(57)【要約】  本発明は、(i)反応溶媒中で、及びルイス酸の存在下で、1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼン及び/又はジフェニルエーテルと、少なくとも1つの二官能性芳香族塩化アシルを反応させて、PEKK-ルイス酸複合体を含む生成物混合物を得る工程、(ii)得られた生成物混合物を、プロトン性溶媒と接触させて、ルイス酸を含む液相、及びPEKKを含む固相を含む分散体を形成する工程、並びに(iii)固相を液相から遠心濾過により分離して、粗PEKK、及びルイス酸を含有する流出物を回収する工程で構成される工程を含み、工程(iii)が、遠心濾過の工程を含む、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)を製造するための方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
(i)反応溶媒中で、及びルイス酸の存在下で、1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼン及び/又はジフェニルエーテルと、少なくとも1つの二官能性芳香族塩化アシルを反応させて、PEKK-ルイス酸複合体を含む生成物混合物を得る工程、
(ii)得られた生成物混合物を、プロトン性溶媒と接触させて、ルイス酸を含む液相、及びPEKKを含む固相を含む分散体を形成する工程、並びに
(iii)前記分散体の固相を液相から分離して、粗PEKK、及びルイス酸を含有する流出物を回収する工程
で構成される工程を含み、
工程(iii)が、遠心濾過の工程を含む、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)を製造するための方法。
【請求項２】
前記少なくとも1つの二官能性芳香族塩化アシルが、塩化テレフタル酸、塩化イソフタル酸及びそれらの混合物から選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記反応溶媒が、オルト-ジクロロベンゼンである、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
前記ルイス酸が、三塩化アルミニウムである、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
工程(ii)で使用される前記プロトン性溶媒が、好ましくは5以下、より好ましくは3以下、最も好ましくは2以下のpHを有する水溶液である、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
工程(iii)の後で、プロトン性溶媒、好ましくはアルコール水溶液中で粗PEKKを洗浄する工程、及び生じた混合物に、好ましくは遠心濾過の工程を含む更なる固体/液体分離を施す工程のうちの1つ又は複数の更なる工程を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
工程(iii)の後で、プロトン性溶媒、好ましくは水中で粗PEKKを洗浄する工程、及び生じた混合物に、好ましくは遠心濾過の工程を含む更なる固体/液体分離を施す工程のうちの1つ又は複数の更なる工程を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
工程(iii)の後で:
(iv)メタノール中で粗PEKKを洗浄する工程、及び得られた混合物に、遠心濾過の工程を含む固体/液体分離を施す工程のうちの1つ又は複数の工程、並びに
(v)水中で、以前の工程で得られたPEKKを洗浄する工程、及び得られた混合物に、遠心濾過の工程を含む固体/液体分離を施して、精製されたPEKKを得る工程のうちの1つ又は複数の工程
を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
工程(iii)及び後続の洗浄する工程のそれぞれが、後続の工程の間で粗PEKKを除去せずに、遠心濾過デバイスにおいて行われる、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
工程(iii)における遠心濾過の工程が、少なくとも500gの加速度で行われる、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
工程(iii)及び後続の洗浄する工程のそれぞれが、1時間以下、好ましくは30分以下、特に15分以下の時間で行われる、請求項2から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
後続の、精製されたPEKKを乾燥させる工程を更に含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記粗PEKKが、錯化剤を使用せずに精製される、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
精製されたPEKKが、1000ppm未満、好ましくは500ppm未満、特に250ppm未満のアルミニウムを含有する、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ルイス酸を含有する流出物が、とりわけ水処理用の凝集剤としてリサイクルされる、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、求電子置換によりポリエーテルケトンケトンポリマーを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエーテルケトンケトン(PEKK)ポリマーは、高温又は高い機械的若しくは化学的負荷への曝露を伴う用途に有用となるいくつかの性質を有する。これらは、例えば、航空宇宙産業、海洋掘削及び医療用具に有用である。
【０００３】
ポリエーテルケトンケトンポリマーを製造するための1つの公知経路は、フッ素化モノマーによる求核置換に依存する。この方法は、特定のフッ素化及び/又は塩素化モノマーを要し、これらを製造しなければならない。更に、反応は、過酷な条件(ジフェニルスルホン中で350〜400℃)で実行され、塩及び溶媒を排除するため、制約のある精製工程を必要とする。
【０００４】
ポリエーテルケトンケトンを調製するための別の経路は、ルイス酸の存在下における、芳香族酸塩化物と芳香族エーテルの間の求電子置換反応に依存する。この方法は、米国特許第4,841,013号、米国特許第4,816,556号、米国特許第4,912,181号、米国特許第4,698,393号、米国特許第4,716,211号及び国際公開第2011004164号に記載されている。反応は、求核経路と比較して穏やかな温度(-20〜120℃)で実行され得るという点で有利である。更に、モノマー及び溶媒の両方が容易に利用できる。
【０００５】
方法は、特に、出発材料としてジフェニルエーテル(米国特許第4,816,556号に記載されている)、又は1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼンに依存し得る。いずれの経路でもポリエーテルケトンケトンが得られる。
【０００６】
方法は、より具体的には、出発材料として1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼンに依存し得る。この化合物は、ルイス酸、例えば三塩化アルミニウム(AlCl3)の存在下で、塩化テレフタロイル及びジフェニルエーテルを反応させることにより調製され得る。
【０００７】
ルイス酸の存在下で、1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼンと、塩化イソフタロイル及び塩化テレフタロイルの混合物を反応させることにより、ポリエーテルケトンケトン-ルイス酸複合体が形成される。重合後、複合体は、プロトン性溶媒と接触させることにより解離して、大半が沈殿した固体形態で遊離ポリエーテルケトンケトンを回収する。粗ポリエーテルケトンケトンは、次いで、更に精製される前に、固体/液体分離工程により生成物混合物から分離する。
【０００８】
ポリエーテルケトンケトンの産業的生成で直面する重大な問題は、重合工程後における、液体反応媒体からの粗ポリエーテルケトンケトンの効率的分離及びルイス酸からの脱複合化である。別の問題は、後続する粗ポリマーの効率的精製である。
【０００９】
実際に、粗ポリマーは、液体含有量が多い、典型的には50質量%超のスポンジ状ゲルとして生じることがきわめて多い。
【００１０】
従来の方法、例えばヌッチェフィルター上での簡易濾過によるそのようなゲルの固体/液体分離は、時間がかかり、まったく効率的ではない。特に、間隙の液体は除去されるが、粗ポリエーテルケトンケトンゲル内からある液体を抽出すること、ひいては、これに溶解した不純物も抽出することは困難であることが観察されている。
【００１１】
したがって、更なる精製工程が、ポリマーから残留反応物又は副産物、特に、触媒として使用されるが、大量に、典型的には化学量論量を超えて使用される残留ルイス酸を抽出するのに必要となり得る。そのような不純物は、ポリエーテルケトンケトンの熱安定性に悪影響を与える。熱安定性は、特にポリエーテルケトンケトンには、それらの融点が高い(一般的に>300℃)という観点で重要である。
【００１２】
文献国際公開第90/10024号は、残留触媒をポリエーテルケトンケトンから抽出するための方法について開示しており、ポリマーは、抽出剤、例えばヒドロキシカルボン酸の温水溶液で洗浄される。しかしそのような抽出剤も、その後、熱安定性を有するようにポリマーから除去しなければならず、これにより、更に時間がかかり、費用がかさむ作業が必要となる。
【００１３】
文献国際公開第90/01510号は、任意の添加される作用剤なしで、ポリエーテルケトンケトンを精製するための方法について記載しており、ポリマーは、加熱処理、続いて水熱処理にかけられる。しかし、この方法は、特殊でコストがかかり、腐食にさらされる設備、例えばオートクレーブを伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第4,841,013号
【特許文献２】米国特許第4,816,556号
【特許文献３】米国特許第4,912,181号
【特許文献４】米国特許第4,698,393号
【特許文献５】米国特許第4,716,211号
【特許文献６】国際公開第2011004164号
【特許文献７】国際公開第90/10024号
【特許文献８】国際公開第90/01510号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、経済的に現実的な手段にて産業規模で実践され得る、高純度かつ高収率でポリエーテルケトンケトンを製造するための方法の必要性は依然としてある。
【００１６】
本発明は、高純度かつ高収率でポリエーテルケトンケトンを製造するための方法、より詳細には、経済的に現実的な手段にて産業規模で実践され得る方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、固体/液体分離工程は、遠心濾過の工程を含む。実際に、遠心濾過は特に効率的であり、粗PEKKポリマー懸濁液の固体/液体分離を行うのが早いと見出された。
【００１８】
更に、遠心濾過にかけられる場合、粗ポリエーテルケトンケトンは、高い濾過抵抗を確立しないことが発見されている。実際に、圧力を上昇させながら濾過にかけられる場合、粗PEKKポリマーにより示される抵抗は上昇せず、それどころか低下する。
【００１９】
その結果、ポリマー顆粒を十分に変形させる圧縮応力を発生できなければ、顆粒に含有されている液体を抽出することは困難である。
【００２０】
圧縮応力は、分離工程中にポリマー顆粒に適用される方向の力を評価できるようにするパラメータである。遠心濾過により、著しい圧縮応力を適用できるようになり、したがって、ポリマー顆粒内から、細孔を介して液体をより良好に抽出できるようになる。圧縮応力は、遠心分離における加速度に比例し、したがって容易に変動できる。
【００２１】
遠心濾過デバイスにおいて、好ましくは、先述の固体/液体分離に使用される、同一の遠心濾過デバイス内で、粗ポリエーテルケトンケトンを洗浄することも有利である。有利には、洗浄する工程は、洗浄に使用される溶媒中で固体を再懸濁することなく実行され得る。実際に、有効な洗浄は、接触時間がきわめて短いにもかかわらず、この手段で行われ得ることを意外にも見出した。この発見は、著しい圧縮応力を適用することにより、顆粒からのルイス酸の効率的抽出につながると考えられる。
【００２２】
遠心濾過により、粗ポリマー顆粒から、より高い比率の反応溶媒及びルイス酸を抽出できるので、本発明の方法により、残留水分が少ないPEKKを調製できる。したがって、乾燥させるのに必要とされる時間及びエネルギーを抑制できる。
【００２３】
したがって、本発明の第1の目的は、
(i)反応溶媒中で、及びルイス酸の存在下で、1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼン及び/又はジフェニルエーテルと、少なくとも1つの二官能性芳香族塩化アシルを反応させて、PEKK-ルイス酸複合体を含む生成物混合物を得る工程、
(ii)得られた生成物混合物を、プロトン性溶媒と接触させて、ルイス酸を含む液相、及びPEKKを含む固相を含む分散体を形成する工程、並びに
(iii)分散体の固相を液相から分離して、粗PEKK、及びルイス酸を含有する流出物を回収する工程
で構成される工程を含み、
工程(iii)は、遠心濾過の工程を含む、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)を製造するための方法を提供することである。
【００２４】
好ましい実施形態によれば、少なくとも1つの二官能性芳香族塩化アシルは、塩化テレフタル酸、塩化イソフタル酸及びそれらの混合物から選択される。
【００２５】
好ましい実施形態によれば、反応溶媒は、オルト-ジクロロベンゼンである。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、ルイス酸は、三塩化アルミニウムである。
【００２７】
好ましい実施形態によれば、工程(ii)で使用されるプロトン性溶媒は、好ましくは5以下、より好ましくは3以下、最も好ましくは2以下のpHを有する水溶液である。
【００２８】
好ましい実施形態によれば、本発明の方法は、工程(iii)の後で、プロトン性溶媒、好ましくはアルコール水溶液中で粗PEKKを洗浄する工程、及び生じた混合物に、好ましくは遠心濾過の工程を含む更なる固体/液体分離を施す工程のうちの1つ又は複数の更なる工程を含む。
【００２９】
好ましい実施形態によれば、本発明の方法は、工程(iii)の後で、プロトン性溶媒、好ましくは水中で粗PEKKを洗浄する工程、及び生じた混合物に、好ましくは遠心濾過を含む更なる固体/液体分離を施す工程のうちの1つ又は複数の更なる工程を含む。
【００３０】
好ましい実施形態によれば、本発明の方法は、工程(iii)の後で、
(iv)メタノール中で粗PEKKを洗浄する工程、及び得られた混合物に、遠心濾過を含む固体/液体分離を施す工程のうちの1つ又は複数の工程、並びに
(v)水中で、以前の工程で得られたPEKKを洗浄する工程、及び得られた混合物に、遠心濾過を含む固体/液体分離を施して、精製されたPEKKを得る工程のうちの1つ又は複数の工程を含む。
【００３１】
好ましい実施形態によれば、工程(iii)及び後続の洗浄する工程のそれぞれは、後続の工程の間で粗PEKKを除去せずに遠心濾過デバイスにおいて行われる。
【００３２】
好ましい実施形態によれば、工程(iii)における遠心濾過の工程は、少なくとも500gの加速度で行われる。
【００３３】
好ましい実施形態によれば、工程(iii)及び後続の洗浄する工程のそれぞれは、1時間以下、好ましくは30分以下、特に15分以下の時間で行われる。
【００３４】
好ましい実施形態によれば、本発明の方法は、後続の、精製されたPEKKを乾燥させる工程を更に含む。
【００３５】
好ましい実施形態によれば、粗PEKKは、錯化剤を使用せずに精製される。
【００３６】
好ましい実施形態によれば、精製されたPEKKは、以下の手順に従って調製した溶液について、誘導結合プラズマ/発光分析装置(ICP/OES、モデルICP Vista-Pro、Varian社により販売されている、アルミニウム元素に対し波長396.15nm)を使用して測定されるように、1000ppm未満、好ましくは500ppm未満、特に250ppm未満のアルミニウムを含有する:
-  0.5gのポリエーテルケトンケトン試料を、目盛り付き25mLサンプラーチューブ中に秤量する
-  10mLの硝酸(濃度67wt.%)を添加する
-  混合物をヒーターユニット中に導入し、99℃に2h加熱する
-  Whatmanフィルター(グレード589/1、直径125mm)上で混合物を濾過する、及び
-  ミリQ水を25mLの目盛りまで添加する。
【００３７】
好ましい実施形態によれば、ルイス酸を含有する流出物は、とりわけ水処理用の凝集剤としてリサイクルされる。
【００３８】
本発明は、ここでより詳細に説明され、以下の説明に限定されない。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
ポリアリールエーテルケトンは、PAEKとしても公知であり、本発明に従って調製され、以下の式
(-Ar-X-)及び(-Ar1-Y-)
(式中、
Ar及びAr1は、それぞれ二価芳香族ラジカルを表し、
Ar及びAr1は、好ましくは、1,3-フェニレン、1,4-フェニレン、4,4'-ビフェニレン、1,4-ナフチレン、1,5-ナフチレン及び2,6-ナフチレンから選択され得る)に相当する。
【００４０】
ポリエーテルケトンケトン(PEKK)は、以下の式
(-Ar-X-)及び(-Ar1-Y-)  式I
(式中、
-  Ar及びAr1は、それぞれ二価芳香族ラジカルを表し、好ましくは1,3-フェニレン及び1,4-フェニレンのうちから選択され、
-  Xは、好ましくはカルボニル基である電子求引性基を表し、
-  Yは、酸素原子を表す)の単位を含む。
【００４１】
とりわけ、ポリエーテルケトンケトンは、式IIA、式IIB
【００４２】
【化１】
2020527188.tif 000002
【００４３】
の部分又はそれらの混合物を含む。
【００４４】
ポリエーテルケトンケトンは、式IIA及び/又はIIBの前記部分からなり得る。好ましい実施形態によれば、ポリエーテルケトンケトンは、式IIA及びIIBの部分からなる、又は本質的にそれらからなる。これらのポリマーのうちとりわけ好ましいのは、式IIAの部分:式IIBの部分のモル比(T:I比とも呼ばれる)が50:50から99:1に含まれ、いくつかの実施形態では55:45から85:15、特に60:40から80:20を有するポリエーテルケトンケトンである。
【００４５】
或いは、ポリエーテルケトンケトンは、上の式Iの他の芳香族部分、とりわけ、Ar及びAr1が、二環式芳香族ラジカル、例えば4,4'-ジフェニレン又は二価縮合芳香族ラジカル、例えば1,4-ナフチレン、1,5-ナフチレン及び2,6-ナフチレンからも選択され得る部分を含み得る。
【００４６】
好ましい実施形態によれば、本発明は、分子量、例えば固有粘度が、ISO 307に従って96%硫酸中で0.5から1.5dL/gの間、好ましくは0.6から1.2dL/gの間、より好ましくは0.7から1.1dL/gの間であるPEKKを生成するのに特に適する。
【００４７】
ポリエーテルケトンケトンを作るのに都合のよい経路によれば、1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼンは、少なくとも1つの二官能性芳香族塩化アシルと反応させる。
【００４８】
1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼンは、式III
【００４９】
【化２】
2020527188.tif 000003
【００５０】
の化合物である。
【００５１】
式(III)の化合物は、溶媒中で、及びフリーデル-クラフツ触媒として作用するルイス酸の存在下で、塩化テレフタロイルとジフェニルエーテルを反応させることにより作られ得る。反応により、主にルイス酸との複合体の形態で、1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼンが生成される。
【００５２】
ポリエーテルケトンケトンは、前記1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼンと、少なくとも1つの二官能性芳香族塩化アシルの反応により得られる。
【００５３】
二官能性芳香族塩化アシルは、特に、塩化テレフタロイル、塩化イソフタロイル、より好ましくは塩化テレフタロイル及び塩化イソフタロイルの混合物を含み得る。
【００５４】
反応は、好ましくは溶媒中で実践する。溶媒は、好ましくは非プロトン溶媒であり、これは、特に、塩化メチレン、炭素ジスルフィド、オルト-ジクロロベンゼン、メタ-ジクロロベンゼン、パラ-ジクロロベンゼン、1,2,4-トリクロロベンゼン、1,2,3-トリクロロベンゼン、オルト-ジフルオロベンゼン、1,2-ジクロロエタン、1,1,2,2-テトラクロロエタン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、ニトロベンゼン及びそれらの混合物から選択され得る。オルト-ジクロロベンゼンは、最も好ましい溶媒である。
【００５５】
反応は、触媒としてのルイス酸の存在下で実践される。
【００５６】
使用され得るルイス酸は、例えば、三塩化アルミニウム、三臭化アルミニウム、五塩化アンチモン、五フッ化アンチモン、三塩化インジウム、三塩化ガリウム、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、塩化亜鉛、塩化鉄(III)、塩化スズ(IV)、四塩化チタン及び五塩化モリブデンを含む。三塩化アルミニウム、三塩化ホウ素、三臭化アルミニウム、四塩化チタン、五塩化アンチモン、塩化鉄(III)、三塩化ガリウム及び五塩化モリブデンが好ましい。三塩化アルミニウムが特に好ましい。
【００５７】
反応は、好ましくは、好適な連鎖停止剤の存在下で更に実施される。連鎖停止剤は、ポリエーテルケトンケトンの鎖の長さをコントロールするように添加される単官能性化合物である。
【００５８】
この反応における好適な連鎖停止剤は、とりわけ安息香酸クロリド又はフェノキシベンゾフェノンである。
【００５９】
重合は、反応器中で行われる。反応器は、例えばガラス反応器、ガラスライニング反応器又はPTFEコーティング反応器であり得る。
【００６０】
いくつかの変形によれば、本発明の方法において反応器中に導入される材料は、本質的に1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼン、並びに少なくとも1つの二官能性芳香族塩化アシル、反応溶媒、ルイス酸及び連鎖停止剤からなり、又はそれらからなる。
【００６１】
本発明の一実施形態によれば、反応溶媒中の塩化テレフタロイル、塩化イソフタロイル、連鎖停止剤及び1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼンを含む(好ましくはそれらからなる)最初の反応物混合物が得られる。反応物混合物は、3つの成分を一緒に、任意の順番で混合することによって作ることができる。例として、まず乾燥溶媒が反応器に導入され得、次いで2つの反応物が、反応器に添加され得る。
【００６２】
反応の第1相は、例えば-5から25℃に及ぶ温度にて、反応物を混合することにより実行され得る。
【００６３】
第2の工程として、ルイス酸は、反応物混合物に添加される。好ましくは、ルイス酸は、固体として添加される。或いは、懸濁液又は溶液としても、好ましくは上述の溶媒中に添加され得る。
【００６４】
本発明の別の実施形態によれば、反応物混合物は、ジフェニルエーテル、少なくとも1つの二官能性芳香族塩化アシル、反応溶媒、ルイス酸及び連鎖停止剤を含む、又はそれらからなる。
【００６５】
加工助剤、例えば分散剤又は防汚剤は、必要であれば反応混合物に添加してよい。
【００６６】
重合は、例えば50から120℃に及ぶ温度にて実行され得る。条件及び設備は、好ましくは、ポリマーが顆粒形態で得られるように選択される。必要な場合は、粗ポリマーは、好適な粉砕設備を使用して造粒され得る。
【００６７】
反応が望ましい程度に完了したら、反応物混合物は、生成物混合物と呼ばれる。
【００６８】
反応が望ましい程度に完了した後で、本発明の方法は、生成物混合物から、特に溶媒、触媒及び未反応の反応物並びに副生成物から、ポリエーテルケトンケトンを精製するための工程を含む。
【００６９】
特に、前記精製は、生成物混合物とプロトン性溶媒を接触させて、ルイス酸を含有する第1相、及び、ポリエーテルケトンケトンを含有する第2相を回収する工程を含む。接触させたプロトン性溶媒及び生成物混合物の相対的質量比は、好ましくは5から100、より好ましくは15から50である。
【００７０】
プロトン性溶媒は、水溶液であり得る。
【００７１】
水溶液は、単に水であり得る。或いは、酸性溶液、例えば塩酸の溶液であり得る。好ましい水溶液は、好適な酸、例えば濃塩酸を10wt.%まで、好ましくは0.4wt.%まで添加することにより酸性化した水である。好ましくは、水溶液のpHは、7以下、好ましくは6以下、又は5以下、又は4以下、又は3以下、又は2以下である。ポリエーテルケトンケトン-ルイス酸複合体の解離は、酸性溶液が使用される場合、より効率的になる。
【００７２】
溶媒の混合物、例えば有機溶媒水溶液、例としてメタノール、エタノール、イソプロパノール又は酢酸と混合した水溶液も使用され得る。混合物におけるアルコールの比率は、アルミニウムを良好に排除できるように十分にすべきであるが、副反応を避けるように限定されるべきである。良好な折衷は、95から60wt.%、好ましくは80から95wt.%のアルコールを含む水溶液及びアルコールの混合物である。
【００７３】
ポリエーテルケトンケトン-ルイス酸複合体とプロトン性溶媒を接触させる第1の可能性は、例えば反応器中において直接、プロトン性溶媒に生成物混合物を添加することである。添加は、温度>50℃、好ましくは60から160℃の間にて、有利には10から180分、好ましくは30から90分に及び得る一定時間にわたり徐々に行われることが好ましい。
【００７４】
第2の可能性は、プロトン性溶媒を別々の容器に付与すること、及び、続いて生成物混合物をプロトン性溶媒に添加することである。添加は、温度>50℃、好ましくは60から160℃の間にて、有利には10から180分、好ましくは30から90分に及び得る一定時間にわたり徐々に行われることが好ましい。
【００７５】
第1及び第2の可能性の両方で、プロトン性溶媒及び生成物混合物の混合物は、好ましくは、例えば撹拌デバイス、例として機械的スターラー(1つ又は複数の羽根車を含み得る)、又はポンプを備える再循環ループを使用して撹拌される。
【００７６】
生成物混合物及びプロトン性溶媒の全体を接触させたら、両方の混合物は、温度>75℃、好ましくは80から160℃の間にて、一定時間、例えば10から240分、好ましくは30から120分、好ましくは撹拌しながら維持され得る。
【００７７】
温度は、任意選択で、この段階でコントロールしてよく、例えば混合物は、冷却してよい。
【００７８】
代替変形では、温度は、この段階でコントロールされず、したがって場合により、混合物に存在する1つ又は複数の溶媒(例えば水を含む)の沸点まで、反応を圧力下で実行する場合は100℃超にさえ上昇する。このように生成された蒸気は、収集され、次いで処理及び/若しくはリサイクルされ得る、又は処分され得る。混合物は、この熱の急上昇の後、任意選択で冷却してよい(又は積極的に冷却してよい)。上で既に述べた温度コントロール及び冷却デバイスは、この目的に使用できる。
【００７９】
生成物混合物とプロトン性溶液を接触させる工程の終わりに、第1相(プロトン性溶媒を含有する)及び第2相(反応溶媒を含有する)が得られる。例えば、水溶液がプロトン性溶媒として使用される場合、第1相は水性相であり、第2相は有機相である。ポリエーテルケトンケトンは、第2相に大半が存在するが、ルイス酸は、第1相に大半が存在する。固体及び2つ以上の液相を伴うそのような複合体混合物は、一般的に、分離するのが更に難しい。好ましい実施形態では、水性相は、存在する場合、以下に記載されている遠心濾過の前後で、例えばデカンテーションにより、生成物混合物から分離され得る。
【００８０】
ポリエーテルケトンケトンの固体形態の形状は、固体/液体分離工程の効率に重大なパラメータであることが見出されている。実際に、ポリエーテルケトンケトンは、複合体の解離後に、大量の液体を含有するゲルを形成する傾向がある。
【００８１】
周囲の液体からの分離を促進するために、ポリマーは、この形態で得られなければ造粒してよい。得られた粗ポリマー顆粒は多孔であり、大量の液体を含有するので、従来の濾過では分離するのが困難である。
【００８２】
しかし、遠心濾過を含む固体/液体分離は、適切な方法であることが発見されている。
【００８３】
本発明の方法によれば、混合物からポリエーテルケトンケトンを回収する固体/液体分離工程は、このようにして、遠心濾過デバイスでの遠心濾過の工程を含む。
【００８４】
遠心濾過デバイスは、特に縦型遠心分離機、横型遠心分離機又はデカンタ型遠心分離機であり得る。本方法内では、横型遠心分離機が好ましい。
【００８５】
粗ポリエーテルケトンケトンの固体/液体分離に対する遠心濾過の思いがけない効率は、従来の濾過と比較してより高等な濾過デバイスにおいて発生した圧縮応力に関係があると考えられる。圧縮応力により、次いで、ポリマー顆粒を変形でき、顆粒内から液体を抽出できる。
【００８６】
上で述べられているように、遠心分離機における圧縮応力は、加速度に比例する。したがって、固体/液体分離の最終的な工程は、母液の濾過及び洗浄後に、少なくとも5分間、より好ましくは15分間にわたり、少なくとも0.5barの圧縮応力に相当する加速度下で実行することが好ましい。
【００８７】
好ましくは、使用される加速は、0.5から30barの間、よりいっそう好ましくは2から15barの間に含まれる圧縮応力に相当する。
【００８８】
固体/液体分離工程中の遠心分離機の加速度は、一定であっても可変であってもよい。好ましい実施形態によれば、加速度は可変である。特に、加速度は、固体/液体分離工程の終わりに増加させてよい。
【００８９】
本出願を通じて、特に指示がない限り、加速度が可変の実施形態で想定される加速度は、最大加速度である。
【００９０】
固体/液体分離に対する加速度は、好ましくは少なくとも300g、よりいっそう好ましくは少なくとも500g、特に少なくとも800g、特に好ましくは少なくとも1000gである。
【００９１】
遠心濾過の終わりに、加速度は、有利に上昇させてよい。例として、加速度は、遠心濾過の全期間のラスト4分の1、好ましくはラスト20%、ラスト15%又はラスト10%中に上昇できる。上昇させた加速度は、好ましくは少なくとも500g、より好ましくは少なくとも800g、特に少なくとも1200gである。
【００９２】
固体/液体分離工程は、有利には、5℃から90℃に及ぶ温度にて行われる。特に水溶液がプロトン性溶媒として使用される場合、少なくとも20℃の分離温度が好ましい。
【００９３】
遠心濾過の時間は、一般的に、15から60分の間、好ましくは30分以下、特に15分以下である。
【００９４】
有利な場合、いくつかの工程で、デバイスを変更することにより、ケーキを生じることが可能である。しかし、遠心濾過は、1つのバッチで実行されることが一般的に好ましい。
【００９５】
遠心濾過を含む固体/液体分離工程の終わりに、粗ポリエーテルケトンケトン生成物の乾燥固体物質含有量は、好ましくは10wt.%から90wt.%、好ましくは20から80wt.%、特に30から60wt.%である。
【００９６】
第1相及び第2相を含有する液体流出物は、任意選択で、好ましくはデカンテーションにより、別々に回収するように分離され得る。界面活性剤は、相分離を促進するために添加され得る。
【００９７】
固体ポリエーテルケトンケトンは、残留不純物と共に、固体/液体分離工程後に回収される。
【００９８】
ルイス酸を含有する液体流出物は、この方法内で再使用又はリサイクルできるように、好適な処理にかけてよい。特に、ルイス酸を含む流出物は、とりわけ水処理用の凝集剤としてリサイクルされ得る。
【００９９】
この方法の好ましい変形では、前記粗ポリエーテルケトンケトンは、1つ又は複数のプロトン性溶媒で洗浄することにより、更に精製される。
【０１００】
この段階でのプロトン性溶媒は、好ましくは水又は水溶液である。しかし、代替変形では、この段階でのプロトン性溶媒は、任意選択で水と混合される有機溶媒であり得る。直鎖又は分岐脂肪族アルコール、例えばメタノール、エタノール及びイソプロパノールが、特に好ましい有機溶媒である。これらの有機溶媒は、任意選択で、別のもの及び/又は水と混合され得る。
【０１０１】
この段階で使用されるプロトン性溶媒対粗ポリエーテルケトンケトンの質量比は、例えば2から30、好ましくは3から10であり得る。
【０１０２】
洗浄する工程の後で、又は洗浄する工程と同時に、別の固体/液体分離工程が行われ得る。
【０１０３】
洗浄する工程は、容器中において、以前の工程で回収された粗ポリエーテルケトンケトンとプロトン性溶媒を混合することにより行われ得る。そのような洗浄する工程の時間は、例えば15minから240min、好ましくは15から120minであり得る。
【０１０４】
しかし、好ましい変形では、遠心濾過デバイスが使用され、その結果、このデバイス中で、生成物を再懸濁することなく、洗浄及び固体/液体分離が同時に行われる。
【０１０５】
洗浄及び後続の固体/液体分離工程中における、遠心分離機の加速度は、一定であっても可変であってもよい。好ましい実施形態によれば、加速度は、接触時間を増加させるために、洗浄する工程中でより低下させる。しかし、加速度は、後続の固体/液体分離工程を開始する場合、及び/又はそれらを終える場合では、上昇させてよい。
【０１０６】
洗浄するための遠心分離機の加速度は、好ましくは500g以下、300g以下がよりいっそう好ましく、特に100g以下である。後続の固体/液体分離の加速度は、好ましくは少なくとも500g、少なくとも800gがよりいっそう好ましく、特に少なくとも1000gである。
【０１０７】
洗浄する工程、及び後続の、又は同時の固体/液体分離工程は、好ましくは、少なくとも20℃の温度にて行われる。
【０１０８】
洗浄する工程、及びこれに関連した後続の、又は同時の固体/液体分離工程中に、最初の固体/液体分離工程中よりも高い温度にて操作することは有利になり得る。したがって、使用されるプロトン性溶媒の沸点までの温度にて作動させることができる。
【０１０９】
これらの工程で考えられる温度範囲は、特に20から25℃、25から30℃、30から35℃、35から40℃、40から45℃、45から50℃、50から55℃、及び55から60℃、水では100℃までにさえなる。
【０１１０】
洗浄する工程、及びこれに関連した固体/液体分離(好ましくは遠心濾過を含む)工程は、任意選択で、まったく同一の手段で、又は異なる手段で1回又は複数回繰り返してよい。例えば、異なるプロトン性溶媒、異なる洗浄の期間及び/又は異なる温度を、様々な洗浄する工程及び固体/液体分離工程で使用してよい。
【０１１１】
ラストの固体/液体分離(好ましくは遠心濾過を含む)の後で、回収された固体は、乾燥され得る。
【０１１２】
乾燥させる工程は、従来の手段で、例えば100℃から280℃に及ぶ温度にて、大気圧下、又は好ましくは、減圧下で、例えば30mbarの圧力にて実現できる。
【０１１３】
最終的に、得られたポリエーテルケトンケトンは、実質的に純粋である。特に、ポリエーテルケトンケトンの灰分は、好ましくは0.5wt.%未満、好ましくは0.3wt.%未満、特に0.1wt.%未満である。灰分は、炉において、24H中に600℃にてか焼した後に、所定質量のPEKK試料の残留質量を判定することにより、及び前記残留質量をか焼前のPEKK試料の質量で割ることにより、測定される。
【０１１４】
本発明に従って得られたポリエーテルケトンケトンは、続いて、更なる変換及び最終用途の観点において適切な形に配合及び/又は形成できる。
【実施例】
【０１１５】
以下の実施例は、本発明を例証し、限定しない。
【０１１６】
特に規定がなければ、実験は室温にて実行した。
【０１１７】
(実施例1〜8)
遠心分離機における最初の固体/液体分離
生成物混合物とプロトン性溶媒(HClの水溶液、3.3wt.%)を接触させた後で得られた、ルイス酸として塩化アルミニウムを用いた求電子置換により調製されたポリエーテルケトンケトン(モル比T:I=60/40)を含む反応混合物を、加速及び時間に関する値を可変にして、研究室規模の遠心分離機(Rousselet Robatel社によるモデルRA-20、ボウルサイズ直径18cm及び高さ10cm)で行われる固体/液体分離工程にかけた。
【０１１８】
比較例1では、同一の反応混合物を、2barの窒素圧力下で、ヌッチェフィルター上で濾過にかけた。
【０１１９】
このようにして得られた粗ポリエーテルケトンケトンの残留水分及びアルミニウム含有量は、以下のように特徴付けられた。
【０１２０】
残留水分は、200℃にて、一定質量まで、ハロゲン湿度分析器(Mettler Toledo社、HR73)を使用して測定した。
【０１２１】
残留アルミニウムは、以下の手順に従って測定した。
-  0.5gのポリエーテルケトンケトン試料を、目盛り付き25mLサンプラーチューブ中に秤量する
-  10mLの硝酸(濃度67wt.%)を添加する
-  混合物をヒーターユニット中に導入し、99℃に2h加熱する
-  Whatmanフィルター(グレード589/1、直径125mm)上で混合物を濾過する、及び
-  ミリQ水を25mLの目盛りまで添加する。
【０１２２】
生じた粗PEKK試料は、誘導結合プラズマ/発光分析装置(ICP/OES、モデルICP Vista-Pro、Varian社により販売されている、アルミニウム元素に対し波長:396.15nm)を使用して分析した。ベースラインをチェックする基準は各試料の前後で合格であった。
【０１２３】
結果は、以下の表1で示されている。結果から、粗ポリエーテルケトンケトンを分離する場合、濾過圧力下と比較して、時間及び効率の両方の観点からひときわ良好な遠心濾過が行われることが実証される。
【０１２４】
【表１】
2020527188.tif 000004
【０１２５】
実際に、穏やかな加速(200g)下でさえ、又は、短い作動時間(1000gの加速下で1分)を使用しても、遠心濾過は、残留水分の観点から濾過より効率的であり、アルミニウム抽出の観点から少なくとも良好であった。
【０１２６】
遠心分離機の作動パラメータに関して、作動時間が30分を超える場合、残留水分が改善しなかったことは注目され得る。更に、加速度は、1000gを超える値へと上昇させると、残留水分の改善が更に限定される。
【０１２７】
(実施例9)
遠心分離機における粗PEKKの洗浄
この実施例では、粗PEKKスラリーは、最初の固体/液体分離の直後に、遠心分離機を使用してメタノールで1回、及び水で2回洗浄した。
【０１２８】
生成物混合物とプロトン性溶媒を接触させた後で得られた93kgのPEKKスラリーを、遠心分離機(Rousselet-Robatel社によるモデルSLAB423E)に入れ、1000gの加速を25分かけた。
【０１２９】
得られたケーキを、500gにて、遠心分離サイクルの時間ラスト10分は1000gに上昇させて、70kgのメタノールで洗浄した。洗浄したケーキは、同一の加速スキームを使用して30kgの水でそれぞれ更に2回洗浄した。
【０１３０】
固体/液体分離、及び遠心分離機における後続の洗浄シークエンスに必要とされる合計時間は、およそ1時間であった。洗浄後、水分55.2wt.%である7kgの湿PEKK、及び140ppmの残留アルミニウムを得た。
【０１３１】
比較例1:フィルター上での粗PEKKの洗浄
先行する実施例に使用された同一の量の粗PEKKポリマーは、フィルター(Rosenmund社のヌッチェフィルタードライヤー)上で、乾燥PEKK 1kg当たり等量のメタノール及び水を用いて洗浄し、それぞれの洗浄する工程後に、2barの窒素圧力下で濾過した。
【０１３２】
メタノールでの洗浄は1回の再スラリー化を含む3シークエンスに分けられ、少なくとも4時間かかる。水では、洗浄は、2回の再スラリー化する工程で行い、少なくとも3時間かかる。
【０１３３】
終わりに、残留水分が73.2%の生成物が得られる。従来の濾過の結果は、遠心濾過と比較して、再現可能性が著しく低いことが更に注目される。特に、比較例に従って洗浄したPEKKで見出されたアルミニウム含有量は、140から1100ppmの大きい間隔内で変動する。
【０１３４】
【表２】
2020527188.tif 000005
【０１３５】
(実施例10A〜C)
圧力に応じた粗PEKKの濾過ケーキ抵抗
生成物混合物とプロトン性溶媒(HClの水溶液、3.3wt.%)を接触させた後で得られた粗PEKKの、濾過ケーキの比抵抗を、異なる圧力で判定した。
【０１３６】
比較例1を、上で説明されているように、窒素圧力を1、2及び3barにそれぞれ調整して繰り返し、濾過圧力は、以下のように判定した。
【０１３７】
濾過ケーキの比抵抗Rsは、濾過体積(V)の関数として、濾過体積で割った濾過時間(t/V)をプロットすること、様式が実質的に直線である範囲における対応するグラフの傾斜を測定すること、及び以下のKozeny-Carman等式を参照することにより、計算した。
t=(R0・μ・V)/(A・ΔP)+(Rs・μ・W・V2)/(2A2・ΔP)
式中、
tは、sで表現される濾過時間であり、
R0は、濾過媒体の、m-1で表現される比抵抗であり、
μは、濾過温度における、Pa.s単位の濾液の粘度であり、
Vは、時間tでの、m3で表現される濾過体積であり
Aは、m2の濾過表面であり、
ΔPは、フィルター全体(ケーキ及び濾過媒体を含む)の、Paで表現される圧力低下であり
Wは、濾過される懸濁液の、kg/m3単位の乾燥固体濃度であり、
Rsは、ケーキの、m/kg単位の比抵抗である。
【０１３８】
結果は、以下の表3で示されている。
【０１３９】
【表３】
2020527188.tif 000006
【０１４０】
結果から、粗PEKKは、予想された挙動、すなわち、圧力が上昇した濾過ケーキ比抵抗を示さず、それどころか、より高い圧力下で濾過した場合よりも良好な排出を示すことが示される。
【０１４１】
しかし、残留水分が少ないPEKKは、濾過中に顆粒に対する方向に力を適用することにより得られる。適切な方向の応力は、遠心濾過中に適用され得、加速度を変更することにより容易に調整され得る。
【０１４２】
上で説明されているように、少ない残留水分により、乾燥時間及びエネルギーで利点を得られ、更に、残留ルイス酸の回収も改善される。その結果、温和な温度条件下で、錯化剤を使用せずに、250ppm未満の残量にまで減少したアルミニウムイオンを抽出することが可能である。
【０１４３】
更に、固体/液体分離工程、及び同一デバイス中における後続の洗浄する工程の遠心濾過を遂行することは有利になり得、その結果、洗浄効率が改善され、粗生成物の移動が避けられ、時間で利点が得られ、効率が改善される。
【０１４４】
提案された方法は、このようにして、ポリエーテルケトンケトンを高純度かつ高収率で製造でき、産業規模で、経済的に現実的な手段にて実践できる。
【国際調査報告】
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