JPH06206998A - ポリテトラメチレンエーテルグリコールの製造法 - Google Patents

ポリテトラメチレンエーテルグリコールの製造法

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JPH06206998A
JPH06206998A JP5267220A JP26722093A JPH06206998A JP H06206998 A JPH06206998 A JP H06206998A JP 5267220 A JP5267220 A JP 5267220A JP 26722093 A JP26722093 A JP 26722093A JP H06206998 A JPH06206998 A JP H06206998A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 テトラハイドロフランをフルオロスルホン酸
の存在下で重合し、次いで生成するポリマーを加水分解
することによりポリテトラメチレンエーテルグリコール
を製造する方法において、フルオロスルホン酸の使用
量をテトラハイドロフランに対して、0.007〜0.
3モル倍とすること、フルオロスルホン酸に対して、
0.05〜1.0モル倍の遊離の三酸化イオウを含む発
煙硫酸を併用すること、及び該発煙硫酸をフルオロ硫
酸を添加する前にテトラハイドロフランに添加すること
を特徴とするポリテトラメチレンエーテルグリコールの
製造法。 【効果】 本発明によれば重合温度を下げることなく、
高収率でフッ素含有量の少ない高品質のポリテトラメチ
レンエーテルグリコールを得ることができる。例えば、
ポリテトラメチレンエーテルグリコールの末端フッ素が
末端数2000個当たり3個以下、好ましくは2個以下
のPTMGを製造することができる。従ってこれをエラ
ストマー原料として使用する場合、耐熱性に優れた高重
合物を容易に得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリテトラメチレンエ
ーテルグリコール(以下、PTMGと略す)の製造法に
関するものであり、詳しくは、フルオロスルホン酸(以
下、FSAと略す)を触媒として、テトラハイドロフラ
ン(以下、THFと略す)を重合することによりPTM
Gを製造する方法において、フッ素含有量の少ないPT
MGを得るための方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】PTMGはポリエステルエラストマー及
びポリウレタンエラストマーなどのソフトセグメント成
分として用いられている。これらのエラストマーは、P
TMGとジカルボン酸(例えばテレフタル酸)又はジカ
ルボン酸エステル(例えばジメチルテレフタレート)と
の縮合重合、又はPTMGとジイソシアネート(例えば
ジフェニルメタンジイソシアネート)との付加重合によ
って製造される。
【0003】これらの縮合重合又は付加重合反応におい
ては、PTMGはその末端水酸基が反応するのである
が、通常のPTMGには少量ながら末端に水酸基の代り
にフッ素が存在することが知られている。PTMG中の
末端フッ素はこれらの反応に対し不活性なので、高重合
物を得るためには末端フッ素の少ないPTMGを用いる
ことが必要である。
【0004】また、この末端フッ素はPTMGから誘導
されるエラストマーの耐熱性を低下させる。特に、ポリ
エステルエラストマーの生成反応は、反応温度が200
℃を越えるので、ポリマーの耐熱性が問題となる。現
在、最も生産量の多いポリエステルエラストマーは、テ
レフタル酸をジカルボン酸成分とし、1,4−ブタンジ
オール(以下、14BGと略す)とPTMGをグリコー
ル成分とするテレフタレート系のポリエステルである。
このポリエステルエラストマーを構成するセグメントの
なかで、耐熱性が問題となるのが、ポリエーテル鎖の部
分である。ちなみに、特公平1−37408によれば、
テレフタル酸と14GBGびPTMGとを直接エステル
化してポリエステルエラストマーを製造する方法におい
ては、PTMG中のフッ素が100ppm以上存在する
と生成するエラストマーの耐熱性が著しく劣るとの記述
がある。
【0005】PTMGの製造法として最も一般的な方法
の一つはFSAを触媒としてTHFを重合する方法であ
り、この方法は触媒の重合活性が高く工業的製法として
望ましい方法である。この方法では、重合により生成し
たポリマーの末端にSO3 F基が結合しているので、重
合反応終了後、生成ポリマーを加水分解して、末端に結
合したSO3 F基をポリマーから脱離させる。
【0006】ところが、この方法により製造されたPT
MG中には、加水分解によりSO3F基を完全に除去し
ても、なお微量のフッ素が含有されている。(例えば、
分子量1000程度の市販品中には200ppm程度の
フッ素が検出されている。)このPTMG中のフッ素
は、ポリマー末端の炭素に直接結合していると推定され
ている。この末端フッ素は重合後の加水分解によって
も、更に、その後の中和、洗浄処理によっても容易に除
去することはできない。
【0007】PTMGの末端フッ素の含有量を低下させ
る方法として、特開平2−18417には、PTMGを
水及び水酸化カルシウムと混合して200〜300℃の
温度で加熱する方法が記述されている。しかし、この方
法を実施するにはPTMGを高温で加熱する為の特別の
設備を必要とし、またエネルギー消費の点から見ても不
利である。更に加熱によりPTMGが変質して品質が劣
化する可能性もある。
【0008】また、FSAを用いても、低い温度で重合
すると、ポリマー末端のフッ素化を抑えられることが知
られている。しかし、この方法は触媒効率が下がり、多
量のFSAを必要とするので、経済的に不利である。ま
た発煙硫酸を触媒としてTHFを重合することも知られ
ている。この方法では得られるPTMG中にフッ素が混
入することはないが、十分な収率を得るためには、反応
温度を10℃以下に制御する必要がある。従ってこの方
法では非常に大きな冷却能力を持った冷凍機が必要とな
り、経済的に不利である。また、生成するPTMGの分
子量が1000以上になり難いという欠点がある。
【0009】発煙硫酸にフッ素系化合物を併用すること
で、高分子量の製造が得難いという欠点を補うことは特
公昭49−28917などですでに知られている。しか
しながら主たる触媒として発煙硫酸を用いるこれらの方
法では、重合温度を10℃以下に制御するのが好ましい
とされている。これらの方法を室温以上の温度で行うと
著しく収率が低下し、実用的でない。
【0010】更に、FSA触媒の節約を目的として、F
SAに発煙硫酸を併用したPTMGの製造法が特開昭4
8−999に記述されている。この方法ではFSAと発
煙硫酸を同時にTHFに添加するか、又はTHFにFS
Aを添加した後に発煙硫酸を添加している。しかし上記
の文献には生成するポリマーのフッ素含有量については
言及されていない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明はTHFの重合
反応触媒として、最も効率の良いFSAを使用し、しか
もフッ素含有量の低いPTMGを製造することを目的と
するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、FSAを
触媒として用い、主として実用上価値の高い分子量65
0から3000の範囲のPTMGを製造する方法におい
て、生成するポリマーの末端フッ素含有量を低下させる
ことを目的に鋭意検討した結果、先ず発煙硫酸を添加
し、次いでFSAを添加してTHFの重合を行なうこと
により、生成するPTMG中のフッ素含有量が大幅に低
下することを見い出した。
【0013】すなわち、本発明の要旨は、THFをFS
Aの存在下で重合し、次いで、生成ポリマーの末端を加
水分解することによりPTMGを製造する方法におい
て、FSAの使用量をTHFに対して、0.007〜
3モル倍とすること、FSAに対して、0.05〜1
モル倍の三酸化硫黄(SO3 )を含む発煙硫酸を併用す
ること、及び該発煙硫酸をFSAを添加する前にTH
Fに添加し重合を行なうことを特徴とするPTMGの製
造法に存する。
【0014】以下、本発明を詳述する。本発明は本質的
にはFSAを触媒としてTHFを重合する方法である。
FSAは原料THFに対して、0.007〜0.3モル
倍、好ましくは0.01〜0.2モル倍使用する。本発
明では更に発煙硫酸を原料THFに添加する。発煙硫酸
はFSAを添加する前に原料THFに添加することが必
要であり、その添加量は発煙硫酸中の遊離SO3 がFS
Aに対して0.05〜1.0モル倍、好ましくは0.2
〜0.8モル倍となる量である。
【0015】原料THFとしては通常の市販品がそのま
ま使用できるが、その中の水含有量は限界的である。何
故ならばTHF中の水分とFSAの反応によりフッ化水
素が発生し、このフッ化水素がポリマーの末端にC−F
結合を生成すると考えられるからである。THF中の水
分は、添加された発煙硫酸と反応して消失するが、TH
Fの水分含有量が多いとこの反応に消費される発煙硫酸
の量が多くなり、不利である。原料THFとしては通
常、水分が200ppm以下、好ましくは10〜100
ppmのものが用いられる。
【0016】発煙硫酸としては遊離のSO3 含有量が2
5%程度、即ち硫酸75wt%、遊離SO3 25wt%
の組成のものが工業品として最も入手しやすい。触媒効
率や後の中和工程を考慮した場合、遊離SO3 濃度は高
い方が望ましい。しかし遊離SO3 濃度が高いとTHF
へ添加する際にTHFが炭化、着色する傾向が見られる
ので、好ましくは遊離SO3 濃度が20〜40%のもの
が用いられる。発煙硫酸の使用量は、前述した通り、F
SAに対して遊離SO3 が0.05〜1.0モル倍とな
る量である。発煙硫酸中の遊離SO3 がFSAの等モル
以上となっては、触媒の主体が発煙硫酸となってしま
い、重合温度を低く制御しなければ著しく収率が低下す
るようになる。発煙硫酸は脱水剤として作用するので、
THFに発煙硫酸を添加するとTHF中の水分が消失
し、その結果、THFに添加されたFSAが水により分
解されてフッ化水素を発生する反応が阻止され、ひいて
は生成するPTMGの末端フッ素の量が減少するものと
考えられる。しかし、THF中の水分を除去するに相当
する量だけの発煙硫酸を添加したのでは、生成するPT
MG中の末端フッ素の含有量を十分に低下させることは
できない。末端にフッ素が結合したPTMGが生成する
メカニズムは未だ十分に解明されておらず、末端フッ素
の含有量の少ないPTMGを生成させるには、脱水に必
要とされる量よりも大量の発煙硫酸をTHFに添加する
必要がある。THF中の水分に対し10モル倍以上の遊
離SO3 を含む発煙硫酸を予じめTHFに添加し、次い
でFSAを添加するのが好ましい。発煙硫酸の好適な添
加量はFSAに対し遊離のSO3 が0.2〜0.8モル
倍となる量である。
【0017】重合は10℃以上の温度で行なわれる。本
発明では触媒の主体がFSAなので、発煙硫酸を使用す
るにもかかわらず、それほど低温にしなくても十分に高
い収率、例えば50%以上の収率でPTMGを製造する
ことができる。本発明の重合方法では、一般に重合温度
が高くなると生成するPTMGの分子量と収率が低下す
る傾向がある。またTHFの沸点は66℃なので、高温
に過ぎると加圧の反応容器を必要とする。従って本発明
では反応は通常10〜65℃、好ましくは25〜45℃
で行なわれる。反応時間は重合温度、触媒の添加量など
により異なるが通常1〜10時間である。
【0018】本発明では、FSAを主体とする触媒を用
いるにもかかわらず、発煙硫酸を予じめTHFに添加し
ておくことにより、フッ素含有量の極めて少ないPTM
Gを容易に製造することができる。例えば本発明によれ
ばPTMGの末端フッ素が末端2000個当り3個以
下、好ましくは2個以下のPTMGが得られる。なお、
本発明ではFSAを添加する前に発煙硫酸をTHFに添
加することが必須要件であり、通常は発煙硫酸を全量添
加したのちにFSAを添加するが、発煙硫酸の全量を予
じめTHFに添加することは必ずしも必要ではない。例
えば発煙硫酸の大部分を先ずTHFに添加し、次いで残
余の発煙硫酸をFSAに混合して添加することもでき
る。
【0019】重合反応終了後は常法に従って後処理し、
製品としてのPTMGを取得する。例えば重合反応物に
水を添加して50〜100℃で0.5〜5時間加水分解
し、ポリマー末端のSO3 F基を脱離させる。次いで、
未反応のTHFを留去し、さらにこれにアルカリを添加
して硫酸、フッ酸等の酸を中和したのち、PTMG相と
水相とに分液する。PTMG相は共沸蒸留等により脱水
して製品のPTMGを取得する。
【0020】
【実施例】以下、実施例によって本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施
例に限定されるものではない。尚、実施例において分子
量はフタル化法による滴定法により求めた数平均分子量
を示し、PTMGの末端フッ素含有量はH−NMR法に
より測定した。
【0021】実施例1〜4 THF360g(水分含有量約50ppm)に、冷却
下、表−1に示す量の25%発煙硫酸を滴下し、滴下終
了後続けてFSAを滴下した。FSAの滴下により重合
系の温度が上昇し、表−1に示す温度になった時点を重
合開始時としてこの温度で表−1に示す時間THFを重
合させた。重合終了後は重合液を60℃の温水360g
と混合して反応を停止させ、次いで90℃で2時間加水
分解反応を行った。引き続き蒸留して未反応のTHFを
留去したのち水酸化カルシウムを添加して重合液中の酸
を中和した。次いでトルエン100gを添加し、再度加
熱して水分を共沸脱水した。脱水したPTMGのトルエ
ン溶液は、ろ過助剤と共にフィルターでろ過した後、ト
ルエンを減圧下留去させてPTMG約200gを得た。
得られたPTMGの分子量、収量、PTMG末端200
0個当たりのフッ素末端数は表−1に示す通りであっ
た。
【0022】比較例1〜2 表−1に示す条件で実施例1と同様にしてTHFの重合
を行ない表−1の結果を得た。比較例1は、発煙硫酸を
使用せずFSAを単独で触媒として重合したものであ
る。比較例2は、FSAの添加前に発煙硫酸を添加した
ものであるが、その量が不足している例を示すものであ
る。原料THF中の水分(360g×50ppm)を除
去するために必要な25%発煙硫酸の理論量は0.32
gであり、比較例2における使用量はこれを上回るにも
かかわらずフッ素含有量は充分低下していないことを示
している。
【0023】比較例3は発煙硫酸とFSAとを同時にT
HFに添加して重合したものである。比較例4はTHF
に先ずFSAを添加し、引続いて発煙硫酸を添加して重
合を行なったものである。比較例5はFSAと発煙硫酸
とを混合物としてTHFに添加して重合を行なったもの
である。
【0024】
【表1】
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、低温で重合を行なわな
くても、高収率でフッ素含有量の少ない高品質のPTM
Gを得ることができる。例えば、PTMGの末端フッ素
が末端数2000個当たり3個以下、好ましくは2個以
下のPTMGを製造することができる。従ってこれをエ
ラストマー原料として使用する場合、耐熱性に優れた高
重合物を容易に得ることができる。
フロントページの続き (72)発明者 田中 秀俊 三重県四日市市東邦町1番地 三菱化成株 式会社四日市工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 テトラハイドロフランをフルオロスルホ
    ン酸の存在下で重合し、次いで、生成ポリマーを加水分
    解することによりポリテトラメチレンエーテルグリコー
    ルを製造する方法において、 フルオロスルホン酸の使用量をテトラハイドロフラン
    に対して、0.007〜0.3モル倍とすること、 フルオロスルホン酸に対して、0.05〜1モル倍の
    遊離の三酸化硫黄を含む発煙硫酸を併用すること、及び 該発煙硫酸をフルオロスルホン酸を添加する前にテト
    ラハイドロフランに添加することを特徴とするポリテト
    ラメチレンエーテルグリコールの製造法。
  2. 【請求項2】 発煙硫酸の使用量がフルオロスルホン酸
    に対して、遊離の三酸化硫黄が0.2〜0.8モル倍と
    なる量であることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 重合温度が10〜65℃であることを特
    徴とする請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 テトラハイドロフランとして水分量が2
    00ppm以下のものを用いることを特徴とする請求項
    1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項5】 テトラハイドロフランに、その中の水に
    対し10モル倍以上の遊離の三酸化硫黄を含む発煙硫酸
    を添加したのち、フルオロスルホン酸を添加することを
    特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 製造されるポリテトラメチレンエーテル
    グリコールの末端フッ素が、末端数2000個当り3個
    以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに
    記載の方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009540029A (ja) * 2006-06-09 2009-11-19 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア ポリテトラヒドロフラン又はテトラヒドロフラン−コポリマーの製造法

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