CN107108449A - 包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物在芳香族碳酸酯的制备方法中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备芳香族碳酸酯的方法,其包括使碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯与芳基醇或烷基芳基碳酸酯反应,从而产生作为烷基芳基碳酸酯或碳酸二芳基酯的芳香族碳酸酯,其中使包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物与醇或有机碳酸酯混合,其中该钛或锆烷氧化物中的烷氧基是式R‑O的基团(其中R为具有1至4个碳原子的烷基)且该钛或锆芳氧化物中的芳氧基为式Ar‑O的基团(其中Ar为具有6至12个碳原子的芳基),且其中该组合物另外包含0.1至50重量%的醇(基于该组合物的总重量计);和使如此获得的混合物与所述碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯及芳基醇或烷基芳基碳酸酯接触以催化该芳香族碳酸酯的制备。此外,本发明涉及一种由如此制备的碳酸二芳基酯制造聚碳酸酯的方法。

Description

包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物在芳香族碳酸酯的 制备方法中的用途
技术领域
本发明涉及一种使用包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物制备芳香族碳酸酯(诸如碳酸二芳基酯)的方法;及涉及一种由如此制备的碳酸二芳基酯制造聚碳酸酯的方法。
背景技术
已知钛和锆烷氧化物和芳氧化物在环境温度及压力下可变成固体。例如,当刚蒸馏时,四乙氧化钛(Ti(OEt)4)在标准状态下(即25℃的标准温度及100kPa的标准压力下)为无色液体。然而,在标准状态下,液态四乙氧化钛随时间转化为固体的晶体块(J.A.Ibers,"Crystal and Molecular Structure of Titanium(IV)Ethoxide",Nature 197(4868):686,1963)。在环境温度(其可例如为-10℃至+25℃)下针对其他钛烷氧化物或芳氧化物(诸如四甲氧化钛、四(正丙氧化)钛、四异丙氧化钛及四苯氧化钛)也观察到此现象。
前述亦适用于锆烷氧化物和芳氧化物(诸如Zr(OEt)4和Zr(OnPr)4)(V.W.Day等人,"Isolation and Structural Characterization of Tetra-n-propyl Zirconate inHydrocarbon Solution and the Solid State",Inorganic Chemistry 40(23):5738-46,2001)。
Ti(OMe)4、Ti(OPh)4及Ti(OEt)4分别具有200至210℃、154℃及54℃的相对高的熔化温度,因此在标准状态下(25℃及100kPa下)作为固体存在。在烷基为异丙基或正丙基(如分别在Ti(OiPr)4及Ti(OnPr)4中,其分别具有17℃及20℃的熔化温度)的情况下,标准状态下确实存在液体。然而,当温度降至低于这些熔化温度的温度时(例如在运输和/或储存期间),这些液态四丙氧化钛将固化。
钛或锆烷氧化物或芳氧化物可在多种化学生产工艺中用作催化剂。例如,钛或锆烷氧化物或芳氧化物可在芳香族碳酸酯生产工艺中用作催化剂。已知由碳酸二烷基酯及芳基醇制备芳香族碳酸酯。例如,该芳香族碳酸酯可为碳酸二芳基酯(诸如碳酸二苯基酯),其可由碳酸二烷基酯及芳基醇制备。在这类工艺中,经以下步骤将碳酸二烷基酯转化为碳酸二芳基酯。在第一步骤中,发生碳酸二烷基酯与芳基醇的酯交换以产生烷基芳基碳酸酯(亦为芳香族碳酸酯)及烷基醇。在第二步骤中,发生烷基芳基碳酸酯的歧化以产生碳酸二芳基酯及碳酸二烷基酯。也可发生烷基芳基碳酸酯与芳基醇的进一步酯交换以产生碳酸二芳基酯及烷基醇。
在其中使用上述具有相对高熔化温度的钛或锆烷氧化物或芳氧化物之一作为催化剂的化学生产工艺中,为使该钛或锆烷氧化物或芳氧化物保持在熔融状态,必须使用相对高的温度,例如在使用上述四乙氧化钛的情况下高于55℃。首先,这造成了不期望的大量能量需求。此外,当钛或锆烷氧化物或芳氧化物长时间在这种高温下保持熔融状态时,其开始变色,且若将其用作生产芳香族碳酸酯的起始材料,则所获得产品的色调倾向于受损,且该产品无法用作一般的芳香族碳酸酯产品。
此外,钛或锆烷氧化物或芳氧化物在所述相对高温度下的热稳定性相对低。例如,此导致在其中任何水分(水)存在的情况下,钛或锆烷氧化物或芳氧化物在高温下可与这种水轻易地发生反应。这参考钛烷氧化物说明如下:
Ti(OR)4+4H2O→Ti(OH)4+4ROH(水解作用)
Ti(OH)4→TiO2·xH2O+(2-x)H2O(缩合作用)
因此,所述反应导致产生式TiO2的二氧化钛,亦称作钛(IV)氧化物或钛白(titania)。这种TiO2的存在是不利的,因其具有极小催化活性至无催化活性,更尤其是在上述由碳酸二烷基酯及芳基醇制备芳香族碳酸酯的工艺中。因此,希望的是尽可能地防止形成TiO2及因此有价值的Ti金属的损失。此外,TiO2为不溶于大部分溶剂的粉末。因此,TiO2形成的另一缺点是这种粉末覆盖任何非均相催化剂的表面,从而阻止到达催化剂孔隙。总而言之,所述与水的反应可导致其活性可能远低于所期望活性水平的催化剂。
此外,即便不存在水分,钛和锆烷氧化物也可经历缩合反应,尤其是在长期加热后。这参考钛烷氧化物说明如下:
(RO)3Ti-OR+RO-Ti(OR)3→(RO)3Ti-O-Ti(OR)3+R-O-R(缩合)
这种缩合反应是不利的,因为含有Ti-O-Ti的化合物的催化活性较低,但仍具有甚至高于Ti(OR)4的熔化温度。
此外,用于液体材料的大部分标准运输容器未装备以维持高于70℃的温度。然而,熔融钛或锆烷氧化物或芳氧化物的安全运输和处置(例如,具有槽洗涤的最少浪费)需要将产品维持在优选高于熔点约20℃的温度下。在这种温度下运输液体材料需要大量能量,且如果未适当处置,可导致材料固化的问题。甚至仅有限数量的容器能够在这些温度下进行这种适当处置,其均具有相当小的槽尺寸。
因此,有鉴于与以相对高温将钛或锆烷氧化物或芳氧化物维持在熔融状态相关的上述问题,在环境条件下将钛或锆烷氧化物或芳氧化物作为固体运输及储存是较佳的。然而,此继而亦存在问题。例如,将固体钛或锆烷氧化物或芳氧化物催化剂运输至化学生产地点且将其以固态储存于此处是有问题的。例如,在其中固体钛或锆烷氧化物或芳氧化物将作为粉末处置的情况中,粉末易堵塞(例如)设备的管道或者在溶剂中的溶解可能受损。因此,使用固体钛或锆烷氧化物或芳氧化物将难以长时间持续连续的操作,且必须重复地停止操作来清洗设备(诸如输送机),因此会引致相当大的生产率损失。
固体钛或锆烷氧化物或芳氧化物的处置及运输具有固体物质处置一般所共有的缺点。此外,特别地,固体钛或锆烷氧化物或芳氧化物对水分敏感且随后容易地水解,如以上参照Ti(OR)4所述的。因此,固体钛或锆烷氧化物或芳氧化物应当在干燥氮气环境下处置及运输。必须提供并维持这种干燥氮气环境是麻烦的。
因此,固态的钛或锆烷氧化物或芳氧化物的运输需要使钛或锆烷氧化物或芳氧化物在生产后固化。这通常通过容许钛或锆烷氧化物或芳氧化物形成固体及通过将其形成为适宜颗粒而完成,该颗粒可随后装袋并作为固体材料运输。一般而言,这种固化及颗粒形成需要大型且复杂的设备。或者,可将钛或锆烷氧化物或芳氧化物在其生产后在特殊容器中储存和固化且随后在使用时再熔化。然而,这也需要复杂的设备,如具有自加热能力或可在(例如)热室中加热的特殊容器。
这种大型和复杂的设备使资本投资不必要地增加,且是昂贵的和在操作时耗能的。因此,总体上目标为无需以固态储存和运输钛或锆烷氧化物或芳氧化物。
有鉴于此,需要降低钛或锆烷氧化物或芳氧化物的保持温度,以使得可将钛或锆烷氧化物或芳氧化物在相对低的温度下保持为液体。以该方式,可将钛或锆烷氧化物或芳氧化物催化剂可在相对低温下有利地以液体形式运输并储存而无上述缺点。
达成此目标的一种解决方案是共混不同的钛或锆烷氧化物或芳氧化物。例如,在欲使用的期望催化剂为Ti(OEt)4的情况中,可将其与(例如)3至20重量%的Ti(OiPr)4共混,使得所得共混物在标准状态下(25℃及100kPa下)为液体。这类液体共混物可商业购得。例如,Santa Cruz Biotechnology,Inc.市售sc-251257,其是一种含有80至97%的乙氧化钛(IV)及3至20%的异丙氧化钛(IV)的产品。此外,Sigma-Aldrich市售Aldrich-244759,其是一种含有约80%乙氧化钛(IV)及约20%异丙氧化钛(IV)的工业级乙氧化钛产品。然而,若温度从25℃的标准状态温度下降至相对低的温度(其可低至-10℃或甚至更低,该温度降低可在这些共混物的运输和/或储存期间发生),所述共混物仍可能固化。
此外,在其中该催化剂将用于由碳酸二烷基酯及芳基醇产生芳香族碳酸酯的工艺中的情况下,这种共混的缺点为醇杂质将被引入该工艺中。例如,在其中使碳酸二乙酯与芳基醇反应的情况下,首先形成乙基芳基碳酸酯及乙醇。若在此情况下,使用Ti(OEt)4与Ti(OiPr)4的共混物作为催化剂,则通过以下一般配体交换反应(R=乙基或异丙基)形成一定量的异丙醇:
Ti(OR)4+芳基醇→Ti(芳氧基)4+4ROH
这种异丙醇杂质随后与更大量的乙醇混合。在乙醇再循环(例如)至先前步骤(其中使用这种再循环的乙醇制备更多的碳酸二乙酯(例如,通过使该乙醇与碳酸亚乙酯反应而产生碳酸二乙酯及单乙二醇))的情况下,这种醇混合物的形成是不利的,在该情况下需要先将异丙醇从醇混合物分离,这是麻烦的。此外,所形成的异丙醇可与供应到芳香族碳酸酯生产工艺和/或在芳香族碳酸酯生产工艺中形成的碳酸酯反应而形成相应碳酸酯,其亦将不利地污染产物和工艺流而因此使纯化复杂化。
因此,本发明的目标为寻找一种方式,其中无需如以上所讨论的在任何其他钛或锆烷氧化物或芳氧化物中共混而避免或减少与处置固体钛或锆烷氧化物或芳氧化物相关的所述问题以及与在相对高温下处置钛或锆烷氧化物或芳氧化物以使其维持液体状态相关的所述问题。
发明内容
令人惊讶地,发现上述目标可通过与0.1至50重量%的醇结合来提供钛或锆烷氧化物或芳氧化物而实现。令人惊讶且有利地,这种结合可降低该钛或锆烷氧化物或芳氧化物的熔化温度,以致可将该钛或锆烷氧化物或芳氧化物于相对低温下保持为液态,从而使得能够在相对低温下运输及储存液体形式的钛或锆烷氧化物或芳氧化物催化剂。
因此,本发明涉及一种制备芳香族碳酸酯的方法,其包括使碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯与芳基醇或烷基芳基碳酸酯反应,从而产生作为烷基芳基碳酸酯或碳酸二芳基酯的芳香族碳酸酯,其中使包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物与醇或有机碳酸酯混合,其中钛或锆烷氧化物中的烷氧基是其中R为具有1至4个碳原子的烷基的式R-O-的基团且钛或锆芳氧化物中的芳氧基为其中Ar为具有6至12个碳原子的芳基的式Ar-O-的基团,且其中该组合物另外包含0.1至50重量%的醇(基于该组合物的总重量);和使如此获得的混合物与所述碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯及芳基醇或烷基芳基碳酸酯接触以催化芳香族碳酸酯的制备。
因此,用于本发明中的钛或锆烷氧化物或芳氧化物组合物通过在相对低温下为液体而可以以大大简化的方式储存及处置(包括运输)。而且,该钛或锆烷氧化物或芳氧化物组合物的储存期可显著地延长。此外,呈液体意味着其可通过应用泵直接供给至使用其的工艺中,这再次简化其使用。
此外,包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物与0.1至50重量%的醇的组合的组合物是有利的,因为所述醇可选择为使得其对应于在随后的化学产生工艺中所使用的和/或所产生的任何醇,其中该钛或锆烷氧化物或芳氧化物用作催化剂。以该方式,有利地通过先将钛或锆烷氧化物或芳氧化物与这种醇组合,没有新的化学物质引入随后的化学生产工艺中。例如,在其中随后的化学生产工艺涉及由碳酸二乙酯及芳基醇通过形成乙基芳基碳酸酯中间体而制备碳酸二芳基酯(其中释放乙醇)的情况中,可在将钛或锆烷氧化物或芳氧化物用作催化剂之前将其与乙醇和/或芳基醇(优选为乙醇)组合。
此外,本发明涉及一种由根据本发明的芳香族碳酸酯制备方法制备的碳酸二芳基酯制造聚碳酸酯的方法。
具体实施方式
用于本发明的组合物包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物,其中该钛或锆烷氧化物中的烷氧基为式R-O-的基团(其中R为具有1至4个碳原子的烷基)且该钛或锆芳氧化物中的芳氧基为式Ar-O-的基团(其中Ar为具有6至12个碳原子的芳基)。
虽然体现本发明的任何方法和/或组合物是以“包含”、“含有”或“包括”各种所述特征和/或步骤来描述,然而它们也可以“基本上由各种所述特征和步骤组成”或“由其组成”。因此,虽然本发明的组合物及方法是以分别“包含”、“含有”或“包括”一个或多个各种所述组分及步骤来描述,它们也可分别地“基本上由所述的一或多个各种所述组分及步骤组成”或“由其组成”。
在本说明书内,所述钛或锆烷氧化物或芳氧化物意味着含有钛或锆的化合物,其除金属外还含有一个或多个配体(其可以是相同或不同的),其中配体中的一个或多个为烷氧基和/或芳氧基,且其中任何其余配体选自由以下组成的组:芳基烷氧基、烷基芳氧基、烷基、芳基烷基、芳基、烷基芳基、氢氧根、羧酸根、碳酸根及卤素基团。优选地,所有所述配体为相同的且为烷氧基和/或芳氧基,更优选为烷氧基或芳氧基。更优选地,钛或锆烷氧化物具有式M(OR)4,其中M=Ti或Zr(最优选为Ti)且其中R为具有1至4个碳原子的烷基,而钛或锆芳氧化物具有式M(OAr)4,其中M=Ti或Zr(最优选为Ti),且其中Ar为具有6至12个碳原子的芳基。
在本说明书中,“芳基烷氧基”基团为式Ar-R-O-的基团,其中Ar为芳基及R为烷基。“芳氧基”基团为式Ar-O-的基团,其中Ar为芳基。“烷基芳氧基”基团为式R-Ar-O-的基团,其中R为烷基及Ar为芳基。“烷基”基团具有式R。“芳基烷基”基团为式Ar-R的基团,其中Ar为芳基及R为烷基。“芳基”基团为式Ar的基团。“烷基芳基”基团为式R-Ar的基团,其中R为烷基及Ar为芳基。“氢氧根“基团为式HO-的基团。羧酸根基团为式R’-C(=O)-O-的基团,其中R’可为烷基、芳基烷基、芳基或烷基芳基基团。例如,所述羧酸根基团可为乙酰氧基。碳酸根基团为式-O-C(=O)-O-的基团。这些烷基和芳基可以是取代的或未取代的。此外,烷基可为支链或直链(优选为直链)的C1-C6烷基,优选为C1-C4烷基,更优选为C1-C3烷基(甲基、乙基、正丙基或异丙基),更优选为C1-C2烷基(甲基或乙基),最优选为C2烷基(乙基)。芳基可为苯基。卤素基团可选自由以下组成的组:氟(F-)、氯(Cl-)、溴(Br-)及碘(I-)。
优选地,在可包含于用于本发明的组合物中的钛或锆烷氧化物中的烷氧基的所述烷基具有1至3个碳原子。此外,优选地,所述烷基选自由以下组成的组:甲基、乙基、正丙基及异丙基,更优选选自由以下组成的组:乙基、正丙基及异丙基,最优选选自由以下组成的组:乙基及异丙基。如果该烷基为正丙基,则氧原子与丙基的第一、伯碳原子键合。如果该烷基为异丙基,则氧原子与丙基的第二、仲碳原子键合。更优选地,所述烷基选自由以下组成的组:甲基、乙基及正丙基。甚至更优选地,所述烷基为甲基或乙基。最优选地,所述烷基为乙基。如上所述,优选地,钛或锆烷氧化物具有式M(OR)4,其中M=Ti或Zr,最优选为Ti,及其中R为所述烷基。最优选地,本发明中所用的组合物包含四乙氧化钛。
在本发明中,钛或锆芳氧化物中的芳氧基为式Ar-O-的基团,其中Ar为具有6至12个碳原子的芳基。优选地,所述芳基是苯基。如上所述,优选地,钛或锆芳氧化物具有式M(OAr)4,其中M=Ti或Zr,最优选为Ti,及其中Ar为所述芳基。钛或锆芳氧化物的特别适宜的实例为四苯氧化钛。
除上述钛或锆烷氧化物或芳氧化物外,本发明中所用的组合物包含醇。已令人惊讶地表现出,通过将醇添加至钛或锆烷氧化物或芳氧化物,所得组合物(共混物)的熔化温度相较于单独钛或锆烷氧化物或芳氧化物的熔点降低,使得该组合物可在相对低温下保持为液体,从而使得能够在相对低温下以液体形式运输和储存钛或锆烷氧化物或芳氧化物催化剂。
优选地,该醇为在标准状态下(即,在25℃的标准温度及100kPa的标准压力下)为液体的醇。
关于该醇的化学组成,可使用任何醇。该醇可为烷基醇或芳基醇。可使用式Ar-OH的芳基醇,其中Ar为具有6至12个碳原子的芳基。例如,所述芳基醇可为苯酚。优选地,该醇为烷基醇。可使用式R-OH的烷基醇,其中R为具有1至4个碳原子(适宜地为1至3个碳原子)的烷基。所述烷基可为直链或支链的,优选地为直链的。烷基醇的适宜实例为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、异丁醇及叔丁醇。优选地,烷基醇选自由以下组成的组:甲醇、乙醇、正丙醇及异丙醇。更优选地,烷基醇为甲醇或乙醇,最优选为乙醇。此外,适宜地,烷基醇选自由以下组成的组:乙醇、正丙醇及异丙醇,或选自由以下组成的组:乙醇及异丙醇。
本发明中所用的组合物中的醇的量不是关键的且基于该组合物的总重量为0.1至50重量%。因此,本发明中所用的组合物可包含50至99.9重量%的钛或锆烷氧化物或芳氧化物(基于该组合物的总重量)。优选地,本发明中所用的组合物包含基于该组合物的总重量的0.1至20重量%(更优选为0.5至10重量%,最优选为1至6重量%)的醇。相应地,本发明中所用的组合物优选包含基于该组合物总重量的70至99.9重量%(更优选为90至99.5重量%,最优选为94至99重量%)的钛或锆烷氧化物或芳氧化物。保持本发明中所用的该组合物为液体所需的醇的最小量取决于所述组合物运输和/或储存的温度。所述温度越低,所需醇越多。此外,这取决于醇的性质。
本发明中所用的组合物中的醇的量为至少0.1重量%(基于该组合物的总重量),优选至少0.5重量%,更优选至少1重量%,更优选至少1.5重量%,更优选至少2重量%,更优选至少2.5重量%,更优选至少3重量%,更优选至少3.5重量%,更优选至少4重量%,更优选至少4.5重量%,最优选至少5重量%。此外,所述量可为至少6重量%、或至少7重量%、或至少8重量%。
本发明中所用的组合物中的醇的量为至多50重量%(基于该组合物的总重量),优选至多40重量%,更优选至多30重量%,更优选至多25重量%,更优选至多20重量%,更优选至多15重量%,更优选至多10重量%,最优选至多8重量%。此外,所述量可为至多7重量%、或至多6重量%。
在本发明的情况中,在其中本发明中所用的组合物包含两种或更多种组分的情况下,这些组分选择为总量不超过100重量%。
包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物(其中该钛或锆烷氧化物中的烷氧基为式R-O-的基团,其中R为具有1至4个碳原子的烷基,及该钛或锆芳氧化物中的芳氧基为式Ar-O-的基团,其中Ar为具有6至12个碳原子的芳基)的组合物可通过包括将该钛或锆烷氧化物或芳氧化物与醇以使得所得组合物包含(基于该组合物的总重量)0.1至50重量%的该醇的量共混的方法制备。
包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物及醇的本发明中所用的组合物可以任何方式制备。例如,固体钛或锆烷氧化物或芳氧化物可在与醇共混之前通过加热转化为液体钛或锆烷氧化物或芳氧化物。或者,可将固体钛或锆烷氧化物或芳氧化物与醇共混,随后加热以获得液体组合物。如果钛或锆烷氧化物或芳氧化物在制造后已经固化,则前述2个选项均可适用。然而,本发明中所用的组合物也可以在用于制造该钛或锆烷氧化物或芳氧化物的工艺的最后阶段中制备,例如紧接在其制造(例如刚蒸馏)后仍为液体时。例如,组合物可通过将液体钛或锆烷氧化物或芳氧化物与醇共混而制备。优选地,可在制造钛或锆烷氧化物或芳氧化物的制造场所制备本发明中所用的该组合物,从而可在运输和/或储存之前制得液体共混物。此外,由于钛和锆烷氧化物通常是通过使钛或锆的四氯化物与醇反应以得到对应钛或锆四烷氧化物而制得,因而可在此制造过程中使用过量的醇来产生包含钛或锆烷氧化物及所述醇的本发明中所用的组合物。
因此,本发明涉及一种用于制备芳香族碳酸酯的方法,其包括使碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯与芳基醇或烷基芳基碳酸酯反应,从而产生作为烷基芳基碳酸酯或碳酸二芳基酯的芳香族碳酸酯,其中使包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的上述组合物与醇或有机碳酸酯混合,和使如此获得的混合物与所述碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯及芳基醇或烷基芳基碳酸酯接触以催化该芳香族碳酸酯的制备。
本发明还涉及一种用于制备芳香族碳酸酯的方法,其包括根据上述方法制备包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物,将所述组合物与醇或有机碳酸酯混合及使如此获得的该混合物与碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯及芳基醇或烷基芳基碳酸酯接触而催化作为烷基芳基碳酸酯或碳酸二芳基酯的芳香族碳酸酯的制备。如以上参考包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物及其制备方法所描述的实施方式及优选方案也分别适用于本发明的芳香族碳酸酯制备方法中所用的这种组合物及本发明的芳香族碳酸酯制备方法的这种组合物制备步骤。
在本发明的芳香族碳酸酯制备方法中,碳酸二烷基酯及烷基芳基碳酸酯中的烷基可具有1至4个(适宜地1至3个)碳原子。适宜地,所述烷基为甲基或乙基,更适宜地为乙基。此外,在本发明的芳香族碳酸酯制备方法中,芳基醇、烷基芳基碳酸酯及碳酸二芳基酯中的芳基可具有6至12个碳原子。优选地,所述芳基是苯基。因此,优选地,所述芳基醇为苯酚及所述碳酸二芳基酯为碳酸二苯基酯。所述烷基芳基碳酸酯的适宜实例为甲基苯基碳酸酯及乙基苯基碳酸酯。优选地,所述碳酸二烷基酯具有式ROC(=O)OR’,其中R和R’可以相同或不同且为C1-4烷基,优选为C1-3烷基。更优选地,所述碳酸二烷基酯为碳酸二甲酯或碳酸二乙酯,最优选为碳酸二乙酯。此外,优选地,在本发明的芳香族碳酸酯制备方法中,使碳酸二烷基酯与芳基醇反应从而产生对应的烷基芳基碳酸酯。
在本发明的芳香族碳酸酯制备方法中,可将醇与包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物混合,该醇可为烷基醇或芳基醇。优选地,所述醇为烷基醇。可使用式R-OH的烷基醇,其中R为具有1至4个碳原子(适宜地为1至3个碳原子)的烷基。如果该醇为芳基醇,则其优选为苯酚。如以上参考包含于本发明中所用的包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物中的醇所描述的实施方式及优选方案也适用于可作为本发明的芳香族碳酸酯制备方法的部分而与后面的组合物混合的醇。优选地,在包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物中所含的醇与所述组合物与之混合的醇相同。
此外,在本发明的芳香族碳酸酯制备方法中,可使有机碳酸酯与包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物混合。关于所述有机碳酸酯的化学组成,可使用任何有机碳酸酯。例如,有机碳酸酯可为式ROC(=O)OR’的化合物,其中R及R’可相同或不同且各自为烷基或芳基,特别地为选自由以下组成的组的化合物:碳酸二烷基酯及烷基芳基碳酸酯。所述烷基可具有1至4个碳原子,适宜地1至3个碳原子。适宜地,所述烷基为甲基或乙基,更适宜地为乙基。所述芳基可具有6至12个碳原子。适宜地,所述芳基是苯基。所述烷基芳基碳酸酯的适宜实例为甲基苯基碳酸酯及乙基苯基碳酸酯。优选地,式ROC(=O)OR’的所述有机碳酸酯为碳酸二烷基酯,其中R及R’为C1-4烷基,优选为C1-3烷基。更优选地,所述碳酸二烷基酯为碳酸二甲酯或碳酸二乙酯,最优选为碳酸二乙酯。此外,有机碳酸酯可为环状碳酸酯如碳酸亚烷酯,例如具有3至6个(适宜地3至4个)碳原子的碳酸亚烷酯。碳酸亚烷酯的适宜实例为碳酸亚乙酯及碳酸亚丙酯。
一般而言,在制备本发明中所用的包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物与作为本发明的芳香族碳酸酯制备过程的部分而将其与醇或有机碳酸酯混合之间,必须将包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物运输至并任选地储存于芳香族碳酸酯制备的地点。因此,适宜地,将醇或有机碳酸酯与包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物混合的步骤之前为包括运输所述组合物的步骤,特别地将所述组合物运输至制备芳香族碳酸酯的地点和/或在该地点处运输该组合物,例如运输至制备芳香族碳酸酯的地点,并任选地将所述组合物储存于该地点。这种运输(如在制备芳香族碳酸酯的地点运输)例如涵盖将所述组合物自储存槽运输至在同一地点的反应器,该运输可在管道中进行。此外,适宜地,在这种运输及任选地储存期间的温度为-10℃至50℃,优选为0至40℃。在本发明中,与醇组合令人惊讶地且有利地导致钛或锆烷氧化物或芳氧化物的熔化温度降低,使得钛或锆烷氧化物或芳氧化物可在相对低温下保持为液体,从而使得能够在相对宽的温度范围内以液体形式运输及储存钛或锆烷氧化物或芳氧化物催化剂。
为了通过形成烷基芳基碳酸酯中间体完成碳酸二烷基酯和芳基醇至碳酸二芳基酯的转化,可应用串联的总计两个或三个(优选为三个)反应蒸馏塔。可将如上述WO2011067263中所公开的各种实施方式应用于本发明的芳香族碳酸酯制备方法,该文献公开了一种使用三个反应蒸馏塔的方法。将WO2011067263的公开内容以引用的方式并入本文。
所述三个反应蒸馏塔中的压力可在宽限值内变化。第一反应蒸馏塔顶部的压力可为2至7巴,优选为2.5至5巴。第二反应蒸馏塔顶部的压力可为0.1至3巴,优选为0.3至1.5巴。第三反应蒸馏塔顶部的压力可为10至600毫巴,优选为20至500毫巴。优选地,第一反应蒸馏塔顶部的压力高于第二反应蒸馏塔顶部的压力,其继而高于第三反应蒸馏塔顶部的压力。
所述三个反应蒸馏塔中的温度亦可在宽限值内变化。第一、第二及第三反应蒸馏塔底部处的温度可为50至350℃,优选为120至280℃,更优选为150至250℃,最优选为160至240℃。
所述三个反应蒸馏塔中的一个或多个中的催化剂可为如包含于本发明中所用的包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物中的钛或锆烷氧化物或芳氧化物。这是均相催化剂。此外,尤其在这些反应蒸馏塔的第一个中,可使用非均相催化剂。
再者,本发明涉及一种用于由根据本发明的芳香族碳酸酯制备方法制备的碳酸二芳基酯制造聚碳酸酯的方法。相应地,本发明涉及一种制造聚碳酸酯的方法,其包括使二羟基芳香族化合物与根据上述芳香族碳酸酯制备方法制备的碳酸二芳基酯反应。此外,相应地,本发明涉及一种用于制造聚碳酸酯的方法,其包括根据上述芳香族碳酸酯制备方法制备碳酸二芳基酯,及使二羟基芳香族化合物与如此获得的碳酸二芳基酯反应。如以上参考本发明的芳香族碳酸酯制备方法所描述的实施方式及优选方案亦适用于本发明的聚碳酸酯制造方法的所述碳酸二芳基酯制备步骤。
此外,优选地,所述二羟基芳香族化合物为双酚A,其是4,4'-(丙-2-亚基)二酚。通过碳酸二芳基酯与芳香族二羟基化合物(诸如双酚A)的聚合反应生产聚碳酸酯是公知的。参见(例如)US5747609、WO2005026235及WO2009010486,其公开内容以引用的方式并入本文中。
通过以下实施例进一步说明本发明。
实施例
在这些实施例中,将纯四乙氧化钛(Ti(OEt)4;99.7%纯度,如通过TiO2含量测量的;其于标准状态下为结晶固体且具有54℃的熔点)与无水乙醇以各种Ti(OEt)4:乙醇共混重量比混合,所述无水乙醇具有小于10ppmw的水含量。随后研究并随时间监测所得共混物的固/液相行为。
在与无水乙醇共混之前,先将固体Ti(OEt)4加热至约60℃以使其完全熔化。随后添加无水乙醇和在略微混合后,停止加热并使Ti(OEt)4/乙醇共混物冷却至环境温度(约25℃)或使所述共混物冷却至0℃或至-10℃。随后随时间监测冷却的Ti(OEt)4:乙醇共混物的固/液相行为。由于Ti(OEt)4对水分敏感,因而所有实验均是在干燥的、惰性环境下进行。随时间对共混物的固/液相行为所作的观察显示于下表1中(其中EtOH=乙醇)。
表1
从表1中,令人惊讶地显示出通过添加仅1重量%的乙醇至Ti(OEt)4,所得共混物在标准状态下(25℃及100kPa下)保持为均相液体。此外,令人惊讶地表现出,通过添加更多乙醇,Ti(OEt)4的熔化温度甚至可进一步降低。例如,如果将仅6重量%的乙醇添加至Ti(OEt)4,则所得共混物于0℃的较低温度下亦保持为均相液体。此外,如果将仅8重量%的乙醇添加至Ti(OEt)4,则所得共混物于-10℃的甚至更低温度下亦保持为均相液体。
醇的上述积极效果也显示于异丙醇与Ti(OiPr)4(其具有17℃的熔点)的共混物中,其应用如上对于含有Ti(OEt)4的共混物所述的相同实验程序。含有Ti(OiPr)4的共混物的结果显示于下表2中。
表2
从表2中,也令人惊讶地表现出,通过将仅6重量%的异丙醇添加至Ti(OiPr)4,所得共混物在低至5℃的温度下也保持为均相液体。此外,令人惊讶地表现出,通过添加更多异丙醇,Ti(OiPr)4的熔化温度甚至可进一步降低。例如,如果将仅10重量%的异丙醇添加至Ti(OiPr)4,则所得共混物于0℃的更低温度下亦保持为均相液体。
除了上述令人惊讶的优点外,在所得催化剂组合物用于其中(例如)由碳酸二乙酯及苯酚制备碳酸二芳基酯的化学生产工艺的情况下,将乙醇添加至Ti(OEt)4未造成问题。通过将乙醇添加至Ti(OEt)4,由于乙醇在该化学生产工艺中(作为反应产物)释放,因而有利地未引入新的化学物质。这同样适用于其中将异丙醇添加至Ti(OiPr)4,且所得催化剂组合物用于其中(例如)由二异丙基碳酸酯及苯酚制备碳酸二芳基酯的化学生产工艺中的情况。

Claims (13)

1.一种制备芳香族碳酸酯的方法,其包括使碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯与芳基醇或烷基芳基碳酸酯反应,从而产生作为烷基芳基碳酸酯或碳酸二芳基酯的芳香族碳酸酯,其中使包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的组合物与醇或有机碳酸酯混合,其中该钛或锆烷氧化物中的烷氧基是式R-O-的基团,其中R为具有1至4个碳原子的烷基,且该钛或锆芳氧化物中的芳氧基是式Ar-O-的基团,其中Ar为具有6至12个碳原子的芳基,且其中该组合物另外包含基于该组合物的总重量,0.1至50重量%的醇;和使如此获得的混合物与所述碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯及芳基醇或烷基芳基碳酸酯接触以催化所述芳香族碳酸酯的制备。
2.如权利要求1的方法,其中在将该组合物与醇或有机碳酸酯混合之前,该组合物中所述醇的量基于该组合物的总重量为0.1至20重量%,优选为0.5至10重量%,更优选为1至6重量%。
3.如权利要求1或2的组合物,其中在将该组合物与醇或有机碳酸酯混合之前,该组合物中的所述醇为烷基醇或芳基醇。
4.如权利要求3的组合物,其中在将该组合物与醇或有机碳酸酯混合之前,该组合物中的所述醇为式R-OH的烷基醇,其中R为具有1至4个碳原子的烷基。
5.如权利要求4的组合物,其中该烷基醇选自由以下组成的组:甲醇、乙醇、正丙醇及异丙醇,更优选为甲醇和乙醇,最优选为乙醇。
6.如前述权利要求中任一项的组合物,其中具有1至4个碳原子的该烷基选自由以下组成的组:甲基、乙基、正丙基及异丙基。
7.如前述权利要求中任一项的方法,其中醇与包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的该组合物混合,该醇为烷基醇或芳基醇。
8.如权利要求7的方法,其中该醇为式R-OH的烷基醇,其中R为具有1至4个碳原子的烷基。
9.如权利要求7至8中任一项的方法,其中在包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的该组合物中所含的醇与所述组合物与之混合的所述醇相同。
10.如前述权利要求中任一项的方法,其中将醇或有机碳酸酯与包含钛或锆烷氧化物或芳氧化物的该组合物混合的步骤在包括运输所述组合物的步骤之后进行。
11.如权利要求10的方法,其中运输期间的温度为-10至50℃,优选为0至40℃。
12.一种制造聚碳酸酯的方法,其包括使二羟基芳香族化合物与根据前述权利要求中任一项的方法制备的碳酸二芳基酯反应。
13.一种制造聚碳酸酯的方法,其包括根据前述权利要求中任一项的方法制备碳酸二芳基酯,和使二羟基芳香族化合物与如此获得的所述碳酸二芳基酯反应。
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