(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリスチレンを有機溶媒中で臭素化し臭素化ポリスチレンを製造する方法において、有機溶媒にポリスチレン及びルイス酸触媒を溶解させた溶液を、塩化臭素溶液に滴下し反応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。
【請求項２】
ルイス酸触媒が、ハロゲン化アンチモン、ハロゲン化チタン、ハロゲン化硼素及びハロゲン化硼素錯体からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の臭素化ポリスチレンの製造方法。
【請求項３】
ルイス酸触媒の使用量が、仕込みのポリスチレンに対して０．１〜２０モル％の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の臭素化ポリスチレンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂の難燃剤として有用な臭素化ポリスチレンを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、塩化臭素を臭素化試剤として用い、有機溶媒中で臭素化ポリスチレンを製造する方法としては、触媒として二価及び／又は三価の鉄塩を用いる方法（特開昭５５−１５１００７号公報）、又は三塩化アンチモンと同等の活性を有するルイス酸触媒を用いる方法（特公平１−５７６８４号公報）等が知られている。
【０００３】
両法とも臭素化反応は、ポリスチレン及び触媒を溶解した溶液に塩化臭素溶液を滴下することで行っており、反応後、得られた臭素化反応液を貧溶媒に添加し晶析させて臭素化ポリスチレンを粉体として回収している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の製造方法で得られる臭素化ポリスチレンは臭素化反応で生じる着色成分により黄色の着色を帯びるという問題があり、このため、白色の製品とするためには臭素化反応後の反応液を活性炭床に通し着色成分を除去する等の精製が必要であった。通常、塩化臭素は温和な反応条件下で臭素化ができるため、他の臭素化試剤である臭素に比べ、製品への着色を改善する事が可能である。しかし、上記で述べたようにこの方法においても、精製を行わなければ満足すべき白色度ではなく、このため、未だ低コストで高品質な臭素化ポリスチレンを得るための工業的な方法とは言えなかった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、活性炭等の精製工程無しに白色の臭素化ポリスチレンを工業的に製造する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々分子量の違うポリスチレンを原料に精製工程を必要としないで白色の臭素化ポリスチレンを製造する方法について鋭意検討を行った結果、ポリスチレンとルイス酸触媒を混合した溶液を、塩化臭素溶液中に滴下することにより着色成分が著しく抑制され、その結果晶析後に得られる臭素化ポリスチレンが白色の粉体となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、ポリスチレンを有機溶媒中で臭素化し臭素化ポリスチレンを製造する方法において、有機溶媒にポリスレン及びルイス酸触媒を溶解させた溶液を、塩化臭素溶液に滴下し反応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である。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明の方法で使用されるポリスチレンは、特に限定するものではないが通常標準ポリスチレン換算による重量平均分子量で５００〜１，０００，０００の範囲にあるものが使用される。
【００１０】
本発明の方法で反応に使用される有機溶媒は、臭素化ポリスチレンを溶解でき、かつ塩化臭素に対し不活性であるか又は極めて低い反応性を有するものであり、一般的にはハロゲン化炭化水素系溶剤が使用される。例えば、塩化メチレン、クロロホルム、エチレンジクロライド、１，１，１−トリクロエタン、１，１，２−トリクロエタン、臭化メチレン、ブロモホルム、エチレンジクロライド等が挙げられる。有機溶媒の使用量としては、特に限定するものではないが、反応液粘度、経済性等により反応に具するポリスチレンに対して重量比で２〜５０倍量用いるのが望ましい。
【００１１】
本発明の方法で臭素化試剤として使用する塩化臭素は、通常臭素と塩素を５℃以下で混合する事で調製が可能であるが、予め臭素を反応で使用する有機溶媒に溶解した後、塩素と混合しても良い。臭素と塩素の比は、本質的には等モル比でも問題ないが製品中の塩素含有量を少なくするため、臭素を理論量よりも１．０〜１．５倍モル比の範囲で過剰に使用しても問題ない。尚、塩化臭素は市販のものも使用しても差支えない。
【００１２】
塩化臭素の使用量は、目的とする臭素化ポリスチレンの核臭素化数に対して等モル比〜５倍モル比を使用するが、好ましくは等モル比〜１．５モル比であり、使用する触媒の種類、反応条件により決める。尚、目的とする臭素化ポリスチレンの核臭素化数は１〜５個が選ばれるが、好ましくは２〜３個である。
【００１３】
本発明の方法で使用されるルイス酸触媒としては、特に限定するものではないが滴下液であるポリスチレン溶液に溶解させて用いるため、特に有機溶媒に可溶なものが好まれる。例えば、三塩化アンチモン，五塩化アンチモン，三臭化アンチモン等のハロゲン化アンチモン類、三塩化チタン，四塩化チタン等のハロゲン化チタン類、三塩化硼素，三臭素化硼素等のハロゲン化硼素類、及び三フッ化硼素ジエチルエーテル錯体等のハロゲン化硼素錯体等が挙げられる。これらは、単独で又は混合して使用しても差支えない。
【００１４】
触媒の使用量は、目的とする核臭素化数及び反応温度等により変更する。通常、仕込みのポリスチレンに対して０．１〜２０モル％の範囲であり、好ましくは１〜１０モル％である。０．１モル％以下では臭素化反応速度が低下し、２０モル％以上加えた場合では副反応による不溶分発生の原因となる場合がある。
【００１５】
ポリスチレン及び触媒混合液の滴下温度は、触媒及び目的とする核臭素化数により異なるが、通常−３０〜２０℃の範囲であり、好ましくは−５〜１０℃の範囲である。
【００１６】
ポリスチレン及び触媒混合液の滴下時間は、触媒の種類及び添加量、そして滴下時の反応熱の発生状態により調整すればよく、特に限定するものではないが、通常１〜１２時間程度で滴下する。滴下後、直ちに後処理を行っても良いが所定の温度で１〜１２時間熟成を行っても良い。
【００１７】
反応終了後、余剰の塩化臭素を、例えば、ヒドラジン、亜硫酸水素ナトリウム等の還元剤を添加することにより還元し、水洗を行って臭素化ポリスチレン溶液を得る。この溶液をメタノール等の貧溶媒又は熱水に添加し晶析させて、次いで濾過、乾燥を行うことにより目的物の臭素化ポリスチレンを白色粉末として得る。
【００１８】
以上の方法により得られた臭素化ポリスチレンは、著しく着色が改善された白色粉末であり、そのまま高品質な臭素化ポリスチレンとしてポリオレフィン樹脂やエンジニアリングプラスチック等の難燃剤として使用できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の方法で得られる臭素化ポリスチレンは、従来の方法に比べ精製工程無しで白色の粉末として得ることができるため、本製法は低コストで高品質な臭素化ポリスチレンの工業的な製造方法として極めて有用な技術と言える。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００２１】
尚、以下の方法により元素分析、重量平均分子量測定及び色相分析を行った。
（１）臭素及び塩素の元素分析は、試料を酸素フラスコ燃焼させた後、ガスの吸収液をイオンクロマグラフ装置（東ソー社製イオンクロマトグラフィーシステム）を用いて公知の方法により行った。
【００２２】
（２）重量平均分子量（標準ポリスチレン換算）の測定は、ゲル浸透クロマトグラフィー（東ソー社製高速ＧＰＣシステム）を用いて、公知の方法により行った。
【００２３】
（３）粉体の色相分析は、色差計（日本電色工業社製測色色差計；ＮＤ−１００１ＤＰ型）を用いて、公知の方法により行った。
【００２４】
実施例１
温度計、撹拌翼及び冷却管を備えた３００ｍｌの四つ口丸底フラスコに、臭素４９．２ｇ（０．３０８ｍｏｌ）及び塩化メチレン１２０ｇを仕込み、撹拌しながら０℃に冷却した。次いで、塩素ガス２１．９ｇ（０．３０８ｍｏｌ）を撹拌下、その温度を維持しながらこの臭素溶液に約１時間かけて吹き込み、塩化臭素溶液の調製を行った。尚、塩素に対する臭素の仕込み比は等モル比に設定した。
【００２５】
続いて、３００ｍｌの四つ口丸底フラスコに、重量平均分子量約１２，０００のポリスチレン２０．０ｇ（スチレンユニット当たり０．１９２ｍｏｌ）、三塩化アンチモン２．２ｇ（０．００９６ｍｏｌ）及び塩化メチレン２３０ｇを仕込み、室温下、撹拌しながら溶解させた。尚、三塩化アンチモンの仕込み比はポリスチレンのスチレンユニット当りの仕込みモル数に対して５モル％に相当する。溶解後、この溶液を予め調製した塩化臭素溶液に、撹拌下、０℃で約３時間かけて滴下し、滴下後、その温度で１時間熟成を行った。反応後、残存塩化臭素を２０％ヒドラジン水溶液で還元し、酸洗浄、水洗を行って臭素化ポリスチレンの反応液３９０ｇを得た。
【００２６】
得られた反応液を、メタノール５００ｇに添加させて晶析させた後、濾過、減圧乾燥し臭素化ポリスチレンの白色粉体５４．３ｇを得た。この得られた臭素化ポリスチレンについて元素分析を行ったところ、臭素６６．１％、塩素０．８％を含有しており、また、ゲル浸透クロマトグラフ法により分析を行った結果、重量平均分子量は、約１３，０００であった。更に色差計により製品の色相分析を行った結果、Ｌ値（明度を示す）が９１．８、ａ値（−値が緑、＋値が赤の色度を示す）が−０．７、ｂ値（−値が青、＋値が黄の色度を示す）が＋２．１であった。反応条件を表１に、結果を表２に示す。
【００２７】
【表１】
0003674196.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003674196.tif 000003
【００２９】
実施例２〜実施例６
表１に示す反応条件以外は、実施例１と同様に臭素化反応を行い、次いで実施例１と同様の後処理を実施し、臭素化ポリスチレンの白色粉体を得た。更に、実施例１と同様な方法により元素分析、重量平均分子量測定及び色相分析を行った。反応条件を表１に、結果を表２に示す。
【００３０】
比較例１
温度計、撹拌翼及び冷却管を備えた３００ｍｌの四つ口丸底フラスコに、臭素４９．２ｇ（０．３０８ｍｏｌ）及び塩化メチレン１２０ｇを仕込み、撹拌しながら０℃に冷却した。次いで、塩素ガス２１．９ｇ（０．３０８ｍｏｌ）を撹拌下、その温度を維持しながらこの臭素溶液に約１時間かけて吹き込み、塩化臭素溶液の調製を行った。
【００３１】
続いて、３００ｍｌの四つ口丸底フラスコに、重量平均分子量約１２，０００のポリスチレン２０．０ｇ（スチレンユニット当たり０．１９２ｍｏｌ）、三塩化アンチモン２．２ｇ（０．００９６ｍｏｌ）及び塩化メチレン２３０ｇを仕込み、撹拌しながら溶解させた。尚、三塩化アンチモンの仕込み比はポリスチレンのスチレンユニット当りの仕込みモル数に対して５モル％に相当する。溶解後、この溶液に先ほどの塩化臭素溶液を、撹拌下、０℃で約３時間かけて滴下し、滴下後、その温度で１時間熟成を行った。反応後、残存塩化臭素を２０％ヒドラジン水溶液で還元し、酸洗浄、水洗を行って臭素化ポリスチレンの反応液３８５ｇを得た。
【００３２】
得られた反応液を、メタノール５００ｇに添加させて晶析させた後、濾過、減圧乾燥して臭素化ポリスチレンの黄色粉体５４．０ｇを得た。この得られた臭素化ポリスチレンについて元素分析を行ったところ、臭素６５．８％、塩素０．９％を含有しており、また、ゲル浸透クロマトグラフ法により分析を行った結果、重量平均分子量は、約１３，０００であった。更に色差計による製品の色相分析分析を行った結果、Ｌ値が８１．３、ａ値が＋０．９、ｂ値が＋７．５であった。色相分析の結果から明らかなように、得られた臭素化ポリスチレンは実施例のものに比べ色相が著しく劣った。反応条件を表３に、結果を表４に示す。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
【表４】
0003674196.tif 000005
【００３５】
比較例２
表３に示す反応条件以外は、比較例１と同様に臭素化反応を行い、次いで比較例１と同様の後処理を実施し、臭素化ポリスチレンの黄色粉体を得た。更に、比較例１と同様な方法により元素分析、重量平均分子量測定及び色相分析を行った。反応条件を表３に、結果を表４に示す。表４から明らかなように得られた臭素化ポリスチレンは実施例のものに比べ色相が著しく劣った。