JP2507829B2 - フェノ―ル系樹脂の製造方法 - Google Patents

フェノ―ル系樹脂の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフェノール系樹脂の製造方法に関するもので
ある。
本発明のフェノール系樹脂は、電気的特性、耐熱性、
耐薬品性、耐摩耗性等に優れ、成形材、摩擦材、封止
材、塗料等の基材として有用される。
〔従来の技術〕
フェノール化合物とアラルキル化合物の反応生成物で
あるフェノール系樹脂の製造方法は従来より多数の方法
が開示されている。
例えば、特公昭47−15111号公報及び、特公昭52−142
80号公報では、フェノール、p−キシリレングリコール
ジメチルエーテル(以下PXDMと略称する)及び触媒をコ
ンデンサー付き反応フラスコに一括して仕込み、混合物
をかきまぜながら、130℃〜200℃で一定時間反応させ、
後処理を行いフェノール系樹脂が得られている。
また、反応成分の溶解、均一化、反応物の回収を目的
として反応時に高沸点有機溶媒を使用することも提案さ
れている。
しかし、上記特公昭47−15111号公報及び、特公昭52
−14280号公報等の原料一括仕込みの製造方法では、反
応初期の急激な発熱を抑えられないため安全な反応、品
質の安定化が行えない欠点がある。特に、スケールが大
きい工業的な製造の場合は著しい欠点となる。
即ち、温度は反応が始まる温度以上に昇温しなければ
ならない。又反応は発熱反応である。そのため反応開始
温度に達したと同時に発熱が始まり、連鎖的且つ加速度
的な反応となり、生成したアルキルアルコールの急激な
蒸発が始まる。このため、安全な反応が行えないばかり
でなく、アルキルアルコールに同伴して原料のアルキル
アラルキルエーテルとフェノール化合物の一部が留出す
るため、モル比管理が行えずに製品の品質が不安定とな
る。特に工業的スケールでは温度、モル比管理が充分出
来なのが実情である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的はフェノール系樹脂を製造するに際し、
反応前に予め低沸点の溶剤を添加することにより、反応
初期の急激な発熱を抑え、所望の反応温度を保持し、し
かも品質の安定化が可能なフェノール系樹脂の製造方法
を提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討し、本
発明に到った。
即ち、本発明はフェノール化合物とアルキルアラルキ
ルエーテルとを反応させるに際し、反応前にアルキルア
ラルキルエーテルを構成するアルキルアルコール成分と
同種のアルキルアルコールを添加する事を特徴とするフ
ェノール系樹脂の製造方法である。
以下本発明を更に詳細に説明する。
本発明の方法の好ましい実施態様は、フェノール化合
物、触媒、アルキルアラルキルエーテルを構成するアル
キルアルコール成分及び/又は低沸点溶剤を反応器に仕
込み、所望の反応温度に昇温し、アルキルアラルキルエ
ーテルを連続的に装入、反応させることである。
該アルコール及び低沸点溶剤の添加効果は、所望の反
応温度で飽和状態にあり、反応開始と同時に副生するア
ルキルアルコールが直ちに反応系から抜け出すことによ
り反応熱の蓄積を防ぐことである。
又、反応温度の調節に関しても昇温から反応終了まで
の間中、所望の反応温度と同じ温度のバスに浸けておく
ことで達せられる。
本発明の方法で使用するフェノール化合物は、芳香核
に結合した1個ないし3個、好ましくは1個ないし2個
の水酸基を含有するが、芳香核の炭素原子に結合した置
換基が全体で3個より多くなり芳香族化合物またはそれ
らの混合物である。例えば、フェノール、o−クレゾー
ル、m−クレゾール、p−クレゾール、2,6−キシレノ
ール,レゾルシン、カテコール、p−エチルフェノー
ル、p−tert−ブチルフェノール、p−フェニルフェノ
ール、p−アミノフェノール、ピロガロール、α−ナフ
トール、β−ナフトール、サリチル酸等が挙げられる。
特に好ましいフェノール化合物はフェノール、o−クレ
ゾール等である。
本発明で使用するアルキルアラルキルエーテルは、下
記一般式(1)で表される。
(上式中、Rは炭素数が1〜6のアルキル基を示し、n,
mは1または2の整数であり、nが1の時mは2であ
り、nが2の時mは1である。) 例えば、α,α′−ジメトキシ−P−キシレン(PXD
M)、α,α′−ジエトキシ−p−キシレン、α,α′
−ジメトキシ−o−キシレン、α,α′−ジメトキシ−
m−キシレン(MXDM)、αα,α′−トリメトキシ−p
−キシレン等が挙げられ、特に好ましいアルキルアラル
キルエーテルはPXDM、MXDMである。
本発明の方法においてフェノール化合物のアルキルア
ラルキルエーテルに対する使用比率は広範囲に変化させ
ることができるが、好ましくは反応系の最終モル比が1.
3以上である。1.3未満ではゲル化する恐れがある。
本発明の方法を実施する際の特徴であるアルキルアラ
ルキルエーテルを構成するアルキルアルコール成分と同
種のアルキルアルコールとしては、例えば、メタノー
ル、エタノール等が挙げられ、特に反応で副生するアル
キルアルコールと同一のアルコールが好ましい。
また、沸点が50℃〜150℃の溶剤としては、例えば、
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケト
ン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エス
テル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化
水素が挙げられ、フェノールとの相溶性を有した溶剤、
更には生成する樹脂との相溶性を有した溶剤が好まし
い。
溶剤の沸点が50℃未満の場合は、フェノール化合物に
対する飽和量が少ないため、飽和温度(反応開始温度)
を厳密に管理しなければならない。更に、安全面でも好
ましくない。
また、150℃を超えると、飽和量が多く使用量が増
し、反応後の製品、フェノール化合物、溶剤の分離が困
難となる。更に反応温度が高くなり、副生するアルキル
アルコールと同伴するフェノール化合物の濃度が高く、
凝縮器の負担が大きくなる。
該アルコール及び/又は該溶剤の使用量は、選択する
アルコール及び溶剤の沸点、フェノールに対する飽和量
が異なるため、特に制限はないがフェノール化合物に対
して重量%で1〜10%が好ましい。
使用量が1%未満では反応温度が著しく高くなり易
く、副生するアルキルアルコールの蒸気圧が高くなり危
険である。また、10%を越えると反応温度が低くなり易
く円滑な反応が行い難くなる。
本発明の方法においては、上記原料成分のほかに、触
媒として、例えば塩化第二錫、塩化亜鉛、塩化第二鉄、
塩化第二銅、硫酸第二銅、硫酸第二水銀、硫酸第一水
銀、塩化第二水銀、塩化第一水銀、硫酸銀、塩化銀、硫
酸水素ナトリウム、硫酸等の無機化合物、モノエチル硫
酸、ジエチル硫酸、ジメチル硫酸、p−トルエンスルホ
ン酸、p−フェノールスルホン酸、メタンスルホン酸等
の有機スルホン酸類等が挙げられ、反応には少なくとも
一種類が使用される。
好ましい触媒としては、塩化第二錫、ジエチル硫酸、
p−フェノールスルホン酸である。
触媒の使用量に特に制限はないが、フェノール化合物
とアルキルアラルキルエーテルの重量和の0.001〜5重
量%の範囲で使用できる。安全且つ速やかに反応を完結
させるには0.01〜0.5%の範囲が好ましい。
反応温度は通常120〜200℃の範囲で行われるが好まし
くは130〜160℃である。120℃未満では極端に反応が遅
くなり、200℃を超えると反応中に発生するアルキルア
ルコールの温度が高く、圧力も高くなり凝縮器の負担が
増すとともに安全な反応ができなくなる。
また、反応中発生する副生アルキルアルコールを主成
分とする蒸発物を凝縮器で原料物質を凝縮させ反応系に
還流させる(以下、分縮と略称)ことが原料のモル比を
安定させ、生成物の品質を安定に保つために好ましい。
分縮温度は副生アルキルアルコールの沸点〜150℃の範
囲であるが、好ましくは65〜100℃である。最も好まし
い温度は70〜75℃である。副生アルキルアルコールの沸
点未満では副生アルキルアルコールの蓄積がおこり、反
応温度の低下、未反応物の蓄積をきたす。150℃を超え
ると高濃度のフェノール化合物を含有したアルキルアル
コールが反応系外に抜き出されてしまう。
アルキルアラルキルエーテルの連続装入時間は反応の
スケール、凝縮器の能力にもよるが、通常30分〜10時間
である。好ましくは、1〜5時間である。30分未満で
は、発生する副生アルキルアルコールを主成分とする蒸
発物を分縮させることが困難となる。また未反応のアル
キルアラルキルエーテルが多くなり、実質的に熟成反応
が長時間必要となる。10時間以上では特に問題はないが
生産性が悪く現実的ではない。
反応は加圧、常圧、減圧のいずれでも良いが、常圧か
1000mmH2O以下の僅かな加圧が好ましい。著しい減圧、
加圧下の反応では、反応条件を安定させることが困難と
なる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を説明する。
実施例1 188.2g(2モル)のフェノール、6.6gのメタノール及
び0.41gのジエチル硫酸を70℃の冷却水を通した凝縮器
を備えた反応器に装入し、撹拌しながら141℃に調節し
たオイルバスで液温を140℃に昇温した。液温が140℃に
達したところでPXDMの装入を開始し、3分後メタノール
の留出が認められた。その時の液温は141℃であった。2
36g(1.42モル)のPXDMを2時間かけて連続的に装入し
た後、更に液温140℃で90分間熟成反応を行った。昇温
から熟成反応終了までの間、141℃のオイルバスで加熱
を続け、140℃の液温を保持した。次いで液温を160℃に
昇温し、減圧下で未反応のフェノールを除去して、軟化
点92℃の樹脂305gを得た。
実施例2 188.2g(2モル)のフェノール、9.4gのメタノール及
び0.41gのジエチル硫酸を70℃の冷却水を通した凝縮器
を備えた反応器に装入し、撹拌しながら136℃に調節し
たオイルバスで液温を135℃に昇温した。液温が135℃に
達したところでPXDMの装入を開始し、2分後メタノール
の留出が認められた。その時の液温は136℃であった。2
36g(1.42モル)のPXDMを2時間かけて連続的に装入し
た後、更に液温135℃で2時間熟成反応を行った。昇温
から熟成反応終了までの間、136℃のオイルバスで加熱
を続け、135℃の液温を保持した。次いで液温を160℃に
昇温し、減圧下で未反応のフェノールを除去して、軟化
点93℃の樹脂302gを得た。
実施例3 188.2g(2モル)のフェノール、3.8gのメタノール及
び0.41gのジエチル硫酸を70℃の冷却水を通した凝縮器
を備えた反応器に装入し、撹拌しながら151℃に調節し
たオイルバスで液温を150℃に昇温した。液温が150℃に
達したところでPXDMの装入を開始し、2分後メタノール
の留出が認められた。その時の液温は150℃であった。2
36g(1.42モル)のPXDMを2時間かけて連続的に装入し
た後、更に液温150℃で1時間熟成反応を行った。昇温
から熟成反応終了までの間、151℃のオイルバスで加熱
を続け、150℃の液温を保持した。次いで液温を160℃に
昇温し、減圧下で未反応のフェノールを除去して、軟化
点92℃の樹脂304gを得た。
実施例4 188.2g(2モル)のフェノール、15gのメタノール及
び0.41gのジエチル硫酸を70℃の冷却水を通した凝縮器
を備えた反応器に装入し、撹拌しながら141℃に調節し
たオイルバスで昇温した。液温が127℃に達した時メタ
ノールの留出が始まった。メタノールを抜き出しながら
液温を140℃に昇温し、液温が140℃に達したところでPX
DMの装入を開始した。開始2分後メタノールの留出が多
くなった。その時の液温は140℃であった。236g(1.42
モル)のPXDMを2時間かけて連続的に装入した後、更に
液温140℃で90分間熟成反応を行った。昇温から熟成反
応終了までの間、141℃のオイルバスで加熱を続け、140
℃の液温を保持した。次いで液温を160℃に昇温し、減
圧下で未反応のフェノールを除去して、軟化点90℃の樹
脂308gを得た。
実施例5 33.56Kg(356.60モル)のフェノール、1.17Kgのメタ
ノール及び0.034Kgのジエチル硫酸を92℃の温水を通し
た凝縮器を備えた反応器に装入し、撹拌しながら141℃
の水蒸気を反応器のジャケットに通し、液温を140℃に
昇温した。液温が140℃に達したところでPXDMの装入を
開始し、5分後メタノールの留出が始まった。その時の
液温は142℃であった。31.85Kg(191.64モル)のPXDMを
4時間かけて連続的に装入した後、更に液温140℃で90
分間熟成反応を行った。昇温から熟成反応終了までの
間、141℃の水蒸気をジャケットに通し加熱を続け、140
℃の液温を保持した。次いで液温を160℃に昇温し、減
圧下で未反応のフェノールを除去して、軟化点75℃の樹
脂43Kgを得た。
実施例6 溶剤をメタノールのかわりにベンゼンを使用した以外
は、実施例1と同様にして軟化点95℃の樹脂300gを得
た。
実施例7 溶剤をメタノールのかわりにトルエンを使用した以外
は、実施例1と同様にして軟化点91℃の樹脂304gを得
た。
実施例8 触媒をジエチル硫酸のかわりにp−フェノールスルホ
ン酸を使用した以外は、実施例1と同様にして軟化点92
℃の樹脂303gを得た。
実施例9 1081.4g(10モル)のo−クレゾール、32.4gのメタノ
ール及び2.2gのジエチル硫酸を70℃の冷却水を通した凝
縮器を備えた反応器に装入し、撹拌しながら151℃に調
節したオイルバスで液温を150℃に昇温した。液温が150
℃に達したところでPXDMの装入を開始し、5分後メタノ
ールの留出が認められた。その時の液温は151であっ
た。1108g(6.67モル)のPXDMを4時間かけて連続的に
装入した後、更に液温150℃で3時間熟成反応を行っ
た。昇温から熟成反応終了までの間、151℃のオイルバ
スで加熱を続け、150℃の液温を保持した。次いで液温
を170℃に昇温し、減圧下で未反応のo−クレゾールを
除去して、軟化点82℃の樹脂1610gを得た。
実施例10 PXDMのかわりにm−キシレングリコールジメチルエー
テル(MXDM)を使用した以外は実施例1と同様にして軟
化点93℃の樹脂301gを得た。
比較例1 フェノール188.2g(2モル)、ジエチル硫酸0.41gを7
0℃の冷却水を通した凝縮器を備えた反応器に装入し、
撹拌しながら141℃に調節したオイルバスで液晶を140℃
に昇温した。液温が140℃に達したところでPXDMの装入
を開始した。開始20分後メタノールの留出が認められ
た。その間液温は148℃まで上昇したため、加熱を中止
し、PXDMの装入を停止した。液温が140℃に戻ったとこ
ろでPXDMの装入を再開し、5分後液温は137℃になりメ
タノールの留出が始まった。加熱を再開し、総量236g
(1.42モル)のPXDMを2時間かけて連続的に装入した。
装入終了後90分間熟成反応をし、次いで液温を160℃に
昇温し減圧下で未反応のフェノールを除去して、軟化点
94℃の樹脂300g得た。
比較例2 33.56Kg(356.60モル)のフェノール、31.85Kg(191,
64モル)のPXDM及び0.034Kgのジエチル硫酸を常温の冷
却水を通した凝縮器を備えた反応器に装入し、撹拌しな
がら141℃の水蒸気を反応器のジャケットに通し昇温し
た。液温が128℃に達したところでメタノールの留出が
始まり、直ちに加熱を中止したが20分後液温は150℃に
達し、メタノールが激しく留出し、ジャケットに通水し
冷却を行った。液温は120℃に下がりメタノールの留出
が止まったため、加熱を徐々に行い、液温が128℃に達
した時再びメタノールの留出が始まった。以降冷却、加
熱を繰り返し行い135℃〜145℃に液温を管理し反応を完
結させ、次いで液温を160℃に昇温し、減圧下で未反応
のフェノールを除去して、軟化点80℃の樹脂41Kgを得
た。
〔発明の効果〕
本発明による効果は、反応初期の急激な発熱を抑え、
所望の反応温度を容易に管理出来ることから、安全性が
高く、且つ品質の安定した樹脂が得られる。特に工業化
スケールでは再現良く、容易に反応条件がコントロール
出来ることから1バッチ当りの生産量が大幅に増加でき
る。
本発明の方法で得られるポリマーは通常のフェノール
樹脂(ノボラック樹脂)に比べ耐熱性、耐摩耗性、耐薬
品性、電気特性等に優れ広範囲の分野に使用できる。特
に電気、電子材料、摩擦材、成形材、ゴム配合用等とし
てはフェノール樹脂と全く同じ硬化方法で使用できる性
能を持った熱硬化性樹脂である。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フェノール化合物とアルキルアラルキルエ
    ーテルとを反応させるに際し、反応前にアルキルアラル
    キルエーテルを構成するアルキルアルコール成分と同種
    のアルキルアルコールを反応系に添加する事を特徴とす
    るフェノール系樹脂の製造方法。
  2. 【請求項2】該アルコールの添加量が、フェノール化合
    物に対し重量%で1〜10%である請求項1記載のフェノ
    ール系樹脂の製造方法。
  3. 【請求項3】アルキルアラルキルエーテルを構成するア
    ルキルアルコールが、メタノールであることを特徴とす
    る請求項1記載のフェノール系樹脂の製造方法。
  4. 【請求項4】アルキルアラルキルエーテルが、p−キシ
    リレングリコールジメチルエーテルであることを特徴と
    する請求項1記載のフェノール系樹脂の製造方法。
  5. 【請求項5】フェノール化合物が、フェノールであるこ
    とを特徴とする請求項1記載のフェノール系樹脂の製造
    方法。
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