JP2002255880A - ビスフェノールaの製造方法 - Google Patents
ビスフェノールaの製造方法Info
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Abstract
型イオン交換樹脂触媒を用い、フェノールとアセトンを
縮合させてビスフェノールAを製造するに際し、アセト
ン中の不純物であるメタノールによる触媒活性の低下を
抑え、高い転化率でビスフェノールAを製造する方法を
提供すること。 【解決手段】 上記変性酸型イオン交換樹脂として、ア
セトン中のメタノール濃度が250重量ppm未満の場
合、変性率10モル%以上20モル%未満のものを、メ
タノール濃度が250〜8000重量ppmの場合、変
性率20〜65モル%のものを用いる。
Description
〔2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン〕
の製造方法の改良に関し、さらに詳しくは、含イオウア
ミン化合物で部分的に変性した酸型イオン交換樹脂触媒
を用い、フェノールとアセトンを縮合させてビスフェノ
ールAを製造するに際し、アセトン中の不純物であるメ
タノールによる触媒活性の低下を抑え、高い転化率でビ
スフェノールAを安定して製造する方法に関するもので
ある。
脂やポリアリレート樹脂などのエンジニアリングプラス
チック、あるいはエポキシ樹脂などの原料として重要な
化合物であることが知られており、近年その需要はます
ます増大する傾向にある。このビスフェノールAは、酸
性触媒及び場合により用いられる硫黄化合物などの助触
媒の存在下に、過剰のフェノールとアセトンとを縮合さ
せることにより製造される。
は、従来、硫酸や塩化水素などの無機鉱酸が用いられて
いたが、近年、陽イオン交換樹脂が注目され(英国特許
第842209号明細書、同第849565号明細書、
同第883391号明細書)、工業的に用いられるよう
になった。
としては、メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、
チオグリコール酸などの置換基を有する若しくは有しな
いアルキルメルカプタン類が有効であることが知られて
いる(米国特許第2359242号明細書、同第277
5620号明細書)。このメルカプタン類は、反応速度
を上げるとともに、選択率を向上させる作用を有してい
る。例えば、ビスフェノールAの製造において、反応副
生物として、主に2−(2−ヒドロキシフェニル)−2
−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(o,p′一
体)が生成し、その他トリスフェノール、ポリフェノー
ルなどが生成する。特に、ポリカーボネート樹脂やポリ
アリレート樹脂などの原料として用いる場合、これらの
副生物の含有量が少なく、着色のない高純度のビスフェ
ノールAが要求される。このため、反応速度を上げると
ともに、上記副生物の生成を抑え、選択率を高めるため
に、助触媒としてメルカプタン類が用いられる。
置の腐食の原因となったり、臭気などの環境衛生上の問
題があり、そのため、近年、上記陽イオン交換樹脂とメ
ルカプタン類を併用する代わりに、触媒として、酸型イ
オン交換樹脂のスルホン酸基の一部にイオウ含有基を導
入してなる各種の変性酸型イオン交換樹脂を用いること
が行われている。
て、含イオウアミン化合物で部分的に変性した酸型イオ
ン交換樹脂が知られている。しかしながら、この変性酸
型イオン交換樹脂を触媒とし、フェノールとアセトンを
縮合させてビスフェノールAを製造する場合、アセトン
中の不純物であるメタノールによって、該触媒の活性が
低下するという問題が生じる。そこで、このような問題
を解決するために、反応原料中に少量の水を存在させる
ことにより、該触媒活性の低下を抑制する方法が提案さ
れている(特開平6−172241号公報、特開平10
−175898号公報、特開平10−251179号公
報、特開平10−251180号公報)。しかしなが
ら、この方法においては、水による触媒活性の低下が新
たに生じるため、触媒活性の低下を抑制する効果が充分
に発揮されず、必ずしも満足し得る方法とはいえない。
中の不純物であるR−X(Rはアルキル基、アルケニル
基、シクロアルキル基又はシクロアルケニル基、XはO
H、ハロゲン原子、カルボキシレート基、サルフェート
基又はスルホネート基)で表される化合物の含有量を
0.1重量%未満に低減する方法が提案されている(特
開平6−25047号公報)。しかしながら、この方法
は、予め原料のフェノール及びアセトンを精製処理しな
ければならず、原料の精製工程が増え、必ずしも満足し
得る方法とはいえない。
状況下で、含イオウアミン化合物で部分的に変性した酸
型イオン交換樹脂触媒を用い、フェノールとアセトンを
縮合させてビスフェノールAを製造するに際し、アセト
ン中の不純物であるメタノールによる触媒活性の低下を
抑え、高い転化率でビスフェノールAを安定して製造す
る方法を提供することを目的とするものである。
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、含イオウアミ
ン化合物で部分的に変性した酸型イオン交換樹脂触媒と
して、原料のアセトン中のメタノール濃度に応じて、変
性率が異なるものを用いることにより、その目的を達成
し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づい
て完成したものである。
物で部分的に変性した酸型イオン交換樹脂を触媒とし、
フェノールとアセトンを縮合させてビスフェノールAを
製造するに当たり、上記変性酸型イオン交換樹脂とし
て、アセトン中のメタノール濃度が250重量ppm未
満の場合、変性率10モル%以上20モル%未満のもの
を、メタノール濃度が250〜8000重量ppmの場
合、変性率20〜65モル%のものを用いることを特徴
とするビスフェノールAの製造方法を提供するものであ
る。
イオウアミン化合物で部分的に変性した酸型イオン交換
樹脂を用い、フェノールとアセトンとを縮合させ、ビス
フェノールAを製造する方法であって、上記変性酸型イ
オン交換樹脂に用いられるベースの酸型イオン交換樹脂
としては、特に制限はなく、従来ビスフェノールAの触
媒として慣用されているものを用いることができるが、
特に触媒活性などの点から、強酸性であるスルホン酸型
イオン交換樹脂が好適である。
は、スルホン酸基を有する強酸性イオン交換樹脂であれ
ばよく特に制限されず、例えばスルホン化スチレン−ジ
ビニルベンゼンコポリマー、スルホン化架橋スチレンポ
リマー、フェノールホルムアルデヒド−スルホン酸樹
脂、ベンゼンホルムアルデヒド−スルホン酸樹脂などを
挙げることができる。
に用いられる含イオウアミン化合物としては特に制限は
なく、酸型イオン交換樹脂の変性に用いることのできる
従来公知の化合物の中から任意のものを適宜選択して用
いることができる。該含イオウアミン化合物の例として
は、3−メルカプトメチルピリジン、3−(2−メルカ
プトエチル)ピリジン、4−(2−メルカプトエチル)
ピリジンなどのメルカプトアルキルピリジン類、2−メ
ルカプトエチルアミン、3−メルカプトプロピルアミ
ン、4−メルカプトブチルアミンなどのメルカプトアル
キルアミン類、チアゾリジン、2,2−ジメチルチアゾ
リジン、2−メチル−2−フェニルチアゾリジン、3−
メチルチアゾリジンなどのチアゾリジン類、4−アミノ
チオフェノールなどのアミノチオフェノール類などが挙
げられるが、これらの中で、2−メルカプトエチルアミ
ン及び2,2−ジメチルチアゾリジンが好ましい。これ
らの含イオウアミン化合物は、遊離の形態であってもよ
く、塩酸などの酸性物質の付加塩や第四級アンモニウム
塩などの形態であってもよい。
前述のベースとなる酸型イオン交換樹脂を部分変性する
方法としては特に制限はなく、従来公知の方法を用いる
ことができる。例えば適当な溶媒、好ましくは水などの
水性溶媒中において、酸型イオン交換樹脂と含イオウア
ミン化合物を、所望の変性率になるように反応させるこ
とによって、変性することができる。反応は常温で行っ
てもよく、必要ならば加温して行ってもよい。この反応
により、イオン交換基であるスルホン酸基と含イオウア
ミン化合物の中のアミノ基とが反応し、イオン交換基の
一部にイオウ含有基が導入され、変性される。
中のメタノール濃度に応じて、変性率の異なる変性酸型
イオン交換樹脂が用いられる。フェノールとアセトンの
縮合触媒として、含イオウアミン化合物で部分的に変性
した酸型イオン交換樹脂を用いる場合、アセトン中の不
純物であるメタノールが、該変性酸型イオン交換樹脂中
の含イオウアミン化合物残基と反応して、その触媒活性
が低下するが、この際、メタノールと含イオウアミン化
合物残基との反応は、変性酸型イオン交換樹脂中の未変
性部分のスルホン酸基が触媒になり、メタノール濃度と
スルホン酸基量に相関関係があることを本発明者らは見
出した。つまり、アセトン中のメタノール濃度が低い場
合には、未変性部分のスルホン酸基が多く(変性率が低
く)ても、メタノールと含イオウアミン化合物残基との
反応が起こりにくいので、変性イオン交換樹脂の触媒寿
命が長くなる。一方、メタノール濃度が高い場合には、
未変性部分のスルホン酸基を少なく(変性率を高く)し
て、メタノールと含イオウアミン化合物残基との反応を
しにくくすることにより、触媒寿命を長くすることがで
きる。
セトン中のメタノール濃度が250重量ppm未満の場
合には、変性率を10モル%以上20モル%未満とし、
メタノール濃度が250〜8000重量ppmの場合に
は、変性率を20〜65%の範囲にすることにより、触
媒活性の低下が抑えられ、触媒寿命が長くなる。メタノ
ール濃度が700〜8000重量ppmの場合は、変性
率を26〜65モル%の範囲にするのが好ましい。な
お、変性率が10モル%未満では含イオウアミン化合物
による変性効果が充分に発揮されず、メタノール濃度と
は関係なく、触媒活性が低い。一方、変性率が65モル
%を超えると遊離のスルホン酸基が少なくなり、やはり
メタノール濃度とは関係なく、触媒活性が低下する。ま
た、本発明においては、原料中の水分は500〜500
0重量ppm程度の割合で含有するものを用いることが
できる。ところで、原料のフェノールの水分量は、試薬
又は工業品には一般的に500〜1000ppm含まれ
ている。原料のアセトンの水分量も同様に1000〜3
000ppm含まれている。また、プロセス的には過剰
量のフェノールと未反応のアセトンを回収しリサイクル
させるが、上記のような水分にするのはかなりの精製が
必要である。このビスフェノールAの反応では、生成物
のビスフェノールAと等モルの水が発生する。例えば、
一般的なアセトンとフェノールの原料モル比1:10の
ときアセトンの20%の転化率で4000ppm程度、
50%の転化率で9000ppm程度、70%の転化率
で13000ppm程度の水濃度となる。 つまり、原
料中の水分量が500〜2000ppm程度のときは、
上記のように反応により生成する水の方が多い為、反応
成績には殆ど影響がない。実際、0.05〜0.2%の
水分添加では、メタノールの影響の抑制効果は殆どな
い。しかし、水分は目的物であるビスフェノールAの生
成を抑制し、0.4%程度以上原料中に存在すると大き
な活性低下につながる。
オン交換樹脂のスルホン酸基の含イオウアミン化合物に
よるモル変性率を意味する。本発明のビスフェノールA
の製造方法においては、フェノールとアセトンとの使用
割合は特に制限はないが、生成するビスフェノールAの
精製の容易さや経済性などの点から、未反応のアセトン
の量はできるだけ少ないことが望ましく、したがって、
フェノールを化学量論的量よりも過剰に用いるのが有利
である。通常、アセトン1モル当たり、3〜30モル、
好ましくは5〜20モルのフェノールが用いられる。ま
た、このビスフェノールAの製造においては、反応溶媒
は、反応液の粘度が高すぎたり、凝固して運転が困難に
なるような低温で反応させる以外は、一般に必要ではな
い。
縮合反応は、前述の含イオウアミン化合物で部分的に変
性した酸型イオン交換樹脂を充填した反応塔に、フェノ
ールとアセトンを連続的に供給して反応させる固定床連
続反応方式を用いることができる。この際、反応塔は1
基でもよく、また2基以上を直列又は並列に配置しても
よい。工業的には、該変性酸型イオン交換樹脂を充填し
た反応塔を2基以上直列に連結し、固定床多段連続反応
方式を採用するのが、特に有利である。
について説明する。まず、アセトン/フェノールモル比
は、通常1/30〜1/3、好ましくは1/20〜1/
5の範囲で選ばれる。このモル比が1/30より小さい
場合、反応速度が遅くなりすぎるおそれがあり、1/3
より大きいと不純物の生成が多くなり、ビスフェノール
Aの選択率が低下する傾向がある。また、反応温度は、
通常40〜150℃、好ましくは55〜100℃の範囲
で選ばれる。該温度が40℃未満では反応速度が遅い
上、反応液の粘度が極めて高く、場合により、固化する
おそれがあり、150℃を超えると反応制御が困難とな
り、かつビスフェノールA(p,p′一体)の選択率が
低下する上、触媒の変性酸型イオン交換樹脂が分解又は
劣化することがある。さらに、原料混合物のLHSV
(液時空間速度)は、通常0.2〜30hr-1、好まし
くは0.5〜20hr-1の範囲で選ばれる。
きた反応混合物は、公知の方法により後処理が施され、
ビスフェノールAが取り出される。次に、この後処理の
一例について説明すると、まず晶析に先立って濃縮を行
う。濃縮条件については特に制限はないが、通常温度1
30〜170℃、圧力13〜53kPaの条件で濃縮が
行われる。温度が130℃未満では高真空が必要とな
り、170℃を超えると不純物が増加したり、着色の原
因となる。また、濃縮残液のビスフェノールAの濃度は
25〜40重量%の範囲にあるのが有利である。この濃
度が25重量%未満ではビスフェノールAの回収率が低
く、40重量%を超えると晶析後のスラリーの移送が困
難となる。
ールの付加物の晶析は、通常減圧下で水の蒸発潜熱を利
用して冷却する真空冷却晶析法によって行われる。この
真空冷却晶析法においては、該濃縮残液に、水を3〜2
0重量%程度添加し、通常温度40〜70℃、圧力3〜
13kPaの条件で晶析処理が行われる。上記水の添加
量が3重量%未満では除熱能力が十分ではなく、20重
量%を超えるとビスフェノールAの溶解ロスが大きくな
り、好ましくない。また晶析温度が40℃未満では晶析
液の粘度の増大や固化をもたらすおそれがあり、70℃
を超えるとビスフェノールAの溶解ロスが大きくなり、
好ましくない。
ノールAとフェノールの付加物は、公知の方法により分
離したのち、通常、フェノールにより洗浄処理が施され
る。次いで、洗浄処理された付加物をビスフェノールA
とフェノールとに分離処理するが、この場合、温度は通
常130〜200℃、好ましくは150〜180℃の範
囲で選ばれ、一方圧力は通常3〜20kPaの範囲で選
定される。この分離処理により得られたビスフェノール
Aは、その中の残留フェノールをスチームストリッピン
グなどの方法により、実質上完全に除去することによっ
て、高品質のビスフェノールAが得られる。
説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定
されるものではない。 実施例1 内径12mm、高さ1200mmの充填層式の反応器
に、触媒として2−メルカプトエチルアミンにて15モ
ル%変性したスルホン酸型イオン交換樹脂〔三菱化学
(株)製、商品名:ダイヤイオンSK−104H〕6
9.3ミリリットル(水で膨潤)を充填した。この反応
器を2基直列に連結した。第1段目の反応器に、フェノ
ール277ミリリットル/hと、メタノール100重量
ppmを含むアセトン31.2ミリリットル/hを通液
し、反応温度を75℃に保持して反応を行った。反応混
合物を経時的に分析し、フェノールの転化率を求めた、
その結果を第1表に示す。
リジンにて25モル%変性したスルホン酸型イオン交換
樹脂(前出)を用い、かつアセトンを、メタノール65
0重量ppmを含むアセトンに変更した以外は、実施例
1と同様にして実施した。その結果を第1表に示す。
リジンにて35モル%変性したスルホン酸型イオン交換
樹脂(前出)を用い、かつアセトンを、メタノール20
00重量ppmを含むアセトンに変更した以外は、実施
例1と同様にして実施した。その結果を第1表に示す。
リジンにて50モル%変性したスルホン酸型イオン交換
樹脂(前出)を用い、かつアセトンを、メタノール50
00重量ppmを含むアセトンに変更した以外は、実施
例1と同様にして実施した。その結果を第1表に示す。
ミンにて45モル%変性したスルホン酸型イオン交換樹
脂(前出)を用い、かつアセトンを、メタノール300
0重量ppmを含むアセトンに変更した以外は、実施例
1と同様にして実施した。その結果を第1表に示す。
ミンにて55モル%変性したスルホン酸型イオン交換樹
脂(前出)を用い、かつアセトンを、メタノール100
0重量ppmを含むアセトンに変更した以外は、実施例
1と同様にして実施した。その結果を第1表に示す。
リジンにて15モル%変性したスルホン酸型イオン交換
樹脂(前出)を用い、かつアセトンを、メタノール20
00重量ppmを含むアセトンに変更した以外は、実施
例1と同様にして実施した。その結果を第1表に示す。
リジンにて25モル%変性したスルホン酸型イオン交換
樹脂(前出)を用い、かつアセトンを、メタノール10
000重量ppmを含むアセトンに変更した以外は、実
施例1と同様にして実施した。その結果を第1表に示
す。
ミンにて35モル%変性したスルホン酸型イオン交換樹
脂(前出)を用い、かつアセトンを、メタノール150
00重量ppmを含むアセトンに変更した以外は、実施
例1と同様にして実施した。その結果を第1表に示す。
リジンにて50モル%変性したスルホン酸型イオン交換
樹脂(前出)を用い、かつアセトンを、メタノール20
000重量ppmを含むアセトンに変更した以外は、実
施例1と同様にして実施した。結果を第1表に示す。
で部分的に変性した酸型イオン交換樹脂触媒を用い、フ
ェノールとアセトンを縮合させてビスフェノールAを製
造するに際し、アセトン中の不純物であるメタノールに
よる触媒活性の低下を抑え、高い転化率でビスフェノー
ルAを安定して製造することができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 含イオウアミン化合物で部分的に変性し
た酸型イオン交換樹脂を触媒とし、フェノールとアセト
ンを縮合させてビスフェノールAを製造するに当たり、
上記変性酸型イオン交換樹脂として、アセトン中のメタ
ノール濃度が250重量ppm未満の場合、変性率10
モル%以上20モル%未満のものを、メタノール濃度が
250〜8000重量ppmの場合、変性率20〜65
モル%のものを用いることを特徴とするビスフェノール
Aの製造方法。 - 【請求項2】 変性酸型イオン交換樹脂として、アセト
ン中のメタノール濃度が700〜8000重量ppmの
場合、変性率26〜65モル%のものを用いる請求項1
記載のビスフェノールAの製造方法。 - 【請求項3】 反応装置として、反応器を2基以上直列
に連結した装置を用いる請求項1又は2記載のビスフェ
ノールAの製造方法。
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