Proceso para producir bisfenol A.

El uso de un catalizador de resina de intercambio catiónico que comprende un polímero de poliestireno que tiene

(i) una sindiotacticidad,

en términos de la díada racémica, de 70 % o más,

(ii) una cristalinidad de 5 % o más, y

(iii) un grupo de intercambio catiónico ácido introducido en una cantidad de 1,1 meq/g o más; en la reacción de fenol con acetona, produciendo bisfenol A.

Proceso para producir bisfenol A Campo técnico

La presente invención se refiere al uso de un catalizador que comprende una resina de intercambio catiónico con un esqueleto polimérico de poliestireno.

La presente invención se refiere también a un proceso para producir bisfenol A. Más específicamente, la invención se refiere a un proceso para producir bisfenol A haciendo reaccionar acetona con fenol en presencia de un catalizador de resina de intercambio catiónico.

Antecedentes de la técnica

El bisfenol A [2,2-bis(4-hidroxifenil)propano] se produce habitualmente haciendo reaccionar fenol con acetona en presencia de un catalizador ácido homogéneo o ácido sólido. La mezcla de reacción incluye acetona no reaccionada, fenol no reaccionado, agua y otros subproductos formados por la reacción, además del bisfenol A. El componente principal de los subproductos es 2-(2-hidroxifenil)-2-(4-hidroxifenil)propano (al que se hace referencia de aquí en adelante como o,p-BPA) y, además incluye por ejemplo trisfenol, un compuesto polifenólico, un compuesto de cromano e impurezas coloreadas.

Los ejemplos de ácido homogéneo para usar como catalizador incluyen ácido clorhídrico y ácido sulfúrico. En el caso de que se use el ácido homogéneo, puesto que es posible desarrollar la reacción precipitando cristales de un aducto de fenol con bisfenol A haciéndolos reaccionar a temperaturas bajas, el bisfenol A puede producirse con una alta conversión de acetona y una alta selectividad, disminuyendo la cantidad de subproducto o,p'-BPA como isómero del mismo. Sin embargo, el catalizador ácido homogéneo tal como ácido clorhídrico requiere un proceso para retirar el catalizador de la mezcla de reacción o para neutralizar el catalizador, y por tanto se complica la operación. La disolución homogénea del ácido en la solución de reacción causa adicionalmente la corrosión del aparato o similar usado en la reacción. Por lo tanto, el aparato de reacción debería usar materiales caros y anticorrosivos, siendo por tanto antieconómico.

Como catalizador ácido sólido, se usa habitualmente una resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico. La reacción para producir bisfenol A se desarrolla esencialmente solo con un catalizador ácido, pero si se usa dicho catalizador ácido sólido, se involucra el proceso en que la acetona se difunde desde la superficie de las partículas de catalizador a un sitio activo sobre el catalizador y por tanto la velocidad de reacción es baja. Por tanto, existe un procedimiento general usado para mejorar la actividad catalítica y la selectividad que permite que un compuesto que contiene un grupo mercapto coexista en el sistema de reacción (por ejemplo, documentos JP-B n° 45-13371 y 46- 19953).

Adicionalmente, se propone en el documento JP-A n° 62-178532 usar una resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico en partícula fina o polvo fino que tiene un diámetro eficaz de ,3 mm o menos para obtener una conversión de reacción suficiente.

Se han realizado diversas mejoras en la estructura de un producto de resina, que es el material básico de la resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico. La resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico es una resina obtenida sulfonando un copolímero de estireno-divinilbenceno que se obtiene copolimerizando radicálicamente estireno y divinilbenceno. La polimerización de divinilbenceno no solo evita que la cadena de poliestireno se disuelva en un disolvente orgánico, sino que el contenido del mismo es también un factor importante en el control del tamaño de poro, concretamente el tamaño del microporo de gel en la resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico formado capturando un disolvente polar, o de la resistencia mecánica de la resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico.

En otras palabras, una resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico con bajo contenido de divinilbenceno tiene una alta actividad catalítica debido al gran microporo de gel, pero la resistencia mecánica es baja. Además, en el caso en que el contenido del mismo sea alto, aumenta la resistencia mecánica, pero disminuye el tamaño del microporo de gel, lo que causa una actividad disminuida. Los documentos JP-A n° 5-97741 y 6-329 describen un procedimiento que complementa los defectos respectivos rellenando simultáneamente una resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico que tiene un bajo contenido de divinilbenceno y una resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico que tiene un alto contenido de divinilbenceno en un reactor. Adicionalmente, se reseña en el documento WO /454 una mejora de la conversión de la reacción, lo que sugiere una resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico que tiene microporos de gel grandes al usar moléculas grandes tales como divinilbifenilo en lugar de divinilbenceno.

La resina de intercambio catiónico de tipo ácido sulfónico de estos procedimientos descritos anteriormente comprende como material básico poliestireno atáctico que se obtiene polimerizando radicálicamente estireno y un

compuesto aromático polivinílico tal como divinilbenceno. Puesto que el poliestireno atáctico es una resina amorfa que no tiene un punto de fusión nítido, la resina de intercambio iónico disponible comercialmente que comprende poliestireno atáctico que tiene un grupo sulfona introducido en el mismo tiene margen para la mejora de la resistencia térmica y es por tanto conocido por generar un efluente cuando se usa en condiciones de calentamiento de 8 °C o más. Por tanto, esto causa problemas como el la degradación de la resistencia mecánica, la disminución de la actividad debido a la obstrucción de los microporos de gel y la degradación durante un periodo prolongado, y existe así un obstáculo en el uso del mismo a altas temperaturas.

Para superar dichos problemas, se ha usado un procedimiento que aumenta el grado de reticulación y mejora la resistencia térmica en una cadena polimérica atáctica. Puesto que la difusión en las partículas de resina de intercambio iónico se reduce extremadamente a medida que aumenta el grado de reticulación, se forma un gran orificio, al que se hace referencia como "macroporo" en las partículas, mediante un tratamiento físico para mejorar la

difusión en las partículas.

Sin embargo, en el caso en que una resina de intercambio iónico que tiene este macroporo absorba una molécula que tiene una alta polaridad, tal como agua, la estructura reticulada tiende a inhibir el abultamiento de las partículas causado por el hinchamiento, que eventualmente colapsan cuando no pueden soportar el hinchamiento. Por lo tanto, se demanda el desarrollo de una resina de Intercambio Iónico termorresistente que pueda tratarse con un disolvente acuoso.

Se describe en la patente de EE.UU. n° 3.342.755 que un halógeno sustituye al hidrógeno en el carbono terciario adyacente al anillo de benceno del resto de estlreno para superar el problema anteriormente descrito. Sin embargo, la sustitución de hidrógeno por halógeno conduce a la elución de cloro de la resina, y por tanto aparece un nuevo problema de incorporación de halógeno a la mezcla de reacción.

Adicionalmente, es conocida como resina de Intercambio Iónico altamente termorresistente una resina basada en ácido perfluorosulfónico tal como nafión, en que la cantidad máxima de ácido es de aproximadamente 1, miliequivalentes/g. Puesto que el esqueleto pollmérlco se forma mediante la copolimerización de tetrafluoroetileno y un derivado de alcohol trifluoroviníllco, la Introducción superior a una cantidad dada de derivado de alcohol trifluorovinílico es problemática en términos de las tecnologías de polimerización, lo que significa que es imposible aumentar la cantidad de ácido.

Adicionalmente, se describe, por ejemplo, en los respectivos artículos de Polvmer Preprints. vol. 34, pág. 852 (1993), Macromolecules. vol. 27, p. 287 (1994) y Polvmer International, vol. 5, p. 421 (21), un proceso para sintetizar un polímero cristalino que contiene un grupo sulfona, en que se introduce un grupo sulfona en poliestireno sindiotáctico y entonces se cristaliza. Se cree que es necesario suprimir notablemente la cantidad de grupos funcionales ácidos para introducir para cristalizar el poliestireno sindiotáctico sulfonado después. Por lo tanto, en este ejemplo, la cantidad máxima de ácido es solo de 1, miliequivalentes/g, siendo por tanto inadecuado para un uso catalizador práctico.

Como tal, no se ha ejemplificado ningún producto de resina de intercambio iónico que tenga termorresistencia y una alta cantidad de ácido y que pueda usarse como catalizador. Si puede desarrollarse... [Seguir leyendo]

1. El uso de un catalizador de resina de Intercambio catiónico que comprende un polímero de poliestireno que tiene

(i) una slndlotacticidad, en términos de la diada racémica, de 7 % o más,

(i¡) una cristalinidad de 5 % o más, y

(¡ii) un grupo de intercambio catiónico ácido introducido en una cantidad de 1,1 meq/g o más; en la reacción de fenol con acetona, produciendo bisfenol A.

2. El uso de la reivindicación 1, en el que el grupo de intercambio catiónico ácido es un grupo ácido sulfónico.

3. El uso de la reivindicación 1 o 2, en el que la sindiotacticidad es de 75 % o más.

4. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la cristalinidad es de 5-5 % y preferiblemente de

1-5%.

5. Un proceso para producir bisfenol A haciendo reaccionar fenol con acetona, en el que se usa como catalizador un catalizador de resina de intercambio catiónico que comprende un polímero de estireno que tiene

(i) una sindiotacticidad, en términos de la diada racémica, de 7 % o más,

(ii) una cristalinidad de 5 % o más, y

(¡ii) un grupo de intercambio catiónico ácido introducido en una cantidad de 1,1 meq/g o más.

6. El proceso de la reivindicación 5, en el que el grupo de intercambio catiónico ácido es un grupo ácido

sulfónico.

7. El proceso de la reivindicación 5 o 6, en el que la sindiotacticidad es de 75 % o más.

8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 5-7, en el que la cristalinidad es de 5-5 % y

preferiblemente de 1-5 %.