムなどが挙げられる。有機アミン化合物としては、脂肪族、脂環族及び芳香族のモノ及びポリアミノ化合物が挙げられ、例えば、トリエチルアミン、エタノールアミン、モルホリン、N−メチルモルホリン、ピリジン、ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、キシリレンジアミンなどが例示される。
【0051】
これらの塩基性化合物はそのまま用いても、水またはアルコール、ケトンなどの有機溶媒で希釈したり、溶解したりして使用することもできる。塩基性化合物は単独で使用しても2種以上を併用してもよく、その使用量は水素化反応液や触媒溶液が塩基性を呈するように適宜選択すればよい。
【0052】
本発明に係る製造方法の大きな特徴は、前述した反応工程(A)の後処理法として、反応混合物に含まれている触媒(触媒残渣)を錯化剤で処理する錯化処理工程(B)を設けることである。
【0053】
工程(B)に用いられる錯化剤は、白金族元素含有触媒の錯化能を有するものであれば特に限定されず、溶液系水素化およびラテックス系水素化の反応系それぞれに応じて適宜選択することができる。錯化処理法も特に限定されず、所定量の錯化剤をそのまま、または有機溶媒もしくは水の溶液として反応混合物へ添加し、攪拌することにより行うことができる。
【0054】
錯化剤としては、例えばアンモニア;酢酸アンモニウム、安息香酸アンモニウム、硫酸アンモニウムなどの有機酸または無機酸のアンモニウム塩;などが挙げられる。好ましくはアンモニア、酢酸アンモニウムであり、より好ましくはアンモニアである。
【0055】
錯化剤の使用量は、工程(A)の水素化反応に使用した触媒に含まれる白金族元素に対し、通常1〜50倍モル、好ましくは2〜30倍モルである。錯化処理時間は、通常10分〜20時間、好ましくは30分〜10時間であり、錯化処理温度は通常0〜100℃である。
【0056】
本発明の製造方法では、前述の錯化処理工程(B)に続いて、触媒回収工程(C)を設ける。すなわち、工程(B)で錯化処理されて、反応混合物中に存在する、担体から脱離した白金族元素含有触媒の錯化物を担体に再担持させることにより、これを反応混合物から回収する。再担持は、反応混合物を例えば攪拌、混合することにより前記錯化物を担体に接触させて行う。具体的には、接触温度が好ましくは40〜90℃、接触時間が10分〜10時間である。
なお、錯化処理工程(B)において、触媒が錯化剤により錯化された後に、反応混合物の温度を変えることなく、そのまま反応混合物を攪拌、混合をすることにより、錯化物を担体に再担持させることもできる。
【0057】
触媒回収工程(C)は、脱離触媒の錯化物を再担持させ、その担体を反応混合物から分離回収する工程である。錯化物を再担持させた担体には、脱離しなかった触媒も担持されているので、該担体を回収することにより、脱離触媒及び脱離せずに担体上に留まっていた触媒のいずれも併せて回収することができる。
【0058】
錯化物を再担持させた担体の回収方法は特に限定されず、溶液系水素化およびラテックス系水素化の反応系それぞれに応じて、公知の固液分離方法を採用することができる。すなわち、ろ過や遠心分離などの分離操作をそのまま適用することで、反応混合物から担持を容易に分離回収することができる。
【0059】
本発明の製造方法においては、前述のような工程(B)、(C)を採用することにより、担体から脱離した触媒の回収のために再度吸着剤等を加えて回収操作を行う必要はほとんどなく、工程(A)に用いた白金族元素含有触媒のほぼ全量を、一度の操作で効率よく分離、回収することができる。
【0060】
なお、本発明の触媒回収方法においては、工程(B)の錯化処理を行う前に反応混合物の酸化処理を行うことが好ましい。水素化反応終了後、担体から脱離して系内にある白金族元素含有触媒は、水素化重合体中などに還元状態で存在するため、反応混合物を酸化剤と接触させて酸化処理することにより、水素化重合体から分離しやすくなる。そのように酸化処理した反応混合物を錯化処理することにより、白金族元素含有触媒は、担体にさらに再吸着しやすくなる。
【0061】
酸化剤は触媒酸化能を有するものであれば、特に限定されず、溶液系水素化およびラテックス系水素化の反応系それぞれに応じて、適宜選択することができる。
【0062】
溶液系水素化の場合の酸化剤としては、ヨウ素;塩化第二鉄(FeCl)などのハロゲン化鉄;過酸化水素、過酢酸、過安息香酸などの過酸化物;などが挙げられ、好ましくは塩化第二鉄、ヨウ素、より好ましくは塩化第二鉄である。また、ラテックス系水素化の場合の酸化剤としては、例えば、空気(酸素);過酸化水素、過酢酸、過安息香酸などの過酸化物;などが挙げられ、好ましくは空気、過酸化水素、より好ましくは過酸化水素である。
【0063】
これらの酸化剤の使用量は特に限定されず、水素化反応に使用した触媒に含まれる白金族元素に対して1〜100倍モル、好ましくは3〜50倍モルである。接触温度は、通常0〜100℃、好ましくは50〜95℃、より好ましくは70〜90℃である。接触時間は、通常10分〜20時間、好ましくは30分〜10時間である。
【0064】
触媒と酸化剤との接触方法は、酸化剤の種類により一様ではないが、溶液系水素化およびラテックス系水素化の反応系それぞれに応じて、適宜選択することができる。例えば、溶液系水素化の工程に塩化第二鉄、ヨウ素、過酸化水素などの酸化剤を適用する場合、それらの所定量を反応混合物へ加えて攪拌すればよい。また、ラテックス系水素化の工程の酸化剤として空気を用いる場合、開放状態にある反応混合物中へ空気を連続的に吹き込む方法;開放または密閉状態にある反応混合物容器の気体部雰囲気を空気にして、反応混合物を攪拌する方法;などが挙げられる。過酸化水素を使用する場合は、反応混合物へ添加して攪拌すればよい。
【0065】
溶液系水素化においては、工程(C)で触媒を担持した担体を分離した後、公知の方法により有機溶媒を留去して、水素化共役ジエン系重合体を得ることができる。
【0066】
ラテックス系水素化においては、水素化触媒をほとんど除去できた水素化共役ジエン系重合体ラテックスが得られるので、そのままラテックス製品とすることができる。ラテックス中の白金族元素の含有量(重合体当り)は、通常300ppm以下、好ましくは100ppm以下である。また、該重合体ラテックスを公知の方法で凝固・乾燥することにより、水素化触媒がほとんど除去された水素化共役ジエン系重合体ゴムを得ることができる。
【0067】
本発明の製造方法により得られる水素化共役ジエン系重合体の水素化率(反応前の重合体中に存在した炭素−炭素二重結合の総計に対する水素化された炭素−炭素二重結合の割合)は1〜100%の範囲で任意に制御することができる。ヨウ素価で表される水素化率は、好ましくは120以下である。かかる水素化共役ジエン系重合体は、水素化触媒の残留量が少ないため、接触する材料を変質等させることがなく、透明性にも優れていて着色製品も容易に得られ、広範囲の工業的用途において使用することができる。
【0068】
【実施例】
以下に実施例および比較例を挙げて、本発明についてさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。また、これらの例における部および%は、特に断りのない限り重量基準である。
【0069】
水素化触媒の回収後、分離した水素化共役ジエン重合体ゴム中のパラジウム量は、該水素化重合体ゴムの一部を600℃で炭化/灰化後、硫酸に溶解して、原子吸光分析法により測定した。
【0070】
実施例1
オートクレーブに、オレイン酸カリウム2部、イオン交換水180部、アクリロニトリル37部、t−ドデシルメルカプタン0.5部を順次仕込んだ。反応器内部を窒素で置換した後、ブタジエン63部を封入した。反応器を10℃に冷却して、クメンハイドロパーオキサイド0.01部、硫酸第一鉄0.01部を添加した。次に反応器を10℃に保ったまま内容物を16時間攪拌した。その後、反応器内へ10%のハイドロキノン水溶液を添加して重合停止させアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(NBR)を得た。重合反応液から未反応の単量体を除去しラテックスを得た。重合転化率は90%であった。
【0071】
塩化カルシウム(凝固剤)3部を溶解した凝固水300部を50℃で攪拌しながら、上記ラテックスを凝固水へ滴下した。そこへ水酸化カリウム水溶液を加えてpHを11.5に保ちながら重合体クラムを析出させた。凝固水からクラムを分取して水洗後、50℃で減圧乾燥した。このクラムをアセトンに溶解して15%重合体溶液を調製した。そのアセトン溶液800部(固形分120部)にカーボン担持型パラジウム(Pd)触媒(Pd担持率2%、Pd量はPd金属/前記NBRの比で500ppm、平均粒子径10nm、カーボンの比表面積800m/g)を加えて、攪拌機付オートクレーブに投入し、窒素ガスを10分間流して溶存酸素を除去した。系内を2回水素ガスで置換後、5MPaの水素を加圧した。内容物を50℃に加温し6時間攪拌して水素化反応を行った。
【0072】
水素化反応終了後、室温に冷却し系内の水素を窒素で置換した。この反応混合物へ塩化第二鉄1.84部を加え30℃で3時間攪拌(酸化処理)した。次にアンモニア水16部を添加し80℃で5時間攪拌して錯化処理した。生成した錯化物は直ちに担体に再担持されたので、この担体をろ過により反応混合物から回収した。得られたろ液を10倍量の水中に投入して析出したゴムを取り出した。それを真空乾燥機で24時間乾燥して水素化NBRを得た。この水素化NBR中のパラジウム量は50ppmであり、担体から脱離して水素化反応に使用されたパラジウム量(水素化NBRに対して200ppm)に対する回収率は75%であった。
【0073】
実施例2
パラジウムカーボンに代えてシリカ担持型Pd触媒(Pd担持率2%、Pd量はPd金属/前記NBRの比で500ppm、平均粒子径17nm、シリカ比表面積260m/g)を用いたこと以外は実施例1と同様に操作を行い水素化NBRを得た。この水素化NBR中のパラジウム量は60ppmであり、担体から脱離して水素化反応に使用されたパラジウム量(水素化NBRに対して200ppm)に対する回収率は70%であった。
【0074】
比較例2
実施例1と同様にして、NBRの調製(重合転化率:90%)、そのアセトン溶液の調製、水素化反応を順次行った。実施例1で使用した塩化第二鉄を添加することなく、反応混合物を30℃で3時間攪拌した。次に実施例2で使用したアンモニア水を添加することなく、水16部を加えて80℃で5時間攪拌した。以降、実施例1と同様に処理を行い水素化NBRを得た。この水素化NBR中のパラジウム量は190ppmであり、担体から脱離して水素化反応に使用されたパラジウム量(水素化NBR対して200ppm)に対する回収率は5%に過ぎなかった。
【0075】
上記の実施例および比較例より明らかなように、水素化反応終了後の後処理法として錯化処理を行わない場合(比較例1)には、得られた水素化NBR中のパラジウム含有量が大きく異なることが分かる。これに対し、錯化処理を施すことにより、水素化反応に使用した触媒が担体に再吸着して反応混合物から効率よく分離できることが確認された(実施例1及び実施例2)。
【0076】
【発明の効果】
本発明の触媒回収方法によると、担体から脱離して重合体溶液中に存在していた白金族元素含有触媒が担体に再担持し、一度の分離処理により効率よく白金族元素含有触媒を回収できる。また、白金族元素含有触媒を容易に回収して再使用できるので、たとえ多量の触媒を用いても経済性に問題はなく、各種の水素化物とりわけ水素化共役ジエン系重合体を工業的に有利に製造できるという効果を奏する。また、本発明の水素化共役ジエン系重合体の製造方法を適用して得られる水素化重合体は残存触媒量が少ないので、ラテックス製品やゴム製品の品質面への悪影響がない。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for recovering a catalyst containing a platinum group element contained in a hydrogenation reaction mixture and a method for producing a hydrogenated conjugated diene-based polymer.
[0002]
[Prior art]
In the chemical industry that manufactures pharmaceuticals, agrochemicals, petrochemicals, and polymers, a hydrogenation reaction that hydrogenates carbon-carbon unsaturated bonds or carbon-nitrogen unsaturated bonds contained in various compounds and converts them into the corresponding saturated bonds is performed. Widely used.
[0003]
For example, in the field of polymers, a method for selectively or partially hydrogenating a carbon-carbon double bond of a conjugated diene-based polymer is known as a useful means for modifying the polymer, and hydrogenated acrylonitrile-butadiene is known. Hydrogenated conjugated diene-based polymers such as copolymers are produced on an industrial scale.
[0004]
As a typical process for producing such a hydrogenated conjugated diene-based polymer, (1) a step of emulsion-polymerizing a monomer containing a conjugated diene and coagulating and drying the obtained latex to prepare a raw material polymer (2) a step of dissolving the raw material polymer in an organic solvent (hydrogenation reaction solvent), and hydrogenating using a supported catalyst in which a platinum group element-containing catalyst is supported on a carrier insoluble in the organic solvent; 3) a step of separating the carrier supporting the catalyst from the hydrogenation reaction mixture and recovering the target hydrogenated polymer from an organic solvent.
[0005]
The supported catalyst used in the above process is a catalyst in which a platinum group element-containing catalyst is supported on a carrier insoluble in an organic solvent to be used for the purpose of recovering an expensive platinum group element catalyst after the hydrogenation reaction. However, in spite of the fact that the catalyst containing the platinum group element was added in the form of being supported on the carrier, a considerable amount of the catalyst containing the platinum group element was desorbed from the carrier in the reaction mixture after the hydrogenation reaction. It is present in solution, especially near the polymer. Therefore, it is not possible to recover a considerable amount of the platinum group element-containing catalyst only by separating the carrier supporting the catalyst, and after separating and recovering the carrier supporting the catalyst, a large amount of adsorbent is added to the carrier to separate the catalyst. At present, the operation of recovering the remaining catalyst is performed.
[0006]
Also, a process of directly hydrogenating a conjugated diene-based polymer in a latex state obtained by emulsion polymerization without going through a process such as latex coagulation → redissolution has been studied (for example, US Pat. No. 3,898). , 208, JP-A-2-178305, etc.). In this case, the same problem as described above occurs when a supported catalyst is used. When a supported catalyst is used in a hydrogenation reaction in a latex state containing an aqueous medium, the catalytic activity is not sufficiently satisfactory, and a large amount of a platinum group element-containing catalyst is required.
[0007]
Thus, after the hydrogenation reaction, after separating and recovering the supported catalyst, in order to recover the platinum group element-containing catalyst remaining in the polymer solution or the latex by desorbing from the carrier, a further large amount is used. Performing a recovery operation by adding an adsorbent is not preferable in terms of equipment and processing cost, and improvement has been desired.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to produce a hydride widely used in various fields of the chemical industry, particularly, in the post-treatment stage of the hydrogenation reaction, a platinum group element used in the form of a supported catalyst. It is an object of the present invention to provide a method for efficiently separating and recovering a catalyst from a reaction mixture.
[0009]
Another object of the present invention is to produce a hydrogenated conjugated diene-based polymer by efficiently converting the platinum group element-containing catalyst used in the hydrogenation reaction of the raw material polymer from a reaction mixture containing an organic solvent or an aqueous medium. An object of the present invention is to provide a process for producing a hydrogenated conjugated diene-based polymer which can be separated and recovered well and is industrially advantageous.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have proposed a reaction system for producing a hydrogenated conjugated diene-based polymer by using a platinum group element-containing catalyst supported on a carrier in the form of an organic solvent solution. With a focus on the post-treatment method after the completion of the reaction, the present inventors have conducted intensive studies. As a result, they have found that when a complexing agent is added to the reaction mixture to perform a complexing treatment, the platinum group element-containing catalyst that has been desorbed from the support is re-supported on the support and the platinum group element-containing catalyst can be efficiently recovered.
[0011]
In addition, the improvement in the post-treatment method of the hydrogenation reaction as described above is applicable not only to (1) production of a hydrogenated polymer but also to hydrogenation reactions in various fields; Since the used platinum group element-containing catalyst can be easily recovered and reused, even if a large amount of catalyst is used, there is no problem in economy, and the production of various hydrides, especially the production of hydrogenated conjugated diene-based polymers, is industrial. (3) the amount of residual catalyst in the obtained hydride is small, so that there is little adverse effect on the quality of products containing the hydride; The present invention has been completed.
[0012]
Thus, according to the present invention, a complexing agent is added to a reaction mixture of a hydrogenation reaction performed in the presence of a platinum group element-containing catalyst supported on a carrier, and a complexing agent is contained in the reaction mixture. A catalyst recovery method is provided, which comprises complexing the desorbed platinum group element-containing catalyst, re-supporting the resulting complex on a carrier, and recovering the carrier from the reaction mixture. In the catalyst recovery method of the present invention, the reaction mixture is preferably oxidized before adding the complexing agent, and the platinum group element is preferably palladium.
[0013]
Also, according to the present invention, a hydrogenation reaction step (A) of hydrogenating a conjugated diene polymer in the presence of a platinum group element-containing catalyst supported on a support; a platinum group element-containing catalyst desorbed from the support Complexation step (B) in which a complex is added to the reaction mixture by adding a complexing agent to the reaction mixture; a catalyst in which a complex of a platinum group element-containing catalyst is re-supported on the carrier, and the carrier is recovered from the reaction mixture A method for producing a hydrogenated conjugated diene-based polymer comprising a recovery step (C);
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the catalyst recovery method and the method for producing a hydrogenated conjugated diene-based polymer of the present invention will be described in detail.
[0015]
The catalyst recovery method of the present invention, the pharmaceutical, agricultural chemicals, industrial chemicals, petroleum, petrochemicals, polymer products, oils and fats products, edible oils, lubricants, in the field of manufacturing such as fragrance, supported platinum group element containing catalyst on a carrier The present invention can be widely applied to the case where a hydrogenation reaction is carried out in a form, and the catalyst used in the reaction can be efficiently recovered from the reaction mixture.
[0016]
The hydrogenation reaction mixture to which the present method can be applied is not particularly limited as long as it is a reaction mixture obtained by performing a hydrogenation reaction in the presence of a platinum group element-containing catalyst supported on a carrier. Such hydrogenation reactions include, for example, hydrogenation of acetylene to ethylene, hydrogenation of 3-hexyn-1-ol to cis-3-hexen-1-ol, and the like. Hydrogenation reaction to carbon double bond; hydrogenation of gasoline (improvement of gasoline quality), production of isooctane from diisobutylene, production of saturated glyceride from unsaturated glyceride, hydrogenation of conjugated diene polymer to conjugated diene polymer Reaction of a carbon-carbon double bond to a saturated bond typified by the production of phenol; hydrogenation reaction of a carbonyl group for producing a corresponding alcohol from cyclopentanone or cyclohexanone; nitrile group or azomethine group (Schiff base) A hydrogenation reaction of converting to an amino group.
[0017]
The catalyst recovery method of the present invention performs the above various hydrogenation reactions in the presence of a platinum group element-containing catalyst supported on a carrier, adds a complexing agent to the obtained reaction mixture, The catalyst is characterized in that the contained platinum group element-containing catalyst desorbed from the carrier is complexed, the resulting complex is re-supported on the carrier, and the carrier is recovered from the reaction mixture.
In the hydrogenation reaction, a part of the platinum group element-containing catalyst supported on the carrier is detached from the carrier and is present in the reaction mixture. When a complexing agent is added to the reaction mixture, a complex of the platinum group element-containing catalyst desorbed from the carrier is generated. Since the complex is easily supported on the carrier again, the complex is re-supported on the carrier supporting the platinum group element-containing catalyst which has not been desorbed.
The carrier on which the complex is re-supported can be easily recovered from the reaction mixture.Therefore, the complex of the platinum group element catalyst, the complex remaining on the carrier without being desorbed, and the catalyst from the reaction mixture are also collected. It can be recovered together with the carrier.
[0018]
The catalyst count method of the present invention can be particularly preferably applied to a method for producing a hydrogenated conjugated diene-based polymer among the various hydrogenation reactions described above. The hydrogenated conjugated diene-based polymer to which the catalyst recovery method of the present invention can be preferably applied is a conjugated diene monomer typified by butadiene or isoprene, and a monomer copolymerizable therewith. It is a polymer obtained by hydrogenating a carbon-carbon double bond of the obtained polymer. Examples of the monomer copolymerizable with the conjugated diene monomer include α, β-ethylenically unsaturated monomers such as acrylonitrile and acrylate.
[0019]
Hereinafter, specific embodiments of the method for producing a hydrogenated conjugated diene-based polymer to which the catalyst recovery method of the present invention is applied will be described, in which a complexing method, a re-supporting method, and a recovery method of the catalyst recovery method of the present invention are described. Will be described in detail.
[0020]
The method for producing a hydrogenated conjugated diene polymer to which the catalyst recovery method of the present invention is applied (the second invention) is a method for producing a hydrogenated conjugated diene polymer in the presence of a platinum group element-containing catalyst supported on a carrier. Hydrogenation reaction step (A); complexing treatment step (B) of complexing the platinum group element-containing catalyst desorbed from the carrier by adding a complexing agent to the reaction mixture (B); platinum group element-containing catalyst A catalyst recovery step (C) of re-supporting the complex on the carrier and recovering the carrier from the reaction mixture.
[0021]
The hydrogenation reaction step (A), the complexation treatment step (B), and the catalyst recovery step (C) are usually performed in this order, but the formation of the complex in the step (B) and the step (B) The reloading of the complex on the carrier in the step C) means that the generation → reloading may occur in a short time. Other processing steps can be added between the steps as desired. Further, the catalyst recovered in the step (C) can be subjected to purification or regeneration treatment as required, and then can be supplied to the step (A) again.
[0022]
The hydrogenation in the hydrogenation reaction step (A) means that at least a part of the carbon-carbon double bond contained in the conjugated diene polymer is hydrogenated to be converted into a saturated bond. The conjugated diene-based polymer to which this step (A) is applied is obtained by adding at least one kind of conjugated diene monomer or at least one kind of monomer copolymerizable with the conjugated diene monomer. It is produced by a conventionally known emulsion polymerization method or solution polymerization method, preferably by an emulsion polymerization method.
[0023]
The conjugated diene monomer is not particularly limited as long as it is a polymerizable monomer having a conjugated diene structure. For example, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene), 2,2 Examples include 3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, and 1,3-pentadiene. Among these, 1,3-butadiene and 2-methyl-1,3-butadiene are preferred, and 1,3-butadiene is more preferred.
[0024]
Examples of monomers copolymerizable with the conjugated diene monomer include α, β-ethylenically unsaturated nitrile monomers such as acrylonitrile, methacrylonitrile, and crotonitrile; acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid Α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acids, such as, fumaric acid, maleic acid, and itaconic acid; α, β-ethylenic acids, such as methyl acrylate, n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, trifluoroethyl acrylate, and methyl methacrylate Unsaturated carboxylic acid esters; α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acid amides such as acrylamide and methacrylamide; vinyl aromatic compounds such as styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene and divinylbenzene; vinyl acetate and vinyl propionate Vinyl esthetic ; Vinylether compounds such as fluoroethyl vinyl ether; and the like.
[0025]
Among these monomers copolymerizable with the conjugated diene monomer, monomers having an electron-withdrawing functional group are preferable from the viewpoint that the hydrogenation reaction in step (A) easily proceeds, and α, β -Ethylenically unsaturated nitrile monomers, especially acrylonitrile, are preferably used.
[0026]
Specific examples of the conjugated diene polymer applied to the hydrogenation in the step (A) include a butadiene polymer, an isoprene polymer, a butadiene-styrene copolymer, an acrylonitrile-butadiene copolymer, and an acrylonitrile-isoprene copolymer. , Acrylonitrile-butadiene-isoprene copolymer, methacrylonitrile-butadiene copolymer, methacrylonitrile-isoprene copolymer, methacrylonitrile-butadiene-isoprene copolymer, acrylonitrile-methacrylonitrile-butadiene copolymer, acrylonitrile- Examples thereof include a methyl acrylate copolymer and an acrylonitrile-butadiene-acrylic acid copolymer.
[0027]
Among the conjugated diene polymers, from the viewpoint of practicality and versatility as a raw material for producing a hydrogenated copolymer, an acrylonitrile-butadiene copolymer and a methacrylonitrile-butadiene copolymer are preferable, and a butadiene-acrylonitrile copolymer is preferable. Polymers are more preferred.
[0028]
The monomer composition ratio in the conjugated diene polymer is not particularly limited, but is 5 to 100% by weight of a conjugated diene monomer and 95 to 0% by weight of a monomer copolymerizable therewith, and is preferably a conjugated diene monomer. 10 to 90% by weight of a monomer and 90 to 10% by weight of a monomer copolymerizable therewith. The weight average molecular weight (gel permeation chromatography, standard polystyrene conversion) is not particularly limited, but is usually 5,000 to 500,000.
[0029]
An emulsion polymerization method suitable as a method for preparing a conjugated diene polymer (raw material) is generally carried out in an aqueous medium using a radical polymerization initiator, and any known polymerization initiator or molecular weight regulator may be used. Just fine. The polymerization reaction may be any of a batch system, a semi-batch system, and a continuous system, and the polymerization temperature and pressure are not particularly limited. The emulsifier to be used is not particularly limited, and an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, a nonionic surfactant and the like can be used, and an anionic surfactant is preferable. These emulsifiers may be used alone or in combination of two or more. The amount used is not particularly limited.
[0030]
The solid content concentration of the conjugated diene polymer latex obtained by emulsion polymerization is not particularly limited, but is usually 2 to 70% by weight, preferably 5 to 60% by weight. The solid content concentration can be appropriately adjusted by a known method such as a blending method, a dilution method, and a concentration method.
[0031]
When the hydrogenation reaction in the step (A) is performed in a latex state (hereinafter, also referred to as “latex-based hydrogenation”), the solid content of the latex is adjusted to a range of 10 to 50% by weight from the viewpoint of reaction efficiency. Is more preferable.
[0032]
In the hydrogenation reaction of the step (A), conventionally, from the viewpoint of catalytic activity and the like, a conjugated diene polymer rubber obtained by coagulating and drying a latex obtained by emulsion polymerization is mainly dissolved in an appropriate organic solvent. It has been performed in the state of a polymer solution (hereinafter, also referred to as “solution-based hydrogenation”).
[0033]
In this case, the coagulation and drying of the latex may be performed by a known method, but by providing a treatment step of bringing the crumb obtained by coagulation into contact with a basic aqueous solution, the obtained conjugated diene-based polymer rubber can be treated with tetrahydrofuran ( It is preferable that the pH of the polymer solution measured by dissolving in THF) is modified so as to exceed 7. The pH of the polymer solution measured in THF is preferably in the range of 7.2 to 12, more preferably 7.5 to 11.5, and most preferably 8 to 11. By the contact treatment between the crumb and the basic aqueous solution, solution-based hydrogenation can be promptly advanced.
[0034]
The solution concentration of the conjugated diene polymer in the solution hydrogenation is 1 to 70% by weight, preferably 2 to 40% by weight. Examples of the organic solvent used for the solution hydrogenation include aliphatic hydrocarbons such as n-hexane, cyclohexane, and n-heptane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and chlorobenzene; acetone, methyl ethyl ketone, and diethyl. Ketones such as ketone, methyl isopropyl ketone, 2-pentanone, 3-pentanone, cyclopentanone and cyclohexanone; ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane and anisole; esters such as ethyl acetate; Among these organic solvents, ketones are preferably used.
[0035]
The catalyst used for the hydrogenation reaction in the step (A) is a hydrogenation catalyst containing a platinum group element (ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium or platinum). As the hydrogenation catalyst, a palladium compound and a rhodium compound are preferable from the viewpoint of catalytic activity and availability, and a palladium compound is more preferable. Further, two or more platinum group element compounds may be used in combination, but also in this case, it is preferable to use a palladium compound as a main catalyst component.
[0036]
As the palladium compound, usually, a palladium compound having a valency of II or IV is used, and its form is a salt or a complex salt.
[0037]
Examples of the palladium compound include palladium acetate, palladium cyanide, palladium fluoride, palladium chloride, palladium bromide, palladium iodide, palladium nitrate, palladium sulfate, palladium oxide, palladium hydroxide, dichloro (cyclooctadiene) palladium, Examples thereof include dichloro (norbornadiene) palladium, dichlorobis (triphenylphosphine) palladium, sodium tetrachloropalladate, ammonium hexachloropalladate, and potassium tetracyanopalladate.
[0038]
Among these palladium compounds, palladium acetate, palladium nitrate, palladium sulfate, palladium chloride, sodium tetrachloropalladate and ammonium hexachloropalladate are preferred, and palladium acetate, palladium nitrate and palladium chloride are more preferred.
[0039]
Examples of rhodium compounds include, for example, rhodium chloride, rhodium bromide, rhodium iodide, rhodium nitrate, rhodium sulfate, rhodium acetate, rhodium formate, rhodium propionate, rhodium butyrate, rhodium valerate, rhodium naphthenate, rhodium acetylacetonate, and oxidation. Rhodium, rhodium trihydroxide and the like can be mentioned.
[0040]
In the present invention, both the solution-based hydrogenation and the latex-based hydrogenation catalyst are used as a supported catalyst in which a catalyst component is supported on a carrier and charged into a reaction system.
[0041]
The carrier of the supported catalyst may be any carrier that is generally used as a carrier of the metal catalyst, but in the catalyst recovery step described below, the carrier must be capable of adsorbing the complex of the platinum group element-containing catalyst. There is. Specifically, activated carbon generally used as an adsorbent; inorganic compounds containing silicon, aluminum, magnesium and the like are preferable. Among them, in order to increase the adsorption efficiency of the catalyst, the average of the properties of the carrier is preferably It is preferable to use one having a particle diameter of 10 nm to 100 nm and a specific surface area of 200 to 2000 m 2 / g.
Such a carrier is appropriately selected from known catalyst carriers such as activated carbon, activated clay, talc, clay, alumina gel, silica gel, diatomaceous earth, and synthetic zeolite. Examples of the method for supporting the catalyst component on the carrier include an impregnation method, a coating method, a spray method, and a precipitation method. The supported amount of the catalyst component is usually 0.5 to 80% by weight, preferably 1 to 50% by weight, more preferably 2 to 30% by weight in terms of the ratio of the catalyst component to the total amount of the catalyst and the carrier. The carrier supporting the catalyst component can be formed into, for example, a spherical shape, a columnar shape, a polygonal columnar shape, a honeycomb shape, or the like, depending on the type of the reactor and the reaction type. The supported catalyst may be added as it is to a solution-based hydrogenation or latex-based reaction system.
[0042]
The temperature of the hydrogenation reaction is usually 0 to 200C, preferably 5 to 150C, more preferably 10 to 100C. An excessively high reaction temperature is not desirable because side reactions such as hydrogenation of a nitrile group may occur. On the other hand, if the reaction temperature is excessively low, the reaction rate decreases, which is not practical.
[0043]
The pressure of hydrogen is usually 0.1 to 20 MPa, preferably 0.1 to 15 MPa, and more preferably 0.1 to 10 MPa. The reaction time is not particularly limited, but is usually 30 minutes to 50 hours. Note that it is preferable to first pressurize the hydrogen gas after substituting the reaction system with an inert gas such as nitrogen and further substituting with hydrogen.
[0044]
The hydrogenation reaction of the solution system and the latex system in step (A) can be performed under basic conditions to improve the reaction efficiency and reduce the amount of the hydrogenation catalyst used. The method for carrying out the reaction under basic conditions is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the reaction system of the solution-based hydrogenation and the reaction system of the latex-based hydrogenation.
[0045]
For example, in solution-based hydrogenation, a method of keeping the polymer in contact with a basic aqueous solution at the stage of preparing a conjugated diene-based polymer rubber (raw material) to be subjected to a hydrogenation reaction; A method of adding a basic compound to the reaction system; The pH of the hydrogenation reaction solution is preferably 7.2 to 13, more preferably 7.5 to 12.5, and further preferably 8.0 to 12.
[0046]
In the latex-based hydrogenation, a basic compound is directly added to the reaction system so that the pH of the hydrogenation reaction solution (latex) measured by a pH meter becomes more than 7. Examples of the method and timing include a method of adding a basic compound to the latex before adding the catalyst to the hydrogenation reaction solution; a method of adding a basic compound after the start of the hydrogenation reaction; and the like.
[0047]
The basic compound for making the hydrogenation reaction solution or the catalyst solution basic is not particularly limited, and examples thereof include an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, ammonia, an ammonium salt compound, and an organic amine compound. Preferred are alkali metal compounds and alkaline earth metal compounds.
[0048]
Examples of the alkali metal compound include hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide; carbonate compounds such as lithium carbonate, sodium carbonate, and potassium carbonate; lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, and potassium hydrogen carbonate Oxides such as lithium oxide, potassium oxide and sodium oxide; organic acid salt compounds such as potassium acetate and sodium acetate; lithium methoxide, lithium ethoxide, sodium methoxide, sodium ethoxide and potassium alkoxides such as t-butoxide; phenoxides such as sodium phenoxide and potassium phenoxide; and the like. Preferred are hydroxides, carbonate compounds and bicarbonate compounds of alkali metals, more preferably hydroxides.
[0049]
Examples of the alkaline earth metal compound include, for example, hydroxides, carbonate compounds, bicarbonate compounds, oxides, organic acid salt compounds, alkoxides, and phenoxides of alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium, and barium. Is mentioned. Preferred are hydroxides, carbonate compounds and bicarbonate compounds, and more preferred are hydroxides.
[0050]
Examples of the ammonium salt compound include ammonium carbonate and ammonium hydrogen carbonate. Examples of the organic amine compound include aliphatic, alicyclic, and aromatic mono- and polyamino compounds, such as triethylamine, ethanolamine, morpholine, N-methylmorpholine, pyridine, hexamethylenediamine, dodecamethylenediamine, and xylylenediamine. Examples include amines.
[0051]
These basic compounds can be used as they are, or can be used after being diluted or dissolved with water or an organic solvent such as alcohol or ketone. The basic compounds may be used alone or in combination of two or more, and the amount used may be appropriately selected so that the hydrogenation reaction solution or the catalyst solution exhibits basicity.
[0052]
A major feature of the production method according to the present invention is that, as a post-treatment method of the above-mentioned reaction step (A), a complexation treatment step (B) of treating a catalyst (catalyst residue) contained in a reaction mixture with a complexing agent. Is provided.
[0053]
The complexing agent used in the step (B) is not particularly limited as long as it has a complexing ability of the platinum group element-containing catalyst, and is appropriately selected depending on the reaction system of the solution hydrogenation and the latex hydrogenation. can do. The complexing method is also not particularly limited, and the complexing can be carried out by adding a predetermined amount of a complexing agent as it is or as a solution of an organic solvent or water to the reaction mixture and stirring.
[0054]
Examples of the complexing agent include ammonia; ammonium salts of organic or inorganic acids such as ammonium acetate, ammonium benzoate, and ammonium sulfate; Preferred are ammonia and ammonium acetate, and more preferred is ammonia.
[0055]
The amount of the complexing agent to be used is generally 1 to 50 times, preferably 2 to 30 times, the mole of the platinum group element contained in the catalyst used in the hydrogenation reaction in step (A). The complexing time is usually 10 minutes to 20 hours, preferably 30 minutes to 10 hours, and the complexing temperature is usually 0 to 100 ° C.
[0056]
In the production method of the present invention, a catalyst recovery step (C) is provided subsequent to the above-described complexation step (B). That is, a complex of the platinum group element-containing catalyst which has been complexed in the step (B) and is present in the reaction mixture and desorbed from the carrier is re-supported on the carrier, and is recovered from the reaction mixture. The reloading is performed by bringing the complex into contact with the carrier by, for example, stirring and mixing the reaction mixture. Specifically, the contact temperature is preferably 40 to 90 ° C., and the contact time is 10 minutes to 10 hours.
In the complexing treatment step (B), after the catalyst has been complexed by the complexing agent, the complexed product is re-supported by stirring and mixing the reaction mixture without changing the temperature of the reaction mixture. It can also be carried.
[0057]
The catalyst recovery step (C) is a step of re-supporting the complex of the desorption catalyst and separating and recovering the carrier from the reaction mixture. Since the unremoved catalyst is also supported on the carrier on which the complex is re-supported, by recovering the carrier, both the desorbed catalyst and the catalyst remaining on the carrier without being removed are combined. Can be collected.
[0058]
The method of recovering the carrier on which the complex is re-supported is not particularly limited, and a known solid-liquid separation method can be employed depending on each of the reaction systems of the solution hydrogenation and the latex hydrogenation. That is, by directly applying a separation operation such as filtration or centrifugation, the carrier can be easily separated and recovered from the reaction mixture.
[0059]
In the production method of the present invention, by employing the steps (B) and (C) as described above, it is not necessary to add an adsorbent or the like again for the recovery of the catalyst desorbed from the support and perform the recovery operation. Almost all, almost all of the platinum group element-containing catalyst used in the step (A) can be efficiently separated and recovered by a single operation.
[0060]
In the catalyst recovery method of the present invention, it is preferable to perform an oxidation treatment on the reaction mixture before performing the complexation treatment in the step (B). After completion of the hydrogenation reaction, the catalyst containing the platinum group element that is desorbed from the carrier and is present in the system is present in a reduced state, such as in a hydrogenated polymer. , Easily separated from the hydrogenated polymer. By complexing the reaction mixture thus oxidized, the platinum group element-containing catalyst is more easily re-adsorbed to the carrier.
[0061]
The oxidizing agent is not particularly limited as long as it has catalytic oxidizing ability, and can be appropriately selected depending on the reaction system of solution-based hydrogenation and latex-based hydrogenation.
[0062]
Examples of the oxidizing agent in the case of the solution hydrogenation include iodine; iron halides such as ferric chloride (FeCl 3 ); and peroxides such as hydrogen peroxide, peracetic acid, and perbenzoic acid; and the like. Is ferric chloride, iodine, more preferably ferric chloride. Examples of the oxidizing agent in the case of latex hydrogenation include air (oxygen); peroxides such as hydrogen peroxide, peracetic acid, and perbenzoic acid; and the like. More preferred is hydrogen peroxide.
[0063]
The use amount of these oxidizing agents is not particularly limited, and is 1 to 100 moles, preferably 3 to 50 moles, based on the platinum group element contained in the catalyst used for the hydrogenation reaction. The contact temperature is usually 0 to 100 ° C, preferably 50 to 95 ° C, more preferably 70 to 90 ° C. The contact time is usually 10 minutes to 20 hours, preferably 30 minutes to 10 hours.
[0064]
The method of contacting the catalyst with the oxidizing agent is not uniform depending on the type of the oxidizing agent, but can be appropriately selected depending on the reaction system of the solution-based hydrogenation and the latex-based hydrogenation. For example, when applying an oxidizing agent such as ferric chloride, iodine, hydrogen peroxide or the like to the solution-based hydrogenation step, a predetermined amount thereof may be added to the reaction mixture and stirred. When air is used as the oxidizing agent in the latex-based hydrogenation step, a method of continuously blowing air into the reaction mixture in an open state; converting the gaseous atmosphere of the reaction mixture container in an open or closed state to air. And a method of stirring the reaction mixture. When hydrogen peroxide is used, it may be added to the reaction mixture and stirred.
[0065]
In the solution-based hydrogenation, after separating the carrier supporting the catalyst in the step (C), the organic solvent is distilled off by a known method to obtain a hydrogenated conjugated diene-based polymer.
[0066]
In the latex-based hydrogenation, a hydrogenated conjugated diene-based polymer latex from which the hydrogenation catalyst has been almost completely removed is obtained, so that it can be directly used as a latex product. The content of the platinum group element in the latex (per polymer) is usually 300 ppm or less, preferably 100 ppm or less. Further, by coagulating and drying the polymer latex by a known method, a hydrogenated conjugated diene-based polymer rubber from which a hydrogenation catalyst has been almost removed can be obtained.
[0067]
Hydrogenation rate of hydrogenated conjugated diene-based polymer obtained by the production method of the present invention (ratio of hydrogenated carbon-carbon double bond to total carbon-carbon double bond present in polymer before reaction) ) Can be arbitrarily controlled in the range of 1 to 100%. The hydrogenation rate represented by the iodine value is preferably 120 or less. Such a hydrogenated conjugated diene-based polymer has a small amount of a hydrogenation catalyst, and thus does not deteriorate the contacting material, is excellent in transparency, and can be easily obtained as a colored product. Can be used in applications.
[0068]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Parts and% in these examples are by weight unless otherwise specified.
[0069]
After recovery of the hydrogenation catalyst, the amount of palladium in the separated hydrogenated conjugated diene polymer rubber was determined by carbonizing / ashing a part of the hydrogenated polymer rubber at 600 ° C., dissolving it in sulfuric acid, and performing atomic absorption analysis. It was measured by the method.
[0070]
Example 1
An autoclave was charged sequentially with 2 parts of potassium oleate, 180 parts of ion-exchanged water, 37 parts of acrylonitrile, and 0.5 part of t-dodecyl mercaptan. After the inside of the reactor was replaced with nitrogen, 63 parts of butadiene were sealed. The reactor was cooled to 10 ° C., and 0.01 part of cumene hydroperoxide and 0.01 part of ferrous sulfate were added. The contents were then stirred for 16 hours while maintaining the reactor at 10 ° C. Thereafter, a 10% aqueous solution of hydroquinone was added to the reactor to terminate the polymerization, thereby obtaining an acrylonitrile-butadiene copolymer (NBR). Unreacted monomers were removed from the polymerization reaction solution to obtain a latex. The polymerization conversion was 90%.
[0071]
The latex was dropped into the coagulated water while stirring at 50 ° C. 300 parts of coagulated water in which 3 parts of calcium chloride (coagulant) had been dissolved. An aqueous solution of potassium hydroxide was added thereto to precipitate a polymer crumb while maintaining the pH at 11.5. The crumb was separated from the coagulated water, washed with water, and dried at 50 ° C. under reduced pressure. This crumb was dissolved in acetone to prepare a 15% polymer solution. A carbon-supported palladium (Pd) catalyst (Pd loading rate: 2%, Pd content: 500 ppm by Pd metal / NBR ratio, average particle diameter: 10 nm, specific surface area of carbon: 800 m) 2 / g), and the mixture was charged into an autoclave equipped with a stirrer, and nitrogen gas was flowed for 10 minutes to remove dissolved oxygen. After purging the system twice with hydrogen gas, 5 MPa of hydrogen was pressurized. The contents were heated to 50 ° C. and stirred for 6 hours to carry out a hydrogenation reaction.
[0072]
After the completion of the hydrogenation reaction, the system was cooled to room temperature and the hydrogen in the system was replaced with nitrogen. 1.84 parts of ferric chloride was added to the reaction mixture, and the mixture was stirred at 30 ° C. for 3 hours (oxidation treatment). Next, 16 parts of aqueous ammonia was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 5 hours to perform a complexing treatment. Since the formed complex was immediately re-supported on the carrier, the carrier was recovered from the reaction mixture by filtration. The obtained filtrate was put into 10 times the volume of water, and the precipitated rubber was taken out. It was dried in a vacuum drier for 24 hours to obtain hydrogenated NBR. The amount of palladium in this hydrogenated NBR was 50 ppm, and the recovery rate with respect to the amount of palladium desorbed from the carrier and used in the hydrogenation reaction (200 ppm with respect to hydrogenated NBR) was 75%.
[0073]
Example 2
The procedure was performed except that a silica-supported Pd catalyst (Pd loading rate: 2%, Pd amount: 500 ppm by Pd metal / NBR ratio, average particle diameter: 17 nm, silica specific surface area: 260 m 2 / g) was used instead of palladium carbon. The same operation as in Example 1 was performed to obtain hydrogenated NBR. The amount of palladium in this hydrogenated NBR was 60 ppm, and the recovery rate with respect to the amount of palladium desorbed from the carrier and used in the hydrogenation reaction (200 ppm with respect to hydrogenated NBR) was 70%.
[0074]
Comparative Example 2
In the same manner as in Example 1, preparation of NBR (polymerization conversion: 90%), preparation of an acetone solution thereof, and hydrogenation reaction were sequentially performed. The reaction mixture was stirred at 30 ° C. for 3 hours without adding the ferric chloride used in Example 1. Next, 16 parts of water was added without adding the aqueous ammonia used in Example 2, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 5 hours. Thereafter, the same treatment as in Example 1 was performed to obtain hydrogenated NBR. The amount of palladium in this hydrogenated NBR was 190 ppm, and the recovery from the amount of palladium desorbed from the support and used in the hydrogenation reaction (200 ppm relative to hydrogenated NBR) was only 5%.
[0075]
As is clear from the above Examples and Comparative Examples, when the complexing treatment is not performed as a post-treatment method after completion of the hydrogenation reaction (Comparative Example 1), the palladium content in the obtained hydrogenated NBR is reduced. It turns out that it is very different. On the other hand, it was confirmed that by performing the complexing treatment, the catalyst used for the hydrogenation reaction was re-adsorbed to the support and could be efficiently separated from the reaction mixture (Examples 1 and 2).
[0076]
【The invention's effect】
According to the catalyst recovery method of the present invention, the platinum-group-element-containing catalyst detached from the support and present in the polymer solution is re-loaded on the support, and the platinum-group-element-containing catalyst can be efficiently recovered by a single separation treatment. . Also, since the platinum group element-containing catalyst can be easily recovered and reused, there is no problem in economical efficiency even if a large amount of catalyst is used, and various hydrides, particularly hydrogenated conjugated diene-based polymers, are industrially advantageous. This has the effect of being able to be manufactured at a high speed. Further, the hydrogenated polymer obtained by applying the method for producing a hydrogenated conjugated diene-based polymer of the present invention has a small amount of residual catalyst, and therefore has no adverse effect on the quality of latex products and rubber products.

Claims (4)

担体に担持させた白金族元素含有触媒の存在下に行った水素化反応の反応混合物に錯化剤を添加して、前記反応混合物中に含有される、担体から脱離した白金族元素含有触媒を錯化し、得られた錯化物を担体に再担持させて、この担体を反応混合物から回収することを特徴とする触媒回収方法。A platinum group element-containing catalyst desorbed from a support, which is contained in the reaction mixture by adding a complexing agent to a reaction mixture of a hydrogenation reaction carried out in the presence of a platinum group element-containing catalyst supported on a support. And recovering the complex from the reaction mixture by re-supporting the complex on the carrier. 錯化剤を添加する前に反応混合物の酸化処理を行う請求項1記載の触媒回収方法。The catalyst recovery method according to claim 1, wherein the oxidation treatment of the reaction mixture is performed before adding the complexing agent. 白金族元素がパラジウムである請求項1又は2記載の触媒回収方法。3. The method according to claim 1, wherein the platinum group element is palladium. 担体に担持させた白金族元素含有触媒の存在下に共役ジエン系重合体を水素化する水素化反応工程(A);前記担体から脱離した白金族元素含有触媒を、反応混合物へ錯化剤を添加することにより錯化する錯化処理工程(B);白金族元素含有触媒の錯化物を前記担体に再担持させて、この担体を反応混合物から回収する触媒回収工程(C);を含む水素化共役ジエン系重合体の製造方法。A hydrogenation reaction step (A) of hydrogenating the conjugated diene-based polymer in the presence of a platinum group element-containing catalyst supported on a support; a complexing agent for converting the platinum group element-containing catalyst desorbed from the support into a reaction mixture (B); a catalyst recovery step (C) in which a complex of a platinum group element-containing catalyst is re-supported on the carrier and the carrier is recovered from the reaction mixture. A method for producing a hydrogenated conjugated diene polymer.
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