JP3810137B2 - ビスフェノール類の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ビスフェノール類の製造方法に関するものである。更に詳しくは、フェノール類とケトン類の脱水縮合によりビスフェノール類を製造する方法に関するものである。
ビスフェノール類のうち、例えば工業的に大規模に製造されている２，２−ビス（４’−オキシフェニル）プロパン（以下、ビスフェノールＡと略称する。）は、ポリカーボネート、ポリエステル、エポキシ樹脂、感熱紙用顕色剤の原料等、工業的に極めて有用な化合物である。
【０００２】
【従来の技術】
ビスフェノール類のうち、例えばビスフェノールＡの製造は通常、塩酸、硫酸等の鉱酸の存在下にフェノール２分子とアセトン１分子との脱水縮合反応により製造されている。
均一触媒として、例えば塩酸を用いる場合には、低温で操作することにより、フェノールとビスフェノールＡの付加物を晶析させながら反応させることが可能であるため、アセトンの高転化率とともに、異性体である２−（２’−オキシフェニル）−２−（４’−オキシフェニル）プロパンの副生量を減じて高選択性でビスフェノールＡを製造することができる。しかしながら塩酸等の均一酸触媒は反応混合液中の触媒の除去、又は中和する工程が必要であり、操作が煩雑となる。これに加えて反応液中に酸が均一に溶解することから装置等の腐蝕をもたらし、そのため、反応装置に耐腐蝕材質を用いなければならず、経済的にも問題を生じている。
このことから、固体不均一触媒によるビスフェノールＡの製造が工業的に実施されるようになってきている。
【０００３】
固体不均一触媒としてはゼオライト、部分中和し不溶化されたヘテロポリ酸塩、強酸性陽イオン交換樹脂、粘土等が知られている。しかし、これらの固体不均一触媒は触媒の活性及び選択率の双方とも低い。
これらの固体触媒の性能の低さを克服する方法として助触媒としてメルカプト基含有化合物を固体酸触媒とともに反応系に添加することで触媒活性及び反応選択性が向上することが知られている。
【０００４】
例えば、特公昭45-10337号では陽イオン交換樹脂の存在下、反応液にメルカプタンを添加することで、また特公昭57-11298号では酸処理モンモリロナイトの存在下、反応液にチオグリコール酸を添加することでフェノールとアセトンからビスフェノールＡを合成する際の活性および、異性体である２−（２’−オキシフェニル）−２−（４’−オキシフェニル）プロパンの副生量を減じてビスフェノールＡの選択性を向上させている。一方、メルカプト基含有化合物を固体触媒に固定化する方法も検討されている。例えば、特開昭37-14721号ではメルカプトアルキルアルコールと強酸性陽イオン交換樹脂の酸性基の一部とのエステル化によりエステル結合によりメルカプト化合物を陽イオン交換樹脂に固定化した触媒、特公昭46-19953号ではメルカプトアルキルアミンにより強酸性陽イオン交換樹脂を部分中和して固定化した触媒、特開昭52-19189号では環状メルカプトアミンで強酸性陽イオン交換樹脂を部分中和し、イオン結合により固定化した触媒、更に英国特許第1,539,186号 においてはメルカプトアミノ酸を陽イオン交換樹脂とイオン結合により固定化した触媒等が知られている。
【０００５】
これらの強酸性陽イオン交換樹脂や粘土等の固体酸触媒にメルカプト基含有化合物を添加したりあるいは固定化した触媒を用いると、強酸性陽イオン交換樹脂や粘土等に比較して確かにアセトンの転化率が向上するとともに、異性体である２−（２’−オキシフェニル）−２−（４’−オキシフェニル）プロパンの副生量を減じてビスフェノールＡの選択率も向上する。しかしながら、まだ異性体の副生量は多いためビスフェノ−ルＡの選択率は低く、精製工程を煩雑にしているという問題点があるとともに、経済的にも問題を生じている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、触媒の中和等の煩雑な操作や装置等の腐蝕が無い、かつフェノール類とケトン類から脱水縮合により工業的に有用なビスフェノール類を高収率、高選択率で製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の課題を解決するため鋭意検討した結果、モンモリロナイトの層間に存在するカチオンを、アルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素のカチオンの１種以上でイオン交換した触媒の存在下、フェノール類とケトン類を反応させてビスフェノール類を製造する際に、メルカプト基含有化合物の共存下に反応させると、高収率、高選択率でビスフェノール類を製造することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、一般式（１）（化２）
【０００８】
【化２】
Ｍn+ x/n（Ａｌ4-xＭｇx）Ｓｉ8Ｏ20（ＯＨ）4 ・ｙＨ2Ｏ （１）
（式中、Ｍは金属原子又は水素原子、ｘは０を超え４未満の正の数、ｎは正の整数、ｙは０又は０を超える正の数である。）で表される層状粘土のモンモリロナイトの層間に存在するカチオンＭn+を、アルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素のカチオンの１種以上でイオン交換した触媒およびメルカプト基含有化合物の存在下、フェノール類とケトン類を反応させることを特徴とするビスフェノール類の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の、メルカプト基含有化合物は、Ｈ2Ｓ；メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、ｎ−プロピルメルカプタン、ｎ−ブチルメルカプタン、ｎ−ヘキシルメルカプタン、２−エチル−ｎ−ヘキシルメルカプタン、ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−デシルメルカプタン、ｎ−ドデシルメルカプタンなどのアルキルメルカプタン；シクロヘキシルメルカプタンなどのシクロアルキルメルカプタン；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等である。これらのメルカプト基含有化合物はその１種を単独で使用することもできるし、また、その２種以上、例えば、アルキルメルカプタンとメルカプトカルボン酸を併用することもできる。
本発明において反応させるフェノール類は、一般式（２）（化３）
【００１０】
【化３】
（式中、Ｒは互いに同一であっても相違していても良く、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基等のアリール基または塩素等のハロゲン原子である。）で表されるものであり、好ましくは、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｍ−エチルフェノール、ｍ−ｎ−プロピルフェノール、ｍ−イソプロピルフェノール、ｍ−ｎ−ブチルフェノール、ｍ−ｓｅｃ−ブチルフェノール、ｐ−ｔ−ブチルフェノール、２、６−ジメチルフェノール、テトラメチルフェノール、２、６−ジ−ｔ−ブチルフェノール等のアルキルフェノール類、ｐ−シクロヘキシルフェノール等のシクロヘキシルフェノール類、ｏ−フェニルフェノール、ｐ−フェニルフェノール等のフェニルフェノール類、ｍ−クロロフェノール、ｏ−クロロフェノール、２、６−ジクロロフェノール等のハロゲン化フェノール類等である。
また本発明において反応させるケトン類は、一般式（３）（化４）
【００１１】
【化４】
（式中、Ｒ’およびＲ”は互いに同一であっても相違していても良く、水素原子、炭素数１〜６のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基等のアリール基または塩素等のハロゲン原子である。）で表されるものであり、好ましくは、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、メチルイソブチルケトン等のアルキルケトン類、シクロヘキサノン、２−メチルシクロヘキサノン、３−メチルシクロヘキサノン、４−メチルシクロヘキサノン等の脂環式ケトン類、アセトフェノン等の芳香族ケトン類、１、３−ジクロロアセトン等のハロゲン置換メチルケトン類である。
【００１２】
また本発明において製造されるビスフェノール類は、原料であるフェノール類およびケトン類に対応するものであり、例えば、フェノール類としてフェノールを、ケトン類としてアセトンを使用すると、製造されるビスフェノール類はビスフェノールＡである。
【００１３】
本発明において使用する一般式（１）（式中、Ｍは金属原子又は水素原子、ｘは０を超え４未満の正の数、ｎは正の整数、ｙは０又は０を超える正の数である。）で表される層状粘土のモンモリロナイト（Ｍは通常は、ナトリウムやカルシウムである。）は、合成品および天然品があり、どちらも使用することができる。工業的には安価に入手することができる天然品を使用することが好ましい。
【００１４】
また、本発明においてモンモリロナイトの層間に存在するナトリウムやカルシウム等のカチオンをイオン交換する際に使用するアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素のカチオンの供給源としては、種々の化合物の形のものを使用するが、イオン交換する際に使用する溶媒に溶解するものであれば何でもよい。通常は塩化物、硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、カルボン酸塩を使用する。カルボン酸塩としてはギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩等の脂肪族カルボン酸塩、安息香酸塩等の芳香族カルボン酸塩を使用する。
【００１５】
モンモリロナイトの層間に存在するナトリウムやカルシウム等のカチオンのイオン交換は、通常実施される方法を用いればよく、特に限定されないが、通常溶媒を用いた液相で行われる。溶媒としては、イオン交換の際に使用するアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素の化合物を溶解するものであれば何でもよいが、通常は水が使用され、有機溶媒と併用してもよい。溶媒中のアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素の濃度は、通常、モンモリロナイトの陽イオン交換容量の当量以上のアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素を含有している液量を用いれば特に限定されないが、通常その濃度が、0.01mol/l〜５mol/l 、好ましくは0.05mol/l〜２mol/l のものを使用する。 0.01mol/lよりも希薄な条件ではイオン交換速度が遅くなり過ぎ、５mol/l よりも濃厚な条件では過剰に使用するため経済的ではない。イオン交換の温度は、使用する溶媒の種類にもより任意の温度で行われるが、例えば溶媒が水の場合は通常室温〜95℃である。室温より低いとイオン交換速度が遅くなり過ぎ、95℃より高いと使用する容器が加圧容器となり経済的ではない。また、イオン交換時間は、温度にもよるが通常0.1Hr〜100Hrであり、好ましくは１Hr〜30Hrである。0.1Hr よりも短いと十分なイオン交換が行われない。さらに、イオン交換の回数は前記の濃度、温度、時間にもよるが、通常１回〜10回の範囲で行われる。
【００１６】
イオン交換後のモンモリロナイトは、溶媒と分離した後、洗浄、乾燥を行う。乾燥温度は、イオン交換の際に使用するアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素の化合物の種類にもよるが、通常50℃〜250℃ であり、好ましくは 70℃〜200℃である。50℃よりも低温の条件或いは 250℃よりも高温の条件では十分な活性が得られない。乾燥時間は特に限定されないが、通常 0.1Hr〜50Hrである。また、乾燥の後焼成を加えてもかまわないが、焼成後水に分散し、更に再乾燥する必要があり、操作が煩雑となる。
【００１７】
原料であるフェノール類とケトン類の使用量（量比）は特に限定されないが、好ましくはフェノール類／ケトン類のモル比で0.1〜100の範囲であり、更に好ましくは 0.5〜50の範囲である。0.1 よりも低いと原料ケトン類の高い転化率を達成することは困難となり、100 よりも高いと原料ケトン類の高い転化率を達成することはできるが、必要以上にフェノール類を用いるため反応器が過大となったり、フェノール類を大量に回収し反応器にリサイクルすることが必要となり、経済的にビスフェノール類を製造することができない。
【００１８】
また、本発明のメルカプト基含有化合物の量は、メルカプト基含有化合物とケトン類のモル比で 0.001〜１の範囲であり、更に好ましくは0.005〜0.5の範囲である。0.001 よりも低いとビスフェノール類を高収率、高選択率で製造することが困難となり、１よりも高いとビスフェノール類を高収率、高選択率で製造することはできるが、必要以上にメルカプト基含有化合物を使用するため経済的ではない。
【００１９】
反応温度についても本発明では特に限定されることはないが、好ましくは10℃〜300℃ 、更に好ましくは30℃〜300℃ の範囲である。10℃より低いと反応速度が低下するため、高い転化率を達成させるには滞留時間（バッチ式の場合には反応時間）が大きくなりすぎ、ビスフェノール類の生産性が低下する。一方、300℃ よりも高いと好ましからざる副反応等が進行し副生成物の増大や、原料であるフェノール類及びケトン類、更に生成物であるビスフェノール類等の安定性にも好ましくなく、反応選択率の低下をもたらし経済的ではない。
【００２０】
本発明を実施するに際して、その方法はバッチ式、セミバッチ式または連続流通式のいずれの方法においても実施することが可能である。
また、本反応は、液相、気相、気−液混合相のいずれの形態においても実施することが可能である。好ましくは反応効率的な観点から液相反応で実施することが好ましい。触媒の充填方式としては、固定床、流動床、懸濁床、棚段固定床等種々の方式が採用され、いずれの方式で実施しても差し支えない。例えば液相反応において、触媒が固定床反応器に充填される場合には、通常、球状または円柱状に成型するのがよく、代表長さが１mm〜10mmに成型するのがよい。また、懸濁床反応器で使用する場合には、通常、16メッシュ〜400 メッシュの粉末がよい。使用する触媒量は、懸濁床反応器では反応器内の触媒濃度が通常0.01重量％〜50重量％であり、好ましくは 0.1重量％〜30重量％である。
【００２１】
反応時間（流通反応においては滞留時間もしくは触媒接触時間）は特に限定されることはないが、通常0.01Hr〜30Hr、好ましくは0.05Hr〜20Hrである。
反応圧力は、減圧、加圧及び常圧のいずれにおいても実施することが可能である。反応効率（単位体積あたりの反応効率）の観点から余りに低い圧力で実施することは好ましくない。通常好ましい実施圧力範囲は、0.1気圧〜200気圧であり、更に好ましくは0.5気圧〜100気圧である。
【００２２】
反応後、反応生成物を前記触媒等から濾過分離、抽出、留去等の分離方法によって、分離回収することができる。
目的生成物であるビスフェノール類は上記分離回収した回収物から溶媒抽出、蒸留、アルカリ処理、酸処理等の逐次的な処理方法、或いはこれらを適宜組み合わせた操作等の通常の分離、精製法によって分離、精製して取得することができる。又、未反応原料は回収して、再び反応系へリサイクルして使用することもできる。
【００２３】
バッチ反応の場合、反応後に反応生成物を分離して回収された触媒はそのまま、又はその一部もしくは全部を再生した後、繰り返して反応に再度使用することもできる。
固定床又は流動床流通連続反応方式で実施する場合には、反応に供することによって、一部又は総ての触媒が失活もしくは活性低下した場合には反応を中断後、触媒を再生して反応に供することもできるし、又連続的もしくは断続的に一部を抜き出し、再生後、再び反応器へリサイクルして再使用することもできる。更に、新たな触媒を連続的又は断続的に反応器に供給することもできる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
0.15mol/lの硝酸アルミニウム水溶液1.6ｌを撹拌しながら50℃に加温した後、ナトリウム型モンモリロナイト（クニピアＦ、クニミネ工業社製）24ｇを添加した。50℃に温度を保持しながら24時間撹拌してイオン交換した後、室温まで放冷し、アスピレーターによる吸引濾過で固形物を回収した。次ぎに、この回収固形物を約８ｌのイオン交換水で洗浄し、乾燥器によって120℃ で24時間乾燥した。これを粉砕して、アルミニウムイオン交換モンモリロナイト（Ａｌ−Ｍｏｎｔ）を得た。
70mlの耐圧反応器にアセトン3.8g(65.5mmol)、フェノール33.0g(351.1mmol)、シクロヘキシルメルカプタン0.41g(3.5mmol)及び前記のように調製したＡｌ−Ｍｏｎｔ触媒2.0gを仕込み、窒素ガスで耐圧反応器内を5kg/cm2 ゲージ圧に加圧した後、１００℃で２時間加熱撹拌し反応を行った。反応終了後、室温に冷却、放圧後反応液を取り出し液体クロマトグラフ法により分析定量した。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
ここで、ｐ，ｐ’−ＢＰＡは２，２−ビス（４’−オキシフェニル）プロパンを表し、ｏ，ｐ’−ＢＰＡは２−（２’−オキシフェニル）−２−（４’−オキシフェニル）プロパンを表し、ＣＯＤは２，２，４−トリメチル−４−（４’−オキシフェニル）クロマンを表す。
【００２５】
実施例２
シクロヘキシルメルカプタンの量を2.9g(24.9mmol)とし、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００２６】
実施例３
シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、ｎ−オクチルメルカプタン0.51g (3.5mmol) を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００２７】
実施例４
シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、チオグリコール酸0.45g(4.9mmol)を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００２８】
実施例５
硝酸アルミニウム水溶液の代わりに、硝酸クロム水溶液を用いて、実施例１と同様の方法でクロムイオン交換モンモリロナイト（Ｃｒ−Ｍｏｎｔ）を調製した。
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりにＣｒ−Ｍｏｎｔ触媒を用い、シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、エチルメルカプタン0.216g(3.5mmol) を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００２９】
実施例６
硝酸アルミニウム水溶液の代わりに、硝酸鉄水溶液を用いて、実施例１と同様の方法で鉄イオン交換モンモリロナイト（Ｆｅ−Ｍｏｎｔ）を調製した。
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりにＦｅ−Ｍｏｎｔ触媒を用い、シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、ｎ−ドデシルメルカプタン0.70g(3.5mmol)を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３０】
実施例７
0.2mol/lの硝酸銅水溶液 1.6ｌを撹拌しながら90℃に加温した後、ナトリウム型モンモリロナイト24ｇを添加した。90℃に温度を保持しながら24時間撹拌してイオン交換した後、室温まで放冷し、アスピレーターによる吸引濾過で固形物を回収した。次ぎに、この回収固形物を約８ｌのイオン交換水で洗浄し、乾燥器によって120℃ で24時間乾燥した。これを粉砕して、銅イオン交換モンモリロナイト（Ｃｕ−Ｍｏｎｔ）を得た。
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりに前記のように調製したＣｕ−Ｍｏｎｔ触媒を用い、シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、ｎ−オクチルメルカプタン0.51g (3.5mmol) を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３１】
比較例１
実施例１において、シクロヘキシルメルカプタンを添加しないでフェノールとアセトンの反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３２】
比較例２
酸処理したプロトン型モンモリロナイト（Ｋ−１０、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を乾燥器によって120℃ で24時間乾燥した。
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりにこの酸処理したプロトン型モンモリロナイト触媒（Ｈ−Ｍｏｎｔ）を用い、シクロヘキシルメルカプタンの添加量を0.84g (7.2mmol)として、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３３】
比較例３
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりに陽イオン交換樹脂（アンバ−リスト１５）を用い、シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、ｎ−オクチルメルカプタン0.20g(1.4mmol) を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３４】
比較例４
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりに陽イオン交換樹脂（アンバ−リスト１５）を用い、シクロヘキシルメルカプタンの添加量を3.35g(28.8mmol) として、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【発明の効果】
本発明の方法により、モンモリロナイトの層間に存在するカチオンを、アルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素のカチオンの１種以上でイオン交換した触媒およびメルカプト基含有化合物の存在下、フェノール類とケトン類を反応させると、高収率、高選択率でビスフェノール類を製造することができ、産業上極めて価値がある。
【産業上の利用分野】
本発明は、ビスフェノール類の製造方法に関するものである。更に詳しくは、フェノール類とケトン類の脱水縮合によりビスフェノール類を製造する方法に関するものである。
ビスフェノール類のうち、例えば工業的に大規模に製造されている２，２−ビス（４’−オキシフェニル）プロパン（以下、ビスフェノールＡと略称する。）は、ポリカーボネート、ポリエステル、エポキシ樹脂、感熱紙用顕色剤の原料等、工業的に極めて有用な化合物である。
【０００２】
【従来の技術】
ビスフェノール類のうち、例えばビスフェノールＡの製造は通常、塩酸、硫酸等の鉱酸の存在下にフェノール２分子とアセトン１分子との脱水縮合反応により製造されている。
均一触媒として、例えば塩酸を用いる場合には、低温で操作することにより、フェノールとビスフェノールＡの付加物を晶析させながら反応させることが可能であるため、アセトンの高転化率とともに、異性体である２−（２’−オキシフェニル）−２−（４’−オキシフェニル）プロパンの副生量を減じて高選択性でビスフェノールＡを製造することができる。しかしながら塩酸等の均一酸触媒は反応混合液中の触媒の除去、又は中和する工程が必要であり、操作が煩雑となる。これに加えて反応液中に酸が均一に溶解することから装置等の腐蝕をもたらし、そのため、反応装置に耐腐蝕材質を用いなければならず、経済的にも問題を生じている。
このことから、固体不均一触媒によるビスフェノールＡの製造が工業的に実施されるようになってきている。
【０００３】
固体不均一触媒としてはゼオライト、部分中和し不溶化されたヘテロポリ酸塩、強酸性陽イオン交換樹脂、粘土等が知られている。しかし、これらの固体不均一触媒は触媒の活性及び選択率の双方とも低い。
これらの固体触媒の性能の低さを克服する方法として助触媒としてメルカプト基含有化合物を固体酸触媒とともに反応系に添加することで触媒活性及び反応選択性が向上することが知られている。
【０００４】
例えば、特公昭45-10337号では陽イオン交換樹脂の存在下、反応液にメルカプタンを添加することで、また特公昭57-11298号では酸処理モンモリロナイトの存在下、反応液にチオグリコール酸を添加することでフェノールとアセトンからビスフェノールＡを合成する際の活性および、異性体である２−（２’−オキシフェニル）−２−（４’−オキシフェニル）プロパンの副生量を減じてビスフェノールＡの選択性を向上させている。一方、メルカプト基含有化合物を固体触媒に固定化する方法も検討されている。例えば、特開昭37-14721号ではメルカプトアルキルアルコールと強酸性陽イオン交換樹脂の酸性基の一部とのエステル化によりエステル結合によりメルカプト化合物を陽イオン交換樹脂に固定化した触媒、特公昭46-19953号ではメルカプトアルキルアミンにより強酸性陽イオン交換樹脂を部分中和して固定化した触媒、特開昭52-19189号では環状メルカプトアミンで強酸性陽イオン交換樹脂を部分中和し、イオン結合により固定化した触媒、更に英国特許第1,539,186号 においてはメルカプトアミノ酸を陽イオン交換樹脂とイオン結合により固定化した触媒等が知られている。
【０００５】
これらの強酸性陽イオン交換樹脂や粘土等の固体酸触媒にメルカプト基含有化合物を添加したりあるいは固定化した触媒を用いると、強酸性陽イオン交換樹脂や粘土等に比較して確かにアセトンの転化率が向上するとともに、異性体である２−（２’−オキシフェニル）−２−（４’−オキシフェニル）プロパンの副生量を減じてビスフェノールＡの選択率も向上する。しかしながら、まだ異性体の副生量は多いためビスフェノ−ルＡの選択率は低く、精製工程を煩雑にしているという問題点があるとともに、経済的にも問題を生じている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、触媒の中和等の煩雑な操作や装置等の腐蝕が無い、かつフェノール類とケトン類から脱水縮合により工業的に有用なビスフェノール類を高収率、高選択率で製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の課題を解決するため鋭意検討した結果、モンモリロナイトの層間に存在するカチオンを、アルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素のカチオンの１種以上でイオン交換した触媒の存在下、フェノール類とケトン類を反応させてビスフェノール類を製造する際に、メルカプト基含有化合物の共存下に反応させると、高収率、高選択率でビスフェノール類を製造することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、一般式（１）（化２）
【０００８】
【化２】
Ｍn+ x/n（Ａｌ4-xＭｇx）Ｓｉ8Ｏ20（ＯＨ）4 ・ｙＨ2Ｏ （１）
（式中、Ｍは金属原子又は水素原子、ｘは０を超え４未満の正の数、ｎは正の整数、ｙは０又は０を超える正の数である。）で表される層状粘土のモンモリロナイトの層間に存在するカチオンＭn+を、アルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素のカチオンの１種以上でイオン交換した触媒およびメルカプト基含有化合物の存在下、フェノール類とケトン類を反応させることを特徴とするビスフェノール類の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の、メルカプト基含有化合物は、Ｈ2Ｓ；メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、ｎ−プロピルメルカプタン、ｎ−ブチルメルカプタン、ｎ−ヘキシルメルカプタン、２−エチル−ｎ−ヘキシルメルカプタン、ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−デシルメルカプタン、ｎ−ドデシルメルカプタンなどのアルキルメルカプタン；シクロヘキシルメルカプタンなどのシクロアルキルメルカプタン；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等である。これらのメルカプト基含有化合物はその１種を単独で使用することもできるし、また、その２種以上、例えば、アルキルメルカプタンとメルカプトカルボン酸を併用することもできる。
本発明において反応させるフェノール類は、一般式（２）（化３）
【００１０】
【化３】
また本発明において反応させるケトン類は、一般式（３）（化４）
【００１１】
【化４】
【００１２】
また本発明において製造されるビスフェノール類は、原料であるフェノール類およびケトン類に対応するものであり、例えば、フェノール類としてフェノールを、ケトン類としてアセトンを使用すると、製造されるビスフェノール類はビスフェノールＡである。
【００１３】
本発明において使用する一般式（１）（式中、Ｍは金属原子又は水素原子、ｘは０を超え４未満の正の数、ｎは正の整数、ｙは０又は０を超える正の数である。）で表される層状粘土のモンモリロナイト（Ｍは通常は、ナトリウムやカルシウムである。）は、合成品および天然品があり、どちらも使用することができる。工業的には安価に入手することができる天然品を使用することが好ましい。
【００１４】
また、本発明においてモンモリロナイトの層間に存在するナトリウムやカルシウム等のカチオンをイオン交換する際に使用するアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素のカチオンの供給源としては、種々の化合物の形のものを使用するが、イオン交換する際に使用する溶媒に溶解するものであれば何でもよい。通常は塩化物、硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、カルボン酸塩を使用する。カルボン酸塩としてはギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩等の脂肪族カルボン酸塩、安息香酸塩等の芳香族カルボン酸塩を使用する。
【００１５】
モンモリロナイトの層間に存在するナトリウムやカルシウム等のカチオンのイオン交換は、通常実施される方法を用いればよく、特に限定されないが、通常溶媒を用いた液相で行われる。溶媒としては、イオン交換の際に使用するアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素の化合物を溶解するものであれば何でもよいが、通常は水が使用され、有機溶媒と併用してもよい。溶媒中のアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素の濃度は、通常、モンモリロナイトの陽イオン交換容量の当量以上のアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素を含有している液量を用いれば特に限定されないが、通常その濃度が、0.01mol/l〜５mol/l 、好ましくは0.05mol/l〜２mol/l のものを使用する。 0.01mol/lよりも希薄な条件ではイオン交換速度が遅くなり過ぎ、５mol/l よりも濃厚な条件では過剰に使用するため経済的ではない。イオン交換の温度は、使用する溶媒の種類にもより任意の温度で行われるが、例えば溶媒が水の場合は通常室温〜95℃である。室温より低いとイオン交換速度が遅くなり過ぎ、95℃より高いと使用する容器が加圧容器となり経済的ではない。また、イオン交換時間は、温度にもよるが通常0.1Hr〜100Hrであり、好ましくは１Hr〜30Hrである。0.1Hr よりも短いと十分なイオン交換が行われない。さらに、イオン交換の回数は前記の濃度、温度、時間にもよるが、通常１回〜10回の範囲で行われる。
【００１６】
イオン交換後のモンモリロナイトは、溶媒と分離した後、洗浄、乾燥を行う。乾燥温度は、イオン交換の際に使用するアルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素の化合物の種類にもよるが、通常50℃〜250℃ であり、好ましくは 70℃〜200℃である。50℃よりも低温の条件或いは 250℃よりも高温の条件では十分な活性が得られない。乾燥時間は特に限定されないが、通常 0.1Hr〜50Hrである。また、乾燥の後焼成を加えてもかまわないが、焼成後水に分散し、更に再乾燥する必要があり、操作が煩雑となる。
【００１７】
原料であるフェノール類とケトン類の使用量（量比）は特に限定されないが、好ましくはフェノール類／ケトン類のモル比で0.1〜100の範囲であり、更に好ましくは 0.5〜50の範囲である。0.1 よりも低いと原料ケトン類の高い転化率を達成することは困難となり、100 よりも高いと原料ケトン類の高い転化率を達成することはできるが、必要以上にフェノール類を用いるため反応器が過大となったり、フェノール類を大量に回収し反応器にリサイクルすることが必要となり、経済的にビスフェノール類を製造することができない。
【００１８】
また、本発明のメルカプト基含有化合物の量は、メルカプト基含有化合物とケトン類のモル比で 0.001〜１の範囲であり、更に好ましくは0.005〜0.5の範囲である。0.001 よりも低いとビスフェノール類を高収率、高選択率で製造することが困難となり、１よりも高いとビスフェノール類を高収率、高選択率で製造することはできるが、必要以上にメルカプト基含有化合物を使用するため経済的ではない。
【００１９】
反応温度についても本発明では特に限定されることはないが、好ましくは10℃〜300℃ 、更に好ましくは30℃〜300℃ の範囲である。10℃より低いと反応速度が低下するため、高い転化率を達成させるには滞留時間（バッチ式の場合には反応時間）が大きくなりすぎ、ビスフェノール類の生産性が低下する。一方、300℃ よりも高いと好ましからざる副反応等が進行し副生成物の増大や、原料であるフェノール類及びケトン類、更に生成物であるビスフェノール類等の安定性にも好ましくなく、反応選択率の低下をもたらし経済的ではない。
【００２０】
本発明を実施するに際して、その方法はバッチ式、セミバッチ式または連続流通式のいずれの方法においても実施することが可能である。
また、本反応は、液相、気相、気−液混合相のいずれの形態においても実施することが可能である。好ましくは反応効率的な観点から液相反応で実施することが好ましい。触媒の充填方式としては、固定床、流動床、懸濁床、棚段固定床等種々の方式が採用され、いずれの方式で実施しても差し支えない。例えば液相反応において、触媒が固定床反応器に充填される場合には、通常、球状または円柱状に成型するのがよく、代表長さが１mm〜10mmに成型するのがよい。また、懸濁床反応器で使用する場合には、通常、16メッシュ〜400 メッシュの粉末がよい。使用する触媒量は、懸濁床反応器では反応器内の触媒濃度が通常0.01重量％〜50重量％であり、好ましくは 0.1重量％〜30重量％である。
【００２１】
反応時間（流通反応においては滞留時間もしくは触媒接触時間）は特に限定されることはないが、通常0.01Hr〜30Hr、好ましくは0.05Hr〜20Hrである。
反応圧力は、減圧、加圧及び常圧のいずれにおいても実施することが可能である。反応効率（単位体積あたりの反応効率）の観点から余りに低い圧力で実施することは好ましくない。通常好ましい実施圧力範囲は、0.1気圧〜200気圧であり、更に好ましくは0.5気圧〜100気圧である。
【００２２】
反応後、反応生成物を前記触媒等から濾過分離、抽出、留去等の分離方法によって、分離回収することができる。
目的生成物であるビスフェノール類は上記分離回収した回収物から溶媒抽出、蒸留、アルカリ処理、酸処理等の逐次的な処理方法、或いはこれらを適宜組み合わせた操作等の通常の分離、精製法によって分離、精製して取得することができる。又、未反応原料は回収して、再び反応系へリサイクルして使用することもできる。
【００２３】
バッチ反応の場合、反応後に反応生成物を分離して回収された触媒はそのまま、又はその一部もしくは全部を再生した後、繰り返して反応に再度使用することもできる。
固定床又は流動床流通連続反応方式で実施する場合には、反応に供することによって、一部又は総ての触媒が失活もしくは活性低下した場合には反応を中断後、触媒を再生して反応に供することもできるし、又連続的もしくは断続的に一部を抜き出し、再生後、再び反応器へリサイクルして再使用することもできる。更に、新たな触媒を連続的又は断続的に反応器に供給することもできる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
0.15mol/lの硝酸アルミニウム水溶液1.6ｌを撹拌しながら50℃に加温した後、ナトリウム型モンモリロナイト（クニピアＦ、クニミネ工業社製）24ｇを添加した。50℃に温度を保持しながら24時間撹拌してイオン交換した後、室温まで放冷し、アスピレーターによる吸引濾過で固形物を回収した。次ぎに、この回収固形物を約８ｌのイオン交換水で洗浄し、乾燥器によって120℃ で24時間乾燥した。これを粉砕して、アルミニウムイオン交換モンモリロナイト（Ａｌ−Ｍｏｎｔ）を得た。
70mlの耐圧反応器にアセトン3.8g(65.5mmol)、フェノール33.0g(351.1mmol)、シクロヘキシルメルカプタン0.41g(3.5mmol)及び前記のように調製したＡｌ−Ｍｏｎｔ触媒2.0gを仕込み、窒素ガスで耐圧反応器内を5kg/cm2 ゲージ圧に加圧した後、１００℃で２時間加熱撹拌し反応を行った。反応終了後、室温に冷却、放圧後反応液を取り出し液体クロマトグラフ法により分析定量した。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
ここで、ｐ，ｐ’−ＢＰＡは２，２−ビス（４’−オキシフェニル）プロパンを表し、ｏ，ｐ’−ＢＰＡは２−（２’−オキシフェニル）−２−（４’−オキシフェニル）プロパンを表し、ＣＯＤは２，２，４−トリメチル−４−（４’−オキシフェニル）クロマンを表す。
【００２５】
実施例２
シクロヘキシルメルカプタンの量を2.9g(24.9mmol)とし、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００２６】
実施例３
シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、ｎ−オクチルメルカプタン0.51g (3.5mmol) を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００２７】
実施例４
シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、チオグリコール酸0.45g(4.9mmol)を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００２８】
実施例５
硝酸アルミニウム水溶液の代わりに、硝酸クロム水溶液を用いて、実施例１と同様の方法でクロムイオン交換モンモリロナイト（Ｃｒ−Ｍｏｎｔ）を調製した。
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりにＣｒ−Ｍｏｎｔ触媒を用い、シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、エチルメルカプタン0.216g(3.5mmol) を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００２９】
実施例６
硝酸アルミニウム水溶液の代わりに、硝酸鉄水溶液を用いて、実施例１と同様の方法で鉄イオン交換モンモリロナイト（Ｆｅ−Ｍｏｎｔ）を調製した。
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりにＦｅ−Ｍｏｎｔ触媒を用い、シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、ｎ−ドデシルメルカプタン0.70g(3.5mmol)を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３０】
実施例７
0.2mol/lの硝酸銅水溶液 1.6ｌを撹拌しながら90℃に加温した後、ナトリウム型モンモリロナイト24ｇを添加した。90℃に温度を保持しながら24時間撹拌してイオン交換した後、室温まで放冷し、アスピレーターによる吸引濾過で固形物を回収した。次ぎに、この回収固形物を約８ｌのイオン交換水で洗浄し、乾燥器によって120℃ で24時間乾燥した。これを粉砕して、銅イオン交換モンモリロナイト（Ｃｕ−Ｍｏｎｔ）を得た。
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりに前記のように調製したＣｕ−Ｍｏｎｔ触媒を用い、シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、ｎ−オクチルメルカプタン0.51g (3.5mmol) を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３１】
比較例１
実施例１において、シクロヘキシルメルカプタンを添加しないでフェノールとアセトンの反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３２】
比較例２
酸処理したプロトン型モンモリロナイト（Ｋ−１０、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を乾燥器によって120℃ で24時間乾燥した。
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりにこの酸処理したプロトン型モンモリロナイト触媒（Ｈ−Ｍｏｎｔ）を用い、シクロヘキシルメルカプタンの添加量を0.84g (7.2mmol)として、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３３】
比較例３
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりに陽イオン交換樹脂（アンバ−リスト１５）を用い、シクロヘキシルメルカプタンの代わりに、ｎ−オクチルメルカプタン0.20g(1.4mmol) を用いて、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３４】
比較例４
Ａｌ−Ｍｏｎｔ触媒の代わりに陽イオン交換樹脂（アンバ−リスト１５）を用い、シクロヘキシルメルカプタンの添加量を3.35g(28.8mmol) として、実施例１と同様の方法で反応を行った。アセトン基準のｐ，ｐ’−ＢＰＡ、ｏ，ｐ’−ＢＰＡおよびＣＯＤの収率とｏ，ｐ’−ＢＰＡ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比及びＣＯＤ／ｐ，ｐ’−ＢＰＡ比を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【発明の効果】
本発明の方法により、モンモリロナイトの層間に存在するカチオンを、アルミニウム、クロム、鉄および銅よりなる群から選ばれる元素のカチオンの１種以上でイオン交換した触媒およびメルカプト基含有化合物の存在下、フェノール類とケトン類を反応させると、高収率、高選択率でビスフェノール類を製造することができ、産業上極めて価値がある。
Claims (11)
- 一般式（１）（化１）
- メルカプト基含有化合物が、アルキルメルカプタンである請求項１記載の方法。
- アルキルメルカプタンが、メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、ｎ−プロピルメルカプタン、ｎ−ブチルメルカプタン、ｎ−ヘキシルメルカプタン、２−エチル−ｎ−ヘキシルメルカプタン、ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−デシルメルカプタンおよびｎ−ドデシルメルカプタンよりなる群から選ばれるアルキルメルカプタンである請求項２記載の方法。
- メルカプト基含有化合物が、シクロアルキルメルカプタンである請求項１記載の方法。
- シクロアルキルメルカプタンが、シクロヘキシルメルカプタンである請求項４記載の方法。
- メルカプト基含有化合物が、メルカプトカルボン酸である請求項１記載の方法。
- メルカプトカルボン酸が、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および４−メルカプト酪酸よりなる群から選ばれるメルカプトカルボン酸である請求項６記載の方法。
- メルカプト基含有化合物が、Ｈ2Ｓ である請求項１記載の方法。
- メルカプト基含有化合物が、アルキルメルカプタンおよびメルカプトカルボン酸を含むものである請求項１記載の方法。
- メルカプト基含有化合物の量が、メルカプト基含有化合物とケトン類のモル比で 0.001〜１である請求項１記載の方法。
- フェノール類がフェノールであり、ケトン類がアセトンであり、ビスフェノール類がビスフェノールＡである請求項１記載の方法。
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