JPH04233938A - ビスクロロホルメ―トから単一の工程でポリカ―ボネ―トを製造する方法 - Google Patents
ビスクロロホルメ―トから単一の工程でポリカ―ボネ―トを製造する方法Info
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- JPH04233938A JPH04233938A JP3201064A JP20106491A JPH04233938A JP H04233938 A JPH04233938 A JP H04233938A JP 3201064 A JP3201064 A JP 3201064A JP 20106491 A JP20106491 A JP 20106491A JP H04233938 A JPH04233938 A JP H04233938A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
組成物から線状のポリカ―ボネ―トを製造する方法に係
り、特に、調整された分子量の線状ポリカ―ボネ―トを
単一の工程で製造することに関する。
の線状ポリカ―ボネ―トへの変換は公知である。たとえ
ば、米国特許第3,646,102号、第4,089,
888号、第4,122,112号および第4,737
,573号を参照されたい。
、ホスゲンとビスフェノ―ル類との反応によるにしても
、線状ポリカ―ボネ―トを製造する方法の多くで分子量
調節用の末端キャッピング剤としてモノヒドロキシ芳香
族化合物を使用する。このモノヒドロキシ芳香族化合物
は、反応混合物中に少量で混入されたとき、末端がクロ
ロホルメ―トで停止したポリマ―と反応して、それ以上
重合することができない不活性の芳香族末端基を形成す
る。
種の中には分子量の非常に低いクロロホルメ―ト分子種
がある。また、ポリカ―ボネ―トの合成にホスゲンを使
用する場合ホスゲン自身も反応して、ジフェニルカ―ボ
ネ―トなどのようなジアリ―ルカ―ボネ―トを生成し得
る。このような低分子量の生成物が製品のポリカ―ボネ
―ト中に存在すると成形操作において困難が生じること
がある。たとえば、成形されたポリカ―ボネ―ト物品を
金型から取出す際の問題、サイクルタイムを短くして部
品を製造する際の問題、および物理的または光学的に欠
陥のある表面をもたない部品の製造の際の問題がある。 この種の問題は光ディスクの製造の場合などのように成
形品の形状の正確さが主たる関心事であるとき特に厄介
な問題となり得る。
スクロロホルメ―ト組成物から線状ポリカ―ボネ―トを
製造する界面法(すなわち、水と、実質的に水と混和し
ない有機の液体とからなる混合系を使用する方法)が記
載されている。この方法では、最初の工程において、ア
ルカリ性の媒質中でビスクロロホルメ―ト組成物をフェ
ノ―ル類またはその塩と反応させて部分的にキャッピン
グされたビスクロロホルメ―ト組成物を生成する。この
組成物は、その後の工程において、通常は少なくとも約
10のpHで、界面ポリカ―ボネ―ト生成触媒(一般に
トリアルキルアミン)と接触させることによって線状の
ポリカ―ボネ―トに変換することができる。この方法で
は、ジアリ―ルカ―ボネ―トなどのような低分子量のカ
―ボネ―トの生成が回避される。
改良の余地がある。まず、触媒の導入は第二の工程でし
か行なわれないので2つの工程が必要であり、したがっ
てやや不便であることが多い。次に、部分的にキャッピ
ングされた組成物を重合させると、水相と有機相との間
でエマルジョンが形成されるため、(低い)pHの読み
が不正確になり、混合物に添加すべき塩基の適正な量を
決定することができないのでpHの制御がうまくいかな
くなることが多い。その結果、塩基が大過剰に存在する
ためポリマ―の分解が生じ得る。
物中に界面ポリカ―ボネ―ト生成触媒が存在するときで
も、ポリカ―ボネ―トを生成するビスクロロホルメ―ト
の加水分解‐縮合反応より、ビスクロロホルメ―ト組成
物のキャッピングの方が速いということである。同じ理
由から、重合プロセスの早期においては反応混合物中に
過剰の塩基が存在していてもあまり有害ではなく、過剰
の塩基がポリカ―ボネ―トの分解を引き起こし得るのは
重合の後期段階のみであり、したがって添加する塩基の
割合がより重要な意味をもつようになるのはこのような
後期段階である。したがって、最初に触媒を添加してキ
ャッピング反応と重合反応を単一の工程で実施すること
が可能であり、その結果反応計画を単純化することがで
きる。
―トの製造方法であり、この方法は、反応を促進する条
件下、水と実質的に水不溶性の不活性有機液体からなる
不均一反応媒質中で、芳香族ビスクロロホルメ―ト組成
物と連鎖停止量のモノヒドロキシ芳香族化合物またはそ
の塩との混合物中に、界面ポリカ―ボネ―ト生成触媒と
水性アルカリ金属塩基とを導入することによって、前記
ビスクロロホルメ―ト組成物とモノヒドロキシ芳香族化
合物とを単一の工程で接触させ(ただし、前記塩基は、
pHを制御することなく、ビスクロロホルメ―トのすべ
てを所望の分子量のポリカ―ボネ―トに変換し、かつ最
終的に非乳化性の不均一系を形成するために少なくとも
化学量論的に充分である量で導入する)、反応混合物の
水相のpHを約10〜13の範囲内の値にするために必
要に応じて漸増的に塩基添加を継続することからなる。
ロホルメ―ト組成物は次式を有する化合物からなる。
ロキシ芳香族化合物およびその他の副生物を減らして、
nが0から約6までであるビスクロロホルメ―トの割合
をできるだけ高くするのが望ましいことが多い。また、
ビスクロロホルメ―ト組成物が本質的にホスゲンを含ま
ないことも必要である。ホスゲンが存在していると、末
端キャッピング剤と反応してジアリ―ルカ―ボネ―トを
形成するが、前述したようにこの存在は不利である。
公知の方法(たとえば、前述の米国特許第4,737,
573号に開示されている方法。この特許は引用により
本明細書に含まれているものとする)により、式HO−
R−OHを有するジヒドロキシ芳香族化合物とホスゲン
との反応によって製造できる。ただし、上記式中のR基
は芳香族炭化水素基でも置換された芳香族炭化水素基で
もよく、置換基としてはアルキル、シクロアルキル、ア
ルケニル(たとえば、アリルなどのような架橋性‐グラ
フト性基)、ハロ(特にフルオロ、クロロおよび/また
はブロモ)、ニトロおよびアルコキシがある。
を有する。ここで、A1 とA2 は各々単環式の二価
の芳香族基であり、Yは1個か2個の原子がA1 とA
2 とを隔てた橋架け基である。A1 とA2 の自由
原子価結合は通常Yに対してメタ位かパラ位にある。
レンでもその置換された誘導体でもよい(置換基はRに
対して定義したようなものである)。置換されてないフ
ェニレン基が好ましい。A1 とA2 の両方がp‐フ
ェニレンであるのが好ましいが、両方がo‐もしくはm
‐フェニレンであってもよいし、または一方がo‐もし
くはm‐フェニレンで他方がp‐フェニレンであっても
よい。
くは1個)がA1とA2 とを隔てることになるような
ものである。最も普通の場合これは炭化水素基、特に飽
和でC1−12の脂肪族または脂環式基、たとえばメチ
レン、シクロヘキシルメチレン、[2.2.1]ビシク
ロヘプチルメチレン、エチレン、エチリデン、2,2‐
プロピリデン、1,1‐(2,2‐ジメチルプロピリデ
ン)、シクロヘキシリデン、シクロペンタデシリデン、
シクロドデシリデンまたは2,2‐アダマンチリデン、
特にアルキリデン基である。アリ―ルで置換された基、
ならびに不飽和の基および炭素と水素以外の元素を含有
する基、たとえばオキシ基も包含される。このY基の脂
肪族、脂環式および芳香族の部分には、すでに挙げたよ
うな置換基が存在していてもよい。A1とA2 がいず
れもp‐フェニレンで、Yがイソプロピリデンであるの
が最も好ましい。
で、ビスクロロホルメ―ト組成物をモノヒドロキシ芳香
族化合物またはその塩と接触させる。このようなキャッ
ピングは、たとえば米国特許第4,473,676号(
これも引用により本明細書に含まれているものとする)
に開示されている。フェノ―ル、p‐t‐ブチルフェノ
―ル、p‐クミルフェノ―ル、オクチルフェノ―ルおよ
びノニルフェノ―ルなどのような化合物と反応させるこ
とができる。フェノ―ルが好ましいことが多い。
水不溶性の有機液体とからなる不均一反応媒質中で行な
う。代表的な有機の液体はヘキサンやn‐ヘプタンなど
のような脂肪族炭化水素、メチレンクロライド、クロロ
ホルム、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
エチレンなどのような塩素化脂肪族炭化水素、クロロベ
ンゼン、o‐ジクロロベンゼン、クロロトルエン類、ニ
トロベンゼンおよびアセトフェノンなどのような置換芳
香族炭化水素、ならびに二硫化炭素である。塩素化脂肪
族炭化水素、特にメチレンクロライドが好ましい。
に「フェノ―ル」ということも時にある)の使用割合は
連鎖を停止させる量であり、これは最終的に形成される
ポリカ―ボネ―トの所望分子量に左右され、次の式に従
う。
を基準にした末端キャッピング剤のモル割合であり、U
は前記構造単位の分子量であり、Mは所望とするポリカ
―ボネ―トの数平均分子量である。次にこの割合をポリ
カ―ボネ―トの分子量分布の概略値に従って調節する。 重量平均分子量は数平均分子量と多分散度との積である
。通常フェノ―ルの量は、ビスクロロホルメ―ト組成物
中の構造単位を基準にして約0.5〜7.0モル%であ
る。
成触媒も導入する。適した触媒は前述の米国特許第4,
737,573号および第4,743,676号に開示
されており、業界でホスゲンとビスフェノ―ル類との反
応に有効であることが知られている第三級アミン類、第
四級アンモニウム塩類、第四級ホスホニウム塩類および
アミジン類がある。代表的なアミンを例示すると、トリ
エチルアミン、トリ‐n‐プロピルアミン、ジエチル‐
n‐プロピルアミン、トリ‐n‐ブチルアミンおよび2
‐ジメチルアミノピリジンがあり、トリエチルアミンが
好ましい。触媒の割合は、通常、ビスクロロホルメ―ト
組成物中の構造単位を基準にして約0.025〜3.0
モル%の範囲内であり、約0.3〜1.5モル%が好ま
しく、約0.3〜0.7モル%の範囲が最も好ましい。
(たとえば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸
ナトリウム、炭酸カリウムまたは重炭酸ナトリウムなど
)を導入する必要がある。通常は、水酸化ナトリウムが
低価格で入手も容易であり、しかも特に適しているため
に好ましく使用される。
を制御することなく、ビスクロロホルメ―トのすべてを
所望の分子量のポリカ―ボネ―トに変換するのに少なく
とも化学量論的に充分な量で塩基を導入する。この量は
簡単な実験で決定できるし、あるいは経験に基づいても
よい。これは、ビスクロロホルメ―ト組成物中の構造単
位1モルに付き、約0.25〜0.75当量であること
が最も多く、約0.5〜0.6当量が好ましい。
加すべき塩基の量を決定するために、少なくとも一回、
好ましくは二回滴定を行なってもよい。この滴定を実施
するには、不均一なビスクロロホルメ―ト組成物のサン
プル(通常は10グラムのサンプル)を取出し、有効量
(通常は約10mg)の界面ポリカ―ボネ―ト生成触媒
(たとえばトリエチルアミンなど)および、場合によっ
ては、非常に高分子量のポリカ―ボネ―トの生成を抑制
するために化学量論量のフェノ―ルを加え、脱イオン水
で50グラムまで希釈し、pHが約10.5になるまで
薄い(通常は約0.25N)塩基を添加する。このpH
は通常反応混合物中に浸したpH電極によって決定する
。
間で通常の加水分解‐縮合反応が起こり、ビスクロロホ
ルメ―ト1当量に対して1当量の塩基が消費されて0.
5モルの二酸化炭素が発生する。その後この二酸化炭素
は1モルに付き2モルの塩基とさらに反応してアルカリ
金属炭酸塩を形成する。
生成反応と極めてよく似ているが、水の添加のためにず
っと希釈された媒質中で起こる点が異なっている。追加
の水によってエマルジョンの生成が抑制され、そのため
pHを正確に読取ることができる。
は上限である。下限は同様な滴定によって確かめること
ができる。ただし、滴定開始前に、過剰のフェノ―ル(
たとえばp‐クミルフェノ―ル)を、通常はメチレンク
ロライド中10%溶液の形態で添加する。約1グラムの
フェノ―ルが適していることが最も多い。過剰のフェノ
―ルのため、これとクロロホルメ―ト基との単純な縮合
の方が、ポリカ―ボネ―トを生成する加水分解‐縮合反
応よりずっと起こり易い。これらの条件下でクロロホル
メ―ト1当量に付き1当量の塩基が消費される。こうし
て決定された上限と下限の間の量の塩基をビスクロロホ
ルメ―ト反応混合物に添加する。
に行なってもよいが、通常は漸増的に添加するのが好ま
しい。すなわち、一般にそのほうがフェノ―ルとビスフ
ェノ―ルを最大限に有効利用できるからである。典型的
な添加時間は約20分間までであり、約10分までが好
ましく、約3〜6分が最も好ましい。
となった発見は、この反応の最初の段階において、ビス
クロロホルメ―トのキャッピングが起こる単純な縮合反
応の方が、ポリカ―ボネ―トの生成に至る加水分解‐縮
合よりずっと速いということである。こうして、ほぼ完
全なキャッピングが起こり、pHを制御することなくポ
リカ―ボネ―トの生成が始まる。
機相との間で形成されたかもしれないエマルジョンは通
常破壊されており、そのため、pH電極などによってp
Hを読取ることができ、調節されたpHの条件下で塩基
添加を続けることが可能である。約10〜13の範囲の
pH、好ましくは約10〜12の範囲のpHで実施され
るこの第二の段階の間にポリカ―ボネ―トの生成が完了
する。
―ボネ―トの生成完了後、すなわちpH制御条件下で塩
基添加が完了した後、そのポリカ―ボネ―トが過度に高
いpH条件にさらされるのを防ぐことである。すでに示
されているとおり、このポリマ―が約12より高いpH
に約15分より長い期間さらされると、遊離のビスフェ
ノ―ルとフェノ―ルの濃度上昇によって立証されるよう
にかなりの分解が起こり得る。
ずれにも適用可能である。バッチ操作の場合、この方法
全体を、通常の撹拌反応容器中で実施することができる
。連続操作の場合、反応系は全くの逆流混合をしてはな
らないが、厳密なプラグ流れ特性をもつ必要はない。 たとえば、2個以上の一連の連続流撹拌槽反応器を使用
し、ビスクロロホルメ―ト組成物、必要な場合の追加の
水、フェノ―ルおよび触媒を同時に供給してもよい。水
性塩基はこれらの供給原材料と共に導入してもよいし、
あるいは、管型反応器のようなプラグ流れ式反応系を使
用する場合にはその流れに沿ったいくつかの注入点から
塩基を加えてもよい。この場合、エマルジョンが破壊さ
れる点を越えた反応系出口付近でpHを読取り、フィ―
ドバック制御を使用して制御されたpH条件下で上流に
添加すべき塩基の量を決定することが可能である。
単離するには従来の手段を使用することができる。通常
、反溶媒による沈澱、濾過および洗浄のような操作が含
まれる。
る。特に断わらない限りパ―セントは重量基準である。 触媒と塩基のモル%はビスクロロホルメ―ト組成物中の
構造単位を基準とする。分子量は重量平均であり、ゲル
透過クロマトグラフィ―で測定した。 実施例1〜7 1リットルの反応器に、pH測定用のポンプ駆動ル
―プ、塩基添加用浸漬管、4℃に冷却した凝縮器、6枚
の平板羽根を有するデュアルブレ―ドタ―ビン型インペ
ラ―、および熱電対を取付けた。この反応器に、620
ミリモルのビスフェノ―ルAカ―ボネ―ト単位を含むビ
スフェノ―ルAビスクロロホルメ―トオリゴマ―組成物
830mlと、脱イオン水350mlと、内部標準とし
てのベンゾフェノン0.5mgとを仕込み、3N塩酸水
溶液を添加してpHを3〜4に調節した。450rpm
で撹拌を開始し、ポンプ駆動ル―プ用の再循環ポンプ
を始動させた。
グラム(4.5モル%)のフェノ―ルと測定量のトリエ
チルアミンを加えた。次に、18mlの50%水酸化ナ
トリウム水溶液(344ミリモル)を全部一度か、また
はいろいろな時間に亘って添加した。この段階の完了後
、混合物は非乳化性になった。水酸化ナトリウム水溶液
を追加して加え、pHを11〜12にした。15分たっ
た後(時間はすべて塩基添加開始時から計る)、反応混
合物のサンプルを取り、高速液体クロマトグラフィ―と
ゲル透過クロマトグラフィ―で分析した。30分後、塩
基を追加してpHを12〜12.5の範囲の値に上昇さ
せ、さらに30分(全部で60分)撹拌を継続した。そ
の後ふたたびサンプルを取出して分析した。結果を、米
国特許第4,743,676号に従ってポリカ―ボネ―
ト生成段階の前に別個のキャッピング工程を設けた対照
と比較して以下の表に示す。
間を約10分までの好ましい範囲内としたとき最も高い
ポリカ―ボネ―トの分子量値が得られる。製品中の遊離
のフェノ―ルとビスフェノ―ルAの最小値によって示さ
れるように最適の安定性を有するポリカ―ボネ―トは約
3〜6分の最も好ましい塩基添加時間で得られる。好ま
しい低レベルの触媒濃度(0.5モル%)の時、それよ
り高い濃度(1モル%)の時よりポリカ―ボネ―トの分
解が少ない。すべての実施例で、遊離のフェノ―ルとビ
スフェノ―ルAの割合は対照の場合より低かった。最後
に、好ましい範囲を越えるpHで塩基にさらす時間を長
くすると、遊離のビスフェノ―ルAの濃度によって示さ
れているように分解が増大することが多く、この現象は
触媒濃度が高い方がずっと顕著である。
Claims (20)
- 【請求項1】 反応促進性条件下、水および不活性で
実質的に水不溶性の有機液体からなる不均一反応媒質中
で、芳香族ビスクロロホルメ―ト組成物および連鎖停止
量のモノヒドロキシ芳香族化合物またはその塩の混合物
中に、界面ポリカ―ボネ―ト生成触媒および水性アルカ
リ金属塩基を導入することによって、前記芳香族ビスク
ロロホルメ―ト組成物とモノヒドロキシ芳香族化合物と
を単一の工程で接触させ(ただし、前記塩基は、pHを
制御することなく、ビスクロロホルメ―トのすべてを所
望の分子量のポリカ―ボネ―トに変換し、かつ最終的に
非乳化性の不均一系を形成するために少なくとも化学量
論的に充分である量で導入する)、反応混合物の水相の
pHを約11〜14の範囲内の値にするために必要に応
じて漸増的に塩基添加を継続することからなる芳香族ポ
リカ―ボネ―トの製造方法。 - 【請求項2】 芳香族ビスクロロホルメ―ト組成物が
、式 【化1】 - 【請求項3】 各Rが式−A1 −Y−A2 −(式
中、A1 およびA2 の各々は単環式の二価の芳香族
基であり、Yは1個または2個の原子がA1 とA2
とを隔てた橋架け基である)を有している、請求項2記
載の方法。 - 【請求項4】 有機液体が塩素化された脂肪族炭化水
素である、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 モノヒドロキシ芳香族化合物がフェノ
―ル、p‐t‐ブチルフェノ―ル、p‐クミルフェノ―
ル、オクチルフェノ―ルまたはノニルフェノ―ルである
、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 pHを制御することなく添加する塩基
の量がビスクロロホルメ―ト組成物中の構造単位1モル
に付き約0.25〜0.75当量である、請求項5記載
の方法。 - 【請求項7】 モノヒドロキシ芳香族化合物の量がビ
スクロロホルメ―ト組成物中の構造単位を基準にして約
0.5〜7.0モル%である、請求項5記載の方法。 - 【請求項8】 pHを制御することなく添加する塩基
の量を滴定によって決定する、請求項5記載の方法。 - 【請求項9】 触媒の割合がビスクロロホルメ―ト組
成物中の構造単位を基準にして約0.025〜3.0モ
ル%である、請求項5記載の方法。 - 【請求項10】 塩基が水酸化ナトリウムである、請
求項5記載の方法。 - 【請求項11】 塩素化された脂肪族炭化水素がメチ
レンクロライドである、請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 触媒の割合がビスクロロホルメ―ト
組成物中の構造単位を基準にして約0.3〜1.5モル
%である、請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 pHを制御することなく添加する水
酸化ナトリウムを漸増的に添加する、請求項12記載の
方法。 - 【請求項14】 反応混合物の最終pHが約11〜1
3の範囲である、請求項13記載の方法。 - 【請求項15】 A1 およびA2 が各々p‐フェ
ニレンであり、Yがイソプロピリデンである、請求項1
4記載の方法。 - 【請求項16】 界面ポリカ―ボネ―ト生成触媒がト
リエチルアミンである、請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 pHを制御することなく添加する塩
基の量がビスクロロホルメ―ト組成物中の構造単位1モ
ルに付き約0.5〜0.6当量である、請求項13記載
の方法。 - 【請求項18】 反応混合物の最終pHが約11〜1
2の範囲である、請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 トリエチルアミンの割合がビスクロ
ロホルメ―ト組成物中の構造単位を基準にして約0.3
〜0.7モル%である、請求項18記載の方法。 - 【請求項20】 モノヒドロキシ芳香族化合物がフェ
ノ―ル、p‐t‐ブチルフェノ―ルまたはp‐クミルフ
ェノ―ルである、請求項18記載の方法。
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