JP2009051902A - 芳香族ポリマー水素化触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 塩化パラジウムを含有する触媒前駆体を酸化ジルコニウムを主成分とする担体に吸着せしめ、洗浄操作により塩素含有率を原子比としてCl/Pd=0.5未満まで減少させ、かつ非水系で還元することにより最終的にパラジウム分散度50%以上を有するポリマー水素化用の酸化ジルコニウム担持パラジウム触媒を調製する。
【選択図】 なし
Description
本発明はさらに、該触媒を用いることによって得られる水素化ポリマーに関する。
本発明はまた、該水素化ポリマーを含む光学組成物に関する。
なお、本明細書においては、「アクリル酸」と「メタクリル酸」を総称して(メタ)アクリル酸といい、「アクリレート」と「メタクリレート」を総称して(メタ)アクリレートという。
分散度=(表面露出パラジウム/全体パラジウム量)×100 (1)
分散度を測定するには、一酸化炭素のパルス吸着法など既知の方法で測定することができる。
塩酸の量は塩化パラジウムに対して、0.1〜100倍モル加えることができる。一般に、塩酸濃度が薄い場合表面担持、塩酸濃度が濃い場合内部まで担持できるとされているが、本発明の場合、塩素を洗浄する点からも塩酸濃度は薄い方が好ましく、原子比としては、HCl/PdCl2=2/1程度で十分である。
既知のホルマリン還元やヒドラジン還元を行うこともできるが、水系で還元を行うことになり分散度が低下しやすく、特に温度が高い場合、もしくはpHが10以上と高い場合は分散度が低下しやすく、好ましくない。
R1COOR2 (1)
(式中、R1は炭素数1〜6のアルキル基または炭素数3〜6のシクロアルキル基、R2は炭素数1〜6のアルキル基または炭素数3〜6のシクロアルキル基である)
で示される脂肪族カルボン酸エステルが好適である。R1及びR2としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基が例として挙げられる。エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸‐n‐ブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸‐n‐プロピル、プロピオン酸‐n‐ブチル、n‐酪酸メチル、イソ酪酸メチル、n‐酪酸‐n‐ブチル、n‐吉草酸メチル、n‐ヘキサン酸メチルなどが挙げられるが、特に、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、イソ酪酸メチル、n―酪酸メチルが好適に用いられる。
懸濁床で反応を行なう場合、担体粒径は0.1〜1,000μmが好ましく、より好ましくは1〜500μm、さらに好ましくは5〜200μmである。粒径が上記範囲内であると、水素化反応後の触媒分離が容易であり、充分な反応速度が得られる。
触媒を分離した後、水素化ポリマー溶液から溶媒を除去し、水素化ポリマーを精製する。水素化ポリマーの分離には、
(1)水素化ポリマー溶液から溶媒を連続的に除去して濃縮液とし、該濃縮液を溶融状態で押し出し、次いでペレット化する方法、
(2)水素化ポリマー溶液から溶媒を蒸発させて塊状物を得、該塊状物をペレット化する方法、
(3)水素化ポリマー溶液を貧溶媒に加える、または、水素化ポリマー溶液に貧溶媒を加えて水素化ポリマーを沈殿させ、該沈殿をペレット化する方法、
(4)熱水と接触させて塊状物を生成させ、該塊状物をペレット化する方法
などの公知の方法を用いることができる。
(1)芳香環の水素化率
水素化反応前後のUVスペクトル測定における260nmの吸収の減少率で評価した。
(2)重量平均分子量
水素化前後の重量平均分子量(Mw)をRI検出器を使用し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求めた。溶媒としてTHFを用い、標準ポリスチレンで検量した。
(3)パラジウム金属の分散度
COパルス吸着法により測定した。CO/Pd=1として算出した。
(4)塩素およびパラジウム含有量
蛍光X線装置により標準添加法により測定した。
(5)全光線透過率
水素化ポリマー粉を減圧下、4時間、80℃にて乾燥した後、鏡面加工した金型の中に入れ、東邦プレス製作所の油圧成形機を用いて、210℃、10MPaで圧縮加熱成形し、試験片(3.2mm×30mm×30mmの平板)を作製した。この試験片の全光線透過率を、日本電色工業製色度・濁度測定器COH−300Aを用いて、JIS K7105に準拠し、透過法で測定した。
(1)触媒調製
塩化パラジウム0.0835g(0.00047mol)及び0.1N HCl 9.4cc(0.00094mol)を水10gに溶解した。この溶液に酸化ジルコニウム担体(MEL社製1501/07)9.95gを加え、吸着させた。ろ過後、50℃の水10000gにて水洗を行ったのち、400℃にて3hr焼成した。その後、さらに50℃の水6000gにて水洗を行い、水洗水の電気伝導度が200μS以下になるのを確認した後、120℃で乾燥し、0.5%Pd/ZrO2触媒を得た。得られた触媒には所定量のパラジウムが含有されていることを確認した。また塩素の含有率は500ppm(Cl/Pd=0.3)であった。その後、10%水素−90%窒素の混合ガスを50cc/minの速度で流通させながら240℃で還元処理を施したのち、COパルス吸着を行い、パラジウム金属分散度を測定したところ、80%であった。
(2)水素化反応1
重量平均分子量(Mw)170,000のMMA−スチレン共重合体(新日鐵化学社製、MS600(MMA/スチレンモル比=6/4))5gをイソ酪酸メチル(IBM)45gに溶解し、0.1gの0.5%Pd/ZrO2と共に200mlオートクレーブに仕込んだ。水素圧9MPa、温度200℃で12時間水素化反応を行なった。濾過により触媒を除去した後、反応液を過剰のメタノール中に滴下し、沈殿したポリマーを回収した。このポリマーの最終的な水素化率は99.1%であった。加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなかった。
また、ろ過しながら反応液を抜き出したところ、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
(3)水素化反応2
重量平均分子量(Mw)170,000のMMA−スチレン共重合体(新日鐵化学社製、MS600(MMA/スチレンモル比=6/4))11.25gをイソ酪酸メチル(IBM)63.75gに溶解し、15重量%MS600のIBM溶液75gを作った。0.5gの0.5%Pd/ZrO2とIBM25gを200mlオートクレーブに仕込んだのち、水素圧9MPa、温度170℃とした。その後、先述の15重量%MS600のIBM溶液を5g/hrで15時間かけて供給した後、5hr保持した。その後、70℃まで降温した。水素を放出し、N2雰囲気にし、反応器内に設置したフィルターより、反応液75gをろ過した。反応液を過剰のメタノール中に滴下し、沈殿したポリマーを回収した。このポリマーの水素化率は99.1%であった。加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなかった。また、反応液中、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
引き続いて水素雰囲気に再度置換した後、水素圧9MPa、温度170℃とした。その後、先述の15重量%MS600のIBM溶液を5g/hrで15時間かけて供給した後、5hr保持し反応せしめ、その後、70℃まで降温し、N2雰囲気下で反応液75gをろ過するという操作を10回繰り返した。10回目の核水添率は98.9%であり、加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなく、また、反応液中、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
(1)触媒調製
塩化パラジウム0.0835g(0.00047mol)及び0.1N HCl 9.4cc(0.00094mol)を水10gに溶解した。この溶液に酸化ジルコニウム担体(MEL社製1501/07)9.95gを加え、吸着させた。その後、0.3%NaHCO3水溶液79g(0.00282mol)を加えて30℃、20min攪拌した後、ろ過した。1000gの水にて水洗を行い、電気伝導度が20μS以下になるのを確認した後、120℃、7hr乾燥、400℃、3hr焼成して、0.5%Pd/ZrO2触媒を得た。得られた触媒には所定量のパラジウムが含有されていることを確認した。また、塩素の含有率は100ppm未満であった。
その後、10%水素−90%窒素の混合ガスを50cc/minの速度で流通させながら240℃で還元処理を施したのち、COパルス吸着を行い、パラジウム金属分散度を測定したところ、80%であった。
(2)水素化反応1
前記触媒を0.1g用いた以外は実施例1と同様にして水素化反応を行ない、ポリマーを回収した。このポリマーの水素化率は99.1%であった。
また、ろ過しながら反応液を抜き出したところ、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
(3)水素化反応2
反応温度を175℃にした以外は実施例1と同様に行った。1回目の水素化率は99.1%であった。加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなかった。また、反応液中、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
実施例1と同様に、10回繰り返し、10回目の核水添率は99.0%であり、加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなく、また、反応液中、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
(1)触媒調製
塩化パラジウム0.0835g(0.00047mol)及び0.1N HCl 9.4cc(0.00094mol)を水10gに溶解した。この溶液に酸化ジルコニウム担体(MEL社製1501/07)9.95gを加え、吸着させた。その後、1NNaOH6.6cc(0.0066mol)を加えて30℃、20min攪拌した後、ろ過した。1000gの水にて水洗を行い、電気伝導度が20μS以下になるのを確認した後、120℃、7hr乾燥、400℃、3hr焼成して、0.5%Pd/ZrO2触媒を得た。得られた触媒には所定量のパラジウムが含有されていることを確認した。また、塩素の含有率は100ppm未満であった。その後、10%水素−90%窒素の混合ガスを50cc/minの速度で流通させながら240℃で還元処理を施したのち、COパルス吸着を行い、パラジウム金属分散度を測定したところ、72%であった。
(2)水素化反応1
前記触媒を0.1g用いた以外は実施例1と同様にして水素化反応を行ない、ポリマーを回収した。このポリマーの水素化率は98.9%であった。
また、ろ過しながら反応液を抜き出したところ、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
(3)水素化反応2
反応温度を175℃にした以外は実施例1と同様に行った。1回目の水素化率は99.1%であった。加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなかった。また、反応液中、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
実施例1と同様に、10回繰り返し、10回目の核水添率は98.8%であり、加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなく、また、反応液中、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
(1)触媒調製
塩化パラジウム0.167g(0.00094mol)及び0.1N HCl 18.8cc(0.00188mol)を水20gに溶解した。この溶液に酸化ジルコニウム担体(MEL社製1501/07)9.95gを加え、吸着させた。その後、0.3%NaHCO3水溶液158g(0.00564mol)を加えて30℃、20min攪拌した後、ろ過した。1000gの水にて水洗を行い、電気伝導度が20μS以下になるのを確認した後、120℃、7hr乾燥、400℃、3hr焼成して、1%Pd/ZrO2触媒を得た。得られた触媒には所定量のパラジウムが含有されていることを確認した。また、塩素の含有率は100ppm未満であった。
その後、10%水素−90%窒素の混合ガスを50cc/minの速度で流通させながら240℃で還元処理を施したのち、COパルス吸着を行い、パラジウム金属分散度を測定したところ、70%であった。
(2)水素化反応1
前記触媒を0.1g用いた以外は実施例1と同様にして水素化反応を行ない、ポリマーを回収した。このポリマーの水素化率は99.3%であった。
また、ろ過しながら反応液を抜き出したところ、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
(3)水素化反応2
反応温度を175℃にした以外は実施例1と同様に行った。1回目の水素化率は99.4%であった。加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなかった。また、反応液中、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
実施例1と同様に、10回繰り返し、10回目の核水添率は99.1%であり、加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなく、また、反応液中、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
(1)触媒調製
塩化パラジウム0.0835g(0.00047mol)及び0.1N HCl 9.4cc(0.00094mol)を水10gに溶解した。この溶液に酸化ジルコニウム担体(MEL社1501/07)9.95gを加え、攪拌しながら3%ホルマリン水溶液10g(0.0099mol)および1.3%NaOH水溶液10g(0.0033mol)をさらに加え、パラジウムを酸化ジルコニウムに沈着させた。次いで、ろ過し、1Lの水により水洗を繰り返した後、120℃にて乾燥し、0.5wt%Pd/ZrO2触媒を得た。得られた触媒には所定量のパラジウムが含有されていることを確認した。また、塩素の含有率は100ppm未満であった。10%水素−90%窒素の混合ガスを50cc/minの速度で流通させながら240℃で還元処理を施したのち、COパルス吸着を行い、パラジウム金属分散度を測定したところ、30%であった。
(2)水素化反応
前記触媒を0.1g用いた以外は実施例1と同様にして水素化反応を行ない、ポリマーを回収した。このポリマーの水素化率は80%であった。
(3)水素化反応2
反応温度を180℃にした以外は実施例1と同様に行った。1回目の水素化率は98.0%であった。加熱成形品の全光線透過率は92%であった。反応後の分子量の低下もなかった。また、反応液中、パラジウムの溶出は見られなかった(0.01ppm以下)。
実施例1と同様に、繰り返し反応を行ったが、10回目で核水添率は70.1%まで低下し、加熱成型品の全光線透過率は87%であった。
(1)触媒調製
塩化パラジウム0.0417g(0.000235mol)及び0.1N HCl 4.7cc(0.00047mol)を水10gに溶解した。この溶液に酸化ジルコニウム担体(MEL社製1501/07)4.975gを加え、40℃で溶液を含浸させた。70℃で減圧しながら水分を留去したのち、120℃で4hr乾燥し、400℃で3時間焼成処理した。その後、10%水素−90%窒素の混合ガスを50cc/minの速度で流通させながら240℃で還元処理を施し、0.5wt%Pd/ZrO2触媒を調製した。パラジウム金属分散度は80%であったが、塩素の含有率は3000ppm(Cl/Pd=1.4)と多量に残存していた。
(1)触媒調製
実施例1と同様に調製した。
(2)水素化反応
重量平均分子量(Mw)230,000のポリスチレン5gを1,4−ジオキサン45gに溶解し、0.25gの0.5%Pd/ZrO2と共に200mlオートクレーブに仕込んだ。水素圧9MPa、温度200℃で15時間水素化反応を行なった。濾過により触媒を除去した後、反応液を過剰のメタノール中に滴下し、沈殿したポリマーを回収した。このポリマーの最終的な水素化率は95.0%であった。反応後の分子量の低下もなかった。得られたポリマーの全光線透過率は90%であった。
(1)触媒調製
比較例1と同様に調製した。
(2)水素化反応1
重量平均分子量(Mw)230,000のポリスチレン5gを1,4−ジオキサン45gに溶解し、0.25gの0.5%Pd/ZrO2と共に200mlオートクレーブに仕込んだ。水素圧9MPa、温度200℃で15時間水素化反応を行なった。濾過により触媒を除去した後、反応液を過剰のメタノール中に滴下し、沈殿したポリマーを回収した。このポリマーの最終的な水素化率は70%であった。得られたポリマーの全光線透過率は85%であった。
Claims (13)
- 芳香族ポリマーの芳香環を水素化して水素化ポリマーを製造する水素化触媒であり、塩素含有率が原子比としてCl/Pd=0.5未満であり、パラジウム分散度50%以上を有する酸化ジルコニウム担持パラジウム触媒
- パラジウムの担持量が酸化ジルコニウムに対して0.01〜3重量%である請求項1に記載の酸化ジルコニウム担持パラジウム触媒。
- 芳香族ポリマーの芳香環を水素化して水素化ポリマーを製造する水素化触媒の製造方法であり、塩化パラジウムを含有する触媒前駆体を酸化ジルコニウムを主成分とする担体に吸着せしめ、洗浄操作により塩素含有率を原子比としてCl/Pd=0.5未満まで減少させ、かつ非水系で還元することによりパラジウム分散度50%以上を有する水素化触媒を得る、酸化ジルコニウム担持パラジウム触媒製造方法。
- パラジウムの担持量が酸化ジルコニウムに対して0.01〜3重量%である請求項3に記載の酸化ジルコニウム担持パラジウム触媒製造方法。
- 請求項1又は2に記載の触媒および溶媒の存在下、芳香族ポリマーの芳香環を水素化する水素化ポリマーの製造方法。
- 芳香族ポリマーが芳香族ビニル化合物−(メタ)アクリレート共重合体である請求項5に記載の水素化ポリマーの製造方法。
- 芳香族ビニル化合物−(メタ)アクリレート共重合体において、A/B(Aは(メタ)アクリレート由来の構成単位のモル数、および、Bは芳香族ビニル化合物由来の構成単位のモル数)が0.25〜4.0である請求項6に記載の水素化ポリマーの製造方法。
- 該芳香環の水素化率が85%以上である請求項5〜7のいずれかに記載の水素化ポリマーの製造方法。
- 該共重合体の重量平均分子量が10,000〜1,000,000である請求項6〜8のいずれかに記載の水素化ポリマーの製造方法。
- 溶媒がカルボン酸エステルである請求項5〜9のいずれかに記載の水素化ポリマーの製造方法。
- 請求項5〜10のいずれかに記載の製造方法によって得られる水素化ポリマー。
- 水素化ポリマーのJIS K7105に規定する方法で測定した全光線透過率が90%以上である請求項11に記載の水素化ポリマー。
- 請求項11または12に記載の水素化ポリマーを含む光学材料組成物。
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