JP4454050B2 - ビスフェノールａの製造方法 - Google Patents
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- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビスフェノールＡの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アセトンと過剰のフェノールとを反応させてビスフェノールＡを製造するに際し、その触媒として、部分的に含イオウアミン化合物で変性された強酸性イオン交換樹脂を用いることは広く行われている。このような触媒を用いてアセトンとフェノールを反応させる場合、使用するアセトン中にアルコールが混入すると、このアルコールが、触媒プロモータとして作用する含イオウアミン化合物と反応し、そのプロモータとしての作用を低下させ、触媒活性を劣化させる。また、触媒は、アセトンとフェノールとの反応に際して副生する重質成分によっても被毒を受け、その活性を低下させる。このような触媒活性の低下は、触媒の再生又は新触媒との交換を生じさせ、プロセスの経済性を著しく低下させる原因となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、部分的に含イオウアミン化合物で変性された強酸性イオン交換樹脂触媒の存在下でアセトンとフェノールとを反応させるに際し、アルコールが共存しても、触媒の活性低下を生じにくい方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、触媒の存在下でアセトン（但し、アルコールの含有量が６００ｗｔｐｐｍ以下のものを除く）とフェノールからなる反応原料を反応させてビスフェノールＡを製造する方法において、該反応原料中に、反応原料中に存在するアルコール１モル当り１０〜１０００モルの割合であって、０．１〜０．５ｗｔ％の水を存在させるとともに、該触媒として、含イオウアミン化合物（但し、２，２−ジメチルチアゾリジンを除く）で強酸性イオン交換基の２５〜４５％が変性された強酸性イオン交換樹脂を用いることを特徴とするビスフェノールＡの製造方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で用いるビスフェノールＡ製造用触媒は、含イオウアミン化合物からなる触媒プロモータで部分的に変性された強酸性イオン交換樹脂（変性樹脂とも言う）からなるものである。この場合の強酸性イオン交換樹脂（未変性樹脂）としては、スルホン酸型陽イオン交換樹脂を挙げることができる。このようなスルホン酸型陽イオン交換樹脂は、従来よく知られているもので、ゲル型やポーラス型のものを用いることができるが、好ましくはゲル型のものが用いられる。その架橋度は、２〜１６％、好ましくは２〜６％の範囲に規定するのがよい。また、その平均粒径は、通常、０．２〜２ｍｍ、好ましくは０．４〜１．５ｍｍである。このような未変性のスルホン酸型陽イオン交換樹脂は既に市販されており、例えば、ロームアンドハース社製アンバーライトやアンバーリスト、三菱化成社製ダヤイオン等を好ましく用いることができる。
【０００６】
前記触媒プロモータとして用いられる含イオウアミン化合物も従来良く知られた化合物で、例えば、３−メルカプトメチルピリジン、３−メルカプトエチルピリジン、４−メルカプトエチルピリジン等のメルカプトアルキルピリジン；２−メルカプトエチルアミン、３−メルカプトブチルアミン、３−ｎ−プロピルアミノ−１−プロピルメルカプタン等のメルカプトアルキルアミン（又はアミノアルキルメルカプタン）；チアゾリジン、シクロアルキルチアゾリジン、２−メチル−２−フェニルチアゾリジン、３−メチルチアゾリジン等のチアゾリジン；１，４−アミノチオフェノール等のアミノチオフェノール等が挙げられる。特に好ましくは、２−メルカプトエチルアミンである。前記した含イオウアミン化合物は、塩酸等の酸性物質の付加塩や第４級アンモニウム塩であることができる。
【０００７】
強酸性イオン交換樹脂の変性は、その未変性樹脂を水中又は有機溶媒中で含イオウアミン化合物と反応させることによって行うことができる。有機溶媒としては、フェノールやアセトンを用いることができるが、好ましくは水中で行う。反応温度としては、常温又は加温が採用され、反応時間は、特に長時間を必要とせず数分で充分である。均一に反応させるため、反応混合物を撹拌するのが好ましい。本発明においては、未変性樹脂中に含まれる強酸性イオン交換基の２５〜４５％、好ましくは２５〜３５％が変性基に変換されるように行うのがよい。
従来の含イオウアミン化合物で部分的に変性された強酸性イオン交換樹脂触媒において、その変性率は３〜２５％、好ましくは５〜１５％であり、その変性率が前記範囲より高くなると、その触媒活性が低下するようになる。従って、変性率が２５％を超えるような変性樹脂を触媒として用いることは殆どない。
しかしながら、本発明者らの研究によれば、変性率が２５％を超えるような高変性率の触媒は、これを水の共存下で用いるときには、その触媒寿命が大幅に延長されることが知見された。
【０００８】
本発明の方法を実施するには、前記部分的に変性された強酸性イオン交換樹脂触媒を充填した反応器に対し、アセトンとフェノールを連続的に供給してその触媒充填層を流通させるとともに、その間にアセトンとフェノールの反応を行い、得られたビスフェノールＡを含む反応生成物を反応器から連続的に抜出す。反応温度はフェノールの融点以上の温度、通常、４０〜１００℃、好ましくは５５〜８５である。反応圧力は、１〜１．５気圧、好ましくは常圧ないし微加圧である。反応時間は１５〜２００分、好ましくは５０〜１２０分である。フェノールの使用量は、アセトン１モルに対し、８〜２０モル、好ましくは１０〜１６モルである。
【０００９】
本発明においては、反応系には０．０５〜０．５ｗｔ％、好ましくは０．１〜０．５ｗｔ％の水を共存させる。反応系に共存させる水の量が前記範囲より多すぎると、触媒活性の低下を生じ、一方、少なすぎると、触媒活性の低下を有効に防止することができない。また、水の添加は、アセトンとフェノールとの反応で副生する重質成分による触媒活性の低下も効果的に防止する。反応原料中の水の含有量は、反応原料中に存在するアルコール１モル当り、１〜２０００モル、好ましくは１０〜１０００モルの割合である。
なお、アセトン中に存在するアルコールは、主にメタノールであるが、少量のイソプロピルアルコール等が存在する場合もある。
【００１０】
反応系に対する水の添加は、原料アセトン中や原料フェノール中にあらかじめ水を存在させることによって行うことができる他、反応器に対して水供給管を付設し、この水供給管を介して行うことができる。
【００１１】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００１２】
実施例１
内径１２０ｍｍ、高さ：１．５ｍの円筒状容器からなり、その頂部と底部に多孔板（孔板：約０．１ｍｍ）を配設し、その多孔板間の空間部に触媒を充填したものを反応器として用いた。この場合の触媒としては、スルホン酸型陽イオン交換樹脂（平均粒径：０．５ｍｍ、商品名「アンバーライトＩＲ−１１８−Ｈ」のスルホン酸基の３０％を２−メルカプトエチルアミンと反応させたものを用いた。
この反応器の頂部から、メタノールを１ｗｔ％含むアセトン４．５ｗｔ％とフェノール９５．５ｗｔ％からなる反応混合液を導入し、反応器底部から、ビスフェノールＡを含む反応生成物を抜出した。この場合、反応温度は７０℃とし、触媒と混合液の接触時間は１００分とした。この場合、反応混合液中に水を０．５ｗｔ％の濃度になるように添加した。
前記のようにして長時間連続して反応を行った結果、表１に示す運転結果が得られ、アセトン転化率は、２０００時間目でも７８％という高いアセトン転化率が得られた。
【００１３】
【表１】
【００１４】
比較例１
実施例１で示したイオン交換樹脂において、そのスルホン酸基の１０％を２−メルカプトエチルアミンで変性したものを触媒として用いるとともに、反応原料中に水を添加しない以外は実施例１と同様にして実験を行なった。その反応結果を次表に示す。
【００１５】
【表２】
【００１６】
比較例２
比較例１において、反応原料中に０．５ｗｔ％の水を添加した以外は同様にして実験を行なった。その反応結果を次表に示す。
【００１７】
【表３】
【００１８】
実施例２
実施例１において、反応原料中の水分濃度を０．３ｗｔ％にした以外は同様にして実験を行なった。その反応結果を次表に示す。
【００１９】
【表４】
【００２０】
比較例３
実施例１で示したイオン交換樹脂において、そのスルホン酸基の１０％を２−メルカプトエチルアミンで変性したものを触媒として用いるとともに、反応原料中の水分濃度を０．３ｗｔ％にした以外は実施例１と同様にして実験を行なった。その反応結果を次表に示す。
【００２１】
【表５】
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒の活性劣化を防止して、ビスフェノールＡを長時間にわたって高収率で製造することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明はビスフェノールＡの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アセトンと過剰のフェノールとを反応させてビスフェノールＡを製造するに際し、その触媒として、部分的に含イオウアミン化合物で変性された強酸性イオン交換樹脂を用いることは広く行われている。このような触媒を用いてアセトンとフェノールを反応させる場合、使用するアセトン中にアルコールが混入すると、このアルコールが、触媒プロモータとして作用する含イオウアミン化合物と反応し、そのプロモータとしての作用を低下させ、触媒活性を劣化させる。また、触媒は、アセトンとフェノールとの反応に際して副生する重質成分によっても被毒を受け、その活性を低下させる。このような触媒活性の低下は、触媒の再生又は新触媒との交換を生じさせ、プロセスの経済性を著しく低下させる原因となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、部分的に含イオウアミン化合物で変性された強酸性イオン交換樹脂触媒の存在下でアセトンとフェノールとを反応させるに際し、アルコールが共存しても、触媒の活性低下を生じにくい方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、触媒の存在下でアセトン（但し、アルコールの含有量が６００ｗｔｐｐｍ以下のものを除く）とフェノールからなる反応原料を反応させてビスフェノールＡを製造する方法において、該反応原料中に、反応原料中に存在するアルコール１モル当り１０〜１０００モルの割合であって、０．１〜０．５ｗｔ％の水を存在させるとともに、該触媒として、含イオウアミン化合物（但し、２，２−ジメチルチアゾリジンを除く）で強酸性イオン交換基の２５〜４５％が変性された強酸性イオン交換樹脂を用いることを特徴とするビスフェノールＡの製造方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で用いるビスフェノールＡ製造用触媒は、含イオウアミン化合物からなる触媒プロモータで部分的に変性された強酸性イオン交換樹脂（変性樹脂とも言う）からなるものである。この場合の強酸性イオン交換樹脂（未変性樹脂）としては、スルホン酸型陽イオン交換樹脂を挙げることができる。このようなスルホン酸型陽イオン交換樹脂は、従来よく知られているもので、ゲル型やポーラス型のものを用いることができるが、好ましくはゲル型のものが用いられる。その架橋度は、２〜１６％、好ましくは２〜６％の範囲に規定するのがよい。また、その平均粒径は、通常、０．２〜２ｍｍ、好ましくは０．４〜１．５ｍｍである。このような未変性のスルホン酸型陽イオン交換樹脂は既に市販されており、例えば、ロームアンドハース社製アンバーライトやアンバーリスト、三菱化成社製ダヤイオン等を好ましく用いることができる。
【０００６】
前記触媒プロモータとして用いられる含イオウアミン化合物も従来良く知られた化合物で、例えば、３−メルカプトメチルピリジン、３−メルカプトエチルピリジン、４−メルカプトエチルピリジン等のメルカプトアルキルピリジン；２−メルカプトエチルアミン、３−メルカプトブチルアミン、３−ｎ−プロピルアミノ−１−プロピルメルカプタン等のメルカプトアルキルアミン（又はアミノアルキルメルカプタン）；チアゾリジン、シクロアルキルチアゾリジン、２−メチル−２−フェニルチアゾリジン、３−メチルチアゾリジン等のチアゾリジン；１，４−アミノチオフェノール等のアミノチオフェノール等が挙げられる。特に好ましくは、２−メルカプトエチルアミンである。前記した含イオウアミン化合物は、塩酸等の酸性物質の付加塩や第４級アンモニウム塩であることができる。
【０００７】
強酸性イオン交換樹脂の変性は、その未変性樹脂を水中又は有機溶媒中で含イオウアミン化合物と反応させることによって行うことができる。有機溶媒としては、フェノールやアセトンを用いることができるが、好ましくは水中で行う。反応温度としては、常温又は加温が採用され、反応時間は、特に長時間を必要とせず数分で充分である。均一に反応させるため、反応混合物を撹拌するのが好ましい。本発明においては、未変性樹脂中に含まれる強酸性イオン交換基の２５〜４５％、好ましくは２５〜３５％が変性基に変換されるように行うのがよい。
従来の含イオウアミン化合物で部分的に変性された強酸性イオン交換樹脂触媒において、その変性率は３〜２５％、好ましくは５〜１５％であり、その変性率が前記範囲より高くなると、その触媒活性が低下するようになる。従って、変性率が２５％を超えるような変性樹脂を触媒として用いることは殆どない。
しかしながら、本発明者らの研究によれば、変性率が２５％を超えるような高変性率の触媒は、これを水の共存下で用いるときには、その触媒寿命が大幅に延長されることが知見された。
【０００８】
本発明の方法を実施するには、前記部分的に変性された強酸性イオン交換樹脂触媒を充填した反応器に対し、アセトンとフェノールを連続的に供給してその触媒充填層を流通させるとともに、その間にアセトンとフェノールの反応を行い、得られたビスフェノールＡを含む反応生成物を反応器から連続的に抜出す。反応温度はフェノールの融点以上の温度、通常、４０〜１００℃、好ましくは５５〜８５である。反応圧力は、１〜１．５気圧、好ましくは常圧ないし微加圧である。反応時間は１５〜２００分、好ましくは５０〜１２０分である。フェノールの使用量は、アセトン１モルに対し、８〜２０モル、好ましくは１０〜１６モルである。
【０００９】
本発明においては、反応系には０．０５〜０．５ｗｔ％、好ましくは０．１〜０．５ｗｔ％の水を共存させる。反応系に共存させる水の量が前記範囲より多すぎると、触媒活性の低下を生じ、一方、少なすぎると、触媒活性の低下を有効に防止することができない。また、水の添加は、アセトンとフェノールとの反応で副生する重質成分による触媒活性の低下も効果的に防止する。反応原料中の水の含有量は、反応原料中に存在するアルコール１モル当り、１〜２０００モル、好ましくは１０〜１０００モルの割合である。
なお、アセトン中に存在するアルコールは、主にメタノールであるが、少量のイソプロピルアルコール等が存在する場合もある。
【００１０】
反応系に対する水の添加は、原料アセトン中や原料フェノール中にあらかじめ水を存在させることによって行うことができる他、反応器に対して水供給管を付設し、この水供給管を介して行うことができる。
【００１１】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００１２】
実施例１
内径１２０ｍｍ、高さ：１．５ｍの円筒状容器からなり、その頂部と底部に多孔板（孔板：約０．１ｍｍ）を配設し、その多孔板間の空間部に触媒を充填したものを反応器として用いた。この場合の触媒としては、スルホン酸型陽イオン交換樹脂（平均粒径：０．５ｍｍ、商品名「アンバーライトＩＲ−１１８−Ｈ」のスルホン酸基の３０％を２−メルカプトエチルアミンと反応させたものを用いた。
この反応器の頂部から、メタノールを１ｗｔ％含むアセトン４．５ｗｔ％とフェノール９５．５ｗｔ％からなる反応混合液を導入し、反応器底部から、ビスフェノールＡを含む反応生成物を抜出した。この場合、反応温度は７０℃とし、触媒と混合液の接触時間は１００分とした。この場合、反応混合液中に水を０．５ｗｔ％の濃度になるように添加した。
前記のようにして長時間連続して反応を行った結果、表１に示す運転結果が得られ、アセトン転化率は、２０００時間目でも７８％という高いアセトン転化率が得られた。
【００１３】
【表１】
比較例１
実施例１で示したイオン交換樹脂において、そのスルホン酸基の１０％を２−メルカプトエチルアミンで変性したものを触媒として用いるとともに、反応原料中に水を添加しない以外は実施例１と同様にして実験を行なった。その反応結果を次表に示す。
【００１５】
【表２】
比較例２
比較例１において、反応原料中に０．５ｗｔ％の水を添加した以外は同様にして実験を行なった。その反応結果を次表に示す。
【００１７】
【表３】
実施例２
実施例１において、反応原料中の水分濃度を０．３ｗｔ％にした以外は同様にして実験を行なった。その反応結果を次表に示す。
【００１９】
【表４】
比較例３
実施例１で示したイオン交換樹脂において、そのスルホン酸基の１０％を２−メルカプトエチルアミンで変性したものを触媒として用いるとともに、反応原料中の水分濃度を０．３ｗｔ％にした以外は実施例１と同様にして実験を行なった。その反応結果を次表に示す。
【００２１】
【表５】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒の活性劣化を防止して、ビスフェノールＡを長時間にわたって高収率で製造することができる。
Claims (3)
- 触媒の存在下でアセトン（但し、アルコールの含有量が６００ｗｔｐｐｍ以下のものを除く）とフェノールからなる反応原料を反応させてビスフェノールＡを製造する方法において、該反応原料中に、反応原料中に存在するアルコール１モル当り１０〜１０００モルの割合であって、０．１〜０．５ｗｔ％の水を存在させるとともに、該触媒として、含イオウアミン化合物（但し、２，２−ジメチルチアゾリジンを除く）で強酸性イオン交換基の２５〜４５％が変性された強酸性イオン交換樹脂を用いることを特徴とするビスフェノールＡの製造方法。
- 反応原料中に０．３〜０．５ｗｔ％の水を存在させることを特徴とする請求項１記載のビスフェノールＡの製造方法。
- 触媒として強酸性イオン交換基の２５〜３５％が変性された強酸性イオン交換樹脂を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のビスフェノールＡの製造方法。
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