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JP3471086B2 - 臭素化ポリスチレンの製造方法 - Google Patents

臭素化ポリスチレンの製造方法

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JP3471086B2
JP3471086B2 JP19051994A JP19051994A JP3471086B2 JP 3471086 B2 JP3471086 B2 JP 3471086B2 JP 19051994 A JP19051994 A JP 19051994A JP 19051994 A JP19051994 A JP 19051994A JP 3471086 B2 JP3471086 B2 JP 3471086B2
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polystyrene
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孝司 藤井
洋一 広中
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帝人化成株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は臭素化ポリスチレンの製
造する方法に関する。本発明によって得られる臭素化ポ
リスチレンは、色相が良好で且つ耐熱性に優れており難
燃剤として幅広く用いることができる。 【0002】 【従来の技術】臭素化ポリスチレンの製造法は今までに
多くの特許が公開されている。臭素化スチレン単量体を
合成しこれを重合する方法(ドイツ特許第154469
4号公報)、スチレン単量体を重合した後に引き続いて
得られたポリマーを臭素化する方法(特開昭53−60
986公報)、ポリスチレンを溶媒に溶解した後触媒存
在下臭素化する方法(特公昭61−34723公報)な
どがある。 【0003】臭素化スチレン単量体を合成しこれを重合
する方法によって得られる臭素化ポリスチレンは色調が
良く且つ耐熱性のよい。しかしながら、該方法は原料で
ある臭素化スチレン単量体を製造する工程が多い為価格
が高く、また重合反応により得られた臭素化ポリスチレ
ンの取扱いが難かしく好ましい方法とはいい難い。 【0004】又、スチレン単量体を重合した後に引き続
いて得られたポリマーを臭素化する方法は工業的に有利
な方法であるが、未反応のスチレン単量体の臭素化物が
混入し耐熱性の低下や樹脂に配合し成形に供した場合、
金型汚染が起こる等の問題がある。 【0005】このため、臭素化ポリスチレンの製造法と
してはポリスチレンを溶媒に溶解した後触媒存在下、臭
素化する方法が工業的に最適の製造方法と言える。該方
法は、経済的であるだけでなく、臭素含有率を任意に調
整できる点で優れた方法である。しかし、難燃剤として
使用する際には、実用的観点からより高臭素含有率の臭
素化ポリスチレンが要望されている。 【0006】従来、反応系内を無水にしてベンゼン環に
2個以上の臭素を導入する事が試みられているが、臭素
化されたポリスチレンが架橋したり製品の着色が起こり
良好な品質のものが得られなかった。従来法でベンゼン
環一個あたり二個以上の臭素原子を含有する高臭素化ポ
リスチレンを得ようとすると、ポリスチレンのベンゼン
環の臭素化のみならず、副反応としてアルキレン主鎖の
臭素化、切断が進行し、得られた臭素化ポリスチレンの
耐熱性の低下や着色が起こり、熱可塑性樹脂に配合した
際、成形品の物性や外観が悪化すること、また該臭素化
ポリスチレンの熱分解によって臭化水素が発生するため
成形加工時に金型等を腐食する等の問題があり好ましい
ものではなかった。 【0007】これらの問題を解決するため数多くの提案
がなされている。例えば、臭素化剤に塩化臭素、触媒に
ハロゲン化アンチモンを用いる方法(特公平1−576
84号公報)、水の如き求核試薬を添加し、触媒活性を
調整し臭素化する方法(特公昭61−34723号公
報)、触媒としてアルカリ金属ハロゲン化物とハロゲン
化鉄との複塩を用いる方法(特公昭62−58604号
公報)等が提案されているが、臭素化剤に塩化臭素を使
用すること、反応後に臭素が残る、高臭素含有量が達成
できない等実用に際して問題があった。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、ポリスチレ
ンを溶媒に溶解した後触媒存在下臭素と反応させて臭素
化ポリスチレンを製造する方法において、上記の問題も
無く色相が良好で且つ耐熱性に優れた高臭素化ポリスチ
レンを経済的に効率良く製造する方法を提供することを
目的とする。 【0009】本発明者らは、色相が良好で且つ耐熱性に
優れた臭素化ポリスチレンを得るため鋭意検討した結
果、ハロゲン化炭化水素に溶解したポリスチレンをルイ
ス酸触媒の存在下臭素化するに当たり、30〜300p
pmの水分を含む臭素を滴下して、反応することによ
り、反応時間を延長する事なく、反応後の臭素の残留も
なく、得られる臭素化ポリスチレンの色相も良好で且つ
耐熱性も著しく改善できることを見出し本発明に到達し
た。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明は、ハロゲン化炭
化水素に溶解したポリスチレンをルイス酸触媒の存在
下、臭素化して臭素化ポリスチレンを製造する方法にお
いて、30〜300ppmの水分を含む臭素を滴下し、
臭素の滴下とともに反応系全体の水分率を徐々に上昇さ
せることを特徴とする臭素化ポリスチレンの製造方法に
係わるものである。 【0011】本発明で使用する溶媒としては、臭素と反
応せず、触媒を失活させないものであれば特に限定はな
いが、例えば塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロ
ロエタン、ジクロロジブロモエタン、ジブロモエタン、
テトラブロモエタン、四塩化炭素等の飽和脂肪族ハロゲ
ン化炭化水素が挙げられる。使用する溶媒は、実質的に
無水状態にした溶媒が好ましく、言うまでもなく回収溶
剤を脱水処理して実質的に無水状態にした溶媒であって
もよい。これらのなかでも、塩化メチレンが実用上好ま
しい。 【0012】本発明で使用する臭素は、水分が30〜3
00ppm 含まれている臭素が好ましく、更に30〜10
0ppm 含有した臭素が好ましい。水分が300ppm 以上
の場合、臭素含有率が高く耐熱性が良好で且つ色相も良
好な臭素化ポリスチレンは得られない。また水分が30
ppm 以下の場合はポリスチレンのベンゼン環の臭素化の
みならず、副反応としてアルキレン主鎖の臭素化、切断
が進行し、得られた臭素化ポリスチレンの耐熱性の低下
や着色が起こる。 【0013】水分含有臭素を用いる目的は、臭素の滴下
とともに反応系全体の水分率を徐々に上昇させて経時的
に触媒活性低下させることで、反応後期に起こりやすい
副反応を抑え選択的なベンゼン環の臭素化を狙ったもの
である。 【0014】臭素は原料ポリスチレンのベンゼン環1モ
ルに対し、2.0モル以上使用するのが好ましく、2.
0モル未満であると難燃剤として使用するには臭素含有
率が低く、樹脂への添加量が多くなり好ましくない。 【0015】触媒としては、塩化アルミニウム、臭化ア
ルミニウム、塩化鉄、臭化鉄、四塩化チタン、五塩化ア
ンチモン等のルイス酸や、鉄粉、アルミニウム粉等の反
応系内で臭素と反応し、ルイス酸触媒を生成するものが
挙げられるが、実用上塩化アルミニウムが好ましい。触
媒の使用量は少なすぎると、反応時間が長くなり、一方
多すぎると、得られたポリスチレンの着色が大きくなる
傾向があり、好ましくない。その使用量は、ポリスチレ
ンのベンゼン環1モル当り、通常0.1〜10モル%、
好ましくは、1.0〜5.0モル%である。 【0016】ポリスチレンとしては、通常重量平均分子
量で10,000〜500,000程度のものが使用さ
れ、20,000〜250,000のものが好ましい。 【0017】本発明にあっては、まず上記有機溶媒にポ
リスチレンを溶解し、次いで所定量の塩化アルミニウム
を加えた後、水分を30〜300ppm含む臭素を滴下
する。臭素化反応は温度を0〜30℃、好ましくは5〜
20℃に保持しながら臭素を滴下することによって行
う。反応温度が0℃未満では反応速度が遅くなり、30
℃より高いと得られる臭素化ポリスチレンの着色が大き
くなる傾向がある。滴下終了後更に5〜20℃に保持し
て0.5〜2時間攪拌を継続して反応を完結させる。反
応終了後、大量の水を加えるなどして反応溶液中の触媒
を失活させ、水相を分離し、有機溶媒相を水で洗浄して
不純物を除去する。洗浄後の有機溶媒相に含まれる臭素
化ポリスチレンを単離する。単離に際し任意の方法、例
えば常圧或いは減圧下で溶媒を留去する方法、メタノー
ル等の低級アルコール類、炭素数5〜8の飽和脂肪族炭
化水素等の非溶剤を使用し析出させる方法、沸水中に滴
下し溶媒を除去する方法、スプレー乾燥方法等があげら
れる。 【0018】本発明の方法で得られる臭素化ポリスチレ
ンは、ベンゼン環1個当り平均2〜3個の臭素原子を有
し、色相や耐熱性に優れているので例えばポリカーボネ
ート、ポリエステル、ポリプロピレン、スチレン系樹
脂、ポリアミド及びこれらのブレンド、グラフト樹脂等
の熱可塑、熱硬化樹脂の難燃剤として幅広く使用でき
る。 【0019】 【実施例】以下に実施例をあげて本発明を更に説明す
る。 【0020】なお、本発明に使用した溶媒は34ppm
の水分が製造元により明記されたもので、使用に際して
乾燥剤で処理した後使用した。臭素については水を加え
ることにより所定の水分量とし使用した。また、実施例
中の部及び%は重量部及び重量%である。 【0021】品質については、得られた臭素化ポリスチ
レン自体の色相および成形品のb値で耐熱性を比較し
た。 【0022】色相は、合成品と、合成品を280℃で2
5分処理した後のサンプル0.2gを塩化メチレン50
mlに溶解しハーゼン色数を測定した。 【0023】b値はガラス繊維強化ポリエチレンテレフ
タレート樹脂[帝人(株)製C−3030]100部に
臭素化ポリスチレン10部及び三酸化アンチモン[日本
精鉱(株)製 ATOX-S]5部をドライブレンドして押出し
てペレット化し、このペレットを射出成形機によりシリ
ンダー温度290℃で厚さ3.2mmの試験片を成形し、
成形中成形を一旦停止し、290℃で15分間滞留させ
た後成形を再開し、滞留前後の試験片のb値をカラーメ
ーターで測定した。滞留前後のb値の差が大きい程耐熱
性が悪く、b値が小さい程色相がよいことを示す。 【0024】[実施例1]温度計、滴下ロートおよび冷
却管を付した容量1000mlの四つ口フラスコに塩化メ
チレン530g及びポリスチレン[大日本インキ(株)
製エラスチレン200、重量平均分子量55,000]
34gを仕込み、7℃に保持して攪拌下塩化アルミニウ
ム1.7gを投入した後、5〜10℃にて臭素141g
(水分量50ppm)を45分間かけて滴下した。滴下
終了後更に1時間攪拌して反応を完結した。得られた反
応溶液を250gの水中へ10分かけて滴下して触媒を
失活させた。水相を除去し、更に有機溶媒相を400g
の水で2回洗浄した。有機溶媒相を濾過後400gの温
水中(50〜80℃)へ攪拌下1時間かけて滴下、溶媒
を除去し析出した固体を濾別、乾燥して白色の臭素化ポ
リスチレン(臭素含有量67%)94gを得た。その色
相、耐熱性の評価結果を表1に示した。 【0025】[実施例2]温度計、滴下ロートおよび冷
却管を付した容量500mlの四つ口フラスコにに塩化
メチレン260g及びポリスチレン[大日本インキ
(株)製エラスチレン200、重量平均分子量55,0
00]17gを仕込み、10℃に保持して攪拌下塩化ア
ルミニウム0.8gを投入し、臭素70g(水分量25
0ppm)を2時間かけて滴下し、滴下終了後更に1時
間攪拌して反応を完結した。得られた反応溶液を水12
0gに10分かけて滴下して触媒を失活させた。水相を
除去し、有機溶媒相を200gの水で2回洗浄した。有
機溶媒相を300gのメタノールに攪拌下1時間かけて
滴下し、析出した固体を濾別、乾燥して白色の臭素化ポ
リスチレン(臭素含有量66%)47.9gを得た。そ
の色相、耐熱性の評価結果を表1に示した。 【0026】[比較例1]実施例2と同じ反応装置に塩
化メチレン260g及びポリスチレン[大日本インキ
(株)製エラスチレン200、重量平均分子量55,0
00]17gを仕込み、10℃に保持して攪拌下塩化ア
ルミニウム0.8gを投入し、次いで臭素70g(水分
量20ppm)を2時間かけて滴下し、滴下終了後更に
1時間攪拌して反応を完結した。得られた反応溶液を水
120gに10分かけて滴下して触媒を失活させた。水
相を除去し、有機溶媒相を200gの水で2回洗浄し
た。有機溶媒相を300gのメタノールに攪拌下1時間
かけて滴下し、析出した固体を濾別、乾燥して臭素化ポ
リスチレン(臭素含有量67%)46.3gを得た。外
観は黄色に着色していた。その色相、耐熱性の評価結果
を表1に示した。 【0027】[比較例2]実施例2と同じ反応装置に塩
化メチレン260g及びポリスチレン[大日本インキ
(株)製エラスチレン200、重量平均分子量55,0
00]17gを仕込み、10℃に保持して攪拌下塩化ア
ルミニウム0.8gを投入し、次いで水を飽和させた臭
素70g(水分量460ppm)を2時間かけて滴下
し、滴下終了後更に1時間攪拌して反応を完結した。得
られた反応溶液を水120gに10分かけて滴下して触
媒を失活させたところ臭素が残余していた。水相を除去
し、有機溶媒相を200gの水で2回洗浄した。有機溶
媒相を300gのメタノールに攪拌下1時間かけて滴下
し、析出した固体を濾別、乾燥して淡黄色の臭素化ポリ
スチレン(臭素含有量62%)39.3gを得た。その
色相、耐熱性の評価結果を表1に示した。 【0028】 【表1】 【0029】 【発明の効果】本発明の方法によって得られる臭素化ポ
リスチレンは色相、耐熱性共に優れ、難燃剤として幅広
く使用することができ、本発明の奏する効果は格別なも
のである。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ハロゲン化炭化水素に溶解したポリスチ
    レンをルイス酸触媒の存在下、臭素化して臭素化ポリス
    チレンを製造する方法において、30〜300ppmの
    水分を含む臭素を滴下し、臭素の滴下とともに反応系全
    体の水分率を徐々に上昇させることを特徴とする臭素化
    ポリスチレンの製造方法。
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