JP2503079B2 - ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造法 - Google Patents

ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野 本発明はビフェニルテトラカルボン酸二無水物(以
下、BPDAと言う)の製造法に関するものであり、詳しく
は、ビフェニルテトラカルボン酸アルカリ金属塩(BTC
アルカリ塩と言う)を酸析することにより回収したビフ
ェニルテトラカルボン酸(以下、BTCと言う)を原料と
して、これを加熱脱水反応してBPDAを製造する際の副生
物の生成を抑制するための方法に関するものである。
(従来の技術) BPDAは超耐熱性樹脂として優れたポリイミドの原料と
して有用なものであり、通常、BTCを加熱脱水反応させ
ることにより製造される。ここで、原料として用いるBT
Cは、通常、モノハロゲノフタル酸を苛性ソーダなどの
アルカリの存在下、水性媒体中で二量化反応させること
により得られる。また、ビフェニルテトラカルボン酸テ
トラメチルを水性媒体中でアルカリ触媒の存在下、加水
分解反応させることによっても得ることができる。これ
らの場合、いずれも、生成したBTCはアルカリ金属塩と
して水性媒体中に溶解しているので、これを酸析してBT
C結晶を回収する必要がある。
BTCの脱水反応方法としては、例えば、無水酢酸など
の無水物よりなる媒体中でBTCを加熱し脱水反応を行う
方法、デカリンなどの不活性媒体中でBTCを還流温度に
加熱し脱水反応を行う方法、又はBTC結晶を固体状態の
まま250℃以上の温度に加熱し脱水反応を行う方法が知
られている。ところが、前者の如き媒体中での反応の場
合、加熱温度が低いため問題にはならないが、後者の場
合、加熱温度が高いため原料BTC又は生成したBPDAの一
部が分解し、ビフェニルトリカルボン酸及び/又はその
無水物(以下、トリ体という)を主体とする副生物が生
成する傾向がある。
その上、後者の場合、脱水反応後の生成BPDAを、引続
き、加熱しBPDAを溶融させた後、これを揮発して精製す
る方法が知られているが、このような方法におけるトリ
体などの生成はより著しいものとなる。
脱水反応により得たBPDA結晶中にトリ体などの副生物
が多く含有されると、これをジアミン類と重縮合してポ
リアミック酸乃至ポリイミドを製造する際に、高重合度
のポリマーを得ることが難しくなる。
従って、BPDA結晶中のトリ体などの副生物はできるだ
け少ない方が望ましいが、上述のBTCを高温加熱して脱
水反応を行う場合は、ある程度のトリ体の副生は避けら
れない。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、BTC結晶を加熱脱水する際の高温状態にお
けるBTC又はBPDAの分解によるトリ体の生成は、系内に
存在するアルカリ金属によって影響を受けることの新規
な知見にもとづくものである。
すなわち、一般的に、各反応で得たBTCは水性媒体中
にBTCアルカリ塩として存在するので、これを酸析してB
TC結晶を回収するが、この場合、回収BTC結晶中には、
通常、30〜100ppm程度のアルカリ金属が含有されてい
る。これは中和塩として含有されたアルカリ金属は結晶
の洗浄処理などにより比較的容易に除去できるものの、
BTC結晶中に完全に遊離酸となっていないモノアルカリ
金属塩が含まれるためであると考えられる。
そこで、本発明においては、このBTC結晶を処理して
アルカリ金属含有量を特定量以下に調整することによ
り、加熱脱水反応でのトリ体などの副生物の生成を大幅
に低減するものである。
(課題を解決するための手段) 本発明の要旨は、水性媒体中に溶解したビフェニルテ
トラカルボン酸アルカリ金属塩を酸析することによりビ
フェニルテトラカルボン酸結晶を回収し、該結晶を水媒
体中で再結晶することにより、結晶中のアルカリ金属の
含有量を1ppm以下に調節した後、加熱し脱水反応させる
ことを特徴とするビフェニルテトラカルボン酸二無水物
を製造する方法、及び水性媒体中に溶解したビフェニル
テトラカルボン酸アルカリ金属塩を酸析することにより
ビフェニルテトラカルボン酸結晶を回収し、該結晶を、
予めpKa2.5以下の酸を含む水媒体中で再結晶することに
より結晶中のアルカリ金属の含有量を1ppm以下に調節し
た後、加熱し脱水反応させることを特徴とするビフェニ
ルテトラカルボン酸二無水物を製造する方法に存する。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、水性媒体中に溶解したBTCアルカ
リ塩を酸析することにより回収されたBTC結晶を精製
し、これを原料とするものであるが、ここで酸析の対象
となるBTCアルカリ塩を溶解している混合物としては、
モノハロゲノフタル酸を白金族金属触媒を用いてアルカ
リの存在下、水性媒体中で二量化反応させることにより
得られる反応混合液が挙げられる。この二量化反応で用
いるモノハロゲノフタル酸としては、通常、4−クロロ
フタル酸又は4−ブロモフタル酸が代表的であり、ま
た、白金族金属触媒としては、通常、活性炭に担持した
パラジウム触媒が一般的である。アルカリとしては、通
常、苛性ソーダ又は苛性カリであり、このアルカリの種
類によって得られるBTCのアルカリ金属塩の種類が決ま
る。二量化反応の温度は、例えば、50〜150℃であり、
反応時間は0.5〜20時間程度である。なお、反応後の混
合物中には触媒などの不溶物が存在するので、これを濾
別する必要がある。
更に、BTCアルカリ塩を溶解した混合物として、ビフ
ェニルテトラカルボン酸テトラメチルを水性媒体中、ア
ルカリ触媒を用いて加水分解することにより得られる反
応混合物も挙げられる。この場合のアルカリ触媒として
は、通常、苛性ソーダ又は苛性カリであり、この種類に
よってBTCのアルカリ金属塩の種類が決まる。
BTCアルカリ塩の酸析処理法は特に限定されず、例え
ば、酸水溶液中にBTCアルカリ塩水溶液を添加すること
により実施される。ここで用いる酸としては、例えば、
塩酸又は硫酸が挙げられ、酸析のpHは、通常、2以下に
保持するように調節される。酸析処理により析出したBT
C結晶は混合物から分離し、必要に応じて、水洗処理さ
れる。しかし、ここで回収されたBTC結晶中には、通
常、30〜100ppm程度のアルカリ金属が含有されている。
なお、本発明におけるBTCは、通常、3.4.3.′4′−BTC
を主体とするものである。
本発明では上述のようなBTC結晶を原料としてBPDAを
製造するに際し、上記のようにして回収したBTC結晶を
水媒体中、或いはpKa2.5以下の酸を含む水媒体中で再結
晶することにより、該BTC結晶中のアルカリ金属含有量
を1ppm以下、好ましくは0.5ppm以下に調節することを必
須の要件とするものである。すなわち、BTCはその濃度
にもよるが、通常、100℃以下の温度では殆ど水に溶解
しないが、130〜170℃の温度では水に完全に溶解するの
で、この水に対する溶解度差を利用してBTCの再結晶を
行う。このアルカリ金属の含有量が前記値よりも多い場
合には、続く加熱脱水反応におけるBTC及びBPDAの分解
に起因するトリ体などの副生を十分に抑制することが難
しい。
再結晶における水媒体中のBTC濃度は、通常、5〜30
重量%、望ましくは10〜25重量%である。そして、結晶
溶解のための加熱温度はBTC結晶が実質的に全部溶解す
る温度であり、例えば、130〜180℃程度である。従っ
て、この際の系内圧力は必ず、加圧系となるので、装置
としては圧力に耐えうる密閉容器を用いる必要がある。
次いで、結晶溶解後の水溶液を冷却し、BTC結晶を析出
させ常圧下で、結晶の分離をするが、この際の分離温度
は、通常、80℃以下、好ましくは60〜20℃である。ま
た、再結晶における加熱速度及び冷却速度、溶解保持時
間、攪拌程度、結晶分離などの操作方法は特に限定され
るものではなく、常法の範囲の方法が採用し得る。
この再結晶により、BTC結晶中に含有されるアルカリ
金属を効果的に低減させることができる。なお、1回の
再結晶でアルカリ金属含有量が目的とする量以下になら
ない場合には、繰り返し再結晶を実施する必要がある。
しかし、上記の再結晶において、水媒体中にpKa2.5以下
の酸を少量存在させると、アルカリ金属の精製効果が著
しくなり、1回の再結晶で目標とするBTC結晶が得られ
るので望ましい。この原因はBTCのモノアルカリ金属塩
として含有されるアルカリ金属が酸の作用により容易に
BTCから脱離するためと考えられる。
pKa2.5以下の酸としては、例えば、硫酸、塩酸、パラ
トルエンスルホン酸などが挙げられる。この酸の使用量
は、通常、水媒体に対して0.1〜5重量%、好ましくは
0.2〜2重量%である。
このように精製されたアルカリ金属含有量の極めて少
ないBTC結晶を用いて、該結晶を加熱し脱水反応を行う
が、この脱水反応は溶媒を用いることなく、BTCの結晶
をそのまま加熱し脱水する方法が採用される。すなわ
ち、BTC結晶を徐々に加熱し昇温すると、BTC結晶の付着
水及び結晶水が揮発した後、BTC自体の脱水反応が起こ
りBPDAが生成する。この際の加熱温度は、通常、250〜3
50℃、好ましくは280〜320℃であり、この加熱温度が低
いと脱水反応の速度が遅く実用的でなく、逆に、あまり
加熱温度が高いとBPDAの分解が激しくなり望ましくな
い。なお、加熱される結晶は約300℃までは固体状態で
あるが、これを超えると溶融状態となる。しかし、脱水
反応はどちらの状態でも同様に進行する。また、脱水反
応の時間は通常、0.5から10時間程度である。
脱水反応は、通常、常圧下で実施されるが、減圧下で
実施してもよい。しかし、高温において減圧度をあまり
高くすると、BPDAが揮発するので注意を要する。更に必
要に応じて、脱水反応の混合物中に、窒素ガスなどの不
活性ガスを流通させることもできる。
脱水反応後のBPDAは、これを冷却し結晶を回収するこ
とができるが、場合により、例えば、これを引続き、28
0〜320℃の温度に保ち、系内を10mmHg以下の減圧として
BPDAを揮発させ、このBPDA蒸気を冷却板と接触させるこ
とによりBPDAを析出させ、これを回収する方法でもよ
い。
(発明の効果) 本発明によれば、加熱脱水反応におけるトリ体などの
副生物の生成を大幅に抑制することができるが、これ
は、原料BTC結晶中に含有されるアルカリ金属の含有量
とトリ体などの副生との間に相関関係があることにもと
ずき、その含有量を特定の値以下に制御することによっ
て可能となるのである。
従って、本発明で得られるBPDAはポリイミド原料とし
て用いた場合、高分子量のポリマーを良好に得ることが
でき、産業上、好ましいものである。
(実施例) 次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定
されるものではない。
[実施例−1] <BTCの精製> 内容積1lのパイレックス製ガラスオートクレーブに、
3.4.3′.4′−BTC(以下、S−BTCと言う)結晶111.9g
(水分18.8重量%、ナトリウム含有率50ppm)脱塩水48
5.0g、98%硫酸3.10gを入れ、攪拌しつつ窒素雰囲気下
で145℃迄昇温し、結晶を完全に溶解した後、90分で40
℃迄降温し、析出した結晶を濾別し、脱塩水90.0gで振
りかけ洗浄した。回収した結晶を真空乾燥器にて減圧
下、100℃で6時間乾燥し、付着水及び結晶水を除去し8
8.6gの乾燥結晶を得た。この回収結晶のナトリウム含有
率は0.12ppmであった。
<加熱脱水> 上記精製操作で得られたS−BTC結晶60.0gを内容積50
0mlのステンレス製セパラブルフラスコに入れ、減圧
下、マントルヒーターで加熱し300℃迄昇温した後、常
圧にもどし気相部に高純度窒素ガスを4l/hで、流通しつ
つ更に315℃迄昇温後5時間保持し、脱水反応を行っ
た。得られたS−BPDA中のトリ体の分析を液体クロマト
グラフィーにて行った。結果を表−1に示す。
[実施例−2] <S−BTCの精製> 98%硫酸1.24gを用いた以外は実施例−1と同様に行
った。
<加熱脱水> 上記精製で得られたS−BTC結晶を用い実施例−1と
同様に行った。結果を表−1に示す。
[実施例−3] <S−BTCの精製> 98%硫酸の添加を行わなかった以外は実施例−1と同
様に行った。
<加熱脱水> 上記精製で得られたB−BTC結晶を用い実施例−1と
同様に行った。結果を表−1に示す。
[実施例−4] <S−BTCの精製> S−BTC結晶を完全溶解した後325分で40℃迄降温した
以外は、実施例−3と同様に行った。
<加熱脱水> 上記精製で得られたS−BTC結晶を用い実施例−1と
同様に行った。結果を表−1に示す。
[比較例] <加熱脱水> 特別の精製を施していないナトリウムを61ppm含有す
るS−BTCを用い315℃での保持時間を3時間とした以外
は実施例−1と同様に行った。結果を表−1に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤木 守 福岡県北九州市八幡西区大字藤田2447番 地の1 三菱化成株式会社黒崎工場内 (56)参考文献 特開 平1−50876(JP,A) 特開 昭61−249977(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水性媒体中に溶解したビフェニルテトラカ
    ルボン酸アルカリ金属塩を酸析することによりビフェニ
    ルテトラカルボン酸結晶を回収し、該結晶を水媒体中で
    再結晶することにより、結晶中のアルカリ金属の含有量
    を1ppm以下に調節した後、加熱し脱水反応させることを
    特徴とするビフェニルテトラカルボン酸二無水物を製造
    する方法。
  2. 【請求項2】水性媒体中に溶解したビフェニルテトラカ
    ルボン酸アルカリ金属塩を酸析することによりビフェニ
    ルテトラカルボン酸結晶を回収し、該結晶を、予めpKa
    2.5以下の酸を含む水媒体中で再結晶することにより結
    晶中のアルカリ金属の含有量を1ppm以下に調節した後、
    加熱し脱水反応させることを特徴とするビフェニルテト
    ラカルボン酸二無水物を製造する方法。
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