JPH11501316A - テトラブロモビスフェノール−aの製造方法 - Google Patents

テトラブロモビスフェノール−aの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明はテトラブロモビスフェノール−Aの製造方法に関し、この方法は、反応媒体として水と水混和性溶媒を用いること、反応温度を50から100℃にすること、そしてビスフェノール−Aを反応槽に供給している間の反応媒体に未反応Br2を存在させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 テトラブロモビスフェノール−Aの製造方法発明の背景 本発明はテトラブロモビスフェノール−Aを高い効率で製造する方法に関する 。 テトラブロモビスフェノール−Aは世界中で最も幅広く用いられている臭化難 燃剤の1つである。これはスチレン系熱可塑材およびある種の熱硬化性樹脂に難 燃性を与える目的で広範に用いられている。 テトラブロモビスフェノール−Aの製造で商業的に用いられている方法は一般 に3つのカテゴリーに入る。1番目のカテゴリーは、テトラブロモビスフェノー ル−Aと一緒に臭化メチルを実質的に量で共生成させる方法を包含する。一般的 には、生成させるテトラブロモビスフェノール−A 100ポンド当たり40− 50ポンドに及んで臭化メチルが生じると予測され得る。この臭化物は薫蒸剤と してそして薬剤もしくは農業化学品の中間体として大きな市場を有することから 、今のところ、臭化メチルが一緒に生成することは望ましいと考えられている。 この1番目のカテゴリーの範囲内の方法は、ほとんどの場合、ビスフェノールA と臭素をメタノール中で反応させることを特徴とする。ビスフェノールAの芳香 臭素化(ar−bromination)は、HBrが芳香臭素化部位当たり1 モル生成する置換反応である。従って、このようなテトラブロモビスフェノール −Aの製造では、HBrが、生成するテトラブロモビスフェノール−A 1モル 当たり4モル生じる。このHBrは、逆に、メタノール溶媒と反応して臭化メチ ル共生成物をもたらす。ビスフェノール−Aと臭素の供給が終了した後、反応槽 の内容物を1から2 時間加熱処理して反応を完結させる。この反応が終了した時点で、反応槽の内容 物に水を加えることで所望のテトラブロモビスフェノール−A生成物を析出させ る。 2番目のカテゴリーの方法は、臭化メチルを実質的量で共生成させることなく かつHBrをBr2に変化させる酸化剤を用いることなくテトラブロモビスフェ ノール−Aの製造を行うことを特徴とする。米国特許第4,990,321;5, 008,469;5,059,726および5,138,103号を参照のこと。こ のような方法ではビスフェノールAの臭素化を一般にメタノール溶媒と特定量の 水を存在させて低温、即ち0から20℃で行う。水を用いそして温度を低くする ことからメタノールとHBrの間の反応が遅くなって臭化メチルの生成量が少な くなる。しかしながら、この水の使用量は、テトラブロモビスフェノール−Aを 反応マス(reaction mass)から沈澱させるほど多い量ではない。 この目的で加えられる追加的水は反応の終了時に添加される。この種類の方法の 1つの欠点は、反応体を全部仕込んだ後に要する熟成期間、即ち加熱処理時間が かなり長いことと最後に水を添加してテトラブロモビスフェノール−Aを最終的 に沈澱させることで追加的に工程時間を要する点である。 3番目のカテゴリーに入る方法は、臭素によるビスフェノール−Aの臭素化を 溶媒と任意に酸化剤、例えばH2O2、Cl2などを存在させて行うことを特徴と する。米国特許第3,929,907号、米国特許第4,180,684号、米 国特許第5,068,463号および日本特許77034620 B4 77/ 09/05を参照のこと。その溶媒は一般に水に混和しないハロゲン化有機化合 物である。その反応マスで 水を用いて2相系を生じさせる。テトラブロモビスフェノール−Aは、ビスフェ ノールAが臭素化されるにつれて溶媒の中に入る。共生成するHBrは水中に存 在する。酸化剤を用いると、HBrがBr2に酸化され、このBr2は、その後、 さらなるビスフェノール−Aの臭素化および臭素化が不完全な種の臭素化で利用 される。HBrがBr2に酸化されることで、反応槽に供給する必要があるBr2 供給材料の量はビスフェノールA 1モル当たり約2モルのみである。テトラブ ロモビスフェノール−Aを溶媒から回収する時、その溶液を、テトラブロモビス フェノール−Aの沈澱が起こるまで冷却する。しかしながら、この種類の方法は 万能ではない、と言うのは、ハロゲン化有機溶媒の取り扱い、精製および再利用 に費用がかかるからである。加うるに、テトラブロモビスフェノール−Aの回収 で溶液を冷却する時に追加的費用と工程時間を要する。 臭化メチルの市場が活発である限り1番目のカテゴリーの方法が商業的に魅力 があることは認められている。しかしながら、臭化メチルを薫蒸剤として用いる ことを禁止しようとする提案が国際的なレベルで現在成されようとしている。薫 蒸剤の市場が臭化メチルの主要な市場であることから、臭化メチルが実質的量で 共生成しないテトラブロモビスフェノール−A方法が求められているのは明らか である。このような方法を商業的に成功させるには共生成する臭化メチルを販売 することで得られる収入の利点なしにテトラブロモビスフェノール−Aを経済的 に製造する必要があることから、これは困難な仕事である。発明 本発明の方法は、高品質のテトラブロモビスフェノール−Aを高収率で効率良 く製造することを特徴とする。この方法はバッチ式または連続 式に実施可能である。この方法をバッチ式に実施する場合、時間を消費する1時 間に加えて反応後の加熱処理期間も反応後のテトラブロモビスフェノール−A沈 澱段階も必要としないことで反応槽における時間が比較的短いことから、工程効 率が向上する。このテトラブロモビスフェノール−Aの製造で連続方法を用いる ことはそれ自身ユニークであり、本発明の方法の特徴である反応時間が短いこと とテトラブロモビスフェノール−A沈澱時間が短いことで連続方法の使用が可能 になる。連続式の場合、生成物の生産量を損失させることなく反応槽のサイズを 実質的に小さくすることができる。 本発明の方法では、この上に示した反応効率に加えて、臭化メチルを付随して 実質的に生じさせることなく、即ち臭化メチルの量をテトラブロモビスフェノー ル−A生成物100ポンド当たり1.0から0.2ポンドの如く少なくしながら 、メタノールを基とする溶媒中でテトラブロモビスフェノール−Aを高い収率で 製造することができる。更に、反応槽に供給すBr2の量をビスフェノール−A 1モル当たり約2モルのみにしたとしてもテトラブロモビスフェノール−Aを 高い収率で得ることができる。 上記利点は(1)水に混和する溶媒、例えばメタノールなどと比較的多い量の 水を存在させて反応マスを比較的高い温度に維持しながらビスフェノール−Aを 臭素化しそして任意にそれと同時に(2)該反応マス中で生じたHBrをBr2 に酸化してそれを臭素化で用いると得られることを見い出した。以下に考察する ように、(1)の特徴は、伝統的には、低品質のテトラブロモビスフェノール− Aが低い収率で生じそして/または臭化メチルが共生成することを助長するもの であると考えられ ていた。 本発明に従い、テトラブロモビスフェノール−Aの製造を、 a. ビスフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液を反応槽に供給 することで水を液相中の水と水混和性溶媒の量を基準にして約15重量%以上か ら約65重量%含有する液相を有する反応マスを少なくともある程度生じさせ、 b. (a)中、該反応マスに未反応のBr2を存在させることにより、テトラ ブロモビスフェノール−Aの沈澱物を生じさせ、そして c. 反応マスの温度を約30から約100℃の範囲内にする、 ことで行うことができる。 また、本発明に従い、テトラブロモビスフェノール−Aの製造を、 a. ビスフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液とBr2を反応 槽に一緒に供給することで、水を液相中の水と水混和性溶媒の量を基準にして約 15重量%以上から約65重量%含有する液相を有する反応マスを少なくともあ る程度生じさせ、 b. (a)中、該液相に未反応のBr2を少なくとも約50ppm含有させ、 そして c. 反応マスの温度を約30から約100℃の範囲内にする、 ことで行うことができる。 ビスフェノール−A/水/溶媒の溶液とBr2を一緒に供給することによって 上記反応マスの生成を最良に達成することができる。一緒に供給するは、Br2 の供給期間と溶液の供給期間を互いに少なくともある程度重ね合わせることを意 味する(供給期間は、主題となる供給材料の全部を反応槽に供給する期間である )。例えば、Br2の供給を開始し た後に上記溶液の供給を開始し、その後、両方の供給を終了まで同時に行っても よい。別の例では、最初にBr2を供給した後に上記溶液を連続して供給し、そ れに伴ってBr2の供給を継続するが、この供給を間欠的に中断するか或は段階 的に行うことも可能である。更に別の例では、Br2の供給を開始した後にその 2者の供給を特定量のBr2が供給されるまで同時に行うように上記溶液を供給 する。その時点で、上記溶液の供給が終了するまでこれの供給を単独で継続する 。一緒に供給する他の方式は、上記溶液の供給を間欠的に中断するか或はBr2 が入っている反応槽に上記溶液を最初に供給した後にBr2と上記溶液を一緒に 供給することを特徴とし得る。最後に、Br2の供給と上記溶液の供給を時間的 に互いに全く同時に行うことも可能である。 Br2の供給期間と上記溶液の供給期間をある程度重ね合わせない供給も可能 であるが、一般的には好適でない。例えば、Br2を全部供給した後に上記溶液 を供給することも可能である。しかしながら、このような供給方式では、反応条 件に応じて、Br2の濃度が高い(これはビスフェノール−Aを初めて供給した 時に見られる)ことが原因で望ましくない副生成物の生成がもたらされる可能性 がある。別の方式、即ちBr2を供給する前にビスフェノール−Aを多量に供給 する方式では、トリブロモビスフェノール−Aが多量に沈澱し得ることから好適 でないであろう。 しかしながら、供給を行う時、これを本方法の段階(b)の要求に調和させる べきである。 Br2供給材料として用いるに市販のBr2が適切である。Br2が望ましくな い不純物を含有する場合には通常の精製技術、例えば蒸留、 H2SO4を用いた処理などでそれを処理してもよく、このような技術は本分野の 技衛者によく知られている。 Br2は液体または気体として反応槽に供給可能である。この供給材料を気体 状にするのが好適である。Br2が液状であるか或は気体状であるかに拘らず、 この供給材料を入れる地点を反応マスの表面下にするのが好適である。これを便 利にはディップチューブ(dip tube)を用いて達成する。この供給材料 が液状である場合、これを表面上に供給すると、はねかえり(splatter ing)が起こり得ることおよび混合が不充分になることと競う必要がある。 この反応マスに入れる水の量は、この反応マスに含まれる液相中の水と水混和 性溶媒の全量を基準にして約15重量%以上から約65重量%の範囲内でなけれ ばならない。この水の供給量を、好適には、水が約25から約65重量%の範囲 になるような量にする。最も高度に好適な範囲は約25から約50重量%の範囲 である。上記水混和性溶媒がメタノールである場合の好適な水量は約30から約 45重量%である。 この反応マスの水含有量は本発明の重要な面である。如何なる特別な理論によ っても本発明の方法を制限するものでないが、水を含有させると臭化メチルの生 成量が大きく低下すると同時にテトラブロモビスフェノール−A生成物の純度が 高くなると考えている。 ビスフェノール−AとBr2の間で臭素置換反応が起こることによって共生成 するHBrが反応マス中の多量の水で希釈されることから、臭化メチルの生成量 が少なくなる。更に、HBrは水と反応してH3OBrを生じるが、これが水混 和性溶媒、例えばメタノールなどと反応する速度は非常に遅い。 水の存在量を考えると、テトラブロモビスフェノール−A生成物の純度は予想 外である。一般的には、このような量で水を存在させると臭素化が不完全な種、 例えばトリブロモビスフェノール−Aなどがテトラブロモビスフェノール−A種 と一緒に沈澱すると予測されていた。このような共沈は、四臭化生成物が高い純 度で得られることとは対照的である。この多量の水は、本発明の方法に対して有 害な作用を示さないばかりでなく、実際、その代わりに四臭化反応に利点を与え る。如何なる特別な理論によっても制限するものでないが、この水は、反応マス 内で、臭素化する種の存在を増進させると考えている。このような増進により、 中間体であるトリブロモビスフェノール−Aが沈澱するに充分な機会を得る前に ビスフェノール−Aの全部が臭素化を受けてテトラブロモビスフェノール−Aに なることが有利に起こる。このような臭素化する種の増進はHBrが水と反応し てH3OBr酸が生じることによるものであると考えている。このH3OBr酸は Br2と反応しない。このことは、もしH3OBrが生じないで多量のHBrがB r2との反応で利用されるとHBr3が生成することから重要である。HBr3は 反応マス中で臭素化しない種であることから、これの生成は望ましくない。この ように、HBr3が生成すると反応マスのBr2が消費され、これによって逆に臭 素化反応が遅くなってしまう。このように臭素化反応が遅くなると、結果として 、トリブロモビスフェノール−Aの沈澱量が多くなり得る。 反応マス中のHBr量に影響を与える要因は水含有量のみでない。このHBr の量は、また、HBrが本発明に従う酸化剤と反応することでも少なくなり得る 。以下に考察するように、任意に酸化剤を用いると、HBrの少なくともいくら かがBr2に変化する。従って、水を多量に 用いることと酸化剤を用いることの両方が、反応マス中の臭素化する種の存在を 増進させる一因になり得る。 反応槽に供給する水を、今までは、ビスフェノール−Aも水混和性溶媒も入っ ている溶液の一部として記述してきた。水をそのような溶液の一部として供給す るのが便利で好適である。しかしながら、他の相当する方法で水を反応マスに導 入することも可能である。例えば、水を個別の供給流れとして供給することも可 能である。このような供給は、本質的に、ビスフェノール−Aと水混和性溶媒が 入っている溶液の供給と同時に実施可能である。更に、全部でなくても水の一部 を気体状Br2供給材料と一緒に蒸気または蒸気凝縮物として供給することも可 能である。蒸気を用いてBr2を気化させて気体状供給材料にすることも可能で ある。別の例は、供給を開始するに先立って水を1つの仕込みとしてか或は反応 槽に入れる仕込み物の一部として供給しそして後で供給する水の量を調整して反 応マス中で所望の水含有量を得ることを特徴とする。しかしながら、水を反応マ スに供給する時にその供給する水に要求されるただ1つの条件は、水が反応期間 の実質的全部に渡って反応マス中に適切な量で存在するようにすることである。 水の使用量が上記範囲の下方末端、即ち15から25重量%である場合には、 ビスフェノール−Aの臭素化が終了した時点で追加的に水をある程度加えるのが 望ましい可能性がある。このような添加を行うことで得ることができる利点は、 この追加的水によってテトラブロモビスフェノール−Aが反応マスから更に沈澱 し得る点である。更に沈澱を起こさせると工程収率が向上する。この場合、この 添加する水を溶液の水全体に算入する。 水混和性溶媒の供給に関しては上記溶液の供給に関連させてこの上に記述した 。しかしながら、この溶媒の供給は、この溶媒の機能が邪魔されないことを条件 として必ずしも排他的に上記溶液の1成分としての供給である必要はない。例え ば、上記溶液中でビスフェノール−Aの溶媒和を起こさせる必要に応じて、この 溶液の一部として溶媒の一部を供給する一方で、残りの部分(これは一般により 少ない量である)を個別の流れとして供給することも可能である。しかしながら 、実用の観点から、溶媒を溶液の1成分として供給するのが最良である。 前記から理解されるであろうように、水、溶媒および/または溶液を供給する ことができる様式は、反応マスの構成が適切であることを条件として、本発明の 方法にとって決定的でない。従って、考察に関する事項を簡潔にする目的で、ビ スフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液の供給は、その水を上記 溶液の1成分としてか或は個別の流れとしてか或は両方の組み合わせとして供給 してもよいことと、上記溶媒を該溶液の1成分として全部供給してもよいか或は 一部を上記溶液に入れて供給しそして一部を個別の流れとして供給してもよいこ とを意味する。また、上記溶液供給材料の一部として見なされるべきものは、供 給前に反応槽に仕込む仕込み物としてか或は上記仕込み物の一部として反応マス に供給する全ての水または溶媒である。 水混和性溶媒は、Br2、ビスフェノール−A、モノブロモビスフェノール− A、ジブロモビスフェノール−Aおよびトリブロモビスフェノール−Aに反応条 件下で溶媒和し得る材料であるとして機能的に定義可能である。特に重要な反応 条件は、反応マスの温度、未反応のBr2を反応マス中に存在させること、およ び反応マスの水含有量である。更に、 上記溶媒は、H3OBrに関して実質的に不活性でありかつビスフェノール−A からテトラブロモビスフェノール−Aへの芳香臭素化に関して実質的に不活性で あるべきでありかつ着色体、イオン性臭化物および/または加水分解性臭化物が 厄介な量で生成する一因になるべきでない。加水分解性臭化物には、1−ブロモ −2−メトキシ−2−(3’,5’−ジブロモ−4’−ヒドロキシフェニル)プ ロパン、1,1−ジブロモ−2−メトキシ−2−(3’,5’−ジブロモ−4’ −ヒドロキシフェニル)プロパン、1,3−ジブロモ−2−メトキシ−2−(3 ’,5’−ジブロモ−4’−ヒドロキシフェニル)プロパンおよび1,1,3− トリブロモ−2−メトキシ−2−(3’,5’−ジブロモ−4’−ヒドロキシフ ェニル)プロパンが含まれる。上記溶媒を水および本発明の方法の反応条件と組 み合わせて用いると、これはテトラブロモビスフェノール−Aに溶媒和する能力 を若干持ち得るが、反応収率の理由で、溶媒和力は低くなければならない、即ち 反応マスに含まれる液相中で溶媒和するテトラブロモビスフェノール−Aの量は 約20重量%以内、好適には約5重量%以内でなければならない。 好適な水混和性溶媒の例は、水に混和し得るアルコール類、カルボン酸、例え ば酢酸など、およびニトリル類、例えばアセトニトリルなどである。また、ある 種のエーテルも使用に適切であり得るが、但しそれらが反応マスの酸性で開裂を 起こさないことを条件とする。より好適な溶媒は炭素原子数が4以下のアルコー ル類である。最も好適なものはエタノールおよびメタノールであり、メタノール が最も好適な溶媒である。メタノールは比較的安価でありかつ簡単な蒸留技術で 容易に回収されて再利用可能である。本発明の方法では水を多量に存在させるこ とから、 水含有量が低いメタノールを回収する必要はなく、それによってメタノールを回 収するコストが低くなる。 臭化メチルの共生成は、水混和性溶媒としてメタノールを用いない時には明ら かに問題にならない。しかしながら、HBrと溶媒の間で生じる生成物が商業的 に望ましくない生成物である場合にはそれを生じさせないのが望ましい。従って 、本発明の方法の特徴は、溶媒がメタノールであるか否かに拘らず有利である。 この水混和性溶媒の使用量は、ビスフェノール−Aの供給量に最も良く関係し ており、この量を便利には溶媒とビスフェノール−Aの重量比として表してもよ い。この比率を好適には約2:1から約10:1の範囲内にし、最も好適には約 3:1から約5:1の範囲内にする。この上で述べた溶媒の機能が達成されるこ とを条件として、溶媒をより多い量または少ない量で用いることも可能である。 Br2および溶液供給材料の流れの温度を、好適には、望まれる反応マス温度 を考慮して工程効率が助長される温度にする。Br2を液状で供給する場合に適 切な温度は約10℃からBr2の沸点より直ぐ下の温度である。Br2を気体とし て供給すべき場合には、Br2流れの温度を上記供給を促す温度にすべきである 。例えば、上記供給材料の温度は約60から約100℃の範囲内であってもよい 。上記溶液の供給温度は、反応マスを不利に冷却または加熱することのない温度 か、或は加圧運転を要する場合には結果として供給を液状状態で行うことができ るようにする温度でなければならない。上記溶液の供給を個々別々の水供給およ び/または溶媒供給と一緒に行う場合には、温度に関して上で行ったのと同じ説 明を上記個々別々の供給に適用する。 Br2の供給および溶液の供給そして/または個々別々の水などの供給は全部 、反応槽内に反応マスが生じることに貢献する。このような供給を行うと反応マ スに液相(液状部分)が生じ、そして最終的には、テトラブロモビスフェノール −A沈澱物が生成することで反応マスに固相(固体部分)が生じる。気体または 液体として供給したBr2供給材料の少なくとも一部が臭素化反応で消費される 。消費されなかったBr2供給材料がいくらか存在する場合、それは液相中に存 在し、そしてそれはその中で、反応マス中に存在するHBrが任意に酸化を受け てBr2が生じてそれが消費されなかった全てのBr2と一緒になる。液相中に存 在する未反応Br2の源の識別が失われたとしても、供給材料に由来する未消費 Br2とHBrが酸化を受けることで生じる未消費Br2が組み合わさることで、 液相中に未反応のBr2が過剰量で与えられ、これが本発明の特徴である。 上記溶液を供給する時、反応マスの液相中に未反応のBr2を残存させておく 。テトラブロモビスフェノール−A反応生成物に入っている臭素化が不完全な種 のレベル(これは許容され得る)に応じてそして/または臭素化が不完全な種が 沈澱する度合(現実に起こる)に応じて、短期間ならば反応マスに入っている未 反応Br2が消失することも容認され得る。実際、このような期間が現実に短期 間でありそして好ましい反応パラメーターを選択するならば、そのような臭素化 が不完全な沈澱物の生成は、評価できる度合では全く起こらない可能性がある。 作業者は、その過程を観察し、そして実験方法を用いて、その選択した反応条件 が未反応のBr2が反応マス中に短期間存在しなくなるに敏感であるか否かを決 定するであろう。従って、本発明の目的で、「未反応のBr2を 存在させること」は、臭素化が不完全な種の生成量が、テトラブロモビスフェノ ール−A生成物が容認されなくなる、即ちテトラブロモビスフェノール−Aの含 有量が約96重量%未満の生成物がもたらされるほどの度合でないならば、未反 応Br2の含有量がゼロであってもよい短い期間を包含する。 反応マスの液相中に存在する未反応Br2の好適な量の量化は試行錯誤技術で 最も良好に取り扱われる。最初に、未反応Br2のレベルと他の工程パラメータ ーを選択することで試行方法を限定する。この方法で生じたテトラブロモビスフ ェノール−A生成物をそれのトリ−およびテトラブロモビスフェノール−A含有 量に関して分析する。トリブロモビスフェノール−Aのレベルがあまりにも高い 場合には、未反応Br2のレベルをより高くして別の試行方法を実施する。所望 生成物が得られるまで上記手順を繰り返す(トリブロモビスフェノール−Aの含 有量を低くしようとする場合、また、より高い反応温度を用いることでも若干の 利点を得ることができることを特記する)。選択する未反応Br2含有量をより 高くする場合には、この未反応Br2の含有量を、商業的観点から望ましくない トリブロモフェノールおよび他の副生成物の生成がもたらされるほど高くしない 注意を払うべきである。 反応マスに含まれる未反応Br2含有量の測定は比色測定技術を用いて実施可 能である。有用な技術は、水とメタノールが入っている酸性(HBr)溶液を生 じさせることを含む。この溶液から標準サンプルをいくつか調製し、これの各々 にいろいろな量でBr2を測定して添加する。次に、このようなサンプル溶液の 色を反応マスに含まれる液相の色と比色測定で比較する。色の一致が上記液相中 に存在するBr2量の指 示である。未反応のBr2はそれの濃度に従ってサンプル溶液および反応マスに 色を着けることから、未反応Br2の比色測定は極めて適切である。濃度が低い と色が淡い黄色になり、濃度が中程度であると色が強い黄色になり、濃度が高い と色がオレンジ色になり、そして最も高い濃度では色が暗赤色になる。未反応B r2の濃度を反応マスの液状部分を基準にして50ppm以上、好適には約10 0から約10,000ppmの範囲内にするのが適切である。より好適な量は約 100から5000ppmの範囲内であり、最も好適な量は約200から200 0ppmの範囲内である。 ビスフェノール−Aが存在しておりそして同様に臭素化が不完全な種が存在し ている限り、該反応マスに上記未反応Br2濃度を維持する。理解されるであろ うように、Br2が反応するにつれて未反応のBr2含有量が低下し、従ってBr2 供給材料に反応マス中のBr2を補給する働きをさせる。作業者は、上記過程中 、上述した比色測定技術を用いて反応マスに含まれる未反応Br2含有量を監視 しそしてBr2の供給もしくは上記溶液の供給または両方を調整することで未反 応Br2含有量を選択した目標範囲内に維持することができる。テトラブロモビ スフェノール−Aは反応マス中で沈澱を起こすことから、比色測定で監視を行う 場合には、反応槽から流れを少量取り出してそれに比色測定技術を受けさせる前 に濾過を行って固体を除去する必要があり得る。また、反応マスが反射する光の 強度を測定する反射技術を用いるならば、濾過を行わないで反応マスの色強度を 読むことも可能である。比色測定を行う場合には、全てにおいて、反応マスに含 まれる液相の色が決定的な要因である。 反応マス中の未反応Br2レベルを監視して所望のBr2レベルを得よ うとする時に比色測定技術以外の技術も利用可能であると理解されるべきである 。利用する個々の技術は本発明の方法にとって決定的ではないが、比色測定技術 を利用するのが高度に好適である。 また、所望の未反応Br2レベルを得る目的で用いる方法も上述した供給調整 方法以外の方法であってもよいことも理解されるべきである。例えば、HBrか らBr2への変換で酸化剤を用いる場合には、反応マスに供給する酸化剤の量を 調節することでBr2の生成量を調節することができる。HBrの酸化で反応マ スに加わる未反応Br2の量は、生じるHBrの量が生成するテトラブロモビス フェノール−A 1モル当たり4モルであることを考えると多い量であり得る。 従って、作業者は、Br2が追加的量で必要とされる場合には、HBrの酸化を 利用して、所望の未反応Br2レベルを得るに必要なBr2の少なくとも一部を生 じさせることができる。 本発明の方法で酸化剤の任意使用を選択しない場合にはBr2の全供給量を少 なくともほぼ化学量論的量にする。ビスフェノール−Aの芳香四臭素化(ar− tetrabromination)を行う場合の化学量論的Br2量は、ビス フェノール−A 1モル当たり4モルのBr2である。一般的には、Br2全体を 若干過剰量で用いる、即ち化学量論的量の約0.1%から約3%過剰量で用いる 。 本発明の方法でHBrの任意酸化を利用する場合には、ビスフェノール−A供 給量1モル当たりに反応槽に供給するBr2の量を約2モルのみにすることでも 良好な結果を得ることができる。共生成するHBrを完全に酸化させると、必要 とされるBr2の別の2モルが得られる。HBrの酸化が完全に起こらない場合 には、酸化で生じるBr2と一緒に 合計したBr2の量が少なくとも化学量論的量、好適にはこの上で述べた化学量 論的量より若干多い量になるような量でBr2を反応槽に供給する。 Br2源に関係なく、少なくとも反応期間の大部分に渡ってBr2を過剰量で存 在させた方が、工程の管理があまり困難にならないことから、化学量論的量より 若干多い量でBr2を存在させるのが望ましい。バッチ方法で、その工程が完了 した後にBr2が過剰量で存在している場合には、その反応マスを還元剤、例え ば亜硫酸ナトリウムまたはヒドラジンなどで処理することにより、それを除去す ることができる。 任意の酸化剤は、本発明の工程条件下において反応マス中でHBrをBr2に 酸化する能力を有する如何なる酸化剤であってもよい。好適な酸化剤は液状形態 の酸化剤であり、この形態の方が反応槽に供給するのが容易であり得る。好適な 酸化剤は塩素および過酸化水素である。 Cl2を酸化剤として用いる場合、これは気体または液体として反応マスに供 給可能である。気体で供給するのが好適である。塩素化されたビスフェノール− Aの生成量を低くする目的でCl2の供給をBr2供給を開始した後に行うのが好 適である。最初にBr2を供給した後にCl2の供給をBr2の供給と同時に行っ てもよい。このような供給手順を用いたとしてもブロモクロロビスフェノール− A化合物がいくらか生じるであろう。幸いなことには、このようなブロモクロロ 種が存在するとしてもその量は非常に少量である、即ち沈澱物の全重量を基準に して約50から約500ppmの量である。最も優位を占めるブロモクロロ種は 大部分の場合クロロトリブロモビスフェノール−Aであろう。 ブロモクロロ種の量が少ないことはビスフェノール−Aからテトラブ ロモビスフェノール−Aへの臭素化が迅速に起こることによるものであると理論 付けする。従って、臭素化が不完全な種、例えばトリブロモビスフェノール−A など(これはHBrとの反応に優先してCl2と反応する)が反応マス中に充分 に高い濃度で存在することは決してない。 酸化剤としてH2O2を用いる場合、安全性から、好適には、H2O2が約90重 量%以上入っている水溶液の状態でこれを反応マスに供給しない。好適な溶液は H2O2が約30から約80重量%入っている水溶液である。最も好適な溶液はH2 O2が約50から約70重量%入っている溶液である。 このH2O2を反応マスに供給する時は如何なる時点であってもよい。バッチ運 転の場合には、Br2の大部分、即ちそれの約50%以上を供給した後にH2O2 を供給するのが好適である。連続運転の場合、最も好適には、少なくとも大部分 のBr2供給と同時にH2O2の供給を行う。最も好適には、Br2の供給を開始し た後にH2O2の供給を開始する。 上記酸化剤は個別にか或はある場合にはBr2供給と一緒に反応マスに供給可 能である。Cl2を供給する場合にはそれをBr2と同じ供給用導管に通して供給 するのが好適であり、そしてBr2を供給しながらCl2を供給してもよい。これ とは異なり、H2O2の場合には、これの供給を好適には個別の供給流れとして行 う。 この酸化剤の供給量を、好適には、酸化剤が反応マス中に大過剰量で残存しな いで酸化を受けるHBrの量が最大限になるに必要な量にする。選択した酸化剤 1モル当たりに2モルのHBrが酸化を受けると仮定すると、供給する酸化剤と ビスフェノール−Aのモル比を約1:1から約2:1の範囲内にすべきである。 より好適なモル比は約1.5:1から 約1.9:1である。H2O2を酸化剤として用いる場合には酸化剤の比率をより 高くするのが好適である一方、Cl2を酸化剤として用いる場合にはその比率を 中間的な範囲、即ち1.5−1.8:1の範囲にするのが好適である。Cl2の 場合には酸化剤の比率を低くする方が好適である理由は、酸化を受けさせるHB r量と容認され得るクロロブロモ種量の間に均衡が存在すると言った理由である 。クロロブロモ種の量をある最小量に保つ必要がない場合には、Cl2をより多 い量で用いることも容認され得る。選択した酸化剤が1:2を基にしてHBrを 酸化しない場合には、この上に示した範囲を調整する必要がある。このような場 合には1:2の関係の変化に比例させて範囲を調整する。 本発明の方法を実施する時の別の重要な考慮は、臭素化期間中の反応マス温度 である。ビスフェノール−Aからテトラブロモビスフェノール−Aへの臭素化が トリブロモビスフェノール−A沈澱物の生成量が少なくなるに充分なほど速く起 こるように、比較的高い温度を利用するのが望ましい。しかしながら、どれくら い温度を高くすることができるかに関しては実用上の制限が存在する。例えば、 作業者は、望まれない副生成物が容認されないレベルで生じるか或はテトラブロ モビスフェノール−A生成物の劣化が促されるような温度を用いることを望まな いであろう。 テトラブロモビスフェノール−A方法を比較的高い温度で操作することは一般 的でない。これは、特に、共生成物、例えば臭化メチルなどの生成量を最小限に しようとする時に当てはまる、と言うのは、通常は高温にすると臭化メチルが多 量に生じると予想されるからである。また、テトラブロモビスフェノール−Aが 生じた後直ぐにそれの沈澱を反応条 件下で起こさせようとする時には(このような沈澱を起こさせるのが本発明の方 法の特徴である)、高い温度を用いることは通常でない。温度を高くするとテト ラブロモビスフェノール−Aがその溶媒溶液中で示す溶解度が高くなることで上 記沈澱が邪魔されると予想され、所望の沈澱を起こさせるには反応マスを最終的 に冷却するか或は反応マスに水を添加する必要があると予想されていた。本発明 の方法は、そのような影響を受けず、テトラブロモビスフェノール−Aの沈澱を 得るための冷却段階を必要としない。 本発明で高い温度を用いることは、テトラブロモビスフェノール−Aで通常考 えられていたことに反するばかりでなく、またそのような温度を用いると工程が 経済的になりかつ生成物の純度が高くなることを見い出した。本発明の方法では 、反応マスの温度をより高くすることに伴って、低温方法では反応槽を冷却する 目的で必要とされる冷蔵を用いる代わりに、冷却タワー水を用いることができる ことから、工程の経済性がある程度実現化される。 好適な温度は約30から約100℃の範囲内の温度である。より高度に好適な 温度は約50から約80℃の範囲内の温度である。最も高度に好適な温度は約5 0から約70℃の範囲内の温度である。30℃未満の温度も使用可能であるが、 その場合には溶媒とビスフェノール−Aの重量比を充分に高くする必要があり得 る、即ち8:1から15:1にする必要があり得る。このような比率にする場合 には30から50℃の温度が適切であり得る。 ビスフェノール−Aの臭素化は、任意に行うH2O2によるHBrの酸化と同様 に発熱反応である。反応マスの温度を制御するには、その反応 マスから熱を取り除く必要があり得る。熱の除去を容易にするコンデンサを用い て反応を還流下で行うことで熱を取り除くことができる。反応混合物が大気圧下 で示す沸点より低い温度で操作を行うことが望まれる場合、大気圧以下の圧力下 で反応を行うことも可能である。 本発明の方法の基本的概念は一般に工程圧力の影響をあまり受けない。従って 、本方法は大気圧以下の圧力、大気圧または大気圧以上の圧力下で実施可能であ る。 工程開始時、液状の仕込み物(これは供給を開始した時点で反応マスの一部に なる)を反応前に反応槽に仕込んでおくのが望ましい。このような液状の仕込み 物によって反応マスが撹拌可能になり、そしてこれは、反応マス中で起こる温度 変化を適度にするヒートシンク(heatsink)として働く。この液状仕込 み物に好適には水と水混和性溶媒(上記溶液に入れて供給する溶媒と同じ)を含 める。この液状仕込み物を酸性にしておくのが好適であり、例えばこれに酸、例 えばHBr、HClなどを1から20重量%入れておくのが好適である。このよ うな酸を用いると、初期に生成するテトラブロモビスフェノール−Aの色が良好 になるのが助長されると思われる。更に、この溶媒を溶媒和したテトラブロモビ スフェノール−Aで飽和させておくのが好適である。また、テトラブロモビスフ ェノール−Aの種晶粒子を反応槽に仕込んでおくのも好適である。上記溶媒の飽 和および種晶粒子の存在は、両方とも、臭素化期間中に生じるテトラブロモビス フェノール−Aの沈澱を増進させる働きをする。先に行った本発明の方法に由来 する尾部(heel)を上記液状仕込み物として用いるのが最も実用的である。 テトラブロモビスフェノール−Aの種晶粒子は、先に行った操作から持ち越した 粒子で あってもよいか、或は別個に添加可能である。また、尾部が利用できない場合に は個別に水と水混和性溶媒(これらは上記溶液供給材料全体の一部になる)の供 給を用いて上記液状仕込み物を生じさせることも可能である。このような方式で は、上記溶液供給材料に入れた溶媒和したビスフェノール−A部分の供給を開始 するに先立って初期量の水および水混和性溶媒を反応槽に供給しておく。この方 式に対するただ1つの注意は、上記溶液供給材料を構成するいろいろな供給材料 をそれらが本発明の方法を限定するいろいろなパラメーターに従うように割り当 てる必要がある点である。 本発明の方法をバッチ方法として行う場合には、Br2と溶液供給材料を、そ れらが使い果たされるまで撹拌反応槽に供給する。ビスフェノール−Aからテト ラブロモビスフェノール−Aへの臭素化は上記反応条件下で極めて迅速に起こる ことから、決して供給後の加熱処理を有意に長い時間に渡って行う必要はない。 また、この反応マスに入っている水の量は非常に多量であることと、このような 量で水を存在させるとテトラブロモビスフェノール−Aが非常に不溶になること から、最終反応マスを冷却することで得られる利点は僅かのみである。冷却する ことの利点は、主に、液体−固体分離を行うに先立って反応マス中に存在する溶 媒和した気体状臭化物、例えば臭化メチルなどの蒸気圧を低くすることにある。 また、この臭化物の生成速度がいくらか遅くなり得る。加うるに、冷却を行うと 、反応マスに入っている水含有量に応じてテトラブロモビスフェノール−Aがそ の反応マスから追加的に沈澱して来る可能性がある。本明細書に示す好適な範囲 内で操作を行うならば、追加的に沈澱を起こさせることは、それで利点が得られ たとしてもそれを得るに関 連して費用がかかることから、価値がない可能性がある。最後に、冷却を行うと 、利用する分離技術に応じて、反応槽の下流で反応マスを取り扱うのがより容易 になる可能性がある。従って、上記のいずれもが重要でないか或は関連した価値 が得られない場合には、反応マスを分離装置に移送することができた時点で直ち にこれに液体−固体分離を受けさせてもよい。しかしながら、冷却することが望 まれる場合の冷却時間は、反応マスをどのように冷却するか或はどの温度にまで 冷却するかに依存する。実験室の設定における冷却時間は約1から約30分の範 囲であり得る。 より多くのテトラブロモビスフェノール−A沈澱物を反応マス中で生じさせる ことを確保する目的で、共供給が終了した時点で追加的水を反応マスに加えるこ とが望まれる場合には、また、この共供給が終了した時点と沈澱物を回収する時 点の間に追加的時間を要する可能性がある。水を添加する時間と沈澱を起こさせ る時間は非常に短い、即ち約30分未満であり得る。 反応マスを冷却するか否か或は反応マスをより一層の水で処理するか否かに拘 らず、時間を追加的に消費したとしても本方法で製造するテトラブロモビスフェ ノール−Aの全体量はあまり多くならない(全体量には沈澱物の量と反応マス中 に溶媒和している物の量が含まれる)と理解されるべきである。従って、このよ うな追加的時間は、従来技術の方法で教示されている加熱処理時間と同じ様式で 加熱処理時間と見なされるべきでない。 固体を液体から回収した後、その固体を、好適には、反応で用いた特別な水混 和性溶媒と水が入っている溶液で洗浄する。この洗浄で上記固 体から母液を実質的に全部除去する。この母液にはトリブロモフェノール、HB rおよび加水分解性不純物などの如き不純物が入っている。典型的な洗浄水は、 水にメタノールが30重量%入っている溶液であり得る。次に、この洗浄した固 体を脱イオン水で再び洗浄することで、1番目の洗浄で残存するいくらかの水混 和性溶媒を除去することにより、それが生成物乾燥時に放出される問題を最小限 にする。 反応槽の運転を連続様式で行う場合の反応槽は、好適には、連続撹拌タンク反 応槽である。反応マスを連続的に生じさせそしてこの反応マスを生じさせている 間にその一部を反応槽から取り出す。この反応槽のデザインは、反応槽内の平均 滞留時間がビスフェノール−Aの実質的に全部が四臭素化されることが確保され るに充分な時間になるようなデザインでなければならない。用語「連続供給」お よび「連続取り出し」は供給または取り出しを中断することを排除することを意 味しない。このような中断は一般に短期間であり、反応槽の規模およびデザイン に応じて適切であり得る。例えば、テトラブロモビスフェノール−A沈澱物は反 応槽の底近くに沈降する傾向があることから、取り出しを行いそして次の取り出 しを行う前に取り出しを短期間停止しすることで沈澱物を蓄積させてもよい。こ のような取り出しは、取り出しの実施を反応槽への供給が終了するまで待つ(バ ッチ方法の特徴であるように)ことがない意味で、連続的であると見なされるべ きである。 連続取り出しを中断するか否かに拘らず、取り出しの結果として、反応マス中 に存在する液体の一部と固体の一部が一緒に取り出される。その固体部分は主に テトラブロモビスフェノール−Aである。この上に記述したバッチ式の場合に行 ったのと同様に、上記混合物の濾過、沈澱物 の洗浄などを行ってもよい。 連続式操作を用いる場合には反応マスの温度をバッチ式の場合に好適な温度よ りかなり高い温度に保持する方が有利であると考えている。バッチ式の場合に好 適な温度は約50から約65℃である。連続式の場合に好適な温度は約55から 約95℃の範囲内、最も好適には約65から約95℃の範囲内である。約65か ら約75℃の温度を用いると非常に良好な結果が得られると予測される。使用す る温度を高くすればするほど得られる生成物の純度が高くなり得ることを見い出 した。 温度を高くすると生成物の純度が高くなることに関する利点は、トリブロモビ スフェノール−A中間体の沈澱生成と臭素化の相対速度と生成物純度の間に相関 関係が存在していることを支持する研究を考慮することで理解される。温度を上 昇させると、トリブロモビスフェノール−Aが反応マスの液相中で示す溶解度と 反応速度の両方が有利になり、従って高純度生成物の入手性が助長される。また 、液相の水含有量を低くすることでも、液相中のBr2濃度が高くなるか或はト リブロモビスフェノール−Aの濃度が高くなることからトリブロモビスフェノー ル−Aの臭素化速度が速くなり得るが、それらは両方ともそれら自身に問題があ る。Br2の濃度を高くすると望ましくない副生成物の生成が促される可能性が ある一方、液相の水含有量を低くすると反応マスに含まれるHBr含有量が高く なることでテトラブロモビスフェノール−Aの収率が低くなるであろう。 連続式操作の好適な反応槽滞留時間は、撹拌タンク反応槽を用いそしてこのよ うな操作様式に好適な工程条件を用いるならば、約30から約150分の範囲内 になるであろうと予測される。本明細書で反応槽滞留 時間を用いる場合、これは、反応槽の容積をその反応槽からスラリーを取り出す 流量で割った値である。 本発明の方法で製造するテトラブロモビスフェノール−A生成物は非常に高い 純度を持ち得る、即ちこの生成物にはテトラブロモビスフェノール−Aが少なく とも98重量%入っている。トリブロモビスフェノール−Aの含有量は低い、即 ち約0.1から約2重量%である。この生成物の品質は優れていて、それが示す APHA色は約50未満である(100mlのアセトンにテトラブロモビスフェ ノール−Aを80グラム入れて)。また、加水分解性臭化物の量も低く保たれ、 一般に約60ppm未満である。本方法の収率は感動的であり、約95から約9 9%の範囲の収率を得ることができる。 前記から理解されるであろうように、溶媒の水含有量と反応温度とビスフェノ ール−A供給中における反応マス中のBr2含有量の全部が、所望のテトラブロ モビスフェノール−A生成物を効率良い様式で得ることに貢献する。所望結果を 得るための上記工程パラメーター各々に関する個々の値の選択は、各作業者の必 要性および利用可能な装置に依存する。ある作業者は、本発明の方法を利用する ことに関する1つの利点を他の可能な利点よりも強調する可能性がある。このよ うに、その作業者は、他の利点(類)を強調することを望む別の作業者が選択す る工程パラメーター値とは異なる工程パラメーター値を選択する可能性がある。 共生成するHBrからBr2を生じさせる酸化を行って本発明の方法で必要と されるBr2の一部を得る方が反応槽への供給材料にBr2を相当する量で入れる 費用よりも経済的である場合には、そのような酸化を利用するのが特に魅力的で ある。このような経済的利点は、通常、Br2 を4モル供給する時の費用から回収HBrの値段を引いたコストがBr2を2モ ル供給する時の費用にHBrの酸化費用を足したコストより高い場合に得られる 。 好適には臭化メチルの生成量を最低限にすることを意図するが、本発明の方法 は、臭化メチルが適度な量、即ちテトラブロモビスフェノール−A生成物100 ポンド当たり20ポンドの量で生じるようにする改造をそれに受けさせるに充分 な順応性を示し得る。このように、市場の需要が将来大きく低下した時でも、そ れに適応させることができる。臭化メチルを生じさせる場合に本方法で必要とさ れる全Br2量は、テトラブロモビスフェノール−Aを高収率で製造しかつHB rを目標量で生じさせるに必要な量になるであろう。このような場合のBr2の 供給量と酸化で生じさせるBr2量は、一緒にして、4Br2が必要であると言っ た条件に合致するに充分でなければならない。 HBrの酸化に関して上で行った説明では、一般に、反応槽または反応マス中 でHBrに酸化を受けさせることを述べて来たが、また、共生成したHBrを反 応槽から取り出してそれに酸化を反応槽の外側で受けさせそして次にそのように して生じさせたBr2を反応槽に戻すことも本発明の方法の範囲内である。 また、HBrを反応槽内で起こる反応から生じさせるのではなくHBrを別の 源から反応槽に供給することも本発明の方法の範囲内である。このような外来( non−indigenous)のHBrにその共生成したHBrと一緒に酸化 を受けさせてBr2を生じさせることも可能である。この場合、この外来のHB rからBr2が生じるとしてそれを本方法で必要な全Br2に対して計算してもよ く、そしてBr2の供給を 適切に調整してもよい。 実施例 以下に示す実施例で本発明の方法の原理を説明する。 本実施例の各々で、本質的に水とメタノールとHBrとずっと少ない量で不純 物が入っている反応前仕込み物または「母液」を用いる。この母液には一般に水 が約30重量%とメタノールが約55重量%とHBrが約8−20重量%入って いた。 実施例I−IIで用いた母液は、MitchellおよびMcKinnieが 米国特許第4,628,124号に記述した如く製造したTBBPAに由来する 母液であった。 実施例III−VIではいろいろな母液を用いた。実施例IIIおよびIVで 用いた母液は、メタノールと水が入っている反応マス中でビスフェノール−Aと 臭素を反応させてテトラブロモビスフェノール−Aを製造する実験(先に行った 一連の実験)に由来する母液であった。このような先に行った実験は、本発明の 実験ではなく(水の量、温度などが限定したパラメーター外である)、決定的で ない相反する結果をもたらした。本発明でない最初の実験で得た母液を次の実験 で用いた等々。この最後の実験で得た母液を実施例III用の母液として用いた 。 実施例全部において、特に明記しない限り、%はガスクロ(GC)の面積パー セントであるとして受け入れられるべきである。スプリットインジェクション( split injection)を利用したフィルム厚が2.65ミクロンの 5 Meter X 0.53 mm HP−1メガボアキャピラリーカラム( megabore capillary column)を用いてGC分析を実 施した。このカラムの操作 ではこれを100℃から300℃に1分当たり10℃で加熱した。炎イオン化検 出器を用いた。 実施例I−IIIでは、共生成するHBrに酸化を受けさせてBr2を生じさ せてそのBr2をビスフェノール−Aから所望四臭素化生成物を生成させる臭素 化に対する貢献で用いることを付随して伴わせて高品質のテトラブロモビスフェ ノール−A生成物を製造することを例示する。 実施例I 1リットルの丸底フラスコに機械的撹拌機、コンデンサ、温度計、滴下漏斗お よび加熱用マントルを取り付け、そして臭素供給用のO.D.が1/8インチの ディップチューブとビスフェノール−A溶液供給用のO.D.が1/8インチの フィードチューブ(これの末端は蒸気空間内に位置する)を取り付けた。このフ ラスコに、HBrが9.5重量%入っていてテトラブロモビスフェノール−Aが 約5.0グラム入っている母液を200ml仕込んだ。この添加したテトラブロ モビスフェノール−Aは、母液を飽和させそして製造すべきテトラブロモビスフ ェノール−Aの沈澱を補助する種晶粒子を供給する働きをする。 100グラムのビスフェノール−Aと300mlのメタノール(水が2%)と 200mlの水が入っている溶液を調製した。蒸発装置(これは250Mlのフ ラスコから成っていて、これに窒素導入口と気体出口を取り付けて、上記気体出 口を反応槽内の1/8インチディップチューブに連結し、そしてこのフラスコを 加熱する)にBr2を143グラム(46ml)入れた。反応前に仕込んだ母液 とテトラブロモビスフェノール−Aを約55℃の温度に持って行った。上記蒸発 装置の中を窒素でパージ洗浄(約200から500Ml/分)しそして液状の臭 素を加熱 することにより、Br2の供給を開始した。反応前に仕込んだ仕込み物の色が黄 色になった時点で直ちにぜん動ポンプを用いて上記溶液の供給を開始した。ポン プ輸送速度を変えることにより、Br2の供給がビスフェノール−Aの供給より も化学量論的に先行することを保持し、その結果として、反応マスの色は黄色で あった。これらの供給を1時間15分継続した時点でBr2の供給を終了した。 上記溶液の供給を反応マスび液相の色が無色になるまで継続した。滴下漏斗にH2 O2水溶液(30重量%)を100グラム仕込んで、これの滴下を、上記ビスフ ェノール−A溶液の供給を継続しながら開始した。上記水溶液の供給と上記溶液 の供給を定期的に調整して、反応マスに含まれる液状部分の色を黄色に維持した 。上記H2O2水溶液を供給している間、反応マスの温度を60−63℃に維持し た。このH2O2を全部加えた後の反応マスの色は黄色であった。上記ビスフェノ ール−A溶液の添加を継続すると反応マスの色は明黄色に変わるが、この溶液の 供給を止めると、より深い黄色に変わるであろう。この期間中の反応温度を58 −62℃にした。最後に、過酸化水素水溶液の供給を止めて20分後、上記ビス フェノール−A溶液を、反応マスが無色になるまで加えた。この反応マスの温度 を60−65℃の温度に約30分間保持した後、約55℃に冷却した。この反応 マスに含まれる沈澱物を濾過で母液から分離した後、水中20重量%のメタノー ル溶液を125ml用いて洗浄を行った。脱イオン水を用いて2番目の洗浄を実 施した。この洗浄した沈澱物を乾燥させて分析を行った。GC分析により、トリ ブロモビスフェノール−Aが0.64%でテトラブロモビスフェノール−Aが9 9.3%であることが示された。上記母液にHBrが3.7重量%入っているこ とを確認した。 実施例II 滴下漏斗を取り付けないで、臭素蒸発装置からディップチューブの連結具に至 るラインに塩素ガス添加用のT字管を取り付ける以外は、この上と同様に1リッ トルの丸底フラスコを装備した。このフラスコに母液(150グラム)と固体状 のテトラブロモビスフェノール−Aを3グラム加えて約55℃の温度に加熱した 。Br2蒸発とN2の供給を開始してそれらをディップチューブに通して上記フラ スコに入れ、それに続いて、80.0グラムのビスフェノール−Aと400ml のメタノール(水が2重量%)と200Mlの水から調製した溶液の供給を開始 した。送り込まれたBr2の全量は141グラムであった。数分後、若干量で送 り込む気体状Cl2の供給を開始した。ビスフェノール−Aの供給量とCl2の供 給量を調整することにより、反応マスの液状部分を黄色に保持した。このBr2 全部を約1.5時間で送り込んだ。Cl2の供給量を90ml/分以上にまで上 昇させ、そしてビスフェノール−Aを約6ml/分で供給しながら、反応マスの 液状部分が黄色のままになるようにCl2の供給量を連続的に調整した。このC l2とビスフェノール−Aは2時間後に全部送り込まれた。これらの供給を停止 してから2分後にヒドラジン(66重量%)を2滴加えて過剰量のBr2を分解 させた。このヒドラジンを加えると、反応マスの液状部分が無色になった。この 反応マスを20℃に冷却した。沈澱物を集め、そして水中30重量%のメタノー ルを125ml用いて洗浄を行った。脱イオン水を用いて2番目の洗浄を行って 湿ったケーキを得た後、これを120−130℃のオーブンで乾燥させることで 生成物を189.8g得た。GC分析により、トリブロモビスフェノール−Aが 0.97%で、クロロトリブロモビスフェノ ール−Aが0.01%で、o,p−テトラブロモビスフェノール−Aが0.04 %で、テトラブロモビスフェノール−Aが99.1%であることが示された。 実施例III 窒素供給部に塩素ガス添加用のT字管を取り付ける以外は実施例IVと同様に 1リットルのフラスコを装備して、臭素を実施例IVと同様に供給した。この反 応槽に、実施例IIと同様な反応混合物から得た母液を150Ml仕込んだ。こ れを約55℃に加熱した後、臭素蒸気の添加を開始した。反応マスの色が黄色に なった時点で、90.0グラムのビスフェノール−Aと450Mlのメタノール と180Mlの水から調製した溶液の添加を開始した。5分後、塩素ガスの添加 を1分当たり150−200Mlで開始した。この反応混合物を約55℃に保持 しそして上記溶液の流量を調整することで黄色に保持した。更に20分後、塩素 の流量を1分当たり約250Mlにまで上昇させ、そして更に30分後、塩素の 流量を1分当たり300Mlにまで上昇させた。20分後に全ての臭素が添加さ れた。臭素が47Ml添加された。塩素の流量を高くして反応マスを黄色として 保持した。8分後に上記溶液が全部送り込まれ、その時点で塩素の添加を止めた 。7分後、飽和亜硫酸ナトリウム溶液を約2Ml加えて臭素を分解させた。次に 、この反応混合物を3℃に冷却した。固体を濾過でその母液から分離した後、フ ィルター上でそれを125Mlの30%メタノールに続いて125Mlの脱イオ ン水で洗浄した。その固体をオーブンで乾燥させると209.2グラム残存し、 これをGCで分析した結果、トリブロモビスフェノール−Aは1.25%で、ク ロロトリブロモビスフェノール−Aは0.013%で、テトラブ ロモビスフェノール−Aは98.7%であった、この固体がアセトン中で示す色 (100Mlのアセトン中80グラム)は20APHAであり、イオン性臭化物 の量は6ppmでありそして加水分解性臭化物の量は16ppmであった。上記 母液を分析した結果、それにはトリブロモフェノールが0.09重量%、テトラ ブロモビスフェノール−Aが0.21重量%、トリブロモビスフェノール−Aが 約3ppmおよび他のフェノール系不純物が約0.04重量%入っていることが 示された。 以下に示す実施例では、HBrに酸化を受けさせて反応体であるBr2を供給 することを行わないことを特徴とする本発明の方法の原理を説明する。 実施例IV 1リットルの丸底フラスコに機械的撹拌機、コンデンサ、温度計および加熱用 マントルを取り付け、そして臭素供給用のO.D.が1/8インチのディップチ ューブとビスフェノール−A溶液供給用の1/8インチのフィードチューブ(こ れの末端は蒸気空間内に位置する)を取り付けた。このフラスコに母液を150 mlおよびテトラブロモビスフェノール−Aを5.0グラム仕込んだ。この加え たテトラブロモビスフェノール−Aは上記母液を飽和させそして製造すべきテト ラブロモビスフェノール−Aの沈澱を補助する種晶粒子を供給する働きをする。 59.93グラムのビスフェノール−Aと360mlのメタノール(水が2% )と123mlの水が入っている溶液を調製した。蒸発装置(これは250Ml のフラスコから成っていて、これに窒素導入口と気体出口を取り付けて、上記気 体出口を反応槽内の1/8インチディップチューブに連結し、そしてこのフラス コを加熱する)にBr2を168.2 グラム入れた。反応前に仕込んだ母液と5グラムのテトラブロモビスフェノール −Aを約67℃の温度に持って行った。上記蒸発装置の中を窒素でパージ洗浄( 約200から500Ml/分)しそして液状の臭素を加熱することにより、Br2 の供給を開始した。反応前に仕込んだ仕込み物の色が黄色になった時点で直ち にぜん動ポンプを用いて上記溶液の供給を開始した。ポンプ輸送速度を変えるこ とにより、Br2の供給がビスフェノール−Aの供給よりも化学量論的に先行す ることを保持し、その結果として、反応マスの色はオレンジ色であった。これら の供給を1時間38分継続した時点でBr2の供給を終了した。上記溶液供給材 料の約20mlを添加しないで残した。上記溶液の供給が終了した後、反応マス を更に20分間約67−69℃に保持した。この反応マスの色は無色であった。 固体を濾過で集め、水中30%のメタノールに続いて水で洗浄した後、約125 ℃の温度で乾燥させた。ガスクロ(GC)により、上記固体にはトリブロモビス フェノール−Aが0.22%とテトラブロモビスフェノール−Aが99.8%入 っていることが示された。 実施例V 以下に示す以外は本質的に実施例IVと同じ手順に従った。フラスコに、開始 時、実施例IVの濾液から得た母液(150Ml)とテトラブロモビスフェノー ル−Aを5グラム仕込んだ。80.0グラムのビスフェノール−Aと400ml のメタノールと210mlの水から供給溶液を調製した。Br2を225.4グ ラム用いた。上記溶液を約6ml/分で送り込み、そしてN2清掃を用いてBr2 を200−500ml/分で送り込んだ。この反応マスを55−60℃の温度に 保持しそして上記供給材料の供給速度を若干変えることで反応マスの色を暗黄色 に保持した。 上記溶液の供給とBr2の供給が本質的に同時に完了した。上記溶液の供給で用 いたフラスコを10mlのメタノールで洗浄した。次に、この洗浄液を反応フラ スコに送り込んだ。この洗浄液を送り込みそして上記溶液の供給とBr2の供給 を停止して5分後に生じる反応マスの色は明黄色であった。この反応フラスコに 63%ヒドラジンを3滴加えて残存する全てのBr2を失活させた。次に、この 反応マスを熱の添加なしに1.5時間撹拌し、固体を濾過で集めた後、40%の メタノール水溶液に続いて水で洗浄した。GCにより、上記固体にはトリブロモ フェノールが0.02%とトリブロモビスフェノール−Aが0.84%とテトラ ブロモビスフェノール−Aが99%入っていることが示された。 実施例VI 以下に示す以外は実施例Vと同じ手順に従った。実施例IVの濾液から母液( 150Ml)を得た。この母液と一緒にテトラブロモビスフェノール−Aを3グ ラム用いた。溶液の内容物を80.16グラムのビスフェノール−Aと380m lのメタノールと300mlの水にした。Br2を225.1グラム供給した。 上記母液を55℃に加熱した後、Br2の供給と溶液の供給を開始した。Br2の 供給量を調整することで反応マスを黄色に保持した。この2つの供給は約2時間 で終了したが、この添加全体を通して反応槽の温度を55−60℃に保持した。 この溶液が入っていた容器を約10mlのメタノールで濯いだ後、このメタノー ルを反応フラスコに加えた。この時点で、反応マスは明黄色であった。供給が終 了(およびメタノール濯ぎ液の添加が終了)して約7分後、この反応マスにヒド ラジンを2滴加えた。この反応マスは無色になった。この反応マスを放置して室 温に冷却することで沈降を起こさせた。この反 応マスに含まれる液状部分のサンプルを採取した。水で希釈して塩化メチレンで 抽出した後、テトラデカンを内部標準として用いたGC分析で分析を行った結果 、その液体にはトリブロモフェノールが0.036重量%、テトラブロモビスフ ェノール−Aが0.040重量%、トリブロモビスフェノール−Aが約0.00 1重量%および他の不純物が約0.027重量%入っていることが示され、この ことは、収率の損失が理論値の約0.5%であることに相当する。 上記反応マスから回収して洗浄および乾燥を受けさせた固体は、GCにより、 トリブロモビスフェノール−Aを1.8%とテトラブロモビスフェノール−Aを 98.2%含有することが示された。 実施例VII 長さが6フィートで1/4インチのテフロン製管材を沸騰水内に保持して、こ れに液状臭素と窒素の流れ(30−100ml/分)を送り込んで臭素を蒸発さ せる以外は、実施例IVと同様に2リットルの丸底フラスコを装備した。次に、 この蒸発した臭素を1/8インチのディップチューブに送り込んだ。20グラム のビスフェノール−Aと100mlのメタノールが既に入っている2Lの反応槽 に18mlのBr2を20分かけて加えることにより、反応前の仕込み物を生じ させた。Br2添加中、上記反応槽の内容物を還流に加熱し、そしてBr2の供給 が完了した後5分間、それを維持した。次に、この反応槽に水を100ml加え た。その結果として生じた反応槽の内容物で反応前の仕込み物を構成させた。 この反応前仕込み物を生じさせた後、これに、130グラムのビスフェノール −Aと650mlのメタノールと950mlの水から調製したビ スフェノール−A溶液を約1400mlと液状のBr2を94ml含めた共供給 材料を1時間かけて加えた。この共供給材料を供給している間の反応マスの色は 黄色からオレンジ色であり、この反応マスを57−60℃の温度に保持した。こ の共供給後、反応マスの色が明黄色に変わるまでビスフェノール−A溶液を追加 的(約3ml)に加えた。この反応マスを約35℃に冷却して濾過することで沈 澱物を得、これを30%のメタノール水溶液で洗浄した。次に、この沈澱物を2 50mlの脱イオン水で洗浄した。この沈澱物をオーブンで乾燥させた後、重量 測定を行った結果、重量が295グラムであることを確認した。GC分析により 、トリブロモフェノールが0.03%でトリブロモビスフェノール−Aが1.1 6%でo,p−テトラブロモビスフェノール−Aが0.064%でテトラブロモ ビスフェノール−Aが98.7%であることを確認した。 実施例VIIIでは本発明の方法で連続様式を用いることを実証する。 実施例VIII 実施例VIIの臭素添加方法を含めて実施例VIIと同様に500mlのフラ スコを装備した。また、反応混合物を取り出すためのポンプに1/4インチのテ フロン製ディップチューブを取り付けることも含めた。1分当たりに167Ml をポンプ輸送する能力を有する上記ポンプをタイマーに取り付けることで、上記 フラスコから反応混合物がポンプ輸送される時間が45秒毎に約3秒間のみにな るようにした。 この反応槽に先の実験で得た反応混合物を400ml仕込んで67℃に加熱し た。次に、臭素蒸気の添加を開始した。この混合物の色が黄色に変わった時点で 直ちに、ビスフェノール−Aの溶液(5200mlのMeOH[水が3.74% ]と1670mlの水に1000gのビスフェ ノール−Aが入っている)の添加を約12ml/分の速度で開始した。この反応 混合物の画分を、63%のヒドラジンが1/2ml入っている三角フラスコ内に 集めた。臭素の供給速度を調節して反応混合物を黄色に保持しそして反応温度を 69−71℃に維持した。上記フラスコからポンプ輸送する反応混合物の輸送速 度を若干調整することにより、上記反応槽のレベルを約400Mlに維持した。 画分を集めた後、それらを濾過で母液から分離し、そしてその固体をフィルター 上で30%のMeOHに続いて脱イオン水で洗浄した。表Iにその結果を示す。 ヒドラジンを添加しないでサンプル番号5を集めた。それの母液を分析した結果 、臭素が360ppmであることが示された。テトラデカンを内部標準として用 いた5メートルのHP−1メガボアキャピラリーカラムで上記母液の2つをGC 分析した結果を表IIに示す。 本発明のテトラブロモビスフェノール−A生成物は高品質である、即ちこれは テトラブロモビスフェノール−Aを少なくとも約97.5重量%、より好適には テトラブロモビスフェノール−Aを少なくとも約98重量%含有する。最も高度 に好適な生成物はテトラブロモビスフェノール−Aを少なくとも98.5重量% 含有し、最良生成物はテトラブロモビスフェノール−Aを少なくとも99重量% 含有する。 本発明の方法は本発明でない工程パラメーターを持たせた方法と組み 合わせて実施可能であると理解されるべきである。例えば、作業者が臭化メチル を中間的量で生じさせることを望む場合には、本方法と同様な方法であるが、臭 化メチルの生成を助長する工程パラメーターを用いて本方法を実施することも可 能である、即ち本方法に例えば水含有量を低くすると言った特徴、例えば水含有 量を10重量%にすると言った特徴を持たせることも可能である。このような方 法をある期間実施した後、中断して、本発明のパラメーターを与えることで臭化 メチルの生成量を低くすることも可能である。このようにして、作業者は、両方 の方法を組み合わせることで臭化メチルの生成量を狭い生成量範囲内に調節する ことができるであろう。 前記から理解されるであろうようにそしてそれの最も幅広い面で考慮した時、 本発明の方法は、中間体であるトリブロモビスフェノール−Aが有意な量で沈澱 するに充分な機会をそれに与えないような速度でテトラブロモビスフェノール− A沈澱物が直接生じる反応系を与えることで、高純度のテトラブロモビスフェノ ール−A生成物が高い収率で得られる。
【手続補正書】特許法第184条の4第4項 【提出日】1996年8月13日 【補正内容】 請求の範囲 1. テトラブロモビスフェノール−Aの製造方法であって、 a. ビスフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液を反応槽に供給 することで水を液相中の水と水混和性溶媒の量を基準にして15重量%以上から 65重量%含有する液相を有する反応マスを少なくともある程度生じさせ、 b. (a)中、該反応マスに未反応のBr2を存在させることにより、テトラ ブロモビスフェノール−Aの沈澱物を生じさせ、そして c. 反応マスの温度を30から100℃の範囲内にする、 ことを含む方法。 2. 該水混和性溶媒が水混和性アルコール、カルボン酸、ニトリル、または 該反応マス中で開裂を起こさないエーテルである請求の範囲第1項の方法。 3. 該水混和性溶媒が炭素原子を4個以下の数で含むアルコールである請求 の範囲第1項の方法。 4. 該水混和性溶媒がメタノールまたはエタノールである請求の範囲第1項 の方法。 5. 該水混和性溶媒がメタノーである請求の範囲第4項の方法。 6. 該反応マスに水を25から65重量%含有させる請求の範囲第1項の方 法。 7. 該反応マスに水を30から45重量%含有させる請求の範囲第6項の方 法。 8. 該反応マスに未反応のBr2を少なくとも100から5000ppm含 有させる請求の範囲第1項の方法。 9. 該反応マスに未反応のBr2を50から10,000ppm含有させる 請求の範囲第1項の方法。 10. 供給する溶媒とビスフェノール−Aの重量比を2:1から10:1の 範囲内にする請求の範囲第1項の方法。 11. 供給する溶媒とビスフェノール−Aの重量比を3:1から5:1の範 囲内にする請求の範囲第1項の方法。 12. 該反応マスの温度を50から80℃の範囲内にする請求の範囲第1項 の方法。 13. (a)中、該反応マス中に存在するHBrをBr2に変化させるため の酸化剤を追加的に該反応槽に供給する請求の範囲第1項の方法。 14. 該酸化剤がH2O2またはCl2である請求の範囲第13項の方法。 15. 供給する酸化剤とビスフェノール−Aのモル比を1:1から2:1の 範囲内にする請求の範囲第14項の方法。 16. テトラブロモビスフェノール−Aの製造方法であって、 a. ビスフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液とBr2を反応 槽に一緒に供給することで、水を液相中の水と水混和性溶媒の量を基準にして1 5重量%以上から65重量%含有する液相と固相を有する反応マスを少なくとも ある程度生じさせ、 b. (a)中、該反応マスの液相に未反応のBr2を少なくとも50ppm含 有させ、そして c. 反応マスの温度を30から100℃の範囲内にする、 ことを含む方法。 17. 該水混和性溶媒が水混和性アルコール、カルボン酸、ニトリル、また は該反応マス中で開裂を起こさないエーテルである請求の範囲第16項の方法。 18. 該水混和性溶媒が炭素原子を4個以下の数で含むアルコールである請 求の範囲第16項の方法。 19. 該水混和性溶媒がメタノールまたはエタノールである請求の範囲第1 6項の方法。 20. 該水混和性溶媒がメタノーである請求の範囲第19項の方法。 21. 該反応マスに水を25から65重量%含有させる請求の範囲第16項 の方法。 22. 該反応マスに水を30から45重量%含有させる請求の範囲第21項 の方法。 23. 該反応マスに未反応のBr2を50から10,000ppm含有させ る請求の範囲第16項の方法。 24. 供給する溶媒とビスフェノール−Aの重量比を2:1から10:1の 範囲内にする請求の範囲第16項の方法。 25. 供給する溶媒とビスフェノール−Aの重量比を3:1から5:1の範 囲内にする請求の範囲第16項の方法。 26. 該反応マスの温度を50から80℃の範囲内にする請求の範囲第16 項の方法。 27. (a)中、該反応マス中に存在するHBrをBr2に変化させるため の酸化剤を追加的に該反応槽に供給する請求の範囲第16項の方法。 28. 該酸化剤がH2O2またはCl2である請求の範囲第27項の 方法。 29. 供給する酸化剤とビスフェノール−Aのモル比を1:1から2:1の 範囲内にする請求の範囲第28項の方法。 30. 高純度のテトラブロモビスフェノール−A生成物を高収率で製造する 方法であって、中間体であるトリブロモビスフェノール−Aが有意な量で沈澱す るに充分な機会をそれに与えないような速度でテトラブロモビスフェノール−A 沈澱物がビスフェノール−Aの臭素化で直接生じる反応系を与え、ここで、この 過程で生じる全沈澱物がテトラブロモビスフェノール−Aを少なくとも96重量 %含有することを含む方法。 31. 該温度を50から100℃の範囲内にする請求の範囲第1項の方法。 32. 該温度を50から100℃の範囲内にする請求の範囲第16項の方法 。 33. 該反応マスに未反応臭素を100から5000ppm含有させる請求 の範囲第16項の方法。 【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年3月7日 【補正内容】 テトラブロモビスフェノール−Aの製造方法発明の背景 本発明はテトラブロモビスフェノール−Aを高い効率で製造する方法に関する 。 テトラブロモビスフェノール−Aは世界中で最も幅広く用いられている臭化難 燃剤の1つである。これはスチレン系熱可塑材およびある種の熱硬化性樹脂に難 燃性を与える目的で広範に用いられている。 テトラブロモビスフェノール−Aの製造で商業的に用いられている方法は一般 に3つのカテゴリーに入る。1番目のカテゴリーは、テトラブロモビスフェノー ル−Aと一緒に臭化メチルを実質的に量で共生成させる方法を包含する。一般的 には、生成させるテトラブロモビスフェノール−A 45.4kg(100ポン ド)当たり18−23kg(40−50ポンド)に及んで臭化メチルが生じると 予測され得る。この臭化物は薫蒸剤としてそして薬剤もしくは農業化学品の中間 体として大きな市場を有することから、今のところ、臭化メチルが一緒に生成す ることは望ましいと考えられている。この1番目のカテゴリーの範囲内の方法は 、ほとんどの場合、ビスフェノールAと臭素をメタノール中で反応させることを 特徴とする。ビスフェノールAの芳香臭素化(ar−bromination) は、HBrが芳香臭素化部位当たり1モル生成する置換反応である。従って、こ のようなテトラブロモビスフェノール−Aの製造では、HBrが、生成するテト ラブロモビスフェノール−A 1モル当たり4モル生じる。このHBrは、逆に 、メタノール溶媒と反応して臭化メチル共生成物をもたらす。ビスフェノール− Aと臭素の供給が終 了した後、反応槽の内容物を1から2時間加熱処理して反応を完結させる。この 反応が終了した時点で、反応槽の内容物に水を加えることで所望のテトラブロモ ビスフェノール−A生成物を析出させる。 2番目のカテゴリーの方法は、臭化メチルを実質的量で共生成させることなく かつHBrをBr2に変化させる酸化剤を用いることなくテトラブロモビスフェ ノール−Aの製造を行うことを特徴とする。米国特許第4,990,321;5, 008,469;5,059,726および5,138,103号を参照のこと。こ のような方法ではビスフェノールAの臭素化を一般にメタノール溶媒と特定量の 水を存在させて低温、即ち0から20℃で行う。水を用いそして温度を低くする ことからメタノールとHBrの間の反応が遅くなって臭化メチルの生成量が少な くなる。しかしながら、この水の使用量は、テトラブロモビスフェノール−Aを 反応マス(reaction mass)から沈澱させるほど多い量ではない。 この目的で加えられる追加的水は反応の終了時に添加される。この種類の方法の 1つの欠点は、反応体を全部仕込んだ後に要する熟成期間、即ち加熱処理時間が かなり長いことと最後に水を添加してテトラブロモビスフェノール−Aを最終的 に沈澱させることで追加的に工程時間を要する点である。 3番目のカテゴリーに入る方法は、臭素によるビスフェノール−Aの臭素化を 溶媒と任意に酸化剤、例えばH2O2、Cl2などを存在させて行うことを特徴と する。米国特許第3,929,907号、米国特許第4,180,684号、米 国特許第5,068,463号および日本特許77034620 B4 77/ 09/05を参照のこと。その溶媒は一般に水に混和しないハロゲン化有機化合 物である。その反応マスで 水を用いて2相系を生じさせる。テトラブロモビスフェノール−Aは、ビスフェ ノールAが臭素化されるにつれて溶媒の中に入る。共生成するHBrは水中に存 在する。酸化剤を用いると、HBrがBr2に酸化され、このBr2は、その後、 さらなるビスフェノール−Aの臭素化および臭素化が不完全な種の臭素化で利用 される。HBrがBr2に酸化されることで、反応槽に供給する必要があるBr2 供給材料の量はビスフェノールA 1モル当たり2モルのみである。テトラブロ モビスフェノール−Aを溶媒から回収する時、その溶液を、テトラブロモビスフ ェノール−Aの沈澱が起こるまで冷却する。しかしながら、この種類の方法は万 能ではない、と言うのは、ハロゲン化有機溶媒の取り扱い、精製および再利用に 費用がかかるからである。加うるに、テトラブロモビスフェノール−Aの回収で 溶液を冷却する時に追加的費用と工程時間を要する。 臭化メチルの市場が活発である限り1番目のカテゴリーの方法が商業的に魅力 があることは認められている。しかしながら、臭化メチルを薫蒸剤として用いる ことを禁止しようとする提案が国際的なレベルで現在成されようとしている。薫 蒸剤の市場が臭化メチルの主要な市場であることから、臭化メチルが実質的量で 共生成しないテトラブロモビスフェノール−A方法が求められているのは明らか である。このような方法を商業的に成功させるには共生成する臭化メチルを販売 することで得られる収入の利点なしにテトラブロモビスフェノール−Aを経済的 に製造する必要があることから、これは困難な仕事である。発明 本発明の方法は、高品質のテトラブロモビスフェノール−Aを高収率で効率良 く製造することを特徴とする。この方法はバッチ式または連続 式に実施可能である。この方法をバッチ式に実施する場合、時間を消費する1時 間に加えて反応後の加熱処理期間も反応後のテトラブロモビスフェノール−A沈 澱段階も必要としないことで反応槽における時間が比較的短いことから、工程効 率が向上する。このテトラブロモビスフェノール−Aの製造で連続方法を用いる ことはそれ自身ユニークであり、本発明の方法の特徴である反応時間が短いこと とテトラブロモビスフェノール−A沈澱時間が短いことで連続方法の使用が可能 になる。連続式の場合、生成物の生産量を損失させることなく反応槽のサイズを 実質的に小さくすることができる。 本発明の方法では、この上に示した反応効率に加えて、臭化メチルを付随して 実質的に生じさせることなく、即ち臭化メチルの量をテトラブロモビスフェノー ル−A生成物45.4kg(100ポンド)当たり0.45kg(1.0から0 .2ポンド)の如く少なくしながら、メタノールを基とする溶媒中でテトラブロ モビスフェノール−Aを高い収率で製造することができる。更に、反応槽に供給 すBr2の量をビスフェノール−A 1モル当たり2モルのみにしたとしてもテ トラブロモビスフェノール−Aを高い収率で得ることができる。 上記利点は(1)水に混和する溶媒、例えばメタノールなどと比較的多い量の 水を存在させて反応マスを比較的高い温度に維持しながらビスフェノール−Aを 臭素化しそして任意にそれと同時に(2)該反応マス中で生じたHBrをBr2 に酸化してそれを臭素化で用いると得られることを見い出した。以下に考察する ように、(1)の特徴は、伝統的には、低品質のテトラブロモビスフェノール− Aが低い収率で生じそして/または臭化メチルが共生成することを助長するもの であると考えられ ていた。 本発明に従い、テトラブロモビスフェノール−Aの製造を、 a. ビスフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液を反応槽に供給 することで水を液相中の水と水混和性溶媒の量を基準にして15重量%以上から 65重量%含有する液相を有する反応マスを少なくともある程度生じさせ、 b. (a)中、該反応マスに未反応のBr2を存在させることにより、テトラ ブロモビスフェノール−Aの沈澱物を生じさせ、そして c. 反応マスの温度を30から100℃の範囲内にする、 ことで行うことができる。 また、本発明に従い、テトラブロモビスフェノール−Aの製造を、 a. ビスフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液とBr2を反応 槽に一緒に供給することで、水を液相中の水と水混和性溶媒の量を基準にして1 5重量%以上から65重量%含有する液相を有する反応マスを少なくともある程 度生じさせ、 b. (a)中、該液相に未反応のBr2を少なくとも50ppm含有させ、そ して c. 反応マスの温度を30から100℃の範囲内にする、 ことで行うことができる。 ビスフェノール−A/水/溶媒の溶液とBr2を一緒に供給することによって 上記反応マスの生成を最良に達成することができる。一緒に供給するは、Br2 の供給期間と溶液の供給期間を互いに少なくともある程度重ね合わせることを意 味する(供給期間は、主題となる供給材料の全部を反応槽に供給する期間である )。例えば、Br2の供給を開始し た後に上記溶液の供給を開始し、その後、両方の供給を終了まで同時に行っても よい。別の例では、最初にBr2を供給した後に上記溶液を連続して供給し、そ れに伴ってBr2の供給を継続するが、この供給を間欠的に中断するか或は段階 的に行うことも可能である。更に別の例では、Br2の供給を開始した後にその 2者の供給を特定量のBr2が供給されるまで同時に行うように上記溶液を供給 する。その時点で、上記溶液の供給が終了するまでこれの供給を単独で継続する 。一緒に供給する他の方式は、上記溶液の供給を間欠的に中断するか或はBr2 が入っている反応槽に上記溶液を最初に供給した後にBr2と上記溶液を一緒に 供給することを特徴とし得る。最後に、Br2の供給と上記溶液の供給を時間的 に互いに全く同時に行うことも可能である。 Br2の供給期間と上記溶液の供給期間をある程度重ね合わせない供給も可能 であるが、一般的には好適でない。例えば、Br2を全部供給した後に上記溶液 を供給することも可能である。しかしながら、このような供給方式では、反応条 件に応じて、Br2の濃度が高い(これはビスフェノール−Aを初めて供給した 時に見られる)ことが原因で望ましくない副生成物の生成がもたらされる可能性 がある。別の方式、即ちBr2を供給する前にビスフェノール−Aを多量に供給 する方式では、トリブロモビスフェノール−Aが多量に沈澱し得ることから好適 でないであろう。 しかしながら、供給を行う時、これを本方法の段階(b)の要求に調和させる べきである。 Br2供給材料として用いるに市販のBr2が適切である。Br2が望ましくな い不純物を含有する場合には通常の精製技術、例えば蒸留、 H2SO4を用いた処理などでそれを処理してもよく、このような技術は本分野の 技術者によく知られている。 Br2は液体または気体として反応槽に供給可能である。この供給材料を気体 状にするのが好適である。Br2が液状であるか或は気体状であるかに拘らず、 この供給材料を入れる地点を反応マスの表面下にするのが好適である。これを便 利にはディップチューブ(dip tube)を用いて達成する。この供給材料 が液状である場合、これを表面上に供給すると、はねかえり(splatter ing)が起こり得ることおよび混合が不充分になることと競う必要がある。 この反応マスに入れる水の量は、この反応マスに含まれる液相中の水と水混和 性溶媒の全量を基準にして15重量%以上から65重量%の範囲内でなければな らない。この水の供給量を、好適には、水が25から65重量%の範囲になるよ うな量にする。最も高度に好適な範囲は25から50重量%の範囲である。上記 水混和性溶媒がメタノールである場合の好適な水量は30から45重量%である 。 この反応マスの水含有量は本発明の重要な面である。如何なる特別な理論によ っても本発明の方法を制限するものでないが、水を含有させると臭化メチルの生 成量が大きく低下すると同時にテトラブロモビスフェノール−A生成物の純度が 高くなると考えている。 ビスフェノール−AとBr2の間で臭素置換反応が起こることによって共生成 するHBrが反応マス中の多量の水で希釈されることから、臭化メチルの生成量 が少なくなる。更に、HBrは水と反応してH3OBrを生じるが、これが水混 和性溶媒、例えばメタノールなどと反応する速度は非常に遅い。 水の存在量を考えると、テトラブロモビスフェノール−A生成物の純度は予想 外である。一般的には、このような量で水を存在させると臭素化が不完全な種、 例えばトリブロモビスフェノール−Aなどがテトラブロモビスフェノール−A種 と一緒に沈澱すると予測されていた。このような共沈は、四臭化生成物が高い純 度で得られることとは対照的である。この多量の水は、本発明の方法に対して有 害な作用を示さないばかりでなく、実際、その代わりに四臭化反応に利点を与え る。如何なる特別な理論によっても制限するものでないが、この水は、反応マス 内で、臭素化する種の存在を増進させると考えている。このような増進により、 中間体であるトリブロモビスフェノール−Aが沈澱するに充分な機会を得る前に ビスフェノール−Aの全部が臭素化を受けてテトラブロモビスフェノール−Aに なることが有利に起こる。このような臭素化する種の増進はHBrが水と反応し てH3OBr酸が生じることによるものであると考えている。このH3OBr酸は Br2と反応しない。このことは、もしH3OBrが生じないで多量のHBrがB r2との反応で利用されるとHBr3が生成することから重要である。HBr3は 反応マス中で臭素化しない種であることから、これの生成は望ましくない。この ように、HBr3が生成すると反応マスのBr2が消費され、これによって逆に臭 素化反応が遅くなってしまう。このように臭素化反応が遅くなると、結果として 、トリブロモビスフェノール−Aの沈澱量が多くなり得る。 反応マス中のHBr量に影響を与える要因は水含有量のみでない。このHBr の量は、また、HBrが本発明に従う酸化剤と反応することでも少なくなり得る 。以下に考察するように、任意に酸化剤を用いると、HBrの少なくともいくら かがBr2に変化する。従って、水を多量に 用いることと酸化剤を用いることの両方が、反応マス中の臭素化する種の存在を 増進させる一因になり得る。 反応槽に供給する水を、今までは、ビスフェノール−Aも水混和性溶媒も入っ ている溶液の一部として記述してきた。水をそのような溶液の一部として供給す るのが便利で好適である。しかしながら、他の相当する方法で水を反応マスに導 入することも可能である。例えば、水を個別の供給流れとして供給することも可 能である。このような供給は、本質的に、ビスフェノール−Aと水混和性溶媒が 入っている溶液の供給と同時に実施可能である。更に、全部でなくても水の一部 を気体状Br2供給材料と一緒に蒸気または蒸気凝縮物として供給することも可 能である。蒸気を用いてBr2を気化させて気体状供給材料にすることも可能で ある。別の例は、供給を開始するに先立って水を1つの仕込みとしてか或は反応 槽に入れる仕込み物の一部として供給しそして後で供給する水の量を調整して反 応マス中で所望の水含有量を得ることを特徴とする。しかしながら、水を反応マ スに供給する時にその供給する水に要求されるただ1つの条件は、水が反応期間 の実質的全部に渡って反応マス中に適切な量で存在するようにすることである。 水の使用量が上記範囲の下方末端、即ち15から25重量%である場合には、 ビスフェノール−Aの臭素化が終了した時点で追加的に水をある程度加えるのが 望ましい可能性がある。このような添加を行うことで得ることができる利点は、 この追加的水によってテトラブロモビスフェノール−Aが反応マスから更に沈澱 し得る点である。更に沈澱を起こさせると工程収率が向上する。この場合、この 添加する水を溶液の水全体に算入する。 水混和性溶媒の供給に関しては上記溶液の供給に関連させてこの上に記述した 。しかしながら、この溶媒の供給は、この溶媒の機能が邪魔されないことを条件 として必ずしも排他的に上記溶液の1成分としての供給である必要はない。例え ば、上記溶液中でビスフェノール−Aの溶媒和を起こさせる必要に応じて、この 溶液の一部として溶媒の一部を供給する一方で、残りの部分(これは一般により 少ない量である)を個別の流れとして供給することも可能である。しかしながら 、実用の観点から、溶媒を溶液の1成分として供給するのが最良である。 前記から理解されるであろうように、水、溶媒および/または溶液を供給する ことができる様式は、反応マスの構成が適切であることを条件として、本発明の 方法にとって決定的でない。従って、考察に関する事項を簡潔にする目的で、ビ スフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液の供給は、その水を上記 溶液の1成分としてか或は個別の流れとしてか或は両方の組み合わせとして供給 してもよいことと、上記溶媒を該溶液の1成分として全部供給してもよいか或は 一部を上記溶液に入れて供給しそして一部を個別の流れとして供給してもよいこ とを意味する。また、上記溶液供給材料の一部として見なされるべきものは、供 給前に反応槽に仕込む仕込み物としてか或は上記仕込み物の一部として反応マス に供給する全ての水または溶媒である。 水混和性溶媒は、Br2、ビスフェノール−A、モノブロモビスフェノール− A、ジブロモビスフェノール−Aおよびトリブロモビスフェノール−Aに反応条 件下で溶媒和し得る材料であるとして機能的に定義可能である。特に重要な反応 条件は、反応マスの温度、未反応のBr2を反応マス中に存在させること、およ び反応マスの水含有量である。更に、 上記溶媒は、H3OBrに関して実質的に不活性でありかつビスフェノール−A からテトラブロモビスフェノール−Aへの芳香臭素化に関して実質的に不活性で あるべきでありかつ着色体、イオン性臭化物および/または加水分解性臭化物が 厄介な量で生成する一因になるべきでない。加水分解性臭化物には、1−ブロモ −2−メトキシ−2−(3’,5’−ジブロモ−4’−ヒドロキシフェニル)プ ロパン、1,1−ジブロモ−2−メトキシ−2−(3’,5’−ジブロモ−4’ −ヒドロキシフェニル)プロパン、1,3−ジブロモ−2−メトキシ−2−(3 ’,5’−ジブロモ−4’−ヒドロキシフェニル)プロパンおよび1,1,3− トリブロモ−2−メトキシ−2−(3’,5’−ジブロモ−4’−ヒドロキシフ ェニル)プロパンが含まれる。上記溶媒を水および本発明の方法の反応条件と組 み合わせて用いると、これはテトラブロモビスフェノール−Aに溶媒和する能力 を若干持ち得るが、反応収率の理由で、溶媒和力は低くなければならない、即ち 反応マスに含まれる液相中で溶媒和するテトラブロモビスフェノール−Aの量は 20重量%以内、好適には5重量%以内でなければならない。 好適な水混和性溶媒の例は、水に混和し得るアルコール類、カルボン酸、例え ば酢酸など、およびニトリル類、例えばアセトニトリルなどである。また、ある 種のエーテルも使用に適切であり得るが、但しそれらが反応マスの酸性で開裂を 起こさないことを条件とする。より好適な溶媒は炭素原子数が4以下のアルコー ル類である。最も好適なものはエタノールおよびメタノールであり、メタノール が最も好適な溶媒である。メタノールは比較的安価でありかつ簡単な蒸留技術で 容易に回収されて再利用可能である。本発明の方法では水を多量に存在させるこ とから、 水含有量が低いメタノールを回収する必要はなく、それによってメタノールを回 収するコストが低くなる。 臭化メチルの共生成は、水混和性溶媒としてメタノールを用いない時には明ら かに問題にならない。しかしながら、HBrと溶媒の間で生じる生成物が商業的 に望ましくない生成物である場合にはそれを生じさせないのが望ましい。従って 、本発明の方法の特徴は、溶媒がメタノールであるか否かに拘らず有利である。 この水混和性溶媒の使用量は、ビスフェノール−Aの供給量に最も良く関係し ており、この量を便利には溶媒とビスフェノール−Aの重量比として表してもよ い。この比率を好適には2:1から10:1の範囲内にし、最も好適には3:1 から5:1の範囲内にする。この上で述べた溶媒の機能が達成されることを条件 として、溶媒をより多い量または少ない量で用いることも可能である。 Br2および溶液供給材料の流れの温度を、好適には、望まれる反応マス温度 を考慮して工程効率が助長される温度にする。Br2を液状で供給する場合に適 切な温度は10℃からBr2の沸点より直ぐ下の温度である。Br2を気体として 供給すべき場合には、Br2流れの温度を上記供給を促す温度にすべきである。 例えば、上記供給材料の温度は60から100℃の範囲内であってもよい。上記 溶液の供給温度は、反応マスを不利に冷却または加熱することのない温度か、或 は加圧運転を要する場合には結果として供給を液状状態で行うことができるよう にする温度でなければならない。上記溶液の供給を個々別々の水供給および/ま たは溶媒供給と一緒に行う場合には、温度に関して上で行ったのと同じ説明を上 記個々別々の供給に適用する。 Br2の供給および溶液の供給そして/または個々別々の水などの供給は全部 、反応槽内に反応マスが生じることに貢献する。このような供給を行うと反応マ スに液相(液状部分)が生じ、そして最終的には、テトラブロモビスフェノール −A沈澱物が生成することで反応マスに固相(固体部分)が生じる。気体または 液体として供給したBr2供給材料の少なくとも一部が臭素化反応で消費される 。消費されなかったBr2供給材料がいくらか存在する場合、それは液相中に存 在し、そしてそれはその中で、反応マス中に存在するHBrが任意に酸化を受け てBr2が生じてそれが消費されなかった全てのBr2と一緒になる。液相中に存 在する未反応Br2の源の識別が失われたとしても、供給材料に由来する未消費 Br2とHBrが酸化を受けることで生じる未消費Br2が組み合わさることで、 液相中に未反応のBr2が過剰量で与えられ、これが本発明の特徴である。 上記溶液を供給する時、反応マスの液相中に未反応のBr2を残存させておく 。テトラブロモビスフェノール−A反応生成物に入っている臭素化が不完全な種 のレベル(これは許容され得る)に応じてそして/または臭素化が不完全な種が 沈澱する度合(現実に起こる)に応じて、短期間ならば反応マスに入っている未 反応Br2が消失することも容認され得る。実際、このような期間が現実に短期 間でありそして好ましい反応パラメーターを選択するならば、そのような臭素化 が不完全な沈澱物の生成は、評価できる度合では全く起こらない可能性がある。 作業者は、その過程を観察し、そして実験方法を用いて、その選択した反応条件 が未反応のBr2が反応マス中に短期間存在しなくなるに敏感であるか否かを決 定するであろう。従って、本発明の目的で、「未反応のBr2を 存在させること」は、臭素化が不完全な種の生成量が、テトラブロモビスフェノ ール−A生成物が容認されなくなる、即ちテトラブロモビスフェノール−Aの含 有量が96重量%未満の生成物がもたらされるほどの度合でないならば、未反応 Br2の含有量がゼロであってもよい短い期間を包含する。 反応マスの液相中に存在する未反応Br2の好適な量の量化は試行錯誤技術で 最も良好に取り扱われる。最初に、未反応Br2のレベルと他の工程パラメータ ーを選択することで試行方法を限定する。この方法で生じたテトラブロモビスフ ェノール−A生成物をそれのトリ−およびテトラブロモビスフェノール−A含有 量に関して分析する。トリブロモビスフェノール−Aのレベルがあまりにも高い 場合には、未反応Br2のレベルをより高くして別の試行方法を実施する。所望 生成物が得られるまで上記手順を繰り返す(トリブロモビスフェノール−Aの含 有量を低くしようとする場合、また、より高い反応温度を用いることでも若干の 利点を得ることができることを特記する)。選択する未反応Br2含有量をより 高くする場合には、この未反応Br2の含有量を、商業的観点から望ましくない トリブロモフェノールおよび他の副生成物の生成がもたらされるほど高くしない 注意を払うべきである。 反応マスに含まれる未反応Br2含有量の測定は比色測定技術を用いて実施可 能である。有用な技術は、水とメタノールが入っている酸性(HBr)溶液を生 じさせることを含む。この溶液から標準サンプルをいくつか調製し、これの各々 にいろいろな量でBr2を測定して添加する。次に、このようなサンプル溶液の 色を反応マスに含まれる液相の色と比色測定で比較する。色の一致が上記液相中 に存在するBr2量の指 示である。未反応のBr2はそれの濃度に従ってサンプル溶液および反応マスに 色を着けることから、未反応Br2の比色測定は極めて適切である。濃度が低い と色が淡い黄色になり、濃度が中程度であると色が強い黄色になり、濃度が高い と色がオレンジ色になり、そして最も高い濃度では色が暗赤色になる。未反応B r2の濃度を反応マスの液状部分を基準にして50ppm以上、好適には100 から10,000ppmの範囲内にするのが適切である。より好適な量は100 から5000ppmの範囲内であり、最も好適な量は200から2000ppm の範囲内である。 ビスフェノール−Aが存在しておりそして同様に臭素化が不完全な種が存在し ている限り、該反応マスに上記未反応Br2濃度を維持する。理解されるであろ うように、Br2が反応するにつれて未反応のBr2含有量が低下し、従ってBr2 供給材料に反応マス中のBr2を補給する働きをさせる。作業者は、上記過程中 、上述した比色測定技術を用いて反応マスに含まれる未反応Br2含有量を監視 しそしてBr2の供給もしくは上記溶液の供給または両方を調整することで未反 応Br2含有量を選択した目標範囲内に維持することができる。テトラブロモビ スフェノール−Aは反応マス中で沈澱を起こすことから、比色測定で監視を行う 場合には、反応槽から流れを少量取り出してそれに比色測定技術を受けさせる前 に濾過を行って固体を除去する必要があり得る。また、反応マスが反射する光の 強度を測定する反射技術を用いるならば、濾過を行わないで反応マスの色強度を 読むことも可能である。比色測定を行う場合には、全てにおいて、反応マスに含 まれる液相の色が決定的な要因である。 反応マス中の未反応Br2レベルを監視して所望のBr2レベルを得よ うとする時に比色測定技術以外の技術も利用可能であると理解されるべきである 。利用する個々の技術は本発明の方法にとって決定的ではないが、比色測定技術 を利用するのが高度に好適である。 また、所望の未反応Br2レベルを得る目的で用いる方法も上述した供給調整 方法以外の方法であってもよいことも理解されるべきである。例えば、HBrか らBr2への変換で酸化剤を用いる場合には、反応マスに供給する酸化剤の量を 調節することでBr2の生成量を調節することができる。HBrの酸化で反応マ スに加わる未反応Br2の量は、生じるHBrの量が生成するテトラブロモビス フェノール−A 1モル当たり4モルであることを考えると多い量であり得る。 従って、作業者は、Br2が追加的量で必要とされる場合には、HBrの酸化を 利用して、所望の未反応Br2レベルを得るに必要なBr2の少なくとも一部を生 じさせることができる。 本発明の方法で酸化剤の任意使用を選択しない場合にはBr2の全供給量を少 なくともほぼ化学量論的量にする。ビスフェノール−Aの芳香四臭素化(ar− tetrabromination)を行う場合の化学量論的Br2量は、ビス フェノール−A 1モル当たり4モルのBr2である。一般的には、Br2全体を 若干過剰量で用いる、即ち化学量論的量の0.1%から3%過剰量で用いる。 本発明の方法でHBrの任意酸化を利用する場合には、ビスフェノール−A供 給量1モル当たりに反応槽に供給するBr2の量を2モルのみにすることでも良 好な結果を得ることができる。共生成するHBrを完全に酸化させると、必要と されるBr2の別の2モルが得られる。HBrの酸化が完全に起こらない場合に は、酸化で生じるBr2と一緒に合計 したBr2の量が少なくとも化学量論的量、好適にはこの上で述べた化学量論的 量より若干多い量になるような量でBr2を反応槽に供給する。 Br2源に関係なく、少なくとも反応期間の大部分に渡ってBr2を過剰量で存 在させた方が、工程の管理があまり困難にならないことから、化学量論的量より 若干多い量でBr2を存在させるのが望ましい。バッチ方法で、その工程が完了 した後にBr2が過剰量で存在している場合には、その反応マスを還元剤、例え ば亜硫酸ナトリウムまたはヒドラジンなどで処理することにより、それを除去す ることができる。 任意の酸化剤は、本発明の工程条件下において反応マス中でHBrをBr2に 酸化する能力を有する如何なる酸化剤であってもよい。好適な酸化剤は液状形態 の酸化剤であり、この形態の方が反応槽に供給するのが容易であり得る。好適な 酸化剤は塩素および過酸化水素である。 Cl2を酸化剤として用いる場合、これは気体または液体として反応マスに供 給可能である。気体で供給するのが好適である。塩素化されたビスフェノール− Aの生成量を低くする目的でCl2の供給をBr2供給を開始した後に行うのが好 適である。最初にBr2を供給した後にCl2の供給をBr2の供給と同時に行っ てもよい。このような供給手順を用いたとしてもブロモクロロビスフェノール− A化合物がいくらか生じるであろう。幸いなことには、このようなブロモクロロ 種が存在するとしてもその量は非常に少量である、即ち沈澱物の全重量を基準に して50から500ppmの量である。最も優位を占めるブロモクロロ種は大部 分の場合クロロトリブロモビスフェノール−Aであろう。 ブロモクロロ種の量が少ないことはビスフェノール−Aからテトラブロモビス フェノール−Aへの臭素化が迅速に起こることによるものであ ると理論付けする。従って、臭素化が不完全な種、例えばトリブロモビスフェノ ール−Aなど(これはHBrとの反応に優先してCl2と反応する)が反応マス 中に充分に高い濃度で存在することは決してない。 酸化剤としてH2O2を用いる場合、安全性から、好適には、H2O2が90重量 %以上入っている水溶液の状態でこれを反応マスに供給しない。好適な溶液はH2 O2が30から80重量%入っている水溶液である。最も好適な溶液はH2O2が 50から70重量%入っている溶液である。 このH2O2を反応マスに供給する時は如何なる時点であってもよい。バッチ運 転の場合には、Br2の大部分、即ちそれの50%以上を供給した後にH2O2を 供給するのが好適である。連続運転の場合、最も好適には、少なくとも大部分の Br2供給と同時にH2O2の供給を行う。最も好適には、Br2の供給を開始した 後にH2O2の供給を開始する。 上記酸化剤は個別にか或はある場合にはBr2供給と一緒に反応マスに供給可 能である。Cl2を供給する場合にはそれをBr2と同じ供給用導管に通して供給 するのが好適であり、そしてBr2を供給しながらCl2を供給してもよい。これ とは異なり、H2O2の場合には、これの供給を好適には個別の供給流れとして行 う。 この酸化剤の供給量を、好適には、酸化剤が反応マス中に大過剰量で残存しな いで酸化を受けるHBrの量が最大限になるに必要な量にする。選択した酸化剤 1モル当たりに2モルのHBrが酸化を受けると仮定すると、供給する酸化剤と ビスフェノール−Aのモル比を1:1から2:1の範囲内にすべきである。より 好適なモル比は1.5:1から1.9:1である。H2O2を酸化剤として用いる 場合には酸化剤の比率をより高くするのが好適である一方、Cl2を酸化剤とし て用いる場合にはそ の比率を中間的な範囲、即ち1.5−1.8:1の範囲にするのが好適である。 Cl2の場合には酸化剤の比率を低くする方が好適である理由は、酸化を受けさ せるHBr量と容認され得るクロロブロモ種量の間に均衡が存在すると言った理 由である。クロロブロモ種の量をある最小量に保つ必要がない場合には、Cl2 をより多い量で用いることも容認され得る。選択した酸化剤が1:2を基にして HBrを酸化しない場合には、この上に示した範囲を調整する必要がある。この ような場合には1:2の関係の変化に比例させて範囲を調整する。 本発明の方法を実施する時の別の重要な考慮は、臭素化期間中の反応マス温度 である。ビスフェノール−Aからテトラブロモビスフェノール−Aへの臭素化が トリブロモビスフェノール−A沈澱物の生成量が少なくなるに充分なほど速く起 こるように、比較的高い温度を利用するのが望ましい。しかしながら、どれくら い温度を高くすることができるかに関しては実用上の制限が存在する。例えば、 作業者は、望まれない副生成物が容認されないレベルで生じるか或はテトラブロ モビスフェノール−A生成物の劣化が促されるような温度を用いることを望まな いであろう。 テトラブロモビスフェノール−A方法を比較的高い温度で操作することは一般 的でない。これは、特に、共生成物、例えば臭化メチルなどの生成量を最小限に しようとする時に当てはまる、と言うのは、通常は高温にすると臭化メチルが多 量に生じると予想されるからである。また、テトラブロモビスフェノール−Aが 生じた後直ぐにそれの沈澱を反応条件下で起こさせようとする時には(このよう な沈澱を起こさせるのが本発明の方法の特徴である)、高い温度を用いることは 通常でない。温度 を高くするとテトラブロモビスフェノール−Aがその溶媒溶液中で示す溶解度が 高くなることで上記沈澱が邪魔されると予想され、所望の沈澱を起こさせるには 反応マスを最終的に冷却するか或は反応マスに水を添加する必要があると予想さ れていた。本発明の方法は、そのような影響を受けず、テトラブロモビスフェノ ール−Aの沈澱を得るための冷却段階を必要としない。 本発明で高い温度を用いることは、テトラブロモビスフェノール−Aで通常考 えられていたことに反するばかりでなく、またそのような温度を用いると工程が 経済的になりかつ生成物の純度が高くなることを見い出した。本発明の方法では 、反応マスの温度をより高くすることに伴って、低温方法では反応槽を冷却する 目的で必要とされる冷蔵を用いる代わりに、冷却タワー水を用いることができる ことから、工程の経済性がある程度実現化される。 好適な温度は30から100℃の範囲内の温度である。より高度に好適な温度 は50から80℃の範囲内の温度である。最も高度に好適な温度は50から70 ℃の範囲内の温度である。30℃未満の温度も使用可能であるが、その場合には 溶媒とビスフェノール−Aの重量比を充分に高くする必要があり得る、即ち8: 1から15:1にする必要があり得る。このような比率にする場合には30から 50℃の温度が適切であり得る。 ビスフェノール−Aの臭素化は、任意に行うH2O2によるHBrの酸化と同様 に発熱反応である。反応マスの温度を制御するには、その反応マスから熱を取り 除く必要があり得る。熱の除去を容易にするコンデンサを用いて反応を還流下で 行うことで熱を取り除くことができる。反応 混合物が大気圧下で示す沸点より低い温度で操作を行うことが望まれる場合、大 気圧以下の圧力下で反応を行うことも可能である。 本発明の方法の基本的概念は一般に工程圧力の影響をあまり受けない。従って 、本方法は大気圧以下の圧力、大気圧または大気圧以上の圧力下で実施可能であ る。 工程開始時、液状の仕込み物(これは供給を開始した時点で反応マスの一部に なる)を反応前に反応槽に仕込んでおくのが望ましい。このような液状の仕込み 物によって反応マスが撹拌可能になり、そしてこれは、反応マス中で起こる温度 変化を適度にするヒートシンク(heat sink)として働く。この液状仕 込み物に好適には水と水混和性溶媒(上記溶液に入れて供給する溶媒と同じ)を 含める。この液状仕込み物を酸性にしておくのが好適であり、例えばこれに酸、 例えばHBr、HClなどを1から20重量%入れておくのが好適である。この ような酸を用いると、初期に生成するテトラブロモビスフェノール−Aの色が良 好になるのが助長されると思われる。更に、この溶媒を溶媒和したテトラブロモ ビスフェノール−Aで飽和させておくのが好適である。また、テトラブロモビス フェノール−Aの種晶粒子を反応槽に仕込んでおくのも好適である。上記溶媒の 飽和および種晶粒子の存在は、両方とも、臭素化期間中に生じるテトラブロモビ スフェノール−Aの沈澱を増進させる働きをする。先に行った本発明の方法に由 来する尾部(heel)を上記液状仕込み物として用いるのが最も実用的である 。テトラブロモビスフェノール−Aの種晶粒子は、先に行った操作から持ち越し た粒子であってもよいか、或は別個に添加可能である。また、尾部が利用できな い場合には個別に水と水混和性溶媒(これらは上記溶液供給材料全体の 一部になる)の供給を用いて上記液状仕込み物を生じさせることも可能である。 このような方式では、上記溶液供給材料に入れた溶媒和したビスフェノール−A 部分の供給を開始するに先立って初期量の水および水混和性溶媒を反応槽に供給 しておく。この方式に対するただ1つの注意は、上記溶液供給材料を構成するい ろいろな供給材料をそれらが本発明の方法を限定するいろいろなパラメーターに 従うように割り当てる必要がある点である。 本発明の方法をバッチ方法として行う場合には、Br2と溶液供給材料を、そ れらが使い果たされるまで撹拌反応槽に供給する。ビスフェノール−Aからテト ラブロモビスフェノール−Aへの臭素化は上記反応条件下で極めて迅速に起こる ことから、決して供給後の加熱処理を有意に長い時間に渡って行う必要はない。 また、この反応マスに入っている水の量は非常に多量であることと、このような 量で水を存在させるとテトラブロモビスフェノール−Aが非常に不溶になること から、最終反応マスを冷却することで得られる利点は僅かのみである。冷却する ことの利点は、主に、液体−固体分離を行うに先立って反応マス中に存在する溶 媒和した気体状臭化物、例えば臭化メチルなどの蒸気圧を低くすることにある。 また、この臭化物の生成速度がいくらか遅くなり得る。加うるに、冷却を行うと 、反応マスに入っている水含有量に応じてテトラブロモビスフェノール−Aがそ の反応マスから追加的に沈澱して来る可能性がある。本明細書に示す好適な範囲 内で操作を行うならば、追加的に沈澱を起こさせることは、それで利点が得られ たとしてもそれを得るに関連して費用がかかることから、価値がない可能性があ る。最後に、冷却を行うと、利用する分離技術に応じて、反応槽の下流で反応マ スを取り 扱うのがより容易になる可能性がある。従って、上記のいずれもが重要でないか 或は関連した価値が得られない場合には、反応マスを分離装置に移送することが できた時点で直ちにこれに液体−固体分離を受けさせてもよい。しかしながら、 冷却することが望まれる場合の冷却時間は、反応マスをどのように冷却するか或 はどの温度にまで冷却するかに依存する。実験室の設定における冷却時間は1か ら30分の範囲であり得る。 より多くのテトラブロモビスフェノール−A沈澱物を反応マス中で生じさせる ことを確保する目的で、共供給が終了した時点で追加的水を反応マスに加えるこ とが望まれる場合には、また、この共供給が終了した時点と沈澱物を回収する時 点の間に追加的時間を要する可能性がある。水を添加する時間と沈澱を起こさせ る時間は非常に短い、即ち30分未満であり得る。 反応マスを冷却するか否か或は反応マスをより一層の水で処理するか否かに拘 らず、時間を追加的に消費したとしても本方法で製造するテトラブロモビスフェ ノール−Aの全体量はあまり多くならない(全体量には沈澱物の量と反応マス中 に溶媒和している物の量が含まれる)と理解されるべきである。従って、このよ うな追加的時間は、従来技術の方法で教示されている加熱処理時間と同じ様式で 加熱処理時間と見なされるべきでない。 固体を液体から回収した後、その固体を、好適には、反応で用いた特別な水混 和性溶媒と水が入っている溶液で洗浄する。この洗浄で上記固体から母液を実質 的に全部除去する。この母液にはトリブロモフェノール、HBrおよび加水分解 性不純物などの如き不純物が入っている。典型的な洗浄水は、水にメタノールが 30重量%入っている溶液であり得 る。次に、この洗浄した固体を脱イオン水で再び洗浄することで、1番目の洗浄 で残存するいくらかの水混和性溶媒を除去することにより、それが生成物乾燥時 に放出される問題を最小限にする。 反応槽の運転を連続様式で行う場合の反応槽は、好適には、連続撹拌タンク反 応槽である。反応マスを連続的に生じさせそしてこの反応マスを生じさせている 間にその一部を反応槽から取り出す。この反応槽のデザインは、反応槽内の平均 滞留時間がビスフェノール−Aの実質的に全部が四臭素化されることが確保され るに充分な時間になるようなデザインでなければならない。用語「連続供給」お よび「連続取り出し」は供給または取り出しを中断することを排除することを意 味しない。このような中断は一般に短期間であり、反応槽の規模およびデザイン に応じて適切であり得る。例えば、テトラブロモビスフェノール−A沈澱物は反 応槽の底近くに沈降する傾向があることから、取り出しを行いそして次の取り出 しを行う前に取り出しを短期間停止しすることで沈澱物を蓄積させてもよい。こ のような取り出しは、取り出しの実施を反応槽への供給が終了するまで待つ(バ ッチ方法の特徴であるように)ことがない意味で、連続的であると見なされるべ きである。 連続取り出しを中断するか否かに拘らず、取り出しの結果として、反応マス中 に存在する液体の一部と固体の一部が一緒に取り出される。その固体部分は主に テトラブロモビスフェノール−Aである。この上に記述したバッチ式の場合に行 ったのと同様に、上記混合物の濾過、沈澱物の洗浄などを行ってもよい。 連続式操作を用いる場合には反応マスの温度をバッチ式の場合に好適な温度よ りかなり高い温度に保持する方が有利であると考えている。バッ チ式の場合に好適な温度は50から65℃である。連続式の場合に好適な温度は 55から95℃の範囲内、最も好適には65から95℃の範囲内である。65か ら75℃の温度を用いると非常に良好な結果が得られると予測される。使用する 温度を高くすればするほど得られる生成物の純度が高くなり得ることを見い出し た。 温度を高くすると生成物の純度が高くなることに関する利点は、トリブロモビ スフェノール−A中間体の沈澱生成と臭素化の相対速度と生成物純度の間に相関 関係が存在していることを支持する研究を考慮することで理解される。温度を上 昇させると、トリブロモビスフェノール−Aが反応マスの液相中で示す溶解度と 反応速度の両方が有利になり、従って高純度生成物の入手性が助長される。また 、液相の水含有量を低くすることでも、液相中のBr2濃度が高くなるか或はト リブロモビスフェノール−Aの濃度が高くなることからトリブロモビスフェノー ル−Aの臭素化速度が速くなり得るが、それらは両方ともそれら自身に問題があ る。Br2の濃度を高くすると望ましくない副生成物の生成が促される可能性が ある一方、液相の水含有量を低くすると反応マスに含まれるHBr含有量が高く なることでテトラブロモビスフェノール−Aの収率が低くなるであろう。 連続式操作の好適な反応槽滞留時間は、撹拌タンク反応槽を用いそしてこのよ うな操作様式に好適な工程条件を用いるならば、30から150分の範囲内にな るであろうと予測される。本明細書で反応槽滞留時間を用いる場合、これは、反 応槽の容積をその反応槽からスラリーを取り出す流量で割った値である。 本発明の方法で製造するテトラブロモビスフェノール−A生成物は非 常に高い純度を持ち得る、即ちこの生成物にはテトラブロモビスフェノール−A が少なくとも98重量%入っている。トリブロモビスフェノール−Aの含有量は 低い、即ち0.1から2重量%である。この生成物の品質は優れていて、それが 示すAPHA色は50未満である(100mlのアセトンにテトラブロモビスフ ェノール−Aを80グラム入れて)。また、加水分解性臭化物の量も低く保たれ 、一般に60ppm未満である。本方法の収率は感動的であり、95から99% の範囲の収率を得ることができる。 前記から理解されるであろうように、溶媒の水含有量と反応温度とビスフェノ ール−A供給中における反応マス中のBr2含有量の全部が、所望のテトラブロ モビスフェノール−A生成物を効率良い様式で得ることに貢献する。所望結果を 得るための上記工程パラメーター各々に関する個々の値の選択は、各作業者の必 要性および利用可能な装置に依存する。ある作業者は、本発明の方法を利用する ことに関する1つの利点を他の可能な利点よりも強調する可能性がある。このよ うに、その作業者は、他の利点(類)を強調することを望む別の作業者が選択す る工程パラメーター値とは異なる工程パラメーター値を選択する可能性がある。 共生成するHBrからBr2を生じさせる酸化を行って本発明の方法で必要と されるBr2の一部を得る方が反応槽への供給材料にBr2を相当する量で入れる 費用よりも経済的である場合には、そのような酸化を利用するのが特に魅力的で ある。このような経済的利点は、通常、Br2を4モル供給する時の費用から回 収HBrの値段を引いたコストがBr2を2モル供給する時の費用にHBrの酸 化費用を足したコストより高い場合に得られる。 好適には臭化メチルの生成量を最低限にすることを意図するが、本発明の方法 は、臭化メチルが適度な量、即ちテトラブロモビスフェノール−A生成物45. 5kg当たり9.0kg(100ポンド当たり20ポンド)の量で生じるように する改造をそれに受けさせるに充分な順応性を示し得る。このように、市場の需 要が将来大きく低下した時でも、それに適応させることができる。臭化メチルを 生じさせる場合に本方法で必要とされる全Br2量は、テトラブロモビスフェノ ール−Aを高収率で製造しかつHBrを目標量で生じさせるに必要な量になるで あろう。このような場合のBr2の供給量と酸化で生じさせるBr2量は、一緒に して、4Br2が必要であると言った条件に合致するに充分でなければならない 。 HBrの酸化に関して上で行った説明では、一般に、反応槽または反応マス中 でHBrに酸化を受けさせることを述べて来たが、また、共生成したHBrを反 応槽から取り出してそれに酸化を反応槽の外側で受けさせそして次にそのように して生じさせたBr2を反応槽に戻すことも本発明の方法の範囲内である。 また、HBrを反応槽内で起こる反応から生じさせるのではなくHBrを別の 源から反応槽に供給することも本発明の方法の範囲内である。このような外来( non−indigenous)のHBrにその共生成したHBrと一緒に酸化 を受けさせてBr2を生じさせることも可能である。この場合、この外来のHB rからBr2が生じるとしてそれを本方法で必要な全Br2に対して計算してもよ く、そしてBr2の供給を適切に調整してもよい。 実施例 以下に示す実施例で本発明の方法の原理を説明する。 本実施例の各々で、本質的に水とメタノールとHBrとずっと少ない量で不純 物が入っている反応前仕込み物または「母液」を用いる。この母液には一般に水 が30重量%とメタノールが55重量%とHBrが8−20重量%入っていた。 実施例I−IIで用いた母液は、MitchellおよびMcKinnieが 米国特許第4,628,124号に記述した如く製造したTBBPAに由来する 母液であった。 実施例III−VIではいろいろな母液を用いた。実施例IIIおよびIVで 用いた母液は、メタノールと水が入っている反応マス中でビスフェノール−Aと 臭素を反応させてテトラブロモビスフェノール−Aを製造する実験(先に行った 一連の実験)に由来する母液であった。このような先に行った実験は、本発明の 実験ではなく(水の量、温度などが限定したパラメーター外である)、決定的で ない相反する結果をもたらした。本発明でない最初の実験で得た母液を次の実験 で用いた等々。この最後の実験で得た母液を実施例III用の母液として用いた 。 実施例全部において、特に明記しない限り、%はガスクロ(GC)の面積パー セントであるとして受け入れられるべきである。スプリットインジェクション( split injection)を利用したフィルム厚が2.65ミクロンの 5 Meter X 0.53 mm HP−1メガボアキャピラリーカラム( megabore capillary column)を用いてGC分析を実 施した。このカラムの操作ではこれを100℃から300℃に1分当たり10℃ で加熱した。炎イオン化検出器を用いた。 実施例I−IIIでは、共生成するHBrに酸化を受けさせてBr2を生じさ せてそのBr2をビスフェノール−Aから所望四臭素化生成物を生成させる臭素 化に対する貢献で用いることを付随して伴わせて高品質のテトラブロモビスフェ ノール−A生成物を製造することを例示する。 実施例I 1リットルの丸底フラスコに機械的撹拌機、コンデンサ、温度計、滴下漏斗お よび加熱用マントルを取り付け、そして臭素供給用のO.D.が0.3175c m(1/8インチ)のディップチューブとビスフェノール−A溶液供給用のO. D.が0.3175cm(1/8インチ)のフィードチューブ(これの末端は蒸 気空間内に位置する)を取り付けた。このフラスコに、HBrが9.5重量%入 っていてテトラブロモビスフェノール−Aが5.0グラム入っている母液を20 0ml仕込んだ。この添加したテトラブロモビスフェノール−Aは、母液を飽和 させそして製造すべきテトラブロモビスフェノール−Aの沈澱を補助する種晶粒 子を供給する働きをする。 100グラムのビスフェノール−Aと300mlのメタノール(水が2%)と 200mlの水が入っている溶液を調製した。蒸発装置(これは250Mlのフ ラスコから成っていて、これに窒素導入口と気体出口を取り付けて、上記気体出 口を反応槽内の0.3175cm(1/8インチ)ディップチューブに連結し、 そしてこのフラスコを加熱する)にBr2を143グラム(46ml)入れた。 反応前に仕込んだ母液とテトラブロモビスフェノール−Aを55℃の温度に持っ て行った。上記蒸発装置の中を窒素でパージ洗浄(200から500Ml/分) しそして液状の臭素を加熱することにより、Br2の供給を開始した。反応前に 仕込んだ仕込み物の色が黄色になった時点で直ちにぜん動ポンプを用いて上記溶 液の供給を開始した。ポンプ輸送速度を変えることにより、Br2の供給がビス フェノール−Aの供給よりも化学量論的に先行することを保持し、その結果とし て、反応マスの色は黄色であった。これらの供給を1時間15分継続した時点で Br2の供給を終了した。上記溶液の供給を反応マスび液相の色が無色になるま で継続した。滴下漏斗にH2O2水溶液(30重量%)を100グラム仕込んで、 これの滴下を、上記ビスフェノール−A溶液の供給を継続しながら開始した。上 記水溶液の供給と上記溶液の供給を定期的に調整して、反応マスに含まれる液状 部分の色を黄色に維持した。上記H2O2水溶液を供給している間、反応マスの温 度を60−63℃に維持した。このH2O2を全部加えた後の反応マスの色は黄色 であった。上記ビスフェノール−A溶液の添加を継続すると反応マスの色は明黄 色に変わるが、この溶液の供給を止めると、より深い黄色に変わるであろう。こ の期間中の反応温度を58−62℃にした。最後に、過酸化水素水溶液の供給を 止めて20分後、上記ビスフェノール−A溶液を、反応マスが無色になるまで加 えた。この反応マスの温度を60−65℃の温度に30分間保持した後、55℃ に冷却した。この反応マスに含まれる沈澱物を濾過で母液から分離した後、水中 20重量%のメタノール溶液を125ml用いて洗浄を行った。脱イオン水を用 いて2番目の洗浄を実施した。この洗浄した沈澱物を乾燥させて分析を行った。 GC分析により、トリブロモビスフェノール−Aが0.64%でテトラブロモビ スフェノール−Aが99.3%であることが示された。上記母液にHBrが3. 7重量%入っていることを確認した。 実施例II 滴下漏斗を取り付けないで、臭素蒸発装置からディップチューブの連結具に至 るラインに塩素ガス添加用のT字管を取り付ける以外は、この上と同様に1リッ トルの丸底フラスコを装備した。このフラスコに母液(150グラム)と固体状 のテトラブロモビスフェノール−Aを3グラム加えて55℃の温度に加熱した。 Br2蒸発とN2の供給を開始してそれらをディップチューブに通して上記フラス コに入れ、それに続いて、80.0グラムのビスフェノール−Aと400mlの メタノール(水が2重量%)と200Mlの水から調製した溶液の供給を開始し た。送り込まれたBr2の全量は141グラムであった。数分後、若干量で送り 込む気体状Cl2の供給を開始した。ビスフェノール−Aの供給量とCl2の供給 量を調整することにより、反応マスの液状部分を黄色に保持した。このBr2全 部を1.5時間で送り込んだ。Cl2の供給量を90ml/分以上にまで上昇さ せ、そしてビスフェノール−Aを6ml/分で供給しながら、反応マスの液状部 分が黄色のままになるようにCl2の供給量を連続的に調整した。このCl2とビ スフェノール−Aは2時間後に全部送り込まれた。これらの供給を停止してから 2分後にヒドラジン(66重量%)を2滴加えて過剰量のBr2を分解させた。 このヒドラジンを加えると、反応マスの液状部分が無色になった。この反応マス を20℃に冷却した。沈澱物を集め、そして水中30重量%のメタノールを12 5ml用いて洗浄を行った。脱イオン水を用いて2番目の洗浄を行って湿ったケ ーキを得た後、これを120−130℃のオーブンで乾燥させることで生成物を 189.8g得た。GC分析により、トリブロモビスフェノール−Aが0.97 %で、クロロトリブロモビスフェノール−Aが0.01%で、o,p−テトラブ ロモビスフェノール−Aが0. 04%で、テトラブロモビスフェノール−Aが99.1%であることが示された 。 実施例III 窒素供給部に塩素ガス添加用のT字管を取り付ける以外は実施例IVと同様に 1リットルのフラスコを装備して、臭素を実施例IVと同様に供給した。この反 応槽に、実施例IIと同様な反応混合物から得た母液を150Ml仕込んだ。こ れを55℃に加熱した後、臭素蒸気の添加を開始した。反応マスの色が黄色にな った時点で、90.0グラムのビスフェノール−Aと450Mlのメタノールと 180Mlの水から調製した溶液の添加を開始した。5分後、塩素ガスの添加を 1分当たり150−200Mlで開始した。この反応混合物を55℃に保持しそ して上記溶液の流量を調整することで黄色に保持した。更に20分後、塩素の流 量を1分当たり250Mlにまで上昇させ、そして更に30分後、塩素の流量を 1分当たり300Mlにまで上昇させた。20分後に全ての臭素が添加された。 臭素が47Ml添加された。塩素の流量を高くして反応マスを黄色として保持し た。8分後に上記溶液が全部送り込まれ、その時点で塩素の添加を止めた。7分 後、飽和亜硫酸ナトリウム溶液を2Ml加えて臭素を分解させた。次に、この反 応混合物を30℃に冷却した。固体を濾過でその母液から分離した後、フィルタ ー上でそれを125Mlの30%メタノールに続いて125Mlの脱イオン水で 洗浄した。その固体をオーブンで乾燥させると209.2グラム残存し、これを GCで分析した結果、トリブロモビスフェノール−Aは1.25%で、クロロト リブロモビスフェノール−Aは0.013%で、テトラブロモビスフェノール− Aは98.7%であった、この固体がアセトン中で示す 色(100Mlのアセトン中80グラム)は20APHAであり、イオン性臭化 物の量は6ppmでありそして加水分解性臭化物の量は16ppmであった。上 記母液を分析した結果、それにはトリブロモフェノールが0.09重量%、テト ラブロモビスフェノール−Aが0.21重量%、トリブロモビスフェノール−A が3ppmおよび他のフェノール系不純物が0.04重量%入っていることが示 された。 以下に示す実施例では、HBrに酸化を受けさせて反応体であるBr2を供給 することを行わないことを特徴とする本発明の方法の原理を説明する。 実施例IV 1リットルの丸底フラスコに機械的撹拌機、コンデンサ、温度計および加熱用 マントルを取り付け、そして臭素供給用のO.D.が0.3175cm(1/8 インチ)のディップチューブとビスフェノール−A溶液供給用の0.3175c m(1/8インチ)のフィードチューブ(これの末端は蒸気空間内に位置する) を取り付けた。このフラスコに母液を150mlおよびテトラブロモビスフェノ ール−Aを5.0グラム仕込んだ。この加えたテトラブロモビスフェノール−A は上記母液を飽和させそして製造すべきテトラブロモビスフェノール−Aの沈澱 を補助する種晶粒子を供給する働きをする。 59.93グラムのビスフェノール−Aと360mlのメタノール(水が2% )と123mlの水が入っている溶液を調製した。蒸発装置(これは250Ml のフラスコから成っていて、これに窒素導入口と気体出口を取り付けて、上記気 体出口を反応槽内の0.3175cm(1/8インチ)ディップチューブに連結 し、そしてこのフラスコを加熱する) にBr2を168.2グラム入れた。反応前に仕込んだ母液と5グラムのテトラ ブロモビスフェノール−Aを67℃の温度に持って行った。上記蒸発装置の中を 窒素でパージ洗浄(200から500Ml/分)しそして液状の臭素を加熱する ことにより、Br2の供給を開始した。反応前に仕込んだ仕込み物の色が黄色に なった時点で直ちにぜん動ポンプを用いて上記溶液の供給を開始した。ポンプ輸 送速度を変えることにより、Br2の供給がビスフェノール−Aの供給よりも化 学量論的に先行することを保持し、その結果として、反応マスの色はオレンジ色 であった。これらの供給を1時間38分継続した時点でBr2の供給を終了した 。上記溶液供給材料の20mlを添加しないで残した。上記溶液の供給が終了し た後、反応マスを更に20分間67−69℃に保持した。この反応マスの色は無 色であった。固体を濾過で集め、水中30%のメタノールに続いて水で洗浄した 後、125℃の温度で乾燥させた。ガスクロ(GC)により、上記固体にはトリ ブロモビスフェノール−Aが0.22%とテトラブロモビスフェノール−Aが9 9.8%入っていることが示された。 実施例V 以下に示す以外は本質的に実施例IVと同じ手順に従った。フラスコに、開始 時、実施例IVの濾液から得た母液(150Ml)とテトラブロモビスフェノー ル−Aを5グラム仕込んだ。80.0グラムのビスフェノール−Aと400ml のメタノールと210mlの水から供給溶液を調製した。Br2を225.4グ ラム用いた。上記溶液を6ml/分で送り込み、そしてN2清掃を用いてBr2を 200−500ml/分で送り込んだ。この反応マスを55−60℃の温度に保 持しそして上記供給 材料の供給速度を若干変えることで反応マスの色を暗黄色に保持した。上記溶液 の供給とBr2の供給が本質的に同時に完了した。上記溶液の供給で用いたフラ スコを10mlのメタノールで洗浄した。次に、この洗浄液を反応フラスコに送 り込んだ。この洗浄液を送り込みそして上記溶液の供給とBr2の供給を停止し て5分後に生じる反応マスの色は明黄色であった。この反応フラスコに63%ヒ ドラジンを3滴加えて残存する全てのBr2を失活させた。次に、この反応マス を熱の添加なしに1.5時間撹拌し、固体を濾過で集めた後、40%のメタノー ル水溶液に続いて水で洗浄した。GCにより、上記固体にはトリブロモフェノー ルが0.02%とトリブロモビスフェノール−Aが0.84%とテトラブロモビ スフェノール−Aが99%入っていることが示された。 実施例VI 以下に示す以外は実施例Vと同じ手順に従った。実施例IVの濾液から母液( 150Ml)を得た。この母液と一緒にテトラブロモビスフェノール−Aを3グ ラム用いた。溶液の内容物を80.16グラムのビスフェノール−Aと380m lのメタノールと300mlの水にした。Br2を225.1グラム供給した。 上記母液を55℃に加熱した後、Br2の供給と溶液の供給を開始した。Br2の 供給量を調整することで反応マスを黄色に保持した。この2つの供給は2時間で 終了したが、この添加全体を通して反応槽の温度を55−60℃に保持した。こ の溶液が入っていた容器を10mlのメタノールで濯いだ後、このメタノールを 反応フラスコに加えた。この時点で、反応マスは明黄色であった。供給が終了( およびメタノール濯ぎ液の添加が終了)して7分後、この反応マスにヒドラジン を2滴加えた。この反応マスは無色になった。この反 応マスを放置して室温に冷却することで沈降を起こさせた。この反応マスに含ま れる液状部分のサンプルを採取した。水で希釈して塩化メチレンで抽出した後、 テトラデカンを内部標準として用いたGC分析で分析を行った結果、その液体に はトリブロモフェノールが0.036重量%、テトラブロモビスフェノール−A が0.040重量%、トリブロモビスフェノール−Aが0.001重量%および 他の不純物が0.027重量%入っていることが示され、このことは、収率の損 失が理論値の0.5%であることに相当する。 上記反応マスから回収して洗浄および乾燥を受けさせた固体は、GCにより、 トリブロモビスフェノール−Aを1.8%とテトラブロモビスフェノール−Aを 98.2%含有することが示された。 実施例VII 長さが1.83m(6フィート)で0.635cm(1/4インチ)のテフロ ン製管材を沸騰水内に保持して、これに液状臭素と窒素の流れ(30−100m l/分)を送り込んで臭素を蒸発させる以外は、実施例IVと同様に2リットル の丸底フラスコを装備した。次に、この蒸発した臭素を0.3175cm(1/ 8インチ)のディップチューブに送り込んだ。20グラムのビスフェノール−A と100mlのメタノールが既に入っている2Lの反応槽に18mlのBr2を 20分かけて加えることにより、反応前の仕込み物を生じさせた。Br2添加中 、上記反応槽の内容物を還流に加熱し、そしてBr2の供給が完了した後5分間 、それを維持した。次に、この反応槽に水を100ml加えた。その結果として 生じた反応槽の内容物で反応前の仕込み物を構成させた。 この反応前仕込み物を生じさせた後、これに、130グラムのビスフェ ノール−Aと650mlのメタノールと950mlの水から調製したビスフェノ ール−A溶液を1400mlと液状のBr2を94ml含めた共供給材料を1時 間かけて加えた。この共供給材料を供給している間の反応マスの色は黄色からオ レンジ色であり、この反応マスを57−60℃の温度に保持した。この共供給後 、反応マスの色が明黄色に変わるまでビスフェノール−A溶液を追加的(3ml )に加えた。この反応マスを35℃に冷却して濾過することで沈澱物を得、これ を30%のメタノール水溶液で洗浄した。次に、この沈澱物を250mlの脱イ オン水で洗浄した。この沈澱物をオーブンで乾燥させた後、重量測定を行った結 果、重量が295グラムであることを確認した。GC分析により、トリブロモフ ェノールが0.03%でトリブロモビスフェノール−Aが1.16%でo,p− テトラブロモビスフェノール−Aが0.064%でテトラブロモビスフェノール −Aが98.7%であることを確認した。 実施例VIIIでは本発明の方法で連続様式を用いることを実証する。 実施例VIII 実施例VIIの臭素添加方法を含めて実施例VIIと同様に500mlのフラ スコを装備した。また、反応混合物を取り出すためのポンプに0.635cm( 1/4インチ)のテフロン製ディップチューブを取り付けることも含めた。1分 当たりに167Mlをポンプ輸送する能力を有する上記ポンプをタイマーに取り 付けることで、上記フラスコから反応混合物がポンプ輸送される時間が45秒毎 に3秒間のみになるようにした。 この反応槽に先の実験で得た反応混合物を400ml仕込んで67℃に加熱し た。次に、臭素蒸気の添加を開始した。この混合物の色が黄色 に変わった時点で直ちに、ビスフェノール−Aの溶液(5200mlのMeOH [水が3.74%]と1670mlの水に1000gのビスフェノール−Aが入 っている)の添加を12ml/分の速度で開始した。この反応混合物の画分を、 63%のヒドラジンが1/2ml入っている三角フラスコ内に集めた。臭素の供 給速度を調節して反応混合物を黄色に保持しそして反応温度を69−71℃に維 持した。上記フラスコからポンプ輸送する反応混合物の輸送速度を若干調整する ことにより、上記反応槽のレベルを400Mlに維持した。画分を集めた後、そ れらを濾過で母液から分離し、そしてその固体をフィルター上で30%のMeO Hに続いて脱イオン水で洗浄した。表Iにその結果を示す。ヒドラジンを添加し ないでサンプル番号5を集めた。それの母液を分析した結果、臭素が360pp mであることが示された。テトラデカンを内部標準として用いた5メートルのH P−1メガボアキャピラリーカラムで上記母液の2つをGC分析した結果を表I Iに示す。 本発明のテトラブロモビスフェノール−A生成物は高品質である、即ちこれは テトラブロモビスフェノール−Aを少なくとも97.5重量%、より好適にはテ トラブロモビスフェノール−Aを少なくとも98重量%含有する。最も高度に好 適な生成物はテトラブロモビスフェノール−Aを少なくとも98.5重量%含有 し、最良生成物はテトラブロモビスフェノール−Aを少なくとも99重量%含有 する。 本発明の方法は本発明でない工程パラメーターを持たせた方法と組み 合わせて実施可能であると理解されるべきである。例えば、作業者が臭化メチル を中間的量で生じさせることを望む場合には、本方法と同様な方法であるが、臭 化メチルの生成を助長する工程パラメーターを用いて本方法を実施することも可 能である、即ち本方法に例えば水含有量を低くすると言った特徴、例えば水含有 量を10重量%にすると言った特徴を持たせることも可能である。このような方 法をある期間実施した後、中断して、本発明のパラメーターを与えることで臭化 メチルの生成量を低くすることも可能である。このようにして、作業者は、両方 の方法を組み合わせることで臭化メチルの生成量を狭い生成量範囲内に調節する ことができるであろう。 前記から理解されるであろうようにそしてそれの最も幅広い面で考慮した時、 本発明の方法は、中間体であるトリブロモビスフェノール−Aが有意な量で沈澱 するに充分な機会をそれに与えないような速度でテトラブロモビスフェノール− A沈澱物が直接生じる反応系を与えることで、高純度のテトラブロモビスフェノ ール−A生成物が高い収率で得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),CA,JP

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. テトラブロモビスフェノール−Aの製造方法であって、 a. ビスフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液を反応槽に供給 することで水を液相中の水と水混和性溶媒の量を基準にして約15重量%以上か ら約65重量%含有する液相を有する反応マスを少なくともある程度生じさせ、 b. (a)中、該反応マスに未反応のBr2を存在させることにより、テトラ ブロモビスフェノール−Aの沈澱物を生じさせ、そして c. 反応マスの温度を約50から約100℃の範囲内にする、 ことを含む方法。 2. 該水混和性溶媒が水混和性アルコール、カルボン酸、ニトリル、または 該反応マス中で開裂を起こさないエーテルである請求の範囲第1項の方法。 3. 該水混和性溶媒が炭素原子を4個以下の数で含むアルコールである請求 の範囲第1項の方法。 4. 該水混和性溶媒がメタノールまたはエタノールである請求の範囲第1項 の方法。 5. 該水混和性溶媒がメタノーである請求の範囲第4項の方法。 6. 該反応マスに水を約25から約65重量%含有させる請求の範囲第1項 の方法。 7. 該反応マスに水を約30から約45重量%含有させる請求の範囲第6項 の方法。 8. 該反応マスに未反応のBr2を少なくとも50ppm含有させる請求の 範囲第1項の方法。 9. 該反応マスに未反応のBr2を約50から約10,000ppm含有さ せる請求の範囲第1項の方法。 10. 供給する溶媒とビスフェノール−Aの重量比を約2:1から約10: 1の範囲内にする請求の範囲第1項の方法。 11. 供給する溶媒とビスフェノール−Aの重量比を約3:1から約5:1 の範囲内にする請求の範囲第1項の方法。 12. 該反応マスの温度を約50から約80℃の範囲内にする請求の範囲第 1項の方法。 13. (a)中、該反応マス中に存在するHBrをBr2に変化させるため の酸化剤を追加的に該反応槽に供給する請求の範囲第1項の方法。 14. 該酸化剤がH2O2またはCl2である請求の範囲第13項の方法。 15. 供給する酸化剤とビスフェノール−Aのモル比を約1:1から約2: 1の範囲内にする請求の範囲第14項の方法。 16. テトラブロモビスフェノール−Aの製造方法であって、 a. ビスフェノール−Aと水と水混和性溶媒が入っている溶液とBr2を反応 槽に一緒に供給することで、水を液相中の水と水混和性溶媒の量を基準にして約 15重量%以上から約65重量%含有する液相と固相を有する反応マスを少なく ともある程度生じさせ、 b. (a)中、該反応マスの液相に未反応のBr2を少なくとも約50ppm 含有させ、そして c. 反応マスの温度を約50から約100℃の範囲内にする、 ことを含む方法。 17. 該水混和性溶媒が水混和性アルコール、カルボン酸、ニトリル、また は該反応マス中で開裂を起こさないエーテルである請求の範囲第16項の方法。 18. 該水混和性溶媒が炭素原子を4個以下の数で含むアルコールである請 求の範囲第16項の方法。 19. 該水混和性溶媒がメタノールまたはエタノールである請求の範囲第1 6項の方法。 20. 該水混和性溶媒がメタノーである請求の範囲第19項の方法。 21. 該反応マスに水を約25から約65重量%含有させる請求の範囲第1 6項の方法。 22. 該反応マスに水を約30から約45重量%含有させる請求の範囲第2 1項の方法。 23. 該反応マスに未反応のBr2を約50から約10,000ppm含有 させる請求の範囲第16項の方法。 24. 供給する溶媒とビスフェノール−Aの重量比を約2:1から約10: 1の範囲内にする請求の範囲第16項の方法。 25. 供給する溶媒とビスフェノール−Aの重量比を約3:1から約5:1 の範囲内にする請求の範囲第16項の方法。 26. 該反応マスの温度を約50から約80℃の範囲内にする請求の範囲第 16項の方法。 27. (a)中、該反応マス中に存在するHBrをBr2に変化させるため の酸化剤を追加的に該反応槽に供給する請求の範囲第16項の方法。 28. 該酸化剤がH2O2またはCl2である請求の範囲第27項の 方法。 29. 供給する酸化剤とビスフェノール−Aのモル比を約1:1から約2: 1の範囲内にする請求の範囲第28項の方法。 30. 高純度のテトラブロモビスフェノール−A生成物を高収率で製造する 方法であって、中間体であるトリブロモビスフェノール−Aが有意な量で沈澱す るに充分な機会をそれに与えないような速度でテトラブロモビスフェノール−A 沈澱物がビスフェノール−Aの臭素化で直接生じる反応系を与え、ここで、この 過程で生じる全沈澱物がテトラブロモビスフェノール−Aを少なくとも約96重 量%含有することを含む方法。
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