JP2023005689A - ビスフェノール組成物及びポリカーボネート樹脂の製造方法 - Google Patents

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幸恵 中嶋
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Abstract

【課題】熱色調安定性及び熱分解安定性が良好なビスフェノール組成物を提供する。【解決手段】2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン及びビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを含有するビスフェノール組成物であって、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパンを95質量%以上有し、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを300質量ppm以下含有するビスフェノール組成物。ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンの含有量は1質量ppm以上であることが好ましい。このビスフェノール組成物を用いてポリカーボネート樹脂を製造するポリカーボネート樹脂の製造方法【選択図】なし

Description

本発明はビスフェノール組成物に関するものである。また、本発明は、このビスフェノール組成物を用いたポリカーボネート樹脂の製造方法に関するものである。
ビスフェノールは、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、芳香族ポリエステル樹脂などの高分子材料の原料として有用である。代表的なビスフェノールとしては、例えば、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパンなどが知られている(特許文献1,2)。
特開昭62-138443号公報 特開2008-214248号公報
ビスフェノールの代表的な用途であるポリカーボネート樹脂は、無色であり、透明であることが求められる。ポリカーボネート樹脂の色調は、原料の色調の影響を大きく受ける。そのため、原料であるビスフェノールの色調も、無色であることが求められる。
ポリカーボネート樹脂の製造において、特に溶融重合法においては、ビスフェノールを溶融させてポリカーボネート樹脂を製造することから、高温に晒される。そのため、ビスフェノールの熱的な色調の安定性も求められる(本発明では、溶融ビスフェノールの色調を「溶融色」と称する。)。また、ビスフェノールを溶融した後に、重合反応を実施することから、重合開始前までの熱的な色調安定性も求められる(本発明では、この色調を「熱色調安定性」と称する。)。更に、重合開始前までにビスフェノールが熱分解してしまうと、ビスフェノールの物質量が減少し、原料である炭酸ジフェニルとの物質量比が所定の物質量比と乖離してしまい、所望の分子量のポリカーボネート樹脂を得ることができなくなることから、ビスフェノールの熱的な安定性も求められる(本発明では、この安定性を「熱分解安定性」と称する。)。
本発明は、上記従来の実情に鑑みなされたものであって、熱色調安定性及び熱分解安定性が良好なビスフェノール組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、このビスフェノール組成物を用いた、ポリカーボネート樹脂の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、所定量のビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを含有した2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパンが熱色調安定性及び熱分解安定性が良好なビスフェノール組成物となることを見出した。また、このビスフェノール組成物を用いることで、高品質のポリカーボネート樹脂を製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の要旨は、以下の[1]~[3]に存する。
[1] 2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン及びビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを含有するビスフェノール組成物であって、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパンを95質量%以上有し、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを300質量ppm以下含有するビスフェノール組成物。
[2] [1]に記載のビスフェノール組成物であって、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを1質量ppm以上含有するビスフェノール組成物。
[3] [1]又は[2]に記載のビスフェノール組成物を用いてポリカーボネート樹脂を製造するポリカーボネート樹脂の製造方法。
本発明によれば、熱色調安定性及び熱分解安定性が良好なビスフェノール組成物が提供される。また、このビスフェノール組成物を用いたポリカーボネート樹脂の製造方法が提供される。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施の態様の一例であり、本発明はその要旨を超えない限り、以下の記載内容に限定されるものではない。なお、本明細書において「~」という表現を用いる場合、その前後の数値又は物性値を含む表現として用いるものとする。
[ビスフェノール組成物]
本発明のビスフェノール組成物は、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン(以下、「ビスフェノールC」又は「BPC」と略記することがある。)及びビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタン(以下、「アルデヒド型BP」又は「ALDBP」と略記することがある。)を含有し、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパンを95質量%以上有し、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを300質量ppm以下含有するものである。
ALDBP及びBPCは、それぞれ以下の構造式で表される。
Figure 2023005689000001
本発明のビスフェノール組成物中のアルデヒド型BPの含有量は、300質量ppm以下、好ましくは250質量ppm以下、より好ましくは200質量ppm以下であり、好ましくは1質量ppm以上、より好ましくは5質量ppm以上、更に好ましくは10質量ppm以上である。
ビスフェノール組成物中のアルデヒド型BPの含有量が上記下限未満であると、熱色調安定性、及び熱分解安定性が良好なビスフェノール組成物を得ることができない。また、ビスフェノール組成物中のアルデヒド型BPの含有量が上記上限を超えるとポリカーボネート樹脂を製造する時に炭酸ジフェニルとのモル比がずれて、重合反応に影響が出たりする。また、ポリカーボネート樹脂の脆性(アイゾット)の低減や、表面硬度の低下や、色調の悪化を招いたりする。
アルデヒド型BPの検出及び定量は、後述の実施例の項に記載の方法で行うことが可能である。
また、本発明のビスフェノール組成物は、ビスフェノールCを95質量%以上、好ましくは99質量%以上、より好ましくは99.5質量%以上含有する。ビスフェノールCの含有量が上記下限よりも少ないと、ビスフェノールCとしての用途において好ましくない。本発明のビスフェノール組成物中のビスフェノールCの含有量の上限は、アルデヒド型BPの含有量の確保、製造コスト等の観点、ポリカーボネート樹脂の製造反応における炭酸ジフェニルとの物質量比の調整、脆性(アイゾット)、表面硬度、色調などのポリカーボネート樹脂の機械物性等の観点から、通常99.9質量%程度である。
ビスフェノールCの検出及び定量は、後述の実施例の項に記載の方法で行うことが可能である。
<ビスフェノール組成物の熱色調安定性>
ビスフェノール組成物の熱色調安定性は、ポリカーボネート樹脂の重合温度に近い温度で所定の時間保持し、ビスフェノール組成物の色調の熱安定性を評価することに用いられる。ビスフェノール組成物の熱色調安定性の測定温度は、ビスフェノールCの融点+50℃である。
ビスフェノール組成物の熱色調安定性はビスフェノール組成物の溶融色のハーゼン色数が低いほど、ビスフェノール組成物の熱色調安定性が良好であることを示す。ビスフェノール組成物の熱色調安定性を悪化させる原因としては、有機着色成分や金属の混入の他に、加熱によって着色する成分やその濃度が数ppm程度の酸性物質や塩基性物質が挙げられる。
ビスフェノール組成物の熱色調安定性は、ポリカーボネート樹脂の重合温度に近い温度でビスフェノール組成物を溶融させ、予めその温度が安定した時間で測定する。ビスフェノール組成物の熱色調安定性の保持時間は、4時間である。測定方法は、ハーゼン色数の標準液と目視で比較する方法、又は日本電色工業社製「SE6000」などの色差計を用い、そのハーゼン色数を測定する方法が挙げられる。
このハーゼン色数は、好ましくは20以下であり、より好ましくは15以下であり、特に好ましくは10以下である。
<ビスフェノール組成物の熱分解安定性>
ビスフェノール組成物の熱分解安定性は、ビスフェノール組成物の熱色調安定性と同様、ポリカーボネートの重合温度に近い温度で所定の時間保持させ、ビスフェノール組成物の熱安定性を評価することに用いられる。ビスフェノール組成物の熱分解安定性の好ましい測定温度は、ビスフェノールCの融点+50℃である。
ビスフェノール組成物の熱分解安定性は分解物の生成量が少ないほど、ビスフェノール組成物が安定であることを示す。ビスフェノール組成物の熱分解安定性における分解物は、ビスフェノールの種類にもよるが、該ビスフェノール組成物の原料である芳香族アルコール、又は、該芳香族アルコールと原料であるケトン又はアルデヒドの付加物が挙げられ、ビスフェノールCの代表的な分解物は、イソプロペニルクレゾールである。ビスフェノール組成物の熱分解安定性を悪化させる原因としては、有機着色成分や金属の混入の他に、加熱によって着色する成分やその濃度が数ppm程度の酸性物質や塩基性物質が挙げられる。
ビスフェノール組成物の分解物の検出及び定量は、標準的な高速分析用逆相カラムを用いて、行うことが可能である。
ビスフェノール組成物の分解物として後述の実施例で測定されるイソプロペニルクレゾールの生成量は1,500質量ppm以下であることが好ましく、1,100質量ppm以下であることがより好ましい。
前述の通り、ポリカーボネート樹脂の製造方法の1つである溶融重合法においては、高温で重合反応を行うことから、溶融時のビスフェノール組成物の色調(ビスフェノール組成物の溶融色)、溶融状態でのビスフェノール組成物の色調安定性(ビスフェノール組成物の熱色調安定性)が重要である。
更に、該溶融重合法において、高温でビスフェノール組成物を溶融させた状態で重合反応開始まで保持させる。該溶融重合方法において、ビスフェノール組成物が高温で分解する場合、炭酸ジフェニルとの物質量比が所定の物質量比から乖離し、重合反応活性や所定の分子量を持つポリカーボネート樹脂を得ることが困難となる。したがって、熱分解に対する耐性(ビスフェノール組成物の熱分解安定性)が重要である。
特に、所定の分子量を有し、色調の良いポリカーボネート樹脂を製造するためには、ビスフェノール組成物の熱色調安定性、ビスフェノール組成物の熱分解安定性が重要となる。
<ビスフェノール組成物の製造方法>
ビスフェノールCを95質量%以上含み、アルデヒド型BPを所定の割合で含む本発明のビスフェノール組成物の製造方法としては特に制限はないが、例えば次のような方法が挙げられる。
(1) 固体のビスフェノールCに所定量のアルデヒド型BPを添加する方法
(2) 溶融したビスフェノールCに所定量のアルデヒド型BPを添加する方法
(3) ビスフェノールCを製造する際にアルデヒド型BPを副生させて、或いはビスフェノールCと共にアルデヒド型BPを生成させてアルデヒド型BPを含有するビスフェノールC生成物を得る方法
(1),(2)の固体又は溶融したビスフェノールCにアルデヒド型BPを添加する方法においては、アルデヒド型BPを別途準備する必要があることから、(3)ビスフェノールCを製造する反応系においてアルデヒド型BPを副生させるかアルデヒド型BPを生成させてビスフェノールC生成物にアルデヒド型BPを所定の割合で含有させる方法が好ましい。
なお、ビスフェノールCの反応系で副生又は生成させたアルデヒド型BPが多過ぎる場合は、得られたビスフェノールC生成物を更に晶析、懸濁洗浄及び振りかけ洗浄等で精製して、ビスフェノールC生成物に含まれるアルデヒド型BPの一部を除去することにより、本発明の規定範囲内のアルデヒド型BPを含むビスフェノールC生成物が得られるように制御することができる。
<アルデヒド型BPを含むビスフェノールC生成物を得る方法>
ビスフェノールCの製造時に反応系内でビスフェノールCと共にアルデヒド型BPを生成させてアルデヒド型BPを含むビスフェノールC生成物を本発明のビスフェノール組成物として得る方法としては、ケトン又はアルデヒドと芳香族アルコールを酸触媒及びチオール助触媒の存在下で縮合させてビスフェノールC或いはビスフェノールCと共にアルデヒド型BPを製造する方法が挙げられ、この方法によれば、アルデヒド型BPを反応系内で生成させることができる。
以下、この方法について説明する。
この方法では、酸触媒の存在下、芳香族アルコールとケトン又はアルデヒドを縮合させることによりビスフェノールCを製造する。
ビスフェノールの生成反応は、以下に示す反応式(1)に従って行われる。本発明においては、このようなビスフェノールの生成反応において、少なくともビスフェノールCが生成するように、原料芳香族アルコールと原料ケトン又はアルデヒドを選択して使用する。
Figure 2023005689000002
(式中、R~Rは、後述の一般式(2)又は一般式(3)におけるものと同義である。)
(芳香族アルコール)
ビスフェノールの製造に用いる原料芳香族アルコールは、通常、以下の一般式(2)で表される化合物である。
Figure 2023005689000003
一般式(2)中、R~Rとしては、それぞれに独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基などが挙げられる。なお、アルキル基、アルコキシ基、アリール基などは、置換または無置換のいずれであってもよい。R~Rとしては、例えば、水素原子、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、i-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、n-ブトキシ基、i-ブトキシ基、t-ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、i-ペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、n-ヘプチルオキシ基、n-オクチルオキシ基、n-ノニルオキシ基、n-デシルオキシ基、n-ウンデシルオキシ基、n-ドデシルオキシ基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロへプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基、ベンジル基、フェニル基、トリル基、2,6-ジメチルフェニル基などが挙げられる。
これらのうちRとRは立体的に嵩高いと縮合反応が進行しにくいことから好ましくは水素原子である。また、R~Rは、それぞれ独立に水素原子またはアルキル基であることがより好ましく、R,Rはそれぞれ独立に水素原子またはアルキル基で、R,Rは水素原子であることがさらに好ましい。
上記一般式(2)で表される化合物として、具体的には、フェノール、クレゾール、キシレノール、エチルフェノール、プロピルフェノール、ブチルフェノール、メトキシフェノール、エトキシフェノール、プロポキシフェノール、ブトキシフェノール、ベンジルフェノール、フェニルフェノールなどが挙げられる。
本発明においては、これらのうち、少なくともオルトクレゾールを用いてビスフェノールCを生成させる。
(ケトン又はアルデヒド)
ビスフェノールの製造に用いる原料ケトン又はアルデヒドは、通常、以下の一般式(3)で表される化合物である。
Figure 2023005689000004
一般式(3)中、RとRとしては、それぞれに独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基などが挙げられる。なお、アルキル基、アルコキシ基、アリール基などは、置換または無置換のいずれであってもよい。例えば、水素原子、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、i-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、2-エチルへキシル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、n-ブトキシ基、i-ブトキシ基、t-ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、i-ペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、n-ヘプチルオキシ基、n-オクチルオキシ基、n-ノニルオキシ基、n-デシルオキシ基、n-ウンデシルオキシ基、n-ドデシルオキシ基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロへプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基、ベンジル基、フェニル基、トリル基、2,6-ジメチルフェニル基などが挙げられる。
とRは、2つの基の間で互いに結合又は架橋していてもよく、RとRとが隣接する炭素原子と一緒に結合して、ヘテロ原子を含んでいてもよいシクロアルキリデン基を形成してもよい。なお、シクロアルキリデン基とは、シクロアルカンの1つの炭素原子から2個の水素原子を除去した2価の基である。
とRとが隣接する炭素原子と一緒に結合し形成されるシクロアルキリデン基としては、例えば、シクロプロピリデン、シクロブチリデン、シクロペンチリデン、シクロヘキシリデン、3,3,5-トリメチルシクロヘキシリデン、シクロヘプチリデン、シクロオクチリデン、シクロノニリデン、シクロデシリデン、シクロウンデシリデン、シクロドデシリデン、フルオレニリデン、キサントニリデン、チオキサントニリデンなどが挙げられる。
上記一般式(3)で表される化合物として、具体的には、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ペンチルアルデヒド、ヘキシルアルデヒド、ヘプチルアルデヒド、オクチルアルデヒド、ノニルアルデヒド、デシルアルデヒド、ウンデシルアルデヒド、ドデシルアルデヒドなどのアルデヒド類、アセトン、ブタノン、ペンタノン、ヘキサノン、ヘプタノン、オクタノン、ノナノン、デカノン、ウンデカノン、ドデカノンなどのケトン類、ベンズアルデヒド、フェニルメチルケトン、フェニルエチルケトン、フェニルプロピルケトン、クレジルメチルケトン、クレジルエチルケトン、クレジルプロピルケトン、キシリルメチルケトン、キシリルエチルケトン、キシリルプロピルケトンなどのアリールアルキルケトン、シクロプロパノン、シクロブタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、シクロノナノン、シクロデカノン、シクロウンデカノン、シクロドデカノンなどの環状アルカンケトン類等が挙げられる。
本発明においては、これらのうち、少なくともアセトンを用いる。
なお、市販のアセトンには、不純物としてアセトアルデヒドを含むものがある。
アセトアルデヒドを含むアセトンを用いると、得られるビスフェノールC生成物中には、アセトアルデヒドとオルトクレゾールとの反応で生成したアルデヒド型BPが含まれるものとなる。
このため、アセトアルデヒドを含むアセトンを用いることもアルデヒド型BPを含有するビスフェノールC生成物を得るための一手法である。
また、アセトンと共に所定量のアセトアルデヒドを用いてオルトクレゾールと反応させることで、アルデヒド型BPを含有するビスフェノールC生成物を得ることもできる。
芳香族アルコールとケトン又はアルデヒドを縮合させる反応において、ケトン又はアルデヒドに対する芳香族アルコールのモル比は、少ないとケトン又はアルデヒドが多量化してしまうが、多いと芳香族アルコールを未反応のままロスする。これらのことから、ケトン又はアルデヒドに対する芳香族アルコールのモル比は、好ましくは1.5以上、より好ましくは1.6以上、更に好ましくはモル比1.7以上であり、また、好ましくは15以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは8以下である。
ケトン及びアルデヒドの供給方法は、一括で供給する方法、及び分割して供給する方法を用いることができるが、ビスフェノールを生成する反応が発熱反応であることから、少しずつ滴下して供給するなど分割して供給する方法が好ましい。
(酸触媒)
ビスフェノールの製造に用いられる酸触媒としては、硫酸、塩酸、塩化水素ガス、リン酸、p-トルエンスルホン酸などの芳香族スルホン酸、メタンスルホン酸などの脂肪族スルホン酸などが挙げられる。
縮合に用いるケトン又はアルデヒドに対する酸触媒のモル比((酸触媒のモル数/ケトンのモル数)又は(酸触媒のモル数/アルデヒドのモル数))は、少ない場合は、縮合反応の進行とともに副生する水によって酸触媒が希釈されて反応に時間を要する。また、多い場合は、ケトン又はアルデヒドの多量化が進行する場合ある。これらのことから、縮合に用いるケトン又はアルデヒドに対する酸触媒のモル比は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、さらに好ましくは0.1以上である。また、その上限は、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、さらに好ましくは5以下である。
酸触媒は、硫酸、塩酸、塩化水素ガス、リン酸、p-トルエンスルホン酸などの芳香族スルホン酸、メタンスルホン酸などの脂肪族スルホン酸などからなる群より選ばれるいずれか1つであることが好ましい。
反応に用いるケトン又はアルデヒドに対する塩化水素のモル比((塩化水素のモル数/ケトンのモル数)又は(塩化水素のモル数/アルデヒドのモル数))は、少ないと縮合反応時に副生する水によって塩化水素が希釈されて長い反応時間を要することになる。一方、多いとケトン又はアルデヒドの多量化が進行する場合がある。これらのことから、ケトン又はアルデヒドに対する塩化水素のモル比の下限は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.1以上である。また、その上限は、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは5以下である。
硫酸は、化学式HSOで表される酸性の液体である。一般的に、硫酸は水で希釈された硫酸水溶液として用いられ、その濃度に応じて、濃硫酸や希硫酸といわれる。例えば、希硫酸とは、質量濃度が90質量%未満の硫酸水溶液である。
用いる硫酸の濃度(硫酸水溶液の濃度)が低いと、水の量が多くなるため、ビスフェノールCの生成反応が進行しにくくなり、ビスフェノールを製造する反応時間が長くなり、効率的にビスフェノールを製造することが難しい場合がある。そのため、用いる硫酸の濃度は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは75質量%以上であり、更に好ましくは80質量%以上である。また、用いる硫酸の濃度の上限は、通常99.5質量%以下又は99質量%以下である。
(チオール)
ビスフェノールの製造においては、ケトン又はアルデヒドと芳香族アルコールとを縮合させる反応に、助触媒としてチオールを用いることができる。
助触媒としてチオールを用いることで、例えば2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパンの製造において、24体の生成を抑え、44体の選択率を上げる効果と共に、ポリカーボネート樹脂製造時の重合活性を高め、得られるポリカーボネート樹脂の色調を良好なものとするという効果が得られる。このポリカーボネート樹脂製造時の重合活性の向上、得られるポリカーボネート樹脂の色調の改善効果が奏される理由の詳細は明らかではないが、チオールを用いることで、ポリカーボネート樹脂を製造する重合反応に対する阻害物の生成を抑制すると共に、色調悪化物の生成を抑制することができることによると推定される。
助触媒として用いるチオールとしては、例えば、メルカプト酢酸、チオグリコール酸、2-メルカプトプロピオン酸、3-メルカプトプロピオン酸、4-メルカプト酪酸などのメルカプトカルボン酸や、メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、プロピルメルカプタン、ブチルメルカプタン、ペンチルメルカプタン、へキシルメルカプタン、へプチルメルカプタン、オクチルメルカプタン、ノニルメルカプタン、デシルメルカプタン(デカンチオール)、ウンデシルメルカプタン(ウンデカンチオール)、ドデシルメルカプタン(ドデカンチオール)、トリデシルメルカプタン、テトラデシルメルカプタン、ペンタデシルメルカプタンなどのアルキルチオールやメルカプトフェノールなどのアリールチオールなどが挙げられる。
縮合に用いるケトン又はアルデヒドに対するチオール助触媒のモル比((チオール助触媒のモル数/ケトンのモル数)又は(チオール助触媒のモル数/アルデヒドのモル数))は、少ないとチオール助触媒を用いることによるビスフェノールの反応選択性改善の効果が得られず、多いとビスフェノールに混入して品質が悪化する場合がある。これらのことから、ケトン及びアルデヒドに対するチオール助触媒のモル比の下限は、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.005以上、更に好ましくは0.01以上である。また、その上限は、好ましくは1以下、より好ましくは0.5以下、更に好ましくは0.1以下である。
チオール助触媒は、ケトン又はアルデヒドと予め混合してから反応に供することが好ましい。チオールとケトン又はアルデヒドとの混合方法は、チオールにケトン又はアルデヒドを混合してもよく、ケトン又はアルデヒドにチオールを混合してもよい。また、チオールとケトン又はアルデヒドとの混合液と、酸触媒との混合方法は、チオールとケトン又はアルデヒドとの混合液に酸触媒を混合してもよく、酸触媒にチオールとケトン又はアルデヒドとの混合液を混合してもよいが、酸触媒にチオールとケトン又はアルデヒドとの混合液を混合する方が好ましい。更に、反応槽に酸触媒と芳香族アルコールを供給した後に、チオールとケトン又はアルデヒドとの混合液を反応槽に供給して混合する方がより好ましい。
(有機溶媒)
ビスフェノールの製造では、生成してくるビスフェノールを溶解ないし分散させるために通常有機溶媒を使用する。
有機溶媒としては、ビスフェノールCの生成反応を阻害しない範囲で特に限定されず、芳香族炭化水素、脂肪族アルコール、脂肪族炭化水素などが挙げられる(ここで、基質となる芳香族アルコール、および、生成物であるビスフェノールは、有機溶媒から除かれる。)。これらの溶媒は単独で用いても、2種以上を併用して用いてもよい。
芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、メシチレンなどが挙げられ、これらの溶媒を単独で用いても、2種以上を併用して用いてもよい。芳香族炭化水素は、ビスフェノールの製造に使用した後、蒸留などで回収及び精製して再使用することが可能である。芳香族炭化水素を再利用する場合は、沸点が低いものが好ましい。好ましい芳香族炭化水素のひとつは、トルエンである。
脂肪族アルコールは、アルキル基とヒドロキシル基が結合したアルキルアルコールである。脂肪族アルコールは、アルキル基と1個のヒドロキシル基が結合した1価の脂肪族アルコールでもよく、アルキル基と2個以上のヒドロキシル基が結合した多価の脂肪族アルコールであってもよい。また、アルキル基は、直鎖であっても、分岐していてもよく、無置換であっても、アルキル基の炭素原子の一部が酸素原子によって置換されていてもよい。
脂肪族アルコールは、炭素数が多くなると親油性が増加し、硫酸と混ざりにくくなり後述の硫酸モノアルキルを生成させにくくなることから、炭素数12以下であることが好ましく、8以下であることがより好ましい。
また、脂肪族アルコールは、アルキル基と1個のヒドロキシル基が結合したアルコールであることが好ましく、炭素数1~8のアルキル基と1個のヒドロキシル基が結合したアルコールであることがより好ましく、炭素数1~5のアルキル基と1個のヒドロキシル基が結合したアルコールであることが更に好ましい。
具体的な脂肪族アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、t-ブタノール、n-ペンタノール、i-ペンタノール、n-ヘキサノール、n-ヘプタノール、n-オクタノール、n-ノナノール、n-デカノール、n-ウンデカノール、n-ドデカノール、エチレングリコール、ジエチレングルコール、トリエチレングリコールなどを挙げることができる。好ましい脂肪族アルコールのひとつは、メタノールである。
脂肪族炭化水素としては、n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタンなどの炭素数5~18の直鎖状炭化水素、イソオクタンなどの炭素数5~18の分岐鎖状炭化水素、シクロヘキサン、シクロオクタン、メチルシクロヘキサンなどの炭素数5~18の環状炭化水素などが挙げられる。
縮合に用いるケトン又はアルデヒドに対する有機溶媒の質量比((ケトンの質量/有機溶媒の質量)又は(アルデヒドの質量/有機溶媒の質量))は、多すぎると、ケトン又はアルデヒドと、芳香族アルコールとが反応しにくく、反応に長時間を要する。少なすぎると、ケトン又はアルデヒドの多量化が促進され、生成してくるビスフェノールが固化する場合がある。これらのことから、仕込み時のケトン又はアルデヒドに対する有機溶媒の質量比は、0.5以上が好ましく、1以上がより好ましい。また、その上限は、100以下が好ましく、50以下がより好ましい。
生成してくるビスフェノールを有機溶媒に完全に溶解させずに分散させた方が、ビスフェノールが分解しにくい。また、反応終了後、反応液からビスフェノールを回収する際の損失(例えば、晶析時の濾液への損失)を低減できることからも、ビスフェノールの溶解度が低い溶媒を用いることが好ましい。ビスフェノールの溶解度が低い溶媒としては、例えば、芳香族炭化水素が挙げられる。このため、有機溶媒は、芳香族炭化水素を主成分として含むことが好ましく、有機溶媒中に芳香族炭化水素を55質量%以上含むことが好ましく、70質量%以上含むことがより好ましく、80質量%以上含むことが更に好ましい。
また、酸触媒が硫酸を含む場合、有機溶媒が脂肪族アルコールを含むことで、硫酸と脂肪族アルコールが反応して硫酸モノアルキルが生成し、この硫酸モノアルキルによっても触媒作用を得ることができるという効果が得られる。このため、酸触媒が硫酸を含む場合、有機溶媒は、脂肪族アルコールを含む有機溶媒であることが好ましい。また、脂肪族アルコールは、炭素数が多くなると親油性が増加し、硫酸と混ざりにくくなり硫酸モノアルキルを生成させにくくなることから、炭素数が8以下のアルキルアルコールが好ましい。
このように、硫酸と脂肪族アルコールを反応させ、硫酸モノアルキルを生成させることにより、酸触媒の酸強度を制御し、原料のケトン又はアルデヒドの縮合(多量化)及び着色を抑制することができる。このため、副生成物の生成が抑制され、かつ、着色が低減されたビスフェノールを簡便かつ効率よく製造することが可能となる。
硫酸と脂肪族アルコールとを反応させ、硫酸モノアルキルを生成させ、その触媒作用も利用する場合、硫酸に対する脂肪族アルコールのモル比(脂肪族アルコールのモル数/硫酸のモル数)が少ないと原料のケトン又はアルデヒドの縮合(多量化)及び着色が顕著となる。一方、多いと硫酸濃度が低下し、反応が遅くなる。これらのことから、硫酸に対する脂肪族アルコールのモル比の下限は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.1以上である。また、その上限は、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3以下である。
以上のことから、有機溶媒は、例えば芳香族炭化水素及び脂肪族アルコールを含むものとすることができ、有機溶媒中に芳香族炭化水素を1~95質量%含み、脂肪族アルコールを0.1~10質量%含むものとすることができる。
(反応液の調製)
反応液の調製方法は、特に限定されず、芳香族アルコール、有機溶媒、ケトン又はアルデヒドとを混合した混合液に、酸触媒を供給する方法や、酸触媒、芳香族アルコール、有機溶媒とを混合した混合液に、ケトン又はアルデヒドを供給する方法が挙げられる。
ケトン又はアルデヒドの自己縮合による多量化を抑制するためには、芳香族アルコール、酸触媒および有機溶媒を含有する溶液とケトン又はアルデヒドを含有する溶液とを混合することが好ましい。この場合、ケトン又はアルデヒドを含有する溶液は、ケトン又はアルデヒド単独でもよいが、チオールや有機溶媒を含んでもよい。ケトン又はアルデヒドを含有する溶液は、チオールを含有することが好ましい。
(反応条件)
ビスフェノールCの生成反応は縮合反応であるが、生成反応の反応温度が高すぎるとチオールの酸化分解が進行し、低すぎると反応に要する時間が長時間化することから、好ましくは0℃以上50℃以下である。
生成反応の反応時間は、長すぎると生成したビスフェノールが分解することから、好ましくは30時間以内、より好ましくは25時間以内、更に好ましくは20時間以内である。反応時間の下限は通常0.5時間以上である。なお、用いる硫酸と同等量以上の水、又は硫酸濃度が45重量%以下となるように水酸化ナトリウム水溶液を加えて硫酸濃度を低下させ、反応を停止することが可能である。
(精製)
ビスフェノールC生成反応によって得られたビスフェノールC生成物の精製は、常法により行うことができる。例えば、晶析やカラムクロマトグラフィーなどの簡便な手段により精製することが可能である。具体的には、縮合反応後、反応液を分液して得られた有機相を水又は食塩水などで洗浄し、更に必要に応じて重曹水などで中和洗浄する。次いで、洗浄後の有機相を冷却し晶析させる。芳香族アルコールを多量に用いる場合は、該晶析前に蒸留による余剰の芳香族アルコールを留去してから晶析させる。
本発明では、ビスフェノールC生成反応系内で副生したアルデヒド型BPを残存させて、アルデヒド型BPを含むビスフェノールC生成物を本発明のビスフェノール組成物として得るために、上記のビスフェノールC生成物の精製方法では、例えば晶析、懸濁洗浄及び振りかけ洗浄等を適宜組み合わせて行うことにより、精製されたビスフェノールC生成物中に所定量のアルデヒド型BPが残留するように精製条件を調整することが好ましい。
(精製工程の一例)
本発明に好適な精製工程の一例として、縮合反応によって得られたビスフェノールC生成物を、洗浄工程で洗浄した後、晶析工程で析出させて精製する方法について、以下に説明する。
即ち、縮合反応後、反応液から得られたビスフェノールCを含有する有機相を脱塩水で洗浄し、洗浄後の有機相を冷却して晶析させる。洗浄は以下の通り複数回行う。晶析についても複数回行ってもよい。
<洗浄工程>
洗浄工程では、反応工程から得られたビスフェノールCを含有する有機相(O1)と脱塩水を混合した後、ビスフェノールCを含有する有機相(O2)と水相(W1)とに相分離させ、水相(W1)を除去し、ビスフェノールCを含有する有機相(O2)を得る第1水洗工程と、第1水洗工程で得られたビスフェノールCを含有する有機相(O2)と脱塩水を混合した後、ビスフェノールCを含有する有機相(O3)と水相(W2)とに相分離させ、水相(W2)を除去し、ビスフェノールCを含有する有機相(O3)を得る第2水洗工程とを少なくとも行い、水相(W1)のpHが8.5以上となるように第1水洗工程を行い、水相(W2)の電気伝導度が10μS/cmとなるように第2水洗工程を行うことが好ましい。
ここで、脱塩水とは、イオン交換処理した水、純水等の電気伝導度1.5μS/cm以下の水である。
また、水相(W1)の測定温度は、室温(20~30℃)が好ましく、例えば25℃が好ましい。
水相のpHが7よりも低い場合、水酸化ナトリウムや炭酸水素ナトリウムなどの塩基物質を用いて洗浄を行い、再び水洗を行うことができる。塩基性物質を用いて洗浄を行った後に得られた有機相について、再び水洗を行い、その水相のpHが8.5以上となるようにする。ここで、水相(W1)の塩基性が弱い(pHが低い)と洗浄効果が低いことから、好ましくはpH8.5以上、より好ましくは9以上とする。一方で、水相(W1)の塩基性が強い(pHが高い)と、ビスフェノールCがビスフェノールC塩となり、水洗でのロス量が増加することから、水相(W1)のpHの上限は通常14以下であり、13以下が好ましく、12以下がより好ましい。
第2水洗工程における水相(W2)の電気伝導度の測定温度は、室温(20~30℃)が好ましく、例えば25℃が好ましい。
第2水洗工程における水相(W2)の電気伝導度は好ましくは10μS/cm以下となるように洗浄を行うが、第2水洗工程における水相(W2)の電気伝導度はより好ましくは9μS/cm以下であり、さらに好ましくは8μS/cm以下である。
洗浄工程ではビスフェノールCを含む有機相の水洗で、まず得られた水相のpHがpH8.5以上の塩基性となり、その後必要に応じて水洗を繰り返すことで、得られた水相の電気伝導度が10μS/cm以下となったところで、晶析工程に供することが好ましい。
第1水洗工程の水相(W1)のpHが上記下限以上となり、第2水洗工程の水相(W2)の電気伝導度が上記上限以下となるように脱塩水による洗浄を行うことで、生成ビスフェノール中の副生成物や残留触媒、残留チオール等の不純物を高度に除去して、色相が良好であり、ポリカーボネート樹脂の原料ビスフェノールとして用いた場合、重合反応効率が高く、色相に優れたポリカーボネート樹脂を製造することができるビスフェノール組成物を得ることができる。特に、助触媒としてチオールを用いる縮合反応では、チオールから酸性のチオニウムが生成し、これがビスフェノール組成物に含まれて、ポリカーボネート樹脂製造時の重合反応を阻害するが、上記の通り、水相(W1)のpHと水相(W2)の電気伝導度を管理した洗浄工程を行うことで、チオニウムを効率的に除去し、チオニウムによる重合阻害を防止することができる。
洗浄工程における温度は、溶媒を蒸発させることなく後述の晶析工程で冷却することでビスフェノールを効率的に析出させることができるように、90~50℃、特に85~55℃であることが好ましい。また、1回の洗浄時間(有機相に脱塩水を加えて混合する時間)は通常1~120分程度である。
<晶析工程>
晶析工程における冷却温度は、洗浄工程から得られる有機相(O3)の温度より10~120℃低く、40~-20℃、特に30~-10℃程度とすることが好ましい。洗浄後の有機相(O3)をこのような温度に冷却することでビスフェノール組成物を効率よく析出させることができる。
晶析工程で析出させたビスフェノール組成物は、濾過、遠心分離、デカンテーション等より固液分離することで回収することができる。
上記の洗浄工程と晶析工程を行う場合であっても、精製後に得られるビスフェノール組成物中にアルデヒド型BPが所定の割合で残留するように精製条件を制御することが好ましい。
<ビスフェノール組成物の用途>
本発明のビスフェノール組成物は、光学材料、記録材料、絶縁材料、透明材料、電子材料、接着材料、耐熱材料など種々の用途に用いられるポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂など種々の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリベンゾオキサジン樹脂、シアネート樹脂など種々の熱硬化性樹脂などの構成成分、硬化剤、添加剤もしくはそれらの前駆体などとして用いることができる。また、感熱記録材料等の顕色剤や退色防止剤、殺菌剤、防菌防カビ剤等の添加剤としても有用である。
これらのうち、良好な機械物性を付与できることより、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の原料(モノマー)として用いることが好ましく、なかでもポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂の原料として用いることがより好ましい。また、顕色剤として用いることも好ましく、特にロイコ染料、変色温度調整剤と組み合わせて用いることがより好ましい。
[ポリカーボネート樹脂の製造方法]
本発明のポリカーボネート樹脂の製造方法は、本発明のビスフェノール組成物を用いてポリカーボネート樹脂を製造する方法である。
本発明のビスフェノール組成物を用いて本発明のポリカーボネート樹脂を製造する方法としては、本発明のビスフェノール組成物と、炭酸ジフェニル等とを、アルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物の存在下でエステル交換反応させる方法が挙げられる。
なお、本発明のビスフェノール組成物にはビスフェノールCとALDBPのみが含まれていてもよく、その他のビスフェノールが含まれていてもよい。また、ビスフェノール以外のジヒドロキシ化合物を併用して反応させることもできる。
上記エステル交換反応は、公知の方法を適宜選択して行うことができるが、以下に本発明のビスフェノール組成物と炭酸ジフェニルを原料としたポリカーボネート樹脂の製造方法の一例を説明する。
上記のポリカーボネート樹脂の製造方法において、炭酸ジフェニルは、本発明のビスフェノール組成物中のビスフェノールに対して過剰量用いることが好ましい。ビスフェノールに対して用いる炭酸ジフェニルの量は、製造されたポリカーボネート樹脂に末端水酸基が少なく、ポリマーの熱安定性に優れる点では多いことが好ましく、また、エステル交換反応速度が速く、所望の分子量のポリカーボネート樹脂を製造し易い点では少ないことが好ましい。これらのことから、ビスフェノール1モルに対する使用する炭酸ジフェニルの量は、通常1.001モル以上、好ましくは1.002モル以上である。また、通常1.3モル以下、好ましくは1.2モル以下である。
原料の供給方法としては、本発明のビスフェノール組成物及び炭酸ジフェニルを固体で供給することもできるが、一方又は両方を、溶融させて液体状態で供給することが好ましい。
炭酸ジフェニルとビスフェノールとのエステル交換反応でポリカーボネート樹脂を製造する際には、通常、エステル交換触媒が使用される。上記のポリカーボネート樹脂の製造方法においては、このエステル交換触媒として、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を使用するのが好ましい。これらは、1種類で使用してもよく、2種類以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。実用的には、アルカリ金属化合物を用いることが望ましい。
触媒の使用量は、ビスフェノールまたは炭酸ジフェニル1モルに対して、通常0.05μモル以上、好ましくは0.08μモル以上、さらに好ましくは0.10μモル以上である。また、その上限は、通常100μモル以下、好ましくは50μモル以下、さらに好ましくは20μモル以下である。
触媒の使用量が上記範囲内であることにより、所望の分子量のポリカーボネート樹脂を製造するのに必要な重合活性を得やすく、且つ、ポリマー色相に優れ、また過度のポリマーの分岐化が進まず、成型時の流動性に優れたポリカーボネート樹脂を得やすい。
上記方法によりポリカーボネート樹脂を製造するには、上記の両原料を、原料混合槽に連続的に供給し、得られた混合物とエステル交換触媒を重合槽に連続的に供給することが好ましい。
エステル交換法によるポリカーボネート樹脂の製造においては、通常、原料混合槽に供給された両原料は、均一に攪拌された後、エステル交換触媒が添加される重合槽に供給され、ポリマーが生産される。
本発明のビスフェノール組成物を用いたポリカーボネート樹脂の製造において、重合反応温度は80~400℃、特に150~350℃とすることが好ましい。また、重合時間は、原料の比率や、所望とするポリカーボネート樹脂の分子量等によって適宜調整されるが、重合時間が長いと色調悪化などの品質悪化が顕在化するため、10時間以下であることが好ましく、8時間以下であることがより好ましい。重合時間の下限は、通常0.1時間以上、或いは0.3時間以上である。
本発明のビスフェノール組成物により製造されるポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量(Mv)は10000~100000、特に15000~35000であることが好ましい。
以下、実施例および比較例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により限定されるものではない。
[原料及び試薬]
以下の実施例および比較例において、オルトクレゾール、トルエン、メタノール、水酸化ナトリウム、塩酸、ドデカンチオール、アセトン、アセトアルデヒド、炭酸水素ナトリウム、炭酸セシウム、アセトニトリル、酢酸、酢酸アンモニウム、ビスフェノールCは、富士フィルム和光純薬株式会社製の試薬を使用した。
炭酸ジフェニルは、三菱ケミカル株式会社製の製品を使用した。
[分析]
<ビスフェノールC及びアルデヒド型BPの分析>
ビスフェノールC及びアルデヒド型BPの組成分析は、高速液体クロマトグラフィーにより、以下の手順と条件で行った。なお、アルデヒド型BPの濃度算出には、標準化合物として、ビスフェノールCを用いて定量した。
・装置:島津製作所社製「LC-2010A」
Imtakt ScherzoSM-C18 3μm 250mm×3.0mmID
・低圧グラジェント法
・分析温度:40℃
・溶離液組成:
A液 酢酸アンモニウム:酢酸:脱塩水=3.000g:1mL:1Lの溶液
B液 酢酸アンモニウム:酢酸:アセトニトリル:脱塩水=1.500g:1mL:900mL:150mLの溶液
・分析時間0分では、溶離液組成はA液:B液=60:40(体積比、以下同様。)
分析時間0~41.67分はA液:B液=10:90へ徐々に変化させ、
分析時間41.67~50分はA液:B液=10:90に維持、
流速0.34mL/分にて分析した。
<アルデヒド型BPの分子量測定>
アルデヒド型BPの分子量は、高速液体クロマトグラフ質量分析(LCMS)を用いて測定した。高速液体クロマトグラフ質量分析(LCMS)は、以下の手順と条件で行った。
・分離装置:アジレント・テクノロジー株式会社製「Agilent1200」
Imtakt ScherzoSM-C18 3μm 150mm×4.6mmID
・低圧グラジェント法
・分析温度:40℃
・溶離液組成:
A液 酢酸アンモニウム:酢酸:脱塩水=3.000g:1mL:1Lの溶液
B液 酢酸アンモニウム:酢酸:アセトニトリル=1.500g:1mL:1Lの溶液
・分析時間0分では溶離液組成はA液:B液=60:40(体積比、以下同様。)
分析時間0~25分はA液:B液=90:10へ徐々に変化させ、
分析時間25~30分はA液:B液=90:10に維持、
流速1.0mL/分にて分析した。
・検出波長:280nm
・質量分析装置:アジレント・テクノロジー株式会社製「Agilent LC/MS 6130」
・イオン源:ESI(Postive/Negative) AJSプローブ使用
<イソプロペニルクレゾールの同定>
イソプロペニルクレゾールの同定は、ガスクロマト質量計を用いて、以下の手順と条件で行った。
・装置:アジレント・テクノロジー社製「Agilent6890」
・カラム:アジレント・テクノロジー社製「DB-1MS」(内径0.25mm×30m×0.25μm)
・キャリアーガス:ヘリウム
流量:毎分1cm
・注入口温度:280℃
・トランスファー温度:250℃
・イオンソース温度:250℃
・カラムの昇温パターン:先ず50℃で3分間保持させた後に毎分10℃で320℃まで昇温させ、280℃で5分間保持
<pHの測定>
pHの測定は、株式会社堀場製作所製pH計「pH METER ES-73」を用いて、フラスコから取り出した25℃の水相に対して実施した。
<電気伝導度>
電気伝導度の測定は、株式会社堀場製作所製電気伝導度計「COND METER D-71」を用いて、フラスコから取り出した25℃の水相に対して実施した。
<ビスフェノールC組成物の溶融色>
ビスフェノールC組成物の溶融色は、日電理化硝子社製試験管「P-24」(24mmφ×200mm)にビスフェノールC組成物を20g入れ、190℃で30分間溶融させ、日本電色工業社製「SE6000」を用い、そのハーゼン色数(APHA)を測定した。
<ビスフェノールC組成物の熱色調安定性>
ビスフェノールC組成物の熱色調安定性は、日電理化硝子社製試験管「P-24」(24mmφ×200mm)にビスフェノールC組成物を20g入れ、190℃で4時間溶融させ、日本電色工業社製「SE6000」を用い、そのハーゼン色数(APHA)を測定し、溶融色の差分とした。
<ビスフェノールC組成物の熱分解安定性>
ビスフェノールC組成物の熱分解安定性は、日電理化硝子社製試験管「P-24」(24mmφ×200mm)にビスフェノールC組成物を20g入れ、190℃で2時間溶融させ、前記ビスフェノールC生成反応液の組成分析と同様に実施し、イソプロペニルクレゾールの生成量を測定した。
<粘度平均分子量>
ポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量(Mv)は、ポリカーボネート樹脂を塩化メチレンに溶解し(濃度6.0g/L)、ウベローデ粘度管を用いて20℃における比粘度(ηsp)を測定し、下記の式により粘度平均分子量(Mv)を算出した。
ηsp/C=[η](1+0.28ηsp)
[η]=1.23×10-4Mv0.83
[参考例1:アルデヒド型BPの合成]
温度計、滴下ロート、ジャケット及びイカリ型撹拌翼を備えたセパラブルフラスコに、窒素雰囲気下でトルエン210g、オルトクレゾール172g、メタノール11gを入れ、内温を10℃以下に維持しつつ、撹拌しながら98質量%硫酸64gを入れ、混合液A0とした。
次に、三角フラスコに、アセトアルデヒド46g、トルエン38g、及びドデカンチオール4gを入れて、混合液B0を調製し、前記滴下ロートに入れた。
混合液A0を10℃以下に保ったまま、混合液B0を滴下ロートより、一時間かけて供給した。滴下終了後、10℃以下に維持しながら、更に2時間撹拌し、ビスフェノール反応液C0を得た。
得られた反応液C0に、25質量%水酸化ナトリウム水溶液165gを加えた後、75℃まで昇温した。75℃に到達後、静置して、油水分離した。油水分離後、水相をセパラブルフラスコの底から除去し、有機相D0を得た。
75℃で、得られた有機相D0に、3質量%炭酸水素ナトリウム溶液を加えて撹拌して中和し、静置して油水分離した。油水分離後、水相をセパラブルフラスコの底から除去し、有機相E0を得た。
得られた有機相E0の一部を取り、高速液体クロマトグラフ質量分析によりアルデヒド型BP:ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンが生成していることを確認した。
[実施例1:ビスフェノールC組成物の製造と評価]
温度計、滴下ロート、ジャケット及びイカリ型撹拌翼を備えたセパラブルフラスコに、窒素雰囲気下でトルエン280g、オルトクレゾール230g、メタノール15gを入れ、内温を10℃以下に維持しつつ、撹拌しながら98質量%硫酸95gを入れ、混合液A1とした。
次に、三角フラスコに、アセトン61g、アセトアルデヒド12mg、トルエン50g、ドデカンチオール5gを入れ、混合液B1を調製した。
混合液A1を10℃以下に維持した状態で、該滴下ロート内の混合液B1を撹拌しながら1時間分かけて混合液A1へ滴下し、10℃に維持した状態で更に2時間撹拌し、ビスフェノールCの反応液C1を得た。
ビスフェノールCの反応液C1に25質量%水酸化ナトリウム溶液190gを加えて撹拌し75℃まで昇温した後、静置して油水分離した。油水分離後、水相をセパラブルフラスコの底から除去し、有機相D1を得た。
75℃で、得られた有機相D1に、3質量%炭酸水素ナトリウム溶液を加えて撹拌して中和し、静置して油水分離した。油水分離後、水相をセパラブルフラスコの底から除去し、有機相E1を得た。
得られた有機相E1に、3質量%炭酸水素ナトリウム溶液を加えて撹拌して中和し、静置して油水分離した。油水分離後、水相をセパラブルフラスコの底から除去し、有機相F1を得た。
有機相F1を75℃から5℃まで徐々に冷却し、ビスフェノールC含有結晶を析出させた。得られたビスフェノールC含有結晶を含む液を、遠心分離機により固液分離を行い、ビスフェノールC含有ケーキを得た。
温度計、ジャケット、及びイカリ型撹拌翼を備えたセパラブルフラスコに、窒素雰囲気下得られたビスフェノールC含有ケーキ、脱塩水100g及びトルエン420gを室温で入れ、75℃まで昇温した後、静置して油水分離した。油水分離後、水相1をセパラブルフラスコの底から除去し、有機相G1を得た。得られた水相1のpHは8.6であり、電気伝導度は161μS/cmであった。得られた有機相G1に、脱塩水100gを加え、30分間攪拌して、静置して油水分離した。油水分離後、水相2をセパラブルフラスコの底から除去し、有機相H1を得た。得られた水相2は65μS/cmとなったが、水相が10μS/cm以下になるまで、脱塩水100gで有機相の水洗を繰り返し、有機相I1を得た。
有機相I1を75℃から5℃まで徐々に冷却し、ビスフェノールC含有結晶を析出させた。得られたビスフェノールC含有結晶を含む液を、減圧濾過により固液分離を行い、ビスフェノールC含有ケーキ190gを得た。
このビスフェノールC含有ケーキから、オイルバスを備えたエバポレータを用いて、減圧下オイルバス温度90℃で軽沸分を留去することで、白色固体160gを得た。得られた白色固体の一部を、高速液体クロマトグラフィーを用いて、ビスフェノールC組成物であることを確認した。
得られたビスフェノールC組成物のビスフェノールC含有量は99.9質量%、アルデヒド型BPの含有量は67質量ppmであった。
得られたビスフェノールC組成物の溶融色は、APHA19であった。
得られたビスフェノールCの熱色調安定性は、4時間後の色調が25であったので、APHA6(=25-19)であった。
得られたビスフェノールC組成物の熱分解安定性は、イソプロペニルクレゾールの生成量として740質量ppmであった。
[実施例2]
実施例1において、アセトアルデヒド12mgの代わりにアセトアルデヒド6mgを供給した以外は、実施例1と同様に実施した。
得られたビスフェノールC組成物のビスフェノールC含有量は99.9質量%、アルデヒド型BP含有量は33質量ppmであった。
得られたビスフェノールC組成物の溶融色は、APHA6であった。
得られたビスフェノールCの熱色調安定性は、4時間後の色調が15であったので、APHA9(=15-6)であった。
得られたビスフェノールC組成物の熱分解安定性は、イソプロペニルクレゾールの生成量として1060質量ppmであった。
[比較例1:ビスフェノールC組成物の製造と評価]
実施例1において、アセトアルデヒドを供給しなかった以外は、実施例1と同様に実施した。
得られたビスフェノールC組成物のビスフェノールC含有量は99.9質量%、アルデヒド型BPは未検出であった。
得られたビスフェノールC組成物の溶融色は、APHA3であった。
得られたビスフェノールCの熱色調安定性は、4時間後の色調が26であったので、APHA23(=26-3)であった。
得られたビスフェノールC組成物の熱分解安定性は、イソプロペニルクレゾールの生成量として1520質量ppmであった。
実施例1及び2、比較例1のビスフェノールC組成物のアルデヒド型BP含有量、熱色調安定性(APHA)、及び熱分解安定性(イソプロペニルクレゾールの生成量)を、表1に纏めた。
表1より、ビスフェノールC組成物がアルデヒド型BP:ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを所定量含有することで、熱色調安定性及び熱分解安定性が向上することが分かる。
Figure 2023005689000005
[実施例3:ポリカーボネート樹脂の製造]
撹拌機及び留出管を備えた内容量150mLのガラス製反応槽に、実施例2で得られたビスフェノールC組成物100.00g(0.39モル)、炭酸ジフェニル86.49g(0.4モル)及び、400質量ppmの炭酸セシウム水溶液480μLを入れた。該ガラス製反応槽を約100Paに減圧し、続いて、窒素で大気圧に復圧する操作を3回繰り返し、反応槽の内部を窒素に置換した。その後、該反応槽を200℃のオイルバスに浸漬させ、内容物を溶融した。
撹拌機の回転数を毎分100回とし、反応槽内の精製ビスフェノールCと炭酸ジフェニルのオリゴマー化反応により副生するフェノールを留去しながら、40分間かけて反応槽内の圧力を、絶対圧力で101.3kPaから13.3kPaまで減圧した。続いて反応槽内の圧力を13.3kPaに保持し、フェノールを更に留去させながら、80分間、エステル交換反応を行った。その後、反応槽外部温度を250℃に昇温すると共に、40分間かけて反応槽内圧力を絶対圧力で13.3kPaから399Paまで減圧し、留出するフェノールを系外に除去した。
その後、反応槽外部温度を280℃に昇温、反応槽の絶対圧力を30Paまで減圧し、重縮合反応を行った。反応槽の撹拌機が予め定めた所定の撹拌動力となったときに、重縮合反応を終了した。
次いで、反応槽を窒素により絶対圧力で101.3kPaに復圧した後、ゲージ圧力で0.2MPaまで昇圧し、反応槽の底からポリカーボネート樹脂をストランド状で抜出し、ストランド状のポリカーボネート樹脂を得た。その後、回転式カッターを使用して、該ストランドをペレット化して、ペレット状のポリカーボネート樹脂を得た。
得られたポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量(Mv)は25100であった。

Claims (3)

  1. 2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン及びビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを含有するビスフェノール組成物であって、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパンを95質量%以上有し、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを300質量ppm以下含有するビスフェノール組成物。
  2. 請求項1に記載のビスフェノール組成物であって、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)エタンを1質量ppm以上含有するビスフェノール組成物。
  3. 請求項1又は2に記載のビスフェノール組成物を用いてポリカーボネート樹脂を製造するポリカーボネート樹脂の製造方法。
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