JP3810326B2 - ポリフェニレンエーテル製造における溶剤の回収方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、良溶媒、金属塩、アミン化合物及びフェノール化合物よりなる重合溶液に酸素含有ガスを通気してフェノール化合物を酸化重合してポリフェニレンエーテルを得た後、重合溶液にキレート剤水溶液を混合して重合を停止し、金属塩、キレート剤、及び、水を分離して得られるポリフェニレンエーテル溶液に、ポリフェニレンエーテルの貧溶媒を添加してポリフェニレンエーテル粒子を析出させてポリフェニレンエーテルを製造する方法において、良溶媒を効果的に回収する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリフェニレンエーテルを原料とするポリフェニレンエーテル樹脂組成物は溶融射出成形法や溶融押出成形法などの成形方法により所望の形状の製品・部品を生産でき、電気・電子分野、自動車分野、その他の各種工業材料分野の製品・部品用の材料として幅広く用いられているプラスチック材料である。
ポリフェニレンエーテルの製造方法として、良溶媒、金属塩、アミン化合物及びフェノール化合物よりなる重合溶液に酸素含有ガスを通気してフェノール化合物を酸化重合してポリフェニレンエーテルを得た後、重合溶液にキレート剤水溶液を混合して重合を停止し、金属塩、キレート剤及び水を分離して得られるポリフェニレンエーテル溶液に、ポリフェニレンエーテルの貧溶媒を添加してポリフェニレンエーテル粒子を析出し、これを濾過、乾燥させることによりポリフェニレンエーテルを製造する方法がある。
【0003】
このポリフェニレンエーテルの製造方法において、ポリフェニレンエーテル粒子を濾別した混合液から良溶媒及び貧溶媒を回収する手段としては、例えば、良溶媒としてトルエンを用い、貧溶媒としてメタノールを用いる場合には、混合液に水を適量混合して、良溶媒よりなる良溶媒相と貧溶媒と水よりなる水相に分離し、これを二相分離して分別した後に、良溶媒相を蒸留して良溶媒を回収し、水相を蒸留して貧溶媒を回収する方法がある。
この回収方法で水相を蒸留してメタノールを回収する方法においては、アルコール系、グリセリン系、または、シリコーン系など一般的な消泡剤を単独、または、複数混合したものを添加することにより蒸留塔内の発泡を抑制でき、効果的に回収することが可能である。
【0004】
しかしながら、一般的に芳香族系有機溶剤の蒸留時に有効とされる消泡剤、例えば、シリコーン系消泡剤を用いても、ポリフェニレンエーテル製造における良溶媒相を蒸留する際の蒸留塔内での泡立ちは抑制できず、発泡を考慮した蒸留条件で良溶媒を回収しなければならないのが現状である。
高純度の良溶媒を回収する必要があるポリフェニレンエーテル製造に係わる当該産業界において、回収効率、生産性上の要求に十分応える技術はなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、良溶媒、金属塩、アミン化合物及びフェノール化合物よりなる重合溶液に酸素含有ガスを通気してフェノール化合物を酸化重合してポリフェニレンエーテルを得た後、重合溶液にキレート剤水溶液を混合して重合を停止し、金属塩、キレート剤及び水を分離して得られるポリフェニレンエーテル溶液に、ポリフェニレンエーテルの貧溶媒を添加してポリフェニレンエーテル粒子を析出し、濾過してポリフェニレンエーテルを製造する製造方法において、ポリフェニレンエーテルを濾別した混合液を蒸留して良溶媒を回収する方法において、蒸留時の泡立ちを抑制して回収効率、回収溶剤の純度、生産性に問題のない方法を提供し、当該産業界の要求に十分応えることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するため研究を重ねた結果、ポリフェニレンエーテルの良溶媒、金属塩、アミン化合物及びフェノール化合物よりなる重合溶液に酸素含有ガスを通気してフェノール化合物を酸化重合した後、重合溶液にキレート剤水溶液を混合して重合を停止し、金属塩、キレート剤及び水を分離して得られるポリフェニレンエーテル溶液に、ポリフェニレンエーテルの貧溶媒を添加してポリフェニレンエーテル粒子を析出し濾別するポリフェニレンエーテルの製造方法において、ポリフェニレンエーテル粒子を濾別した混合液を蒸留して良溶媒を回収する際に、蒸留塔内の泡立ちを極めて効果的に抑制し、高純度のポリフェニレンエーテル良溶媒を効率的に回収する方法を見い出し、産業界の要求に十分応えるポリフェニレンエーテル製造における良溶媒の回収方法を完成した。
【0007】
すなわち、本発明は、
ポリフェニレンエーテルの良溶媒、金属塩、アミン化合物及びフェノール化合物よりなる重合溶液に酸素含有ガスを通気してフェノール化合物を酸化重合した後、重合溶液にキレート剤水溶液を混合して重合を停止し、金属塩、キレート剤及び水を分離して得られるポリフェニレンエーテル溶液に、ポリフェニレンエーテルの貧溶媒を添加してポリフェニレンエーテル粒子を析出し濾別するポリフェニレンエーテルの製造方法において、ポリフェニレンエーテル粒子を濾別した混合液を蒸留して良溶媒を回収する際に、フロロシリコーン化合物系消泡剤より選ばれる1種以上の消泡剤を用いることを特徴とするポリフェニレンエーテルの製造方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明のポリフェニレンエーテルとは、下記(式1)の主鎖構造を持つ。
【化2】
本発明の前記(式1)で示されるポリフェニレンエーテルにおける、R1 、R4 は、それぞれ独立して、水素、第一級もしくは第二級の低級アルキル、フェニル、アミノアルキル、炭化水素オキシを表わす。R2 、R3 は、それぞれ独立して、水素、第一級もしくは第二級の低級アルキル、フェニルを表わす。
【0009】
本発明のポリフェニレンエーテルの良溶媒とは、ポリフェニレンエーテルを良好に溶解し、均一なポリフェニレンエーテル溶液となる溶媒であり、ベンゼン、トルエン及びキシレンより選ばれる少なくとも一種の溶媒が好ましい。
本発明の金属塩とは、フェノール化合物の酸化重合における主たる触媒である。
本発明の金属塩として、銅化合物、及び、マンガン化合物より選ばれる少なくとも1種の金属塩が好ましく使用できる。
本発明のアミン化合物とは、金属塩と錯体を形成して、フェノール化合物の酸化重合の触媒となる化合物である。
【0010】
本発明のアミン化合物として、下記一般式(1)で表されるジアミン化合物、3級モノアミン化合物、及び、2級モノアミン化合物より選ばれる少なくとも1種のアミン化合物から構成されることが好ましい。
【化3】
(式中、R1,R2,R3,R4はそれぞれ独立に水素、炭素数1から6の直鎖状または分岐状アルキル基であり、全てが同時に水素ではない。R5は炭素数2から5の直鎖状またはメチル分岐を持つアルキレン基である。)
【0011】
本発明のフェノール化合物とは、2,6−ジメチルフェノール、2,3,6−トリメチルフェノール、2−メチル−6−ブチルフェノール、2−メチル−6−エチルフェノール、2−メチル−6−フェニルフェノール、2,6−ジクロロフェノールより選ばれる少なくとも1種以上のフェノール化合物であることが好ましい。
本発明のフェノール化合物として、2,6−ジメチルフェノールが最も好ましい。
本発明の酸素含有ガスとは、酸素、空気など酸素を含有したガス、気体である。
本発明の酸素含有ガスは、5体積%以上の酸素を含有したガス、気体であることが好ましい。
【0012】
本発明のポリフェニレンエーテルは、好ましくは、ベンゼン、トルエン及びキシレンから選ばれる少なくとも一種のポリフェニレンエーテルの良溶媒、金属塩、アミン化合物及びフェノール化合物を必須成分とする重合溶液に酸素含有ガスを通気してフェノール化合物を酸化重合して得られる。
本発明におけるポリフェニレンエーテルの還元粘度は、0.5g/dl,クロロホルム溶液を用い30℃で測定する還元粘度であり、好ましくは、0.15〜1.5dl/gの範囲、より好ましくは0.30〜1.0dl/gの範囲である。
本発明では、酸化重合によりポリフェニレンエーテルが所望の還元粘度に達した段階で、重合溶液にキレート剤水溶液を混合して重合を停止する。
【0013】
本発明のキレート剤水溶液とは、水溶性のキレート剤であり上記金属塩とキレートを形成し、重合溶液より金属塩を効率的に除去するキレート剤である。
本発明でのキレート剤水溶液として、エチレンジアミン四酢酸塩の水溶液が好ましく使用できる。
本発明でのキレート剤水溶液として、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム塩水溶液、エチレンジアミン四酢酸三ナトリウム塩水溶液、エチレンジアミン四酢酸四カリウム塩水溶液、エチレンジアミン四酢酸三カリウム塩水溶液の中から選ばれる1種以上の化合物が更に好ましく使用できる。
本発明でのポリフェニレンエーテル溶液は、重合溶液から金属塩及び水を実質的に除去したものである。
本発明のポリフェニレンエーテル溶液中のポリフェニレンエーテルは、ポリフェニレンエーテル溶液に対して、10〜30重量%であることが好ましい。
【0014】
本発明のポリフェニレンエーテルの製造方法は、ポリフェニレンエーテル溶液に、好ましくは、メタノール、エタノール、イソプロパノール、nブタノール、アセトン及びメチルエチルケトンから選ばれる少なくとも一種のポリフェニレンエーテルの貧溶媒を添加しポリフェニレンエーテル粒子を析出せしめ、濾別するポリフェニレンエーテルの製造方法において、ポリフェニレンエーテル粒子を濾別した混合液を蒸留して良溶媒を回収する際に、フロロシリコーン化合物系消泡剤より選ばれる1種以上の消泡剤を用いることを特徴とするポリフェニレンエーテルの製造方法である。
本発明のポリフェニレンエーテルの製造方法では、良溶媒を回収する際に、良溶媒1重量部に対して、フロロシリコーン化合物系消泡剤より選ばれる1種以上の消泡剤を好ましくは、0.01〜10ppm、更に好ましくは、0.03〜7ppm、特に好ましくは、0.05〜5ppmを添加する。
【0015】
本発明のフロロシリコーン化合物系消泡剤として、ポリジメチルシロキサンのメチル基の一部または、全てをフロロアルキル基やパーフロロアルキル基で置換したフロロシリコーン化合物、または、フロロシリコーン化合物とシリコーン化合物の混合物が好ましく使用できる。本発明で好ましく使用できるフロロシリコーン化合物、または、フロロシリコーン化合物とシリコーン化合物の混合物の具体的な例として、信越シリコーン社製:FA630消泡剤、東芝シリコーン社製:FQF501消泡剤などがある。
本発明の混合液を直接蒸留すると、蒸留塔内で泡立ちが起こるため、良溶媒を効率的に回収することは極めて困難であり、純度、生産性の問題が発生する。
【0016】
本発明において極めて好ましいポリフェニレンエーテルの製造方法は、キレート剤水溶液と接触させて重合を停止した後、重合時に副生するジフェノキノンが消失するまで混合液を40℃〜120℃に保温した後に、触媒を分離するポリフェニレンエーテルの製造方法である。
本発明において特に好ましいポリフェニレンエーテルの製造方法は、混合液に水を添加混合して、良溶媒よりなる良溶媒相と貧溶媒と水よりなる水相に分離し、これを分別した後に、良溶媒相を蒸留して良溶媒を回収し、水相を蒸留して貧溶媒を回収するポリフェニレンエーテルの製造方法である。
本発明のポリフェニレンエーテルの製造方法を用いると、従来のポリフェニレンエーテルの良溶媒の回収効率が大幅に改善し、かつ、回収されるポリフェニレンエーテルの良溶媒の純度が良好であるため、溶剤回収に要する設備、及び、エネルギーを大幅に改善する。
【0017】
【実施例】
以下、実施例により、本発明の実施の形態を具体的に説明する。但し本発明はその主旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【0018】
参考例
(A−1):特公昭59−23332号公報の実施例3に記載の方法に従って、各触媒とジ−n−ブチルアミンの存在下、酸素を通気しながら、22重量%の2,6−ジメチルフェノールのトルエン溶液を35分間かけて加え、100分後に酸素供給を停止する。重合混合物にエチレンジアミン四酢酸3ナトリウム塩の水溶液を加え、混合物を70℃で2時間保った。混合物をシャープレス社製遠心分離器に送り、各触媒とエチレンジアミン四酢酸3ナトリウム塩を含有する水溶液相を分離し、ポリフェニレンエーテル含有量が22.5%で、比重0.894のポリフェニレンエーテル溶液(A−1)を得た。
【0019】
次いで、槽底からの液面高さが95mmとなる位置に口径25mmの排出口を設けたジャケット付きの析出槽内径133mmの析出槽に1段の4枚傾斜パドル翼(傾斜45度、翼径33mm)を撹拌翼として設置した析出槽に、トルエン370g、メタノール420g、水10を仕込み、撹拌回転数600rpmで撹拌し、ジャケット内に温水を流して槽内温度を50℃とした後、(A−1)のポリフェニレンエーテル溶液を190g/分の添加速度で排出口と対角位置に、そしてメタノール97.5wt%と水2.5wt%の混合液を100g/分の添加速度で同じ位置より添加した。
【0020】
排出口からオーバーフローする混合液を採取した。
得られた混合液をガラスフィルターで濾過して、ポリフェニレンエーテル粒子を分離した混合液を得た。
(A−1)中のポリフェニレンエーテルの還元粘度は、クロロホルム0.5g/dlで測定すると0.51dl/gであった。
混合液100Lに対して、9.2Lの水を添加し、良溶媒よりなる良溶媒相と貧溶媒と水よりなる水相に分離した分離混合液を得た。
シャープレス社製遠心分離器を用いてこの分離混合液から水相を分別し、実施例で用いる良溶媒相を得た。
【0021】
実施例1
図1に示すガラス製で濃縮段数40段の45mmφオルダーショウ型分留装置を用いて、蒸留に先立ち、良溶媒相60kgに対して、150mgの信越シリコーン社製FA603フロロシリコーン系消泡剤を添加した良溶媒相を蒸留した。
オルダーショウ型分留装置の最下段の液だめに5kgのトルエンを仕込み、液だめを160℃に設定したオイルバスにつけ加熱した。
分留装置最上部よりトルエンが留出し始めた後に、これを冷却して最上段に戻した。
最上段のガス相の温度が110℃に安定するのを確認した後に、前記消泡剤を添加した良溶媒相を2700g/時の添加速度で分留装置上部から20段の位置に供給し、最上段のガス相を冷却し得られた液の10%を抜き出し、90%を最上段に戻した。
最下段のガス相は冷却して抜き出した。
【0022】
供給開始後5時間後に分留装置最上段のガス相の温度は66℃となり、最下段のガス相の温度は111℃となり安定した。
20時間まで蒸留を継続するが実質的な変化は見られなかった。
一時間あたりに抜き出す液量は、最上段から146g/時、最下段からは2554g/時であった。
18時間目に捕集した液組成は、最上段から抜き出した液が、メタノール37%、水2%、トルエン60%、その他1%であり、最下段から抜き出した液が、トルエン98%、メタノール0%、水0%、ポリフェニレンエーテルのオリゴマー1%、その他1%であった。
最下段から抜き出した液を単蒸留してポリフェニレンエーテルのオリゴマーを分離してトルエン99%、その他重合触媒として使用可能なアミン約1%よりなる回収トルエンを得た。
【0023】
比較例1
実施例1と同様のオルダーショウ型分留装置を用いて、消泡剤を添加しない良溶媒相を蒸留する。実施例1と同様の操作を行い最上段のガス相の温度が110℃に安定するのを確認した後に、消泡剤を添加しない良溶媒相を2700g/時の添加速度で分留装置上部から20段の位置に供給した。
最上段に泡立ちが見られ、この泡立ちは供給開始後10時間しても解消しない。
供給開始後10時間目に抜き出した液組成は、最上段からのものが、トルエン95%、メタノール2.9%、水0.1%、ポリフェニレンエーテルのオリゴマー1%、その他1%であり、最下段から抜き出した液が、トルエン96%、メタノール2.3%、水0.1%、ポリフェニレンエーテルのオリゴマー1%、その他0.6%であった。
最下段から抜き出した液を単蒸留しても、メタノール、及び、水を除去したトルエンは得られなかった。
【0024】
比較例2
実施例1と同様のオルダーショウ型分留装置を用いて、消泡剤を添加しない良溶媒相を蒸留する。実施例1と同様の操作を行い最上段のガス相の温度が110℃に安定するのを確認した後に、消泡剤を添加しない良溶媒相を450g/時の添加速度で分留装置上部から20段の位置に供給した。
最上段のガス相を冷却し得られた液の10%を抜き出し、90%を最上段に戻した。
最下段のガス相は冷却して抜き出した。
【0025】
一時間あたりに抜き出す液量は、最上段から25g/時、最下段からは425g/時であった。
18時間目に最下段から抜き出した液の液組成は、トルエン98%、メタノール0%、水0%、ポリフェニレンエーテルのオリゴマー1%、その他1%であった。
最下段から抜き出した液を単蒸留してポリフェニレンエーテルのオリゴマーを分離してトルエン99%、その他重合触媒として使用可能なアミン約1%よりなる回収トルエンを得た。しかし、比較例2では実施例1に比べて、極めて少量の良溶媒相しか処理できなかった。
【0026】
実施例2
実施例1と同様、良溶媒相60kgに対して、150mgの信越シリコーン社製FA603フロロシリコーン系消泡剤を添加した良溶媒相に対して、図2に示す蒸留評価装置を用いて発泡評価を行った。
上記の消泡剤を添加した良溶媒相を、図2に示すように先端にボールフィルターを付けた窒素導入管と留出管、冷却管、温度計を付けた2Lの筒状ガラス容器に入れ、この容器を100℃に設定したオイルバス内に設置した。
窒素導入管より、20L/分で窒素を吹き込んだ。
窒素吹き込み開始直後より30分間、液の発泡高さを観測した。
この間、最大の発泡高さは8mmであった。
【0027】
実施例3
実施例2と同様方法で、良溶媒相60kgに対して、30mgの信越シリコーン社製FA603フロロシリコーン系消泡剤を添加した良溶媒相に対して、図2に示す蒸留評価装置を用いて発泡評価を行った。
窒素吹き込み開始直後より30分間、液の発泡高さを観測した。
この間、最大の発泡高さは15mmであった。
【0028】
比較例3
実施例2と同様の方法で、消泡剤を添加しない良溶媒相に対して、図2に示す蒸留評価装置を用いて発泡評価を行った。
窒素吹き込み開始直後より30分間、液の発泡高さを観測した。
この間、最大の発泡高さは64mmであった。
【0029】
実施例4
実施例2と同様方法、装置を用い、良溶媒相60kgに対して、150mgの東芝シリコーン社製FQF501フロロシリコーン系消泡剤を添加した良溶媒相に対する発泡評価を行った。
窒素吹き込み開始直後より30分間、液の発泡高さを観測した。
この間、最大の発泡高さは7mmであった。
【0030】
実施例5
実施例2と同様方法、装置を用い、良溶媒相60kgに対して、6mgの東芝シリコーン社製FQF501フロロシリコーン系消泡剤を添加した良溶媒相に対する発泡評価を行った。
窒素吹き込み開始直後より30分間、液の発泡高さを観測した。
この間、最大の発泡高さは23mmであった。
【0031】
比較例4
実施例2と同様方法、装置を用い、良溶媒相60kgに対して、150mgの信越シリコーン社製KS69シリコーン系消泡剤を添加した良溶媒相に対する発泡評価を行った。
窒素吹き込み開始直後より30分間、液の発泡高さを観測した。
この間、最大の発泡高さは140mmであった。
【0032】
比較例5
実施例2と同様方法、装置を用い、良溶媒相60kgに対して、150mgの信越シリコーン社製KS603シリコーン系消泡剤を添加した良溶媒相に対する発泡評価を行った。
窒素吹き込み開始直後より30分間、液の発泡高さを観測した。
この間、最大の発泡高さは50mmであった。
【0033】
比較例6
実施例2と同様方法、装置を用い、良溶媒相60kgに対して、150mgの東邦化学社製ブロナールC−448鉱物油配合消泡剤を添加した良溶媒相に対する発泡評価を行った。
窒素吹き込み開始直後より30分間、液の発泡高さを観測した。
この間、最大の発泡高さは70mmであった。
【0034】
【発明の効果】
本発明のポリフェニレンエーテルを製造方法は、ポリフェニレンエーテルの良溶媒を蒸留する際の泡立ちが極めて少なく、従来と比べ回収効率が大幅に改善し、かつ、回収される良溶媒の純度も良好であるため、溶剤回収に要する設備、エネルギーを大幅に改善し、当該産業界の要求に十分応える。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で使用したオルダーショウ精留装置の概略図である。
【図2】実施例3で使用した蒸留評価装置の概略図である。
【符号の説明】
A) 最上段抜き出し液
B) 供給良溶媒相
C) 最下段抜き出し液
D) 20段精留塔(濃縮部)
E) 20段精留塔(回収部)
F) オイルバス(160 ℃設定)
A’)2L筒状ガラス容器
B’) 窒素導入管
C’) ボールフィルター
D’) 留出管
E’) 温度計
F’) 冷却管
G’) ゴム栓
G) オイルバス(100 ℃設定)
H) 発泡高さ
a) 良溶媒相300ml
b) 窒素 20L/min
c) 発泡領域
d) 回収トルエン
e) 冷水
Claims (4)
- ポリフェニレンエーテルの良溶媒、金属塩、アミン化合物及びフェノール化合物よりなる重合溶液に酸素含有ガスを通気してフェノール化合物を酸化重合した後、重合溶液にキレート剤水溶液を混合して重合を停止し、金属塩、キレート剤及び水を分離して得られるポリフェニレンエーテル溶液に、ポリフェニレンエーテルの貧溶媒を添加してポリフェニレンエーテル粒子を析出し濾別するポリフェニレンエーテルの製造方法において、ポリフェニレンエーテル粒子を濾別した混合液を蒸留して良溶媒を回収する際に、フロロシリコーン化合物系消泡剤より選ばれる1種以上の消泡剤を用いることを特徴とするポリフェニレンエーテルの製造方法。
- 良溶媒がベンゼン、トルエン及びキシレンから選ばれる少なくとも一種の溶媒であり、貧溶媒がメタノール、エタノール、イソプロパノール、nブタノール、アセトン及びメチルエチルケトンから選ばれる少なくとも一種の溶媒であり、金属塩が銅化合物及びマンガン化合物より選ばれる少なくとも1種の金属塩であり、かつ、アミン化合物が下記一般式(1)
で表されるジアミン化合物、3級モノアミン化合物、及び、2級モノアミン化合物より選ばれる少なくとも1種のアミン化合物であることを特徴とする請求項1記載のポリフェニレンエーテルの製造方法。 - キレート剤水溶液と接触させて重合を停止した後、重合時に副生するジフェノキノンが消失するまで混合液を40℃〜120℃に保温した後に、触媒を分離することを特徴とする請求項1または2記載のポリフェニレンエーテルの製造方法。
- 析出したポリフェニレンエーテル粒子を濾別した混合液に水を混合して、良溶媒よりなる良溶媒相及び貧溶媒と水よりなる水相に分離し、これを分別した後に、良溶媒相を蒸留して良溶媒を回収することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のポリフェニレンエーテルの製造方法。
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