JPH08134057A - 高純度ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法 - Google Patents

高純度ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法

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JPH08134057A
JPH08134057A JP27535194A JP27535194A JPH08134057A JP H08134057 A JPH08134057 A JP H08134057A JP 27535194 A JP27535194 A JP 27535194A JP 27535194 A JP27535194 A JP 27535194A JP H08134057 A JPH08134057 A JP H08134057A
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JP
Japan
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reaction
biphenyltetracarboxylic acid
bpda
temperature
stirrer
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JP27535194A
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Yoshio Suguro
呂 芳 雄 勝
Atsushi Sakai
井 淳 酒
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】ジフェニルトリカルボン酸無水物含有量の極め
て少ない高純度ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を
製造する方法を提供する。 【構成】ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を加熱溶
解し、減圧下に昇華させることよりなる高純度ビフェニ
ルテトラカルボン酸二無水物の製造方法において、ビフ
ェニルテトラカルボン酸の脱水閉環反応、および溶融操
作を、攪拌機を有する反応容器内で行う。 【効果】ジフェニルトリカルボン酸無水物含有量の極め
て少ない高純度ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を
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、高純度ビフェニルテト
ラカルボン酸二無水物の製造方法に関する。詳しくは、
ビフェニルトリカルボン酸無水物の極めて少ない高純度
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(以下BPDAと
言う。)を得る工業的有利に製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】BPDAは、耐熱性樹脂として注目され
ている芳香族ポリイミドの製造用原料として、有用な化
合物である。BPDAを用いたポリイミドは、(1) BP
DAと芳香族ジアミンとの重合反応によって製造する方
法、(2) BPDAと芳香族ジアミンの常温付近の低温下
の重合によって得られるポリアミック酸を閉環イミド化
する方法、などによって製造することができる。
【0003】しかしながら、原料として使用されるBP
DA中に、ビフェニルトリカルボン酸無水物などの不純
物が混入すると、当然であるが、上記ポリマーの重合度
(粘度)の上昇が妨げられ、高分子量のポリイミドまた
はポリアミック酸の生成が妨げられると報告されている
(特開平1−104063号公報)。
【0004】BPDAは、ビフェニルテトラカルボン酸
(以下BTCと言う。)を脱水閉環することによって得
ることができる。BTCは、(i) o−フタル酸ジメチル
の脱水素二量化反応で得られたビフェニルテトラカルボ
ン酸テトラメチルを、酸触媒の存在下で、水性媒体中で
加水分解する方法、(ii)無水フタル酸をハロゲン化して
得られる4−ハロフタル酸を水性媒体中で、アルカリ・
還元剤・Pd触媒の存在下、脱ハロゲン二量化し、ビフェ
ニルテトラカルボン酸テトラアルカリ金属塩水溶液を
得、これを鉱酸で中和する方法、などによって製造する
ことができる。このようにして得られるBTCは、すべ
て3,3´,4,4´−異性体である。
【0005】上記の方法で得られたBTCを脱水閉環さ
せる方法としては、次のような方法が提案されている。
例えば、BTCを2〜10重量倍の無水酢酸中で、10
0℃ないし沸点の範囲で加熱して脱水反応を行ったあ
と、冷却し、析出した結晶を濾過・回収し、乾燥して結
晶に付着した液を除去し、製品を得る方法である。この
方法によると、ビフェニルトリカルボン酸無水物が実質
的に生成しないが、製品の着色、不溶性微粉体の含有、
微量金属の含有量、などの観点から高純度の製品を得る
のは困難である。また、脱水閉環反応が完結していない
場合には、ビフェニルテトラカルボン酸モノ無水物が混
入し、高分子量のポリイミドまたはポリアミック酸の生
成が妨げられる。製品に無水酢酸が残存する場合も、同
様の現象が発生する。
【0006】さらに、BTCを固体状態で150〜23
0℃の温度に加熱し、脱水閉環反応させて得られたBP
DAを、減圧下、250〜400℃の温度に加熱し揮発
させ、次いで、この揮発したBPDAの蒸気を冷却し
て、精製結晶として回収する方法が提案されている(特
公平4−37078号公報)。この方法によると、製品
の着色、微量金属の含有量のみならず、不溶性微粉体の
含有量が少ないBPDAが得られるが、場合により、ビ
フェニルトリカルボン酸無水物(以下「トリ体」と言
う。)が混入し、これが不純物となって、高分子量のポ
リイミドまたはポリアミック酸の生成が妨げられる。特
公平4−37078号公報に記載の方法においては、ト
リ体の生成混入が唯一の問題点である。トリ体は、主
に、150〜230℃の温度に加熱し、脱水閉環反応さ
せる段階、および250〜400℃の温度に昇温する段
階で生成する。
【0007】このトリ体の生成を抑制する目的で、付着
水および結晶水除去する温度に昇温する際の平均昇温速
度を、50℃/時間より高くならないようにし、続い
て、250〜300℃の温度で少なくとも3時間加熱し
て無水化する方法が提案されている(特開平1−104
063号公報)。しかしながら、この方法によると、温
度の制御が難しく、また、操作時間が長いために生産性
が低下する。さらにまた、BTCを加熱処理してBPD
Aを生成させるに際して、250〜300℃の温度で不
活性気体を8〜40時間接触させ、副生するトリ体を反
応混合物から除去しながらBPDAを製造する方法が提
案されている(特公平4−76991号公報)。この方
法では、製品中のトリ体は減少するものの、実質的なト
リ体の生成抑制にはなっていない。この方法では、ま
た、不活性ガスがトリ体と共にBPDAをも同伴し、B
PDAがロスしてしまうほか、極めて長時間の処理を必
要とする、などの問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、BT
Cを加熱して得られたBPDAを減圧下、加熱し揮発さ
せ、次いで、この揮発したBPDAの蒸気を冷却して精
製結晶として回収する際に、トリ体の生成を抑制した工
業的に有利な方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の発明においては、ビフェニルテト
ラカルボン酸を脱水閉環反応を行った後、生成するビフ
ェニルテトラカルボン酸二無水物を加熱溶融し、減圧
下、揮発させ、次いで、揮発分を冷却して精製結晶とし
て回収する方法において、少なくとも、ビフェニルテト
ラカルボン酸の脱水閉環反応および、溶融操作を、攪拌
機を有する反応容器内で行う、という手段を講じている
ものである。
【0010】以下、本発明を詳細に説明する。本発明方
法においては、まず、BTCの脱水閉環反応を行う。脱
水閉環反応は、原料のBTCを、常圧または減圧下、加
熱して行なわれる。原料のBTCは、水湿潤状態のもの
を使用することができる。水湿潤状態の原料を使用した
場合は、まづ、昇温の途中で付着水が、さらには結晶水
も蒸発によって除かれ、続いて、脱水閉環反応が起こ
る。これら一連の反応は、付着水、結晶水および脱水閉
環反応によって生成する水を、反応系外にパージしなが
ら行うと、速度が向上するので、常圧で不活性ガスを流
通しながら、または、減圧下に行うのが好ましい。
【0011】反応温度は、150〜250℃の範囲で選
ぶのが好ましい。温度が低い場合は反応速度が遅く、反
応完結に長時間を要するので好ましくない。温度が高す
ぎると、製品品質上問題となるトリ体が多く生成するの
で好ましくない。反応時間は、原料BTCの付着水の有
無、昇温速度によって変るが、0.5〜10時間の範囲
で選ぶことができる。
【0012】本発明におけるBTCの脱水閉環反応は、
攪拌機を有する反応容器内で行う。BTCの脱水閉環反
応を、攪拌機を有する反応容器内で行うことにより、原
料、反応混合物などを均一に加熱でき、付着水、結晶水
および脱水閉環反応を均一、かつ、迅速に行わせること
ができる。反応容器は、円筒縦型、円筒横型、コーン型
など、通常化学反応を行う際に採用される反応容器に制
限はなく、使用できる。攪拌機の形状としては、パドル
型、タービン型、リボン型、スクリュー型などが挙げら
れる。BTCの脱水閉環反応は、固相で行われるので、
反応系内の均一性を向上するために、円筒縦型または円
筒横型の反応容器に、リボン型またはスクリュー型の攪
拌機を組合せたものが好ましい。
【0013】上記BTCの脱水閉環反応が実質的に終了
した反応物は、次いで、溶融操作に供される。ここで、
「反応が実質的に終了した」とは、BTCまたはビフェ
ニルテトラカルボン酸無水物の含有率が5%以下、好ま
しくは1%以下となった状態を言う。溶融操作は、(1)
溶融操作に続く揮発操作を行う際に反応物の蒸気圧を上
げる、(2) 反応物の揮発操作を同一の容器で行う場合に
は揮発の際に伝熱をよくする、(3) 反応物の揮発操作を
別の容器で行う場合には移送を容易にする、などを目的
とする。
【0014】この反応物の溶融操作も、攪拌機を有する
反応容器内で行う。反応物の溶融操作を行う容器は、上
記脱水閉環反応を行う際に使用するものと同様、円筒縦
型、円筒横型、コーン型など、通常化学反応を行う際に
採用される反応容器に制限はなく、使用できる。攪拌機
の形状としては、パドル型、タービン型、リボン型、ス
クリュー型などが挙げられる。BTCの脱水閉環反応
は、固相で行われるので、反応系内の均一性を向上する
ために、円筒縦型または円筒横型の反応容器に、リボン
型またはスクリュー型の攪拌機を組合せたものが好まし
い。
【0015】上記BTCの脱水閉環反応と、反応物の溶
融操作は、(1) 脱水閉環反応に引き続き同一反応容器で
行うか、または、(2) 一旦、固体状の反応物を反応容器
から取り出し、別の容器に移して行う。上記(2) の場合
は、反応物の移送操作が煩雑であること、固体状の反応
物を溶融操作用の容器に定量的に取り出すのは困難で、
脱水閉環反応用の容器に相当量が残ってしまうこと、か
つ、熱エネルギー消費の点からも効率が悪いことなどの
理由で、上記(1) の同一反応容器で行うのが好ましい。
【0016】反応物の溶融操作の温度は、脱水閉環反応
の温度より高い温度、即ち、BPDAの融点である29
9〜300℃以上で選ぶものとする。脱水閉環反応の温
度から溶融操作の温度への昇温は、1時間当り50℃を
越えない速度とするのが好ましい。溶融操作の時間は、
昇温速度、攪拌状態によって異なるが、通常、昇温時間
も含め、1〜30時間の間で選ぶことができる。
【0017】本発明方法によるときは、溶融操作を終了
後、溶融状態にあるBPDAを揮発させ、揮発したBP
DAを冷却して結晶状にして回収する。BPDAの揮発
操作は、上記溶融操作を行った容器と同一の容器で行う
こともできるし、例えば蒸発釜などの別の容器で行うこ
ともできる。揮発操作は、減圧下で、加熱しつつ行うの
が好ましい。加熱温度が低すぎるとBPDAを効率よく
揮発させることができず、高すぎるとBPDAが熱分解
するので、いずれも好ましくない。本発明者らの実験に
よれば、4000Pa以下の減圧下、好ましくは2700
Pa以下の減圧下、300〜400℃、好ましくは300
〜350℃の温度にするのがよいことが分かった。BP
DAを揮発させる場合の速度は、BPDAに不溶性微粒
子が含まれている場合には、揮発速度が大であると不溶
性微粒子が揮発する蒸気に同伴されて製品に混入するの
で、適切な揮発速度を選ぶことが必要である。
【0018】BPDAの冷却温度は、通常200℃以
下、好ましくは100℃以下である。この冷却方法は、
種々の方法によることができるが、通常、揮発操作を行
う容器、例えば、蒸発釜などの気相部に直結するガス管
先端に配置したドラム式回転冷却器により行うのが好ま
しい。ドラム式回転冷却器に付着したBPDAは、適当
なかきとり装置によって、連続的に容易にかきとられ、
フレークとして回収される。
【0019】
【実施例】次に、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はその要旨を超えない限り、以下の記載例に
限定されるものではない。なお以下の例において、BP
DAの重合テストは、次の記載した方法によって行った
ものである。
【0020】<BPDAの重合テスト>ステンレス製ア
ンカー型攪拌翼、ジャケット、温度計などを備えた容量
500ミリリットルのパイレックス製セパラブルフラス
コに、窒素気流下、4,4´−ジアミノジフェニルエー
テル(工業用グレード)12.500g仕込む。続い
て、水分が100ppm以下のN−メチルピロリドン
(試薬特級)175.0gを仕込んだ。攪拌を開始し、
4,4´−ジアミノジフェニルエーテルを溶解した。フ
ラスコのジャケットに冷媒を通して、内温を20℃に
し、攪拌を停止し、BPDA18.390gを秤量して
仕込んだ。攪拌を開始し、内温を20〜30℃に制御し
つつ、3時間重合反応を行った。生成物をガラス瓶に取
り出し、これを30℃の温度に保ち、回転粘度計(東京
計器(株)製:DVH−B型)によって粘度を測定し
た。
【0021】[実施例1]ダブルヘリカルリボン翼、ジ
ャケット、不活性ガス供給口を備えた円筒縦型の反応容
器に、ビフェニルテトラカルボン酸100重量部を仕込
み、攪拌しつつ、常圧下、215℃の温度に加熱し、2
m3 /時の速度で窒素ガスを流通し、生成する水をパー
ジしながら脱水閉環反応を10時間行った。続いて、同
じ容器で、攪拌しつつ、300℃の温度に昇温し、この
温度で5時間保持し、反応物を溶融させた。溶融液を、
容量1.6m3 の蒸発釜に移送し、温度305℃、圧力
230Paで、BPDAを揮発させた。揮発させたBPD
Aは、蒸発釜の気相部に直結するガス管先端に配置した
ドラム式回転冷却器で析出させ、冷却器に付着したBP
DAの結晶は、かきとり装置によって連続的にかきと
り、フレークとして回収した。このフレークを粉砕して
混合し、80重量部の高純度BPDAを得た。得られた
BPDA中のトリ体の含有率を、液体クロマトグラフィ
ーによって分析したところ、0.2重量%であった。ま
た、上記BPDAの重合テストによって得られたポリマ
ー溶液の粘度は、75000ポイズと高粘度であった。
【0022】[実施例2]実施例1に記載の例におい
て、反応容器を、かき下げ4枚翼、ジャケット、不活性
ガス供給口を備えた円筒縦型のものに代えた他は、同例
におけると同様の手順で、脱水閉環反応、溶融操作、揮
発操作などを行った。得られたBPDA中のトリ体の含
有率を、液体クロマトグラフィーによって分析したとこ
ろ、0.4重量%であった。また、上記BPDAの重合
テストによって得られたポリマー溶液の粘度は、250
00ポイズと高粘度であった。
【0023】[比較例1]実施例1に記載の例におい
て、反応容器を、攪拌機はないが、ジャケット、不活性
ガス供給口を備えた円筒縦型のものに代えた他は、同例
におけると同様の手順で、脱水閉環反応、溶融操作、揮
発操作などを行った。得られたBPDA中のトリ体の含
有率を、液体クロマトグラフィーによって分析したとこ
ろ、1.1重量%であった。また、上記BPDAの重合
テストによって得られたポリマー溶液の粘度は、300
ポイズと低粘度であった。
【0024】
【発明の効果】本発明は、次のような特別に有利な効果
を奏し、その産業上の利用価値は、極めて大である。 1.本発明方法によれば、トリ体の生成を抑制すること
ができ、トリ体含有量の極めて少ない高純度のBPDA
を工業的有利に製造することができる。 2.本発明方法によって得られる高純度のBPDAは、
芳香族ジアミンと反応させたときに、高分子量のポリイ
ミドまたはポリアミック酸を得ることができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビフェニルテトラカルボン酸を脱水閉環
    反応を行った後、生成するビフェニルテトラカルボン酸
    二無水物を加熱溶融し、減圧下、揮発させ、次いで、揮
    発分を冷却して精製結晶として回収する方法において、
    少なくとも、ビフェニルテトラカルボン酸の脱水閉環反
    応および、溶融操作を、攪拌機を有する反応容器内で行
    うことを特徴とする高純度ビフェニルテトラカルボン酸
    二無水物の製造方法。
JP27535194A 1994-11-09 1994-11-09 高純度ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法 Pending JPH08134057A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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