CN1396153A - 制备(环)脂肪族异氰酸酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备(环)脂肪族二异氰酸酯和三异氰酸酯的新方法，该方法通过加快反应物混合区内至少一种反应物的流动，使(环)脂肪族二胺和三胺在气相中进行光气化反应而完成的。
Description
发明领域
本发明涉及一种制备(环)脂肪族二异氰酸酯和三异氰酸酯的方法，该方法通过(环)脂肪族二胺和三胺在气相中进行光气化反应来进行。
发明背景
已知二胺可以在气相中被光气化。在GB-A 1 165 831中描述了在装有机械搅拌器的管式反应器中(环)脂肪族二胺的光气化作用。该反应器与膜蒸发器类似，其中搅拌器使气体混合，并且同时刮擦管式反应器的受热壁，以防止聚合物料在管壁上积累。但是，在大约300℃的温度下处理光气时，使用高速搅拌器则必须极大的花费用于安全措施，以密封反应器，并使搅拌器处于高度腐蚀性的介质中。
EP-A 0 289 840和EP-A 0 749 958描述了使用不带移动部件的圆筒形反应室，进行(环)脂肪族二胺的光气化反应，其中在反应物湍流状态下相互反应。对流量的调节导致返混，其结果造成产物与二胺起始原料反应，形成固体沉积物。这会造成对反应器的污染及对气路的堵塞。
本发明的一个目的是通过相应胺的气相光气化反应，来生产(环)脂肪族异氰酸酯，同时避免了前文所述的现有技术中的缺点。
该目的可以利用本发明的方法来达到，即通过在反应物混合区内使至少一种反应物的流动加快而进行反应。
发明概述
本发明涉及一种制备对应如下通式的(环)脂肪族二异氰酸酯或三异氰酸酯的方法
R-(NCO)n (I)，其中R代表带有多达15个碳原子的(环)脂肪族烃基，条件是在两个氮之间至少有两个碳原子，n代表数值2或3，该方法包括a)分别将光气和对应如下通式的二胺或三胺加热到200℃-600℃的温度，其中可任选利用惰性气体或惰性溶剂的蒸气稀释胺，
R-(NH2)n (II)，b)在反应物混合区内加快至少一种反应物的流动，c)在不带移动部件的反应室内使反应物连续反应。
附图的简要说明
该图给出了本发明的反应室的一种实施方案。
发明详细说明
本发明方法的起始原料包括对应如下通式的(环)脂肪族二胺或三胺
R-(NH2)n (II)，式中R代表带有多达15个碳原子的(环)脂肪族烃基，优选为4-13个碳原子，条件是在两个氨基之间至少有两个碳原子，n代表数值2或3。
适合的(环)脂肪族二胺的例子包括1，4-二氨基丁烷、1，6-二氨基己烷、1，11-二氨基十一烷、1，4-二氨基环己烷、1-氨基-3，3，5-三甲基-5-氨基甲基环己烷(IPDA)、4，4’-二氨基二环己基甲烷和4，4’-二氨基二环己基丙烷-(2，2)。适合的(环)脂肪族三胺的例子是1，8-二氨基-4-(氨甲基)辛烷、三氨基壬烷。优选的胺为1，6-二氨基己烷、IPDA和4，4’-二氨基二环己基甲烷。
由光气化反应得到的产物是对应通式(I)的(环)脂肪族二异氰酸酯或(环)脂肪族三异氰酸酯
R-(NCO)n (I)，式中R代表带有多达15个碳原子的(环)脂肪族烃基，优选为4-13个碳原子，条件是在两个异氰酸酯基之间至少有两个碳原子。
优选的二异氰酸酯为1，6-二异氰酸根合己烷、1-异氰酸根合-3，3，5-三甲基-5-异氰酸根合甲基环己烷(IPDI)和4，4’-二氨基二环己基甲烷。优选的三异氰酸酯为1，8-二异氰酸根合-4-(异氰酸根合甲基)辛烷、三异氰酸根合壬烷。
在进行本发明的方法之前，起始二胺被蒸发并加热到200℃-600℃，优选为250℃-500℃，然后使其通过反应器，任选可利用惰性气体(如N2或氩)和/或惰性溶剂(如二氯代苯)的蒸气进行稀释。
在进行本发明的方法之前，用于光气化反应的光气被加热到200℃-600℃的温度，优选为250℃-500℃。
在反应器内被混合之前的短时间内，两种反应物均可以通过产生扭矩的挡板，使流动稳定。
为了实施本发明的方法，将预热后的并且任选承受扭矩的胺或胺-惰性气体与光气流连续通入不带移动部件的反应室中。在两股反应物物流混合之前，至少一股物流被加速，该物流优选为光气。在该过程中，在混合位置前后各一个自由流动直径的范围内达到最大速度。优选在反应物混合位置达到最大速度。
本发明方法的一个适合的实施方案是一个旋转对称的混合管，该管的横截面积在反应物混合区域内减小，而在发生反应的部位加大。这种设置增大了气体流速。在本发明方法的优选实施方案中，这种横截面积的减小与随后的增大类似于文丘里管的形状。
在本发明方法的另一实施方案中，在两种反应物混合之前，沿着其流动方向，对反应室进行外部加热，从而将反应物加热，并且由于在恒定流动面积时相应的体积扩大，致使反应物被加速到较高的速度。按照本发明，横截面变窄与外部加热相结合也会导致有利的结果。
反应器优选由钢、玻璃、或合金钢或搪瓷钢(enamelled steel)制成，并且具有足够的长度，以利于胺和光气在该方法条件下完全反应。该气流通常在一端引入到反应室中。例如，可以通过装到反应器一端的喷嘴，或者通过喷嘴与喷嘴和壁间环隙的组合来完成这一引入操作。混合区也保持在200℃-600℃的温度下，优选为250℃-500℃。如果必要的话，通过加热反应器来保持这一温度。
当实施本发明的方法时，通常在反应室进料管内的压力优选为200-3000mbar，而在反应室的出口处优选为150-2000mbar。在反应室内的流速至少为3m/s，优选为至少6m/s，特别优选为10m/s-120m/s，并且通过适当的压差来保持。在这些条件下，通常湍流在反应室内占优势。
本发明方法的一个优点是该反应器能达到较高的空时收率，同时产物具有相同的或更好的质量。根据所生产的异氰酸酯，该反应器的使用寿命(即与停顿时间相关的生产时间，这些停顿时间是清洗反应器所必需的)可以增加40％-60％。
实施例
通过下列实施例更详细地解释本发明的方法。
已经在上游换热器中，在1100mbar压力下加热到400℃温度的5.91mol/h光气，通过伸入混合管中的外径为1.7mm的喷嘴，连续流入混合管中，该混合管与下游二异氰酸酯冷凝步骤(condensationstep)及填充有活性炭的光气吸收塔相连。同时，每小时使加热到400℃的1.26mol气态六亚甲基二胺和1.25mol氮的混合物，通过喷嘴与混合管之间的环隙通入混合管。混合管的直径沿其纵长轴变化，在喷嘴前方以10°角降到2.5mm，而在喷嘴之后达到1.5mm，然后沿接着的17.5mm长度保持不变(参见本发明反应室一种实施方案的附图)。结果朝外流动的胺流处于加速流动状态。在光气吸收塔的出口处使用一个真空泵，保持混合管内的压力为大约350mbar。在冷凝步骤中，离开反应室的热的反应混合物通过保持在150-160℃温度下的二氯代苯。进行二异氰酸根合己烷的选择性冷凝。主要含有氮、氯化氢和过量光气的气体混合物，通过洗涤步骤，然后在吸收塔中除去光气。通过精馏从洗涤溶液中以纯物质形式回收二异氰酸酯。1，6-二异氰酸根合己烷的收率为理论收率的98.0％。
尽管上文针对说明目的详细描述了本发明，但应理解的是，这种详细说明只是针对这一目的的，除了可以由权利要求书限定的内容外，在不偏离本发明的精神实质及范围的情况下，本领域的熟练技术人员可以进行各种改变。
Claims (3)
1.一种制备对应如下通式的(环)脂肪族二异氰酸酯或三异氰酸酯的方法
R-(NCO)n (I)，其中R代表带有多达15个碳原子的(环)脂肪族烃基，条件是在两个氮之间至少有两个碳原子，n代表数值2或3，该方法包括
a)分别将光气和对应如下通式的二胺或三胺加热到200℃-600℃的温度，其中可任选利用惰性气体或惰性溶剂的蒸气稀释胺，
R-(NH2)n (II)，
b)在反应物混合区内加快至少一种反应物的流动，
c)在不带移动部件的反应室内使反应物连续反应。
2.权利要求1的方法，其中反应室的横截面积在反应物的混合区域内减小，而在发生反应的部位增大。
3.权利要求1的方法，其中利用惰性气体和/或惰性溶剂的蒸气稀释起始胺。
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