JP4386609B2 - Continuous production method of polycarbonate - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
ポリカーボネートの工業的連続製造方法に関する。詳しくは、複数の分子量の異なるポリカーボネートを分子量変動が少なく安定的に、且つロスが少なく効率的に製造する連続製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、芳香族ポリカーボネートは、耐熱性、耐衝撃性、透明性などに優れたエンジニアリングプラスチックスとして、多くの分野において幅広く用いられ、その重要性が増している。
この芳香族ポリカーボネートの製造方法については、従来種々の重合法の研究が行われている。その中で、有機溶媒の存在下、芳香族ジヒドロキシ化合物、例えば2,2′−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(以下、ビスフェノールAという)のアルカリ水溶液とホスゲンを反応させる界面重縮合法は公知である。この方法で用いる有機溶媒はハロゲン系有機溶媒であり、例えば塩化メチレン、クロロベンゼンなどが用いられるが、特に塩化メチレンが主に用いられる。しかしながら、この方法では得られるポリマーから該有機溶媒を完全に除去することが難しく、残留する有機溶媒由来のハロゲンによる金型腐食や着色などが起こり、最終用途に好ましくない影響を与える。
【0003】
その為、芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートとから、芳香族ポリカーボネートを製造する方法が研究されている。例えば、ビスフェノールAとジフェニルカーボネートとを溶融状態でエステル交換反応によってフェノールを脱離してポリカーボネートを製造する方法が、いわゆるエステル交換法あるいは溶融法として知られている。その際、反応途中のポリカーボネートプレポリマーの分子量によって溶融粘度が大きく異なることや、分子量が大きくなるほどフェノールの脱離促進のために高温、高真空で反応することが必要となることなどから、工業的には複数の反応器を直列に接続して段階的に温度や減圧度を変えて製造されている。例えば、特開平2−153923号公報では、槽型反応器を3基と遠心薄膜型蒸発反応器及び横型撹拌反応器の合計5基の反応器を直列に接続してポリカーボネートを製造している。
【0004】
しかしながら、エステル交換法によるポリカーボネートの製造は、このように多段に分けて反応を制御しても、界面重縮合法による製造と比較して、反応の制御が困難であり、製造されるポリカーボネートの分子量を安定して制御できない等の欠点があった。その為、ポリカーボネートの分子量を安定して制御して製造する方法が検討されている。例えば、特開平6−65366号公報では、最終反応器出口に粘度計を設け、粘度測定結果を最終反応器の反応条件にフィードバックして反応を制御する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、変動の大きいポリカーボネートプレポリマー段階での反応系を完全に制御することは困難であり、該プレポリマーの品質変動によって、得られるポリカーボネートの分子量が大きく変動して安定に制御できなかった。特開平8−113637号公報では、ポリカーボネートプレポリマー製造時に生成するフェノール類の量を連続的に測定することで、安定に製造する方法を提案している。しかしながら、この方法においても得られるポリカーボネートの分子量を安定に制御することはできなかった。その為、得られるポリカーボネートの分子量を安定に制御する方法の出現が望まれていた。
【0005】
また、工業的にポリカーボネートを製造する場合、多くの銘柄を製造することが要求されるので、分子量や水酸基末端比率の異なる複数のポリカーボネートを製造する必要がある。その為、出発原料の芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートの仕込みモル比を調整して、反応器の温度や減圧度を変更することが一般的になされている。しかしながら、エステル交換法でのポリカーボネートの工業的な製造方法は、先述のように、複数の反応器が直列に接続された製造工程でなされることから、出発原料の仕込みモル比や反応条件を変更しても、最終反応器に到達するまでに多くの時間が掛かることから、目的のポリカーボネートを得るまでに、多くの切り替えロスが生じるという問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、得られるポリカーボネートの分子量変動が少ない連続製造方法、及び分子量や水酸基末端比率の異なる複数のポリカーボネートを製造する際の切り替えロスを減少して且つ一定品質のポリカーボネートを安定的に同時に連続製造する方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するためにポリカーボネートの連続長期製造を実施してプレポリマーと最終的に得られるポリカーボネートとの関連性について鋭意研究を重ねてきた。その結果、得られるポリカーボネートの分子量変動の原因が、これまで全く着目されていなかったポリカーボネートプレポリマーの末端比率の変動にあるという驚くべき事実を見い出した。本発明者等は、係る知見に基づき、更に研究を重ね、プレポリマーの水酸基末端比率を制御することで上記課題が解決できこと、更に、並列に設置された複数の後重合工程と組み合わせることで、分子量や水酸基末端の異なる複数のポリカーボネートを同時に安定製造できることを見い出し本発明に到達した。
【0008】
すなわち本発明は、
(1)芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートとから少なくとも2基以上の反応器を用いて溶融状態で重合して数平均分子量5000〜30000のポリカーボネートを連続的に製造する方法において、反応温度150〜290℃、反応圧力10mmHg〜常圧であるポリカーボネートプレポリマー製造工程A、反応温度180〜270℃、反応圧力10mmHg〜常圧であるポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率制御工程B、反応温度230〜300℃、反応圧力100mmHg以下である後重合工程Cからなり、一系列のA工程の後に単数のB工程もしくは複数の並列に設けられたB工程が接続され、単数のB工程を設ける場合には該B工程の後に複数の並列に設けられたC工程が接続され、複数の並列に設けられたB工程を設ける場合にはそれぞれのB工程の後に単数のC工程もしくは複数の並列に設けられたC工程が接続されていること、および水酸基末端比率制御工程Bが、ポリカーボネートプレポリマーの分子量と水酸基末端比率を測定した後、その結果に基づき芳香族ジヒドロキシ化合物もしくはジアリールカーボネートをポリカーボネートプレポリマーの液中に添加して反応させることで、目標水酸基末端比率とポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率との差を±10%の範囲で制御する工程であり、C工程で減圧度を制御することによって、初期原料として用いられる芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートとの仕込みモル比を変更することなく複数の分子量の異なるポリカーボネートを同時に製造することを特徴とするポリカーボネートを連続製造する方法。
【0009】
(2) 添加される芳香族ジヒドロキシ化合物もしくはジアリールカーボネートが、下記式1、式2、式3及び式4から求められる芳香族ジヒドロキシ化合物の量Wciもしくはジアリールカーボネートの量Wbiで添加されることを特徴とする上記(1)記載の複数の分子量の異なるポリカーボネートを同時に連続製造する方法。(但し、求めたWbi及びWciの内、正の値として算出された成分を添加する)。
【0010】
【数5】

Figure 0004386609
【0011】
【数6】
Figure 0004386609
【0012】
【数7】
Figure 0004386609
【0013】
【数8】
Figure 0004386609
【0014】
(但し、式中、OH0はプレポリマーの目標水酸基末端比率(モル%)、Mn0はプレポリマーの目標数平均分子量、OHaはプレポリマーの実測水酸基末端比率、Mnaはプレポリマーの実測数平均分子量、Mnbは添加するジアリールカーボネートの分子量、Mncは添加する芳香族ジヒドロキシ化合物の分子量、Xbiは時点iで添加するジアリールカーボネートのモル分率量、Xciは時点iで添加する芳香族ジヒドロキシ化合物のモル分率、Waiは時点iで反応器を通過するプレポリマーの重量(g/hr)、Wbiは時点iで添加するジアリールカーボネートの重量(g/hr)、Wciは時点iで添加する芳香族ジヒドロキシ化合物の重量(g/hr)である。aは試行錯誤で求められる装置係数であり、0.5〜1.0の範囲にある。)
を提供するものである。
【0015】
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明において、芳香族ジヒドロキシ化合物とは、HO−Ar−OHで示される化合物である(式中、Arは2価の芳香族基を表す。)。
芳香族基Arは、例えば好ましくは−Ar1−Y−Ar2−で示される2価の芳香族基である(式中、Ar1及びAr2は、各々独立にそれぞれ炭素数5〜70を有する2価の炭素環式又は複素環式芳香族基を表し、Yは炭素数1〜30を有する2価のアルカン基を表す。)。
【0016】
2価の芳香族基Ar1、Ar2において、1つ以上の水素原子が、反応に悪影響を及ぼさない他の置換基、例えば、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、ビニル基、シアノ基、エステル基、アミド基、ニトロ基などによって置換されたものであっても良い。
複素環式芳香族基の好ましい具体例としては、1ないし複数の環形成窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を有する芳香族基を挙げる事ができる。
2価の芳香族基Ar1、Ar2は、例えば、置換又は非置換のフェニレン、置換又は非置換のビフェニレン、置換または非置換のピリジレンなどの基を表す。ここでの置換基は前述のとおりである。
2価のアルカン基Yは、例えば、下記化1で示される有機基である。
【0017】
【化1】
Figure 0004386609
【0018】
(式中、R1、R2、R3、R4は、各々独立に水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、環構成炭素数5〜10のシクロアルキル基、環構成炭素数5〜10の炭素環式芳香族基、炭素数6〜10の炭素環式アラルキル基を表す。kは3〜11の整数を表し、R5およびR6は、各Xについて個々に選択され、お互いに独立に、水素または炭素数1〜6のアルキル基を表し、Xは炭素を表す。また、R1、R2、R3、R4、R5、R6において、一つ以上の水素原子が反応に悪影響を及ぼさない範囲で他の置換基、例えばハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、ビニル基、シアノ基、エステル基、アミド基、ニトロ基等によって置換されたものであっても良い。)
このような2価の芳香族基Arとしては、例えば、下記化2で示されるものが挙げられる。
【0019】
【化2】
Figure 0004386609
【0020】
(式中、R7、R8は、各々独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、環構成炭素数5〜10のシクロアルキル基またはフェニル基であって、mおよびnは1〜4の整数で、mが2〜4の場合には各R7はそれぞれ同一でも異なるものであってもよいし、nが2〜4の場合には各R8はそれぞれ同一でも異なるものであってもよい。)
さらに、2価の芳香族基Arは、−Ar1−Z−Ar2−で示されるものであっても良い。
(式中、Ar1、Ar2は前述の通りで、Zは単結合又は−O−、−CO−、−S−、−SO2−、−SO−、−COO−、−CON(R1)−などの2価の基を表す。ただし、R1は前述のとおりである。)
このような2価の芳香族基Arとしては、例えば、下記化3で示されるものが挙げられる。
【0021】
【化3】
Figure 0004386609
【0022】
(式中、R7、R8、mおよびnは、前述のとおりである。)
さらに、2価の芳香族基Arの具体例としては、置換または非置換のフェニレン、置換または非置換のナフチレン、置換または非置換のピリジレン等が挙げられる。ここでの置換基は前述のとおりである。
本発明で用いられる芳香族ジヒドロキシ化合物は、単一種類でも2種類以上でもかまわない。芳香族ジヒドロキシ化合物の代表的な例としてはビスフェノールAが挙げられる。
本発明で用いられるジアリールカーボネートは、下記化4で表される。
【0023】
【化4】
Figure 0004386609
【0024】
(式中、Ar3、Ar4はそれぞれ1価の芳香族基を表す。)
Ar3及びAr4は、1価の炭素環式又は複素環式芳香族基を表すが、このAr3、Ar4において、1つ以上の水素原子が、反応に悪影響を及ぼさない他の置換基、例えば、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、ビニル基、シアノ基、エステル基、アミド基、ニトロ基などによって置換されたものであっても良い。Ar3とAr4は同じものであっても良いし、異なるものであっても良い。
1価の芳香族基Ar3及びAr4の代表例としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ピリジル基を挙げる事ができる。これらは、上述の1種以上の置換基で置換されたものでも良い。
好ましいAr3及びAr4としては、それぞれ例えば、下記化5などが挙げられる。
【0025】
【化5】
Figure 0004386609
【0026】
ジアリールカーボネートの代表的な例としては、下記化6で示される置換または非置換のジフェニルカーボネート類を挙げる事ができる。
【0027】
【化6】
Figure 0004386609
【0028】
(式中、R9及びR10は、各々独立に水素原子、炭素数1〜10を有するアルキル基、炭素数1〜10を有するアルコキシ基、環構成炭素数5〜10のシクロアルキル基又はフェニル基を示し、p及びqは1〜5の整数で、pが2以上の場合には、各R9はそれぞれ異なるものであっても良いし、qが2以上の場合には、各R10は、それぞれ異なるものであっても良い。)
このジフェニルカーボネート類の中でも、非置換のジフェニルカーボネートや、ジトリルカーボネート、ジ−t−ブチルフェニルカーボネートのような低級アルキル置換ジフェニルカーボネートなどの対称型ジアリールカーボネートが好ましいが、特にもっとも簡単な構造のジアリールカーボネートである非置換のジフェニルカーボネートが好適である。
【0029】
これらのジアリールカーボネート類は単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートとの使用割合(仕込比率)は、目標とするポリカーボネートの分子量や末端基比率、用いられる芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートの種類、重合温度その他の重合条件によって異なるが、ジアリールカーボネートが芳香族ジヒドロキシ化合物1モルに対して、通常0.9〜2.5モル、好ましくは0.95〜2.0モル、より好ましくは0.98〜1.5モルの割合で用いられる。製造するポリカーボネートの目標分子量や水酸基末端比率によって、芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートとの仕込み比率を変更する方法が一般的に用いられている。しかしながら、仕込み比率を変更した場合には、最終的に目標とする分子量や水酸基末端比率を有するポリカーボネートが得られるまでに、多くの切り替えロスを伴うことから好ましくない。本発明においては、製造するポリカーボネートの目標分子量や水酸基末端比率が変更になっても、両者の仕込み比率を変更せずに一定のままでポリカーボネートを製造することが好ましい。
【0030】
溶融重縮合反応は、触媒を加えずに実施する事ができるが、重合速度を高めるため、必要に応じて触媒の存在下で行われる。重合触媒としては、この分野で用いられているものであれば特に制限はないが、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物類;水素化アルミニウムリチウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素テトラメチルアンモニウムなどのホウ素やアルミニウムの水素化物のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、第四級アンモニウム塩類;水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カルシウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水素化合物類;リチウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カルシウムメトキシドなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属のアルコキシド類;リチウムフェノキシド、ナトリウムフェノキシド、マグネシウムフェノキシド、LiO−Ar−OLi、NaO−Ar−ONa(Arはアリール基)などのアルカリ金属またはアルカリ土類金属のアリーロキシド類;酢酸リチウム、酢酸カルシウム、安息香酸ナトリウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の有機酸塩類;酸化亜鉛、酢酸亜鉛、亜鉛フェノキシドなどの亜鉛化合物類;酸化ホウ素、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリブチル、ホウ酸トリフェニル、(R1234)NB(R1234)で表されるアンモニウムボレート類、(R1234)PB(R1234)で表されるホスホニウムボレート類(R1、R2、R3、R4は前記化1の説明通りである。)などのホウ素の化合物類;酸化ケイ素、ケイ酸ナトリウム、テトラアルキルケイ素、テトラアリールケイ素、ジフェニル−エチル−エトキシケイ素などのケイ素の化合物類;酸化ゲルマニウム、四塩化ゲルマニウム、ゲルマニウムエトキシド、ゲルマニウムフェノキシドなどのゲルマニウムの化合物類;酸化スズ、ジアルキルスズオキシド、ジアルキルスズカルボキシレート、酢酸スズ、エチルスズトリブトキシドなどのアルコキシ基またはアリーロキシ基と結合したスズ化合物、有機スズ化合物などのスズの化合物類;酸化鉛、酢酸鉛、炭酸鉛、塩基性炭酸塩、鉛及び有機鉛のアルコキシドまたはアリーロキシドなどの鉛の化合物;第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩、第四級アルソニウム塩などのオニウム化合物類;酸化アンチモン、酢酸アンチモンなどのアンチモンの化合物類;酢酸マンガン、炭酸マンガン、ホウ酸マンガンなどのマンガンの化合物類;酸化チタン、チタンのアルコキシドまたはアリーロキシドなどのチタンの化合物類;酢酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、ジルコニウムのアルコキシド又はアリーロキシド、ジルコニウムアセチルアセトンなどのジルコニウム化合物類などの触媒を挙げる事ができる。
【0031】
触媒を用いる場合、これらの触媒は1種だけで用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。また、これらの触媒の使用量は、原料の芳香族ジヒドロキシ化合物100重量部に対して、通常10-8〜1重量部、好ましくは10-7〜10-1重量部の範囲で選ばれる。
本発明の方法は、ポリカーボネートプレポリマー製造工程A、ポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率制御工程B及び後重合工程Cからなる製造方法であり、一系列のA工程に対して複数のB工程及び/もしくは複数のC工程からなることを特徴としている。各工程の反応器としては、ポリカーボネートの反応器として広く使用されているものが使用でき、例えば、攪拌槽型反応器、薄膜反応器、遠心式薄膜蒸発反応器、表面更新型二軸混練反応器、二軸横型攪拌反応器、濡れ壁式反応器、自由落下させながら重合する多孔板型反応器、ワイヤーに沿わせて落下させながら重合するワイヤー付き多孔板型反応器等が用いられる。これらの反応器の材質は特に限定されないが、鉄を20%以上含む材質が好ましく、特にSUS304,SUS316,SUS316Lが好ましく用いられる。
【0032】
ポリカーボネートプレポリマー製造工程Aは、芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネート等の原材料の計量・供給工程、これらを溶解する原料溶解槽及び反応器とからなり、原料溶解槽及びもしくは反応器の後にフィルターを設置しても良い。原料溶解槽はバッチ式で行ってもよく、連続で実施してもよいが、前者が好ましい。その際、複数の原料溶解槽を並列用いて切り替えながら使用することが好ましい。反応器は単独でも良く、複数の反応器を直列に連結してもよい。これら原料溶解槽及び反応器としては、前者の内、特に攪拌槽型反応器が好ましく用いられる。
【0033】
原料の芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートは、計量後、原料溶解混合槽に移送されるが、芳香族ジヒドロキシ化合物およびジアリールカーボネートは、予め窒素等の不活性ガスを用いて真空置換しておくことがこのましい。また、芳香族ジヒドロキシ化合物及びジアリールカーボネートのどちらか一方を、もしくは両方を酸素が除去された溶融状態で原料溶解混合槽に移送する方法も好ましい。特に芳香族ジヒドロキシ化合物もしくはジアリールカーボネートの製造工場が隣接する場合、配管等で接続して直接原料溶解混合槽に移送することが好ましい。原料溶解槽の温度は115〜220℃であるが、好ましくは120〜200℃、さらに好ましくは140〜190℃の範囲にある。該原料溶解混合槽では、芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートとを単に溶解混合するだけでなく、エステル交換反応を進行させてもよい。反応率としては5〜95%の範囲で調整し、好ましくは30〜92%、特に好ましくは50〜90%の範囲で調整した後、後工程、例えば貯槽や反応器に移送することが好ましい。
【0034】
ポリカーボネートプレポリマー製造工程Aでの反応温度は、通常100〜350℃、好ましくは150〜290℃の温度の範囲で選ばれる。好ましくは180〜270℃、特に好ましくは200〜250℃の範囲にある。得られるポリカーボネートプレポリマーの数平均分子量は1500〜7500の範囲にある。好ましい数平均分子量の範囲としては1800〜6000、より好ましくは2000〜5000の範囲にある。反応の進行にともなって、芳香族モノヒドロキシ化合物が生成してくるが、これを反応系外へ除去する事によって反応速度が高められる。従って、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素や低級炭化水素ガスなど反応に悪影響を及ぼさない不活性なガスを導入して、生成してくる該芳香族モノヒドロキシ化合物をこれらのガスに同伴させて除去する方法や、減圧下に反応を行う方法などが好ましく用いられる。好ましい反応圧力は、重合初期には10mmHg〜常圧の範囲にある。
【0035】
ポリカーボネートプレポリマー製造工程Aで製造されたプレポリマーは、ポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率制御工程Bへ送られる。工程Bは、ポリカーボネートプレポリマーの分子量と水酸基末端比率を測定し、芳香族ジヒドロキシ化合物もしくはジアリールカーボネートを添加して反応させることで、該水酸基末端比率を制御する工程である。 工程Bは一系列でも良いし、複数の系列であっても良い。分子量と水酸基末端比率との関係が全く異なる複数の水酸基末端比率を有するポリカーボネートを同時に連続製造する場合には、対応した複数の系列が必要である。工程Bでの反応器は一系列当たり1〜2基であり、添加される芳香族ジヒドロキシ化合物もしくはジアリールカーボネートとの反応を充分行わせるために、攪拌槽型反応器が好ましく用いられる。反応温度は、通常100〜350℃、好ましくは150〜290℃の温度の範囲で選ばれる。好ましくは180〜270℃、特に好ましくは200〜250℃の範囲にある。好ましい反応圧力は10mmHg〜常圧の範囲にある。
【0036】
本発明において、ポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率は、一般に5〜95モル%の範囲にあり、この範囲の目標水酸基末端比率に制御される。ポリマーアロイ等の目的で水酸基末端比率が50%以上のポリカーボネートを製造する場合には、プレポリマー段階での目標水酸基末端比率が50〜95モル%にある。光学用途や一般射出成形、押出成形用に適した水酸基末端比率が50%以下のポリカーボネートを製造する場合には、プレポリマー段階での目標水酸基末端比率が5〜50モル%にある。後者の場合、ポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率を5〜50モル%の範囲に設定することが好ましい。特に20〜48モル%が好ましい。
【0037】
反応器から抜き出されたポリカーボネートプレポリマーの分子量は、例えば、溶液粘度、GPC、溶融粘度等によって測定することができる。一般に溶液粘度法は、簡便で迅速に分子量の測定ができるが、得られる分子量が粘度平均分子量であるので、予め数平均分子量と粘度平均分子量との相関を求めておくことが必要である。また、溶融粘度法では、例えば配管やサンプリング口に粘度計を設置することで連続的且つ自動的に測定できる。その際、溶融粘度と数平均分子量の相関を求めておくことが必要である。測定頻度は、高くするほど得られるポリカーボネートの分子量変動が小さくなり好ましいが、分子量の測定方法によっても制約を受ける。一般的には、数秒〜6時間の間隔にある。
【0038】
反応器から抜き出されたポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率は、例えば、NMR、IR、比色(チタン法)、液体クロマトグラフィー等によって測定できる。これらの中でNMR法及び液体クロマトグラフィーが迅速であり精度も高く好ましい。測定頻度は、高くするほど得られるポリカーボネートの水酸基末端比率変動が小さくなり好ましいが、水酸基末端比率の測定方法によっても制約を受ける。一般的には、数秒〜6時間の間隔にある。本発明の製造方法において、ポリカーボネートの末端は、出発原料の芳香族ジヒドロキシ化合物に由来する水酸基末端(A)、出発原料のジアリールカーボネートに由来するアリール基末端(B)がある。水酸基末端比率(モル%)は、下記式5で求められる。
【0039】
【数9】
Figure 0004386609
【0040】
例えば、出発原料としてビスフェノール−A及びジフェニルカーボネートを用いた場合には、ビスフェノール−Aの水酸基末端(A)とフェニル末端(B)のモル数とから水酸基末端比率が求められる。
本発明においては、ポリカーボネートプレポリマーの目標水酸基末端比率に制御するために、該プレポリマーにジアリールカーボネートもしくは芳香族ジヒドロキシ化合物を添加して反応させる。プレポリマーの水酸基末端比率を制御するために添加される芳香族ジヒドロキシ化合物やジアリールカーボネートとしては、出発原料として用いた芳香族ジヒドロキシ化合物もしくはジアリールカーボネートと同一の物を用いることが好ましい。しかし、他の芳香族ジヒドロキシ化合物やジアリールカーボネートや、両末端にアリールカーボネート末端を有するポリカーボネートポリマーやオリゴマー、両末端に水酸基末端を有するポリカーボネートポリマーやオリゴマーを使用することもできる。また、これらの添加は連続的に行われるため、添加方法としてはポンプを用いることが好ましく、特にプレポリマーの液中に供給することが好ましい。これら化合物は固体状態でも添加することができるが、ポンプを用いて溶融状態もしくは反応に影響を及ぼさない溶剤に溶解して添加することが好ましい。また、添加された芳香族ジヒドロキシ化合物やジアリールカーボネートは該反応器内でプレポリマーと反応することが必要である。その為、該反応器内でのプレポリマーの滞留時間は15分以上あることが好ましく、特に30分以上あることが好ましい。
【0041】
水酸基比率を制御するために添加されるジアリールカーボネートもしくは芳香族ジヒドロキシ化合物の添加量は、下記式1及び式2とからジアリールカーボネートの量Wbiが、下記式3及び式4から芳香族ジヒドロキシ化合物の量Wciが求められる。その際、求めたWbi及びWciの内、正の値として算出された成分を添加する。但し、連続してジアリールカーボネートもしくは芳香族ジヒドロキシ化合物を添加して水酸基末端比率を制御している場合には、添加成分がジアリールカーボネートから芳香族ジヒドロキシ化合物へ、もしくは芳香族ジヒドロキシ化合物からジアリールカーボネートへ変更になる場合には、それぞれ下記式6、下記式7式から算出される添加量を添加する。
【0042】
【数10】
Figure 0004386609
【0043】
【数11】
Figure 0004386609
【0044】
【数12】
Figure 0004386609
【0045】
【数13】
Figure 0004386609
【0046】
【数14】
Figure 0004386609
【0047】
【数15】
Figure 0004386609
【0048】
式中、OH0はプレポリマーの目標水酸基末端比率(モル%)、Mn0はプレポリマーの目標数平均分子量、OHaはプレポリマーの実測水酸基末端比率、Mnaはプレポリマーの実測数平均分子量、Mnbは添加するジアリールカーボネートの分子量、Mncは添加する芳香族ジヒドロキシ化合物の分子量、Xbiは時点iで添加するジアリールカーボネートのモル分率量、Xciは時点iで添加する芳香族ジヒドロキシ化合物のモル分率、Waiは時点iで反応器を通過するプレポリマーの重量(g/hr)、Wbiは時点iで添加するジアリールカーボネートの重量(g/hr)、Wciは時点iで添加する芳香族ジヒドロキシ化合物の重量(g/hr)である。aは試行錯誤で求められる装置係数であり、0.5〜1.0の範囲にある。
【0049】
具体的に例を挙げて上記を説明する。芳香族ジヒドロキシ化合物としてのビスフェノールAとジアリールカーボネートとしてのジフェニルカーボネートから複数の反応器を用いてポリカーボネートを製造する際に、水酸基末端比率を制御する反応器において、プレポリマーの目標数平均分子量を3800、目標水酸基末端比率を40モル%として連続反応を開始したところ、数平均分子量が3700、水酸基末端比率が44モル%のプレポリマーが製造されていた。反応器内通過するプレポリマー量は10kgであった。目標水酸基末端比率よりも測定値が大きいので、反応器内に添加するジフェニルカーボネートの量(Wbi)を求めた。これら数値及びa=1を上記式1及び2に挿入すると、反応器内に添加するジフェニルカーボネートのモル分率Xbiは0.07、添加重量(Wb)は、43g/hrとなり、同様に、上記式3及び4より芳香族ジヒドロキシ化合物のモル分率Xci及び添加重量Wciを求めると、それぞれ−0.1655、−85g/hrとなる。従って、この時点ではジフェニルカーボネートを43g/hrで添加することで水酸基末端比率を制御できる。
【0050】
本発明においては、水酸基末端比率を上記のように制御することで、目標水酸基末端比率とポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率との差を±10%に制御することが好ましい。更に好ましくは±7%の範囲にあり、特に好ましくは±4%の範囲にある。上記範囲よりも大きい場合には、得られるポリカーボネートの分子量変動幅が増大しやすい傾向にある。プレポリマーの水酸基末端比率測定値と目標水酸基末端比率との差(D)は、下記式8で定義される。
【0051】
【数16】
Figure 0004386609
【0052】
エステル交換反応によるポリカーボネートの製造は、芳香族モノヒドロキシ化合物を脱離しながら反応が進行するので、分子量が増加するにつれて水酸基末端比率は減少もしくは増加する。その為、ポリカーボネートプレポリマーの目標水酸基末端比率は、目標とするプレポリマーの分子量を基準とする水酸基末端比率となる。プレポリマーの分子量が目標水酸基末端比率の基準分子量から大きくずれていれば、上記式8に代入する水酸基末端比率測定値は分子量補正が必要である。補正は、予め分子量と水酸基末端比率との相関を求めておくことで可能である。また、触媒の種類や量、反応温度、減圧度、装置の大きさや種類等の製造条件によっても、分子量と水酸基末端比率との相関及び目標水酸基末端比率は異なるものとなる。その為、若干の試行錯誤後に経験則によって、相関を求めると共に、目標とする水酸基末端比率は決定される。
【0053】
上記のようにして水酸基末端比率が制御された工程Bのポリカーボネートプレポリマーは、次工程の後重合工程Cへ送られる。本発明では、一系列のA工程に対して、C工程は複数ある。一系列のB工程に対しては複数のC工程があっても良いし、複数のB工程に対して同数もしくはそれ以上のC工程があってもよい。また、C工程の内、途中から反応器が並列にある場合、C工程は複数と見なし、最終反応器の系列の数だけ系列があるものとする。
【0054】
C工程で用いられる前述の反応器が全て使用できるが、本工程では溶融粘度が高く、フェノールの脱離が律速となるため、薄膜反応器、遠心式薄膜蒸発反応器、表面更新型二軸混練反応器、二軸横型攪拌反応器、濡れ壁式反応器、自由落下させながら重合する多孔板型反応器、ワイヤーに沿わせて落下させながら重合するワイヤー付き多孔板型反応器等を組み合わせて使用することが好ましい。特に最終反応器には、ワイヤーに沿わせて落下させながら重合するワイヤー付き多孔板型反応器を用いることが好ましい。反応温度は、通常100〜350℃にあり、好ましくは200〜320℃の温度の範囲で選ばれる。より好ましくは230〜300℃、特に好ましくは250〜280℃の範囲にある。反応圧力は100mmHg以下、好ましくは50mmHg以下、より好ましくは20mmHg以下である。特に最終重合器においては2mmHg以下が好ましい。本発明の方法で得られる芳香族ポリカーボネートの数平均分子量は、通常5000〜100000の範囲であり、好ましくは5000〜30000の範囲である。
【0055】
本発明においては、最終反応器出口以降で該ポリカーボネートの溶融粘度を測定して、最終反応器の減圧度を制御することが好ましい。溶融粘度の測定は、通常使用されているオンライン型の自動粘度計や自動MI計を用いて連続的に測定することが好ましい。分子量と溶融粘度との間には相関関係があることから、予めこの相関関係を求めておけば、溶融粘度はオンラインで測定できるので分子量を測定するよりも最終反応器の制御には適している。また、溶融粘度の測定誤差や過剰制御の影響を低下させるために、3〜10測定値の平均値を用いて、最終反応器の減圧度を制御することが好ましい。最終反応器の減圧度制御は、減圧度と溶融粘度との関係を予め数式化しておき、該数式がプログラムされたコンピュータを用いることで、連続的に自動制御することが好ましい。溶融粘度を測定する個所は、最終反応器出口以降であればよいが、反応器出口に近い場所に設置することが測定と制御との間に時間的遅れが少なくなり好ましい。
【0056】
本発明においては、複数のC工程から異なる分子量のポリカーボネートが製造されるが、そのままそれぞれ単独にペレット化しても良いし、混合して分子量や分子量分布の異なるPCを製造してもよい。また、安定剤、酸化防止剤、染顔料、紫外線吸収剤、難燃剤等の添加剤や、ガラス繊維、フィラーとの強化剤等を含むポリカーボネート組成物を製造する場合には、各C工程の最終反応器から溶融状態のままで押出機やスタティックミキサー等にポリカーボネートを供給して、前述の添加剤等を添加・溶融混練してペレット化することが好ましい。また、光学材料用ポリカーボネートを製造する場合には、得られたポリカーボネートの異物を低減させるためにポリマーフィルターを設置することも好ましく行われる。
【0057】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(1)数平均分子量(以下、Mnと略す)の測定
数平均分子量(以下、Mnと略す)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて行った。テトラヒドロフラン溶媒、ポリスチレンゲルを使用し、標準単分散ポリスチレンの構成曲線から下式による換算分子量較正曲線を用いて求めた。
PC=0.3591MPS 1.0388
(MPCはポリカーボネートの分子量、MPSはポリスチレンの分子量)
(2)水酸基末端比率の測定
ポリカーボネートプレポリマー0.3gを5mlの重水素置換クロロホルムに溶解し、23℃で1H-NMR(バルカー社製EX-400)を用いて末端基を測定した。水酸基末端比率(モル%)は全末端数に対する水酸基の割合により計算した。
【0058】
【実施例1】
図1に示すようなプロセスで、分子量と水酸基末端比率の異なる2種類のポリカーボネート(数平均分子量10600/水酸基末端比率30モル%のポリカーボネートと、数平均分子量12600/水酸基末端比率17モル%)を同時に連続製造した。
原料溶解混合槽3a、3bはバッチ的に交互に運転し、貯槽10以降は連続的に運転した。原料溶解混合槽3a、3b及び撹拌槽型重合器17、26a、26bは、いずれも攪拌翼を備えており、接液部の材質はSUS316Lである。貯槽10の接液部の材質もSUS316Lである。横型二軸攪拌型重合器35a、35bは、L/D=6で回転直径140mmの二軸の攪拌羽根を有しており、接液部の材質はSUS316Lである。ワイヤ付多孔板型重合器42a、42bは、孔径5mmの孔を50個有する多孔板43a、43bを備えており、接液部の材質はSUS316Lである。孔の中心から鉛直に1mm径のSUS316L製ワイヤ44a、44bを重合器下部の液溜まで垂らしてあり、落下する高さは8mである。各溶融混合槽及び重合器間をつなぐ移送配管7a、7b、13、15、24、33a、33b、40a、40b、50a、50bの接液部の材質はいずれもSUS316Lである。各混合槽、重合器、貯槽及び全ての移送配管の接液部は重合に先立ちフェノールで150℃で洗浄されている。攪拌槽型第1重合器17までがポリカーボネートプレポリマー製造工程A、攪拌槽型第2重合器26a、26bがポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率制御工程B、横型二軸攪拌型重合器35a、35b以降が後重合工程Cに相当する。
【0059】
原料溶解混合槽3a、3bは、反応温度180℃、反応圧力常圧、シール窒素(酸素濃度0.5ppm)ガス流量1リットル/hrの条件である。原料溶解混合槽3aに、50mmHgで真空窒素置換を5回したビスフェノールA粉体とジフェニルカーボネート粉体(対ビスフェノールAモル比1.10)を80Kgと、水酸化ナトリウム7mgを仕込み2.5時間溶融混合し、溶融混合物を全量、移送配管7aから移送貯槽10に移送した。溶融混合物はエステル交換反応が進行しており、ビスフェノールAの反応率は70%であった。同様に原料溶解混合槽3bで同様に原料を溶解混合し、貯槽10の溶融ポリマーがなくなる前に貯槽10に移送した。原料溶解混合槽3a,3bは交互に溶解混合及び移送を繰り返した。貯槽10は、常圧、180℃に保たれている。貯槽10に移送された溶融ポリマーは、20kg/hrで連続に攪拌槽型第1重合器17に供給した。
【0060】
攪拌槽型第1重合器17は、反応温度235℃、反応圧力98mmHgの条件であり、溶融ポリマーの液容量が40リットルに達したら、液容量40リットルを一定に保つように攪拌槽型第2重合器26a、26bに数平均分子量850の溶融ポリマーを等量連続的に供給した。攪拌槽型第2重合器26a、26bは、反応温度252℃、反応圧力6mmHgの条件であり、溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを一定に保つように横型二軸攪拌型重合器35a、35bに溶融ポリマーを連続に供給した。攪拌槽型第2重合器の出口付近のサンプリング口52a、52b及び自動粘度計53a、53bでモニタリングしたプレポリマーの水酸基末端比率は43%、数平均分子量は2550であった。攪拌槽型第2重合器26aで製造されるポリカーボネートプレポリマーの目標が41%、2600であったので、式1及び式2よりXbi=0.0357、Wbi=0.017を求め、0.017kg/hrのジフェニルカーボネートを溶融状態で注入口28aから攪拌槽型第2重合器26aに供給した。一方、攪拌槽型第2重合器26bで製造されるポリカーボネートプレポリマーの目標は38%、2600であったので、式1及び式2より、Xbi=0.0888,Wbi=0.046を求め、0.046kg/hrのジフェニルカーボネートを溶融状態で注入口28bから攪拌槽型第2重合器26bに供給した。その後、攪拌槽型第2重合器26a、26b共に、30分間隔で水酸基末端比率及び分子量を測定し、同様に式1、式2、式3、式4、式6及び式7に基づき算出されたジフェニルカーボネートもしくはビスフェノールA量を供給し続けて水酸基末端比率を連続的に制御した。
【0061】
横型二軸攪拌型重合器35a、35bでは、反応温度265℃、反応圧力0.6mmHgの条件であり、溶融ポリマーの液容量が10リットルに達したら、液容量10リットルを一定に保つようにワイヤ付多孔板型重合器42a、42bにそれぞれ数平均分子量6100、6000の溶融ポリマーを供給した。ワイヤ付多孔板型重合器42aは、反応温度265℃に保持されており、オンライン粘度計54aの測定値に基づき、目標数平均分子量10600を得るように反応圧力0.4±0.3mmHgの範囲で制御した。重合器下部の溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを保つように、移送配管50aを経て抜き出し口51aよりポリカーボネートを抜き出した。得られたポリカーボネートの数平均分子量は10600、水酸基末端比率は30モル%であった。一方、ワイヤ付多孔板型重合器42bは、反応温度272℃に保持されており、オンライン粘度計54bの測定値に基づき、目標数平均分子量12600を得るように反応圧力0.2±0.2mmHgの範囲で制御した。重合器下部の溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを保つように、移送配管50bを経て抜き出し口51bよりポリカーボネートを抜き出した。得られたポリカーボネートの数平均分子量は12600、水酸基末端比率は17モル%であった。
【0062】
連続運転は開始から800時間行った。この間、3時間ごとに測定した2種類のポリカーボネートの分子量と水酸基末端比率の変動は、それぞれ数平均分子量10600±300/水酸基末端比率30±1モル%、数平均分子量12600±400/水酸基末端比率17±1モル%の範囲にあり、分子量と水酸基末端比率が異なる2種類のポリカーボネートを切り替えロス及び品質変動もなく安定的に連続製造することができた。得られたポリカーボネートの色調も良好であった。
【0063】
【比較例1】
図2に示すようなプロセスで、分子量と水酸基末端比率の異なる2種類のポリカーボネートを製造条件を切り替えることで製造した。最初に数平均分子量10600/水酸基末端比率30モル%のポリカーボネートを製造した後、原料の初期仕込みモル比及び最終反応器の温度を変更して数平均分子量12600/水酸基末端比率17モル%のポリカーボネートを製造した。但し、用いた装置は図1と同様であり、26a以降の系列のみを使用した。
【0064】
原料溶解混合槽3a、3bは、反応温度180℃、反応圧力常圧、シール窒素(酸素濃度0.5ppm)ガス流量1リットル/hrの条件である。原料溶解混合槽3aに、50mmHgで真空窒素置換を5回したビスフェノールA粉体とジフェニルカーボネート粉体(対ビスフェノールAモル比1.10)を80Kgと、水酸化ナトリウム7mgを仕込み2.5時間溶融混合し、溶融混合物を全量、移送配管7aから移送貯槽10に移送した。溶融混合物はエステル交換反応が進行しており、ビスフェノールAの反応率は70%であった。同様に原料溶解混合槽3bで同様に原料を溶解混合し、貯槽10の溶融ポリマーがなくなる前に貯槽10に移送した。原料溶解混合槽3a,3bは交互に溶解混合及び移送を繰り返した。貯槽10は、常圧、180℃に保たれている。貯槽10に移送された溶融ポリマーは、10kg/hrで連続に攪拌槽型第1重合器17に供給した。
【0065】
攪拌槽型第1重合器17は、反応温度235℃、反応圧力105mmHgの条件であり、溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを一定に保つように攪拌槽型第2重合器26aに数平均分子量850の溶融ポリマーを等量連続的に供給した。攪拌槽型第2重合器26aは、反応温度252℃、反応圧力6mmHgの条件であり、溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを一定に保つように横型二軸攪拌型重合器35aに溶融ポリマーを連続に供給した。攪拌槽型第2重合器の出口付近のサンプリング口52a及び自動粘度計53aでモニタリングしたプレポリマーの水酸基末端比率は40%、数平均分子量は2650であった。
【0066】
横型二軸攪拌型重合器35aでは、反応温度265℃、反応圧力0.6mmHgの条件であり、溶融ポリマーの液容量が10リットルに達したら、液容量10リットルを一定に保つようにワイヤ付多孔板型重合器42aに数平均分子量5900の溶融ポリマーを供給した。ワイヤ付多孔板型重合器42aは、反応温度265℃に保持されており、オンライン粘度計54aの測定値に基づき、目標数平均分子量10600を得るように反応圧力0.4±0.3mmHgの範囲で制御した。重合器下部の溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを保つように、移送配管50aを経て抜き出し口51aよりポリカーボネートを抜き出した。得られたポリカーボネートの数平均分子量は9800、水酸基末端比率は23モル%であった。目標とするポリカーボネートと比べて水酸基末端比率が低いので、原料仕込みモル比1.10を1.08に変更して連続運転を継続した。その後、試行錯誤で2度原料仕込みモル比を変更した後、最終的に原料仕込み1.09とすることで、数平均分子量10600、水酸基末端比率30%のポリカーボネートを得た。この間、目標と異なる約100kgのポリカーボネートを製造して損失を被った。また、同条件で連続運転を継続し、3時間ごとに数平均分子量と水酸基末端比率を測定したが、数平均分子量10600±300/水酸基末端比率30±1%の範囲にあるポリカーボネートの収率は75%であった。
【0067】
次に、数平均分子量12600/水酸基末端比率17モル%のポリカーボネートを得るために、仕込みモル比を1.08、ワイヤ付多孔板型重合器42aの温度を272℃、圧力を0.2±0.2mmHgに変更して製造を続けた。その後仕込みモル比を3回変更して、目標のポリカーボネートを得たが、この間約250kgのポリカーボネートの切り替えのためにロスした。その後、800時間の連続運転を実施し3時間ごとに数平均分子量と水酸基末端比率を測定したが、数平均分子量12600±400/水酸基末端比率17±1モル%の範囲にあるポリカーボネートは73%であった。
【0068】
【実施例2】
図3に示すようなプロセスで、分子量の異なる2種類のポリカーボネート(数平均分子量8500/水酸基末端比率32モル%と数平均分子量13000/水酸基末端比率25モル%)を同時に連続製造した。但し、用いた装置3a、3b、10,17,26a、42a、42bは図1と同様であり、更に42aと同型のワイヤ付多孔板型重合器56、スタティックミキサー67を使用した。
【0069】
原料溶解混合槽3a、3bは、反応温度182℃、反応圧力常圧、シール窒素(酸素濃度0.5ppm)ガス流量1リットル/hrの条件である。原料溶解混合槽3aに、50mmHgで真空窒素置換を5回したビスフェノールA粉体とジフェニルカーボネート粉体(対ビスフェノールAモル比1.08)を80Kgと、水酸化ナトリウム12mgを仕込み2.5時間溶融混合し、溶融混合物を全量、移送配管7aから移送貯槽10に移送した。溶融混合物はエステル交換反応が進行しており、ビスフェノールAの反応率は78%であった。同様に原料溶解混合槽3bで同様に原料を溶解混合し、貯槽10の溶融ポリマーがなくなる前に貯槽10に移送した。原料溶解混合槽3a,3bは交互に溶解混合及び移送を繰り返した。貯槽10は、常圧、182℃に保たれている。貯槽10に移送された溶融ポリマーは、20kg/hrで連続に攪拌槽型第1重合器17に供給した。
【0070】
攪拌槽型第1重合器17は、反応温度235℃、反応圧力105mmHgの条件であり、溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを一定に保つように攪拌槽型第2重合器26aに数平均分子量860の溶融ポリマーを等量連続的に供給した。攪拌槽型第2重合器26aは、反応温度254℃、反応圧力3mmHgの条件であり、溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを一定に保つようにワイヤ付多孔板型重合器56に数平均分子量が2330の溶融ポリマーを連続に供給した。ワイヤ付多孔板型重合器56では、反応温度260℃、反応圧力0.8mmHgの条件であり、重合器下部の溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを保つように260℃に保たれたスタティックミキサー67に供給した。サンプリング口68から分取したポリカーボネートプレポリマー及びインライン粘度計から該溶融ポリマーの数平均分子量は5500,水酸基末端比率が41モル%であった。目標の分子量と水酸基末端比率を有するポリカーボネートを得るためにはサンプリング口68での分析値が数平均分子量5500,水酸基末端比率が38モル%であることが必要であるので、式3及び式4を用いて求められたXci=0.0605,Wci=0.030から、0.030kg/hrのビスフェノールAを供給口66よりスタティックミキサーに供給した。その後、30分間隔で水酸基末端比率及び分子量を測定し、同様に式1、式2、式3、式4、式6及び式7に基づき算出されたジフェニルカーボネートもしくはビスフェノールA量を供給し続けて水酸基末端比率を連続的に制御した。
【0071】
スタティックミキサーから排出される溶融ポリマーは、ワイヤ付多孔板型重合器42a、42bに等量供給された。ワイヤ付多孔板型重合器42aは、反応温度276℃に保持されており、オンライン粘度計54aの測定値に基づき、数平均分子量13000のポリカーボネートを得るように反応圧力を0.3±0.3mmHgの範囲で制御した。重合器下部の溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを保つように、移送配管50aを経て抜き出し口51aよりポリカーボネートを抜き出した。得られたポリカーボネートの数平均分子量は13000、水酸基末端比率は25モル%であった。ワイヤ付多孔板型重合器42bは、反応温度260℃に保持されており、オンライン粘度計54bの測定値に基づき、数平均分子量8500のポリカーボネートを得るように反応圧力を0.6±0.3mmHgの範囲で制御した。重合器下部の溶融ポリマーの液容量が20リットルに達したら、液容量20リットルを保つように、移送配管50bを経て抜き出し口51bよりポリカーボネートを抜き出した。得られたポリカーボネートの数平均分子量は8500、水酸基末端比率は32モル%であった。
【0072】
連続運転は開始から800時間行った。この間、3時間ごとに測定した2種類のポリカーボネートの分子量と水酸基末端比率の変動は、それぞれ数平均分子量13000±400/水酸基末端比率25±1モル%、数平均分子量8500±300/水酸基末端比率32±1モル%の範囲にあり、分子量と水酸基末端比率が異なる2種類のポリカーボネートを切り替えロス及び品質変動もなく安定的に連続製造することができた。得られたポリカーボネートの色調も良好であった。
【0073】
【発明の効果】
本発明の方法では、実施例で詳細に示したように、得られるポリカーボネートの分子量変動が少なく安定的にポリカーボネートを製造でき、更に分子量や水酸基末端比率の異なる複数のポリカーボネートを製造する際の切り替えロスを減少して且つ一定品質の複数のポリカーボネートを安定的に同時に連続製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】分子量と水酸基末端比率の異22種類のポリカーボネートの同時連続製造装置の図である。
【図2】図1と同様で、26a以降の系列のみを使用した装置の図である。
【図3】図1と同様で、更に42aと同型の重合器56とミキサー67を使用した装置の図である。
【符号の説明】
1a,1b 原料供給口
2a,2b、9、19、28、36、46 ベント口
3a,3b 原料溶解混合槽
4a、4b、18、27a、27b、39a、39b 攪拌軸
5a,5b、11、20、29a、29b、47a、47b、57 溶融ポリマー
6a.6b、12、21、30a、30b、37a、37b、48a、48b、64 52a、52b、68排出口
7a,7b、13、15、24、33a、33b、40a、40b、50a、50b、65、70 移送配管
8、16、25a、25b、28a、28b、34a、34b、41a、41b、55、66 供給口
10 貯槽
14、23、32a、32b、38a、38b、49a、49b、58 移送ポンプ
17 攪拌槽型第1重合器
22、31a、31b、45a、45b、63 ガス供給口
26a、26b 攪拌槽型第2重合器
35a、35b 横型二軸攪拌型重合器
42a、42b、56 ワイヤ付多孔板型重合器
43a、43b、61 多孔板
44a、44b、62 ワイヤ
51a、51b 製品排出口
53a、53b、54a、54b インライン粘度計
67 スタティックミキサー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an industrial continuous production method of polycarbonate. Specifically, the present invention relates to a continuous production method for producing a plurality of polycarbonates having different molecular weights stably with little variation in molecular weight and efficiently with little loss.
[0002]
[Prior art]
In recent years, aromatic polycarbonates are widely used in many fields as engineering plastics having excellent heat resistance, impact resistance, transparency, and the like, and their importance is increasing.
With respect to the method for producing this aromatic polycarbonate, various polymerization methods have been studied. Among them, an interfacial polycondensation method in which an alkaline aqueous solution of an aromatic dihydroxy compound, for example, 2,2′-bis (4-hydroxyphenyl) propane (hereinafter referred to as bisphenol A) and phosgene is reacted in the presence of an organic solvent is known. It is. The organic solvent used in this method is a halogen-based organic solvent, and for example, methylene chloride, chlorobenzene and the like are used, and in particular, methylene chloride is mainly used. However, in this method, it is difficult to completely remove the organic solvent from the polymer obtained, and mold corrosion or coloring due to the halogen derived from the remaining organic solvent occurs, which adversely affects the final use.
[0003]
Therefore, a method for producing an aromatic polycarbonate from an aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate has been studied. For example, a method of producing polycarbonate by eliminating phenol by transesterification in a molten state of bisphenol A and diphenyl carbonate is known as a so-called transesterification method or melting method. In that case, the melt viscosity varies greatly depending on the molecular weight of the polycarbonate prepolymer in the middle of the reaction, and the higher the molecular weight, the more it is necessary to react at high temperature and high vacuum to promote the elimination of phenol. Is manufactured by connecting a plurality of reactors in series and gradually changing the temperature and the degree of vacuum. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2-153923, polycarbonate is manufactured by connecting three tank reactors and a total of five reactors of a centrifugal thin film evaporation reactor and a horizontal stirring reactor in series.
[0004]
However, the production of polycarbonate by the transesterification method is difficult to control the reaction compared to the production by the interfacial polycondensation method even if the reaction is controlled in multiple stages as described above. There are disadvantages such as being unable to control the stability stably. For this reason, methods for producing polycarbonates with stable molecular weight control have been studied. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-65366 proposes a method of controlling a reaction by providing a viscometer at the final reactor outlet and feeding back the viscosity measurement result to the reaction conditions of the final reactor. However, in this method, it is difficult to completely control the reaction system in the polycarbonate prepolymer stage having large fluctuations, and the molecular weight of the obtained polycarbonate varies greatly due to the quality fluctuation of the prepolymer, and can be stably controlled. There wasn't. Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-113737 proposes a method for stably producing by continuously measuring the amount of phenols produced during the production of the polycarbonate prepolymer. However, the molecular weight of the polycarbonate obtained by this method could not be controlled stably. Therefore, the advent of a method for stably controlling the molecular weight of the obtained polycarbonate has been desired.
[0005]
Moreover, when manufacturing a polycarbonate industrially, since manufacturing many brands is requested | required, it is necessary to manufacture several polycarbonate from which molecular weight and a hydroxyl-terminal ratio differ. Therefore, it is a common practice to change the reactor temperature and the degree of pressure reduction by adjusting the charged molar ratio of the starting aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate. However, as described above, the industrial production method of polycarbonate by the transesterification method is performed in a production process in which a plurality of reactors are connected in series, so that the charged molar ratio of starting materials and reaction conditions are changed. However, since it takes a lot of time to reach the final reactor, there is a problem that a lot of switching loss occurs until the target polycarbonate is obtained.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a continuous production method in which the molecular weight fluctuation of the obtained polycarbonate is small, and a continuous production of a polycarbonate of a constant quality stably at the same time with reduced switching loss when producing a plurality of polycarbonates having different molecular weights and hydroxyl end ratios. It aims to provide a way to do that.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research on the relationship between the prepolymer and the finally obtained polycarbonate by carrying out continuous long-term production of polycarbonate. As a result, the inventors have found the surprising fact that the cause of the molecular weight variation of the obtained polycarbonate is the variation in the terminal ratio of the polycarbonate prepolymer, which has not been noticed at all. Based on such knowledge, the present inventors have further researched and can solve the above problems by controlling the hydroxyl group terminal ratio of the prepolymer, and further by combining with a plurality of post-polymerization steps installed in parallel. The present inventors have found that a plurality of polycarbonates having different molecular weights and hydroxyl terminal ends can be simultaneously stably produced, thereby reaching the present invention.
[0008]
  That is, the present invention
(1) In a method of continuously producing a polycarbonate having a number average molecular weight of 5000 to 30000 by polymerizing in a molten state from an aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate using at least two reactors, a reaction temperature of 150 to 290 Polycarbonate prepolymer production step A having a reaction pressure of 10 mmHg to normal pressure, reaction temperature of 180 to 270 ° C, reaction pressure of 10 mmHg to hydroxyl group terminal ratio control step B of the polycarbonate prepolymer having a reaction pressure of 230 to 300 ° C, It consists of a post-polymerization step C having a reaction pressure of 100 mmHg or less.B processOr multipleProvided in parallelProcess BAre connected and a single B process is provided, a plurality of C processes provided in parallel are connected after the B process, and a plurality of B processes provided in parallel are provided. Later it was provided in a single C process or multiple parallelStep C is connected, and hydroxyl group terminal ratio control step B measures the molecular weight and hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer. Based on the results, aromatic dihydroxy compound or diaryl carbonate is added to the polycarbonate prepolymer liquid. The difference between the target hydroxyl group terminal ratio and the hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer is controlled within a range of ± 10% by adding to and reacting with the initial raw material by controlling the degree of vacuum in the C process. A method for continuously producing a polycarbonate, comprising simultaneously producing a plurality of polycarbonates having different molecular weights without changing the charged molar ratio of the aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate used as the above.
[0009]
(2) The aromatic dihydroxy compound or diaryl carbonate to be added is added in the amount Wci of the aromatic dihydroxy compound or the amount Wbi of the diaryl carbonate obtained from the following formula 1, formula 2, formula 3, and formula 4. A method for continuously producing a plurality of polycarbonates having different molecular weights as described in (1) above. (However, among the obtained Wbi and Wci, a component calculated as a positive value is added).
[0010]
[Equation 5]
Figure 0004386609
[0011]
[Formula 6]
Figure 0004386609
[0012]
[Expression 7]
Figure 0004386609
[0013]
[Equation 8]
Figure 0004386609
[0014]
(However, in the formula, OH0Is the target hydroxyl group end ratio (mol%) of the prepolymer, Mn0Is the target number average molecular weight of the prepolymer, OHaIs the measured hydroxyl terminal ratio of the prepolymer, MnaIs the measured number average molecular weight of the prepolymer, MnbIs the molecular weight of the added diaryl carbonate, MncIs the molecular weight of the aromatic dihydroxy compound to be added, XbiIs the molar fraction of diaryl carbonate added at time i, XciIs the mole fraction of aromatic dihydroxy compound added at time i, WaiIs the weight of prepolymer passing through the reactor at time i (g / hr), Wbi is the weight of diaryl carbonate added at time i (g / hr), Wci is the weight of aromatic dihydroxy compound added at time i ( g / hr). a is a device coefficient obtained by trial and error, and is in the range of 0.5 to 1.0. )
Is to provide.
[0015]
The present invention is described in detail below.
In the present invention, the aromatic dihydroxy compound is a compound represented by HO—Ar—OH (wherein Ar represents a divalent aromatic group).
The aromatic group Ar is preferably -Ar, for example.1-Y-Ar2-A divalent aromatic group represented by the formula (wherein Ar1And Ar2Each independently represents a divalent carbocyclic or heterocyclic aromatic group having 5 to 70 carbon atoms, and Y represents a divalent alkane group having 1 to 30 carbon atoms. ).
[0016]
Divalent aromatic group Ar1, Ar2In which one or more hydrogen atoms do not adversely influence the reaction, for example, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a phenyl group, a phenoxy group, It may be substituted with a vinyl group, a cyano group, an ester group, an amide group, a nitro group, or the like.
Preferable specific examples of the heterocyclic aromatic group include aromatic groups having one or more ring-forming nitrogen atoms, oxygen atoms or sulfur atoms.
Divalent aromatic group Ar1, Ar2Represents, for example, a group such as substituted or unsubstituted phenylene, substituted or unsubstituted biphenylene, substituted or unsubstituted pyridylene. The substituents here are as described above.
The divalent alkane group Y is, for example, an organic group represented by the following chemical formula 1.
[0017]
[Chemical 1]
Figure 0004386609
[0018]
(Wherein R1, R2, RThree, RFourAre each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 10 ring carbon atoms, and a carbocyclic aromatic having 5 to 10 ring carbon atoms. Group, a C6-C10 carbocyclic aralkyl group. k represents an integer of 3 to 11, and RFiveAnd R6Are individually selected for each X and, independently of one another, represent hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, where X represents carbon. R1, R2, RThree, RFour, RFive, R6In the above, in the range where one or more hydrogen atoms do not adversely affect the reaction, for example, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a phenyl group, a phenoxy group, It may be substituted with a vinyl group, a cyano group, an ester group, an amide group, a nitro group, or the like. )
Examples of such a divalent aromatic group Ar include those represented by the following chemical formula 2.
[0019]
[Chemical formula 2]
Figure 0004386609
[0020]
(Wherein R7, R8Are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 10 ring carbon atoms, or a phenyl group, and m and n Is an integer from 1 to 4, and when m is 2 to 4, each R7May be the same or different, and when n is 2 to 4, each R8May be the same or different. )
Further, the divalent aromatic group Ar is -Ar1-Z-Ar2It may be indicated by −.
(Wherein Ar1, Ar2Is as described above, Z is a single bond or -O-, -CO-, -S-, -SO.2-, -SO-, -COO-, -CON (R1Represents a divalent group such as-. However, R1Is as described above. )
Examples of such divalent aromatic group Ar include those represented by the following chemical formula 3.
[0021]
[Chemical 3]
Figure 0004386609
[0022]
(Wherein R7, R8, M and n are as described above. )
Furthermore, specific examples of the divalent aromatic group Ar include substituted or unsubstituted phenylene, substituted or unsubstituted naphthylene, substituted or unsubstituted pyridylene, and the like. The substituents here are as described above.
The aromatic dihydroxy compound used in the present invention may be a single type or two or more types. A typical example of the aromatic dihydroxy compound is bisphenol A.
The diaryl carbonate used in the present invention is represented by the following chemical formula 4.
[0023]
[Formula 4]
Figure 0004386609
[0024]
(Wherein ArThree, ArFourEach represents a monovalent aromatic group. )
ArThreeAnd ArFourRepresents a monovalent carbocyclic or heterocyclic aromatic group, this ArThree, ArFourIn which one or more hydrogen atoms do not adversely influence the reaction, for example, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a phenyl group, a phenoxy group, It may be substituted with a vinyl group, a cyano group, an ester group, an amide group, a nitro group, or the like. ArThreeAnd ArFourMay be the same or different.
Monovalent aromatic group ArThreeAnd ArFourAs typical examples of these, there can be mentioned a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, and a pyridyl group. These may be substituted with one or more substituents as described above.
Preferred ArThreeAnd ArFourAs, for example, the following chemical formula 5 and the like can be mentioned.
[0025]
[Chemical formula 5]
Figure 0004386609
[0026]
Representative examples of diaryl carbonates include substituted or unsubstituted diphenyl carbonates represented by the following chemical formula (6).
[0027]
[Chemical 6]
Figure 0004386609
[0028]
(Wherein R9And RTenEach independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 10 ring carbon atoms, or a phenyl group, and p and q are 1 When R is an integer of ˜5 and p is 2 or more, each R9May be different from each other, and when q is 2 or more, each RTenMay be different from each other. )
Among these diphenyl carbonates, preferred are symmetric diaryl carbonates such as unsubstituted diphenyl carbonate, lower alkyl-substituted diphenyl carbonates such as ditolyl carbonate and di-t-butylphenyl carbonate, and particularly diaryls having the simplest structure. Unsubstituted diphenyl carbonate, which is carbonate, is preferred.
[0029]
These diaryl carbonates may be used alone or in combination of two or more.
The use ratio (charge ratio) of the aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate varies depending on the molecular weight and terminal group ratio of the target polycarbonate, the type of aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate used, the polymerization temperature, and other polymerization conditions. The diaryl carbonate is usually used in a proportion of 0.9 to 2.5 mol, preferably 0.95 to 2.0 mol, more preferably 0.98 to 1.5 mol, relative to 1 mol of the aromatic dihydroxy compound. . A method is generally used in which the charging ratio of the aromatic dihydroxy compound and the diaryl carbonate is changed depending on the target molecular weight of the polycarbonate to be produced and the hydroxyl group terminal ratio. However, when the charging ratio is changed, it is not preferable because a lot of switching loss is involved until a polycarbonate having a target molecular weight or hydroxyl group terminal ratio is finally obtained. In the present invention, even if the target molecular weight and the hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate to be produced are changed, it is preferable to produce the polycarbonate without changing the charging ratio of the both.
[0030]
The melt polycondensation reaction can be carried out without adding a catalyst, but is carried out in the presence of a catalyst as necessary in order to increase the polymerization rate. The polymerization catalyst is not particularly limited as long as it is used in this field, but alkali metal or alkaline earth metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and calcium hydroxide. Alkali metal salts, alkaline earth metal salts, quaternary ammonium salts of hydrides of boron and aluminum such as lithium aluminum hydride, sodium borohydride, tetramethylammonium borohydride; lithium hydride, sodium hydride Alkali metal or alkaline earth metal hydrides such as calcium hydride; Alkali metal or alkaline earth metal alkoxides such as lithium methoxide, sodium ethoxide, calcium methoxide; lithium phenoxide, sodium phenoxide, magnesium phenoxide Alkali metal or alkaline earth metal aryloxides such as xoxide, LiO—Ar—OLi, NaO—Ar—ONa (Ar is an aryl group); Alkali metal or alkaline earth metal such as lithium acetate, calcium acetate, sodium benzoate Organic acid salts of: zinc compounds such as zinc oxide, zinc acetate, zinc phenoxide; boron oxide, boric acid, sodium borate, trimethyl borate, tributyl borate, triphenyl borate, (R1R2RThreeRFour) NB (R1R2RThreeRFour) Ammonium borates represented by1R2RThreeRFour) PB (R1R2RThreeRFourPhosphonium borates (R)1, R2, RThree, RFourIs as described in Chemical Formula 1 above. Boron compounds such as silicon oxide, sodium silicate, tetraalkyl silicon, tetraaryl silicon, diphenyl-ethyl-ethoxy silicon, etc .; germanium oxide, germanium tetrachloride, germanium ethoxide, germanium phenoxide, etc. Germanium compounds; tin compounds such as tin oxides, dialkyltin oxides, dialkyltin carboxylates, tin acetates, ethyltin tributoxide and other alkoxy groups or aryloxy groups; organotin compounds; lead oxides Lead compounds such as lead acetate, lead carbonate, basic carbonate, lead and organic lead alkoxides or aryloxides; Onium compounds such as quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salts, quaternary arsonium salts; oxidation A Antimony compounds such as Timon and antimony acetate; Manganese compounds such as manganese acetate, manganese carbonate, and manganese borate; Titanium compounds such as titanium oxide, titanium alkoxide or aryloxide; Zirconium acetate, Zirconium oxide, Zirconium Examples include catalysts such as alkoxides, aryloxides, zirconium compounds such as zirconium acetylacetone.
[0031]
When using a catalyst, these catalysts may be used alone or in combination of two or more. The amount of these catalysts used is usually 10 with respect to 100 parts by weight of the starting aromatic dihydroxy compound.-8~ 1 part by weight, preferably 10-7-10-1It is selected in the range of parts by weight.
The method of the present invention is a production method comprising a polycarbonate prepolymer production step A, a polycarbonate prepolymer hydroxyl group terminal ratio control step B, and a post-polymerization step C, and a plurality of B steps and / or a series of A steps. It is characterized by comprising a plurality of C steps. As the reactor in each step, those widely used as a polycarbonate reactor can be used. For example, a stirred tank reactor, a thin film reactor, a centrifugal thin film evaporation reactor, a surface renewal type twin-screw kneading reactor A biaxial horizontal stirring reactor, a wet wall reactor, a perforated plate reactor that polymerizes while being dropped freely, a perforated plate reactor with a wire that polymerizes while dropping along a wire, and the like are used. The material of these reactors is not particularly limited, but a material containing 20% or more of iron is preferable, and SUS304, SUS316, and SUS316L are particularly preferably used.
[0032]
Polycarbonate prepolymer production process A consists of a raw material metering and supply process such as aromatic dihydroxy compounds and diaryl carbonate, a raw material dissolving tank and a reactor for dissolving them, and a filter is installed after the raw material dissolving tank and / or the reactor. You may do it. The raw material dissolution tank may be performed in a batch manner or continuously, but the former is preferable. At that time, it is preferable to use a plurality of raw material dissolution tanks while switching them in parallel. The reactor may be a single reactor, or a plurality of reactors may be connected in series. Of these former dissolution tanks and reactors, the former, in particular, a stirred tank reactor is preferably used.
[0033]
The raw material aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate are transferred to the raw material dissolution and mixing tank after measurement. The aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate may be previously vacuum-substituted using an inert gas such as nitrogen. This is true. Also preferred is a method in which either one or both of the aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate are transferred to the raw material dissolution and mixing tank in a molten state from which oxygen is removed. In particular, when manufacturing plants for aromatic dihydroxy compounds or diaryl carbonates are adjacent to each other, it is preferable to connect them with piping or the like and directly transfer them to the raw material dissolution and mixing tank. Although the temperature of a raw material dissolution tank is 115-220 degreeC, Preferably it is 120-200 degreeC, More preferably, it exists in the range of 140-190 degreeC. In the raw material dissolution and mixing tank, the aromatic dihydroxy compound and the diaryl carbonate may not only be dissolved and mixed, but also a transesterification reaction may be allowed to proceed. The reaction rate is adjusted in a range of 5 to 95%, preferably adjusted in a range of 30 to 92%, particularly preferably in a range of 50 to 90%, and then transferred to a subsequent step, for example, a storage tank or a reactor.
[0034]
The reaction temperature in the polycarbonate prepolymer production step A is usually selected in the range of 100 to 350 ° C, preferably 150 to 290 ° C. Preferably it exists in the range of 180-270 degreeC, Most preferably, it is the range of 200-250 degreeC. The number average molecular weight of the obtained polycarbonate prepolymer is in the range of 1500 to 7500. A preferred number average molecular weight range is from 1800 to 6000, more preferably from 2000 to 5000. As the reaction proceeds, an aromatic monohydroxy compound is produced, and the reaction rate can be increased by removing this from the reaction system. Therefore, an inert gas that does not adversely influence the reaction, such as nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, and lower hydrocarbon gas, is introduced, and the generated aromatic monohydroxy compound is accompanied by these gases and removed. And a method of reacting under reduced pressure are preferably used. A preferable reaction pressure is in the range of 10 mmHg to normal pressure in the initial stage of polymerization.
[0035]
The prepolymer produced in the polycarbonate prepolymer production step A is sent to the hydroxyl group terminal ratio control step B of the polycarbonate prepolymer. Step B is a step of controlling the hydroxyl group terminal ratio by measuring the molecular weight and the hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer, and adding and reacting an aromatic dihydroxy compound or diaryl carbonate. The process B may be one series or a plurality of series. When a polycarbonate having a plurality of hydroxyl group terminal ratios having completely different relationships between the molecular weight and the hydroxyl group terminal ratio is continuously produced simultaneously, a plurality of corresponding series are required. The reactor in Step B is 1 to 2 reactors per series, and a stirred tank reactor is preferably used in order to sufficiently react with the aromatic dihydroxy compound or diaryl carbonate to be added. The reaction temperature is usually selected in the range of 100 to 350 ° C, preferably 150 to 290 ° C. Preferably it exists in the range of 180-270 degreeC, Most preferably, it is the range of 200-250 degreeC. A preferred reaction pressure is in the range of 10 mmHg to normal pressure.
[0036]
In the present invention, the hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer is generally in the range of 5 to 95 mol%, and the target hydroxyl group terminal ratio in this range is controlled. When producing a polycarbonate having a hydroxyl group terminal ratio of 50% or more for the purpose of polymer alloy or the like, the target hydroxyl terminal ratio in the prepolymer stage is 50 to 95 mol%. When producing a polycarbonate having a hydroxyl group terminal ratio of 50% or less suitable for optical use, general injection molding, and extrusion molding, the target hydroxyl terminal ratio in the prepolymer stage is 5 to 50 mol%. In the latter case, the hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer is preferably set in the range of 5 to 50 mol%. 20-48 mol% is especially preferable.
[0037]
The molecular weight of the polycarbonate prepolymer extracted from the reactor can be measured by, for example, solution viscosity, GPC, melt viscosity and the like. In general, the solution viscosity method can measure the molecular weight simply and quickly, but since the molecular weight obtained is the viscosity average molecular weight, it is necessary to obtain the correlation between the number average molecular weight and the viscosity average molecular weight in advance. Further, in the melt viscosity method, for example, it can be continuously and automatically measured by installing a viscometer in a pipe or sampling port. At that time, it is necessary to obtain a correlation between the melt viscosity and the number average molecular weight. The higher the measurement frequency, the smaller the molecular weight fluctuation of the polycarbonate obtained, which is preferable. However, the measurement frequency is also limited by the molecular weight measurement method. In general, the interval is several seconds to 6 hours.
[0038]
The hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer extracted from the reactor can be measured by, for example, NMR, IR, colorimetric (titanium method), liquid chromatography, or the like. Among these, NMR method and liquid chromatography are preferred because of their rapidness and high accuracy. The higher the measurement frequency, the smaller the fluctuation of the hydroxyl group terminal ratio of the resulting polycarbonate, which is preferable. However, the measurement frequency is also limited by the method for measuring the hydroxyl group terminal ratio. In general, the interval is several seconds to 6 hours. In the production method of the present invention, the terminal of the polycarbonate has a hydroxyl group terminal (A) derived from the starting aromatic dihydroxy compound and an aryl group terminal (B) derived from the starting diaryl carbonate. The hydroxyl group terminal ratio (mol%) is obtained by the following formula 5.
[0039]
[Equation 9]
Figure 0004386609
[0040]
For example, when bisphenol-A and diphenyl carbonate are used as starting materials, the hydroxyl terminal ratio is determined from the number of moles of the hydroxyl terminal (A) and phenyl terminal (B) of bisphenol-A.
In the present invention, in order to control the target hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer, a diaryl carbonate or an aromatic dihydroxy compound is added to the prepolymer and reacted. As the aromatic dihydroxy compound or diaryl carbonate added to control the hydroxyl group terminal ratio of the prepolymer, it is preferable to use the same aromatic dihydroxy compound or diaryl carbonate as the starting material. However, other aromatic dihydroxy compounds and diaryl carbonates, polycarbonate polymers and oligomers having aryl carbonate ends at both ends, and polycarbonate polymers and oligomers having hydroxyl ends at both ends can also be used. Moreover, since these additions are performed continuously, it is preferable to use a pump as the addition method, and it is particularly preferable to supply the prepolymer liquid. These compounds can be added even in a solid state, but it is preferable to add them by dissolving them in a solvent which does not affect the molten state or reaction using a pump. Further, it is necessary that the added aromatic dihydroxy compound or diaryl carbonate reacts with the prepolymer in the reactor. Therefore, the residence time of the prepolymer in the reactor is preferably 15 minutes or more, particularly preferably 30 minutes or more.
[0041]
The amount of diaryl carbonate or aromatic dihydroxy compound added to control the hydroxyl ratio is the amount of diaryl carbonate Wbi from formula 1 and formula 2 below, and the amount of aromatic dihydroxy compound from formula 3 and formula 4 below. Wci is required. At that time, a component calculated as a positive value among the obtained Wbi and Wci is added. However, when dihydroxy carbonate or aromatic dihydroxy compound is continuously added to control the hydroxyl group terminal ratio, the added component is changed from diaryl carbonate to aromatic dihydroxy compound, or from aromatic dihydroxy compound to diaryl carbonate. When it becomes, the addition amount calculated from the following formula 6 and the following formula 7 is added.
[0042]
[Expression 10]
Figure 0004386609
[0043]
## EQU11 ##
Figure 0004386609
[0044]
[Expression 12]
Figure 0004386609
[0045]
[Formula 13]
Figure 0004386609
[0046]
[Expression 14]
Figure 0004386609
[0047]
[Expression 15]
Figure 0004386609
[0048]
Where OH0Is the target hydroxyl group end ratio (mol%) of the prepolymer, Mn0Is the target number average molecular weight of the prepolymer, OHaIs the measured hydroxyl terminal ratio of the prepolymer, MnaIs the measured number average molecular weight of the prepolymer, MnbIs the molecular weight of the added diaryl carbonate, MncIs the molecular weight of the aromatic dihydroxy compound to be added, XbiIs the molar fraction of diaryl carbonate added at time i, XciIs the mole fraction of aromatic dihydroxy compound added at time i, WaiIs the weight of prepolymer passing through the reactor at time i (g / hr), Wbi is the weight of diaryl carbonate added at time i (g / hr), Wci is the weight of aromatic dihydroxy compound added at time i ( g / hr). a is a device coefficient obtained by trial and error, and is in the range of 0.5 to 1.0.
[0049]
The above will be described with specific examples. When a polycarbonate is produced from bisphenol A as an aromatic dihydroxy compound and diphenyl carbonate as a diaryl carbonate using a plurality of reactors, the target number average molecular weight of the prepolymer is 3800 in a reactor for controlling the hydroxyl group terminal ratio. When a continuous reaction was started at a target hydroxyl group terminal ratio of 40 mol%, a prepolymer having a number average molecular weight of 3700 and a hydroxyl group terminal ratio of 44 mol% was produced. The amount of prepolymer passing through the reactor was 10 kg. Since the measured value is larger than the target hydroxyl terminal ratio, the amount of diphenyl carbonate added to the reactor (Wbi) When these numerical values and a = 1 are inserted into the above formulas 1 and 2, the molar fraction Xbi of diphenyl carbonate added to the reactor is 0.07, and the added weight (Wb) Is 43 g / hr. Similarly, when the molar fraction Xci and the added weight Wci of the aromatic dihydroxy compound are obtained from the above formulas 3 and 4, they are −0.1655 and −85 g / hr, respectively. Therefore, at this time, the hydroxyl terminal ratio can be controlled by adding diphenyl carbonate at 43 g / hr.
[0050]
In the present invention, it is preferable to control the difference between the target hydroxyl group terminal ratio and the hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer to ± 10% by controlling the hydroxyl group terminal ratio as described above. More preferably, it is in the range of ± 7%, and particularly preferably in the range of ± 4%. When it is larger than the above range, the molecular weight fluctuation range of the obtained polycarbonate tends to increase. The difference (D) between the measured value of the hydroxyl group terminal ratio of the prepolymer and the target hydroxyl group terminal ratio is defined by the following formula 8.
[0051]
[Expression 16]
Figure 0004386609
[0052]
In the production of polycarbonate by transesterification, the reaction proceeds while eliminating the aromatic monohydroxy compound, so that the hydroxyl terminal ratio decreases or increases as the molecular weight increases. Therefore, the target hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer is a hydroxyl group terminal ratio based on the molecular weight of the target prepolymer. If the molecular weight of the prepolymer is greatly deviated from the reference molecular weight of the target hydroxyl group terminal ratio, the hydroxyl group terminal ratio measurement value substituted into the above formula 8 needs to be corrected for molecular weight. Correction can be made by obtaining a correlation between the molecular weight and the hydroxyl group terminal ratio in advance. Further, the correlation between the molecular weight and the hydroxyl group terminal ratio and the target hydroxyl group terminal ratio vary depending on the production conditions such as the type and amount of the catalyst, the reaction temperature, the degree of reduced pressure, the size and type of the apparatus, and the like. Therefore, a correlation is obtained by a rule of thumb after some trial and error, and the target hydroxyl terminal ratio is determined.
[0053]
The polycarbonate prepolymer of Step B in which the hydroxyl terminal ratio is controlled as described above is sent to the post-polymerization step C of the next step. In the present invention, there are a plurality of C processes for one series of A processes. There may be a plurality of C steps for a series of B steps, and there may be the same or more C steps for a plurality of B steps. In addition, when there are reactors in parallel from the middle of the C process, it is assumed that there are a plurality of C processes, and there are as many series as there are series of final reactors.
[0054]
All the above-mentioned reactors used in Step C can be used, but in this step, the melt viscosity is high and the elimination of phenol is rate-limiting, so a thin film reactor, a centrifugal thin film evaporation reactor, a surface renewal type biaxial kneading Used in combination with reactor, biaxial horizontal stirring reactor, wet wall reactor, perforated plate reactor that polymerizes while dropping freely, perforated plate reactor with wire that polymerizes while dropping along wire, etc. It is preferable to do. In particular, it is preferable to use a perforated plate reactor with a wire that polymerizes while being dropped along the wire for the final reactor. The reaction temperature is usually 100 to 350 ° C., preferably 200 to 320 ° C. More preferably, it is 230-300 degreeC, Most preferably, it exists in the range of 250-280 degreeC. The reaction pressure is 100 mmHg or less, preferably 50 mmHg or less, more preferably 20 mmHg or less. Particularly in the final polymerization vessel, 2 mmHg or less is preferable. The number average molecular weight of the aromatic polycarbonate obtained by the method of the present invention is usually in the range of 5,000 to 100,000, preferably 5,000 to 30,000.
[0055]
In the present invention, it is preferable to control the degree of vacuum of the final reactor by measuring the melt viscosity of the polycarbonate after the outlet of the final reactor. The melt viscosity is preferably measured continuously using a commonly used online type automatic viscometer or automatic MI meter. Since there is a correlation between molecular weight and melt viscosity, if this correlation is obtained in advance, melt viscosity can be measured online, so it is more suitable for controlling the final reactor than measuring molecular weight. . In order to reduce the measurement error of melt viscosity and the influence of excessive control, it is preferable to control the degree of vacuum in the final reactor using an average value of 3 to 10 measurement values. The pressure reduction control of the final reactor is preferably continuously and automatically controlled by formulating the relationship between the pressure reduction degree and the melt viscosity in advance and using a computer programmed with the mathematical expression. The location for measuring the melt viscosity may be after the final reactor outlet, but it is preferable to install the melt viscosity at a location near the reactor outlet because the time delay between measurement and control is reduced.
[0056]
In the present invention, polycarbonates having different molecular weights are produced from a plurality of C steps, but they may be individually pelletized as they are, or may be mixed to produce PCs having different molecular weights and molecular weight distributions. In the case of producing a polycarbonate composition containing additives such as stabilizers, antioxidants, dyes and pigments, ultraviolet absorbers, flame retardants, reinforcing agents with glass fibers and fillers, etc. It is preferable to supply polycarbonate to an extruder, a static mixer or the like in the molten state from the reactor, add the above-mentioned additives, etc., melt knead and pelletize. Moreover, when manufacturing the polycarbonate for optical materials, in order to reduce the foreign material of the obtained polycarbonate, installing a polymer filter is also performed preferably.
[0057]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(1) Measurement of number average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mn)
The number average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mn) was performed using gel permeation chromatography (GPC). A tetrahydrofuran solvent and polystyrene gel were used, and the molecular weight was determined from the standard monodisperse polystyrene composition curve using a reduced molecular weight calibration curve according to the following formula.
MPC= 0.3591MPS 1.0388
(MPCIs the molecular weight of polycarbonate, MPSIs the molecular weight of polystyrene)
(2) Measurement of hydroxyl terminal ratio
Polycarbonate prepolymer (0.3 g) was dissolved in 5 ml of deuterium-substituted chloroform, and the end group was measured at 23 ° C. using 1H-NMR (EX-400 manufactured by VALQUA). The hydroxyl terminal ratio (mol%) was calculated by the ratio of hydroxyl groups to the total number of terminals.
[0058]
[Example 1]
In the process shown in FIG. 1, two types of polycarbonates having different molecular weights and hydroxyl terminal ratios (number average molecular weight 10600 / hydroxyl terminal ratio 30 mol% polycarbonate and number average molecular weight 12600 / hydroxyl terminal ratio 17 mol%) are simultaneously applied. Continuous production.
The raw material dissolution and mixing tanks 3a and 3b were alternately operated in batches, and the storage tank 10 and subsequent tanks were continuously operated. The raw material dissolution and mixing tanks 3a and 3b and the stirring tank type polymerizers 17, 26a and 26b are all provided with stirring blades, and the material of the liquid contact part is SUS316L. The material of the liquid contact part of the storage tank 10 is also SUS316L. The horizontal biaxial agitation polymerizers 35a and 35b have biaxial agitation blades having a rotation diameter of 140 mm and L / D = 6, and the material of the liquid contact part is SUS316L. The perforated plate polymerizers 42a and 42b with wires include perforated plates 43a and 43b having 50 holes with a diameter of 5 mm, and the material of the liquid contact part is SUS316L. The SUS316L wires 44a and 44b having a diameter of 1 mm are suspended vertically from the center of the hole to the liquid reservoir at the bottom of the polymerization vessel, and the height of dropping is 8 m. The material of the wetted parts of the transfer pipes 7a, 7b, 13, 15, 24, 33a, 33b, 40a, 40b, 50a, 50b connecting the respective melt mixing tanks and the polymerization vessel is SUS316L. The liquid contact parts of each mixing tank, polymerization vessel, storage tank and all transfer pipes are washed with phenol at 150 ° C. prior to polymerization. Up to the stirring tank type first polymerizer 17 is the polycarbonate prepolymer production step A, the stirring tank type second polymerizers 26a and 26b are the hydroxyl group terminal ratio control step B of the polycarbonate prepolymer, the horizontal biaxial stirring type polymerizers 35a and 35b and thereafter. Corresponds to post-polymerization step C.
[0059]
The raw material dissolution and mixing tanks 3a and 3b are under the conditions of a reaction temperature of 180 ° C., a reaction pressure and a normal pressure, and a seal nitrogen (oxygen concentration of 0.5 ppm) gas flow rate of 1 liter / hr. 80 kg of bisphenol A powder and diphenyl carbonate powder (with a molar ratio of bisphenol A of 1.10) of 50 mmHg and vacuum nitrogen substitution 5 times were charged in the raw material dissolution mixing tank 3a and 7 mg of sodium hydroxide were melted for 2.5 hours. After mixing, the entire amount of the molten mixture was transferred from the transfer pipe 7a to the transfer storage tank 10. The melt mixture had undergone a transesterification reaction, and the reaction rate of bisphenol A was 70%. Similarly, the raw materials were similarly dissolved and mixed in the raw material dissolution and mixing tank 3b, and transferred to the storage tank 10 before the molten polymer in the storage tank 10 disappeared. The raw material dissolution and mixing tanks 3a and 3b repeated dissolution and mixing and transfer alternately. The storage tank 10 is maintained at normal pressure and 180 ° C. The molten polymer transferred to the storage tank 10 was continuously supplied to the stirring tank type first polymerization device 17 at 20 kg / hr.
[0060]
The stirring tank type first polymerization vessel 17 is under the conditions of a reaction temperature of 235 ° C. and a reaction pressure of 98 mmHg. When the liquid volume of the molten polymer reaches 40 liters, the stirring tank type second polymerization vessel 17 is maintained so as to keep the liquid volume of 40 liters constant. An equal amount of molten polymer having a number average molecular weight of 850 was continuously supplied to the polymerization vessels 26a and 26b. The stirring tank type second polymerizers 26a and 26b are under conditions of a reaction temperature of 252 ° C. and a reaction pressure of 6 mmHg. When the liquid volume of the molten polymer reaches 20 liters, the horizontal biaxial shaft is used to keep the liquid volume of 20 liters constant. The molten polymer was continuously supplied to the stirring type polymerizers 35a and 35b. The hydroxyl group terminal ratio of the prepolymer monitored by sampling ports 52a and 52b and automatic viscometers 53a and 53b in the vicinity of the outlet of the stirred tank type second polymerization vessel was 43%, and the number average molecular weight was 2550. Since the target of the polycarbonate prepolymer produced in the stirred tank type second polymerization vessel 26a was 41% and 2600, Xbi = 0.0357 and Wbi = 0.17 were obtained from Equation 1 and Equation 2, and 0.017 kg / Hr of diphenyl carbonate was supplied in a molten state from the inlet 28a to the stirring vessel type second polymerization vessel 26a. On the other hand, since the target of the polycarbonate prepolymer produced in the stirring tank type second polymerization vessel 26b was 38% and 2600, Xbi = 0.0888 and Wbi = 0.046 were obtained from Equations 1 and 2. 0.046 kg / hr of diphenyl carbonate was supplied in a molten state from the inlet 28b to the stirred tank type second polymerization vessel 26b. Thereafter, the hydroxyl group terminal ratio and molecular weight were measured at intervals of 30 minutes for both the stirred tank type second polymerization devices 26a and 26b, and similarly calculated based on Equation 1, Equation 2, Equation 3, Equation 4, Equation 6 and Equation 7. Further, the hydroxyl group terminal ratio was continuously controlled by continuously supplying the amount of diphenyl carbonate or bisphenol A.
[0061]
In the horizontal biaxial stirring type polymerizers 35a and 35b, the reaction temperature is 265 ° C. and the reaction pressure is 0.6 mmHg. When the liquid volume of the molten polymer reaches 10 liters, the wire volume is maintained so as to keep the liquid volume 10 liters constant. Molten polymers having number average molecular weights of 6100 and 6000 were supplied to the perforated plate type polymerizers 42a and 42b, respectively. The perforated plate polymerizer 42a with wire is maintained at a reaction temperature of 265 ° C., and the reaction pressure is within a range of 0.4 ± 0.3 mmHg so as to obtain a target number average molecular weight of 10600 based on the measured value of the online viscometer 54a. Controlled by. When the liquid volume of the molten polymer in the lower part of the polymerization vessel reached 20 liters, the polycarbonate was extracted from the extraction port 51a through the transfer pipe 50a so as to maintain the liquid volume of 20 liters. The number average molecular weight of the obtained polycarbonate was 10600, and the hydroxyl group terminal ratio was 30 mol%. On the other hand, the perforated plate polymerizer with wire 42b is maintained at a reaction temperature of 272 ° C., and based on the measured value of the online viscometer 54b, the reaction pressure is 0.2 ± 0.2 mmHg so as to obtain the target number average molecular weight 12600. Controlled in the range. When the liquid volume of the molten polymer in the lower part of the polymerization vessel reached 20 liters, the polycarbonate was extracted from the extraction port 51b through the transfer pipe 50b so as to maintain the liquid volume of 20 liters. The number average molecular weight of the obtained polycarbonate was 12600, and the hydroxyl group terminal ratio was 17 mol%.
[0062]
The continuous operation was performed for 800 hours from the start. During this time, the molecular weight and hydroxyl group terminal ratio of the two types of polycarbonate measured every 3 hours were as follows: number average molecular weight 10600 ± 300 / hydroxyl terminal ratio 30 ± 1 mol%, number average molecular weight 12600 ± 400 / hydroxyl terminal ratio 17 Two types of polycarbonate having a molecular weight and a hydroxyl group terminal ratio in the range of ± 1 mol% could be stably and continuously produced without switching loss and quality fluctuation. The color tone of the obtained polycarbonate was also good.
[0063]
[Comparative Example 1]
In the process as shown in FIG. 2, two types of polycarbonates having different molecular weights and hydroxyl end ratios were produced by switching the production conditions. First, a polycarbonate having a number average molecular weight of 10600 / hydroxyl terminal ratio of 30 mol% was produced, and then the raw material initial charge molar ratio and the temperature of the final reactor were changed to obtain a polycarbonate having a number average molecular weight of 12600 / hydroxyl terminal ratio of 17 mol%. Manufactured. However, the apparatus used was the same as in FIG. 1, and only the series after 26a was used.
[0064]
The raw material dissolution and mixing tanks 3a and 3b are under the conditions of a reaction temperature of 180 ° C., a reaction pressure and a normal pressure, and a seal nitrogen (oxygen concentration of 0.5 ppm) gas flow rate of 1 liter / hr. 80 kg of bisphenol A powder and diphenyl carbonate powder (with a molar ratio of bisphenol A of 1.10) of 50 mmHg and vacuum nitrogen substitution 5 times were charged in the raw material dissolution mixing tank 3a and 7 mg of sodium hydroxide were melted for 2.5 hours. After mixing, the entire amount of the molten mixture was transferred from the transfer pipe 7a to the transfer storage tank 10. The melt mixture had undergone a transesterification reaction, and the reaction rate of bisphenol A was 70%. Similarly, the raw materials were similarly dissolved and mixed in the raw material dissolution and mixing tank 3b, and transferred to the storage tank 10 before the molten polymer in the storage tank 10 disappeared. The raw material dissolution and mixing tanks 3a and 3b repeated dissolution and mixing and transfer alternately. The storage tank 10 is maintained at normal pressure and 180 ° C. The molten polymer transferred to the storage tank 10 was continuously supplied to the stirring tank type first polymerization device 17 at 10 kg / hr.
[0065]
The stirring tank type first polymerization vessel 17 is under the conditions of a reaction temperature of 235 ° C. and a reaction pressure of 105 mmHg. When the liquid volume of the molten polymer reaches 20 liters, the stirring tank type second polymerization vessel 17 is maintained so as to keep the liquid volume of 20 liters constant. An equal amount of molten polymer having a number average molecular weight of 850 was continuously supplied to the polymerization vessel 26a. The stirring tank type second polymerization vessel 26a is under the conditions of a reaction temperature of 252 ° C. and a reaction pressure of 6 mmHg. When the liquid volume of the molten polymer reaches 20 liters, a horizontal biaxial stirring type is used to keep the liquid volume of 20 liters constant. The molten polymer was continuously supplied to the polymerization vessel 35a. The hydroxyl group terminal ratio of the prepolymer monitored by the sampling port 52a near the outlet of the stirred tank type second polymerization vessel and the automatic viscometer 53a was 40%, and the number average molecular weight was 2650.
[0066]
In the horizontal biaxial stirring type polymerizer 35a, the reaction temperature is 265 ° C., the reaction pressure is 0.6 mmHg, and when the liquid volume of the molten polymer reaches 10 liters, the porous volume with wire is maintained so that the liquid volume of 10 liters is kept constant. A molten polymer having a number average molecular weight of 5900 was supplied to the plate polymerization vessel 42a. The perforated plate polymerizer 42a with wire is maintained at a reaction temperature of 265 ° C., and the reaction pressure is within a range of 0.4 ± 0.3 mmHg so as to obtain a target number average molecular weight of 10600 based on the measured value of the online viscometer 54a. Controlled by. When the liquid volume of the molten polymer in the lower part of the polymerization vessel reached 20 liters, the polycarbonate was extracted from the extraction port 51a through the transfer pipe 50a so as to maintain the liquid volume of 20 liters. The number average molecular weight of the obtained polycarbonate was 9800, and the hydroxyl group terminal ratio was 23 mol%. Since the hydroxyl group terminal ratio was lower than the target polycarbonate, the raw material charge molar ratio 1.10 was changed to 1.08, and continuous operation was continued. Then, after changing the raw material charge molar ratio twice by trial and error, the raw material charge was finally set to 1.09 to obtain a polycarbonate having a number average molecular weight of 10600 and a hydroxyl group terminal ratio of 30%. During this time, about 100 kg of polycarbonate, which was different from the target, was produced and incurred. Further, continuous operation was continued under the same conditions, and the number average molecular weight and the hydroxyl terminal ratio were measured every 3 hours. The yield of the polycarbonate in the range of the number average molecular weight 10600 ± 300 / hydroxyl terminal ratio was 30 ± 1%. 75%.
[0067]
Next, in order to obtain a polycarbonate having a number average molecular weight of 12600 / hydroxyl terminal ratio of 17 mol%, the charged molar ratio is 1.08, the temperature of the perforated plate polymerizer 42a with wire is 272 ° C., and the pressure is 0.2 ± 0. The manufacturing was continued after changing to 2 mmHg. Thereafter, the charged molar ratio was changed three times to obtain the target polycarbonate, which was lost due to switching of about 250 kg of polycarbonate during this period. Thereafter, continuous operation for 800 hours was carried out, and the number average molecular weight and the hydroxyl group terminal ratio were measured every 3 hours. The number average molecular weight was 12600 ± 400 / the hydroxyl group terminal ratio was 17 ± 1 mol%. there were.
[0068]
[Example 2]
In the process as shown in FIG. 3, two types of polycarbonates having different molecular weights (number average molecular weight 8500 / hydroxyl terminal ratio 32 mol% and number average molecular weight 13000 / hydroxyl terminal ratio 25 mol%) were continuously produced simultaneously. However, the apparatuses 3a, 3b, 10, 17, 26a, 42a, and 42b used were the same as those in FIG. 1, and a perforated plate polymerizer 56 and a static mixer 67 of the same type as 42a were used.
[0069]
The raw material dissolution mixing tanks 3a and 3b are under the conditions of a reaction temperature of 182 ° C., a reaction pressure and a normal pressure, and a seal nitrogen (oxygen concentration of 0.5 ppm) gas flow rate of 1 liter / hr. 80 kg of bisphenol A powder and diphenyl carbonate powder (1.08 molar ratio of bisphenol A) 1.0 mol of sodium hydroxide was charged in the raw material dissolution and mixing tank 3a with vacuum nitrogen substitution at 50 mmHg 5 times and melted for 2.5 hours. After mixing, the entire amount of the molten mixture was transferred from the transfer pipe 7a to the transfer storage tank 10. The melt mixture had undergone a transesterification reaction, and the reaction rate of bisphenol A was 78%. Similarly, the raw materials were similarly dissolved and mixed in the raw material dissolution and mixing tank 3b, and transferred to the storage tank 10 before the molten polymer in the storage tank 10 disappeared. The raw material dissolution and mixing tanks 3a and 3b repeated dissolution and mixing and transfer alternately. The storage tank 10 is maintained at normal pressure and 182 ° C. The molten polymer transferred to the storage tank 10 was continuously supplied to the stirring tank type first polymerization device 17 at 20 kg / hr.
[0070]
The stirring tank type first polymerization vessel 17 is under the conditions of a reaction temperature of 235 ° C. and a reaction pressure of 105 mmHg. When the liquid volume of the molten polymer reaches 20 liters, the stirring tank type second polymerization vessel 17 is maintained so as to keep the liquid volume of 20 liters constant. An equal amount of a molten polymer having a number average molecular weight of 860 was continuously supplied to the polymerization vessel 26a. The stirring tank type second polymerization vessel 26a is under the conditions of a reaction temperature of 254 ° C. and a reaction pressure of 3 mmHg, and when the liquid volume of the molten polymer reaches 20 liters, a perforated plate type with wire so as to keep the liquid volume of 20 liters constant. A polymer melt having a number average molecular weight of 2330 was continuously supplied to the polymerization vessel 56. In the perforated plate polymerizer 56 with a wire, the reaction temperature is 260 ° C. and the reaction pressure is 0.8 mmHg. When the liquid volume of the molten polymer in the lower part of the polymerizer reaches 20 liters, the liquid volume is maintained to be 20 liters. It was supplied to a static mixer 67 kept at ° C. From the polycarbonate prepolymer and the in-line viscometer collected from the sampling port 68, the number average molecular weight of the molten polymer was 5500, and the hydroxyl group terminal ratio was 41 mol%. In order to obtain a polycarbonate having a target molecular weight and a hydroxyl group terminal ratio, it is necessary that the analysis value at the sampling port 68 is a number average molecular weight of 5500 and the hydroxyl group terminal ratio is 38 mol%. From Xci = 0.0605, Wci = 0.030 determined by use, 0.030 kg / hr of bisphenol A was supplied from the supply port 66 to the static mixer. Thereafter, the hydroxyl group terminal ratio and molecular weight were measured at 30-minute intervals, and the amount of diphenyl carbonate or bisphenol A calculated based on the formula 1, formula 2, formula 3, formula 4, formula 6 and formula 7 was continued. The hydroxyl terminal ratio was continuously controlled.
[0071]
The molten polymer discharged from the static mixer was supplied in an equal amount to the perforated plate polymerizers 42a and 42b with wires. The perforated plate polymerizer 42a with wire is maintained at a reaction temperature of 276 ° C., and the reaction pressure is 0.3 ± 0.3 mmHg so as to obtain a polycarbonate having a number average molecular weight of 13000 based on the measured value of the online viscometer 54a. Controlled in the range. When the liquid volume of the molten polymer in the lower part of the polymerization vessel reached 20 liters, the polycarbonate was extracted from the extraction port 51a through the transfer pipe 50a so as to maintain the liquid volume of 20 liters. The number average molecular weight of the obtained polycarbonate was 13000, and the hydroxyl group terminal ratio was 25 mol%. The perforated plate polymerizer 42b with wire is maintained at a reaction temperature of 260 ° C., and the reaction pressure is 0.6 ± 0.3 mmHg so as to obtain a polycarbonate having a number average molecular weight of 8500 based on the measured value of the online viscometer 54b. Controlled in the range. When the liquid volume of the molten polymer in the lower part of the polymerization vessel reached 20 liters, the polycarbonate was extracted from the extraction port 51b through the transfer pipe 50b so as to maintain the liquid volume of 20 liters. The number average molecular weight of the obtained polycarbonate was 8500, and the hydroxyl group terminal ratio was 32 mol%.
[0072]
The continuous operation was performed for 800 hours from the start. During this period, the molecular weight and hydroxyl group terminal ratio of the two types of polycarbonate measured every 3 hours were as follows: number average molecular weight 13000 ± 400 / hydroxyl terminal ratio 25 ± 1 mol%, number average molecular weight 8500 ± 300 / hydroxyl terminal ratio 32 Two types of polycarbonate having a molecular weight and a hydroxyl group terminal ratio in the range of ± 1 mol% could be stably and continuously produced without switching loss and quality fluctuation. The color tone of the obtained polycarbonate was also good.
[0073]
【The invention's effect】
In the method of the present invention, as shown in detail in the examples, the polycarbonate obtained can be stably produced with little molecular weight variation, and the switching loss in producing a plurality of polycarbonates having different molecular weights and hydroxyl end ratios. Thus, a plurality of polycarbonates having a constant quality can be stably and continuously produced at the same time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram of an apparatus for simultaneous and continuous production of 22 types of polycarbonates having different molecular weights and hydroxyl end ratios.
FIG. 2 is a diagram of an apparatus similar to FIG. 1 and using only the series 26a and later.
FIG. 3 is a view similar to FIG. 1 and further showing an apparatus using a polymerization vessel 56 and a mixer 67 of the same type as 42a.
[Explanation of symbols]
1a, 1b Raw material supply port
2a, 2b, 9, 19, 28, 36, 46 Vent port
3a, 3b Raw material dissolution and mixing tank
4a, 4b, 18, 27a, 27b, 39a, 39b Stirring shaft
5a, 5b, 11, 20, 29a, 29b, 47a, 47b, 57 Molten polymer
6a. 6b, 12, 21, 30a, 30b, 37a, 37b, 48a, 48b, 64 52a, 52b, 68 outlet
7a, 7b, 13, 15, 24, 33a, 33b, 40a, 40b, 50a, 50b, 65, 70
8, 16, 25a, 25b, 28a, 28b, 34a, 34b, 41a, 41b, 55, 66 Supply port
10 Storage tank
14, 23, 32a, 32b, 38a, 38b, 49a, 49b, 58 Transfer pump
17 Stirring tank type first polymerizer
22, 31a, 31b, 45a, 45b, 63 Gas supply port
26a, 26b Stirring tank type second polymerizer
35a, 35b Horizontal type biaxial stirring type polymerizer
42a, 42b, 56 Wire perforated plate polymerizer
43a, 43b, 61 perforated plate
44a, 44b, 62 wire
51a, 51b Product outlet
53a, 53b, 54a, 54b In-line viscometer
67 Static mixer

Claims (2)

芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートとから少なくとも2基以上の反応器を用いて溶融状態で重合して数平均分子量5000〜30000のポリカーボネートを連続的に製造する方法において、反応温度150〜290℃、反応圧力10mmHg〜常圧であるポリカーボネートプレポリマー製造工程A、反応温度180〜270℃、反応圧力10mmHg〜常圧であるポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率制御工程B、反応温度230〜300℃、反応圧力100mmHg以下である後重合工程Cからなり、一系列のA工程の後に単数のB工程もしくは複数の並列に設けられたB工程が接続され、単数のB工程を設ける場合には該B工程の後に複数の並列に設けられたC工程が接続され、複数の並列に設けられたB工程を設ける場合にはそれぞれのB工程の後に単数のC工程もしくは複数の並列に設けられたC工程が接続されていること、および水酸基末端比率制御工程Bが、ポリカーボネートプレポリマーの分子量と水酸基末端比率を測定した後、その結果に基づき芳香族ジヒドロキシ化合物もしくはジアリールカーボネートをポリカーボネートプレポリマーの液中に添加して反応させることで、目標水酸基末端比率とポリカーボネートプレポリマーの水酸基末端比率との差を±10%の範囲で制御する工程であり、C工程で減圧度を制御することによって、初期原料として用いられる芳香族ジヒドロキシ化合物とジアリールカーボネートとの仕込みモル比を変更することなく複数の分子量の異なるポリカーボネートを同時に製造することを特徴とするポリカーボネートを連続製造する方法。In a method of continuously producing a polycarbonate having a number average molecular weight of 5000 to 30000 by polymerizing in a molten state from an aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate using at least two reactors, the reaction temperature is 150 to 290 ° C. Polycarbonate prepolymer production process A having a pressure of 10 mmHg to normal pressure, reaction temperature of 180 to 270 ° C., hydroxyl group terminal ratio control step B of the reaction pressure of 10 mmHg to normal pressure, reaction temperature of 230 to 300 ° C., reaction pressure of 100 mmHg It consists of the following post-polymerization process C, and when a single B process or a plurality of B processes provided in parallel is connected after a series of A processes, a plurality of B processes are provided after the B process. C processes provided in parallel are connected, and a plurality of B processes provided in parallel are connected. The C process provided in step C or more parallel singular after each step B is connected to the case of providing a degree, and a hydroxyl group-terminated ratio control process B is the molecular weight of the polycarbonate prepolymer and a hydroxyl terminated After measuring the ratio, an aromatic dihydroxy compound or diaryl carbonate is added to the liquid of the polycarbonate prepolymer based on the result, and the reaction is performed, so that the difference between the target hydroxyl group terminal ratio and the hydroxyl group terminal ratio of the polycarbonate prepolymer is ± Polycarbonates with different molecular weights without changing the charged molar ratio of the aromatic dihydroxy compound and diaryl carbonate used as the initial raw material by controlling the degree of pressure reduction in the C step. Is manufactured at the same time. A method for continuously producing carbonate. 添加される芳香族ジヒドロキシ化合物もしくはジアリールカーボネートが、下記式1、式2、式3及び式4から求められる芳香族ジヒドロキシ化合物の量Wciもしくはジアリールカーボネートの量Wbiで添加されることを特徴とする請求項1記載の複数の分子量の異なるポリカーボネートを同時に連続製造する方法。(但し、求めたWbi及びWciの内、正の値として算出された成分を添加する)。
Figure 0004386609
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(但し、式中、OHはプレポリマーの目標水酸基末端比率(モル%)、Mnはプレポリマーの目標数平均分子量、OHはプレポリマーの実測水酸基末端比率、Mnはプレポリマーの実測数平均分子量、Mnは添加するジアリールカーボネートの分子量、Mnは添加する芳香族ジヒドロキシ化合物の分子量、Xbiは時点iで添加するジアリールカーボネートのモル分率量、Xciは時点iで添加する芳香族ジヒドロキシ化合物のモル分率、Waiは時点iで反応器を通過するプレポリマーの重量(g/hr)、Wbiは時点iで添加するジアリールカーボネートの重量(g/hr)、Wciは時点iで添加する芳香族ジヒドロキシ化合物の重量(g/hr)である。aは試行錯誤で求められる装置係数であり、0.5〜1.0の範囲にある。)
The aromatic dihydroxy compound or diaryl carbonate to be added is added in the amount Wci of the aromatic dihydroxy compound or the amount Wbi of the diaryl carbonate obtained from the following formula 1, formula 2, formula 3, and formula 4. A method for continuously producing a plurality of polycarbonates having different molecular weights according to item 1. (However, among the obtained Wbi and Wci, a component calculated as a positive value is added).
Figure 0004386609
Figure 0004386609
Figure 0004386609
Figure 0004386609
(Wherein, OH 0 is the prepolymer target terminal hydroxyl group ratio (mol%), Mn 0 is the target number average molecular weight of the prepolymer, OH a is measured terminal hydroxyl group ratio of the prepolymer, Mn a is measured in the prepolymer the number average molecular weight, Mn b is the molecular weight of the diaryl carbonate to be added, the molecular weight of the aromatic dihydroxy compound Mn c is to be added, X bi is the mole fraction of diaryl carbonate to be added at the point i, X ci is added at the time i Mole fraction of aromatic dihydroxy compound, W ai is the weight of prepolymer passing through the reactor at time i (g / hr), Wbi is the weight of diaryl carbonate added at time i (g / hr), Wci is time This is the weight (g / hr) of the aromatic dihydroxy compound added at i, where a is a device coefficient determined by trial and error, 0.5 to 1 It is in the range of 0.)
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