JP2004531626A - ポリ(アリーレンエーテル)の製造方法及び当該方法で製造したポリ(アリーレンエーテル) - Google Patents

ポリ(アリーレンエーテル)の製造方法及び当該方法で製造したポリ(アリーレンエーテル) Download PDF

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Abstract

ポリ(アリーレンエーテル)製造方法は、溶液中で一価フェノールを酸化重合し、溶剤の一部を除去して溶液を濃縮し曇り点Tcloudを有する濃縮液を生成し、濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含み、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度は約(Tcloud−10℃)以上である。本方法で、ポリ(アリーレンエーテル)生成物中の過度に微細な粒子の生成が抑制される。
【選択図】図1

Description

【背景技術】
【0001】
ポリ(アリーレンエーテル)樹脂は、耐熱性、剛性及び高い衝撃強さなどの特性が認められた熱可塑性樹脂として周知であり、汎用されている。ポリ(アリーレンエーテル)単独重合体及び共重合体を製造する方法は種々知られており、これらの材料は大抵の場合粉末として単離され、扱われる。
【0002】
Hayの米国特許第3306875号には、フェノール化合物を酸化してポリフェニレンエーテル及びジフェノキノンとすることが記載されている。製造されるポリ(アリーレンエーテル)には、2,6−ジメチルフェノールの単独重合体、2,6−ジメチルフェノールと2,6−ジエチルフェノールの共重合体などがある。ポリ(アリーレンエーテル)は、通例、重合反応混合物をメタノールのような反溶剤と混合し、得られる沈殿を濾過することによって単離されている。
【0003】
米光らの米国特許第4011200号には、50〜98モル%の2,6−ジメチルフェノール単量体単位及び50〜2モル%の2,3,6−トリメチルフェノール単量体単位を含有する共重合体が記載されている。ポリ(アリーレンエーテル)生成物は、通例沈殿及び濾過によって単離されている。
【0004】
Mendirattaらの米国特許第4603194号には、ポリ(アリーレンエーテル)などのポリマー樹脂を有機溶剤から単離する方法が記載されている。この方法では、溶液中のポリマー樹脂に凝集部位を与える特定の寸法の固体ポリマー粒子の水性スラリーの存在下で、有機溶剤を揮発させる。
【0005】
Mendirattaらの米国特許第4634761号には、ポリ(アリーレンエーテル)などのポリマー樹脂を有機溶剤から単離する連続法が記載されている。この方法では、水溶液中の有機溶剤を揮発させてポリマー顆粒を形成し、有機溶剤溶液の供給を止めることで顆粒の寸法を制御する。
【0006】
Baneviciusの米国特許第4906700号には、ポリ(アリーレンエーテル)重合に用いた芳香族炭化水素溶剤を連続的に蒸留、リサイクルすることによって、2,3,6−トリメチルアニソールなど、悪臭のあるポリ(アリーレンエーテル)副生物を低減する方法が記載されている。ここに記載されたポリ(アリーレンエーテル)製造方法には、予備濃縮工程が含まれている。
【0007】
Braatらの米国特許第6211327号には、クロロホルム中25℃で測定した固有粘度が約0.08〜0.16dl/gであるポリ(アリーレンエーテル)樹脂の製造方法が記載されている。ポリ(アリーレンエーテル)は、溶剤脱揮で直接単離されている。
【0008】
カワキらの欧州特許出願第153074号には、得られるポリ(アリーレンエーテル)に対する良溶剤1重量部と得られるポリ(アリーレンエーテル)に対する貧溶剤0.9〜1.1重量部からなる混合溶剤中で、第一銅塩及び第一又は第二アミンからなる触媒を用いてポリ(アリーレンエーテル)を製造する方法が記載されている。ポリ(アリーレンエーテル)は、重合中に沈殿するとされており、濾過及び洗浄で単離される。
【0009】
Campbellらの欧州特許出願公開第627466号には、ガラス転移温度が高いポリ(アリーレンエーテル)を含む不混和性ポリマーブレンドが記載されている。実施例1では、2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールのポリ(アリーレンエーテル)共重合体を製造し、この共重合体をアセトンによる逆沈殿及び濾過によって単離する。
【特許文献1】
米国特許第3306875号
【特許文献2】
米国特許第4011200号
【特許文献3】
米国特許第4603194号
【特許文献4】
米国特許第4634761号
【特許文献5】
米国特許第4906700号
【特許文献6】
米国特許第6211327号
【特許文献7】
欧州特許出願公開第153074号
【特許文献8】
欧州特許出願公開第627466号
【特許文献9】
米国特許第3306874号
【特許文献10】
米国特許第3838102号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上述の方法には収率及び生産性の高いものもあるが、これらの方法で得られるポリ(アリーレンエーテル)粉末は、本明細書で粒子径約38μm未満の固体粒子として定義される微粒子の含有量が高すぎる。微粒子の存在は濾過及び乾燥段階でのポリ(アリーレンエーテル)の損失につながるので、微粒子の量を低減するのが望ましい。他の方法では微粒子含有量の低い粉末を単離できるが、これらの方法は大規模な製造設備に簡単かつ経済的に適用することができない。微粒子含有量の低いポリ(アリーレンエーテル)粉末を生成する経済的なポリ(アリーレンエーテル)製造方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
従来技術の上記その他の欠点や不利益を軽減する、本発明のポリ(アリーレンエーテル)製造方法は、溶剤及び金属錯体触媒の存在下で酸素含有ガスを用いて一価フェノールを酸化カップリングしてポリ(アリーレンエーテル)樹脂を形成し、溶剤の一部を除去して曇り点Tcloudを有する濃縮液を生成し、濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含み、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度が約(Tcloud−10℃)以上である。
【0012】
別の実施形態では、ポリ(アリーレンエーテル)製造方法は、2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールを酸素含有ガスを用いて、トルエン及び銅錯体触媒の存在下で酸化カップリングしてポリ(アリーレンエーテル)共重合体樹脂を形成し、溶剤の一部を除去して曇り点Tcloudを有する濃縮液を生成し、濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含んでおり、反溶剤との混合直前の濃縮液は、次の不等式を満足する温度Tにある。
【0013】
【数1】
【0014】
式中、φsはポリマー濃度(重量%で表示)、IVはクロロホルム中25℃での共重合体の固有粘度(ml/gで表示)、TMPは共重合体の2,3,6−トリメチルフェノール含量(重量%で表示)である。
【0015】
この方法で製造されたポリ(アリーレンエーテル)樹脂を始めとするその他の実施形態については以降で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明の一実施形態によるポリ(アリーレンエーテル)製造方法は、溶剤及び金属錯体触媒の存在下で酸素含有ガスを用いて一価フェノールを酸化カップリングしてポリ(アリーレンエーテル)樹脂を形成し、溶剤の一部を除去して曇り点Tcloudを有する濃縮液を生成し、濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含んでおり、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度は約(Tcloud−10℃)以上である。
【0017】
ポリ(アリーレンエーテル)合成に用いる一価フェノールは特に限定されない。適当な一価フェノールとしては次式のものがある。
【0018】
【化1】
【0019】
式中、Q1は各々独立にハロゲン、C1−C7第一又は第二アルキル、フェニル、C1−C7ハロアルキル、C1−C7アミノアルキル、C1−C7炭化水素オキシ又はハロゲン原子と酸素原子との間に2以上の炭素原子が介在するC2−C7ハロ炭化水素オキシなどであり、Q2は各々独立に水素、ハロゲン、C1−C7第一又は第二アルキル、フェニル、C1−C7ハロアルキル、C1−C7炭化水素オキシ又はハロゲン原子と酸素原子との間に2以上の炭素原子が介在するC2−C7ハロ炭化水素オキシなどである。各Q1がアルキル又はフェニル、特にC1-4アルキルであり、各Q2が水素又はメチルであるのが好ましい。
【0020】
好ましい実施形態では、一価フェノールが2,6−ジメチルフェノール(以下DMP)及び2,3,6−トリメチルフェノール(以下TMP)を含有する。この実施形態では、DMP及びTMPは重量比で99:1〜1:99の範囲のどのような割合で使用してもよい。しかし、DMP:TMPを約1:1〜約20:1の重量比で使用するのが好ましい。
【0021】
一価フェノールの酸化カップリングは、酸素含有ガスを使用し、酸素含有ガスは代表的には酸素(O2)又は空気であり、酸素が好ましい。
【0022】
一価フェノールを溶剤及び金属錯体触媒の存在下で酸化カップリングする。適当な有機溶剤には、酸化反応を妨害したり酸化反応に介入したりしない限りで、脂肪族アルコール、ケトン、脂肪族及び芳香族炭化水素、クロロ炭化水素、ニトロ炭化水素、エーテル、エステル、アミド、混成エーテル−エステル、スルホキシドなど並びにこれらの有機溶剤の少なくとも1種を含む組合せがある。好ましい実施形態では、溶剤はC6−C18芳香族炭化水素、例えばトルエン、キシレンなど及びこれらの混合物を含む。溶剤としてはトルエンが特に好ましい。
【0023】
溶剤は、C6−C18芳香族炭化水素に加えて、ポリ(アリーレンエーテル)に対する貧溶剤であるC3−C8脂肪族アルコール、例えばn−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノールなど、並びにこれらC3−C8脂肪族アルコールの少なくとも1種を含む組合せを含有してもよい。C3−C8脂肪族アルコールとしてはn−ブタノールが好ましい。溶剤は、C6−C18芳香族炭化水素及びC3−C8脂肪族アルコールに加えて、さらに、ポリ(アリーレンエーテル)に対する反溶剤として作用するメタノール又はエタノールを含有してもよい。C6−C18芳香族炭化水素、C3−C8脂肪族アルコール及びメタノール又はエタノールはどのような割合で組み合わせてもよいが、溶剤が約50重量%以上のC6−C18芳香族炭化水素を含有するのが好ましい。
【0024】
金属錯体触媒は金属イオンを含有し得る。好ましい金属イオンは、周期律表のVIB、VIIB又はIB族の金属イオン及びこれらの組合せを含む。これらのうち、クロム、マンガン、コバルト、銅のイオン及びこれら金属イオンの少なくとも1種を含む組合せが好ましく、銅イオン(Cu+及びCu++)が特に好ましい。
【0025】
金属錯体触媒はさらに含窒素配位子を含有し得る。含窒素配位子には、例えばアルキレンジアミン配位子、第一モノアミン、第二モノアミン、第三モノアミン、アミノアルコール、オキシン、これらの含窒素配位子の少なくとも1種を含む組合せなどがある。
【0026】
適当なアルキレンジアミン配位子としては次式のものある。
【0027】
(Rb2N−Ra−N(Rb2
式中、Raは2又は3個の脂肪族炭素原子で2つのジアミン窒素原子の間に最短結合を形成する置換又は非置換二価残基であり、Rbは各々独立に水素又はC1−C8アルキルである。アルキレンジアミン配位子としては、Raがエチレン(−CH2CH2−)又はトリメチレン(−CH2CH2CH2−)であり、Rbが各々独立に水素、イソプロピル又は炭素原子数4〜8のα−第三アルキル基であるものが好ましい。アルキレンジアミン配位子としては、N,N′−ジ−t−ブチルエチレンジアミン及びN,N,N′,N′−テトラメチル−1,3−ジアミノプロパンが特に好ましい。
【0028】
適当な第一モノアミンには、C3−C12第一アルキルアミン、例えばn−プロピルアミン、i−プロピルアミン、n−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、t−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、これらの第一モノアミンの少なくとも1種を含む組合せなどがある。第一モノアミンとしてはn−ブチルアミンが特に好ましい。
【0029】
適当な第二モノアミンには、構造式:
(Rc)(Rd)NH
(式中、Rc及びRdは各々独立にC1−C11アルキル基であり、Rc及びRd中の合計炭素原子数は4〜12である)で表される第二モノアミンがある。第二モノアミンの具体例としては、ジ−n−プロピルアミン、n−プロピル−n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジ−t−ブチルアミン、n−ブチル−n−ペンチルアミン、ジ−n−ヘキシルアミンなどがあり、ジ−n−ブチルアミンが好ましい。
【0030】
適当な第三モノアミンには、構造式:
(Re)(Rf)(Rg)N
(式中、Re、Rf及びRgは各々独立にC1−C16アルキル基であり、Re、Rf及びRg中の合計炭素原子数は4〜18である)で表される第三モノアミンがある。第三モノアミンの具体例としては、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、ジメチル−n−ブチルアミン、ジメチル−n−ペンチルアミン、ジエチル−n−ブチルアミン、トリシクロヘキシルアミンなどがある。他に、環状第三アミン、例えばピリジン、α−コリジン、γ−ピコリンなどを使用できる。第三モノアミンとしてはジメチル−n−ブチルアミンが特に好ましい。そのほかの第一、第二及び第三アミンが、Hayの米国特許第3306874号及び同第3306875号に記載されている。
【0031】
適当なアミノアルコールには、1個の窒素原子及びアルコール酸素を有し、アミノ窒素とアルコール酸素との間に2以上の炭素原子が介在するC4−C12アミノアルコールがある。アミノアルコールの具体例としては、N,N−ジエチルエタノールアミン、4−ブタノールアミン、N−メチル−4−ブタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−フェニルエタノールアミンなど、並びにこれらのアミノアルコールの少なくとも1種を含む組合せがある。アミノアルコールとしてはトリエタノールアミン及びN−フェニル−エタノールアミンが特に好ましい。
【0032】
適当なオキシンには次式のものがある。
【0033】
【化2】
【0034】
式中、R1〜R6は各々独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、アミノ、C1−C6アルキル又はC1−C6アルコキシルである。オキシン化合物の具体例としては、オキシン、5−メチルオキシン、5−ヒドロキシオキシン、5−ニトロオキシン、5−アミノオキシン、2−メチルオキシンなど、並びにこれらのオキシンの少なくとも1種を含む組合せがある。オキシン化合物としてはオキシン及び5−メチルオキシンが特に好ましい。
【0035】
アルキレンジアミン配位子、第一モノアミン、第二モノアミン、アミノアルコール及びオキシンは、存在する場合、一価フェノール100モル当たり約0.01〜25モルの量使用すればよい。第三モノアミンは一価フェノール100モル当たり約0.1〜1500モルの量使用すればよい。当業者であれば、過度の実験を行うことなく上記範囲から適当な濃度を選択することができ、その選択した濃度は、触媒効率に影響する可能性のある他の反応成分又は生成物、例えば水の存在を反映するものであってもよい。金属錯体触媒(金属のモル数として測定)対フェノールのモル比は、約1:50〜約1:400が適当であり、約1:100〜約1:200が好ましい。
【0036】
金属錯体触媒は、所望に応じて、さらにハロゲンイオン、例えば塩素、臭素又はヨウ素イオンを含有することができる。使用する場合には、ハロゲンイオンを反応混合物にアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩の形態でフェノール系モノマー100モル当たり約0.1〜約150モルの濃度で供給すればよい。
【0037】
好ましい実施形態では、金属錯体触媒は銅イオン、第二アルキレンジアミン配位子、第二モノアミン及び第三モノアミンを含有する。特に好ましい実施形態では、金属錯体触媒は銅イオン、N,N′−ジ−t−ブチルエチレンジアミン、ジ−n−ブチルアミン及びジメチル−n−ブチルアミンを含有する。
【0038】
重合のプロセスと反応条件、例えば反応時間、温度、酸素流量などは、目的とする分子量やモノマー組成に応じて変えることができる。重合の終点は、インライン粘度計で決めるのが好都合である。例えば分子量測定を行う、所定の反応時間反応を行う、所定の末端基濃度に制御する、溶液中の酸素濃度を制御するなどの他の方法も利用できる。
【0039】
重合段階を実施する温度は通常約0℃〜約95℃である。この範囲内で、約35℃以上の温度を用いるのが好ましい。またこの範囲内で、45℃以下の温度を用いるのが好ましい。約95℃を大幅に超える高い温度では、副反応が起こり、反応副生物が生じてしまうおそれがあり、約0℃を大幅に下回る温度では、溶液中に氷の結晶ができることがある。
【0040】
本発明の方法は、所望に応じて、さらに、金属錯体触媒を水溶液で回収する工程を含んでもよい。重合反応の終了後に触媒と錯体を形成するのに種々広範な抽出剤又はキレート化剤を使用することができる。例えば、硫酸、酢酸、アンモニウム塩、重硫酸塩及び種々のキレート化剤を使用できる。これらの物質をポリ(アリーレンエーテル)反応溶液に添加すると、金属錯体触媒が被毒され、それ以上の酸化が起こらない。多数の異なる物質を使用できるが、Bennettらの米国特許第3838102号に開示されているキレート化剤を使用するのが好ましい。有用なキレート化剤としては、多官能価カルボン酸含有化合物、例えばポリアルキレンポリアミンポリカルボン酸、アミノポリカルボン酸、アミノカルボン酸、アミノポリカルボン酸、アミノカルボン酸、ポリカルボン酸並びにそのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩又は混成アルカリ金属−アルカリ土類金属塩がある。キレート化剤の具体例には、例えば酒石酸カリウムナトリウム、ニトリロ三酢酸(NTA)、クエン酸、グリシン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、これらのキレート化剤の塩、これらのキレート化剤の少なくとも1種を含む組合せなどがある。特に好ましいキレート化剤は、エチレンジアミン四酢酸又はその一、二、三及び四ナトリウム塩である。得られる銅錯体を銅カルボキシレート錯体と呼ぶことができる。
【0041】
キレート化された金属触媒成分を、重合反応で生成した水で、液/液遠心分離器を用いて抽出することができる。或いはまた、反応混合物に追加の水を添加して混合及び抽出効率を上げることができる。いずれの場合にも、水相に溶解されたキレート化金属触媒成分を、液/液遠心分離器を用いて、ポリ(アリーレンエーテル)/トルエン溶液から分離することができる。好ましい抽出液は、低級アルカノールの水溶液、例えば水と炭素原子数1〜約4のアルカノールとの混合物である。通常低級アルカノールの水溶液の全容量に基づいて約1〜80容量%のアルカノールを使用することができる。水性抽出液対分離有機相の容量比は約0.01:1〜約10:1とすればよい。
【0042】
反応媒体は水性環境とすることができる。銅(I)種の沈殿を誘引するために、水性媒体と組み合わせて反溶剤を使用することもできる。適当な反溶剤の選択は、部分的には、析出する銅(I)種の溶解度係数に依存する。ハロゲン化物は水にほぼ不溶性で、25℃でのlog(Ksp)値がCuCl、CuBrおよびCuIについてそれぞれ−4.49、−8.23及び−11.96である。水への溶解度は、過剰なハライドイオンの存在によって、例えばCuCl2 -、CuCl3 2-及びCuCl4 3-の形成を通して、或いは他の錯形成種によって上昇する。反溶剤の例としては、本来水溶液にある程度の溶解度を有する、低分子量脂肪族及び芳香族炭化水素、ケトン、アルコールなどがある。反溶剤を使用する場合、当業者であれば、反溶剤の適当な種類と量を選択することができる。
【0043】
本発明の方法は、溶剤の一部を除去して曇り点Tcloudを有する濃縮液を生成する工程を含む(Tcloud及びその測定については後述する)。この濃縮工程(予備濃縮ともいう)は、例えば金属錯体触媒の除去後に行うことができる。予備濃縮工程で、約20〜60重量%のポリ(アリーレンエーテル)を含有する濃縮液を形成するのが好ましい。所望のポリ(アリーレンエーテル)濃度(重量%)の決定は、溶剤並びにポリ(アリーレンエーテル)の単量体組成及び固有粘度に依存する。上記範囲内で、ポリ(アリーレンエーテル)濃度は約25重量%以上であるのが好ましく、約30重量%以上であるのがさらに好ましい。また上記範囲内で、ポリ(アリーレンエーテル)濃度は約55重量%以下であるのが好ましく、約50重量%以下であるのがさらに好ましく、約45重量%以下であるのが特に好ましい。好ましい実施形態では、溶剤の一部を除去して濃縮液を生成する工程を約(Tcloud−10℃)以上の温度で行うが、約(Tcloud−5℃)以上がさらに好ましく、約Tcloud以上がさらに一段と好ましく、約(Tcloud+5℃)以上がなお一段と好ましく、約(Tcloud+10℃)以上が特に好ましい。
【0044】
予備濃縮にはどのような方法を採ってもよい。例えば、予備濃縮を行うのに、(熱交換器内で沸騰が起こらないように)溶液を1気圧を若干上回る圧力下でその大気圧沸点よりも高い温度に予備加熱し、次いで溶液をそれよりも低い圧力及び温度にフラッシングすることができ、こうして溶剤のかなりの部分の気化が生じる。必要な気化熱は熱交換器内で溶液の顕熱として伝達される熱によって供給される。
【0045】
本発明の方法はさらに、濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含み、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度は約(Tcloud−10℃)以上である。広範な実験を通して、本発明者らは、従来のポリ(アリーレンエーテル)合成及び単離方法では微粒子のレベルがひどく高くなってしまうのに対して、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度を約(Tcloud−10℃)以上とすれば、微粒子のレベルを下げられることを見いだした。曇り点Tcloudは、予備濃縮工程から得られる濃縮液の特性である。曇り点は、ポリ(アリーレンエーテル)の溶液を冷却してゆくときに初めて濁りが現れる温度に相当し、ポリ(アリーレンエーテル)の単量体組成、固有粘度及び濃度並びに溶剤の種類などの因子から影響を受ける。曇り点を測定する方法の詳細は後で実施例2〜26に記載する。所定のポリ(アリーレンエーテル)を所定の溶剤に溶解した場合、溶液を均質状態に製造し、初めて濁りが現れるまで温度を徐々に下げることによってTcloud値を求めることができる。ポリ(アリーレンエーテル)単量体組成、固有粘度及び濃度を変えてTcloudを測定することで、あらゆるポリ(アリーレンエーテル)/溶剤系について、Tcloudとこれらの変数との関係式を導き出すことができる。
【0046】
温度(Tcloud−10℃)以上の濃縮液を反溶剤と混合すると、沈殿によって微粒子含量が適切に低いポリ(アリーレンエーテル)粉末を製造できることを見いだしたが、濃縮液の温度を約(Tcloud−5℃)以上とすることによって、微粒子含量をさらに下げるのが好ましく、温度約Tcloud以上がさらに好ましく、約(Tcloud+5℃)以上がさらに一段と好ましく、約(Tcloud+10℃)以上が特に好ましい。
【0047】
反溶剤との混合「直前」の濃縮液の温度を特定することは、濃縮液が反溶剤と混合する際に特定の温度であることを意味する。実際問題として、濃縮液の温度は反溶剤と混合する約30秒以内の任意の時点で測定すればよい。温度限定を表現する別の手段として、本方法は、溶剤の一部を除去して曇り点Tcloudを有する濃縮液を生成し、濃縮液の温度を約(Tcloud−10℃)以上に調節し、この濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含む、と記述することができる。
【0048】
一実施形態では、濃縮液は、反溶剤との混合直前の温度がTcloudよりも高くかつ均質である。溶液の均質性は、溶液中に何ら濁りが存在しないことに対応し、Tcloud測定に用いたのと同じ視覚的観察法を用いて判定することができる。特に好ましい実施形態では、濃縮工程の始めから得られる濃縮液を反溶剤と混合する直前の時点まで、ポリ(アリーレンエーテル)含有溶液を約(Tcloud+5℃)以上の温度に維持する。
【0049】
一実施形態では、Tcloudが約60℃以上であり、好ましくは約70℃以上、さらに好ましくは約80℃以上、さらに一段と好ましくは約90℃以上である。なお、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)ホモポリマーの芳香族溶剤、例えばトルエンへの溶液は通例曇り点を示さない。その代わりに、そのようなポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)の溶液を濃縮するにつれて、曇り点に特徴的な離散固体粒子のないゼラチン状相が形成される。
【0050】
適当な反溶剤には、炭素原子数1〜約10の低級アルカノール、例えばメタノールなど、炭素原子数3〜約10のケトン、例えばアセトンなど、炭素原子数5〜約10のアルカン、例えばヘキサンなど、及びこれら反溶剤の少なくとも1種を含む組合せがある。好ましい反溶剤はメタノールを含有する。特に好ましい反溶剤は70〜100重量%のメタノール、0〜約20重量%のトルエン及び0〜約10重量%の水を含有する。反溶剤は、有機溶剤の量に対してある範囲の量使用することができ、最適な量は有機溶剤及び反溶剤の種類、並びにポリ(アリーレンエーテル)生成物の濃度、固有粘度及び単量体組成に依存する。例えば、ポリ(アリーレンエーテル)が、固有粘度0.36dl/gを有し、82重量%の2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル単位及び18重量%の2,3,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル単位の組成を有するランダム共重合体であり、有機溶剤がトルエンであり、反溶剤がメタノールである場合、トルエン対メタノールの重量比が約1:1.5〜約1:5であるのが適している。
【0051】
濃縮液と混合する前の反溶剤溶液の温度は特に限定されないが、濃縮液と反溶剤との混合によって温度約20℃〜50℃の混合物が得られるように、反溶剤の温度を選定するのが好ましい。この範囲内で、混合物の温度を約25℃以上とするのが好ましく、約35℃以上とするのがさらに好ましい。またこの範囲内で、混合物の温度を約45℃以下とするのが好ましい。
【0052】
沈殿を行うのに用いる装置は特に限定されない。沈殿は、例えば撹拌槽容器や高剪断インペラで行うことができる。適当な高剪断インペラは、例えばWilhelm Siefer GmbH&Co.(Velbert, Germany)から市販されている。撹拌槽内及び高剪断ホモゲナイザー内での沈殿中の剪断速度は500sec-1〜50,000sec-1程度とすることができる。
【0053】
本方法は、所望に応じて、さらに、通常の濾過又は固/液分離技術を用いて、沈殿したポリ(アリーレンエーテル)を単離する工程を含む。適当な濾過装置としては、回転フィルタ、連続回転真空フィルタ、連続移動床フィルタ、バッチフィルタなどがある。適当な固/液分離装置としては連続固/液遠心分離器などがある。
【0054】
本方法は、所望に応じて、さらに、濾過されたポリ(アリーレンエーテル)を洗浄する工程を含む。洗浄は、例えばフィルタ上で直接追加の反溶剤で行ったり、フィルタ又は固/液分離装置からの「粉末ウェットケーキ」を撹拌槽内で追加の反溶剤と混合することで行うことができる。濾過されたポリ(アリーレンエーテル)を洗浄する方法としては、2段階の再スラリー化及び固/液分離過程の方式を採用するのが好ましい。この実施形態では、フィルタからのウェットケーキを撹拌槽内で反溶剤で洗浄し、次にポリ(アリーレンエーテル)/溶剤/反溶剤混合物を連続固/液遠心分離器で分離し、遠心分離器からのポリ(アリーレンエーテル)ウェットケーキをもう一度連続撹拌槽内で反溶剤と混合し、しかる後第2固/液遠心分離器で2回目の固/液分離を行えばよい。
【0055】
沈殿したポリ(アリーレンエーテル)は、38μm未満の粒子の含有量が約20重量%以下であるのが好ましく、約15重量%以下であるのがさらに好ましい。
【0056】
本方法で形成するポリ(アリーレンエーテル)の固有粘度は特に限定されない。用途によっては、固有粘度がクロロホルム中25℃で測定して約0.20dl/g以上、さらに好ましくは約0.25dl/g以上、さらに一段と好ましくは約0.30dl/g以上であるのが好ましい。
【0057】
一実施形態では、ポリ(アリーレンエーテル)製造方法は、2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールを酸素含有ガスを用いて、トルエン及び銅錯体触媒の存在下で酸化カップリングしてポリ(アリーレンエーテル)共重合体樹脂を形成し、溶剤の一部を除去して曇り点Tcloudを有する濃縮液を生成し、濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含んでおり、反溶剤との混合直前の濃縮液は温度Tにあり、Tは次の不等式を満足する。
【0058】
【数2】
【0059】
式中、φsはポリマー濃度(重量%で表示)、IVはクロロホルム中25℃での共重合体の固有粘度(ml/gで表示)、TMPは共重合体の2,3,6−トリメチルフェノール含量(重量%で表示)である。
【0060】
別の実施形態では、ポリ(アリーレンエーテル)製造方法は、2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールを酸素含有ガスを用いて、トルエン及び銅錯体触媒の存在下で酸化カップリングしてポリ(アリーレンエーテル)共重合体樹脂を形成し、この際2,6−ジメチルフェノール対2,3,6−トリメチルフェノールの重量比が約3:1〜約6:1であり、金属錯体触媒を水溶液で回収し、溶剤の一部を除去して、約30〜45重量%のポリ(アリーレンエーテル)共重合体樹脂を含有し、曇り点Tcloudを有する濃縮液を生成し、濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含んでおり、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度は約(Tcloud+5℃)以上であり、さらに沈殿したポリ(アリーレンエーテル)は固有粘度が約0.25〜約0.50dl/gであり、また38μm未満の粒子の含有量が約15重量%以下である。
【0061】
他の実施形態では、ポリ(アリーレンエーテル)製造方法は、2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールを酸素含有ガスを用いて、トルエン及び銅錯体触媒の存在下で酸化カップリングしてポリ(アリーレンエーテル)共重合体樹脂を形成し、この際2,6−ジメチルフェノール対2,3,6−トリメチルフェノールの重量比が約3:1〜約6:1であり、金属錯体触媒を水溶液で回収し、溶剤の一部を除去して、約30〜45重量%のポリ(アリーレンエーテル)を含有する濃縮液を生成し、濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含んでおり、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度は約80℃以上であり、さらに沈殿したポリ(アリーレンエーテル)は固有粘度が約0.25〜約0.40dl/gであり、また38μm未満の粒子の含有量が約15重量%以下である。
【0062】
さらに他の実施形態は、上記方法で製造されたポリ(アリーレンエーテル)、特に38μm未満の粒子の含量が約20重量%以下、好ましくは約15重量%以下であるポリ(アリーレンエーテル)である。
【実施例】
【0063】
以下に実施例で本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は限定的なものではない。
【0064】
実施例1
本実施例は、2,3,6−トリメチルフェノールから誘導された繰返し単位18重量%と2,6−ジメチルフェノールから誘導された単位82重量%とからなるポリ(アリーレンエーテル)共重合体の合成と単離を具体的に説明する。反応器内で、臭化水素酸(48%水溶液として0.423kg、CAS登録番号10035−10−6、Great Lakes社製)に溶解した酸化第一銅(Cu2O、0.027kg、American Chemet社からpurple copperとして得られる)、N,N′−ジ−t−ブチルエチレンジアミン(0.119kg、DBEDA、CAS登録番号4062−60−6、Celanese社製)、ジ−n−ブチルアミン(1.616kg、DBA、CAS登録番号111−92−2、Celanese社製)、N,N−ジメチルブチルアミン(2.675kg、DMBA、CAS登録番号927−62−8、Celanese社製)、塩化テトラアルキルアンモニウム界面活性剤(0.059kg、CAS登録番号5137−55−3、Cognis社からAliquatとして得られる)、2,6−ジメチルフェノール(5.361kg)及びトルエン溶剤(140.06kg)を混合した。重合反応の過程で、2,3,6−トリメチルフェノール(7.845kg)とともに追加の2,6−ジメチルフェノール(30.377kg)を添加した。重合中、窒素流量は61.3L/分、酸素流量は46.2L/分であり、温度を29.4℃から55.0℃に徐々に上げた。重合反応完了後、反応器流出液をニトリロ三酢酸の水溶液(60%水溶液として0.871kg、CAS登録番号139−13−9、Solutia社製)と混合することによって、銅触媒をポリマーから分離した。2相溶液を液/液遠心分離器で分離した。大気圧下でトルエンをフラッシングすることでポリマー相を38重量%ポリマーまで濃縮した。濃縮ポリマー溶液(88℃)を撹拌槽容器内でメタノール(15℃)と、ポリマー溶液対メタノールの重量比1:2にて混合することによって、濃縮ポリマー溶液からコポリマー生成物を沈殿させた。得られたスラリーを回転真空フィルタに通し、ウェットケーキをメタノールで再スラリー化した。このスラリーを遠心分離し、分離した固体粒子を回転パドル乾燥機で乾燥した。
【0065】
実施例2〜26
本実施例は、共重合体濃度、共重合体固有粘度及び共重合体組成の関数としての、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル−コ−2,3,6−トリメチル−1,4−フェニレンエーテル)のトルエン溶液の曇り点の測定を具体的に説明する。固有粘度が35.3ml/g〜41.6ml/gの範囲にあり、2,3,6−トリメチルフェノール(TMP)から誘導される単位を15、18及び21重量%含有する共重合体を、実施例1の手順に従って合成した。共重合体溶解度測定のため、単離されたポリ(アリーレンエーテル)共重合体を90℃のトルエンに10〜30重量%で溶解した。溶液の温度を約1℃/分の割合で低下し、初めて濁りが認められる温度を曇り点Tcloudとして記録した。結果を表1に示す。
【0066】
【表1】
【0067】
線形回帰法で、上記データを用いて下記式(I)を導き出した。
【0068】
【数3】
【0069】
ここで、φsは共重合体溶解度(重量%で表示)、IVはクロロホルム中25℃での共重合体の固有粘度(ml/gで表示)、TMPは共重合体中のTMPから誘導される単位の含量(重量%で表示)、Tcloudは曇り点(℃で表示)である。各係数及び中間項について表示した不確定性は95%信頼区間を表す。式(I)をTcloudについて解くと、式(II)が得られる。
【0070】
【数4】
【0071】
これらの実施例は、共重合体TMP含量、固有粘度及び溶液濃度に制御された変数を用いて、これらの変数の関数として曇り点を予測する式を導き出すことを実証している。本例はトルエンを溶剤として用いているが、本方法は他の溶剤の溶液にも適用できる。
【0072】
実施例27〜34
本実施例は、予備濃縮温度が沈殿ポリ(アリーレンエーテル)共重合体中の微粒子(38μm未満の粒子)の発生に与える影響を具体的に説明する。実施例1の方法を用いて、固有粘度36.4ml/gを有し、TMPから誘導された繰返し単位を18重量%含有するポリ(アリーレンエーテル)ランダム共重合体を製造した。単離した共重合体粉末のサンプルをトルエンに溶解して36重量%溶液を形成した。沈殿は、高剪断ミキサを設けた撹拌容器内で、ミキサを高い回転速度(7500rpm又は15000rpm)で運転して高剪断混合を行うことによって、バッチ式に行った。実験の開始時に、反溶剤が容器内に存在した。反溶剤は、メタノール94.9重量%、トルエン3.1重量%及び水2.0重量%を含有した。次にポリ(アリーレンエーテル)のトルエン溶液(下表に示すように固形分濃度が異なる)を容器に30秒以内に、ポリ(アリーレンエーテル)/トルエン溶液対反溶剤の重量比1:2.5にて添加した。表2に示すように、8個のサンプルについて温度及び沈殿条件を変えた。メタノール反溶剤に添加したポリ(アリーレンエーテル)/トルエン溶液の温度は65℃又は85℃であった。なお、この共重合体のトルエンへの36重量%溶液の曇り点は75℃である。メタノールの温度は、ポリ(アリーレンエーテル)/トルエン溶液とメタノールとの混合で温度40℃の混合物が得られるように、選択した。この40℃の温度を沈殿の間維持した。沈殿した共重合体をブフナーロート上のBlack Ribbon濾紙(Schliecher and Schull)で減圧下で濾過し、濾過後、残されたフィルタケーキを1200gのメタノールで洗浄した。その後、洗浄したフィルタケーキを真空オーブンで125℃で約4時間乾燥した。
【0073】
各実施例について、PSDアナライザ(Malvern Instruments Ltd.製)を用いて、沈殿した共重合体の粒子径分布を測定した。PSDアナライザは、レーザ回折法を用いて粒子を6つの粒子径部分、すなわち38μm未満、38−63μm、63−125μm、125−425μm、425−710μm及び710μm超えに分級する。表2及び図1に示した結果から、85℃の予備濃縮温度を用いることによって、65℃の予備濃縮温度よりも微粒子の発生が少なくなることがわかる。
【0074】
【表2】
【0075】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、当業者には、本発明の要旨から逸脱することなく、種々の変更を加えたり、その要素を均等物に置き換えたりできることが明らかである。さらに、本発明の要旨から逸脱することなく、特定の状況や材料を本発明の教示に適合させる種々の改変が可能である。したがって、本発明は、本発明を実施する最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に入るあらゆる実施形態を包含する。
【図面の簡単な説明】
【0076】
【図1】ポリ(アリーレンエーテル)の粒子径分布を予備濃縮温度及び高剪断沈殿装置の回転速度の関数として示す棒グラフである。

Claims (42)

  1. ポリ(アリーレンエーテル)の製造方法であって、当該方法が、
    溶剤及び金属錯体触媒の存在下で酸素含有ガスを用いて一価フェノールを酸化カップリングしてポリ(アリーレンエーテル)樹脂を形成し、
    溶剤の一部を除去して曇り点Tcloudを有する濃縮液を生成し、
    濃縮液を反溶剤と混合してポリ(アリーレンエーテル)を沈殿させる工程を含み、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度が約(Tcloud−10℃)以上である、方法。
  2. 一価フェノールが次式の一価フェノールを含む、請求項1記載の方法。
    式中、Q1は各々独立にハロゲン、C1−C7第一又は第二アルキル、フェニル、C1−C7ハロアルキル、C1−C7アミノアルキル、C1−C7炭化水素オキシ及びハロゲン原子と酸素原子との間に2以上の炭素原子が介在するC2−C7ハロ炭化水素オキシからなる群から選択され、Q2は各々独立に水素、ハロゲン、C1−C7第一又は第二アルキル、フェニル、C1−C7ハロアルキル、C1−C7炭化水素オキシ及びハロゲン原子と酸素原子との間に2以上の炭素原子が介在するC2−C7ハロ炭化水素オキシからなる群から選択される。
  3. 一価フェノールが2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールを含む、請求項1記載の方法。
  4. 一価フェノールが2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールを約1:1〜約20:1の重量比で含む、請求項1記載の方法。
  5. 溶剤がC6−C18芳香族炭化水素を含む、請求項1記載の方法。
  6. 溶剤がさらにC3−C8脂肪族アルコールを含む、請求項5記載の方法。
  7. 溶剤がさらにメタノール、エタノール又はこれら溶剤の1種以上を含む混合物を含む、請求項6記載の方法。
  8. 金属錯体触媒が周期律表のVIB、VIIB又はIB族の金属イオンを含む、請求項1記載の方法。
  9. 金属錯体触媒がクロム、マンガン、コバルト、銅又はこれら金属の1種以上を含む組合せを含む、請求項1記載の方法。
  10. 金属錯体触媒が次式で表されるアルキレンジアミン配位子を含む、請求項1記載の方法。
    (Rb2N−Ra−N(Rb2
    式中、Raは2又は3個の脂肪族炭素原子で2つのジアミン窒素原子の間に最短結合を形成する置換又は非置換二価残基であり、Rbは各々独立に水素又はC1−C8アルキルである。
  11. 各Raがエチレン又はトリメチレンであり、Rbが各々独立に水素、イソプロピル又は炭素原子数4〜8のα−第三アルキル基である、請求項10記載の方法。
  12. アルキレンジアミン配位子がN,N,N′,N′−テトラメチル−1,3−ジアミノプロパンである、請求項10記載の方法。
  13. アルキレンジアミン配位子がN,N′−ジ−t−ブチルエチレンジアミンである、請求項10記載の方法。
  14. 金属錯体触媒がC4−C12第二モノアミンを含む、請求項1記載の方法。
  15. 第二モノアミンがジ−n−ブチルアミンを含む、請求項14記載の方法。
  16. 金属錯体触媒が、アミノ窒素原子とアルコール酸素との間に2以上の炭素原子が介在するC4−C12アミノアルコールを含む、請求項1記載の方法。
  17. アミノアルコールがトリエタノールアミン又はN−フェニル−エタノールアミンを含む、請求項16記載の方法。
  18. 金属錯体触媒が次式のオキシンを含む、請求項1記載の方法。
    式中、R1〜R6は各々独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、アミノ、C1−C6アルキル及びC1−C6アルコキシルからなる群から選択される。
  19. 金属錯体触媒が次の構造式で表される第三モノアミンを含む、請求項1記載の方法。
    (Re)(Rf)(Rg)N
    式中、Re、Rf及びRgは各々独立にC1−C16アルキル基であり、Re、Rf及びRg中の合計炭素原子数は4〜18である。
  20. 第三モノアミンがジメチル−n−ブチルアミンを含む、請求項19記載の方法。
  21. 金属錯体触媒がC3−C12第一アルキルアミンを含む、請求項1記載の方法。
  22. 第一アルキルアミンがn−ブチルアミンである、請求項21記載の方法。
  23. 濃縮液が約20〜60重量%のポリ(アリーレンエーテル)を含む、請求項1記載の方法。
  24. 反溶剤との混合直前の濃縮液の温度が約(Tcloud−5℃)以上である、請求項1記載の方法。
  25. 反溶剤との混合直前の濃縮液の温度が約Tcloud以上である、請求項1記載の方法。
  26. 反溶剤との混合直前の濃縮液の温度が約(Tcloud+5℃)以上である、請求項1記載の方法。
  27. 反溶剤が、炭素原子数1〜約10のアルカノール、炭素原子数3〜約10のケトン、炭素原子数5〜約10のアルカン及びこれら反溶剤の1種以上を含む組合せからなる群から選択される反溶剤を含む、請求項1記載の方法。
  28. 反溶剤がメタノールを含む、請求項1記載の方法。
  29. 反溶剤が約70〜100重量%のメタノール、0〜約20重量%のトルエン及び0〜約10重量%の水を含む、請求項1記載の方法。
  30. cloudが約60℃以上である、請求項1記載の方法。
  31. 溶剤の一部の除去を約(Tcloud−10℃)以上の温度で行う、請求項1記載の方法。
  32. 溶剤の一部の除去を約Tcloud以上の温度で行う、請求項1記載の方法。
  33. 溶剤の一部の除去を約(Tcloud+10℃)以上の温度で行う、請求項1記載の方法。
  34. 濃縮液と反溶剤との混合を撹拌槽容器又は高剪断インペラを用いて行う、請求項1記載の方法。
  35. 濃縮液を反溶剤と混合して温度約20℃〜50℃の混合物を生成する、請求項1記載の方法。
  36. 沈殿したポリ(アリーレンエーテル)の38μm未満の粒子の含量が約20重量%以下である、請求項1記載の方法。
  37. 沈殿したポリ(アリーレンエーテル)の固有粘度がクロロホルム中25℃で測定して約0.20dl/g以上である、請求項1記載の方法。
  38. さらに、金属錯体触媒を水溶液で回収する工程を含む、請求項1記載の方法。
  39. 一価フェノールが2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールを含有し、溶剤がトルエンを含有し、反溶剤との混合直前の濃縮液が温度Tであり、Tが次の不等式を満足する、請求項1記載の方法。
    式中、φsはポリマー濃度(重量%で表示)、IVはクロロホルム中25℃での共重合体の固有粘度(ml/gで表示)、TMPは共重合体の2,3,6−トリメチルフェノール含量(重量%で表示)である。
  40. 一価フェノールが2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールを約3:1〜約6:1の重量比で含有し、濃縮液が約30〜45重量%のポリ(アリーレンエーテル)樹脂を含有し、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度が約(Tcloud+5℃)以上であり、沈殿したポリ(アリーレンエーテル)の固有粘度が約0.25〜0.50dl/gであり、沈殿したポリ(アリーレンエーテル)の38μm未満の粒子の含量が約15重量%以下であり、さらに、金属錯体触媒を水溶液で回収する工程を含む、請求項1記載の方法。
  41. 一価フェノールが2,6−ジメチルフェノール及び2,3,6−トリメチルフェノールを約3:1〜約6:1の重量比で含有し、溶剤がトルエンを含有し、濃縮液が約30〜45重量%のポリ(アリーレンエーテル)樹脂を含有し、反溶剤との混合直前の濃縮液の温度が約80℃以上であり、沈殿したポリ(アリーレンエーテル)の固有粘度が約0.25〜0.40dl/gであり、沈殿したポリ(アリーレンエーテル)の38μm未満の粒子の含量が約15重量%以下であり、さらに、金属錯体触媒を水溶液で回収する工程を含む、請求項1記載の方法。
  42. 請求項1記載の方法で製造された、38μm未満の粒子の含量が約20重量%以下であるポリ(アリーレンエーテル)。
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