JPH07252356A - 芳香族ポリカーボネートの製造方法 - Google Patents

芳香族ポリカーボネートの製造方法

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JPH07252356A
JPH07252356A JP7008551A JP855195A JPH07252356A JP H07252356 A JPH07252356 A JP H07252356A JP 7008551 A JP7008551 A JP 7008551A JP 855195 A JP855195 A JP 855195A JP H07252356 A JPH07252356 A JP H07252356A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】相間移動触媒(PTC)の存在下でビスフェノ
ールをホスゲン化することによつてポリカーボネートを
製造する方法。 【構成】ビスフェノールAのようなビスフェノール類の
界面ホスゲン化中の縮合触媒として臭化テトラブチルア
ンモニウムのような相間移動触媒を有効量で利用してポ
リカーボネートを製造する方法が提供される。ホスゲン
の利用度が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、相間移動触媒(PT
C)の存在下でビスフェノール類をホスゲン化すること
によってポリカーボネートを製造する方法に係る。さら
に詳細にいうと本発明は、界面反応条件下におけるビス
フェノール類の重合用の縮合触媒として、臭化テトラア
ルキルアンモニウムや臭化テトラアルキルホスホニウム
のようなPTCを使用することに関する。
【0002】
【従来の技術】フライターク(Freitag) ら著、「ポリマ
ー科学技術全書(The Encyclopedia ofPolymer Science
and Engineering) 」、ジョン・ウィリー・アンド・サ
ンズ社(John Wiley & Sons) 、ニューヨーク(1988
年)、第二版に示されているように、ポリカーボネート
は、界面反応条件下でトリエチルアミンのような第三級
の有機アミンを縮合触媒として使用してビスフェノール
類をホスゲン化することによって製造されている。第三
級有機アミンはビスフェノール縮合触媒として有効であ
ることが判明しているが、第三級有機アミンを使用する
とホスゲンを過剰に使用する結果となることが経験によ
って示されている。したがって、ホスゲンの過大な損失
を最小限に抑える方法を開発する努力が続けられてい
る。たとえば、シルバ(Silva) の米国特許第4,70
1,544号に示されているようにオーバーヘッドコン
デンサーを備えた反応器を用いてホスゲンを捕獲するこ
とができる。あるいは、ブルネル(Brunelle)らの米国特
許第4,814,420号に示されているようにビスフ
ェノールの縮合中に生成する熱の発熱速度をモニターす
ることができる。
【0003】第三級の有機アミンはホスゲン化中にポリ
カーボネートの分子量を増大させる縮合触媒として極め
て有効であることが判明しているが、経験によって示さ
れているように、第三級有機アミンを使用するとホスゲ
ンの加水分解の結果および/またはキャッピングの終了
前に起こるクロロホルメートの加水分解の結果としてホ
スゲンを過剰に使用することになることが多い。たとえ
ば、ホスゲンの加水分解速度の研究において、トリエチ
ルアミンの濃度が6.64×10-3Mのとき、トリエチ
ルアミンは触媒がない場合の基準値1と比べて200を
超える相対速度でホスゲンを加水分解することが分かっ
た。クロロホルメートの加水分解速度に関しては、触媒
のない系で0.01未満の相対値であるのが分かってい
るのに対して、トリエチルアミンの場合は100より大
きい値を示す。
【0004】キャンベル(Campbell)らの米国特許第4,
471,105号には、第四級ホスホニウムのアミノハ
ロゲン化物触媒を利用して立体障害を受けたヒンダード
ポリカーボネートを製造するポリカーボネートの界面重
縮合法が示されている。相間移動触媒の利用に関する別
の研究は、たとえばビスフェノール類とホスゲンおよび
チオホスゲンの混合物とからコポリ(カーボネート‐チ
オカーボネート)を合成する方法が、テイグル(Tagle)
らの「ヨーロッパポリマージャーナル(European Polyme
r Journal)」、1987年、第23(2)巻、第109
〜112頁、および「ヨーロッパポリマージャーナル(E
uropean Polymer Journal)」、1989年、第25
(6)巻、第549〜551頁に示されている。
【0005】さまざまな縮合触媒が、各種タイプのポリ
マーを重合する際の有効性を決定するべく評価され続け
ている。そのような縮合触媒が通常のポリカーボネート
合成における第三級有機アミンに代わる縮合触媒として
有効であるかどうか決定するために絶大な努力が続けら
れている。
【0006】
【発明の概要】本発明の基礎となった発見は、次式
(1)、(2)および(3)より成る群の中から選択さ
れた相間移動触媒「PTC」が、ビスフェノール類また
はオリゴマー性フェノール類とクロロホルメートで末端
が停止したビスフェノール類またはクロロホルメートで
末端が停止したポリカーボネートオリゴマーとの間の界
面反応条件下におけるビスフェノール縮合触媒として有
効であることが判明したことである。
【0007】 (R)4 + X (1) R1 (R)3 + X (2) (R2 a (R3 3-a N−(CH2 n N−(R3 3-a (R2 a (3) ここで、Rは同一かまたは異なるC(3-10)アルキル基の
中から選択され、R1 はC(1-3) アルキル基であり、R
2 は同一かまたは異なるC(1-2) アルキル基の中から選
択され、R3 は同一かまたは異なるC(3-10)アルキル基
の中から選択され、Qは窒素原子かリン原子であり、X
はハロゲン原子または−OR4 基であることができる。
ただし、R4 はH、C(1-18)アルキルまたはC(6-18)
リールの中から選択される。また、「a」は0か1に等
しい整数である。その結果、本発明のPTCを用いて、
米国特許第3,635,895号および第4,001,
184号に示されているような芳香族のポリカーボネー
トやポリカーボネートコポリマーを製造することができ
る。本発明の相間移動触媒を用いて製造することができ
るこれらの芳香族ポリカーボネートには、高分子量で熱
可塑性のランダムに分枝した物質が包含される。この分
枝ポリマーを製造するのに使用することができる多官能
性化合物のいくつかは通常芳香族であり、フェノキシ、
カルボキシル、カルボン酸無水物、ハロホルミルまたは
これらの組合わせのような官能基を少なくとも3個もっ
ている。他の多官能性芳香族化合物としては、トリメリ
ト酸無水物、トリメリト酸、トリメリチルトリクロライ
ド、4‐クロロホルミルフタル酸無水物、ピロメリト
酸、ピロメリト酸二無水物、メリト酸、メリト酸無水
物、トリメシン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸お
よびベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物がある。高
分子量で熱可塑性のランダムに分枝したポリカーボネー
トを製造するのに有用な好ましい多官能性芳香族化合物
は、1,1,1‐トリス‐ (4‐ヒドロキシフェニ
ル)‐エタン、4‐[4‐[1,1‐ビス(4‐ヒドロ
キシフェニル)‐エチル]‐ジメチルベンジル]フェノ
ール、1,1,1‐トリス(4‐ヒドロキシフェニル)
エタン、トリメリト酸無水物もしくはトリメリト酸また
はこれらのハロホルミル誘導体である。
【0008】コポリマーの製造例は、ジカルボン酸から
のコポリエステルカーボネートの製造である。これらの
コポリマー組成物は米国特許第4,506,605号、
第4,465,820号および第4,156,069号
に記載されている。いかなる芳香族ジカルボン酸でも使
用することができるが、好ましいジカルボン酸はテレフ
タル酸、イソフタル酸およびその混合物である。また、
このような酸の誘導体、たとえば、このような芳香族ジ
カルボン酸の酸ハロゲン化物、たとえば酸二塩化物や酸
二臭化物、実例としてはテレフタロイルジクロライド、
これとイソフタロイルジクロライドとの混合物も使用す
ることができる。脂肪族ジカルボン酸を用いた高流動性
延性コポリエステルカーボネートも製造することができ
る。好ましい脂肪族ジカルボン酸はアゼライン酸、スベ
リン酸、1,10‐デカンジカルボン酸および1,12
‐ドデカンジカルボン酸である。さらに、ビスフェノー
ルとフェノール性の末端を有するポリジオルガノシロキ
サン(たとえばオイゲノールで末端が停止したポリジメ
チルシロキサン)との反応に本発明の相間移動触媒を利
用するとポリカーボネート‐シロキサンブロックコポリ
マーを製造することもできる。
【0009】また、6.64×10-3のモル濃度におけ
る式(1)、(2)または(3)のPTCのホスゲン加
水分解またはクロロホルメート加水分解の相対速度は、
トリエチルアミンの場合より顕著に低いことが判明し
た。たとえば、トリエチルアミンは6.64×10-3
モル濃度でホスゲンまたはクロロホルメートの加水分解
触媒としてそれぞれ200または100より大きい値を
示すのに対して、式(1)または(2)の相間移動触媒
はホスゲンの場合が1.7〜3.5、クロロホルメート
の場合が約1の相対速度値を示すことが判明した。
【0010】
【発明の詳細な開示】本発明によって、(A)pHが9
〜12.5の範囲の界面反応条件下で、約25K〜約1
80Kの範囲のGPC分子量を有するポリカーボネート
を得るのに有効な量の上記式(1)、(2)または
(3)の相間移動触媒を存在させて、フェノール系連鎖
停止剤および次式(4)
【0011】
【化2】
【0012】(式中、R5 は同一かまたは異なるC
(1-4) アルキル基の中から選択される)のビスフェノー
ルと、実質的に化学量論量のホスゲンとを反応させ、
(B)(A)で得られた混合物中のクロロホルメート末
端基を実質的に除去した後にポリカーボネートを回収す
ることを含む、ポリカーボネートの製造方法が提供され
る。
【0013】式(4)に包含されるビスフェノール類を
いくつか挙げると、たとえば次のものがある。2,2‐
ビス(4‐ヒドロキシフェニル)プロパン(すなわち、
ビスフェノールA)、2,2‐ビス(4‐ヒドロキシフ
ェニル)ブタン(すなわち、ビスフェノールB)、4,
4‐ビス(ヒドロキシフェニル)ヘプタン、2,2‐ビ
ス(ヒドロキシフェニル)ヘキサン、2,2‐ビス(4
‐ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2‐ビス(4‐
ヒドロキシフェニル)‐4‐メチルペンタン、2,2‐
ビス(4‐ヒドロキシフェニル)ヘプタン、3,3‐ビ
ス(4‐ヒドロキシフェニル)‐2,4‐ジメチルペン
タン。
【0014】式(1)に包含される相間移動触媒をいく
つか挙げると、たとえば次式のものがある。 [CH3 (CH2 3 4 NX、 [CH3 (CH2 5 4 NX、 [CH3 (CH2 6 4 NX、 CH3 [CH3 (CH2 3 3 NX、 ここで、XはCl- 、Br- または−OR4 の中から選
択される。ただし、R4はすでに定義した通りである。
【0015】式(1)の相間移動触媒とは別に、次式を
有する相間移動触媒が式(2)または(3)の中に包含
される。 CH3 (C4 9 3 NX、 CH3 (C4 9 3 PX、 C2 5 (C6 133 NX、 (C4 9 3 N−(CH2 6 −N(C4 9 3 、 (C3 7 3 N−(CH2 6 −N(C3 7 3 、 CH3 (C5 112 N−(CH2 4 −N(C
5 112 CH3 、 ここで、Xはすでに定義した通りである。
【0016】本発明の好ましい態様を実施するには、ビ
スフェノールとフェノール系連鎖停止剤との混合物を、
有機溶媒の存在下、式(1)、(2)または(3)に包
含される相間移動触媒を有効量で存在させて、界面反応
条件下でホスゲン化する。使用することができる適切な
有機溶媒は、たとえば、メチレンクロライド、クロロホ
ルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタ
ン、テトラクロロエタン、ジクロロプロパンおよび1,
2‐ジクロロエチレンのような塩素化された脂肪族炭化
水素、クロロベンゼン、o‐ジクロロベンゼン、および
各種クロロトルエンのような置換芳香族炭化水素であ
る。塩素化された脂肪族炭化水素、特にメチレンクロラ
イドが好ましい。
【0017】相間移動触媒の有効量は、混合物中に仕込
まれたビスフェノールとフェノール系連鎖停止剤の重量
に対して0.05〜10重量%であり、0.1〜1重量
%が好ましい。ホスゲン化に先立ってビスフェノール反
応混合物のpHを10.5に上げてビスフェノールと連
鎖停止剤のいくらかを水性相中に溶解させるのに充分な
アルカリ金属水酸化物を利用することができる。
【0018】ホスゲン化反応混合物のpH(約9から約
12.5まで、好ましくは10〜12の範囲とすること
ができる)を保つには水性のアルカリ金属水酸化物また
はアルカリ土類金属水酸化物を使用することができる。
使用することができるアルカリ金属水酸化物またはアル
カリ土類金属水酸化物の例をいくつか挙げると、たとえ
ば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化カル
シウムがある。水酸化ナトリウムと水酸化カリウム、特
に水酸化ナトリウムが好ましい。利用するアルカリ水酸
化物溶液の濃度は特に限定されることはなく、約0.2
〜19Mとすることができる。少なくとも5Mの水性ア
ルカリ金属水酸化物濃度が好ましい。
【0019】経験により、ほぼ化学量論量のホスゲンを
使用する場合、約0〜約50ppmのトリアルキルアミ
ン、たとえばトリエチルアミンやトリブチルアミンは、
ホスゲンの利用度に悪影響を及ぼすことなく反応混合物
中に許容できることが示されている。ビスフェノール類
のホスゲン化はバッチ式か連続式の各種反応器で実施す
ることができる。このような反応器はたとえば撹拌式槽
型反応装置であり、これはバッチまたは連続流のいずれ
とすることもできる。包含される他の反応器として、撹
拌カラム型および再循環ループ連続式反応装置がある。
【0020】ホスゲン化反応の間およびその終了時の水
性相と有機相の容積比は約0.2〜1:1の範囲とする
ことができる。反応温度は約15〜50℃の範囲とする
ことができる。メチレンクロライドのような好ましい有
機の液体を使用する場合反応は35〜42℃となり得る
還流温度で実施できる。反応は大気圧で行なうことがで
きるが、所望により大気圧以下の減圧でもまたは大気圧
以上の加圧でも使用できる。
【0021】ホスゲン化の間、たとえばスターラーやそ
の他常用の器具・装置を用いて、混合物を撹拌する。ホ
スゲン化速度はビスフェノール1モル当たりホスゲンが
毎分約0.02〜0.2モルの間で変化することができ
る。ポリカーボネートの所望の分子量に応じて、フェノ
ール系連鎖停止剤を、ビスフェノールとフェノール系連
鎖停止剤の合計モル数に対して1〜8モル%の割合で使
用することができる。フェノール系連鎖停止剤をいくつ
か挙げると、フェノール、t‐ブチルフェノール、p‐
クミルフェノール、およびこれらのフェノール類のクロ
ロホルメートがある。
【0022】ポリカーボネートの回収は濾過、デカンテ
ーションおよび遠心のような標準的な技術で実施するこ
とができるが、その前にクロロホルメート末端基を実質
的に除去する。使用することができるひとつの方法は、
クロロホルメートの存在が検出されなくなるまで混合物
を撹拌することである。タンタラ(Tantala) 、1966
年、第13巻、第1151〜1160頁に示されている
ように4‐(4‐ニトロベンジル)ピリジン(NBP)
を使用するアグリー(Agree) らの検出方法を使用するこ
とができる。米国イリノイ州リンカーンシャー(Lincoln
shire)のエム・ディー・エイ・サイエンティフィック(M
DA Scientific)のケムカセット(Chemcassette)SPのよ
うな市販のホスゲン検出紙で反応混合物の一部を斑点試
験する技術も使用することができる。
【0023】クロロホルメートを除去する別の方法は、
低レベル(たとえば100〜1000ppm)の第三級
アルキルアミン(たとえばトリエチルアミン)を添加し
た後さらにホスゲンを加えてフェノール性ヒドロキシと
反応させることである。第三の方法は、別の独立した分
析技術(たとえばスペクトル法またはNBPのような指
示薬)で検出されたクロロホルメートのレベルに対して
等しいレベルのフェノール性ヒドロキシ(たとえばビス
フェノール、連鎖停止剤またはこれらの混合物)を添加
することである。
【0024】
【実施例の記載】当業者が本発明を容易に実施できるよ
うに、限定ではなく例示の意味で以下に実施例を挙げ
る。特に断わらない限り部とあるのはすべて重量によ
る。実施例1 ビスフェノールホスゲン化反応混合物中にホスゲンを
0.75g/分(7.6ミリモル/分)の速度で13.
5分間(102ミリモル)導入した。この混合物の組成
は、ビスフェノールAが22.9g(100ミリモ
ル)、フェノールが0.376g(4.0ミリモル)、
40重量%の水酸化テトラブチルアンモニウム溶液が6
37μl(1.0ミリモル)、メチレンクロライドが2
00ml、水が100mlであった。ホスゲン化の間、
50重量%の水酸化ナトリウム水溶液を滴下することに
よって、混合物のpHを10.5〜11に維持した。ホ
スゲン化の完了時、ホスゲン検出紙または先に引用した
アグリー(A.N. Agree)らに記載されている4‐(4‐ニ
トロベンゾ)ピリジン(NBP)を使用してクロロホル
メートを検出した。pHを11として50分間混合物を
撹拌することによってクロロホルメート末端基を除去し
た。pHが約8に下がるまで濃塩酸を加えた。有機相か
らブラインを分離し、この有機相を塩酸で洗浄し、かつ
水で数回洗浄した。GPC分析で41.5Kの分子量を
有するポリカーボネートが得られた。
【0025】混合物をpH11で50分間撹拌する代わ
りにトリエチルアミンを18μL(0.129ミリモ
ル)混合物に加えた以外は上記の手順を繰り返した。ク
ロロホルメートは15分以内に消失することが分かっ
た。しかし、ポリカーボネートの分子量はたった39.
5Kであった。ホスゲン0.4gを添加したところ、前
述のホスゲン検出用ペーパーを使用して検出可能なクロ
ロホルメートは生成しなかった。このポリカーボネート
の分子量は41.5Kに上昇した。実施例2 ビスフェノールAを114g(0.500モル)、クミ
ルフェノールを4.246g(0.400モル)、メチ
レンクロライドを800ml、水を200ml、40%
水酸化テトラブチルアンモニウムを2.28ml使用し
た以外は実施例1の手順を繰り返した。pHを10.8
に維持したまま、混合物に3.00g/分の速度でホス
ゲンを添加した。その結果、50.94g(0.515
モル)のホスゲンが反応によって消費された。ホスゲン
の使用量はビスフェノールAとクミルフェノール連鎖停
止剤に対して1.0%ホスゲンが過剰であった。ニトロ
ベンジルピリジン検出法によるとクロロホルメート濃度
は1390×10-6Mであった。0.150gのビスフ
ェノールAを反応混合物に添加したところクロロホルメ
ートは4分以内に完全に消費されることが判明した。分
子量41.4Kのポリカーボネートが回収された。
【0026】ビス(トリブチルアミノ)ヘキサメチレン
を1.0g使用する以外は上記の手順を繰り返す。ほぼ
上記と同じ分子量を有するポリカーボネートが回収され
る。ビス(トリブチルアミノ)ヘキサメチレンの代わり
にビス(トリプロピルアミノ)ヘキサメチレンを0.8
6g使用する以外は上記の手順を繰り返す。反応は同様
に進行し、同様な分子量を有するポリカーボネートが得
られる。
【0027】上記実施例は本発明の方法の実施の際に使
用することができる非常に多くの変形のうちのほんの
二、三に関するのみであるが、本発明はこれらの実施例
に先行する説明中に示したビスフェノール類、相間移動
触媒および連鎖停止剤を利用してずっと広範囲のポリカ
ーボネートを製造することに関するものであるものと理
解されたい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター・デイビッド・フェルプス アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、ゴードン・ロード、142番 (72)発明者 デイビッド・リー・ラムセイ アメリカ合衆国、インディアナ州、マウン ト・バーノン、エバーグリーン、733番 (72)発明者 ポール・ディーン・シイバート アメリカ合衆国、インディアナ州、エバン ズビル、ハイウエイ・66、11620番 (72)発明者 ラリー・アイビス・フラワーズ アメリカ合衆国、インディアナ州、エバン ズビル、バークレイ・コート、545番 (72)発明者 ロイ・レイ・オデル アメリカ合衆国、インディアナ州、マウン ト・バーノン、サウス・サワークラウト・ レーン、4000番

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)pHが9〜12.5の範囲の界面
    反応条件下で、約25×103 〜約180×103 の範
    囲のGPC分子量を有するポリカーボネートを得るのに
    有効な量の、式 (R)4 + X R1 (R)3 + X および (R2 a (R3 3-a N−(CH2 n N−(R3
    3-a (R2 a [式中、Rは同一かまたは異なるC(3-10)アルキル基の
    中から選択され、R1 はC(1-3) アルキル基であり、R
    2 は同一かまたは異なるC(1-2) アルキル基の中から選
    択され、R3 は同一かまたは異なるC(3-10)アルキル基
    の中から選択され、Qは窒素原子またはリン原子であ
    り、Xはハロゲン原子または−OR4 基(ただし、R4
    はH、C(1-18)アルキルまたはC(6-18)アリールの中か
    ら選択されるものである)であることができ、「a」は
    0または1に等しい整数である]より成る群の中から選
    択される相間移動触媒を存在させて、フェノール系連鎖
    停止剤および式 【化1】 (式中、R5 は同一かまたは異なるC(1-4) アルキル基
    の中から選択される)のビスフェノールと、実質的に化
    学量論量のホスゲンとを反応させ、 (B)(A)で得られた混合物中のクロロホルメート末
    端基を実質的に除去した後にポリカーボネートを回収す
    ることを含む、ポリカーボネートの製造方法。
  2. 【請求項2】 ビスフェノールがビスフェノールAであ
    る、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 相間移動触媒が水酸化テトラブチルアン
    モニウムである、請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 相間移動触媒が臭化メチルトリブチルホ
    スホニウムである、請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 相間移動触媒が臭化メチルトリブチルア
    ンモニウムまたは塩化テトラブチルアンモニウムであ
    る、請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 相間移動触媒がビス(トリブチルアミ
    ノ)ヘキサメチレンである、請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 相間移動触媒がビス(トリプロピルアミ
    ノ)ヘキサメチレンである、請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 ステップ(B)においてクロロホルメー
    ト末端基を除去した後ポリカーボネートを回収する前に
    HClを添加してpHを下げる、請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 フェノール系連鎖停止剤がフェノールで
    ある、請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 フェノール系連鎖停止剤がクミルフェ
    ノールである、請求項1記載の方法。
  11. 【請求項11】 芳香族フェノール系化合物を添加する
    ことによってクロロホルメート末端基を除去する、請求
    項1記載の方法。
  12. 【請求項12】 相間移動触媒が塩化メチルトリブチル
    アンモニウムである、請求項1記載の方法。
  13. 【請求項13】 100〜1000ppmのトリエチル
    アミンを添加した後残留するフェノール性ヒドロキシと
    反応するのに充分なホスゲンを添加することによってク
    ロロホルメート末端基を除去する、請求項1記載の方
    法。
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