JP3762711B2 - ポリカーボネート粗製溶液の処理方法 - Google Patents

ポリカーボネート粗製溶液の処理方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリカーボネート粗製溶液の処理方法に関するものであり、詳しくは、界面重合法(ホスゲン法)によるポリカーボネートの製造において、重合後の不純物を含むポリカーボネート粗製溶液を、一定条件の範囲内で酸処理することによって得られるポリカーボネートの熱安定性等物性の低下を抑えたポリカーボネート粗製溶液の処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリカーボネートは、透明性と優れた機械物性ゆえに、押し出し成型品または射出成型品等の例えばシート、光ディスク、レンズといった多種多様の用途に使用されている。
【0003】
ポリカーボネートは、主としてビスフェノールAなどの二価フェノールとホスゲンとの反応による界面重合法により製造されており、重合反応後のポリカーボネート有機溶剤溶液には、副生する不純物、あるいはその他の不純物、例えば塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムなどの無機塩やイオン、未反応の二価フェノール、末端停止剤としての一価フェノール、重合触媒としてのアミン類などの不純物が残留する。これらの不純物は少量であっても、ポリカーボネートの着色、熱安定性、耐スチーム性、耐クレーズ性などの低下の原因となる事が知られている。
【0004】
そのため、たとえば、攪拌槽を二段とし、油中水型分散相の条件で洗浄後、相分離の容易な水中油型分散相に相転換し、静置分離槽に供給する方法(特公昭59−38967号公報)、粗製ポリカーボネート有機溶剤溶液と水性洗浄液を水相比で5〜30容量%に調製し、ラインミキサーを使用して、毎時0.1kW/m3以上の単位流量当たりの攪拌所要動力で、前記混合液を攪拌して油中水型分散相を形成させ、次いでこの混合液を遠心分離する方法(特公平6−53793号公報)、ポリカーボネート有機溶剤溶液と水性洗浄液とを混合して油中水型分散相を形成して、前記分散相中の分散液滴粒径を100μm以下とした後に、前記分散相を遠心分離する方法(特公平6−39523号公報)、ポリカーボネート溶液と水性洗浄液とを、混合器により混合し、水中油型乳化状態の混合溶液とした後、濾過層を通過させることにより、ポリカーボネート溶液相と水性洗浄液相とに分離する方法(特開平7−309940号公報)が開示されている。
【0005】
しかしながら、これらの方法を繰り返し追試してみると、場合によってはポリカーボネートの着色や熱安定性の低下が認められた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、界面重合法による重合反応後のポリカーボネート粗製溶液の処理において、得られるポリカーボネートの熱安定性等の物性低下を抑えるポリカーボネート粗製溶液の処理方法および熱安定性に優れたポリカーボネートの製造方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ポリカーボネート粗製溶液の洗浄処理における前記問題点について鋭意検討を重ねた結果、重合反応後のポリカーボネート粗製溶液中の触媒濃度、温度および酸性水溶液で処理するまでの時間が熱安定性に大きく影響することを見出し、本発明に到達した。
【0008】
すなわち、本発明によれば、二価フェノールのアルカリ水溶液とホスゲンとを有機溶剤の存在下、アミン系触媒を用いて界面重合法により重合させてポリカーボネート粗製溶液を得て、次いで該ポリカーボネート粗製溶液を、下記一般式(1)
k=0.017×C×exp(0.072×T)×t・・・(1)
(ここで、Cはポリカーボネート粗製溶液中の触媒濃度(ppm)、Tはポリカーボネート粗製溶液の温度(℃)、tは反応終了後のポリカーボネート粗製溶液を酸性水溶液で処理するまでの時間(hr))
において、k<200を満たす条件で酸性水溶液により処理することを特徴とするポリカーボネート粗製溶液の処理方法が提供される。
【0009】
また、上記酸性水溶液で処理されたポリカーボネート溶液をさらに水で洗浄し、次いで得られたポリカーボネート溶液から溶剤を除去してポリカーボネートを固体として回収する熱安定性に優れたポリカーボネートの製造方法が提供される。
【0010】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0011】
本発明においてポリカーボネート粗製溶液の処理方法の対象となるポリカーボネート有機溶剤溶液は、二価フェノールのアルカリ水溶液とホスゲンとを有機溶剤の存在下、アミン系触媒を用いて界面重合法により重合させて得られたポリカーボネートを含有する反応混合物から、水相を除去した触媒等の不純物を含むポリカーボネート粗製溶液である。
【0012】
ここで不純物とは、重合反応時に副生する不純物、あるいはその他の不純物であり、特に重合触媒としてのアミン類、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムなどの無機塩やイオン、未反応の二価フェノール、分子量調節剤としての一価フェノールなどである。
【0013】
本発明で使用される二価フェノールの例としては、ハイドロキノン、レゾルシノール、4,4′−ジヒドロキシジフェニル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス{(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチル)フェニル}メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(通称ビスフェノールA)、2,2−ビス{(4−ヒドロキシ−3−メチル)フェニル}プロパン、2,2−ビス{(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチル)フェニル}プロパン、2,2−ビス{(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシ)フェニル}プロパン、2,2−ビス{(3−イソプロピル−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−フェニル)フェニル}プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−メチルブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3−ジメチルブタン、2,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−メチルブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−4−メチルペンタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−4−イソプロピルシクロヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス{(4−ヒドロキシ−3−メチル)フェニル}フルオレン、α,α′−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−o−ジイソプロピルベンゼン、α,α′−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−m−ジイソプロピルベンゼン、α,α′−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン、1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−5,7−ジメチルアダマンタン、4,4′−ジヒドロキシジフェニルケトン、4,4′−ジヒドロキシジフェニルエーテルおよび4,4′−ジヒドロキシジフェニルエステル等があげられ、これらは単独または2種以上を混合して使用できる。
【0014】
なかでもビスフェノールA、2,2−ビス{(4−ヒドロキシ−3−メチル)フェニル}プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−メチルブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3−ジメチルブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−4−メチルペンタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンおよびα,α′−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−m−ジイソプロピルベンゼンからなる群より選ばれた少なくとも1種のビスフェノールより得られる単独重合体または共重合体が好ましく、特に、ビスフェノールAの単独重合体および1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンとビスフェノールA、2,2−ビス{(4−ヒドロキシ−3−メチル)フェニル}プロパンまたはα,α′−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−m−ジイソプロピルベンゼンとの共重合体が好ましく使用される。
【0015】
アルカリ水溶液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の水溶液が好ましく使用される。アルカリ水溶液の濃度は通常5〜10重量%である。また、アルカリ金属水酸化物の使用量は、二価フェノールに対して2.2〜3倍モル用いるのが好ましい。
【0016】
有機溶剤としては、ジクロロメタン(以下塩化メチレン)、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、ヘキサクロロエタン、ジクロロエチレンなどの脂肪族塩素化炭化水素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの芳香族塩素化炭化水素、またはこれらの混合物などが挙げられ、塩化メチレンが特に好ましい。また、これらの塩素化炭化水素とジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトフェノンなどの有機溶剤との混合物などでも使用できる。また、それらの塩素化炭化水素またはそれらの混合物に、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素などを混合した有機溶剤であってもよい。
【0017】
また、反応促進のために用いるアミン系触媒としては、例えばトリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、テトラ−n−ブチルアンモニウムブロマイド、テトラ−n−ブチルホスホニウムブロマイド等の第三級アミン、第四級アンモニウム化合物、第四級ホスホニウム化合物等の触媒が挙げられ、特に工業的にトリエチルアミンが好ましく用いられる。アミン系触媒の添加量は、使用する二価フェノールに対し0.05〜0.5モル%が好ましい。
【0018】
また、かかる重合反応において、通常末端停止剤が使用される。かかる末端停止剤として一価フェノール類を使用することができる。一価フェノール類は末端停止剤として分子量調節のために一般的に使用され、また得られたポリカーボネート樹脂は、末端が一価フェノール類に基づく基によって封鎖されているので、そうでないものと比べて熱安定性に優れている。かかる一価フェノール類としては、コスト、取り扱い性等からフェノール、p−tert−ブチルフェノール、p−クミルフェノールが好ましい。
【0019】
これらの末端停止剤は、得られたポリカーボネートの全末端に対して、少くとも5%、好ましくは少くとも10%は導入されることが望ましく、末端停止剤は単独でまたは2種以上混合して使用してもよい。
【0020】
界面重合法による反応温度は通常0〜40℃、反応時間は10分〜5時間程度、反応中のpHは9以上に保つことが好ましい。
【0021】
前記界面重合法により得られたポリカーボネート樹脂を含有する反応混合物は、次いで有機相と水相とを分離し、水相を除去して触媒等の不純物を含むポリカーボネート粗製溶液を得る。
【0022】
本発明において、前記ポリカーボネート粗製溶液は下記一般式(1)
k=0.017×C×exp(0.072×T)×t・・・(1)
(ここで、Cはポリカーボネート粗製溶液中の触媒濃度(ppm)、Tはポリカーボネート粗製溶液の温度(℃)、tは反応終了後のポリカーボネート粗製溶液を酸性水溶液で処理するまでの時間(hr))
において、k<200を満たす条件で酸性水溶液により処理される。
【0023】
前記ポリカーボネート粗製溶液中の触媒濃度が高くなると、あるいはポリカーボネート粗製溶液の温度が高くなると、時間の経過に伴いポリカーボネートに何らかの悪影響を及ぼし、得られるポリカーボネートの熱安定性が悪化する。したがって、上記範囲を満足する条件でポリカーボネート粗製溶液を酸性水溶液により処理することが必要である。なお、反応終了後のポリカーボネート粗製溶液を酸性水溶液により処理するまでの時間とは、重合反応を終了し有機相と水相とを相分離させた時点から、分離した有機相を酸性水溶液に接触させる時点までの時間を意味する。
【0024】
また、反応終了後のポリカーボネート粗製溶液を酸性水溶液により処理するまでにポリカーボネート粗製溶液の温度が変化した場合、Tも変化するものとする。例えば反応終了後のポリカーボネート粗製溶液をT1(℃)にt1(hr)の間、T2(℃)にt2(hr)の間保持した後酸性水溶液で処理する場合、それぞれに対応するk1とk2との和をkとする。また、反応終了後のポリカーボネート粗製溶液を酸性水溶液で処理するまでの間、ポリカーボネート粗製溶液の温度がT1(℃)からTn(℃)まで連続的に変化する場合、T1(℃)にt1(hr)の間、T2(℃)にt2(hr)の間・・Tn(℃)にtn(hr)の間保持したとし(n≧10とすることが好ましい)、それぞれに対応するk1、k2・・knの和をkとする。
【0025】
本発明において、ポリカーボネート粗製溶液を酸性水溶液により処理するという意味は、具体的にはポリカーボネート粗製溶液と酸性水溶液とを充分に接触または混合させ、ポリカーボネート粗製溶液中の触媒を失活させる操作を意味する。ポリカーボネート粗製溶液と酸性水溶液とを接触または混合させる時間は少なくとも0.1分が好ましく、工業的には1〜60分がより好ましく、5〜40分が特に好ましい。
【0026】
酸性水溶液としてはリン酸、塩酸、硫酸等の水溶液が好ましく用いられ、0.0004〜40g/リットル濃度(またはpH5以下)の水溶液が好ましく使用される。酸性水溶液とポリカーボネート粗製溶液との割合は、酸性水溶液/ポリカーボネート粗製溶液(容量比)で表して0.2〜1.5の範囲で用いるのが、洗浄が効率的に行われ好ましい。
【0027】
また、酸性水溶液で処理されたポリカーボネート有機溶剤溶液はアルカリ洗浄を行うことも好ましい。アルカリ洗浄に用いるアルカリとしては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属化合物、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属化合物が挙げられ、特に水酸化ナトリウムが好ましく用いられ、好ましくは0.1〜20g/リットル濃度(またはpH11.5以上)の水溶液が使用される。アルカリ水溶液とポリカーボネート有機溶剤溶液との割合は、アルカリ水溶液/有機溶剤溶液(容量比)で表して0.2〜1.5の範囲で用いるのが、洗浄が効率的に行われ好ましい。
【0028】
また、酸性水溶液で処理されたポリカーボネート有機溶剤溶液はそのままあるいはアルカリ洗浄後水洗浄が施される。この水洗工程は、好ましくはイオン交換水等の電気伝導度10μS/cm以下、より好ましくは1μS/cm以下の水により行われ、かかる有機溶剤溶液と水とを混合、攪拌した後、静置してあるいは遠心分離機等を用いて有機相と水相とを分液させ、有機相を取り出すことを繰り返し行い、水溶性不純物を除去する。洗浄を行うことにより水溶性不純物が除去され、得られるポリカーボネートの色相は良好なものとなる。
【0029】
前記水洗浄が施されたポリカーボネート有機溶剤溶液は、次いで、溶剤を除去してポリカーボネート樹脂を固体として回収する操作が行われる。ポリカーボネート樹脂を固体として回収する方法としては、ポリカーボネートに対する非溶媒または貧溶媒と有機溶剤溶液とを混合する方法が好ましく採用される。特にポリカーボネート溶液と水とを接触混合させて、ポリカーボネートを固体粉末として分離するのが工業的に有利である。
【0030】
本発明で製造されたポリカーボネートの分子量は、粘度平均分子量(M)で10,000〜100,000が好ましく、12,000〜50,000がより好ましく、13,000〜40,000が特に好ましい。かかる粘度平均分子量を有するポリカーボネートは、十分な強度が得られ、また、成形時の溶融流動性も良好であり成形歪みが発生せず好ましい。かかる粘度平均分子量は塩化メチレン100mlにポリカーボネート0.7gを20℃で溶解した溶液から求めた比粘度(ηsp)を次式に挿入して求めたものである。
【0031】
Figure 0003762711
本発明で得られるポリカーボネートには、熱安定剤、酸化防止剤、離型剤(脂肪酸エステル等)、滑剤、可塑剤、帯電防止剤、増白剤、紫外線吸収剤、耐候剤、抗菌剤、顔料、染料、充填剤、強化剤、他樹脂やゴム等の重合体、難燃剤等の改質改良剤を適宜添加して用いることができる。
【0032】
なかでも熱安定剤はリン系の熱安定剤が好ましく用いられ、例えば亜リン酸、リン酸、亜ホスホン酸、ホスホン酸およびこれらのエステル等が挙げられ、具体的には、トリフェニルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、トリス(2,6−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、トリデシルホスファイト、トリオクチルホスファイト、トリオクタデシルホスファイト、ジデシルモノフェニルホスファイト、ジオクチルモノフェニルホスファイト、ジイソプロピルモノフェニルホスファイト、モノブチルジフェニルホスファイト、モノデシルジフェニルホスファイト、モノオクチルジフェニルホスファイト、ビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、2,2−メチレンビス(4,6−ジ−tert−ブチルフェニル)オクチルホスファイト、ビス(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト、トリブチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリメチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、ジフェニルモノオルソキセニルホスフェート、ジブチルホスフェート、ジオクチルホスフェート、ジイソプロピルホスフェート、4,4’−ビフェニレンジホスフィン酸テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)、ベンゼンホスホン酸ジメチル、ベンゼンホスホン酸ジエチル、ベンゼンホスホン酸ジプロピル等が挙げられる。なかでも、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、トリス(2,6−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、及び4,4’−ビフェニレンジホスフィン酸テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)等が好ましく使用され、特にトリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト及び4,4’−ビフェニレンジホスフィン酸テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)が好ましい。これらは単独または2種以上を混合して使用できる。これらの熱安定剤の配合量は、ポリカーボネート100重量部に対して0.001〜0.1重量部、好ましくは0.002〜0.05重量部である。
【0033】
前記熱安定剤をポリカーボネートに配合する方法としては、重合反応後のポリカーボネート溶液に添加する方法、ポリカーボネート粉粒体に添加する方法のいずれの方法で加えてもよい。特に、重合反応後のポリカーボネート溶液に添加する方法が得られるポリカーボネートの色相および熱安定性がより向上し好ましく、精製終了後のポリカーボネート溶液に添加する方法または温水で造粒する際に温水中に添加する方法が好ましい。熱安定剤は、溶剤に溶解してあるいはそのまま添加しても構わない。
【0034】
本発明の製造方法により得られるポリカーボネートは、熱安定性等に優れることから、押出成形品や射出成形品等の材料として好適に使用され、具体的には光磁気ディスク、各種追記型ディスク、デジタルオーディオディスク(いわゆるコンパクトディスク)、光学式ビデオディスク(いわゆるレーザディスク)、デジタル・バーサタイル・ディスク(DVD)等の光学ディスク基板、光拡散板、導光板、光カード、光学用プリズム、光ファイバーまたはレンズ等の光学用成形品用の材料として好適に使用できる。
【0035】
【実施例】
以下、実施例に従って、本発明を具体的に説明するが本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。尚、評価は次に示す方法で行った。
(1)ポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量(M)
粘度平均分子量は塩化メチレン100mlにポリカーボネート樹脂0.7gを溶解した溶液をオストワルド粘度計にて20℃で測定して求めた。
(2)熱安定性
ポリカーボネート樹脂ペレットを射出成形機((株)日本製鋼所製:日鋼アンカー V−17−65型)を用い、シリンダー温度340℃で試験片(厚さ2mmの50mm角板)を作成した。この試験片を130℃で20日間処理した。色差計[スガ試験機(株)製]を用いて処理前後の色相(b値)を測定し、評価した。
【0036】
[実施例1〜9及び比較例1〜4]
温度計、撹拌機及び還流冷却器付き反応器にイオン交換水219.4部、48%水酸化ナトリウム水溶液49.2部を仕込み、これに2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン57.5部およびハイドロサルファイト0.12部を加えて25分間で溶解した後、塩化メチレン181部を5分間で加え、撹拌下15〜25℃でホスゲン28.3部を40分要して吹込んだ。ホスゲン吹き込み終了後、48%水酸化ナトリウム水溶液7.2部およびp−tert−ブチルフェノール1.32部を加え、ホモミキサーで乳化せしめ、28〜33℃で10分間攪拌した後に、トリエチルアミン0.03部を加え、さらに28〜33℃で10分間撹拌した後、塩化メチレン266部を加えて反応を終了した。反応終了後攪拌を停止し、水相と有機相を分離して、粘度平均分子量(Mv)25100のポリカーボネート樹脂を12.8重量%含むポリカーボネート粗製溶液を得た。また、重合触媒であるトリエチルアミンの溶液中の濃度はガスクロマトグラフィーで測定したところ58ppmであった。
【0037】
上記ポリカーボネート粗製溶液を、表1記載の触媒濃度に調整し、表1記載の温度となるよう恒温槽で保持した。表1記載の時間経過後3.65g/lの塩酸水溶液とポリカーボネート粗製溶液とを塩酸水溶液/粗製溶液=0.35(容量比)の割合で15分間混合、攪拌し酸処理を行った。酸処理後分液した有機相を導電率がイオン交換水と殆ど同じになるまで繰り返し水洗し精製ポリカーボネート有機溶剤溶液を得た。この精製ポリカーボネート有機溶剤溶液をニーダーに仕込み、溶剤を除去してポリカーボネートの粉粒体を得た。脱水後、熱風循環式乾燥機により140℃で10時間乾燥した後、押出機により280℃でペレット化した。評価結果を表1に示した。
【0038】
【表1】
Figure 0003762711
【0039】
【発明の効果】
本発明のポリカーボネート粗製溶液の処理方法によれば、これより得られるポリカーボネートは熱安定性等の物性に優れ、その奏する工業的効果は格別なものである。

Claims (2)

  1. 二価フェノールのアルカリ水溶液とホスゲンとを有機溶剤の存在下、アミン系触媒を用いて界面重合法により重合させてポリカーボネート粗製溶液を得て、次いで該ポリカーボネート粗製溶液を、下記一般式(1)
    k=0.017×C×exp(0.072×T)×t・・・(1)
    (ここで、Cはポリカーボネート粗製溶液中の触媒濃度(ppm)、Tはポリカーボネート粗製溶液の温度(℃)、tは反応終了後のポリカーボネート粗製溶液を酸性水溶液で処理するまでの時間(hr))
    において、k<200を満たす条件で酸性水溶液により処理することを特徴とするポリカーボネート粗製溶液の処理方法。
  2. 請求項1において酸性水溶液で処理されたポリカーボネート溶液をさらに水で洗浄し、次いで得られたポリカーボネート溶液から溶剤を除去してポリカーボネートを固体として回収するポリカーボネートの製造方法。
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