CH618353A5 - Transition metal catalysts, process for their preparation and their use - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se réfère aux catalyseurs de métaux de transition, à un procédé de leur préparation et à leur utilisation. The present invention relates to transition metal catalysts, to a process for their preparation and to their use.
De nombreux métaux lourds, en particulier les métaux de transition, ont été liés à la surface de divers matériaux-supports par réaction d'un composé métallique avec les groupements hydroxylé de surface. De cette manière, il a été possible d'obtenir des catalyseurs supportés utilisables dans des applications très largement diversifiées comme la polymérisation, l'estérification, l'hydrogénation, l'oxydation, l'hydroformylation, etc. Many heavy metals, particularly transition metals, have been bonded to the surface of various support materials by the reaction of a metal compound with the surface hydroxyl groups. In this way, it was possible to obtain supported catalysts which can be used in very widely diversified applications such as polymerization, esterification, hydrogenation, oxidation, hydroformylation, etc.
La méthode probablement la plus courante de lier un métal à un support comprend la réaction des hydroxyles de surface avec un halogénure métallique. Par exemple, le brevet des E.U.A. N° 3166543 montre la réaction de noirs de charbon, comme les noirs au tunnel qui comportent des groupements hydroxylé sur leur surface, avec un halogénure d'un métal de transition, par exemple le tétrachlorure de titane, et le chauffage ultérieur avec un composé du silane pour obtenir un catalyseur utile pour la polymérisation des oléfines. Le brevet des E.U.A. N° 3166542 décrit de même des catalyseurs de polymérisation obtenus d'une manière presque similaire, mais dans lesquels le matériau-support est un solide minéral finement divisé comme l'alumine, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de thorium, l'oxyde de magnésium, les silicates ou les aluminates. Probably the most common method of bonding a metal to a support involves the reaction of surface hydroxyls with a metal halide. For example, the U.S. patent No. 3166543 shows the reaction of carbon blacks, like tunnel blacks which have hydroxyl groups on their surface, with a halide of a transition metal, for example titanium tetrachloride, and the subsequent heating with a compound of silane to obtain a catalyst useful for the polymerization of olefins. The U.S. Patent No. 3166542 similarly describes polymerization catalysts obtained in an almost similar manner, but in which the support material is a finely divided mineral solid such as alumina, titanium oxide, zirconium oxide, thorium oxide, magnesium oxide, silicates or aluminates.
D'autres procédés de fixation sont également connus. Par exemple, des catalyseurs d'hydroformylation contenant des motifs de formule Other fixing methods are also known. For example, hydroformylation catalysts containing units of formula
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Z-O-Si-Q Z-O-Si-Q
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où Z représente le support et Q représente un groupement contenant du phosphore lié à un métal de transition, sont décrits dans le brevet des E.U.A. N° 3832404 et obtenus: i) en faisant un composé d'un métal de transition avec un composé contenant du silicium et du phosphore, par exemple (EtO)3Si(CH2)2PR2 pour former un composé contenant un métal de transition lié au phosphore et en faisant réagir ce dernier composé avec un solide minéral contenant des groupements —OH, ou ii) à faire réagir le solide minéral avec le composé contenant le silicium et le phosphore, puis à faire réagir ce produit avec le composé du métal de transition. Des composés aminés des métaux de transition, comme le tétrakisdiéthylaminotitane, le tétrakisdiméthyl-aminozirconium et le dichlorodibutylaminotitane, ont également été décrits dans le brevet des E.U.A. N° 3392160 comme réagissant avec des supports en particules finement divisées contenant des groupements hydroxylé et sont ensuite activés par une réaction ultérieure avec un composé organométallique. Le brevet des E.U.A. N° 3816340 montre la préparation de where Z represents the support and Q represents a group containing phosphorus bonded to a transition metal, are described in the US patent. No. 3832404 and obtained: i) by making a compound of a transition metal with a compound containing silicon and phosphorus, for example (EtO) 3Si (CH2) 2PR2 to form a compound containing a transition metal linked to phosphorus and by reacting the latter compound with an inorganic solid containing —OH groups, or ii) reacting the inorganic solid with the compound containing silicon and phosphorus, then reacting this product with the compound of the transition metal. Amino compounds of transition metals, such as tetrakisdiethylaminotitane, tetrakisdimethyl-aminozirconium and dichlorodibutylaminotitane, have also been described in the U.S. Patent. No. 3392160 as reacting with supports in finely divided particles containing hydroxyl groups and are then activated by a subsequent reaction with an organometallic compound. The U.S. Patent No. 3816340 shows the preparation of
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catalyseurs de dismutation d'oléfines, par réaction d'une matrice pratiquement inerte ayant une surface hydroxylée avec un complexe d'un métal de transition comme le tétrakis(7r-allyl)-tungstène ou -molybdène. olefin disproportionation catalysts, by reaction of a practically inert matrix having a hydroxylated surface with a complex of a transition metal such as tetrakis (7r-allyl) -tungsten or -molybdenum.
On sait également faire réagir divers composés métalliques contenant un ou plusieurs groupements alcoolate avec des matériaux-supports portant des groupements hydroxylé. It is also known to react various metal compounds containing one or more alcoholate groups with support materials carrying hydroxyl groups.
Le brevet des E.U.A. N° 3326877 décrit des catalyseurs de polymérisation obtenus en faisant réagir un support minéral finement divisé avec des composés de formule T(Q)„, où T est un métal des groupes IVa, Va ou Via et Q est un radical alcoxy ou aryloxy, puis en faisant réagir ensuite avec un composé organométallique. Ce procédé exige que le support et que tous les diluants ou gaz vecteurs soient essentiellement anhydres quand l'ester du métal de transition est en contact avec le support. La présence d'eau empêche la réaction chimique désirée et produit un catalyseur inférieur ou donne une réaction ultérieure avec le composé organométallique. Pas plus d'un atome de métal de transition n'est présent par groupement hydroxylé de surface et de très faibles quantités de métal de transition sont liées au support. De même, le brevet des E.U.A. N° 3817931 décrit des catalyseurs convenant à la production de polyesters, que l'on obtient en faisant réagir un support portant des groupements hydroxylé avec des composés métalliques, comprenant les alcoolates de germanium, de titane, de zirconium et d'hafnium, en plus des halogénures métalliques et du composé organométallique. Chaque atome de métal est lié au support par de 1 à n — 1 (où n est la valence du métal) liaisons oxygène (—O—) et la concentration du métal lié est très faible. The U.S. Patent No. 3326877 describes polymerization catalysts obtained by reacting a finely divided mineral support with compounds of formula T (Q) „, where T is a metal from groups IVa, Va or Via and Q is an alkoxy or aryloxy radical, then then reacting with an organometallic compound. This process requires that the carrier and all diluents or carrier gases are essentially anhydrous when the transition metal ester is in contact with the carrier. The presence of water prevents the desired chemical reaction and produces a lower catalyst or gives a subsequent reaction with the organometallic compound. No more than one transition metal atom is present per surface hydroxyl group and very small amounts of transition metal are bound to the support. Likewise, the U.S. Patent No. 3817931 describes catalysts suitable for the production of polyesters, which are obtained by reacting a support carrying hydroxyl groups with metallic compounds, including germanium, titanium, zirconium and hafnium alcoholates metal halides and organometallic compound. Each metal atom is linked to the support by 1 to n - 1 (where n is the valence of the metal) oxygen bonds (—O—) and the concentration of the bonded metal is very low.
Voici encore une autre référence: le brevet des E.U.A. N° 3622522, décrit des catalyseurs de polymérisation d'oléfines contenant jusqu'à 15% en poids de gallium et/ou d'étain avec jusqu'à 50% en poids de chrome. Ces catalyseurs sont obtenus en déposant sur un support un composé du chrome, comme le trioxyde de chrome, et au moins un composé choisi dans le groupe comprenant les alcoolates et les arylates de gallium et d'étain, Here is yet another reference: the U.S. patent. No. 3622522, describes olefin polymerization catalysts containing up to 15% by weight of gallium and / or tin with up to 50% by weight of chromium. These catalysts are obtained by depositing on a support a chromium compound, such as chromium trioxide, and at least one compound chosen from the group comprising gallium and tin alcoholates and arylates,
puis en chauffant à une température d'au moins 925° C. Les composés métalliques sont de préférence déposés sur le support à partir d'un solvant ou d'un agent dispersant non aqueux, et l'on effectue le chauffage dans de l'air ou un courant contenant de l'oxygène, essentiellement exempts d'eau (moins de 0,1% en poids d'eau). then by heating to a temperature of at least 925 ° C. The metal compounds are preferably deposited on the support from a solvent or a non-aqueous dispersing agent, and the heating is carried out in air or a stream containing oxygen, essentially free of water (less than 0.1% by weight of water).
On dispose également de divers modes opératoires permettant de produire des esters simples et polymères. Us comprennent la synthèse directe par réaction d'un alcool et d'un acide carboxylique organiques, et les réactions d'échange où l'on échange la partie acyle There are also various procedures for producing simple and polymeric esters. They include direct synthesis by reaction of an alcohol and an organic carboxylic acid, and exchange reactions in which the acyl part is exchanged.
O O
ou alcoxy (—OR) d'un ester existant avec une partie acyle ou alcoxy différente (voir Kirk-Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", vol. 8, pp. 356-365. John Wiley & Sons, New York, 1965). Ces réactions comprennent l'acidolyse (réaction de l'ester avec un acide carboxylique pour échanger les parties acyle) et l'alcoolyse (réaction de l'ester avec un alcool pour échanger les parties alcoxy). Dans les réactions de transestérifi-cation, on chauffe deux esters pour effectuer l'échange des groupements acyle et alcoxy comme suit: or alkoxy (—OR) of an existing ester with a different acyl or alkoxy part (see Kirk-Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", vol. 8, pp. 356-365. John Wiley & Sons, New York, 1965 ). These reactions include acidolysis (reaction of the ester with a carboxylic acid to exchange the acyl parts) and alcoholysis (reaction of the ester with an alcohol to exchange the alkoxy parts). In the transesterification reactions, two esters are heated to effect the exchange of the acyl and alkoxy groups as follows:
O - O O o O - O O o
R'-dtoR" + R*-(ï:OR**-> R'-ioR** + R*-<î:OR" R'-dtoR "+ R * - (ï: OR ** -> R'-ioR ** + R * - <î: OR"
Les réactions d'échange d'esters sont particulièrement utiles dans les cas où l'un des produits résultants est un produit à point d'ébul-lition relativement faible et peut être éliminé par distillation pour déplacer l'équilibre et amener la réaction à l'achèvement. Dans la préparation des polyesters, par exemple, cette caractéristique rend possible l'obtention des polymères de poids moléculaire élevé. En provoquant la redistribution des parties acyle, il est également possible de modifier les triglycérides ou des composés similaires contenant plusieurs groupements ester, pour obtenir une grande variété de produits utiles. Ester exchange reactions are particularly useful in cases where one of the resulting products is a relatively low boiling point product and can be removed by distillation to shift the balance and bring the reaction to l 'completion. In the preparation of polyesters, for example, this characteristic makes it possible to obtain polymers of high molecular weight. By causing the redistribution of the acyl parts, it is also possible to modify the triglycerides or similar compounds containing several ester groups, in order to obtain a wide variety of useful products.
Avec les modes opératoires précédents, il est généralement avantageux d'utiliser des catalyseurs. On a utilisé de manière générale pour l'estérification des acides minéraux, comme l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique et l'acide phosphorique, ainsi que d'autres acides, comme l'acide p-toluènesulfonique et l'acide benzènesulfonique. Des matériaux basiques, notamment les alcoolates de métaux alcalins et les carbonates de métaux alcalins et alcalino-terreux, ont également été utilisés dans la production d'esters, comme catalyseurs pour les réactions d'alcoolyses. Il existe cependant deux problèmes principaux associés à l'utilisation de ces catalyseurs acides et basiques: ils activent des réactions secondaires entraînant la formation de sous-produits indésirables et ils nécessitent une neutralisation à l'achèvement de la réaction. With the foregoing procedures, it is generally advantageous to use catalysts. In general, mineral acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, as well as other acids, such as p-toluenesulfonic acid and benzenesulfonic acid, have been used generally for the esterification. Basic materials, especially alkali metal alcoholates and alkali and alkaline earth metal carbonates, have also been used in the production of esters as catalysts for alcoholysis reactions. There are, however, two main problems associated with the use of these acidic and basic catalysts: they activate side reactions leading to the formation of undesirable by-products and they require neutralization upon completion of the reaction.
En raison de ces défauts, les composés des métaux de transition, en particulier les composés du titane contenant des groupements alcoxy ou acyle ont trouvé une utilisation accrue comme catalyseurs dans les procédés de préparation d'esters, car ils ne nécessitent pas de neutralisation et ils minimisent les réactions secondaires gênantes. On sait cependant que ces catalyseurs au titane s'hydrolysent en présence d'eau avec une perte d'activité proportionnelle. Cette caractéristique limite leur utilité dans de nombreux cas nécessite une grande quantité de catalyseurs pour assurer l'achèvement de l'estérification. Cela augmente les prix de revient du procédé et, ce qui est plus important, rend de plus en plus difficile l'obtention des esters exempts de résidus cataly-tiques. La présence de résidu catalytique dans l'ester obtenu est indésirable, car il fournit une couleur ou une teinte indésirable à l'ester et contribue à l'instabilité à l'oxydation, à l'instabilité thermique et à l'instabilité hydrolytique de l'ester. Due to these defects, the transition metal compounds, especially the titanium compounds containing alkoxy or acyl groups have found increased use as catalysts in the processes for preparing esters, since they do not require neutralization and they minimize bothersome side reactions. However, it is known that these titanium catalysts hydrolyze in the presence of water with a proportional loss of activity. This characteristic limits their usefulness in many cases requires a large amount of catalysts to ensure the completion of the esterification. This increases the cost of the process and, more importantly, makes it increasingly difficult to obtain esters free of catalytic residues. The presence of catalytic residue in the ester obtained is undesirable, since it provides an undesirable color or tint to the ester and contributes to the oxidation instability, thermal instability and hydrolytic instability of the ester. 'ester.
Des polytitanates condensés de divers degrés d'hydrolyse et des orthotitanates polymères provenant de dérivés poly-hydroxylés organiques ont été décrits respectivement dans le brevet des E.U.A. N° 2689858 et le brevet allemand N° 1142868. Ces catalyseurs présentent une amélioration finie dans la stabilité hydrolytique par rapport aux orthotitanates d'alkyle et aux acylates de titane; cependant, la quantité de résidu catalytique dans les esters obtenus est encore inacceptable, en particulier pour des applications très particulières dans lesquelles des esters limpides et brillants avec une bonne stabilité sont nécessaires. Condensed polytitanates of varying degrees of hydrolysis and polymeric orthotitanates from organic polyhydroxy derivatives have been described in the U.S. Patent, respectively. No. 2689858 and German patent No. 1142868. These catalysts have a finite improvement in hydrolytic stability compared to alkyl orthotitanates and titanium acylates; however, the amount of catalytic residue in the esters obtained is still unacceptable, in particular for very specific applications in which clear and shiny esters with good stability are required.
On a maintenant fourni un procédé et des catalyseurs qui surmontent les inconvénients précédents. En outre, on a découvert de façon tout à fait inattendue que, dans le présent procédé, la présence d'eau est essentielle à la conduite de la réaction au lieu d'être un inconvénient, comme on pourrait s'y attendre d'après les enseignements de la technique antérieure. Les catalyseurs immobilisés sur le support obtenus par ce procédé ont généralement une activité élevée et une bonne stabilité en présence d'eau et sont des poudres fluides. Ils ont de préférence une fixation plus que monomère du composé du métal de transition, c'est-à-dire plus d'un atome de métal de transition lié par groupement hydroxylé de surface disponible, et les catalyseurs contiennent de 3 jusqu'à 60% de métal de transition lié. Les présents catalyseurs de métaux de transition sont extrêmement utiles dans des procédés d'estérification. Leur préparation peut être effectuée comme suit: A process and catalysts have now been provided which overcome the above drawbacks. Furthermore, it has been found quite unexpectedly that, in the present process, the presence of water is essential to the conduct of the reaction instead of being a disadvantage, as might be expected from the teachings of the prior art. The catalysts immobilized on the support obtained by this process generally have a high activity and good stability in the presence of water and are fluid powders. They preferably have a more than monomeric attachment of the transition metal compound, that is to say more than one transition metal atom linked by hydroxyl group of available surface, and the catalysts contain from 3 to 60 % of transition metal bound. The present transition metal catalysts are extremely useful in esterification processes. Their preparation can be carried out as follows:
Le présent procédé consiste à chauffer un support hydroxylé avec un excès molaire (par rapport aux groupements hydroxylé disponibles) d'un alcoolate de métal de transition à une température comprise entre 100 et 300°C,.préférablement avec agitation, dans un hydrocarbure aliphatique et en présence d'eau. En plus de la réaction de condensation avec les groupements hydroxylé de surface, une autocondensation de l'alcoolate du The present process consists in heating a hydroxylated support with a molar excess (with respect to the hydroxylated groups available) of a transition metal alcoholate at a temperature of between 100 and 300 ° C., preferably with stirring, in an aliphatic hydrocarbon and in the presence of water. In addition to the condensation reaction with the hydroxylated surface groups, self-condensation of the alcoholate of the
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métal de transition peut se produire également, de sorte qu'une matrice réticulée d'atomes de métal de transition comportant des ponts oxygène (—O—) recouvre le support et lui est liée. Les alcoolates de métaux de transition utiles ont la formule transition metal can also occur, so that a crosslinked matrix of transition metal atoms having oxygen bridges (—O—) covers and is bound to the support. Useful transition metal alcoholates have the formula
M(OR)nQm dans laquelle M est un métal de transition choisi dans les groupes IVb, Vb et VIb, OR est un radical alcoxy contenant de 1 à 18 atomes de carbone, n est un entier compris entre 2 et la valence du métal M, Q est un groupement inerte qui ne réagit pas avec les groupements hydroxylé du support, le radical alcoolate OR ou l'alcool ROH formé au cours du procédé à partir de ce radical, et m est un entier de telle sorte que n+m satisfassent la valence du métal M. Le support peut être l'un quelconque des supports disponibles couramment, comportant plusieurs groupements hydroxylé sur sa surface. M (OR) nQm in which M is a transition metal chosen from the groups IVb, Vb and VIb, OR is an alkoxy radical containing from 1 to 18 carbon atoms, n is an integer between 2 and the valence of the metal M , Q is an inert group which does not react with the hydroxylated groups of the support, the alcoholate radical OR or the alcohol ROH formed during the process from this radical, and m is an integer such that n + m satisfy the valence of the metal M. The support can be any of the supports currently available, comprising several hydroxyl groups on its surface.
On effectuera généralement le procédé à une température de 120 à 250° C dans un hydrocarbure aliphatique saturé, comme les huiles minérales. De préférence, les alcoolates de métaux de transition dans lesquels le radical — OR est un radical alcoxy à chaîne droite ou ramifiée saturée contenant de 2 à 8 atomes de carbone et le métal est le titane, le zirconium, l'hafnium ou le vanadium sont les plus utiles, et l'on préfère particulièrement les tétraalcoolates de titane. L'eau peut être présente au début de la réaction, soit ajoutée telle quelle, soit adsorbée sur le support, elle peut être ajoutée ensuite ou formée in situ par déshydratation des sous-produits alcooliques. Un excès de l'alcoolate de métal de transition est généralement nécessaire pour obtenir une fixation plus que monomère, c'est-à-dire plus d'un atome Ti lié par groupement hydroxylé de surface disponible. Le rapport des molécules d'alcoolate de métal de transition ayant réagi par groupement hydroxylé sera donc supérieur à 1:1 et peut aller jusqu'à une valeur aussi élevée que IO6:1. The process will generally be carried out at a temperature of 120 to 250 ° C in a saturated aliphatic hydrocarbon, such as mineral oils. Preferably, the transition metal alcoholates in which the radical - OR is a saturated straight or branched chain alkoxy radical containing from 2 to 8 carbon atoms and the metal is titanium, zirconium, hafnium or vanadium are most useful, and particularly preferred are titanium tetraalcoholates. Water can be present at the start of the reaction, either added as it is or adsorbed on the support, it can be added afterwards or formed in situ by dehydration of the alcoholic by-products. An excess of the transition metal alcoholate is generally necessary in order to obtain a fixation which is more than monomeric, that is to say more than one Ti atom linked by hydroxyl group of available surface. The ratio of transition metal alcoholate molecules reacted by hydroxyl group will therefore be greater than 1: 1 and may be as high as 10 6: 1.
Les catalyseurs sont normalement des poudres fluides contenant de 3% en poids jusqu'à 60% en poids de métal de transition lié au support. Les catalyseurs immobilisés sur un support sont le résultat d'une matrice très réticulée d'atomes de métal de transition comportant des ponts oxygène (—O—) recouvrant le support et liée à ce support. Ce réseau polymère d'oxyde métallique rigide comportant plusieurs points de fixation du polymère au support contiendra encore suffisamment de groupements alcoolate pour être actif sur le plan catalytique. The catalysts are normally fluid powders containing from 3% by weight up to 60% by weight of transition metal bonded to the support. The catalysts immobilized on a support are the result of a very cross-linked matrix of transition metal atoms comprising oxygen bridges (—O—) covering the support and linked to this support. This rigid metal oxide polymer network comprising several points for fixing the polymer to the support will still contain enough alcoholate groups to be catalytically active.
On a également découvert que ces catalyseurs s'utilisent préférablement dans un procédé de préparation d'esters, qui élimine virtuellement les problèmes généralement associés à la production d'esters. Le présent procédé est applicable à des opérations discontinues, semi-continues ou continues dans lesquelles on obtient des esters, qu'il s'agisse usuellement d'esters simples ou de polyesters, par estérification directe ou par l'une quelconque des réactions connues du type échange. En raison de la stabilité hydrolytique du catalyseur utilisé, on peut utiliser le procédé pour des réactions d'estérification dans lesquelles de l'eau est formée comme sous-produit. En outre, avec le procédé de cette invention, les réactions secondaires indésirables sont virtuellement éliminées et l'on obtient des vitesses de réaction acceptables en utilisant de petites quantités du catalyseur de la présente invention. En raison de la petite quantité de catalyseur nécessaire et du fait que le catalyseur est immobilisé sur un support et présente une stabilité hydrolytique exceptionnelle, il est possible d'obtenir des esters extrêmement utiles contenant des taux très faibles, et dans certains cas des quantités négligeables, de résidu catalytique. Par suite, on peut obtenir des esters qui sont pratiquement incolores (comme l'eau) et présentent une bonne stabilité au cours du stockage et de l'utilisation ultérieurs. It has also been found that these catalysts are preferably used in an ester preparation process, which virtually eliminates the problems generally associated with the production of esters. The present process is applicable to batch, semi-continuous or continuous operations in which esters are obtained, whether these are usually simple esters or polyesters, by direct esterification or by any of the known reactions of exchange type. Due to the hydrolytic stability of the catalyst used, the process can be used for esterification reactions in which water is formed as a by-product. Furthermore, with the process of this invention, undesirable side reactions are virtually eliminated and acceptable reaction rates are obtained using small amounts of the catalyst of the present invention. Due to the small amount of catalyst required and the fact that the catalyst is immobilized on a support and exhibits exceptional hydrolytic stability, it is possible to obtain extremely useful esters containing very low levels, and in some cases negligible amounts , of catalytic residue. As a result, esters can be obtained which are practically colorless (like water) and exhibit good stability during subsequent storage and use.
Une autre caractéristique utile du procédé, qui est extrêmement importante dans la production discontinue, est le fait que les catalyseurs hétérogènes sont en général facilement séparables des esters résultants par filtration et réutilisables. Une autre caractéristique, qui est tout à fait inattendue et qui a une importance considérable pour les opérations industrielles, est la possibilité d'adaptation du procédé à l'utilisation avec des charges d'acides, d'anhydrides, d'alcools ou d'esters impurs qui contiennent typiquement des groupements fonctionnels cétoniques, aldéhydiques et oléfiniques et ne nécessitent normalement pas de purification longue et coûteuse avant leur utilisation. Ces impuretés nuisent normalement à la production des esters et/ou peuvent donner des produits très colorés qui sont inacceptables pour toutes les applications sauf celles de qualités très inférieures. Avec le présent procédé, on a cependant trouvé que l'on peut utiliser des charges de faible qualité directement et que les produits résultants ont une couleur et une stabilité améliorées. Another useful feature of the process, which is extremely important in batch production, is the fact that heterogeneous catalysts are generally easily separable from the resulting esters by filtration and reusable. Another characteristic, which is quite unexpected and which is of considerable importance for industrial operations, is the possibility of adapting the process to use with loads of acids, anhydrides, alcohols or impure esters which typically contain ketone, aldehyde and olefinic functional groups and normally do not require long and costly purification before use. These impurities normally harm the production of esters and / or can give very colored products which are unacceptable for all applications except those of very inferior qualities. With the present process, however, it has been found that low quality fillers can be used directly and that the resulting products have improved color and stability.
L'utilisation des catalyseurs consiste préférablement à chauffer les réactifs à l'état liquide, à une température élevée en présence d'un catalyseur de métal de transition immobilisé sur un support. Les températures peuvent aller de 100 à 300° C et l'on peut effectuer le procédé à la pression atmosphérique ou sous une pression réduite. Le procédé est adaptable à des opérations discontinues, continues ou semi-continues pour la production d'esters d'acides carboxyliques et de polyesters, par estérification directe d'un acide ou d'un anhydride carboxylique par un alcool ou échange d'esters d'un ester d'acide carboxylique avec un autre ester d'acide carboxylique, un autre alcool ou un autre ester d'acide carboxylique. Les acides et les alcools aliphatiques, aromatiques et alicycliques, mono- et polyfonctionnels, peuvent être utilisés dans le procédé. Le procédé est également utilisable pour les échanges d'esters avec des produits esters synthétiques ou naturels (par exemple les triglycérides). On utilise le catalyseur immobilisé sur un support contenant de 3 à 60% en poids d'un métal de transition (groupes IVb, Vb et VIb) de la présente invention, et les métaux de transition sont de préférence le titane, le zirconium, l'hafnium ou le vanadium. La quantité de catalyseur supporté utilisée pour le procédé d'estérification peut être aussi faible que 0,0005% en poids par rapport aux réactifs introduits, et peut aller jusqu'à des quantités très importantes, comme c'est le cas quand on fait passer les réactifs dans une colonne chauffée garnie avec le catalyseur. The use of catalysts preferably consists in heating the reactants in the liquid state, to an elevated temperature in the presence of a transition metal catalyst immobilized on a support. Temperatures can range from 100 to 300 ° C and the process can be carried out at atmospheric pressure or under reduced pressure. The process is adaptable to batch, continuous or semi-continuous operations for the production of carboxylic acid esters and polyesters, by direct esterification of a carboxylic acid or anhydride by an alcohol or ester exchange d a carboxylic acid ester with another carboxylic acid ester, another alcohol or another carboxylic acid ester. Aliphatic, aromatic and alicyclic, mono- and polyfunctional acids and alcohols can be used in the process. The process can also be used for the exchange of esters with synthetic or natural ester products (for example triglycerides). The catalyst immobilized on a support containing from 3 to 60% by weight of a transition metal (groups IVb, Vb and VIb) of the present invention is used, and the transition metals are preferably titanium, zirconium, l hafnium or vanadium. The amount of supported catalyst used for the esterification process can be as low as 0.0005% by weight relative to the reactants introduced, and can go up to very large amounts, as is the case when passing the reactants in a heated column packed with the catalyst.
Le présent procédé concerne la préparation de catalyseurs de métal de transition immobilisés sur un support par réaction d'un support hydroxylé et d'un alcoolate de métal de transition. Les composés de métal de transition utiles pour ce procédé ont la formule générale The present process relates to the preparation of transition metal catalysts immobilized on a support by reaction of a hydroxylated support and a transition metal alcoholate. The transition metal compounds useful for this process have the general formula
M(OR)nQm dans laquelle M est un métal de transition choisi dans les groupes IVb, Vb et VIb, OR est un radical alcoxy contenant de 1 à 18 atomes de carbone, comme par exemple les groupements éthoxy, n-propoxy, isopropoxy, n-butoxy, isobutoxy, t-butoxy, n-octoxy, 2-éthylhexyloxy, n-décyloxy, allyloxy, tridécyloxy, stéaryloxy, isotridécyloxy, cyclopentyloxy, cyclohexyloxy, etc., n est un entier de 2 à la valence du métal M, Q est un groupement inerte qui ne réagit pas avec les groupements hydroxylé du support le radical alcoolate OR ou l'alcool ROH formé au cours du procédé à partir de ce radical, et m est un entier tel que n+m satisfassent la valence du métal de transition M. Les groupes des métaux auxquels on se réfère ici sont ceux de la classification périodique telle qu'on la trouve sur la couverture du «Handbook of Chemistry and Physics», 56e édition, 1975-76, CRC Press, Cleveland, Ohio, U.S.A. Les composés des métaux de transition particulièrement utiles sont ceux dans lesquels le radical — OR est un radical alcoxy saturé à chaîne droite ou ramifiée contenant de 2 à 8 atomes de carbone et dans lesquels le métal de transition est le titane, le zirconium, l'hafnium ou le vanadium. Des exemples des composés des métaux de transition comprennent, mais ne leur sont pas limités: le tétraéthoxy-titane, le tétra-isopropoxytitane, le tétrabutoxytitane, le tétra-isobutoxytitane, le diméthoxydibutoxytitane, le méthoxy- M (OR) nQm in which M is a transition metal chosen from the groups IVb, Vb and VIb, OR is an alkoxy radical containing from 1 to 18 carbon atoms, such as for example the ethoxy, n-propoxy, isopropoxy groups, n-butoxy, isobutoxy, t-butoxy, n-octoxy, 2-ethylhexyloxy, n-decyloxy, allyloxy, tridecyloxy, stearyloxy, isotridecyloxy, cyclopentyloxy, cyclohexyloxy, etc., n is an integer of 2 at the valence of the metal M, Q is an inert group which does not react with the hydroxyl groups of the support, the alcoholate radical OR or the alcohol ROH formed during the process from this radical, and m is an integer such that n + m satisfy the valence of the metal transition M. The metals groups referred to here are those of the Periodic Table as found on the cover of the Handbook of Chemistry and Physics, 56th edition, 1975-76, CRC Press, Cleveland, Ohio , USA Particularly useful transition metal compounds are those in which the radical - OR is a saturated straight or branched alkoxy radical containing from 2 to 8 carbon atoms and in which the transition metal is titanium, zirconium, hafnium or vanadium. Examples of the transition metal compounds include, but are not limited to: tetraethoxy-titanium, tetra-isopropoxytitane, tetrabutoxytitane, tetra-isobutoxytitane, dimethoxydibutoxytitane, methoxy-
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butoxydiisopropoxytitane, le méthoxyisopropoxydibutoxy-titane, le tétrabutoxyvanadium, le tétrabutoxyzirconium, le tétra-isopropoxyzirconium, le pentaméthoxyvanadium, le penta-isopropoxyvanadium, le vanadate de triisopropyle, le vanadate de tributyle, le tétra-isopropoxyhafnium, l'isopropylate de chrome (II), le dodécylate de chrome (III), l'isopropylate de chrome (IV), l'éthylate de chrome (VI), etc. On peut également utiliser pour le procédé de cette invention des composés de métaux de transition contenant un groupement métallocétonique (par exemple^ V=0), ainsi que d'autres composés contenant des groupements inertes, c'est-à-dire des groupements qui ne nuisent pas à la réaction. Les composés de métaux de transition particulièrement utiles pour cette invention ont tous leurs valences disponibles satisfaites par un radical alcoolate saturé, et les tétraalcoolates de titane constituent un mode de réalisation particulièrement préféré. butoxydiisopropoxytitane, methoxyisopropoxydibutoxy-titanium, tetrabutoxyvanadium, tetrabutoxyzirconium, tetra-isopropoxyzirconium, pentamethoxyvanadium, penta-isopropoxyvanadium, triisopropyl vanadate, tributyl vanadate, tetra-isopropyl chromium (III) dodecylate, chromium (IV) isopropylate, chromium (VI) ethylate, etc. It is also possible to use for the process of this invention compounds of transition metals containing a metalloketonic group (for example ^ V = 0), as well as other compounds containing inert groups, that is to say groups which do not interfere with the reaction. The transition metal compounds which are particularly useful for this invention have all their available valences satisfied by a saturated alcoholate radical, and titanium tetraalcoholates constitute a particularly preferred embodiment.
Dans le présent procédé, on fait de préférence réagir les composés de métaux de transition décrits ci-dessus avec l'un quelconque des matériaux de support classiques et couramment utilisés ayant une surface hydroxylée, c'est-à-dire comportant plusieurs groupements hydroxylé fixés à la surface de la matrice. Les groupements hydroxylé de surface fournissent les sites de fixation du métal de transition au support, que l'on peut représenter In the present process, the transition metal compounds described above are preferably reacted with any of the conventional and commonly used support materials having a hydroxylated surface, that is to say comprising several hydroxyl groups attached on the surface of the matrix. The surface hydroxyl groups provide the sites for attachment of the transition metal to the support, which can be represented
V I /x dans laquelle Z représente la matrice-support et M est un métal de transition tétravalent, x indiquant le nombre de ses fixations (correspondant au nombre de groupements hydroxylé disponibles) présent sur le support. Les supports peuvent être des matériaux produits de manière synthétique ou des substances naturelles et peuvent être anhydres ou contenir de l'humidité. La granulo-métrie peut également largement varier. En fait, le procédé est d'ordinaire également utile quand le matériau de support est sous forme de sphères, de tubes creux, d'anneaux, de barres, de fibres, de plaquettes ou de formes similaires. On notera cependant que le présent procédé a une application particulière aux supports finement divisés, et que plus grande sera la surface spécifique et plus élevé sera le nombre de groupements hydroxylé de surface, plus grande sera la réactivité potentielle du support avec le composé de métal de transition. V I / x in which Z represents the support matrix and M is a tetravalent transition metal, x indicating the number of its fixations (corresponding to the number of available hydroxyl groups) present on the support. The supports can be synthetically produced materials or natural substances and can be anhydrous or contain moisture. The grain size can also vary widely. In fact, the method is usually also useful when the support material is in the form of spheres, hollow tubes, rings, bars, fibers, wafers or the like. Note, however, that the present process has a particular application to finely divided supports, and that the greater the specific surface and the higher the number of surface hydroxyl groups, the greater will be the potential reactivity of the support with the metal compound of transition.
Pour illustrer le grand nombre et les types très divers de supports que l'on peut utiliser dans ce procédé, on notera que même des noirs de charbon ayant des groupements hydroxylé à leur surface, comme les noirs au tunnel et les noirs au four, peuvent être utilisés efficacement. De même, les oxydes minéraux synthétiques de silicium, du magnésium, de l'aluminium, du zinc et leurs mélanges sont également des supports utilisables. On peut utiliser des polymères organiques ayant une fonctionnalité hydroxylé latérale ou une fonctionnalité qui peut être transformée en groupements hydroxylé. Des matrices de silice et d'alumine ou leurs mélanges, qui peuvent également contenir de petites quantités d'oxydes alcalins et alcalino-terreux, d'oxyde de fer, d'oxyde de zinc, etc., sont particulièrement utilisables en raison de leur facile disponibilité à partir de sources naturelles. Ces supports peuvent être utilisés tels quels, ou bien ils peuvent être en outre activés par exemple par traitement acide ou un traitement similaire. To illustrate the large number and very diverse types of supports that can be used in this process, it will be noted that even carbon blacks having hydroxyl groups on their surface, such as tunnel blacks and oven blacks, can be used effectively. Likewise, synthetic mineral oxides of silicon, magnesium, aluminum, zinc and their mixtures are also usable supports. Organic polymers can be used having a lateral hydroxyl functionality or a functionality which can be transformed into hydroxyl groups. Silica and alumina matrices or mixtures thereof, which may also contain small amounts of alkali and alkaline earth oxides, iron oxide, zinc oxide, etc. are particularly useful because of their easy availability from natural sources. These supports can be used as they are, or they can be further activated, for example by acid treatment or similar treatment.
Une liste partielle et non exhaustive des supports solides minéraux appropriés comprend l'alumine, la silice, la silice fumée, le gel de silice, les argiles naturelles comme les argiles du type kaolinite, les argiles du type smectite en particulier mont-morillonite, les argiles du type vermiculite, les argiles du type palygorskite, les argiles du type chlorite et mica, etc., les zéolites, la zircone, l'oxyde de titane, l'oxyde de thorium, la magnésie, les aluminates comme la bauxite et le corundum, les silicates comme le chrysolite, l'actinolite, etc. A partial and non-exhaustive list of suitable solid mineral supports includes alumina, silica, fumed silica, silica gel, natural clays such as kaolinite type clays, smectite type clays, in particular mont-morillonite, clays of the vermiculite type, clays of the palygorskite type, clays of the chlorite and mica type, etc., zeolites, zirconia, titanium oxide, thorium oxide, magnesia, aluminates such as bauxite and corundum, silicates such as chrysolite, actinolite, etc.
En raison de l'aptitude du procédé à former un revêtement polymère contenant le métal de transition et très réticulé sur la surface du support par condensation de l'alcoolate de métal de transition, il n'est pas nécessaire que le support contienne une concentration élevée de groupements hydroxylé pour obtenir un catalyseur actif ayant un pourcentage pondéral élevé de métal de transition lié. Cela est contraire aux enseignements de la technique antérieure où la teneur en métal de transition est directement proportionnelle à la quantité de groupements hydroxylé de surface ayant réagi. Il est théoriquement possible d'utiliser le présent procédé pour obtenir un support catalytique dans lequel le polymère de métal de transition recouvre totalement le support et est immobilisé et lié à la matrice-support par seulement un groupement — OH. Il est cependant évident qu'un plus grand nombre de groupements hydroxylé de surface facilite la réaction et permet en général de recouvrir totalement le support plus uniformément et avec une plus grande efficacité. Pour cette raison, on préfère que le support contienne plusieurs groupements hydroxylé. Il n'y a normalement évidemment aucune limite supérieure à la quantité de groupements hydroxylé présente sur la matrice-support. Due to the ability of the process to form a polymeric coating containing the transition metal and highly crosslinked on the surface of the support by condensation of the transition metal alcoholate, the support need not contain a high concentration hydroxyl groups to obtain an active catalyst having a high percentage by weight of bonded transition metal. This is contrary to the teachings of the prior art where the content of transition metal is directly proportional to the amount of reactive surface hydroxyl groups. It is theoretically possible to use the present process to obtain a catalytic support in which the transition metal polymer completely covers the support and is immobilized and bonded to the support matrix by only an - OH group. It is however obvious that a greater number of hydroxylated surface groups facilitates the reaction and generally makes it possible to completely cover the support more uniformly and with greater efficiency. For this reason, it is preferred that the support contains several hydroxyl groups. There is normally obviously no upper limit on the amount of hydroxyl groups present on the support matrix.
Par ce procédé, il est possible d'obtenir généralement des catalyseurs ayant une activité supérieure et contenant des quantités nettement supérieures de métal de transition lié au support, c'est-à-dire immobilisé, de sorte que le métal de transition ne sera pas perdu par le catalyseur pendant la réaction ultérieure dans laquelle on l'utilise. Pour les réactions d'estérification, en plus de l'activité catalytique accrue, ces catalyseurs permettent ordinairement l'amélioration de la couleur et de la stabilité des esters obtenus et rendent possible l'obtention des esters ayant des teneurs résiduelles très faibles en métal de transition. On peut dire que l'amélioration consiste à chauffer le support hydroxylé avec un excès de l'alcoolate de métal de transition dans un milieu hydrocarboné inerte, en présence d'eau à une température élevée entre 100 et 300° C et de préférence avec agitation, pour effectuer la réaction de condensation de l'alcoolate de métal de transition avec les groupements hydroxylé de surface. By this method, it is generally possible to obtain catalysts having a higher activity and containing much higher quantities of transition metal bound to the support, that is to say immobilized, so that the transition metal will not be lost by the catalyst during the subsequent reaction in which it is used. For the esterification reactions, in addition to the increased catalytic activity, these catalysts ordinarily allow the improvement of the color and the stability of the esters obtained and make it possible to obtain esters having very low residual contents of metal of transition. It can be said that the improvement consists in heating the hydroxylated support with an excess of the transition metal alcoholate in an inert hydrocarbon medium, in the presence of water at an elevated temperature between 100 and 300 ° C. and preferably with stirring. , to carry out the condensation reaction of the transition metal alcoholate with the surface hydroxyl groups.
On pense, bien que l'on ne désire pas se lier à l'explication et aux équations suivantes, que la réaction entre le support et l'alcoolate de métal de transition peut être représentée comme suit: It is believed, although one does not wish to be bound by the following explanation and equations, that the reaction between the support and the transition metal alcoholate can be represented as follows:
z - ( - oh)x+xm(or)nqm-z—( - om(or)n_iqm)x+xroh (i) z - (- oh) x + xm (or) nqm-z— (- om (or) n_iqm) x + xroh (i)
où Z, M, R, Q, x, n et m sont tels que définis précédemment. L'équation précédente décrit également ce qui a été enseigné par la technique antérieure où l'on effectue les réactions dans des conditions anhydres ou essentiellement anhydres. Cependant, where Z, M, R, Q, x, n and m are as defined above. The above equation also describes what has been taught by the prior art where the reactions are carried out under anhydrous or essentially anhydrous conditions. However,
dans la présente invention quand le procédé peut s'effectuer dans un milieu réactionnel approprié, en présence d'eau et avec un excès de l'alcoolate de métal de transition (par rapport aux groupements — OH de surface disponibles), il se produit une polycondensation de l'alcoolate de métal alcalin en formant un polymère de l'oxyde du métal de transition réticulé qui est lié à la surface du support. D'après l'équation précédente, il est évident que, par excès d'alcoolate de métal de transition, on désigne une quantité molaire supérieure à x, soit plus d'une molécule d'alcoolate de métal de transition réagissant par groupement hydroxylé de surface disponible. Bien qu'il soit théoriquement possible que tous les groupements —OH de surface réagissent de la manière précédente, cela n'est pas nécessaire. Comme l'alcoolate de métal de transition peut subir une polymérisation (autocondensation), il est encore possible que tout le métal de transition introduit soit incorporé sur le support et que l'on obtienne des taux élevés de métal de transition lié au support, avec le résultat que l'on obtient des catalyseurs extrêmement actifs et utiles. in the present invention when the process can be carried out in a suitable reaction medium, in the presence of water and with an excess of the transition metal alcoholate (with respect to the available surface OH groups), a polycondensation of the alkali metal alcoholate to form a polymer of the crosslinked transition metal oxide which is bonded to the surface of the support. From the above equation, it is obvious that, by excess of transition metal alcoholate, we designate a molar quantity greater than x, ie more than one molecule of transition metal alcoholate reacting by hydroxyl group of available space. Although it is theoretically possible that all surface -OH groups react in the above manner, this is not necessary. As the transition metal alcoholate can undergo polymerization (autocondensation), it is still possible that all the transition metal introduced is incorporated into the support and that high levels of transition metal bonded to the support are obtained, with the result that extremely active and useful catalysts are obtained.
Dans le cas où l'alcoolate de métal de transition est un alcoolate de titane de formule Ti(OR)4 et si l'on considère la In the case where the transition metal alcoholate is a titanium alcoholate of formula Ti (OR) 4 and if the
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réaction à un seul groupement hydroxylé, la réaction sera représentée par l'équation: reaction to a single hydroxyl group, the reaction will be represented by the equation:
OR GOLD
I I
Z-OH+Ti(OR)4-> Z—O—Ti—OR+ROH (II) Z-OH + Ti (OR) 4-> Z — O — Ti — OR + ROH (II)
<^R <^ R
(a) (at)
Cependant, quand davantage de composé de métal de transition est disponible, et en présence d'eau, pour effectuer la réaction, la condensation peut se produire à l'un quelconque ou à tous les groupements OR de la partie (a). Si l'on considère la réaction sur seulement l'un des groupements OR, la réaction sera représentée comme suit: However, when more transition metal compound is available, and in the presence of water, to carry out the reaction, condensation can occur at any or all of the OR groups in part (a). If we consider the reaction on only one of the OR groups, the reaction will be represented as follows:
OR GOLD
Z—O—Ifi—OR+y Ti(OR)4+y H20-> (III) Z — O — Ifi — OR + y Ti (OR) 4 + y H20-> (III)
I I
OR GOLD
OR OR OR OR
Z—O—f—li—O—4i—^ —OR+2yROH Z — O — f — li — O — 4i— ^ —OR + 2yROH
[ I V [I V
OR OR * OR OR *
Il est évident que l'un quelconque des autres groupements — OR peut également subir la réaction de la même manière et également que la condensation avec des parties — OR adjacentes provenant de groupements latéraux différents peut se produire, avec pour résultat l'obtention d'un polymère de titanate réticulé très complexe sur la surface du substrat. L'homme de l'art verra également qu'il est également possible qu'une certaine condensation (polymérisation) se produise avant la réaction avec un groupement hydroxylé de surface comme indiqué dans l'équation II. Le degré de condensation dépendra essentiellement de la quantité d'alcoolate de métal de transition, de la disponibilité de l'eau pour effectuer la réaction et des conditions de réaction, alors que la quantité de réticulation sera également fonction de l'alcoolate de métal de transition particulier utilisé, c'est-à-dire du nombre de substituants alcoolate disponibles pour la réaction. Les équations précédentes sont uniquement données à titre illus-tratif et représentent la réaction globale sans tenir compte des étapes par lesquelles une réaction particulière peut se produire. It is obvious that any of the other - OR groups can also undergo the reaction in the same way and also that condensation with adjacent - OR parts from different side groups can occur, resulting in obtaining a very complex crosslinked titanate polymer on the surface of the substrate. Those skilled in the art will also see that it is also possible that some condensation (polymerization) will occur before the reaction with a surface hydroxyl group as shown in Equation II. The degree of condensation will depend essentially on the amount of transition metal alcoholate, the availability of water to carry out the reaction and reaction conditions, while the amount of crosslinking will also depend on the metal of alcohol particular transition used, i.e. the number of alcoholate substituents available for the reaction. The preceding equations are given for illustrative purposes only and represent the overall reaction regardless of the steps by which a particular reaction can occur.
Pour obtenir les catalyseurs immobilisés sur un support de cette invention, on effectue d'ordinaire le procédé à une température élevée de 100 à 300° C. La température est usuellement déterminée par l'alcoolate de métal de transition particulier utilisé, la quantité d'eau présente dans le mélange réactionnel au début de la réaction et la vitesse et l'étendue de la réaction recherchées. Il est évident que, bien qu'il soit possible d'effectuer le procédé à 100° C, la vitesse peut être telle qu'elle rend le procédé irréalisable, et il serait donc avantageux d'augmenter la température de réaction, car les produits résultants seront essentiellement les mêmes. Il est généralement plus avantageux d'effectuer la réaction à une température comprise entre 120 et 250° C. La réaction peut être effectuée à la pression atmosphérique ou dans un récipient clos à des pressions manométriques allant jusqu'à environ 70 kg/cm2, et mieux encore allant jusqu'à environ 35 kg/cm2. A un certain degré, la température déterminera si l'on peut effectuer la réaction en récipient ouvert ou fermé. Lorsque l'on effectue le procédé à la pression atmosphérique, on peut le mettre en œuvre sous atmosphère inerte d'azote, d'argon, etc., cependant, cela n'est pas nécessaire. Un gaz vecteur peut être utilisé pour faciliter l'élimination de l'alcool et des autres sous-produits formés pendant la réaction. Bien que de nombreuses variantes soient possibles, To obtain the catalysts immobilized on a support of this invention, the process is usually carried out at an elevated temperature of 100 to 300 ° C. The temperature is usually determined by the particular transition metal alcoholate used, the amount of water present in the reaction mixture at the start of the reaction and the desired speed and extent of the reaction. It is obvious that, although it is possible to carry out the process at 100 ° C., the speed can be such that it makes the process impractical, and it would therefore be advantageous to increase the reaction temperature, since the products results will be essentially the same. It is generally more advantageous to carry out the reaction at a temperature between 120 and 250 ° C. The reaction can be carried out at atmospheric pressure or in a closed container at manometric pressures up to about 70 kg / cm 2, and better still up to about 35 kg / cm2. To some degree, the temperature will determine whether the reaction can be carried out in an open or closed container. When the process is carried out at atmospheric pressure, it can be carried out under an inert atmosphere of nitrogen, argon, etc., however, this is not necessary. A carrier gas can be used to facilitate removal of the alcohol and other by-products formed during the reaction. Although many variations are possible,
on obtient d'excellents résultats quand on effectue la réaction à la pression atmosphérique en présence d'air, tout en évacuant tous les sous-produits gazeux et en condensant et en recueillant dans un piège approprié l'alcool formé pendant la condensation. excellent results are obtained when the reaction is carried out at atmospheric pressure in the presence of air, while removing all the gaseous by-products and condensing and collecting in an appropriate trap the alcohol formed during the condensation.
Pour obtenir le catalyseur de métal de transition immobilisé sur un support, il est généralement nécessaire d'utiliser comme milieu réactionnel un hydrocarbure approprié. Bien que le rôle exact de l'hydrocarbure ne soit pas connu de manière précise, en plus du rôle normal d'un milieu de réaction qui consiste à répartir uniformément la chaleur et à permettre ainsi une vitesse de réaction plus maîtrisable, on suppose que l'hydrocarbure sert également à solubiliser l'alcoolate de métal de transition et à enrober la surface du support pour empêcher l'agglomération des particules de catalyseur finement divisées. L'hydrocarbure peut faciliter également la récupération du produit catalytique immobilisé final. Les hydrocarbures aliphati-ques utilisables comprennent les paraffines normales (CnH2n+2), les isoparaffines (C„H2n+2), les oléfines (C„H2n), les dioléfines (CnH2n_2) et les cycloparaffines (CnH2n) ainsi que leurs mélanges. Des hydrocarbures aromatiques peuvent également être présents dans le mélange. Il est généralement indiqué d'utiliser des hydrocarbures qui soient en majeure partie saturés, car la présence de quantités excessives d'insaturation oléfinique entraîne la formation d'une couleur indésirable, en particulier si l'on effectue le procédé en présence d'air. Quand l'hydrocarbure est essentiellement un hydrocarbure saturé aliphatique, ces problèmes sont évités. Le milieu réactionnel à base d'hydrocarbures aliphatiques peut comporter les paraffines normales, les isoparaffines, les cycloparaffines ou leurs mélanges, avec de petites quantités d'oléfines. Ces hydrocarbures peuvent contenir d'environ 8 à environ 40 atomes de carbone et sont généralement obtenus par distillation fractionnée des fractions de pétrole à base de paraffine. Ils comprennent généralement des mélanges des hydrocarbures liquides huileux dans la gamme de C14. à C32. Pour les besoins de cette invention, il est particulièrement utile que l'hydrocarbure aliphatique soit un liquide à environ 30° C ou au-dessous, et ait un point d'ébullition supérieur à 140° C. Les hydrocarbures aliphatiques utiles comprennent, mais ne leur sont pas limitées, les huiles blanches, la paraffine liquide et les nombreuses huiles minérales et les huiles combustibles lourdes disponibles dans le commerce. En général, le rapport de l'huile hydrocarbonée au support sera compris entre 0,5:1 et 50:1 et, de préférence, entre 2:1 et 25:1, sur la base du poids. To obtain the transition metal catalyst immobilized on a support, it is generally necessary to use as reaction medium an appropriate hydrocarbon. Although the exact role of the hydrocarbon is not precisely known, in addition to the normal role of a reaction medium which consists in uniformly distributing the heat and thus allowing a more controllable reaction rate, it is assumed that l The hydrocarbon also serves to dissolve the transition metal alcoholate and to coat the surface of the support to prevent agglomeration of the finely divided catalyst particles. The hydrocarbon can also facilitate recovery of the final immobilized catalytic product. The aliphatic hydrocarbons which can be used include normal paraffins (CnH2n + 2), isoparaffins (C „H2n + 2), olefins (C„ H2n), diolefins (CnH2n_2) and cycloparaffins (CnH2n) as well as their mixtures. Aromatic hydrocarbons can also be present in the mixture. It is generally advisable to use hydrocarbons which are predominantly saturated, since the presence of excessive amounts of olefinic unsaturation results in the formation of an undesirable color, in particular if the process is carried out in the presence of air. When the hydrocarbon is essentially an aliphatic saturated hydrocarbon, these problems are avoided. The reaction medium based on aliphatic hydrocarbons can comprise normal paraffins, isoparaffins, cycloparaffins or their mixtures, with small amounts of olefins. These hydrocarbons can contain from about 8 to about 40 carbon atoms and are generally obtained by fractional distillation of petroleum paraffin fractions. They generally include mixtures of oily liquid hydrocarbons in the range of C14. to C32. For the purposes of this invention, it is particularly useful that the aliphatic hydrocarbon is a liquid at about 30 ° C or below, and has a boiling point above 140 ° C. Useful aliphatic hydrocarbons include, but do not their are not limited to, white oils, liquid paraffin and the many mineral oils and heavy fuel oils available commercially. In general, the ratio of hydrocarbon oil to support will be between 0.5: 1 and 50: 1 and preferably between 2: 1 and 25: 1, based on the weight.
Comme indiqué précédemment, la présence d'eau est essentielle pour obtenir les catalyseurs immobilisés très actifs de cette invention. Bien que le groupement hydroxylé de surface puisse réagir avec l'alcoolate de titane en l'absence d'eau, la réaction ultérieure (condensation) ne peut pas se produire si l'on maintient des conditions anhydres. Comme une mole d'eau est nécessaire pour chaque pont oxygène formé (voir l'équation III), au moins une mole d'eau par mole d'alcoolate de métal de transition à condenser est nécessaire pour la polycondensation. Normalement la présence de quantités supérieures d'eau (même aussi élevées qu'un excès molaire de dix fois) ne nuit cependant pas à la réaction ou à l'activité du catalyseur résultant. Pour cette invention, l'eau peut être ajoutée au début de la réaction, elle peut être introduite de façon continue ou intermittente au cours de la réaction, ou formée in situ. Ces modes opératoires peuvent également être combinés de manière quelconque pour obtenir la quantité nécessaire d'eau pour effectuer la réaction de condensation. Dans le cas d'un alcoolate de titane, la réaction globale peut être représentée comme suit: As indicated above, the presence of water is essential for obtaining the very active immobilized catalysts of this invention. Although the surface hydroxyl group may react with the titanium alcoholate in the absence of water, the subsequent reaction (condensation) cannot occur if anhydrous conditions are maintained. As one mole of water is required for each oxygen bridge formed (see Equation III), at least one mole of water per mole of transition metal alcoholate to be condensed is required for polycondensation. Normally, the presence of greater amounts of water (even as high as a ten-fold molar excess) does not, however, adversely affect the reaction or activity of the resulting catalyst. For this invention, water can be added at the start of the reaction, it can be introduced continuously or intermittently during the reaction, or formed in situ. These procedures can also be combined in any manner to obtain the necessary amount of water to carry out the condensation reaction. In the case of a titanium alcoholate, the overall reaction can be represented as follows:
—4i—OR+RO—4i-+H20->—4i—O—4i-+2ROH (IV) —4i — OR + RO — 4i- + H20 -> - 4i — O — 4i- + 2ROH (IV)
I I II I I II
Il n'est cependant pas nécessaire que toute l'eau requise, par rapport à la quantité d'alcoolate de métal de transition introduit, However, it is not necessary that all the water required, relative to the amount of transition metal alcoholate introduced,
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
7 7
618 353 618,353
soit présente au début de la réaction. Il suffira que suffisamment d'eau soit ajoutée ou formée pendant la réaction pour obtenir la condensation. Si l'on ajoute l'eau au début de la réaction, on peut l'ajouter au mélange réactionnel telle quelle ou bien elle peut être présente sur le support. Cette dernière solution s'est révélée être une façon particulièrement commode d'introduire l'eau dans le système et elle est particulièrement avantageuse en ce qu'elle amorce la condensation en ce que la totalité ou une partie de l'eau requise est disponible à la surface du support. Quand on désire effectuer la réaction d'une manière continue ou semi-continue, il peut être avantageux d'introduire continuellement l'eau de manière mesurée dans le système réactionnel ou de l'ajouter en plusieurs fois. is present at the start of the reaction. Sufficient water will have to be added or formed during the reaction to obtain condensation. If water is added at the start of the reaction, it can be added to the reaction mixture as it is or it can be present on the support. The latter has been found to be a particularly convenient way of introducing water into the system and is particularly advantageous in that it initiates condensation in that all or part of the required water is available to the surface of the support. When it is desired to carry out the reaction in a continuous or semi-continuous manner, it may be advantageous to continuously introduce water in a measured manner into the reaction system or to add it in several stages.
Dans un autre mode encore de réalisation utile de ce procédé, on forme une partie de l'eau requise in situ, c'est-à-dire dans le réacteur pendant le cours de la réaction, en déshydratant les alcools formés par suite de la condensation. D'après l'équation IV, on voit que l'on obtient deux molécules d'alcool pour la formation de chaque pont — O—, ce qui fournit une source plus que suffisante et se renouvelant d'elle-même d'eau pour permettre la condensation si l'on déshydrate l'alcool. En considérant le cas où l'alcoolate de métal de transition est un isopropylate de titane, les réactions globales montrant la condensation de deux parties isopropylate et la déshydratation de l'alcool résultant seraient les suivantes: In yet another useful embodiment of this process, part of the water required is formed in situ, that is to say in the reactor during the course of the reaction, by dehydrating the alcohols formed as a result of the condensation. According to equation IV, we see that we obtain two molecules of alcohol for the formation of each bridge - O—, which provides a more than sufficient and self-renewing source of water for allow condensation if alcohol is dehydrated. Considering the case where the transition metal alcoholate is a titanium isopropylate, the overall reactions showing the condensation of two isopropylate parts and the dehydration of the resulting alcohol would be as follows:
ch3 ch3 ch3 ch3
2-tì-o<i:h+h2o-»-'1i-o-Ìì- +2 ho-<!:h (v) izHi 1 1 Ìh3 2-tì-o <i: h + h2o - »- '1i-o-Ìì- +2 ho - <!: h (v) izHi 1 1 Ìh3
ch3 ch2 ch3 ch2
I support II HO-CH >HC +H20 (VI) I support II HO-CH> HC + H20 (VI)
èii3 A ÌH3 èii3 A ÌH3
Une petite quantité d'acide, comme l'acide sulfurique ou un acide similaire, peut être ajoutée au mélange réactionnel pour faciliter la déshydratation (équation VI); cependant, de tels catalyseurs acides ne sont pas nécessaires. Bien que ce ne soit pas essentiel, il est généralement avantageux d'avoir une petite quantité d'eau telle qu'elle pourrait être adsorbée sur un support présent au début de la réaction pour amorcer la condensation puis, lorsque l'on augmente la température de réaction et que la quantité d'alcool dans le réacteur augmente, de former de l'eau supplémentaire in situ par déshydratation de l'alcool pour compléter la condensation. Il n'est pas nécessaire que le produit de déshydratation soit éliminé du réacteur; cependant, quand on effectue le procédé dans des conditions atmosphériques, ces produits seront généralement facilement éliminés par évacuation si le produit est un gaz (par exemple le propène) ou par condensation et recueil dans un piège approprié quand le produit est un liquide de faible point d'ébullition. A small amount of acid, such as sulfuric acid or a similar acid, can be added to the reaction mixture to facilitate dehydration (Equation VI); however, such acid catalysts are not required. Although it is not essential, it is generally advantageous to have a small amount of water such that it could be adsorbed on a support present at the start of the reaction to initiate condensation and then, when the temperature is increased. reaction and as the amount of alcohol in the reactor increases, to form additional water in situ by dehydration of the alcohol to complete the condensation. The dehydration product need not be removed from the reactor; however, when the process is carried out under atmospheric conditions, these products will generally be easily removed by evacuation if the product is a gas (eg propene) or by condensation and collection in an appropriate trap when the product is a low point liquid boiling.
La quantité pondérale de métal de transition lié à la matrice-support dépendra de la quantité et du type de l'alcoolate de métal de transition utilisé et de l'étendue de la condensation. Le métal de transition constituera de 3% du catalyseur immobilisé jusqu'à 60%. De manière plus générale, entre 5 et 50% en poids du métal de transition sont liés au support. Pour obtenir les catalyseurs immobilisés, normalement le rapport des molécules'd'alcoolate de métal de transition à chaque groupement hydroxylé disponible sera supérieur à 1:1 et ira jusqu'à IO6:1, et il sera de préférence compris entre 1,5:1 et IO4": 1. Avec des supports ayant des teneurs en groupements hydroxylé relativement élevées, par exemple 10~4 à 10" 3 équivalent de groupements hydroxylé par gramme de support, ce rapport sera généralement compris entre 2:1 et IO2:1. The amount by weight of transition metal bonded to the support matrix will depend on the amount and type of transition metal alcoholate used and the extent of the condensation. The transition metal will constitute from 3% of the immobilized catalyst up to 60%. More generally, between 5 and 50% by weight of the transition metal are bonded to the support. To obtain the immobilized catalysts, normally the ratio of the molecules of transition metal alcoholate to each hydroxyl group available will be greater than 1: 1 and will go up to 10 6: 1, and it will preferably be between 1.5: 1 and IO4 ": 1. With supports having relatively high contents of hydroxyl groups, for example 10 ~ 4 to 10" 3 equivalent of hydroxyl groups per gram of support, this ratio will generally be between 2: 1 and IO2: 1 .
Les catalyseurs de cette invention sont typiquement des poudres fluides qui sont facilement manipulées et qui, en raison de leur stabilité à l'hydrolyse, peuvent être conservées pendant de longues périodes de temps sans qu'elles perdent leur activité catalytique. On peut facilement les récupérer en utilisant des modes opératoires de filtration classiques et on peut les réutiliser. The catalysts of this invention are typically fluid powders which are easily handled and which, due to their stability to hydrolysis, can be stored for long periods of time without losing their catalytic activity. They can be easily recovered using conventional filtration procedures and can be reused.
Les catalyseurs immobilisés ont une structure complexe consistant en un réseau polymère très réticulé contenant le métal de transition, lié à la surface du support, par suite de la réaction de l'alcoolate de métal de transition avec les groupements hydroxylé de surface du support et la polycondensation de l'alcoolate de métal de transition. Le revêtement superficiel polymère est une matrice réticulée d'atomes de métal de transition liés les uns aux autres et au support par des ponts oxygène (—O —). Avec le procédé décrit, la matrice rigide contient cependant, en général, encore suffisamment de groupements alcoolate n'ayant pas réagi pour qu'elle ait un degré élevé d'activité catalytique. On pense que ces groupements alcoolate, qui sont présents sur la surface du polymère d'oxyde de métal de transition, peuvent en outre être également présents dans la matrice. Il est possible par ce procédé de revêtir totalement des matériaux de support ayant même une faible teneur en groupements hydroxylé et des supports ayant des surfaces très irrégulières, de sorte que seuls le polymère d'oxyde de métal de transition et les groupements alcoolate sont présents sur la surface du catalyseur immobilisé jusqu'à une profondeur considérable. Immobilized catalysts have a complex structure consisting of a highly crosslinked polymer network containing the transition metal, bonded to the surface of the support, as a result of the reaction of the transition metal alcoholate with the hydroxyl groups on the surface of the support and the polycondensation of the transition metal alcoholate. The polymeric surface coating is a crosslinked matrix of transition metal atoms linked to each other and to the support by oxygen bridges (—O-). With the process described, however, the rigid matrix generally contains still enough unreacted alcoholate groups for it to have a high degree of catalytic activity. It is believed that these alcoholate groups, which are present on the surface of the transition metal oxide polymer, may furthermore also be present in the matrix. It is possible by this method to completely coat support materials having even a low content of hydroxyl groups and supports having very irregular surfaces, so that only the transition metal oxide polymer and the alcoholate groups are present on the surface of the immobilized catalyst to a considerable depth.
En général, les catalyseurs de cette invention auront une utilité dans une quelconque application dans laquelle on a utilisé jusqu'à présent des catalyseurs de métaux de transition des groupes IVb, Vb ou VIb. De telles applications comprennent, sans leur être limitées, la métathèse et la polymérisation des oléfines, la cyclooligomérisation des alcynes et des alcènes, les polymérisations Ziegler-Natta, l'hydrogénation, etc. Ils sont particulièrement utiles avec les réactions d'estérification et d'échange d'esters, comprenant les transestérifications. Les avantages de ces catalyseurs immobilisés sont nombreux, mais ce sont essentiellement leur stabilité à l'hydrolyse, leur aptitude à être pratiquement totalement éliminés à la fin de la réaction par de simples opérations de filtration, et le fait que pratiquement tout le métal de transition est lié audit support et ne se dissoudra pas dans le mélange réactionnel. In general, the catalysts of this invention will have utility in any application in which transition metal catalysts of groups IVb, Vb or VIb have been used to date. Such applications include, but are not limited to, metathesis and polymerization of olefins, cyclooligomerization of alkynes and alkenes, Ziegler-Natta polymerizations, hydrogenation, etc. They are particularly useful with esterification and ester exchange reactions, including transesterifications. The advantages of these immobilized catalysts are numerous, but mainly their stability to hydrolysis, their ability to be practically completely eliminated at the end of the reaction by simple filtration operations, and the fact that practically all of the transition metal is bound to said support and will not dissolve in the reaction mixture.
Les catalyseurs immobilisés ont une utilité particulière dans la préparation d'esters utilisés comme plastifiants, lubrifiants, comprenant les huiles de base et les additifs, comme additifs et intermédiaires pour les polymères, etc. Comme le catalyseur de métal de transition actif est lié à la surface du support et non dissous dans le mélange réactionnel, tous les corps colorés formés qui contiennent le métal sont emprisonnés sur la surface du catalyseur et peuvent être éliminés par filtration à la fin de la réaction. Immobilized catalysts have particular utility in the preparation of esters used as plasticizers, lubricants, including base oils and additives, as additives and intermediates for polymers, etc. As the active transition metal catalyst is bound to the surface of the support and not dissolved in the reaction mixture, all the colored bodies formed which contain the metal are trapped on the surface of the catalyst and can be removed by filtration at the end of the reaction.
Comme pratiquement la totalité du catalyseur peut être éliminée des esters préparés en utilisant ces dits catalyseurs, les esters et polyesters résultants essentiellement dépourvus de métaux ont en général une stabilité accrue à l'hydrolyse, à l'oxydation et à la chaleur. Cela est une considération particulièrement importante en ce qui concerne les esters qui doivent satisfaire certaines exigences en ce qui concerne la teneur en métaux, comme les lubrifiants pour turbine du type ester à 3 cSt (99° C) et 1 cSt (260° C), qui doivent satisfaire aux normes strictes MIL-L-7808 G et MIL-L-27502. Since practically all of the catalyst can be removed from the esters prepared using these so-called catalysts, the resulting substantially metal-free esters and polyesters generally have increased stability to hydrolysis, oxidation and heat. This is a particularly important consideration with regard to esters which must meet certain requirements with regard to metal content, such as lubricants for ester type turbines at 3 cSt (99 ° C) and 1 cSt (260 ° C) , which must meet the strict standards MIL-L-7808 G and MIL-L-27502.
La présente invention décrit également la production discontinue, continue ou semi-continue d'esters d'acides carboxylique comprenant d'ordinaire les esters simples et les polyesters. Elle peut s'utiliser avec des réactions dans lesquelles on combine directement un acide carboxylique ou un anhydride d'acide carboxylique avec un alcool mono- ou polyfonctionnel, pour obtenir un ester. Elle est de même utile dans l'une quelconque des réactions bien connues du type échange d'ester, dans lesquelles The present invention also describes the discontinuous, continuous or semi-continuous production of carboxylic acid esters, usually comprising simple esters and polyesters. It can be used with reactions in which a carboxylic acid or a carboxylic acid anhydride is directly combined with a mono- or polyfunctional alcohol, to obtain an ester. It is likewise useful in any of the well-known reactions of the ester exchange type, in which
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10 10
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un radical acyle et/ou alcoxy provenant d'un ester existant est échangé avec un autre radical acyle et/ou alcoxy. Comme indiqué, le procédé est utile pour la formation d'esters simples dans lesquels au moins l'un des réactifs (acide, anhydride ou alcool) est monofonctionnel; cependant, l'ester simple peut comporter plus d'une partie ester dans la molécule, comme c'est le cas quand on fait réagir le glycérol avec un acide gras. Le procédé trouve également une utilisation dans la préparation des polyesters, c'est-à-dire des matériaux polymères contenant un motif ester. an acyl and / or alkoxy radical originating from an existing ester is exchanged with another acyl and / or alkoxy radical. As indicated, the process is useful for the formation of simple esters in which at least one of the reactants (acid, anhydride or alcohol) is monofunctional; however, the simple ester may have more than one ester portion in the molecule, as is the case when glycerol is reacted with a fatty acid. The process also finds use in the preparation of polyesters, i.e. polymeric materials containing an ester unit.
Le procédé est utilisable avec un quelconque acide ou anhydride mono- ou polycarboxylique, comprenant les acides aliphatiques, aromatiques ou alicycliques, ou leurs mélanges, qui peuvent en outre contenir d'autres substituants. Les acides peuvent être saturés ou comporter une insaturation oléfinique. Des acides types comprennent les acides acétique, vinylacétique, phényl-acétique, triphénylacétique, propionique, acrylique, métha-crylique, p-phénylacrylique, n-butyrique, isobutyrique, valérique, isovalérique, 5-phényl-n-valérique, hexoïque, 2-éthylhexoïque, heptoïque, caproïque, octanoïque, pélargonique, laurique, myristique, palmitique, stéarique, oléique, érucique, linoléique, linolénique, éléostéarique, lignocérique, malonique, succinique, glutarique, adipique, pimélique, azélaïque, sébacique, décane-1,10-dicarboxylique, pentadécane-l,15-dicarboxylique, pentacosane-1,25-dicarboxylique, 1,2,3-propanetricarboxylique, crotonique, maléique, fumarique, mésaconique, citraconique, itaconique, muconique, aconitique, etc. The process can be used with any mono- or polycarboxylic acid or anhydride, including aliphatic, aromatic or alicyclic acids, or mixtures thereof, which may also contain other substituents. The acids can be saturated or contain olefinic unsaturation. Typical acids include acetic, vinylacetic, phenylacetic, triphenylacetic, propionic, acrylic, methacrylic, p-phenylacrylic, n-butyric, isobutyric, valeric, isovaleric, 5-phenyl-n-valeric, hexoic, 2- ethylhexoic, heptoic, caproic, octanoic, pelargonic, lauric, myristic, palmitic, stearic, oleic, erucic, linoleic, linolenic, eleostearic, lignoceric, malonic, succinic, glutaric, adipic, pimelic, azelaic, azelaic10 dicarboxylic, pentadecane-l, 15-dicarboxylic, pentacosane-1,25-dicarboxylic, 1,2,3-propanetricarboxylic, crotonic, maleic, fumaric, mesaconic, citraconic, itaconic, muconic, aconitic, etc.
Les acides alicycliques utiles compris sont les acides cyclo-propanecarboxylique, cyclobutanecarboxylique, cyclo-pentanecarboxylique, cycloheptanecarboxylique, cyclo-hexanecarboxylique, cyclopropanedicarboxylique, cyclohexane-dicarboxylique, cyclohexane-l,2,3,4,5,6-hexacarboxylique, cyclopentène-2-carboxylique, 1-cyclohexène-l-carboxylique, cyclohexadiène-l,2-dicarboxylique, l,3-cyclohexane-l,4-dicarboxylique, l'acide dicarboxylique formé par l'addition de Diels-Alder de l'acide acrylique sur l'acide linoléique, etc. Useful alicyclic acids included are cyclo-propanecarboxylic, cyclobutanecarboxylic, cyclo-pentanecarboxylic, cycloheptanecarboxylic, cyclo-hexanecarboxylic, cyclopropanedicarboxylic, cyclohexane-dicarboxylic, cyclohexane-1, 2,3,4,5,6-hexoparene carboxylic, 1-cyclohexene-1-carboxylic, cyclohexadiene-1, 2-dicarboxylic, 1, 3-cyclohexane-1, 4-dicarboxylic, the dicarboxylic acid formed by the addition of Diels-Alder of acrylic acid on l linoleic acid, etc.
Des acides aromatiques appropriés que l'on peut utiliser dans le présent procédé comprennent l'acide benzoïque, les acides toluiques, l'acide a-naphtoïque, l'acide P-naphtoïque, les acides o-, m- et p-éthylbenzoïques, l'acide p-phénylbenzoïque, l'acide phtalique, l'acide isophtalique, l'acide téréphtalique, l'acide trimellitique, l'acide pyromellitique, etc. Suitable aromatic acids which can be used in the present process include benzoic acid, toluic acids, α-naphthoic acid, P-naphthoic acid, o-, m- and p-ethylbenzoic acids, p-phenylbenzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, pyromellitic acid, etc.
De nombreux acides substitués peuvent être utilisés, et ils comprennent les acides hydroacétique, chloroacétique, bromo-acétique, cyanoacétique, lactique, a- ou ß-hydroxypropionique, citrique, ricinoléique, a- ou ß-chloroacrylique, ß-bromo-acrylique, 2-hydroxycyclohexanecarboxylique, o-, m- et p-chloro-ou bromobenzoïque, o-, m- et p-hydroxybenzoïque, o-, m- et p-nitrobenzoïque, o-, m- et p-méthoxybenzoïque, hydroxy-phtalique, etc. Divers acides mélangés obtenus à partir de nombreuses sources naturelles, comme les acides gras du tallöl, les acides gras de la lanoline, les acides gras de la noix de coco et les acides de la cire montan, etc., peuvent également être utilisés. Des acides de poids moléculaire élevé comprenant les acides dimères, trimères et leurs polymères supérieurs obtenus par polymérisation d'acides gras à insaturation oléfinique, comme l'acide oléique, l'acide linoléique ou leurs mélanges, sont également utiles ainsi que d'autres produits acides de poids moléculaire élevé comme les acides ramifiés à groupements a-alkyle ou a,a-dialkyle, obtenus par addition radicalaire de monoacides à courte chaîne, par exemple les acides propioniques, à des a-oléfines de poids moléculaire élevé, et les produits acides mélangés de poids moléculaire élevé que l'on obtient par ozonation ou oxydation des oléfines de poids moléculaire élevé. Des anhydrides types des mono- ou diacides que l'on peut utiliser pour le procédé comprennent l'anhydride acétique, l'anhydride adipique, l'anhydride maléique, l'anhydride phtalique, Many substituted acids can be used, and they include hydroacetic, chloroacetic, bromo-acetic, cyanoacetic, lactic, a- or ß-hydroxypropionic, citric, ricinoleic, a- or ß-chloroacrylic, ß-bromo-acrylic, 2 -hydroxycyclohexanecarboxylic, o-, m- and p-chloro-or bromobenzoic, o-, m- and p-hydroxybenzoic, o-, m- and p-nitrobenzoic, o-, m- and p-methoxybenzoic, hydroxy-phthalic, etc. Various mixed acids obtained from many natural sources, such as tall oil fatty acids, lanolin fatty acids, coconut fatty acids and montan wax acids, etc. can also be used. High molecular weight acids including dimer, trimer acids and their higher polymers obtained by polymerization of olefinically unsaturated fatty acids, such as oleic acid, linoleic acid or mixtures thereof are also useful as well as other products high molecular weight acids such as branched acids containing a-alkyl or a, a-dialkyl groups, obtained by radical addition of short chain monoacids, for example propionic acids, to high molecular weight a-olefins, and products high molecular weight mixed acids obtained by ozonation or oxidation of high molecular weight olefins. Typical anhydrides of the mono- or diacids which can be used for the process include acetic anhydride, adipic anhydride, maleic anhydride, phthalic anhydride,
l'anhydride trimellitique, l'anhydride benzoïque, etc. trimellitic anhydride, benzoic anhydride, etc.
Les alcools que l'on peut faire réagir avec les acides et anhydrides carboxyliques susmentionnés sont des monoalcools ou des diols, des triols ou des alcools de polyfonctionnalité supérieure. Ils comprennent les alcools aliphatiques, alicycliques et aromatiques, qui peuvent contenir des substituants additionnels, et les étheralcools, c'est-à-dire les éthers intermoléculaires formés par condensation de deux ou plusieurs molécules d'un polyol, accompagnée d'élimination d'eau. A titre d'illustration, les monoalcools utilisables comprennent l'éthanol, le chloro-éthanol, le cyanoéthanol, le n-propanol, le s-propanol, le n-butanol, le t-butanol, l'alcool isoamylique, le n-hexanol, le 2-éthylhexanol, le n-octanol, le n-décanol, l'isodécanol, The alcohols which can be reacted with the abovementioned carboxylic acids and anhydrides are monoalcohols or diols, triols or alcohols of higher polyfunctionality. They include aliphatic, alicyclic and aromatic alcohols, which may contain additional substituents, and ether alcohols, that is to say the intermolecular ethers formed by condensation of two or more molecules of a polyol, accompanied by elimination of water. By way of illustration, the monoalcohols which can be used include ethanol, chloroethanol, cyanoethanol, n-propanol, s-propanol, n-butanol, t-butanol, isoamyl alcohol, n- hexanol, 2-ethylhexanol, n-octanol, n-decanol, isodecanol,
l'alcool caprylique, l'alcool laurylique, l'alcool myristylique, l'alcool cétylique, l'alcool stéarylique, l'alcool oléique, les oxoalcools comme l'alcool tridécylique qui est principalement du tétraméthyl-l-nonanol, et l'alcool hexadécylique qui est un mélange complexe d'alcools primaires caractérisés comme des capryl alcohol, lauryl alcohol, myristyl alcohol, cetyl alcohol, stearyl alcohol, oleic alcohol, oxoalcohols such as tridecyl alcohol which is mainly tetramethyl-1-nonanol, and hexadecyl alcohol which is a complex mixture of primary alcohols characterized as
2.2-dialkyléthanols dans lesquels les groupements alkyle sont essentiellement des radicaux en C6 et Cg ramifiés par des groupements méthyle, le cyclohexanol, l'alcool benzylique, les alcools o-, m- et p-méthoxybenzyliques, les alcools o-, m- et p-méthyl-benzyliques, l'alcool phényléthylique, l'alcool triphényléthylique, etc. Les polyols utilisables dans cette invention comprennent l'éthylèneglycol, le 1,2-propylèneglycol, le 1,3-propylèneglycol, 2.2-dialkylethanols in which the alkyl groups are essentially C6 and Cg radicals branched by methyl groups, cyclohexanol, benzyl alcohol, o-, m- and p-methoxybenzyl alcohols, o-, m- and p-methyl-benzyl, phenylethyl alcohol, triphenylethyl alcohol, etc. The polyols which can be used in this invention include ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol,
le 1,2-butanediol, le 1,3-butanediol, le 1,4-butanediol, le 1,4-pentanediol, le 3-méthyl-l,5-pentanediol, le 2,3-diméthyl- 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,4-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2,3-dimethyl-
2.3-butanediol, le triméthylolpropane, le mannitol, le sorbito!, le glycérol, le pentaérythritol, le 1,4-cyclohexanediméthanol, 2.3-butanediol, trimethylolpropane, mannitol, sorbito !, glycerol, pentaerythritol, 1,4-cyclohexanedimethanol,
le xylénol, les bisphénols comme le bisphénol A, etc. Les étheralcools que l'on peut utiliser sont le diéthylèneglycol, le triéthylène-glycol, le tétraéthylèneglycol, les polyoxyéthylène- ou poly-oxypropylèneglycols de poids moléculaire allant jusqu'à environ 4000, l'éther monométhylique du diéthylèneglycol, xylenol, bisphenols such as bisphenol A, etc. The ether alcohols which can be used are diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyoxyethylene- or poly-oxypropylene glycols of molecular weight up to approximately 4000, the monomethyl ether of diethylene glycol,
l'éther monoéthylique du diéthylèneglycol, l'éther monométhylique du triéthylèneglycol, butoxyéthanol, l'éther monobutylique du butylèneglycol, le dipentaérythritol, le tripentaérythritol, le tétrapentaérythritol, le diglycérol, le triglycérol, le tétraglycérol, le pentaglycérol, l'hexaglycérol, l'heptaglycérol, l'octaglycérol, etc. monoethyl ether of diethylene glycol, monomethyl ether of triethylene glycol, butoxyethanol, monobutyl ether of butylene glycol, dipentaerythritol, tripentaerythritol, tetrapentaerythritol, diglycerol, triglycerol, tetraglycerol, pentaglycerol, hexaglycer heptaglycerol, octaglycerol, etc.
En plus des acides, anhydrides et alcools mentionnés précédemment, les esters que l'on forme à partir de ces composés peuvent également être utilisés dans le procédé. Les esters pouvant être utilisés dans des réactions d'échange comprennent l'acidolyse, l'alcoolyse et la transestérification. Les esters synthétiques et les esters obtenus à partir de sources naturelles sont utilisables dans ce but. Bien que typiquement les teneurs en esters de ces produits naturels soient très élevées, des produits contenant moins de 50% d'esters sont également utilisables. On utilise avantageusement dans le procédé de cette invention les matières grasses et les huiles naturelles tant d'origine animale que d'origine végétale, et on peut les modifier de nombreuses façons pour obtenir les esters utiles. Bien que ces matières grasses et ces huiles soient composées essentiellement de triglycérides, d'autres esters peuvent également être présents. In addition to the acids, anhydrides and alcohols mentioned above, the esters which are formed from these compounds can also be used in the process. Esters which can be used in exchange reactions include acidolysis, alcoholysis and transesterification. Synthetic esters and esters obtained from natural sources can be used for this purpose. Although typically the ester contents of these natural products are very high, products containing less than 50% of esters are also usable. Advantageously, in the process of this invention, natural fats and oils, both of animal and vegetable origin, are used, and they can be modified in numerous ways to obtain the useful esters. Although these fats and oils are composed mainly of triglycerides, other esters may also be present.
Les conditions de réaction utilisées dans ce procédé peuvent varier sur une large gamme selon le type de réaction utilisé, les réactifs particuliers et les résultats à obtenir. En général, les températures seront comprises entre 100 et 300° C et plus généralement entre 125 et 250° C. Des réactions effectuées à des températures nettement inférieures à 100° C ne se font pas à une vitesse acceptable et l'on n'observe généralement aucun avantage lorsque l'on opère à des températures nettement supérieures à 300° C. La température et les autres conditions de réaction dépendront évidemment de la façon dont on effectue le procédé qui, comme on l'a déjà mentionné, peut être effectué en discontinu, en continu ou en semi-continu. Il est évident que, The reaction conditions used in this process can vary over a wide range depending on the type of reaction used, the particular reagents and the results to be obtained. In general, the temperatures will be between 100 and 300 ° C. and more generally between 125 and 250 ° C. Reactions carried out at temperatures much lower than 100 ° C. are not carried out at an acceptable rate and are observed generally no advantage when operating at temperatures well above 300 ° C. The temperature and other reaction conditions will obviously depend on how the process is carried out which, as already mentioned, can be carried out in discontinuous, continuous or semi-continuous. It's obvious that,
dans une opération continue, par exemple, où une colonne est garnie avec le catalyseur sous une forme appropriée et où on obtient des durées de contact très courtes, les températures in a continuous operation, for example, where a column is packed with the catalyst in a suitable form and where very short contact times are obtained, the temperatures
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seront généralement supérieures à celles nécessaires pour un système discontinu. Il est également évident que, dans une opération continue où le produit passe dans une série de récipients de réaction, il peut être avantageux de faire fonctionner les réacteurs terminaux sous un vide supérieur et/ou à des températures supérieures. De nombreuses variantes du procédé sont possibles et font partie du domaine de cette invention. will generally be greater than those necessary for a discontinuous system. It is also obvious that, in a continuous operation where the product passes through a series of reaction vessels, it may be advantageous to operate the terminal reactors under a higher vacuum and / or at higher temperatures. Many variations of the process are possible and fall within the scope of this invention.
On peut effectuer la réaction à la pression atmosphérique, ou bien la pression peut être réduite ou augmentée au-dessus de la pression atmosphérique. En général, les mêmes critères que ceux mentionnés précédemment pour la température s'appliqueront aux exigences de pression du système. Pour faciliter l'achèvement de la réaction en éliminant l'eau et les autres produits volatils, par exemple les glycols, les étapes finales de la réaction seront généralement effectuées à pression réduite. Ces modes opératoires sont particulièrement avantageux lorsque l'on désire des produits esters ayant de faibles indices d'acide et quand la formation de polyesters de poids moléculaire élevé est recherchée. The reaction can be carried out at atmospheric pressure, or the pressure can be reduced or increased above atmospheric pressure. In general, the same criteria as those mentioned above for temperature will apply to the system pressure requirements. To facilitate the completion of the reaction by removing water and other volatiles, for example glycols, the final steps of the reaction will generally be carried out at reduced pressure. These procedures are particularly advantageous when ester products with low acid numbers are desired and when the formation of high molecular weight polyesters is desired.
Il n'est pas nécessaire que le procédé soit effectué dans un solvant inerte ou dans un diluant inerte pour autant que les réactifs restent liquides. Il peut cependant être avantageux d'utiliser un solvant ou un diluant pour faciliter la manutention des réactifs ou le contact des réactifs avec le catalyseur, de façon à obtenir une vitesse de réaction plus uniforme. Normalement le solvant ou le diluant particulier utilisé n'est pas déterminant pour autant qu'il ne réagit pas avec les réactifs ou le catalyseur ou qu'il ne nuit pas par ailleurs à la réaction. Les solvants hydrocarbonés, qu'ils soient aliphatiques et aromatiques, sont particulièrement utiles dans ce but. Particulièrement utiles sont également les hydrocarbures qui forment un azéotrope avec l'eau, azéotrope dont le point d'ébullition est inférieur à celui des composants de la réaction, de sorte que toute l'eau formée pourra être éliminée par voie azéotropique du mélange réactionnel, The process need not be carried out in an inert solvent or an inert diluent as long as the reactants remain liquid. It may however be advantageous to use a solvent or a diluent to facilitate the handling of the reactants or the contact of the reactants with the catalyst, so as to obtain a more uniform reaction rate. Normally the particular solvent or diluent used is not critical as long as it does not react with the reagents or the catalyst or otherwise does not harm the reaction. Hydrocarbon solvents, whether aliphatic or aromatic, are particularly useful for this purpose. Particularly useful are also the hydrocarbons which form an azeotrope with water, an azeotrope whose boiling point is lower than that of the components of the reaction, so that all the water formed can be removed azeotropically from the reaction mixture,
ce qui amène la réaction à son achèvement. which brings the reaction to its completion.
La durée de réaction peut varier largement selon les variables susmentionnés; cependant, on a trouvé de manière générale que, même dans les opérations du type discontinu, on obtient des vitesses de réaction extrêmement rapides avec le présent procédé de sorte que l'on obtient une transformation pratiquement totale en quelques heures. The reaction time can vary widely depending on the above variables; however, it has generally been found that even in operations of the batch type, extremely fast reaction rates are obtained with the present process so that substantially complete conversion is obtained within a few hours.
En raison de l'activité supérieure des catalyseurs immobilisés de la présente invention, on peut en utiliser des quantités très faibles et l'on obtient des vitesses de réaction acceptables. Cependant, comme le métal de transition est lié au support, l'utilisation de quantités importantes de catalyseurs n'est en général pas nuisible et pratiquement tout le résidu catalytique peut être éliminé de l'ester produit à l'achèvement de la réaction, en utilisant de simples opérations de filtration. La quantité de catalyseur utilisée peut être comprise entre une valeur aussi faible qu'environ 0,0005% en poids jusqu'à des quantités très élevées, car il est possible de produire des esters de façon continue en faisant passer les réactifs dans une colonne garnie du catalyseur de métal de transition sur support. Puis, généralement, les catalyseurs seront cependant présents en quantités comprises entre environ 0,001% jusqu'à environ 10% en poids par rapport aux réactifs totaux introduits. Dans des opérations types en discontinu et en semi-continu, pour la production d'esters et de polyesters par estérification directe ou échange d'esters, on utilise généralement des quantités de catalyseur de 0,01 % à 1% en poids. Due to the superior activity of the immobilized catalysts of the present invention, very small amounts can be used and acceptable reaction rates are obtained. However, since the transition metal is bound to the support, the use of large amounts of catalysts is generally not harmful and practically all of the catalytic residue can be removed from the ester produced upon completion of the reaction, in particular using simple filtration operations. The amount of catalyst used can range from as low as about 0.0005% by weight up to very high amounts, since it is possible to produce esters continuously by passing the reactants through a packed column of transition metal catalyst on a support. Then, generally, the catalysts will however be present in amounts ranging from approximately 0.001% to approximately 10% by weight relative to the total reactants introduced. In typical batch and semi-continuous operations, for the production of esters and polyesters by direct esterification or ester exchange, amounts of catalyst are generally used from 0.01% to 1% by weight.
Les avantages du présent procédé qui utilise les catalyseurs de métaux de transition immobilisés sur un support de la présente invention peuvent être nombreux. Comme le catalyseur de métal actif est lié au support et ne se dissout pas dans le mélange réactionnel, les corps colorés formés qui contiennent du métal sont emprisonnés sur la surface du catalyseur hétérogène et peuvent être éliminés par filtration à la fin de la réaction. Pour The advantages of the present process which uses the transition metal catalysts immobilized on a support of the present invention can be numerous. As the active metal catalyst is bound to the support and does not dissolve in the reaction mixture, the colored bodies formed which contain metal are trapped on the surface of the heterogeneous catalyst and can be removed by filtration at the end of the reaction. For
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cette raison, les esters et polyesters obtenus par ce procédé ont généralement une couleur améliorée si on les compare à des esters obtenus en utilisant des catalyseurs homogènes. Cette caractéristique peut rendre également le procédé utilisable avec des réactifs contenant des impuretés cétoniques, aldéhydiques et oléfiniques tels que ceux que l'on obtient dans des opérations industrielles, sans qu'il soit besoin d'une purification préalable coûteuse et longue. for this reason, the esters and polyesters obtained by this process generally have an improved color when compared to esters obtained using homogeneous catalysts. This characteristic can also make the process usable with reagents containing ketonic, aldehyde and olefinic impurities such as those obtained in industrial operations, without the need for costly and lengthy prior purification.
Un autre avantage important de ce procédé est le fait que pratiquement tout le catalyseur peut être éliminé à la fin de la réaction, en utilisant de simples opérations de filtration. Il n'est pas inhabituel d'obtenir des esters et des polyesters contenant moins de 1 ppm de titane et les esters ou polyesters résultants exempts de métaux ont d'habitude en conséquence une stabilité à l'hydrolyse, à l'oxydation et à la chaleur, améliorée par rapport aux esters obtenus en utilisant les catalyseurs connus jusqu'à présent. Cette caractéristique rend également possible sur le plan industriel la production des esters utilisables dans certaines applications où il n'était pas préalablement possible ou il était irréalisable d'abaisser la teneur en métal résiduel à des valeurs acceptables. Ces applications comprennent les applications alimentaires et d'autres applications importantes dans lesquelles on utilise des esters et des polyesters, telle leur application comme plastifiants pour le chlorure de polyvinyle ou d'autres polymères utilisés pour l'emballage des aliments, la fabrication de poches à sang, etc. Il est également possible avec ce procédé d'obtenir des lubrifiants pour turbine du type ester à 3 cSt (99° C) et 1 cSt (260° C) qui satisfont et surpassent les exigences strictes des normes MIL-L-7808 G et MIL-L-27402 en ce qui concerne la teneur en métaux. Another important advantage of this process is that almost all of the catalyst can be removed at the end of the reaction, using simple filtration operations. It is not uncommon to obtain esters and polyesters containing less than 1 ppm of titanium and the resulting metal-free esters or polyesters usually therefore have stability to hydrolysis, oxidation and heat, improved compared to the esters obtained using the catalysts known up to now. This characteristic also makes it possible on an industrial level to produce esters which can be used in certain applications where it was not possible beforehand or it was impracticable to lower the residual metal content to acceptable values. These applications include food applications and other important applications in which esters and polyesters are used, such as their application as plasticizers for polyvinyl chloride or other polymers used for packaging food, making pouches blood, etc. It is also possible with this process to obtain lubricants for turbine of the ester type at 3 cSt (99 ° C) and 1 cSt (260 ° C) which meet and exceed the strict requirements of standards MIL-L-7808 G and MIL -L-27402 as regards the metal content.
D'autres avantages encore sont possibles, comme dans la production de polyesters à terminaison hydroxylé, utiles comme intermédiaires de polymère, que l'on fait réagir avec des di-isocyanates pour obtenir des polyuréthannes souples. En présence de catalyseurs métalliques résiduels, il se produit une formation indésirable de sous-produits (par exemple biurets, urées et allophanes), qui entraîne une réticulation et nuit à la souplesse du polyuréthanne. Still other advantages are possible, as in the production of hydroxyl-terminated polyesters, useful as polymer intermediates, which are reacted with di-isocyanates to obtain flexible polyurethanes. In the presence of residual metal catalysts, undesirable formation of by-products (eg biurets, ureas and allophanes) takes place, which causes crosslinking and impairs the flexibility of the polyurethane.
Les exemples suivants illustrent l'invention plus complètement. Dans ces exemples, toutes les parties et tous les pourcentages sont donnés en poids sauf indication contraire. D'autre part, sauf précision contraire, on ne séchait pas le support avant de l'utiliser, et on ne prenait aucune précaution pour exclure l'humidité de l'appareillage en préparant le catalyseur. The following examples illustrate the invention more fully. In these examples, all parts and percentages are given by weight unless otherwise indicated. On the other hand, unless otherwise specified, the support was not dried before using it, and no precautions were taken to exclude the humidity of the equipment when preparing the catalyst.
Exemple I: Example I:
On a préparé un catalyseur à base de titane sur support dans un réacteur en acier inoxydable chemisé qui était équipé d'un agitateur, d'un thermocouple et d'un condenseur avec un récepteur. Dans ce réacteur, on a chargé 90 parties d'huile minérale (White Oil N° 70) et 10 parties d'une argile de mont-morillonite naturellement acide renfermant environ 4% d'eau adsorbée. On a commencé à chauffer et à agiter et on a commencé d'ajouter sous la surface une solution de 33,5 parties de titanate de tétra-isopropyle (Tyzor TPT fabriqué par E.I. du Pont de Nemours and Company) dans 27,5 parties d'huile minérale. On a poursuivi cette addition pendant 1 V* h, temps pendant lequel la température de réaction est montée à 110°C. Après que la température eut atteint 120° C, on a commencé une seconde addition d'une solution de 21 parties d'huile minérale et de 34 parties de titanate de tétra-isopropyle. Après que la température eut atteint 140° C, le distillât a commencé à couler. Avant que la température ait atteint 170°C et que la seconde addition soit terminée (durée de l'addition 1 % h), la vitesse de récupération du distillât avait nettement augmenté. On a poursuivi le chauffage, et la température est montée à 200-210° C environ, et on l'a maintenue pendant encore 5 h tout en prélevant le distillât et en faisant évacuer le propène et les autres produits volatils A supported titanium-based catalyst was prepared in a jacketed stainless steel reactor which was equipped with an agitator, a thermocouple and a condenser with a receiver. In this reactor, 90 parts of mineral oil (White Oil No. 70) and 10 parts of a naturally acidic mont-morillonite clay containing approximately 4% of adsorbed water were loaded. We started heating and stirring and we started to add under the surface a solution of 33.5 parts of tetra-isopropyl titanate (Tyzor TPT manufactured by EI du Pont de Nemours and Company) in 27.5 parts of 'mineral oil. This addition was continued for 1 V * h, during which time the reaction temperature rose to 110 ° C. After the temperature reached 120 ° C, a second addition of a solution of 21 parts of mineral oil and 34 parts of tetra-isopropyl titanate was started. After the temperature reached 140 ° C, the distillate started to flow. Before the temperature reached 170 ° C and the second addition was completed (duration of the addition 1% h), the speed of recovery of the distillate had increased markedly. Heating was continued, and the temperature rose to about 200-210 ° C, and was maintained for an additional 5 h while removing the distillate and removing the propene and other volatiles
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éventuels qui ne se condensaient pas. On a observé un certain moussage, mais ce moussage n'a gêné ni la réaction ni le recueil du distillât. Après refroidissement à 70° C environ, on a recueilli sur un filtre le catalyseur sur support, on l'a lavé plusieurs fois avec de l'isopropanol jusqu'à ce que le filtrat soit transparent, et on l'a séché à l'air. Il y a eu une augmentation de 205% du poids du support. L'analyse par absorption atomique a révélé que le produit contenait 37,8% en poids de titane. Le catalyseur sur support était une poudre grisâtre et fluide d'aspect presque fluide. that did not condense. Some foaming was observed, but this foaming did not interfere with either the reaction or the collection of the distillate. After cooling to about 70 ° C, the supported catalyst was collected on a filter, washed several times with isopropanol until the filtrate was transparent, and dried with water. air. There has been a 205% increase in the weight of the support. Analysis by atomic absorption revealed that the product contained 37.8% by weight of titanium. The supported catalyst was a grayish, fluid powder of almost fluid appearance.
Exemple II: Example II:
On a équipé un réacteur en verre d'un agitateur, d'un thermomètre, et d'un dispositif à condenseur et à piège. Une ligne de ventilation au sommet du condenseur conduisait à un piège à glache sèche. Dans le réacteur, on a chargé 20,1 g de l'argile de montmorillonite naturellement acide de l'exemple 1,180 g d'huile minérale et 50,3 g de titanate de tétra-isopropyle. On a chauffé le mélange réactionnel, avec agitation, à 200° C environ, en 1 h, tandis qu'il se dégageait 27 ml d'isopropanol. On a également recueilli 10 g de propène dans le piège à glace sèche. A glass reactor was equipped with a stirrer, a thermometer, and a condenser and trap device. A ventilation line at the top of the condenser led to a dry-ice trap. 20.1 g of the naturally acidic montmorillonite clay of example 1.11 g of mineral oil and 50.3 g of tetra-isopropyl titanate were charged into the reactor. The reaction mixture was heated, with stirring, to about 200 ° C over 1 hour while 27 ml of isopropanol was evolved. 10 g of propene were also collected in the dry ice trap.
Après refroidissement, on a filtré le mélange réactionnel et on l'a lavé avec de l'isopropanol jusqu'à obtenir un filtrat incolore. Après séchage à l'air, on a obtenu 44,2 g de catalyseur contenant 21,8% en poids de titane. After cooling, the reaction mixture was filtered and washed with isopropanol until a colorless filtrate was obtained. After air drying, 44.2 g of catalyst containing 21.8% by weight of titanium were obtained.
Exemple III: Example III:
En employant un mode opératoire similaire à celui qui est décrit dans l'exemple II, on a préparé un catalyseur au vanadium sur support en faisant réagir 10 g de l'argile de montmorillonite naturellement acide et 15 g de vanadate de tributyle dans 160 g d'huile minérale, en chauffant le mélange réactionnel avec agitation de la température ambiante à 250° C en 1V* h. Le recueil du distillât a commencé à 200° C environ, et on a prélevé au total 6,2 ml de butanol. Du butène s'est également condensé dans le piège à glace sèche. Après refroidissement et filtration, on a lavé le produit avec de l'isopropanol jusqu'à ce que le filtrat n'ait plus qu'une coloration jaune très pâle. Le poids final du produit, après séchage à l'air, était de 14,8 g. Le catalyseur immobilisé sur un support contenait 16,1% en poids de vanadium. Using a procedure similar to that described in Example II, a supported vanadium catalyst was prepared by reacting 10 g of the naturally acidic montmorillonite clay and 15 g of tributyl vanadate in 160 g of mineral oil, heating the reaction mixture with stirring from room temperature to 250 ° C in 1V * h. Collection of the distillate began at about 200 ° C, and a total of 6.2 ml of butanol was removed. Butene has also condensed in the dry ice trap. After cooling and filtration, the product was washed with isopropanol until the filtrate had only a very pale yellow color. The final weight of the product, after air drying, was 14.8 g. The catalyst immobilized on a support contained 16.1% by weight of vanadium.
Exemple IV: Example IV:
Tout à fait de la même manière, on a préparé un catalyseur au zirconium immobilisé. Le support utilisé pour cette réaction était un mélange synthétique de silice et d'alumine (13% sous forme de AI2O3). On a chargé le support d'alumine/silice (10,8 g) dans un réacteur, avec 120 g d'huile minérale (70 SUS) et 10,1 g de zirconate de tétrabutyle. On a ensuite chauffé progressivement le mélange à 220° C environ, en 3 h environ, In exactly the same way, an immobilized zirconium catalyst was prepared. The support used for this reaction was a synthetic mixture of silica and alumina (13% in the form of Al2O3). The alumina / silica support (10.8 g) was loaded into a reactor, with 120 g of mineral oil (70 SUS) and 10.1 g of tetrabutyl zirconate. The mixture was then gradually heated to approximately 220 ° C. over approximately 3 hours,
tout en prélevant le butanol et laissant s'échapper les gaz. Après filtration, lavage et séchage à l'air, on a obtenu 13,25 g d'un catalyseur immobilisé sur un support contenant 7,3% en poids de zirconium. while removing the butanol and letting the gases escape. After filtration, washing and air drying, 13.25 g of a catalyst immobilized on a support containing 7.3% by weight of zirconium were obtained.
Exemple V: Example V:
Pour démontrer le caractère universel de la présente invention et la possibilité d'obtenir des catalyseurs immobilisés utiles à partir de supports très divers, on a fait réagir une série 5 de matériaux de support hydroxylés avec du titanate de tétra-isopropyle (TPT) dans une huile minérale de 70 SUS. Le procédé de réaction était similaire à celui qui a déjà été décrit, avec de légères variations de la température de réaction et de la durée de réaction. Les détails des expériences sont donnés dans 10 le tableau I. Ce tableau indique le support utilisé, la charge de réactifs èt d'huile minérale, la température maximale de réaction, la durée de réaction, le pourcentage d'augmentation de poids du support To demonstrate the universality of the present invention and the possibility of obtaining useful immobilized catalysts from a wide variety of supports, a series of hydroxylated support materials were reacted with tetra-isopropyl titanate (TPT) in a mineral oil of 70 SUS. The reaction process was similar to that which has already been described, with slight variations in the reaction temperature and the reaction time. The details of the experiments are given in Table I. This table indicates the support used, the load of reagents and of mineral oil, the maximum reaction temperature, the reaction time, the percentage of increase in weight of the support.
/poids final — poids initial \ / final weight - initial weight \
15 - - x 100 15 - - x 100
\ poids initial / \ initial weight /
et le pourcentage en poids de titane lié au support. A partir des résultats fournis, il est évident qu'il est possible d'utiliser 20 une large variété de matrices de support pour préparer des catalyseurs immobilisés selon l'invention. On peut également voir que ce procédé permet d'obtenir des catalyseurs contenant une très forte proportion de métal de transition. and the percentage by weight of titanium bound to the support. From the results provided, it is evident that it is possible to use a wide variety of support matrices to prepare immobilized catalysts according to the invention. It can also be seen that this process makes it possible to obtain catalysts containing a very high proportion of transition metal.
25 Exemple VI: 25 Example VI:
On a chargé dans un réacteur 10,25 g de l'argile de montmorillonite naturellement acide, 68,5 g de titanate de tétra-isopropyle et 170 g d'huile minérale (50 SUS), et on a chauffé à environ 220° C en 1 lA h, temps au cours duquel on a prélevé 32,5 ml d'isopropanol et 12 g de propène. Le catalyseur immobilisé résultant contenait 35% en poids de titane. On obtient des résultats similaires lorsqu'on conduit la réaction dans de l'huile de phoque minérale (huile combustible lourde utilisée comme absorbant pour éliminer les vapeurs d'essence contenues dans le gaz naturel et comme huile d'éclairage) à 100 SUS. Mais, avec cette huile plus visqueuse, on observe un moussage plus important, et la durée de la filtration est un peu plus longue. 10.25 g of naturally acidic montmorillonite clay, 68.5 g of tetra-isopropyl titanate and 170 g of mineral oil (50 SUS) were charged to a reactor, and heated to about 220 ° C. in 1 lA h, time during which 32.5 ml of isopropanol and 12 g of propene were removed. The resulting immobilized catalyst contained 35% by weight of titanium. Similar results are obtained when the reaction is carried out in mineral seal oil (heavy fuel oil used as an absorbent to remove gasoline vapors contained in natural gas and as lighting oil) at 100 SUS. However, with this more viscous oil, more foaming is observed, and the duration of the filtration is a little longer.
40 40
Exemple VII: Example VII:
On a procédé à une série de réactions pour démontrer la possibilité d'emploi d'alcoolates de titane différents, à savoir le titanate de tétrabutyle (Vlla), le titanate de tétraoctyle (Vllb), 45 et un titanate de tétrabutyle partiellement condensé (Vile) A series of reactions was carried out to demonstrate the possibility of using different titanium alcoholates, namely tetrabutyl titanate (Vlla), tetraoctyl titanate (Vllb), 45 and a partially condensed tetrabutyl titanate (Vile )
préparé par addition limitée d'une quantité d'eau calculée de façon à obtenir le produit de la condensation de 2 à 3 moles de titanate de tétrabutyle, selon le brevet des E.U.A. prepared by the limited addition of a quantity of water calculated so as to obtain the product of the condensation of 2 to 3 moles of tetrabutyl titanate, according to the US patent.
N° 2689858. Pour chacune des réactions, on a utilisé de l'argile 50 de montmorillonite naturellement acide et de l'huile minérale à 70 SUS. Les détails des réactions ainsi que le pourcentage de titane obtenu pour les catalyseurs immobilisés résultants sont les suivants: No. 2689858. For each of the reactions, naturally acidic montmorillonite clay 50 and mineral oil at 70 SUS were used. The details of the reactions as well as the percentage of titanium obtained for the resulting immobilized catalysts are the following:
Vlla Vllb Vile Vlla Vllb Vile
Composition de la charge 68/11/153 24/27/175 73/10,5/160 Load composition 68/11/153 24/27/175 73 / 10.5 / 160
(en parties de composé du titane/ (in parts of titanium compound /
parties de support/parties d'huile) support parts / oil parts)
Température maximale de réaction (°C) 250 210 235 Maximum reaction temperature (° C) 250 210 235
Durée de réaction (heures) 6 2 lA 10 Reaction time (hours) 6 2 lA 10
Pourcentage d'augmentation du poids du support 191 39 264 Percentage increase in support weight 191 39 264
Pourcentage en poids du titane lié au support 25,7 4,9 29,6 Percentage by weight of titanium bound to the support 25.7 4.9 29.6
11 11
Tableau I Table I
618 353 618,353
Exemple Support Support example
Composition Composition
Durée Duration
Température Temperature
Pourcentage Percentage
Pourcentage Percentage
de la charge de la réaction maximale d'augmentation en poids the maximum reaction weight increase charge
(TPT/ (TPT /
(heures) (hours)
(°C) (° C)
de poids de titane titanium weight
Support/huile) Support / oil)
du support support
Va Go
Charbon actif1 Activated carbon1
59/11,9/160 59 / 11.9 / 160
4 4
250 250
238 238
21,5 21.5
Vb Vb
Montmorillonite de potassium2 Potassium Montmorillonite2
68/10,1/154 68 / 10.1 / 154
7 7
250 250
20 20
9,7 9.7
Vc Vc
Bentonite Southern3 Bentonite Southern3
68/10,7/162 68 / 10.7 / 162
3,75 3.75
200 200
225 225
27,7 27.7
Vd Vd
Silice/alumine Silica / alumina
(13% en AI2O3)4 (13% AI2O3) 4
68,8/10/165 68.8 / 10/165
2 2
200 200
214 214
31,4 31.4
Ve Fr
Montmorillonite traitée à Montmorillonite treated with
l'acide chlorhydrique5 hydrochloric acid5
68,2/10,6/170 68.2 / 10.6 / 170
2,5 2.5
180 180
236 236
22,5 22.5
Vf Vf
Argile de sous-bentonite6 Sub-bentonite clay6
170/25/325 170/25/325
1,5 1.5
220 220
209 209
41,0 41.0
Vg Vg
Montmorillonite traitée à Montmorillonite treated with
l'acide sulfurique7 sulfuric acid7
81,4/10,1/178 81.4 / 10.1 / 178
3,75 3.75
181 181
299 299
33,7 33.7
Vh Vh
Montmorillonite naturellement Montmorillonite naturally
acide acid
81,4/10,4/160 81.4 / 10.4 / 160
3 3
195 195
278 278
33,3 33.3
Vi Vi
Silicate de calcium8 Calcium silicate8
50,8/10,3/140 50.8 / 10.3 / 140
4,75 4.75
250 250
170 170
39,6 39.6
Vj Vj
Particules frittées Sintered particles
de silice colloïdale colloidal silica
30,2/6,0/170 30.2 / 6.0 / 170
4,5 4.5
240 240
560 560
13,5 13.5
Vk Vk
Terre de diatomées (hydratée)10 Diatomaceous earth (hydrated) 10
35,4/5,1/140 35.4 / 5.1 / 140
4 4
242 242
204 204
36,9 36.9
VI VI
Résine de polystyrène sulfonée11 Sulfonated polystyrene resin11
22,5/10/170 22.5 / 10/170
5,5 5.5
140 140
90 90
18,3 18.3
1 Darco KB (Atlas Chemical Co.). 1 Darco KB (Atlas Chemical Co.).
2 Montmorillonite traitée à la potasse (excès de potasse). 2 Montmorillonite treated with potash (excess of potash).
3 Argile Panther Creek (American Colloid Co.). 3 Panther Creek clay (American Colloid Co.).
4 Silice/alumine de qualité Davison 135. 4 Davison 135 quality silica / alumina.
5 Tonsil FF Optimum (Sud-Chemie). 5 Tonsil FF Optimum (Sud-Chemie).
6 Clarolite BC (Georgia Kaolin Co.). 6 Clarolite BC (Georgia Kaolin Co.).
7 Filtrai qualité N° 1 (Filtrai Corporation). 7 Filtrai quality N ° 1 (Filtrai Corporation).
Exemple Vili: 35 Example Vili: 35
On a obtenu un catalyseur au zirconium immobilisé en faisant réagir 21,3 g d'argile de montmorillonite naturellement acide et 84 g de zirconate de tétrabutyle dans 140 g d'huile minérale à 70 SUS. On a mené la réaction pendant 8 A h, An immobilized zirconium catalyst was obtained by reacting 21.3 g of naturally acidic montmorillonite clay and 84 g of tetrabutyl zirconate in 140 g of mineral oil at 70 SUS. The reaction was carried out for 8 h,
temps pendant lequel on a récupéré 40 ml de butanol et 13,5 g io de butène. Pendant les deux dernières heures de la réaction, on a maintenu la température de réaction à 250-265° C. Le catalyseur séché final (51 g) contenait 13,5% en poids de zirconium. 0 time during which 40 ml of butanol and 13.5 g of butene were recovered. During the last two hours of the reaction, the reaction temperature was maintained at 250-265 ° C. The final dried catalyst (51 g) contained 13.5% by weight of zirconium. 0
45 45
Exemple IX: Example IX:
Pour démontrer le caractère universel de la présente invention, on a procédé aux expériences suivantes. On a employé comme support de la terre de diatomées (Dicalite) séchée à 90° C pendant 2 j environ. On a combiné 10,5 g de ce support 50 sec avec 60 g de titanate de tétra-isopropyle dans 160 g d'huile minérale à 70 SUS, et on a chauffé le mélange avec agitation . jusqu'à une température de 250° C, en plus de 2 h. On n'a observé aucune réaction, d'après l'absence d'isopropanol et de formation de butène. En répétant cette expérience et en utilisant 55 la charge précédente, mais en ajoutant trois gouttes d'acide sulfuri-que à 95% au début de la réaction, on a observé un violent dégagement d'isopropanol et de butène à 250° C, et on a réussi à produire un catalyseur immobilisé contenant 39,1% en poids de titane lié. En répétant encore l'expérience mais en ajoutant 60 0,5% (par rapport aux réactifs chargés) d'eau au début de la réaction, on a observé une réaction violente avec l'isopropanol et un important dégagement de propène, et on a obtenu de même un catalyseur immobilisé contenant 42,3% en poids de titane. To demonstrate the universality of the present invention, the following experiments were carried out. Diatomaceous earth (Dicalite) dried at 90 ° C. for approximately 2 days was used as support. 10.5 g of this 50 sec support was combined with 60 g of tetra-isopropyl titanate in 160 g of mineral oil at 70 SUS, and the mixture was heated with stirring. up to a temperature of 250 ° C, in addition to 2 h. No reaction was observed, based on the absence of isopropanol and butene formation. By repeating this experiment and using the previous charge, but adding three drops of 95% sulfuric acid at the start of the reaction, a violent evolution of isopropanol and butene was observed at 250 ° C., and it was successful in producing an immobilized catalyst containing 39.1% by weight of bound titanium. By repeating the experiment again but adding 60 0.5% (relative to the loaded reagents) of water at the start of the reaction, a violent reaction with isopropanol and a large evolution of propene was observed, and similarly obtained an immobilized catalyst containing 42.3% by weight of titanium.
65 65
Exemple X: Example X:
Dans un réacteur on a chargé 10,5 g de granules de charbon actif (Witcarb 517), 23,6 g de titanate de tétra-isopropyle et 140 g 10.5 g of activated carbon granules (Witcarb 517), 23.6 g of tetra-isopropyl titanate and 140 g were charged into a reactor.
8 Microcell C (Johns-Manville). 8 Microcell C (Johns-Manville).
9 Cab-o-sil (M-5) (Cabot Corporation). 9 Cab-o-sil (M-5) (Cabot Corporation).
10 On a mélangé à de l'eau la terre de diatomées, on l'a filtrée et on l'a séchée à l'air; le support contenait plus de 50% en poids d'eau. The diatomaceous earth was mixed with water, filtered and air dried; the support contained more than 50% by weight of water.
11 Amberlyst 15 sèche (Rohm and Haas) (broyée à un grain d'au moins 60). 11 Amberlyst 15 dry (Rohm and Haas) (ground to a grain of at least 60).
d'huile minérale, et on a chauffé à 200° C en 1 h. On n'a observé aucune réaction. Dès l'addition de trois gouttes d'acide sulfurique concentré, de l'isopropanol et du propène ont commencé à se dégager rapidement. Le catalyseur final (23 g) contenait 19,6% en poids de titane. mineral oil, and heated to 200 ° C in 1 hr. No reaction was observed. Upon the addition of three drops of concentrated sulfuric acid, isopropanol and propene began to evolve rapidly. The final catalyst (23 g) contained 19.6% by weight of titanium.
Exemple XI: Example XI:
Pour démontrer l'utilité des catalyseurs selon l'invention, on a procédé à une hydrogénation de la façon suivante. On a chargé dans un autoclave en acier inoxydable de 11, sous atmosphère d'azote sec, 500 ml de xylène desoxygéné, 50,5 ml (0,5 mole) de cyclohexane, 26,5 ml (0,25 mole) de toluène, 32 g d'hydrure de diisobutylaluminium à 24,8% (0,04 mole) dans de l'heptane, et 3,0 g (0,01 mole) de titane du catalyseur au titane immobilisé de l'exemple I. On a ensuite mis l'autoclave sous une pression manométrique de 35 kg/cm2, en chauffant et en agitant à 500 t/mn. A 87° C, on a purgé le gaz pour ajuster la pression à 35 kg/cm2, puis on a poursuivi le chauffage. On a noté l'absorption initiale de l'hydrogène à 180°C (39,6 kg/cm2). Quand la température a atteint 200° C, on a cessé le chauffage et on a laissé le réacteur et son contenu se refroidir lentement à 180°C (26,3 kg/cm2), To demonstrate the utility of the catalysts according to the invention, hydrogenation was carried out as follows. 500 ml of deoxygenated xylene, 50.5 ml (0.5 mole) of cyclohexane, 26.5 ml (0.25 mole) of toluene were charged to an 11 stainless steel autoclave under dry nitrogen. , 32 g of 24.8% diisobutyl aluminum hydride (0.04 mole) in heptane, and 3.0 g (0.01 mole) of titanium from the immobilized titanium catalyst of Example I. then put the autoclave under a gauge pressure of 35 kg / cm2, heating and stirring at 500 rpm. At 87 ° C, the gas was purged to adjust the pressure to 35 kg / cm2, then heating was continued. The initial absorption of hydrogen was noted at 180 ° C (39.6 kg / cm2). When the temperature reached 200 ° C, heating was stopped and the reactor and its contents were allowed to cool slowly to 180 ° C (26.3 kg / cm2),
puis à la température ambiante. L'analyse chromatographique gaz/liquide a révélé la transformation presque totale du cyclohexène en cyclohexane. then at room temperature. The gas / liquid chromatographic analysis revealed the almost complete transformation of cyclohexene into cyclohexane.
Exemple XII: Example XII:
On a préparé un polyester à terminaisons hydroxylé, utile pour la préparation des polymères d'uréthanne, en faisant réagir 364 parties de 1,4-butanediol et 1076 parties d'acide dimère 1010 contenant 97% de diacide carboxylique en C36 et 3% de triacide carboxylique en C54. On a chauffé le mélange réactionnel jusqu'à 225° C avec 0,05 partie d'une solution de H3PO2 à 50%, tout en éliminant l'eau. On a appliqué un vide modéré à l'appareil pour faciliter l'élimination de l'eau. Lorsque l'indice d'acide a atteint A hydroxyl-terminated polyester, useful for the preparation of urethane polymers, was prepared by reacting 364 parts of 1,4-butanediol and 1076 parts of 1010 dimer acid containing 97% of C36 dicarboxylic acid and 3% of C54 carboxylic triacid. The reaction mixture was heated to 225 ° C with 0.05 part of a 50% H3PO2 solution, while removing the water. A moderate vacuum was applied to the apparatus to facilitate removal of the water. When the acid number has reached
618 353 618,353
12 12
environ 2, on a ajouté au mélange réactionnel 1 g du catalyseur de l'exemple I, et on a augmenté le vide tout en maintenant la température. On a poursuivi la polymérisation pendant encore 20 mn jusqu'à ce que le recueil du distillât soit terminé. Le polyester résultant avait une excellente transparence et une bonne couleur, il contenait moins de 3 ppm de titane, et il réagissait facilement avec les diisocyanates en donnant des polyuréthannes utiles. about 2, 1 g of the catalyst of Example I was added to the reaction mixture, and the vacuum was increased while maintaining the temperature. Polymerization was continued for a further 20 min until collection of the distillate was complete. The resulting polyester had excellent transparency and good color, it contained less than 3 ppm of titanium, and it reacted easily with diisocyanates to give useful polyurethanes.
Exemple XIII: Example XIII:
On a préparé un ester mixte utile comme lubrifiant industriel dans le travail des métaux, par exemple comme huile de laminage, et qui peut facilement être émulsifié dans l'eau en utilisant le catalyseur au titane immobilisé de l'exemple I. Dans un réacteur, on a chargé 288 g (1,0 équivalent) d'huile de palme raffinée, 60 g (0,3 équivalent) de polyoxyéthylèneglycol ayant un poids moléculaire moyen de 400, et 85,8 g (0,3 équivalent) d'acide dimère Empol 1014 contenant 95% de diacide carboxylique en C36, avec 0,01% en poids (par rapport au poids total des réactifs) du catalyseur au titane immobilisé, et on a chauffé le mélange réactionnel à 220° C pendant 5 h environ tout en éliminant l'eau. Après refroidissement, on a filtré le produit de réaction en utilisant comme adjuvant de filtration 0,5% de terre de diatomées. Le produit final avait un indice d'acide inférieur à 20, il pouvait être facilement émulsifié dans l'eau du robinet froide avec agitation modérée, et l'émulsion aqueuse résultante avait également une bonne stabilité. Le triglycéride modifié avait une bonne stabilité thermique et de bonne propriétés de lubrification, et contenait moins de 1 ppm de titane. A mixed ester has been prepared which is useful as an industrial lubricant in metalworking, for example as a rolling oil, and which can easily be emulsified in water using the immobilized titanium catalyst of Example I. In a reactor, 288 g (1.0 equivalent) of refined palm oil were loaded, 60 g (0.3 equivalent) of polyoxyethylene glycol having an average molecular weight of 400, and 85.8 g (0.3 equivalent) of acid Empol 1014 dimer containing 95% of C36 dicarboxylic acid, with 0.01% by weight (relative to the total weight of the reactants) of the immobilized titanium catalyst, and the reaction mixture was heated at 220 ° C for approximately 5 h removing water. After cooling, the reaction product was filtered using 0.5% diatomaceous earth as a filter aid. The final product had an acid number less than 20, it could be easily emulsified in cold tap water with moderate stirring, and the resulting aqueous emulsion also had good stability. The modified triglyceride had good thermal stability and good lubricating properties, and contained less than 1 ppm of titanium.
Exemple XIV: Example XIV:
On a procédé à l'expérience suivante afin de disposer de données comparatives et de mieux mettre en évidence les avantages des catalyseurs selon l'invention. On a préparé, à partir d'éthylène-glycol et de titanate de tétrabutyle, un catalyseur à base d'ester d'acide orthotitanique polymère similaire aux catalyseurs hétérogènes décrits dans le brevet allemand N° 1142868. Pour préparer ce catalyseur, on a fait réagir 62 g d'éthylène-glycol pour polymère (séché avant emploi) et 83,6 g de titanate de tétrabutyle, par chauffage à 130-150° C environ. En peu de temps, il s'est formé une suspension blanche et on a recueilli 30 ml de butanol. Après refroidissement, on a filtré le mélange réactionnel et on a lavé le catalyseur avec du xylène chaud et on The following experiment was carried out in order to have comparative data and to better demonstrate the advantages of the catalysts according to the invention. A catalyst based on polymeric orthotitanic acid ester similar to the heterogeneous catalysts described in German patent No. 1142868 was prepared from ethylene glycol and tetrabutyl titanate. To prepare this catalyst, react 62 g of ethylene glycol for polymer (dried before use) and 83.6 g of tetrabutyl titanate, by heating to approximately 130-150 ° C. In a short time, a white suspension formed and 30 ml of butanol were collected. After cooling, the reaction mixture was filtered and the catalyst was washed with hot xylene and
Composition de la charge en parties (composé de titane/ support/huile) Filler composition in parts (titanium compound / support / oil)
TPT/support TPT / support
Température maximale de réaction (°C) Maximum reaction temperature (° C)
Durée de réaction (heures) Reaction time (hours)
Pourcentage d'augmentation de poids du support 32 Support weight increase percentage 32
Pourcentage en poids du titane lié au support 7,9 Percentage by weight of titanium bound to the support 7.9
En vue de la comparaison avec le catalyseur au titane préparé ci-dessus, on a préparé un catalyseur hétérogène (désigné par XVd) à partir de titanate de tétra-isopropyle et de la même argile de montmorillonite naturellement acide, conformément aux enseignements du brevet des E.U.A. N° 3817931. On a mené la réaction dans des conditions anhydres. On a chargé dans un réacteur l'argile (9,69 g) calcinée sous azote pendant 2 h à 350° C pour éliminer l'eau, avec 70,18 g de titanate de tétra-isopropyle et 160 g de toluène anhydre. On a chauffé le mélange réactionnel avec agitation à 25° C environ pendant 19 h environ, puis on l'a filtré. On a obtenu 10,2 g de catalyseur, après lavage l'a séché dans une étuve à vide à 110°C. Le catalyseur polymère hétérogène contenait 35,5% en poids de titane. For comparison with the titanium catalyst prepared above, a heterogeneous catalyst (designated by XVd) was prepared from tetra-isopropyl titanate and the same naturally acidic montmorillonite clay, in accordance with the teachings of the patent of USA No. 3817931. The reaction was carried out under anhydrous conditions. The clay (9.69 g) calcined under nitrogen was charged to a reactor for 2 h at 350 ° C. to remove the water, with 70.18 g of tetra-isopropyl titanate and 160 g of anhydrous toluene. The reaction mixture was heated with stirring at about 25 ° C for about 19 h, then filtered. 10.2 g of catalyst were obtained, after washing it was dried in a vacuum oven at 110 ° C. The heterogeneous polymer catalyst contained 35.5% by weight of titanium.
Pour évaluer le catalyseur, on a préparé un ester mixte obtenu par estérification d'acide azélaïque, d'anhydride phtalique 5 et d'un mélange de monoacide et de diacide carboxyliques aliphatiques saturés (75:25) avec un excès de propylèneglycol (0,625:0,222:0,150:1,25 en équivalents des réactifs respectifs), en chauffant les réactifs jusqu'à 230° C pendant 9 h environ en l'absence de catalyseur, tout en éliminant l'eau. L'ester mixte 10 résultant avait un indice d'acide de 5,4 et une viscosité cinématique de 430 cSt à 38° C. La couleur, en pourcentage de transmission (%T) déterminée à 440 et 550 mu par analyse spectrophoto-métrique, était 35/82. To evaluate the catalyst, a mixed ester obtained by esterification of azelaic acid, phthalic anhydride and a mixture of saturated aliphatic monoacid and dicarboxylic acid (75:25) with an excess of propylene glycol (0.625) was prepared. 0.222: 0.150: 1.25 equivalents of the respective reagents), heating the reagents to 230 ° C for about 9 h in the absence of catalyst, while removing the water. The resulting mixed ester 10 had an acid number of 5.4 and a kinematic viscosity of 430 cSt at 38 ° C. The color, as a percentage of transmission (% T) determined at 440 and 550 mu by spectrophoto-metric analysis , was 35/82.
A 1000 g de cet ester mixte on a ajouté 0,031% en poids du 15 catalyseur hétérogène préparé ci-dessus (110 ppm de titane). On a ensuite chauffé le mélange réactionnel à 225° C sous un vide poussé (1 à 2 mm de mercure) pendant 2 h, tout en enlevant le glycol du mélange réactionnel. Au bout de 2 h, l'indice d'acide était descendu à 0,4 avec une augmentation correspondante de viscosité. 20 La couleur du produit a foncé, si bien que le pourcentage de transmission était égal à 4/48, ce qui n'est pas du tout satisfaisant. Outre la couleur médiocre, le polyester produit (après filtration pour éliminer le catalyseur hétérogène) contenait 86 ppm de titane. To 1000 g of this mixed ester was added 0.031% by weight of the heterogeneous catalyst prepared above (110 ppm of titanium). The reaction mixture was then heated to 225 ° C under a high vacuum (1 to 2 mm of mercury) for 2 h, while removing the glycol from the reaction mixture. After 2 h, the acid number had dropped to 0.4 with a corresponding increase in viscosity. The color of the product darkened, so that the percentage of transmission was 4/48, which is not at all satisfactory. In addition to the poor color, the polyester produced (after filtration to remove the heterogeneous catalyst) contained 86 ppm of titanium.
25 On a répété l'opération précédente en utilisant 1000 g de l'ester mixte et en chauffant pendant 2 h à 225° C et sous 1 à 2 mm de mercure. Toutefois, on a utilisé dans cette réaction 0,057% en poids d'un catalyseur au titane immobilisé (186 ppm de titane) similaire à celui de l'exemple Vg. Le polyester résultant 30 avait une viscosité plus grande, un indice d'acide de 0,5 et une couleur nettement améliorée (%T = 19/75). Alors même qu'une teneur beaucoup plus élevée de titane était présente dans le mélange réactionnel, le polyester finalement produit ne contenait que 2,4 ppm de titane après filtration pour éliminer le catalyseur 35 immobilisé. The above operation was repeated using 1000 g of the mixed ester and heating for 2 h at 225 ° C and 1 to 2 mm of mercury. However, 0.057% by weight of an immobilized titanium catalyst (186 ppm titanium) similar to that of Example Vg was used in this reaction. The resulting polyester had a higher viscosity, an acid number of 0.5 and a markedly improved color (% T = 19/75). Even though a much higher content of titanium was present in the reaction mixture, the polyester finally produced contained only 2.4 ppm of titanium after filtration to remove the immobilized catalyst.
Exemple XV: Example XV:
Pour mieux démontrer la supériorité des catalyseurs immobilisés selon la présente invention, on a préparé les catalyseurs 40 suivants en utilisant du titanate de tétra-isopropyle, la montmorillonite naturellement acide comme support, et de l'huile minérale à 70 SUS, conformément au mode opératoire habituel. Les détails des réactions et les analyses des produits sont les suivants: To better demonstrate the superiority of the immobilized catalysts according to the present invention, the following catalysts were prepared using tetra-isopropyl titanate, naturally acidic montmorillonite as support, and mineral oil at 70 SUS, according to the procedure. usual. The details of the reactions and product analyzes are as follows:
57 205 57,205
20,3 37,8 20.3 37.8
et séchage à l'air. Ce catalyseur ne contenait que 2,9% en poids de titane lié, alors même que le rapport TPT/support est identique à 60 celui utilisé pour la préparation du catalyseur immobilisé désigné par XVc. and air drying. This catalyst contained only 2.9% by weight of bound titanium, even though the TPT / support ratio is identical to 60 that used for the preparation of the immobilized catalyst designated by XVc.
Afin d'évaluer les catalyseurs ci-dessus, on a préparé un ester mixte. On a obtenu cet ester mixte en faisant réagir de l'acide adipique, du 1,3-butylèneglycol et du 2-éthylhexanol (rapport 65 des équivalents = 1,0:1,125:0,125) à une température de 225°C, tout en éliminant l'eau. Pour faciliter l'élimination de l'eau, on a appliqué un vide au cours des derniers stades de la réaction. Lorsque l'indice d'acide a atteint 25 environ, on a mis fin à la In order to evaluate the above catalysts, a mixed ester was prepared. This mixed ester was obtained by reacting adipic acid, 1,3-butylene glycol and 2-ethylhexanol (65 equivalents ratio = 1.0: 1.125: 0.125) at a temperature of 225 ° C, while removing water. To facilitate removal of the water, a vacuum was applied during the latter stages of the reaction. When the acid number has reached approximately 25, the
XVa XVb XVc XVa XVb XVc
20,3/40,4/150 45,6/30,5/160 67,5/10/138,5 20.3 / 40.4 / 150 45.6 / 30.5 / 160 67.5 / 10 / 138.5
0,50 1,5 6,75 0.50 1.5 6.75
185 200 210 185 200 210
11 1 11 1
13 13
618 353 618,353
réaction. L'ester résultant avait un indice d'acide de 25,4, une viscosité de 197 cSt à 38° C, et un pourcentage de transmission de 98/100. On a utilisé 1000 g de ce produit dans chacune des évaluations ultérieures de catalyseur, que l'on a conduites de la façon suivante: reaction. The resulting ester had an acid number of 25.4, a viscosity of 197 cSt at 38 ° C, and a percent transmission of 98/100. 1000 g of this product were used in each of the subsequent catalyst assessments, which were carried out as follows:
On a chauffé à 225° C sous atmosphère d'azote 1000 g de l'ester produit, auxquels on avait ajouté 0,01% en poids de catalyseur. On a ensuite appliqué à l'appareil un vide de 123 mm de mercure, 1000 g of the ester produced were heated to 225 ° C. under a nitrogen atmosphere, to which 0.01% by weight of catalyst had been added. Then a vacuum of 123 mm of mercury was applied to the apparatus,
Polyester préparé à l'aide du catalyseur Indice d'acide Viscosité à 38° C (cSt) Couleur (% T à 440/550 m(i) Polyester prepared using the catalyst Acid index Viscosity at 38 ° C (cSt) Color (% T at 440/550 m (i)
Il est évident, d'après les viscosités cinématiques plus grandes obtenues avec les produits XVa, XVb et XVc, que la présente invention permet d'obtenir des catalyseurs plus efficaces et plus actifs. It is obvious, from the higher kinematic viscosities obtained with the products XVa, XVb and XVc, that the present invention makes it possible to obtain more efficient and more active catalysts.
On a analysé le catalyseur par spectroscopie électronique Auger en pressant le catalyseur en poudre sur un treillis en acier inoxydable monté de façon à faire un angle de 30° The catalyst was analyzed by Auger electronic spectroscopy by pressing the powdered catalyst on a stainless steel mesh mounted so as to make an angle of 30 °.
environ avec le faisceau d'électrons. On a utilisé des spectres dérivés des spectres normalisés Auger en utilisant une énergie de faisceau supérieure à 6500 eV, et une intensité de faisceau de approximately with the electron beam. Spectra derived from normalized Auger spectra were used using a beam energy greater than 6500 eV, and a beam intensity of
1 à 4 mA pour analyser l'électron Auger L3M2,3M2,3 pour le titane (387 eV) et l'électron Auger KL2L2 pour le silicium (1619 eV). On a balayé au moins dix fois chaque pic correspondant au titane et au silicium, on a déterminé la valeur moyenne de la distance de pic à pic et on a calculé le rapport entre les hauteurs de pic. Le rapport entre les hauteurs de pic du titane et du silicium obtenu pour le catalyseur XVd était égal à 0,13, tandis que ce rapport était égal à 1,3 et 10,5 pour les catalyseurs XVa et XVb respectivement. Avec le catalyseur XVc, le silicium qui pouvait éventuellement être présent à la surface, c'est-à-dire dans les quelques premières couches monomoléculaires du support, était en deçà des limites de détection de l'instrument. Les résultats obtenus ne sont certes pas quantitatifs, mais ils prouvent néanmoins de manière qualitative qu'une plus grande quantité de titane est disponible à la surface des catalyseurs immobilisés selon l'invention. Ces résultats indiquent également qu'il est possible de revêtir de façon pratiquement complète un support d'argile acide en suivant le procédé selon l'invention. 1 to 4 mA to analyze the Auger L3M2.3M2.3 electron for titanium (387 eV) and the Auger KL2L2 electron for silicon (1619 eV). Each peak corresponding to titanium and silicon was scanned at least ten times, the mean value of the distance from peak to peak was determined and the ratio between the peak heights was calculated. The ratio between the peak heights of titanium and of the silicon obtained for the catalyst XVd was equal to 0.13, while this ratio was equal to 1.3 and 10.5 for the catalysts XVa and XVb respectively. With the XVc catalyst, the silicon which could possibly be present on the surface, that is to say in the first few monomolecular layers of the support, was below the detection limits of the instrument. The results obtained are certainly not quantitative, but they nevertheless prove qualitatively that a greater quantity of titanium is available on the surface of the immobilized catalysts according to the invention. These results also indicate that it is possible to almost completely coat an acid clay support by following the process according to the invention.
Pour démontrer la plus grande stabilité à l'hydrolyse des catalyseurs immobilisés selon l'invention, on a traité à l'isopropanol aqueux les catalyseurs XVc et XVd. On a combiné 54 g de chaque catalyseur avec 76 g d'alcool isopropylique à 91% et 135 g d'eau, et on a chauffé le mélange à reflux à 84°C pendant To demonstrate the greatest hydrolysis stability of the immobilized catalysts according to the invention, the catalysts XVc and XVd were treated with aqueous isopropanol. 54 g of each catalyst were combined with 76 g of 91% isopropyl alcohol and 135 g of water, and the mixture was heated to reflux at 84 ° C for
2 h. On a ensuite filtré le mélange et on a lavé le catalyseur avec de l'isopropanol, les catalyseurs résultants étant identifiés respectivement XVch et XVdh. Après le traitement ci-dessus, 2 hrs. The mixture was then filtered and the catalyst was washed with isopropanol, the resulting catalysts being identified respectively XVch and XVdh. After the above treatment,
le catalyseur XVch contenait 38,2% en poids de titane lié et le catalyseur XVdh contenait 2,8% en poids de titane lié. On a évalué l'activité de ces deux catalyseurs (0,01 % en poids) the XVch catalyst contained 38.2% by weight of bound titanium and the XVdh catalyst contained 2.8% by weight of bound titanium. The activity of these two catalysts was evaluated (0.01% by weight)
avec l'ester mixte préparé ci-dessus conformément au mode opératoire déjà décrit. On a obtenu les résultats suivants: with the mixed ester prepared above in accordance with the procedure already described. The following results were obtained:
tout en maintenant la température à 225° C. Après avoir récupéré 9,5 mm d'eau, on a abaissé le vide à 0,8 mm de mercure et on a poursuivi la réaction pendant exactement 30 mn. On a alors fait cesser le chauffage et on a cassé le vide avec de l'azote. On a ajouté 1,5% en poids de terre de diatomées comme adjuvant de filtration, après que le mélange réactionnel se fut refroidi à 195° C, et on a filtré le mélange. On a alors mesuré l'indice d'acide, la viscosité cinématique et la couleur de chaque polyester produit. Les résultats sont les suivants: while maintaining the temperature at 225 ° C. After recovering 9.5 mm of water, the vacuum was lowered to 0.8 mm of mercury and the reaction was continued for exactly 30 min. Heating was then stopped and the vacuum was broken with nitrogen. 1.5% by weight of diatomaceous earth was added as a filter aid after the reaction mixture had cooled to 195 ° C, and the mixture was filtered. The acid number, the kinematic viscosity and the color of each polyester produced were then measured. The results are as follows:
XVa XVa
XVb XVb
XVc XVc
XVd XVd
1,1 1.1
0,8 0.8
0,6 0.6
1,4 1.4
994 994
1440 1440
1740 1740
876 876
95/97 95/97
93/97 93/97
92/96 92/96
93/98 93/98
Polyester préparé à l'aide du catalyseur Indice d'acide Viscosité à 100° C (cSt) Polyester prepared using the catalyst Viscosity acid index at 100 ° C (cSt)
XVch XVch
0,8 0.8
1540 1540
XVdh XVdh
1,3 1.3
822 822
Il est facile de voir que le catalyseur XVch conserve la plus grande partie de son activité après ce traitement à l'eau, et que le catalyseur XVdh avait approximativement la même activité que le support d'argile naturellement acide non traité qui, lors de son évaluation (en utilisant le même mode opératoire), a donné It is easy to see that the XVch catalyst retains most of its activity after this treatment with water, and that the XVdh catalyst had approximately the same activity as the untreated naturally acid clay support which, when evaluation (using the same procedure), gave
un polyester ayant un indice d'acide égal à 1,7 et une viscosité de 802 cSt à 38° C. a polyester having an acid number equal to 1.7 and a viscosity of 802 cSt at 38 ° C.
20 Exemple XVI: 20 Example XVI:
Dans un autoclave de 11, on a chargé 20 g de l'argile de montmorillonite naturellement acide de l'exemple 1,361 g d'huile minérale à 70 SUS, et 137 g de titanate de tétra-isopropyle. On a agité le mélange réactionnel à 400 t/mn et on a commencé 25 à chauffer. On a maintenu la température à 200° C pendant 414 h, temps pendant lequel la pression est montée à 9,8 kg/cm2 et s'est finalement stabilisée à 31,5 kg/cm2. On a refroidi à la température ambiante (2,1 kg/cm2) le réacteur et son contenu, et on l'a laissé se décharger lentement dans deux pièges à glace 30 sèche contigus. On a récupéré 18,25 g de propène. Le catalyseur, après lavage et séchage, pesait 54,9 g et contenait 40,7% en poids de titane. 20 g of the naturally acidic montmorillonite clay of Example 1.361 g of mineral oil at 70 SUS and 137 g of tetra-isopropyl titanate were charged into an 11-liter autoclave. The reaction mixture was stirred at 400 rpm and heating was started. The temperature was maintained at 200 ° C for 414 h, during which time the pressure rose to 9.8 kg / cm2 and finally stabilized at 31.5 kg / cm2. The reactor and its contents were cooled to room temperature (2.1 kg / cm2), and allowed to slowly discharge into two contiguous dry ice traps. 18.25 g of propene were recovered. The catalyst, after washing and drying, weighed 54.9 g and contained 40.7% by weight of titanium.
Exemple XVII: Example XVII:
35 On a également utilisé le catalyseur au titane immobilisé sur un support de l'exemple I comme promoteur de la réaction d'échange (alcoolyse) entre les esters éthyliques des diacides carboxyliques à chaîne courte et un alcool oxo. En vue de cette réaction, on a chargé dans un réacteur d'estérification 2585 g "»o d'alcool tridécylique et 915 g d'esters diméthyliques de diacides carboxyliques mixtes (surtout glutarique et succinique), en compagnie de 3,5 g de charbon actif, 0,70 g de H3P02 à 50% et 0,35 g du catalyseur au titane sur support et immobilisé. On a agité en chauffant le mélange réactionnel. Le recueil du 45 méthanol a commencé à 180°C environ et, à 225° C, quand la vitesse de recueil était presque négligeable, on a appliqué un vide à l'appareil. On a alors fait distiller l'excès d'alcool tridécylique du mélange réactionnel en portant le vide à 3 torrs. L'ester final produit avait, après filtration, un indice d'acide de 0,1, un indice so d'hydroxyle de 1,2, et contenait 94% du diester de l'alcool tridécylique. Cet ester ne contenait que 0,6 ppm de titane résiduel, et avait une couleur excellente (96/98), déterminée par le pourcentage de transmission (%T) à 440 et 550 mu, par analyse spectrophotométrique. The titanium catalyst immobilized on a support of Example I was also used as promoter of the exchange reaction (alcoholysis) between the ethyl esters of the short chain dicarboxylic acids and an oxo alcohol. For this reaction, 2585 g "" o of tridecyl alcohol and 915 g of dimethyl esters of mixed dicarboxylic acids (especially glutaric and succinic) were charged into an esterification reactor, together with 3.5 g of activated carbon, 0.70 g of H3PO2 at 50% and 0.35 g of the titanium catalyst on a support and immobilized. The mixture was stirred with heating. The collection of methanol started at about 180 ° C. and at 225 ° C, when the collection speed was almost negligible, a vacuum was applied to the apparatus and the excess tridecyl alcohol was then distilled from the reaction mixture, bringing the vacuum to 3 torr. product had, after filtration, an acid number of 0.1, a hydroxyl number so of 1.2, and contained 94% of the diester of tridecyl alcohol. This ester contained only 0.6 ppm of titanium residual, and had an excellent color (96/98), determined by the percentage of transmission (% T) at 440 and 550 mu, by spectrophotometric analysis .
55 55
Exemple XVIII: Example XVIII:
On a fait réagir du triéthylèneglycol (413 g; 5,5 équivalents) et de l'acide heptanoïque (787 g; 6,05 équivalents) en chauffant le mélange jusqu'à 225°C en présence de 0,12 g du catalyseur 60 de l'exemple I, tout en éliminant l'eau formée comme sous-produit. On a réduit la pression dans les derniers temps de la réaction pour faciliter l'élimination de l'eau.. Après que la quasi-totalité de l'eau eut été éliminée (6 h), on a refroidi le mélange réactionnel à 100° C et on a appliqué un vide poussé (2 à 5 torrs) 65 tout en chauffant de nouveau à 200° C en 50 mn. Le diester avait un indice d'acide de 0,1 un indice d'hydroxyle de 11,8, une viscosité de 82 cSt à 38° C, et contenait moins de 0,5 ppm de titane résiduel, avec une couleur (%T) de 100/100. Triethylene glycol (413 g; 5.5 equivalents) and heptanoic acid (787 g; 6.05 equivalents) were reacted by heating the mixture to 225 ° C in the presence of 0.12 g of catalyst 60 of Example I, while eliminating the water formed as a by-product. The pressure was reduced in the last stages of the reaction to facilitate the removal of the water. After almost all of the water had been removed (6 h), the reaction mixture was cooled to 100 ° C and a high vacuum (2 to 5 torr) 65 was applied while heating again to 200 ° C in 50 min. The diester had an acid number of 0.1, a hydroxyl number of 11.8, a viscosity of 82 cSt at 38 ° C, and contained less than 0.5 ppm of residual titanium, with a color (% T ) of 100/100.
618 353 618,353
14 14
On a procédé à des estérifications similaires en utilisant le catalyseur de l'exemple I. Quand on a fait réagir du 2-éthyl-hexanol et de l'anhydride phtalique, le diester produit contenait moins de 1 ppm de titane et avait une couleur excellente. Le produit de l'estérification du 1,3-butylèneglycol et de l'acide pélargonique contenait également moins de 1 ppm de titane. Similar esterifications were carried out using the catalyst of Example I. When 2-ethylhexanol and phthalic anhydride were reacted, the diester produced contained less than 1 ppm of titanium and had an excellent color . The esterification product of 1,3-butylene glycol and pelargonic acid also contained less than 1 ppm of titanium.
Exemple XIX: Example XIX:
On a préparé un polyester en chauffant à 225° C 595 g d'acide adipique, 449 g de propylèneglycol, 39 g d'acide pélargonique et 217 g d'un mélange (75:25) d'acides monocarboxylique et dicarboxylique, avec 0,13 g de H3PO2, tout en éliminant l'eau. Après que l'indice d'acide eut diminué à environ 20, on a ajouté au mélange réactionnel 0,13 g du catalyseur de l'exemple I. On a appliqué un léger vide pour faciliter l'élimination de l'eau qui était nécessaire pour compléter l'estérification. Après que la quantité théorique d'eau eut été recueillie, on a appliqué un vide poussé (3 torrs) pour provoquer l'interestérification et la trans-estérification par élimination des produits volatils. Après filtration, le polyester finalement produit avait une viscosité de 1017 cSt à 38° C, et contenait 0,7 ppm de titane résiduel. A polyester was prepared by heating to 225 ° C 595 g of adipic acid, 449 g of propylene glycol, 39 g of pelargonic acid and 217 g of a mixture (75:25) of monocarboxylic and dicarboxylic acids, with 0 , 13 g of H3PO2, while removing the water. After the acid number had dropped to about 20, 0.13 g of the catalyst of Example I was added to the reaction mixture. A slight vacuum was applied to facilitate removal of the water which was required to complete the esterification. After the theoretical amount of water had been collected, a high vacuum (3 torr) was applied to cause the interesterification and transesterification by removal of the volatiles. After filtration, the polyester finally produced had a viscosity of 1017 cSt at 38 ° C, and contained 0.7 ppm of residual titanium.
Exemple XX: Example XX:
On a chargé et fait réagir conformément au mode opératoire de l'exemple V 802 g d'acide adipique, 813 g d'anhydride phtalique, 695 g de propylèneglycol et 1190 g de 2-éthylhexanol. Le polyester filtré final obtenu comme produit (teneur en titane résiduel 0,7 ppm) avec un indice d'acide de 0,3 et une viscosité cinématique de 531 cSt à 38° C. Was charged and reacted according to the procedure of Example V 802 g of adipic acid, 813 g of phthalic anhydride, 695 g of propylene glycol and 1190 g of 2-ethylhexanol. The final filtered polyester obtained as product (residual titanium content 0.7 ppm) with an acid number of 0.3 and a kinematic viscosity of 531 cSt at 38 ° C.
Exemple XXI: Example XXI:
Pour démontrer la possibilité de recyclage en vue d'une nouvelle utilisation des catalyseurs immobilisés sur un support selon la présente invention, on a préparé un catalyseur immobilisé en utilisant des sphères préformées (4 à 5 mm) d'une argile de montmorillonite acide. On a combiné 10,7 g des sphères d'argile et 11,1 g de titanate de tétra-isopropyle dans 200 g d'huile minérale, et on a chauffé le mélange à 200° C en 3 h tout en recueillant l'isopropanol et le propène formé comme sous-produits. Le support séché pesait 15,3 g et contenait environ 10% en poids de titane. To demonstrate the possibility of recycling for a new use of the catalysts immobilized on a support according to the present invention, an immobilized catalyst was prepared using preformed spheres (4 to 5 mm) of an acidic montmorillonite clay. 10.7 g of the clay spheres and 11.1 g of tetra-isopropyl titanate in 200 g of mineral oil were combined, and the mixture was heated to 200 ° C in 3 h while collecting isopropanol and propene formed as a by-product. The dried support weighed 15.3 g and contained about 10% by weight of titanium.
On a combiné le catalyseur ci-dessus (10 g) et 1000 g du demi-produit de base de l'exemple XIV, et on a chauffé le mélange à 225° C sous une forte pression pendant 2 h exactement de façon à provoquer la polyestérification. On a refroidi le produit à 190° C, on a filtré, et on a récupéré les sphères de catalyseur, que l'on a réutilisées avec encore 1000 g du demi-produit de base, dans des conditions de réaction identiques. Les résultats obtenus pour les polyesters produits dans les deux expériences étaient les suivants: The above catalyst (10 g) and 1000 g of the base semi-finished product of Example XIV were combined, and the mixture was heated to 225 ° C. under high pressure for exactly 2 h so as to cause the polyesterification. The product was cooled to 190 ° C, filtered, and the catalyst spheres were recovered, which were reused with another 1000 g of the base semi-finished product, under identical reaction conditions. The results obtained for the polyesters produced in the two experiments were as follows:
Polyester de la lre expérience 2e expérience 1st experience polyester 2nd experience
Indice d'acide 0,4 0,2 Acid number 0.4 0.2
Indice d'hydroxyle 16,8 16,9 Viscosité cinématique à 38° C Hydroxyl number 16.8 16.9 Kinematic viscosity at 38 ° C
(cSt) 1351 1407 (cSt) 1351 1407
Exemple XXII: Example XXII:
Pour mieux montrer le caractère universel du présent procédé on a préparé de la manière habituelle une série de catalyseurs immobilisés sur un support dont on a fait varier le rapport titanate de tétra-isopropyle sur support. L'hydrocarbure utilisé était une huile minérale et le support était de l'argile de montmorillonite. Les catalyseurs étaient les suivants: To better demonstrate the universal nature of the present process, a series of catalysts immobilized on a support has been prepared in the usual manner, the ratio of tetra-isopropyl titanate on the support being varied. The hydrocarbon used was a mineral oil and the support was montmorillonite clay. The catalysts were:
Catalyseur TPT/argile % de titane lié TPT catalyst / clay% of titanium bound
XXIIa 0,25 5,2 XXIIa 0.25 5.2
Catalyseur TPT/argile % de titane lié TPT catalyst / clay% of titanium bound
XXIIb XXIIb
0,50 0.50
7,9 7.9
XXIIc XXIIc
1,0 1.0
13,4 13.4
XXIId XXIId
1,5 1.5
20,3 20.3
On a utilisé ces catalyseurs pour provoquer la transestérification du demi-produit de base de l'exemple XIV, en suivant le même mode opératoire. Les polyesters résultants avaient une viscosité respective, à 38° C, de 1030,994,1330 et 1440 cSt. These catalysts were used to cause the transesterification of the base semi-finished product of Example XIV, following the same procedure. The resulting polyesters had a respective viscosity, at 38 ° C, of 1030.994.1330 and 1440 cSt.
Exemple XXIII: Example XXIII:
On a fait réagir 90 parties de boulettes d'alumine/silice (3,2 mm) avec 45 parties de titanate de tétra-isopropyle dans de l'huile blanche (70 SUS) à 200° C pendant 1V2 h. Les boulettes de catalyseur lavées et séchées (50 parties) formaient un lit de catalyseur fixe dans un réacteur destiné à fonctionner en continu. Dans ce réacteur maintenu à 225° C et sous 1,0 mm de mercure, on a ajouté en continu un ester mixte obtenu en faisant réagir de l'acide adipique, du 1,3-butylèneglycol et du 2-éthylhexanol, comme décrit dans l'exemple XIV, mais ramené à un indice d'acide de 2,2 (viscosité de 270 cSt à 38° C), à une cadence variant entre 2 et 5 ml/mn, tout en prélevant le polyester à une cadence comparable. Au bout de 2 h, la viscosité à 38° C du produit prélevé atteignait 1300 cSt. On a alors poursuivi la réaction pendant encore 1 h et la viscosité du polyester produit et recueilli n'est jamais descendue au-dessous de 1300 cSt. On a obtenu environ 250 g/h de polyester. 90 parts of alumina / silica pellets (3.2 mm) were reacted with 45 parts of tetra-isopropyl titanate in white oil (70 SUS) at 200 ° C for 1V2 h. The washed and dried catalyst pellets (50 parts) formed a fixed catalyst bed in a reactor for continuous operation. In this reactor maintained at 225 ° C. and under 1.0 mm of mercury, a mixed ester obtained by reacting adipic acid, 1,3-butylene glycol and 2-ethylhexanol was added continuously, as described in Example XIV, but reduced to an acid number of 2.2 (viscosity of 270 cSt at 38 ° C), at a rate varying between 2 and 5 ml / min, while removing the polyester at a comparable rate. After 2 h, the viscosity at 38 ° C of the product collected reached 1300 cSt. The reaction was then continued for a further 1 hour and the viscosity of the polyester produced and collected never fell below 1300 cSt. About 250 g / h of polyester were obtained.
Exemple XXIV: Example XXIV:
On a préparé un catalyseur au vanadium immobilisé sur un support en faisant réagir 10 g d'une argile de montmorillonite naturellement acide et 15 g de vanadate de tributyle dans 160 g d'huile minérale, en chauffant le mélange réactionnel avec agitation, de la température ambiante à 250° C en 1 % h. Le distillât a commencé à couler à 200° C environ et on a prélevé au total '6,2 ml de butanol. On a également recueilli du butène dans le piège à glace sèche. Après refroidissement et filtration, on a lavé le produit avec de l'isopropanol jusqu'à ce que le filtrat n'ait plus qu'une coloration jaune très pâle. Le poids final du produit après séchage à l'air était de 14,8 g. Le catalyseur contenait 16,1% en poids de vanadium. Tout à fait de la même manière, on a préparé un catalyseur au zirconium immobilisé. Le support utilisé pour cette réaction était un mélange synthétique de silice et d'alumine (13% en AI2O3). On a chargé le support d'alumine et de silice (10,8 g) dans un réacteur, en compagnie de 120 g d'huile minérale à 70 SUS et de 10,1 g de zirconate de tétrabutyle. On a alors chauffé progressivement le mélange à 220° C environ, en 3 h environ, tout en prélevant le butanol et en laissant s'échapper les gaz. Après filtration, lavage et séchage à l'air, on a obtenu 13,25 g d'un catalyseur sur support (7,3% en poids de zirconium). Ces produits se sont montrés être des catalyseurs d'estérification efficaces. A vanadium catalyst immobilized on a support was prepared by reacting 10 g of a naturally acidic montmorillonite clay and 15 g of tributyl vanadate in 160 g of mineral oil, by heating the reaction mixture with stirring, from temperature ambient at 250 ° C in 1% h. The distillate started to flow at about 200 ° C and a total of 6.2 ml of butanol was removed. Butene was also collected in the dry ice trap. After cooling and filtration, the product was washed with isopropanol until the filtrate had only a very pale yellow color. The final weight of the product after air drying was 14.8 g. The catalyst contained 16.1% by weight of vanadium. In exactly the same way, an immobilized zirconium catalyst was prepared. The support used for this reaction was a synthetic mixture of silica and alumina (13% Al2O3). The alumina and silica support (10.8 g) was loaded into a reactor, along with 120 g of mineral oil at 70 SUS and 10.1 g of tetrabutyl zirconate. The mixture was then gradually heated to approximately 220 ° C over approximately 3 hours, while removing the butanol and letting the gases escape. After filtration, washing and air drying, 13.25 g of a supported catalyst were obtained (7.3% by weight of zirconium). These products have been shown to be effective esterification catalysts.
Exemple XXV: Example XXV:
On a préparé de l'oléate de méthyle de la façon suivante. Methyl oleate was prepared as follows.
Dans un réacteur, on a chargé 500 g d'acide oléique, 58 g de méthanol et 5% en poids (par rapport à l'acide oléique) du catalyseur de l'exemple I. On a commencé à chauffer à 140°C et un mélange d'eau et de méthanol a commencé à distiller à 80° C environ. On a commencé à ajouter du méthanol sous la surface du mélange (29 g/h), tout en chauffant à 170°C. On a mis fin à la réaction lorsque l'indice d'acide du mélange réactionnel a atteint environ 1. L'oléate de méthyle, après filtration avec une terre de diatomées servant d'adjuvant de filtration, avait un indice d'acide de 0,9 et contenait moins de 1 ppm de titane. 500 g of oleic acid, 58 g of methanol and 5% by weight (relative to the oleic acid) of the catalyst of Example I were charged into a reactor. Heating was started at 140 ° C. and a mixture of water and methanol started to distill at around 80 ° C. We started to add methanol below the surface of the mixture (29 g / h), while heating to 170 ° C. The reaction was terminated when the acid number of the reaction mixture reached about 1. The methyl oleate, after filtration with diatomaceous earth as a filter aid, had an acid number of 0 , 9 and contained less than 1 ppm titanium.
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
15 15
618 353 618,353
Exemple XXVI: Example XXVI:
On a préparé des polyesters en utilisant 1000 g du demi-produit à base d'ester de l'exemple XIV (%T=98/100) avec: a) 0,58 g du catalyseur de l'exemple I, et b) 1,30 g de titanate de tétra-isopropyle. Les mélanges réactionnels contenaient 5 Polyesters were prepared using 1000 g of the ester-based semi-finished product of Example XIV (% T = 98/100) with: a) 0.58 g of the catalyst of Example I, and b) 1.30 g of tetra-isopropyl titanate. The reaction mixtures contained 5
tous deux 219 ppm de titane. On a appliqué un vide de 160 mm de mercure à chaque appareil, tout en chauffant à 225° C jusqu'à récupération de 9,5 ml d'eau, et on a alors réduit la pression à 19,6 mm de mercure et on a poursuivi les réactions pendant 2 h, avant d'y mettre fin. On a récupéré dans les deux réactions à peu io près la même quantité de distillât. Après filtration avec 1,5% both 219 ppm titanium. A vacuum of 160 mm of mercury was applied to each apparatus, while heating at 225 ° C until 9.5 ml of water was recovered, and the pressure was then reduced to 19.6 mm of mercury and continued the reactions for 2 h, before ending them. About the same amount of distillate was recovered in the two reactions. After filtration with 1.5%
en poids de terre de diatomées comme adjuvant de filtration, le polyester (indice d'acide = 0,5) obtenu en utilisant le catalyseur immobilisé avait une couleur de 95/100, tandis que le polyester (indice d'acide = 0,4) obtenu en utilisant comme catalyseur le titanate de tétra-isopropyle homogène avait une couleur de 60/95. Il est évident que l'on obtient une nette amélioration de couleur avec le procédé selon l'invention en utilisant les catalyseurs à base de métal de transition immobilisé. D'autre part, avec le polyester préparé par le procédé b), la concentration du titane résiduel était environ dix fois plus grande qu'avec le polyester préparé par le procédé a). by weight of diatomaceous earth as a filter aid, the polyester (acid number = 0.5) obtained using the immobilized catalyst had a color of 95/100, while the polyester (acid number = 0.4 ) obtained using as catalyst homogeneous tetra-isopropyl titanate had a color of 60/95. It is obvious that a clear improvement in color is obtained with the process according to the invention by using the catalysts based on immobilized transition metal. On the other hand, with the polyester prepared by method b), the concentration of residual titanium was about ten times greater than with the polyester prepared by method a).
R R
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