JP4592945B2

JP4592945B2 - 溶液調製方法

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Publication number: JP4592945B2
Application number: JP2000388599A
Authority: JP
Inventors: 正人赤真; 義清三浦; 成信木田; 幸彦伊藤
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP2002187946A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の化学反応に用いられる反応用原料の調製法、又は種々の用途に用いられる化学物質の有機溶媒溶液の調製法に関するものであり、特に、ポリカーボネート樹脂の製造時に実施される、反応用原料の調製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、化学反応を行う際、反応速度や反応系の粘度等を所望の状態に制御したり、溶媒使用による抽出効果を発揮するために、反応系を溶液化することがしばしば行われる。また、反応原料を添加しやすくするため、或いは、反応原料の添加量を調節しやすいなどの工業的理由から、溶液調製を行うことも多い。更に、得られた反応物の用途によっては、溶液化して粘度などの物性を調節する必要が生じることもある。
【０００３】
そのような際に、反応原料や反応物が常温で固体状態にある場合には、溶媒と固体化合物とを混合し、必要に応じて攪拌等の操作を加えて溶解するのが一般的である。溶媒と溶融状態の固体化合物を槽内混合する例もあるが、固体化合物の融点が溶媒の沸点を上回る場合には、溶媒の沸騰が起きるために溶媒の蒸気を凝縮する設備が必要で、特に、固体化合物の融点が溶媒の沸点を３０°Ｃ以上上回る場合は、溶媒の蒸気を凝縮するための設備が大掛かりになるために、工業的観点から極めて不利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、固体化合物を溶媒に溶解する際には、以下のような問題点が発生しやすい。すなわち、溶融状態でなく、固体状態での取り扱いとなることから、取り扱い作業の自動化には限界があり、作業者の労役負担を低減することが難しいという問題が常につきまとう。また、常温で固体状態を示す化合物の中には、粉末、顆粒又はフレーク等の小片状態で貯蔵している間に小片間の凝集が起こり、投入前に破砕作業を伴うことがしばしばある。更に、小片状態の化合物の中には、フェノール類、有機酸類など、皮膚腐食性や吸入毒性等の有害性を示すものも多く、破砕作業や投入作業で生じる粉塵による作業環境の悪化をもたらす場合が多い。
また、溶媒の引火点や爆発限界の値によっては、作業事故や災害を防止するために、安全対策設備の設置が必要となり、その点でも、工業的不利は免れない。
【０００５】
例えば、ポリカーボネート樹脂は、２価のフェノールとホスゲンとを、アルカリ及び分子量調節剤としての１価のフェノールの共存下に縮合反応させて製造するのが有力な方法であるが、その際、２価フェノール及び１価フェノールの双方又は片方の塩化メチレン溶液を、予め調製する必要がある。ポリカーボネート樹脂用原料としてもっとも多用される２価フェノールである２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパンの融点は１５５°Ｃであり、同じくもっとも多用される１価フェノールである４−ターシャリーブチルフェノールの融点は１００°Ｃであることから、いずれも、塩化メチレンの沸点である４０°Ｃと比較するとかなり高温の融点を有している。現在の調製方法は、塩化メチレンに、常温の２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン及び／又は４−ターシャリーブチルフェノールを添加して攪拌溶解している。これは、塩化メチレンが比較的低温で気化するために、加熱の必要がないか、最小限の加熱を行う程度で溶解するのが、設備設計上容易であることが理由となっている。
【０００６】
しかしながら、粉末状の２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパンや４−ターシャリーブチルフェノールは、貯蔵中に凝集しやすく、その現象は、特に４−ターシャリーブチルフェノールにおいて顕著である。そのため、破砕作業が必要となる場合が多いのが実状である。また、２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパンや４−ターシャリーブチルフェノールは皮膚腐食性を有し、破砕作業や塩化メチレンへの投入作業の際に、粉塵の発生による作業環境の悪化を防止するため、有効な混合作業改善が求められていた。
【０００７】
以上の課題を解決するために、固体化合物を常温、すなわち、粉末、顆粒又はフレーク状などの状態で取り扱うかわりに、溶融状態の化合物を溶媒と接触させる方法もとられているが、混合溶液の温度上昇をもたらし、溶媒の気化につながるために、溶媒の蒸気を凝縮するための設備が必要であった。さらに、固体化合物の溶融温度が溶媒の沸点を上回る場合には、溶媒の蒸気を凝縮するために大規模な設備を必要とし、溶媒の蒸気が一時に大量発生しないように細心の注意をはらって溶解作業を行う必要があった。
特に、固体化合物の融点が溶媒の沸点を３０°Ｃ以上上回る場合には、溶媒の蒸気を凝縮するための設備を極めて大規模とする必要があり、工業的観点からも不利であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題点に鑑み、鋭意研究を行った結果、塩化メチレンの如き低沸点の有機溶剤に対して、その沸点よりも３０°Ｃ以上も高い、２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパンや４−ターシャリーブチルフェノールの如き常温で固体状態を示す化合物を添加して溶解するにあたり、投入前の破砕作業が不要であり、且つ、投入作業及び溶解作業の自動化が可能であり、投入作業に伴う粉塵の発生がなく、溶解作業の際に塩化メチレンの如き低沸点の有機溶剤の気化を実質的に伴わない溶解方法を見出した。
【０００９】
すなわち、溶媒（Ａ）の沸点以上の融点を有する固体化合物（Ｂ）を溶融状態で溶解設備へ供給することにより、従来必要であった投入前の破砕作業を省くことが可能なばかりか、投入作業投入作業に伴う粉塵の発生も無くすことができ、液状状態での取り扱いによる溶解作業の自動化も可能ならしめるものである。また、その際に、密閉されたラインミキサーへ有機溶剤とともに供給し、ラインミキサーを通過する間に該有機溶剤の沸点以下まで冷却することによって、該有機溶剤の気化を防止することも併せて可能となる溶液調製方法である。
【００１０】
本発明を詳細に説明すると、以下の通りである。すなわち、本発明は、塩化メチレンである溶媒（Ａ）と、２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、４−ターシャリーブチルフェノール、４−クミルフェノールから成る群から選ばれる１種以上の化合物（Ｂ）とを混合する作業において、溶融状態の化合物（Ｂ）を溶媒（Ａ）へ添加して溶媒（Ａ）と化合物（Ｂ）の混合溶液を調製するにあたり、ラインミキサーを使用し、ラインミキサーの直前もしくはラインミキサー中で溶媒（Ａ）と化合物（Ｂ）とを混合し、ラインミキサー通過中に溶媒（Ａ）と化合物（Ｂ）とを均一混合し、ラインミキサー通過中もしくはラインミキサー通過後に常圧での沸騰が起こらないように溶媒（Ａ）の沸点以下まで冷却し、均一な溶液を得るのを特徴とする方法である。
【００１１】
以下、図を用いて本発明を更に詳細に説明する。
図１に示す概念図では、タンク１中の溶媒（Ａ）と、加熱して溶融状態としたタンク２中の化合物（Ｂ）は、それぞれポンプ３、４によりラインミキサー５の入口へ供給される。その際、溶媒（Ａ）と化合物（Ｂ）の供給量比は、得ようとする混合溶液の所望の溶解比となるように設定すればよい。また、溶媒（Ａ）を配管系内で循環させた状態とした後に、溶融状態である化合物（Ｂ）をラインミキサー５の入口へ供給するためにバルブ６が設けられている。
なお、本概念図では、効率的に溶解させるためにラインミキサーを使用することが特に好ましいが、使用する溶媒（Ａ）と化合物（Ｂ）の種類によっては、ラインミキサーを使用することなく、単なる配管内で混合して溶解させてもよい。
【００１２】
常温に近い温度の溶媒（Ａ）に高温状態の化合物（Ｂ）を混合させても、本図に示すような例ではいわゆるクローズドラインであるため溶媒（Ａ）は沸騰することなく化合物（Ｂ）と混合され、ラインミキサー５の入口に送られることとなる。なお、この混合溶液は高温状態であるため、これを熱交換器７を通過させることにより混合溶液の温度を冷却する。このような操作により所望の混合溶液が得られた後は、バルブ８を閉じ、バルブ９を開いて次工程へ送液すればよい。
【００１３】
また、他の方法としては、同図においてバルブ９を閉とし、バルブ８を開とした状態で、バルブ６により溶融状態の化合物（Ｂ）を少量ずつ溶媒（Ａ）に混合させてラインミキサー５の入口へ供給し、混合された溶液をタンク１経由でラインミキサー５へ繰り返し循環しつつ、混合溶液中の化合物（Ｂ）の溶解比率を徐々に上げていき、所望の溶解比に達したところで化合物（Ｂ）の供給を停止し、バルブ８を閉、バルブ９を開としてバルブ９から混合溶液を次の製造工程へ送液することもできる。この方法は、溶媒（Ａ）の沸点と化合物（Ｂ）の融点の温度差が大きい場合に、ラインミキサー中での温度上昇を抑制するために特に有効な混合方法である。
【００１４】
また、上述の混合方法を連続化するためには、所望の濃度に達した時点でバルブ８、バルブ９の双方を開とし、同時に化合物（Ｂ）の供給量に見合った量の溶媒（Ａ）をタンク１へ供給すればよい。
なお、ここで示した概念図は、本発明の説明を容易にするために示した一例であり、バルブの設定やライン配管の増減等、必要に応じた仕様変更を伴っても構わない。
【００１５】
本発明における溶媒（Ａ）は、本発明を何の目的に使うかにより決まるために限定して記載する必要はないが、種々の溶媒の中でも、沸点が６５°Ｃより低い、いわゆる低沸点溶媒において本発明の効果が顕著に現れる。沸点が６５°Ｃ以下である溶媒としては、塩化メチレン、アセトン、テトラヒドロフラン、ジメチルエーテル、ペンタン、メチルアルコールなどが挙げられるが、それらに限定されるものではなく、また、それらの混合溶媒でも良い。
さらに、例えばエチルアルコール、ヘキサンといった、個々では６５°Ｃを超える沸点を有する溶媒でも、混合することによって６５°Ｃより低い共沸点を示す混合溶媒も挙げられる。
【００１６】
それらの中で、例えばポリカーボネート樹脂の製造用に２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパンや４−ターシャリーブチルフェノールを溶解する目的であれば塩化メチレンが一般的である。
【００１７】
本発明における常温で固体状態を示す化合物（Ｂ）は、本発明を何の目的に使用するかによって決まるために限定して記載する必要はないが、種々の固体化合物の中でも、融点が９５°Ｃより高い固体化合物において本発明の効果が顕著に現れる。融点が９５°Ｃ以上の固体化合物としては、後述の各種フェノール系化合物の他、ナフタレン、アントラセンなどの炭化水素類、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、アジピン酸などのカルボン酸類、あるいは、明確な融点は示さないものの、９５°以上の軟化点を有し、９５°Ｃ以上の温度でないと実質的に溶融状態を示さない化合物群、例えばポリスチレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、分子量２０００以上の２，２−ジ−（４−ヒドロキシジフェニルプロパン）・エピクロルヒドリン共縮型エポキシ樹脂などの重縮合化合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
また、例えばポリカーボネート樹脂の原料の場合には、ハイドロキノン、レゾルシノール、ピロカテコール等の単環２価フェノール、１，４−ジヒドロキシナフタレン、１，６−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン化合物、ジ−（４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等のビスフェノール類、ジ（ヒドロキシナフチル）メタン、ビフェノール、ビナフトール等の２価フェノールや、４−ターシャリーブチルフェノール、４−セカンダリーブチルフェノール、４−ターシャリーアミルフェノール、４−ターシャリーオクチルフェノール、４−クミルフェノール、１−ナフトール、２−ナフトールなどの１価フェノールが挙げられるが、中でも、２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパンと４−ターシャリーブチルフェノールが用いられることが多い。
なお、上記化合物は単独で使用しても、併用して使用しても良い。
【００１９】
次に、本発明におけるラインミキサーとしては、ラインミキシングの際に溶融された化合物（Ｂ）から放熱される熱を除熱するための冷却設備、及び溶媒（Ａ）の沸点以上に温度が上昇した場合の耐圧仕様を備えたものであればいかなるラインミキサーでも良く、溶媒（Ａ）と化合物（Ｂ）との組み合わせによっては、単なる空洞の配管であっても構わないが、ミキシング効果を高めるために、内部に充填物を有することが望ましい。充填物を有するラインミキサーとしては、スタティックミキサー（ノリタケカンパニーリミテッド社）、スタティックミキシングエレメント（Ｓｕｌｚｅｒ社）、スクエアミキサ（櫻製作所）、Ｈｉ−Ｍｉｘｅｒ（東レ）、コマックスミキサ（ＫｏｍａｘＳｙｓｔｅｍｓ社）、ライトニング・インライナ（ＭｉｘｉｎｇＥｑｕｉｐｍｅｎｔ社）等が挙げられるが、それらに限定されることはない。
以下、本発明の効果を実証する例を挙げるが、これらはあくまで例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
攪拌機、不活性ガス導入管、温度計を設けた５０リットルのタンク１と、そのタンク１の下部から上部へ内容物を循環する循環配管とから成り、循環配管の途中にラインミキサー５（ノリタケカンパニーリミテッド社製N４０型）を設け、ラインミキサー５の入口に溶融化合物を供給するための配管を設け、その配管へ溶融化合物を定量供給できるポンプ４とバルブ６を備え、また、ラインミキサー５の出口に熱交換器７を備えた、図１の如き装置を使用した。５０リットルのタンク１に塩化メチレン３０ｋｇを仕込み、更に、ラインミキサー５を含む循環配管中を塩化メチレンで満たした。この時、バルブ８は開、バルブ９は閉としてある。
この塩化メチレンを、１時間あたり１５０リットルの流量となるようにポンプ３により循環しながら、液温が３０°Ｃになるように加温し、３０°Ｃで安定させた。
【００２１】
その塩化メチレンの循環液へ、バルブ６の配管から、１時間あたり１０ｋｇの流量で、１２０°Ｃに熱して溶融状態を保った４−ターシャリーブチルフェノール７．５ｋｇを供給した。この混合溶液をラインミキサー５を通過させた後に熱交換器７で冷却を行って、熱交換器出口の温度が３０°Ｃとなるように調節した。
【００２２】
５０リットルタンクから随時少量のサンプルを採取し、塩化メチレン溶液中の４−ターシャリーブチルフェノールの濃度をガスクロマトグラムにより測定し、濃度が２０重量％になった時点で４−ターシャリーブチルフェノールの供給を停止した。
【００２３】
（実施例２）
１２０°Ｃに熱して溶融状態を保った４−ターシャリーブチルフェノール７．５ｋｇの供給量を１時間あたり２０ｋｇの流量とした以外は、実施例１と同様に溶解を行った。
【００２４】
（実施例３）
攪拌機、不活性ガス導入管、温度計を設けた５０リットルのタンク１と、そのタンク１の下部から上部へ内容物を循環する循環配管とから成り、循環配管の途中にラインミキサー５（ノリタケカンパニーリミテッド社製N４０型）を設け、ラインミキサー５の入口に溶融化合物を供給するための配管を設け、その配管へ溶融化合物を定量供給できるポンプ４とバルブ６を備え、また、ラインミキサー５の出口に熱交換器７を備えた、図１の如き装置を使用した。５０リットルのタンク１に塩化メチレン３０ｋｇを仕込み、更に、ラインミキサー５を含む循環配管中を塩化メチレンで満たした。この時、バルブ８は開、バルブ９は閉としてある。
この塩化メチレンを、１時間あたり１５０リットルの流量となるようにポンプ３により循環しながら、液温が３０°Ｃになるように加温し、３０°Ｃで安定させた。
【００２５】
この塩化メチレンの循環液へ、バルブ６の配管から、１時間あたり４０ｋｇの流量で、１２０°Ｃに熱して溶融状態を保った４−ターシャリーブチルフェノール７．５ｋｇを供給した。この混合溶液をラインミキサー５を通過させた後に熱交換器７で冷却を行って、熱交換器出口の温度が３０°Ｃとなるように調節した。
【００２６】
この混合溶液がバルブ８とバルブ９の分岐点に到達したときに、バルブ８を閉じてバルブ９を開き、サンプルを採取して塩化メチレン溶液中の４−ターシャリーブチルフェノールの濃度をガスクロマトグラムにより測定したところ、濃度が設定通り２０重量％になっていることを確認した。
【００２７】
（参考例）
攪拌機、不活性ガス導入管、温度計を設けた５０リットルの容器と、その容器の上部に溶融化合物を定量供給できるノズルを設けた装置を使用した。５０リットルの容器に塩化メチレン３０ｋｇを仕込み、液温が３０°Ｃになるように加温し、３０°Ｃで安定させた。
このノズルから１時間あたり５ｋｇの流量で、１２０°Ｃに熱して溶融状態を保った４−ターシャリーブチルフェノール７．５ｋｇを供給した。
【００２８】
その結果、４−ターシャリーブチルフェノールの供給を開始した直後から塩化メチレンの気化が認められ、４ｋｇ供給した時点で塩化メチレンの気化が顕著となって溶液が沸騰状態になったため、供給を断念した。供給停止により、所望した２０重量％の４−ターシャリーブチルフェノール溶液を得ることはできなかった。
【００２９】
【発明の効果】
上述した如く、本発明の溶液調製方法によれば、溶媒へその溶媒の沸点より３０°Ｃ以上高い温度に熱せられた溶融状態の化合物を溶解させて、いわゆるクローズドライン中で混合溶液を調製するため、固体化合物の破砕作業が不要であり、且つ、大規模な溶媒蒸気の凝縮設備も必要とせず、混合作業の自動化も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概念図。
【符号の説明】
１タンク
２タンク
３ポンプ
４ポンプ
５ラインミキサー
６バルブ
７熱交換器
８バルブ
９バルブ

Claims

ラインミキサーの直前もしくはラインミキサー中で、塩化メチレンである溶媒（Ａ）と、溶融状態の、２，２−ジ−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、４−ターシャリーブチルフェノール、４−クミルフェノールから成る群から選ばれる１種以上の化合物（Ｂ）とを混合し、ラインミキサー通過中に化合物（Ｂ）を溶媒（Ａ）中に均一に溶解させ、ラインミキサー通過中もしくはラインミキサー通過後に、常圧での沸騰が起こらないように溶媒（Ａ）の沸点以下までに溶液を冷却する、溶液調製方法。
混合後の均一溶液をラインミキサーへ循環しつつ、ラインミキサーへ新たな溶融状態の化合物（Ｂ）を連続的に供給し、徐々に溶媒（Ａ）への化合物（Ｂ）の溶解比率を上げる請求項１に記載の溶液調製方法。