JPWO2014115746A1 - ポリアリレートの製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の好ましい態様によれば、2価フェノール成分と芳香族ジカルボン酸成分とからなるポリアリレートの製造方法であって、界面重合反応工程において、下記式(1)に示される重合触媒の存在下、往復回転式撹拌機を使用して界面重合反応をすることを特徴とするポリアリレートの製造方法を提供することができる。【化1】(式中のnは2、3、4のいずれかを示し、Yはエチル基、プロピル基、ブチル基又はベンジル基を示し、XはCl、Br、OH、又はHSO4を表す。)

Description

本発明は、ポリアリレートの製造方法に係り、特にポリスチレン換算重量平均分子量が2万以上15万未満のポリアリレートの製造において効果を発揮する製造方法である。
ポリアリレートは、機械的特性、電気特性などに優れ、エンジニアリングプラスチックとして電気・電子機器分野、自動車分野、OA機器分野などさまざまな分野において幅広く使用されている。特にポリスチレン換算重量平均分子量が2万以上15万未満のポリアリレートは、被膜材料として使用した場合に高強度であり、産業上の利用価値は極めて高い。
ポリアリレートは、2価フェノールと芳香族ジカルボン酸又はこれらの誘導体を原料とし、公知のポリエステル重合方法を用いて製造される。重合方法としては、界面重合、溶液重合、溶融重合などが挙げられるが、界面重合が好ましい。
界面重合は、2価フェノールをアルカリ水溶液に溶解させた水相と、2価カルボン酸ハライドを水に溶解しない有機溶剤に溶解させた有機相とを、触媒の存在下で混合することによって行なわれる。(非特許文献1、特許文献1)
界面重合は、溶液重合と比較して反応が速く、酸ハライドの加水分解を最小限に抑えられ、結果として高分子量のポリアリレートを得ることができる。
特に、高分子量のポリアリレートを製造する場合においては、酸ハライドの加水分解を極小化することが必要である。その方法として、例えば、特許文献2に示されるように、界面重合反応工程において、マックスブレンド型翼(住友重機械工業株式会社登録商標)を用いて、重合速度の速い重合触媒(トリn−ブチルベンジルアンモニウムクロライド)の存在下、撹拌機の回転数を撹拌動力が0.4〜1.2kW/mとなるように調整しながら界面重合することで高分子量のポリアリレートを製造する方法がある。しかしながら、上記方法での重合時間等には改善の余地があった。
特許文献3には、芳香族炭酸エステルの製造方法において、撹拌装置として往復回転式撹拌機を使用する方法が記載されている。しかし、特許文献3は、樹脂の製造方法に関するものではなく、ましてやポリアリレートの製造方法に関するものでもない。
特許文献4では、用いる撹拌装置として、往復回転式攪拌機を含む様々な攪拌機が列挙されているが、好ましい攪拌機の記載はない。しかも、特許文献4は、脂肪族ポリエステルの製造方法に関するものであり、ポリアリレートの製造方法に関する記載は全くない。
特公昭40−1959号公報 特開2007−217502号公報 特開平7−224008号公報 特開2009−256643号公報
W.M.EARECKSON,J.Poly.Sci. XL399(1959)
本発明は、ポリアリレートを工業的に安定して、さらに従来の製造方法よりも短い重合時間で効率的に製造する方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究した結果、界面重合反応工程において、往復回転式撹拌機を使用して界面重合反応をすることで上記課題が解決されることを見出して本発明に到達した。すなわち、本発明は、以下の態様を含むものである。
<1> 2価フェノール成分と芳香族ジカルボン酸成分とからなるポリアリレートの製造方法であって、界面重合反応工程において、往復回転式撹拌機を使用して界面重合反応をすることを特徴とするポリアリレートの製造方法である。
<2> 下記式(1)に示される重合触媒の存在下、界面重合反応をする上記<1>記載のポリアリレートの製造方法である。
Figure 2014115746
(式中のnは2、3、4のいずれかを示し、Yはエチル基、プロピル基、ブチル基又はベンジル基を示し、XはCl、Br、OH、又はHSOを表す。)
<3> 界面重合反応工程において、往復回転式撹拌機の撹拌動力を1〜10kW/mに制御して使用する上記<1>または<2>記載のポリアリレートの製造方法である。
<4> 界面重合反応工程において、使用する往復回転式撹拌機の翼形状が三角翼である上記<1>〜<3>のいずれかに記載のポリアリレートの製造方法である。
<5> ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定されるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)が2万以上15万未満であるポリアリレートが得られる上記<1>〜<4>のいずれかに記載のポリアリレートの製造方法である。
本発明の好ましい態様によれば、ポリスチレン換算重量平均分子量が2万以上15万未満であるポリアリレートを安定かつ高効率的に製造することが可能となる。本発明の好ましい態様で得られるポリアリレートは、強度が著しく高いので、被膜材料にした場合、電気・電子分野などにおいて広く使用することができ、産業上の利用価値は極めて高い。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明でいうポリアリレートとは、2価フェノール成分と芳香族ジカルボン酸成分とから構成されているポリエステルである。
本発明において、2価フェノール成分としては、例えば、1,1’−ビフェニル−4,4’−ジオール、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルファイド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノ−ルA;BPA)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン(ビスフェノ−ルZ;BPZ)、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロドデカン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−[1,3−フェニレンビス(1−メチルエチリデン)]ビスフェノール、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−t−ブチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−ブロモフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−クロロフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン(ビスフェノ−ルC;BPC)、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−ポリジメチルプロピルフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシ−3−エチルフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシ−3−t−ブチルフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシ−3−アリルフェニル)エーテル、ビス(2−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシ−3−フルオロフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシ−3−フェニルフェニル)エーテル、α,ω−ビス[2−(p−ヒドロキシフェニル)エチル]ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス[3−(o−ヒドロキシフェニル)プロピル]ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス[3−(4−ヒドロキシ−3−メトキシフェニル)プロピル]ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス[3−(p−ヒドロキシフェニル)プロピル]ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス[2−メチル−2−(p−ヒドロキシフェニル)エチル]ポリジメチルシロキサンなどを用いることができる。これらの中でも、好ましくは、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノ−ルA;BPA)、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン(ビスフェノ−ルZ;BPZ)、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン(ビスフェノ−ルC;BPC)が挙げられる。
また、芳香族ジカルボン酸成分としては、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、ジフェン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、4,4’−ジカルボン酸、3−tert−ブチルイソフタル酸、トルエン−2,5−ジカルボン酸、p−キシレン−2,5−ジカルボン酸、ピリジン−2,3−ジカルボン酸、ピリジン−2,4−ジカルボン酸、ピリジン−2,5−ジカルボン酸、ピリジン−2,6−ジカルボン酸、ピリジン−3,4−ジカルボン酸、ピリジン−3,5−ジカルボン酸、ナフタレン−1,4−ジカルボン酸、ナフタレン−2,3−ジカルボン酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ビフェニル−2,2’−ジカルボン酸、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−2,2’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−2,3’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−2,4’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−3,3’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−3,4’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸、ビス(4−カルボキシ−3−メチルフェニル)エーテル、ビス(4−カルボキシ−2−メチルフェニル)エーテル、ビス(4−カルボキシ−3−エチルフェニル)エーテル、ビス(4−カルボキシ−2−エチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−3−メチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−4−メチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−5−メチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−6−メチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−3−エチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−4−エチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−5−エチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−6−エチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−2−メチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−4−メチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−5−メチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−6−メチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−2−エチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−4−エチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−5−エチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−6−エチルフェニル)エーテル等が挙げられる。これらの中でも、好ましくは、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−1,4−ジカルボン酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ビフェニル−2,2’−ジカルボン酸、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−2,2’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−3,3’−ジカルボン酸、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸、ビス(4−カルボキシ−3−メチルフェニル)エーテル、ビス(4−カルボキシ−2−メチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−3−メチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−4−メチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−5−メチルフェニル)エーテル、ビス(2−カルボキシ−6−メチルフェニル) エーテル、ビス( 3−カルボキシ−2−メチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−4−メチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−5−メチルフェニル)エーテル、ビス(3−カルボキシ−6−メチルフェニル)エーテルであり、特に好適に用いることのできる芳香族ジカルボン酸は、テレフタル酸とイソフタル酸の等量混合物である。
本発明は、基本的には、2価フェノールをアルカリ水溶液に溶解させた水相と、2価カルボン酸ハライドを水に溶解しない有機溶剤に溶解させた有機相とを、触媒の存在下で混合することによって界面重合を行ない、ポリアリレートを製造するものであるが、水相に用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが挙げられる。
また、有機相に用いる溶媒としては、水と相溶せず、かつ、生成するポリアリレートを溶解するような溶媒が用いられ、具体的には、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼンなどの塩素系溶媒、トルエン、ベンゼン、キシレンなどの芳香族系炭化水素、テトラヒドロフランなどが挙げられる。
本発明で使用される特定の重合触媒としては、下記式(1)で示される化学構造を有する第4級アンモニウム塩が好ましく挙げられる。また、下記式(1)’で示される化学構造を有する第4級アンモニウム塩も好ましく挙げられる。

Figure 2014115746
(式中のnは2、3、4のいずれかを示し、Yはエチル基、プロピル基、ブチル基又はベンジル基を示し、XはCl、Br、OH、又はHSOを表す。)
Figure 2014115746
(式中のYはブチル基又はベンジル基を示し、XはCl、Br、OH、又はHSOを表す。)
具体的には、トリエチルベンジルアンモニウムクロライド、トリエチルベンジルアンモニウムブロマイド、トリエチルベンジルアンモニウムヒドキサイド、トリエチルベンジルアンモニウムハイドロジェンサルフェート、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラエチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロジェンサルフェート、トリプロピルベンジルアンモニウムクロライド、トリプロピルベンジルアンモニウムブロマイド、トリプロピルベンジルアンモニウムヒドキサイド、トリプロピルベンジルアンモニウムハイドロジェンサルフェート、テトラプロピルアンモニウムクロライド、テトラプロピルアンモニウムブロマイド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキサイド、テトラプロピルアンモニウムハイドロジェンサルフェート、トリn−ブチルベンジルアンモニウムクロライド、トリn−ブチルベンジルアンモニウムブロマイド、トリn−ブチルベンジルアンモニウムヒドキサイド、トリn−ブチルベンジルアンモニウムハイドロジェンサルフェート、テトラn−ブチルアンモニウムクロライド、テトラn−ブチルアンモニウムブロマイド、テトラn−ブチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラn−ブチルアンモニウムハイドロジェンサルフェートが挙げられる。
ポリアリレートの分子量を調節するために、重合時に末端停止剤を使用することができる。末端停止剤の例として、フェノール、p−クレゾール、o−クレゾール、2,4−キシレノール、p−t−ブチルフェノール、o−アリルフェノール、p−アリルフェノール、p−ヒドロキシスチレン、p−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、p−プロピルフェノール、p−クミルフェノール、p−フェニルフェノール、o−フェニルフェノール、p−トリフルオロメチルフェノール、p−ノニルフェノール、p−ドデシルフェノール、オイゲノール等の1価のフェノール類、安息香酸クロライド、メタンスルホニルクロライド、フェニルクロロホルメートなどの1価の酸クロライドなどが挙げられる。
界面重合は、有機相の溶液を前述の水相の溶液に混合し、通常は40℃以下、さらに好ましくは25℃以下の温度で0.1〜5時間撹拌しながら界面重縮合反応を行なうことによって、高分子量のポリアリレートを得ることができる。
本発明のポリアリレートは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略称)で測定されるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は2万以上15万未満であることが好ましく、より好ましくは、3万以上13万以下である。またポリスチレン換算数平均分子量(Mn)は0.4万以上8万未満が好ましい。ポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)が2万未満になると、被膜材料としての機械的強度が低下し、一方、ポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)が15万を超えると、被膜にするときの加工性が低下することがある。
本発明で使用するポリアリレートの反応器としては、往復回転式撹拌機を備えた槽型反応器を用いることができる。本発明は、界面重合反応工程において、往復回転式撹拌機を使用して界面重合反応をすることを特徴の一つとする。本発明において、往復回転式撹拌機とは、撹拌軸が一方回転ではなく、1/4回転ごとに反転をする撹拌機を指す。反応中の撹拌については、撹拌動力を1〜10kW/mの範囲に制御することが好ましく、より好ましくは1〜8kW/mであり、特に好ましくは1〜5kW/mである。撹拌動力が1kW/m未満になると、水相と有機相の十分な混合が得られず、水相と有機相の接触面積が少なくなり、反応速度が遅くなるため、安定かつ高効率的にポリアリレート樹脂を製造することができないことがある。
また、撹拌動力が10kW/mを超えると、ポリマー鎖や酸ハライドの分解速度が上昇し、分子量制御が困難となることがある。また、樹脂溶液が乳化し白濁することにより重合工程終了後の樹脂溶液精製効率が低下することがある。上記2つの理由により、安定かつ高効率的にポリアリレート樹脂を製造することができないことがある。
また、前記の撹拌動力で撹拌するための撹拌翼としては、混合するまでの時間と、缶内伝熱を均質にするという観点から三角翼を用いるのが好ましい。ここで、三角翼とは断面形状が三角である撹拌翼を指す。
次に実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
<GPC条件>
Waters社製アライアンスHPLCシステム、
昭和電工株式会社製Shodex805Lカラム2本、
0.25w/v%クロロホルム溶液サンプル、1ml/分クロロホルム溶離液、
254nmのUV検出の条件で測定。
ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)を求めた。
<実施例1>
槽型反応容器中に、撹拌機として往復回転式撹拌機アジター(株式会社島崎製作所登録商標)に三角翼を装備した。その中に2価フェノールとして2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(以下、BPAと略す。)49g(0.21モル)、末端停止剤であるp−tert−ブチルフェノール(以下、PTBPと略す。)0.63g(0.0042モル)、重合触媒であるトリn−ブチルベンジルアンモニウムクロライド(以下、TBBACと略す。)を全2価フェノールに対して、1モル%(0.67g)を、3w/w%の水酸化ナトリウム水溶液730mlに溶解した(水相)。これとは別に、塩化メチレン530mlに、テレフタル酸クロライド/イソフタル酸クロライド=1/1混合物(以下、MPCと略す。)44g(0.22モル)を溶解した(有機相)。
撹拌機の撹拌動力を7kW/mになるように調整した水相中に有機相を強撹拌下で添加し、15℃で1時間界面重縮合反応を行なった。重合を停止した後、重合液を水相と有機相に分離し、有機相をリン酸で中和し、洗液のpHが中性になり、かつ水相の導電率が10μS/cm以下になるまで水洗を繰り返した後、得られた重合体溶液を、50℃に保った温水に滴下し、ホモジナイザーで粉砕しながら溶媒を蒸発除去して、白色粉末状沈殿物を得た。得られた沈殿物を濾過し、120℃、24時間乾燥して、乾燥粉末を得た。
<実施例2>
実施例1において、2価フェノールとしてBPAの代わりに2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン(以下BPCと略)55g(0.21モル)を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリアリレート樹脂を得た。
<実施例3>
実施例1において、2価フェノールとしてBPAの代わりに1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン(以下BPZと略)57.5g(0.21モル)を用い、末端停止剤であるPTBPを0.51g(0.0034モル)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリアリレート樹脂を得た。
<実施例4>
実施例1において、撹拌動力を3kW/mに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリアリレート樹脂を得た。
<実施例5>
実施例1において、撹拌動力を1kW/mに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリアリレート樹脂を得た。
<実施例6>
実施例1において、重合触媒をトリエチルベンジルアンモニウムクロライド(以下、TEBACと略す。)に変更し、その使用量を全2価フェノールに対して、10モル%(4.9g)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリアリレート樹脂を得た。
<実施例7>
実施例1において、撹拌動力を12kW/mに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行ったところ、ポリアリレート樹脂を得ることはできたが、樹脂溶液が乳化し白濁することにより重合工程終了後の樹脂溶液精製効率が低下した。
<実施例8>
実施例1において、撹拌動力を0.8kW/mに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリアリレート樹脂を得た。
<比較例1>
実施例1において、一方回転型撹拌機にマックスブレンド型翼を装備し、撹拌動力を1kW/mに制御して界面重縮合反応を行った以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリアリレート樹脂を得た。
<比較例2>
比較例1において、撹拌動力を3kW/mに変更した以外は、比較例1と同様の操作を行なったところ、撹拌流によって溶液が壁面に強く押しつけられ過ぎて反応槽から飛び散り、合成することができなかった。
<比較例3>
比較例1において、撹拌動力を7kW/mに変更した以外は、比較例1と同様の操作を行なったところ、比較例2と同様に、撹拌流によって溶液が壁面に強く押しつけられ過ぎて反応槽から飛び散り、合成することができなかった。
表1に、実施例1〜8、比較例1〜3の結果をまとめて示した。

Figure 2014115746
本発明により、ポリアリレートを工業的に安定して、さらに従来の製造方法よりも短い重合時間で効率的に製造できる。製造したポリアリレートは高分子量であるため強度が著しく高いので、被膜材料にした場合、電気・電子分野などにおいて広く使用することができ、産業上の利用価値は極めて高い。

Claims (5)

  1. 2価フェノール成分と芳香族ジカルボン酸成分とからなるポリアリレートの製造方法であって、界面重合反応工程において、往復回転式撹拌機を使用して界面重合反応をすることを特徴とするポリアリレートの製造方法。
  2. 下記式(1)に示される重合触媒の存在下、界面重合反応をする請求項1記載のポリアリレートの製造方法。
    Figure 2014115746
    (式中のnは2、3、4のいずれかを示し、Yはエチル基、プロピル基、ブチル基又はベンジル基を示し、XはCl、Br、OH、又はHSOを表す。)
  3. 界面重合反応工程において、往復回転式撹拌機の撹拌動力を1〜10kW/mに制御して使用する請求項1または2記載のポリアリレートの製造方法。
  4. 界面重合反応工程において、使用する往復回転式撹拌機の翼形状が三角翼である請求項1〜3のいずれかに記載のポリアリレートの製造方法。
  5. ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定されるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)が2万以上15万未満であるポリアリレートが得られる請求項1〜4のいずれかに記載のポリアリレートの製造方法。
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