JP2013209579A - ポリカーボネートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
オールを原料とした場合、脂肪族ジオール類が熱に比較的不安定であり、原料調整槽や重合反応槽中で劣化してしまい安定的に重合することが困難であった。ポリカーボネート樹脂は押出成形や射出成形する際に膜厚や物性を一定にするために樹脂粘度の均一化が求められている。
発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、特定の構造を有するポリカーボネート樹脂を色相や溶融粘度、機械物性が均一化された特性を持つポリカーボネートを製造する方法を提供することを課題とする。
即ち本発明は以下を要旨とする。
[6]一時間当たり30kg以上ポリカーボネート樹脂を製造する連続重合設備であることを特徴とする[1]〜[5]の何れか1つに記載のポリカーボネート樹脂の製造方法。
本発明に用いるポリカーボネート樹脂は、下記式(1)で表されるジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を含有するポリカーボネート樹脂である。当該ポリカーボネート樹脂を用いることで、高透明性、高強度、高耐熱性、高耐候性であり、かつ均一な溶融粘度ポリカーボネート樹脂を得ることができる。
これらのジヒドロキシ化合物は、フェノール性水酸基を有しないため、通常界面法で重合させることは困難であり、本発明に係るポリカーボネート樹脂は、通常炭酸ジエステルを用いたエステル交換反応により製造される。
るジヒドロキシ化合物は、酸素によって徐々に酸化されやすい。このため、保管や、製造時の取り扱いの際には、酸素による分解を防ぐため、水分が混入しないようにし、また、脱酸素剤を用いたり、窒素雰囲気下にしたりすることが肝要である。イソソルビドが酸化されると、蟻酸をはじめとする分解物が発生する。例えば、これら分解物を含むイソソルビドを用いてポリカーボネート樹脂を製造すると、得られるポリカーボネート樹脂に着色が発生したり、物性を著しく劣化させたりする原因となる。あるいは重合反応に影響を与え、高分子量の重合体が得られないこともあり好ましくない。ただし、蟻酸の発生を防止するための安定剤を添加した場合、安定剤の種類によっては、得られるポリカーボネート樹脂に着色が発生したり、物性を著しく劣化させたりすることがある。
の蒸留精製を行うことが好ましい。この場合の蒸留とは単蒸留であっても、連続蒸留であってもよく、特に限定されない。蒸留の条件としてはアルゴンや窒素等の不活性ガス雰囲気において、減圧下で蒸留を実施することが好ましく、熱による変性を抑制するためには、250℃以下、好ましくは200℃以下、特には180℃以下の条件で行うことが好ましい。
イオンクロマトグラフは、Dionex社製のDX−500型を用い、検出器には電気伝導度検出器を用いる。測定カラムとしては、Dionex社製ガードカラムにAG−15、分離カラムにAS−15を用いる。測定試料を100μlのサンプルループに注入し、溶離液に10mM−NaOHを用い、流速1.2ml/分、恒温槽温度35℃で測定する。サプレッサーには、メンブランサプレッサーを用い、再生液には12.5mM−H2SO4水溶液を用いる。
位が挙げられる。その脂肪族ジヒドロキシ化合物、脂環式ジヒドロキシ化合物としては、具体的には、次のようなものが挙げられる。
脂肪族ジヒドロキシ化合物として、例えば、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、2−エチル−1,6−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオール、水素化ジリノレイルグリコール、水素化ジオレイルグリコール等が挙げられる。
脂環式ジヒドロキシ化合物としては、特に限定されないが、通常、5員環構造又は6員環構造を含む化合物が挙げられる。脂環式ジヒドロキシ化合物が5員環構造又は6員環構造であることにより、得られるポリカーボネート樹脂の耐熱性が高くなる傾向がある。6員環構造は共有結合によって椅子形もしくは舟形に固定されていてもよい。脂環式ジヒドロキシ化合物に含まれる炭素数は通常70以下であり、好ましくは50以下、さらに好ましくは30以下である。炭素数が70以下の脂環式ジヒドロキシ化合物であれば、合成・精製しやすく、また安価で入手しやすいため好ましい。
HOCH2−R9−CH2OH (I)
HO−R10−OH (II)
(但し、式(I),式(II)中、R9及びR10は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数4〜炭素数20のシクロアルキル構造を含む二価の基を表す。)
としては、一般式(II)において、R10が下記一般式(IId)で表される種々の異性体を包含する。このようなものとしては、具体的には、2,3−ノルボルナンジオール、2,5−ノルボルナンジオール等が用いられる。
転移温度の維持による耐熱性の向上が可能となるため好ましい。
4−ヒドロキシ−2,3,5−トリメチルフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシ−2,3,5−トリメチルフェニル)フェニルメタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−2,3,5−トリメチルフェニル)フェニルエタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−2,3,5−トリメチルフェニル)シクロヘキサン等の芳香族環上に置換基としてアルキル基を有するビスフェノール化合物;ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルプロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジベンジルメタン等の芳香族環を連結する2価基が置換基としてアリール基を有するビスフェノール化合物;4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル等の芳香族環をエーテル結合で連結したビスフェノール化合物;4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン等の芳香族環をスルホン結合で連結したビスフェノール化合物;4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド等の芳香族環をスルフィド結合で連結したビスフェノール化合物等が挙げられるが、好ましくは2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(別称:ビスフェノール−A)が挙げられる。
このため、重合反応の終末段階で前記芳香族系ジヒドロキシ化合物を少量添加すれば、重合末端を前記芳香族系ジヒドロキシ化合物で塞ぐことで、加熱したりフェノール脱揮したりしても重合反応が急激にならずにすむ効果も期待できる。
本発明に用いるポリカーボネート樹脂は、上述した前記式(1)で表されるジヒドロキシ化合物を含むジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルを原料として、エステル交換反応により重縮合させて得ることができる。
本発明に用いるポリカーボネート樹脂は、上述のように前記式(1)で表されるジヒドロキシ化合物を含むジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルをエステル交換反応させて得られる。より詳細には、エステル交換させ、副生するモノヒドロキシ化合物等を系外に除去することによって得られる。この場合、通常エステル交換反応触媒の存在下でエステル交換反応により重縮合を行う。
アンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリフェニルアンモニウムヒドロキシド、メチルトリフェニルアンモニウムヒドロキシドおよびブチルトリフェニルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。
Plasma(ICP)等の方法を使用して測定することが出来る。
本発明に用いるポリカーボネート樹脂は、前記式(1)で表されるジヒドロキシ化合物を含むジヒドロキシ化合物と、前記一般式(5)で表される炭酸ジエステルとを触媒の存在下、エステル交換反応により重縮合させることによって得ることができる。
この時、原料であるジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルは、エステル交換反応前に均一に混合しても良いし、混合せずに重合槽へ同時に投入されても良いが、均一に混合することが好ましい。
の温度が80℃以上であれば、溶解速度が速くなり、溶解度不足に起因する固化等の運転不具合が生じるおそれが小さいため好ましい。また、混合の温度が250℃以下であれば、ジヒドロキシ化合物の熱劣化が生じるおそれが小さく、得られるポリカーボネート樹脂の色相や耐光性が良好となるため好ましい。
また、前記モル比率が1.115以下であれば、エステル交換反応の速度の低下などの可能性が小さく、所望する高分子量のポリカーボネート樹脂が得られるため好ましい。エステル交換反応速度の低下は、重合反応時の熱履歴を増大させ、結果的に得られたポリカーボネート樹脂の色相または耐光性を悪化させるおそれがある。
変動幅が0.07以下であれば、均一な重合が進行するために得られる分子量の幅が広くなり過ぎず、均一で成形性の良好なポリカーボネート樹脂が得られ、その結果として均一な成形体が得られるため好ましい。
機に樹脂を供給し、溶融押出しした後、冷却固化させてペレット化させる方法等が挙げられる。
ベント圧が上記範囲であれば、残存するモノマーや発生するガスを十分に脱揮することが可能であり、ストランド状に押し出す際に、ストランドが切れたり、押出機においてポリカーボネート樹脂の重合反応や分解が進行したりするおそれが小さいため好ましい。
押出機へ投入される樹脂量、押出機の回転数、バレル温度、ベント圧力を可能な限り一定にすることにより、均一な樹脂を得られるようになる。
また、ベントやベント以降の配管を40℃以上に保温することにより、留出するモノマーがベントやベント以降配管で固化せずに、均一なベント圧力を保持することができる。
水冷を使用する際は、イオン交換樹脂等で水中の金属分を取り除き、さらにフィルターにて、水中の異物を取り除いた水を使用することが好ましい。用いるフィルターの目開きは、99%除去の濾過精度として10〜0.45μmであることが好ましい。
ト樹脂ペレットとなる。
本発明に用いるポリカーボネート樹脂の分子量は、還元粘度で表すことができ、本発明に用いるポリカーボネート樹脂の還元粘度は、通常0.30dL/g以上が好ましく、0.35dL/g以上がより好ましく、還元粘度の上限は、1.20dL/g以下が好ましく、1.00dL/g以下がより好ましく、0.80dL/g以下が更に好ましい。
なお、本発明においてポリカーボネート樹脂の還元粘度の範囲幅は、該ポリカーボネート樹脂の製造時においてこれを任意に採取し測定した場合の還元粘度の最大値と最小値の差として算出する。
本発明に用いるポリカーボネート樹脂のガラス転移温度は、より好ましくは150℃以下、さらに好ましくは148℃以下、特に好ましくは145℃以下である。
また、本発明に用いるポリカーボネート樹脂のガラス転移温度は通常90℃以上であり、好ましくは95℃以上、より好ましくは100℃以上、特に好ましくは110℃以上がよい。
なお、前記ガラス転移温度は、JIS−K7121に準拠して、示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、DSC220)を用いて、10℃/分の昇温速度で加熱して測定する補外ガラス転移開始温度を指す。
ポリカーボネート樹脂の機械物性や色調、あるいは溶融重合時や成形加工時の流動性などの面から、溶融粘度は上記範囲に収めることが好ましい。溶融粘度が3500Pa・s以下であれば、機械物性が向上する上、加工温度を高温にする必要がないことから、樹脂の着色や熱分解を抑制することが可能であるため好ましい。
ポリカーボネート樹脂を溶融重合法で製造する際に、着色を防止する目的で、リン酸化合物や亜リン酸化合物の1種又は2種以上を重合時に添加することができる。
本発明のポリカーボネート樹脂は、酸化防止剤を含有することが好ましい。酸化防止剤の含有により、成形品の着色抑制効果が良好に発現する。ここで、本発明のポリカーボネート樹脂における酸化防止剤の含有量(即ち、本発明のポリカーボネート樹脂無延伸フィルムの押出成形材料であるポリカーボネート樹脂組成物中の含有量)は、ポリカーボネート樹脂100重量部に対し、好ましくは0.0001〜1重量部、より好ましくは0.0001〜0.1重量部、特に好ましくは0.0002〜0.01重量部である。
ル、ラウリルステアリル−3,3’−チオジプロピオン酸エステル、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、ビス[2−メチル−4−(3−ラウリルチオプロピオニルオキシ)−5−tert−ブチルフェニル]スルフィド、オクタデシルジスルフィドおよびメルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプト−6−メチルベンズイミダゾール、1,1’−チオビス(2−ナフトール)などが挙げられる。上記のうち、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)が好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂無延伸フィルムは、ヒンダードアミン系安定剤を含有することが好ましい。
)イミノ}]、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン−2,4−ビス[N−ブチル−N−(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルアミノ)−6−クロロ−1,3,5−トリアジン縮合物およびジブチルアミン・1,3,5−トリアジン・N,N’−ビス(2,2,6,6)−テトラメチル−4−ピペリジル−1,6−ヘキサメチレンジアミンとN−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)ブチルアミンの重縮合物等が挙げられる。
本発明のポリカーボネート樹脂無延伸フィルムは、酸性化合物又はその誘導体を含有していてもよい。本発明のポリカーボネート樹脂無延伸フィルムにおける酸性化合物又はその誘導体の配合量(即ち、本発明のポリカーボネート樹脂無延伸フィルムの押出成形材料であるポリカーボネート樹脂組成物中の含有量)は、ポリカーボネート樹脂100重量部に対し、少なくとも1種の酸性化合物0.00001重量部以上0.1重量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.0001重量部以上0.01重量部以下、さらに好ましくは0.0002重量部以上0.001重量部以下である。
スルホン酸ブチルが特に好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂無延伸フィルムは、本発明の目的を損なわない範囲で、帯電防止剤、離型剤、紫外線吸収剤、光安定剤、無機充填剤、着色剤、意匠性付与粒子等を含有していてもよい。更に、本発明の目的を損なわない範囲で、樹脂組成物に通常用いられる核剤、難燃剤、衝撃改良剤、発泡剤、染顔料等が含まれても差し支えない。
ポリカーボネート樹脂及びポリカーボネート樹脂無延伸フィルムの物性又は特性の評価は次の方法により行った。
JIS−K7121に準拠して、示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、DSC220)を用いて、ポリカーボネート樹脂約10mgを10℃/分の昇温速度で加熱して測定し、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線の勾配が最大になるような点で引いた接線との交点の温度である、補外ガラス転移開始温度を求め、それをガラス転移温度とした。
JIS一級金尺定規を用いてフィルムの所定位置に50mm間隔で目印を記入し、接触式厚さ計(ミツトヨ社製、デジマチックインジケータID−F125)を用いて目印近傍のフィルム厚さを測定した。
幅方向の厚み精度については、作製したフィルムについて、フィルムの幅方向の両端部からフィルム幅の10%内側の2点間において、該フィルムの幅方向の一端から他端に向かって50mm間隔で測定したフィルム厚さの「最大値Tmax−最小値Tmin」の値を平均値Taで割って百分率で、幅方向の厚み精度(%)を算出した。
また、流れ方向の厚み精度については、フィルムの幅方向の中央において、流れ方向に1mにわたって、50mm間隔で測定したフィルム厚さの「最大値tmax−最小値tmin」の値を平均値taで割って百分率で、流れ方向の厚み精度(%)を算出した。
ポリカーボネート樹脂又はポリカーボネート樹脂無延伸フィルムのサンプルを、溶媒として塩化メチレンを用いて溶解し、0.6g/dLの濃度のポリカーボネート溶液を調製した。森友理化工業(株)製:ウベローデ型粘度管を用いて、温度20.0℃±0.1℃
で測定を行い、溶媒の通過時間t0と溶液の通過時間tから次式(i)より相対粘度ηrelを求め、相対粘度から次式(ii)より比粘度ηspを求めた。
ηrel=t/t0 (i)
ηsp=(η−η0)/η0=ηrel−1 (ii)
比粘度を濃度c(g/dL)で割って、還元粘度ηsp/cを求めた。この値が高いほど分子量が大きい。
ポリカーボネート樹脂中の各ジヒドロキシ化合物構造単位比は、ポリカーボネート樹脂30mgを秤取し、重クロロホルム約0.7mLに溶解し、溶液とし、これを内径5mmのNMR用チューブに入れ、日本電子社製JNM−AL400(共鳴周波数400MHz)を用いて常温で1H NMRスペクトルを測定した。各ジヒドロキシ化合物に由来する
構造単位に基づくシグナル強度比より各ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位比を求めた。
ポリカーボネート樹脂試料1.25gを塩化メチレン7mlに溶解し溶液とした後、総量が25mlになるようにアセトンを添加して再沈殿処理を行った。次いで、該処理液を0.2μmディスクフィルターでろ過して、液体クロマトグラフィーにて定量を行った。
・CHDM:1,4−シクロヘキサンジメタノール(新日本理化社製、商品名:SKY CHDM)
・DPC:ジフェニルカーボネート(三菱化学社製)
・酸化防止剤2:ホスファイト系酸化防止剤(ADEKA社製、商品名:アデカスタブ2112)
・ヒンダードアミン系安定剤(BASFジャパン社製、商品名:チヌビン765)
十分に窒素置換した(酸素濃度0.0005vol%〜0.001vol%)原料調製槽において、ISB/CHDM/DPCのモル比が50.00/50.00/99.80になるように6時間おきに調製した原料を、オイルを熱媒体とした熱媒体ジャケット、熱媒体内部コイル、および撹拌翼、真空ポンプに連結された留出管および凝縮器を具備した第1重合反応器に、連続的に一定量供給すると同時に、原料供給配管に連結した触媒供給配管より、水溶液にした酢酸カルシウム1水和物を、全ジヒドロキシ化合物1mol当たり1.25×10−6mol(カルシウム金属原子換算)になるように連続的に供給した。
原料と触媒水溶液を配管で混合した後、第1反応器に入るまでの流路にプリーツ型円筒タイプの原料濾過フィルターを2器設置し、上流側の原料濾過フィルターの目開きを10μm、下流側の目開きを1μmとした。
第1重合反応器の撹拌翼の回転数を一定にしながら、内温183〜185℃、圧力23〜25kPa、滞留時間1.4〜1.5時間となるよう制御し、反応液を反応槽槽底から連続的に抜き出し、第2重合反応器に供給した。
押出機内に、処理されるポリカーボネート樹脂に対して0.1%の水を供給し、ベント口は、真空ポンプに連結させ0.01〜0.03kPaに減圧し、ポリカーボネート樹脂中に含まれる揮発成分を除去した。
押出機のバレル温度の設定は、上流の4ブロックを245℃、下流の6ブロックを225℃とし、スクリュー回転数は250回転とした。押出機で処理されたポリカーボネート樹脂は、その出口に設置したギアポンプを経て、樹脂の入口が下部、出口が上部にあるフィルターユニットに供給した。
フィルターユニットの出口側には、複数のブロックからなるヒーターを具備したポリマー配管を通じてダイスを設置し、ポリマー配管のヒーターの設定温度は220〜230℃、ダイスのヒーターは220℃に設定した。該ダイスからクラス10000の清浄度に保持された部屋の中で、ポリカーボネート樹脂をストランドの形態で抜き出し、水槽で固化させて、回転式カッターで毎時60kgでペレット化した。
ポリカーボネート樹脂を二軸押出機にギアポンプで供給する際に、ギアポンプの吐出圧の平均を1.5MPaとし30分あたりの変動が20%以下になるように、第4重合反応器の圧力を0.30〜0.50kPaの範囲で調整し、第4重合反応器の攪拌翼トルクは成り行きで制御しない以外は製造例1と同様に行った。得られたポリカーボネート樹脂の還元粘度と残存フェノールを1時間目、6時間目、11時間目、16時間目で測定した。その結果を表1に示す。
二軸押出機の出口に備えたギアポンプの吐出圧の平均値を16MPaとし、その変動が20%以下になるように、第4重合反応器の圧力を0.30〜0.50kPaの範囲で調整し、第4重合反応器の攪拌翼トルクは成り行きで制御しない以外は製造例1と同様に行った。得られたポリカーボネート樹脂の還元粘度と残存フェノールを1時間目、6時間目、11時間目、16時間目で測定した。その結果を表1に示す。
二軸押出機の出口に備えたギアポンプの吐出圧の平均値を16MPaとし、その変動が10%以下になるように、第4重合反応器の圧力を0.30〜0.50kPaの範囲で調整し、第4重合反応器の攪拌翼トルクは成り行きで制御しない以外は製造例1と同様に行った。得られたポリカーボネート樹脂の還元粘度と残存フェノールを1時間目、6時間目、11時間目、16時間目で測定した。その結果を表1に示す。
十分に窒素置換した(酸素濃度0.0005vol%〜0.001vol%)原料調製槽において、ISB/CHDM/DPCのモル比が50/50/100.0になるよう調製し、その後は50/50/99.8になるように6時間おきに調製した以外は製造例1と同様に行った。得られたポリカーボネート樹脂の還元粘度と残存フェノールを1時間目、6時間目、11時間目、16時間目で測定した。その結果を表1に示す。
第4重合反応器の圧力を0.30kPa一定で制御した以外は製造例1と同様に行った。得られたポリカーボネート樹脂の還元粘度と残存フェノールを1時間目、6時間目、11時間目、16時間目で測定した。その結果を表1に示す。
第4重合反応器の圧力を0.50kPa一定で制御した以外は製造例1と同様に行った。得られたポリカーボネート樹脂の還元粘度と残存フェノールを1時間目、6時間目、11時間目、16時間目で測定した。その結果を表1に示す。
十分に窒素置換した(酸素濃度0.0005vol%〜0.001vol%)原料調製槽において、ISB/CHDM/DPCのモル比が50.00/50.00/99.25になるよう調製し、その後は50.00/50.00/99.80になるように6時間おきに調製し、第4重合反応器の圧力を0.5KPa一定とした以外は製造例1と同様に行った。得られたポリカーボネート樹脂の還元粘度と残存フェノールを1時間目、6時間目、11時間目、16時間目で測定した。
Claims (6)
- 下記式(1)で表されるジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルと、重合触媒とを連続的に反応器に供給し、重縮合してポリカーボネートを製造する方法であって、炭酸ジエステルが反応に用いる全ジヒドロキシ化合物に対して0.995〜1.115比率であり、その変動が0.005以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のポリカーボネート樹脂の製造方法。
- 前記ポリカーボネート樹脂の還元粘度が0.30dL/g以上、1.20dL/g以下、還元粘度の範囲幅を0.04dL/g以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のポリカーボネート樹脂の製造方法。
- 一時間当たり30kg以上ポリカーボネート樹脂を製造する連続重合設備であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂の製造方法。
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