CZ284760B6 - Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine - Google Patents

Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine Download PDF

Info

Publication number
CZ284760B6
CZ284760B6 CZ951191A CZ119195A CZ284760B6 CZ 284760 B6 CZ284760 B6 CZ 284760B6 CZ 951191 A CZ951191 A CZ 951191A CZ 119195 A CZ119195 A CZ 119195A CZ 284760 B6 CZ284760 B6 CZ 284760B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
nmm
hydrogen peroxide
methylmorpholine
amine
nmmo
Prior art date
Application number
CZ951191A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ119195A3 (en
Inventor
Josef Prof. Ing. Drsc. Pašek
Michal Pohanka
Jiří Ing. Frank
Original Assignee
Vysoká Škola Chemicko-Technologická
Spolana A. S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká Škola Chemicko-Technologická, Spolana A. S. filed Critical Vysoká Škola Chemicko-Technologická
Priority to CZ951191A priority Critical patent/CZ284760B6/en
Publication of CZ119195A3 publication Critical patent/CZ119195A3/en
Publication of CZ284760B6 publication Critical patent/CZ284760B6/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

A method of preparing a 45 to 70% aqueous solutions of N-methylmorpholine oxide with a low content of nitrosomorpholine of up to 50 ppb by oxidising of N-methylmorpholine in an aqueous hydrogen peroxide solution at a temperature of 60 to 75 degrees C with a molar ratio of H2O2/amine=0.5 to 0.9. Hydrogen peroxide acts on N-methylmorpholine, which contains at least one of three hydrogen peroxide stabilisers from a group including sodium pyrophosphate, sodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid, sodium stannate at a total concentration of 0.01 to 0.05 % by weight calculated on the basis of the amount of changed amine and common commercial form of the added stabilisers including crystalline water content. It is an advantage to use N-methylmorpholine as an azeotropic mixture with water.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu přípravy roztoků N-methylmorfolinoxidu (NMMO) s nízkým obsahem nitrosomorfolinu (NOMOR), který se používá k přípravě celulózových vláken. K tomuto účelu se používá roztok, obsahující 50 až 60 % hmotn. N-methylmorfolinoxidu s obsahem do 300 ppb nitrosomorfolinu.The present invention relates to a process for the preparation of low nitrosomorpholine (NOMOR) solutions of N-methylmorpholine oxide (NMMO), which is used to prepare cellulosic fibers. For this purpose, a solution containing 50 to 60 wt. N-methylmorpholine oxide containing up to 300 ppb of nitrosomorpholine.

Fyzikální rozpouštění celulózy spolu s jednoduchou a kvantitativní regenerací rozpouštědla je ve srovnání s viskózovou technologií výroby vlákna radikální inovací, zejména z hlediska ochrany pracovního a životního prostředí.The physical dissolution of cellulose together with the simple and quantitative solvent recovery is a radical innovation compared to the viscose fiber production technology, especially in terms of protection of the working and environment.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

NMMO se vyrábí reakcí N-methylmorfolinu (NMM) s peroxidem vodíku podle rovnice I.NMMO is produced by reacting N-methylmorpholine (NMM) with hydrogen peroxide according to Equation I.

/ \ / \ +/CH3/ \ / \ + / CH 3

O N—CH3 <· H2O2-----► O _ * H2OON — CH 3 <· H 2 O 2 ----- ► O _ * H 2 O

Reakce probíhá vzhledem k oběma reaktantům s téměř kvantitativním výtěžkem. Patentová literatura se proto zaměřuje na kvalitu vyráběného NMMO.The reaction proceeds with respect to both reactants in an almost quantitative yield. The patent literature therefore focuses on the quality of NMMO produced.

V patentu firmy Eastman Kodak Co. (US 3 447 939, SRN 1694048 2.9. 1966), zaměřeném na použití oxidů cyklických aminů jako rozpouštědla makromolekulámích látek, se popisuje příprava oxidů cyklických terciárních aminů, mezi nimi na prvním místě NMMO. Při oxidaci aminu se pracuje s poměrem H2O2/amin = 0,98. V příkladu přípravy NMMO je chybný údaj o navážce peroxidu, podle kterého by byl molámí poměr H2O2/amin = 0,83, přičemž výtěžek oxidu na peroxid je vysoko přes 100%. Všechny další údaje v patentu svědčí o aplikaci téměř ekvimolekulámího poměru reagujících látek.In the Eastman Kodak Co. patent (US 3,447,939, Germany 1694048 September 2, 1966), which is directed to the use of cyclic amine oxides as a solvent for macromolecular substances, describes the preparation of cyclic tertiary amine oxides, among them NMMO first. The oxidation of the amine is carried out with an H2O2 / amine ratio of 0.98. In the example of the preparation of NMMO, the peroxide weighing data according to which the molar H 2 O 2 / amine ratio is 0.83 is erroneous, with the yield of oxide per peroxide being well over 100%. All other data in the patent suggest the application of an almost equimolecular ratio of reactants.

Do NMM, obsahujícího 8 % hmotn. vody, se v průměru 4 až 5 hodin vnese 35% roztok H2O2 při teplotě 67 až 72 °C. Pak byla směs udržována při reakční teplotě ještě 2 hodiny a po vychladnutí byl přebytek peroxidu rozložen enzymem katalázou. Žlutý olej byl odvodněn azeotropickou rektifíkací s benzenem a bezvodý NMMO byl pak nalit do acetonu, přičemž se vyloučily krystaly NMMO ve výtěžku 89,6 %, počítáno na NMM. Zbytek NMMO a nečistoty pravděpodobně zůstávají v matečném roztoku.To NMM containing 8 wt. water, an average of 35% H 2 O 2 solution is introduced at a temperature of 67 to 72 ° C for 4-5 hours. The mixture was then kept at the reaction temperature for a further 2 hours and after cooling the excess peroxide was decomposed by the catalase enzyme. The yellow oil was dewatered by azeotropic rectification with benzene and anhydrous NMMO was then poured into acetone, precipitating NMMO crystals in a yield of 89.6%, calculated on NMM. The rest of the NMMO and impurities are likely to remain in the mother liquor.

Podobný postup popisuje CS. AO 218 714, kde se též pracuje s poměrem H2O2/amin = 0,98 a teplotě 67 až 72 °C. Rozdíl od patentu Eastman Kodak Co. je jen vtom, že se reakční směs nejprve extrahuje acetonem, čímž se zbaví nezreagovaného NMM a pak se teprve odvodňuje rektifíkací s benzenem. Tím se však ztrácí efekt čištění NMMO krystalizaci.A similar procedure is described in CS. AO 218 714, which also operates with a ratio H 2 O 2 / amine = 0.98 and a temperature of 67-72 ° C. Eastman Kodak Co. it is only that the reaction mixture is first extracted with acetone, free of unreacted NMM and then dewatered by rectification with benzene. This, however, loses the effect of purifying the NMMO by crystallization.

Pro výrobu vláken se používají vodné roztoky NMMO a je proto účelné se při přípravě NMMO vyhnout odvodňování a krystalizaci. Je však třeba i bez krystalizace připravit dostatečně čistý roztok NMMO.For the production of fibers, aqueous NMMO solutions are used and it is therefore advisable to avoid dewatering and crystallization in the preparation of NMMO. However, a sufficiently pure NMMO solution should be prepared without crystallization.

Jedním z požadavků na kvalitu NMMO je zbarvení roztoku. Při postupu podle US 3 447 939 se získá oranžový roztok NMMO. V patentovém spisu NDR 254 199 se zdůrazňuje, že při výrobě roztoku NMMO se světlým zbarvením se musí reakční teplota udržovat v rozmezí + 1 K a roztokOne of the quality requirements of NMMO is the coloring of the solution. The procedure of US 3,447,939 gives an orange NMMO solution. NDR 254 199 emphasizes that in the preparation of a light colored NMMO solution, the reaction temperature must be kept within + 1 K and the solution

-1 CZ 284760 B6-1 CZ 284760 B6

H2O2 se musí do reakční směsi jemně dispergovat, např. pomocí trysky. Pracuje se s ekvimolekulámím poměrem reaktantů při teplotě 69 až 72 °C.H 2 O 2 must be gently dispersed into the reaction mixture, for example by means of a nozzle. An equimolecular ratio of reactants at 69-72 ° C is used.

Podle dalšího patentu stejné skupiny autorů (NDR 259 863) se do 90 % hmotn. NMM zavádí po dobu 3,5 hodin 48% roztok H2O2 při 75 °C a pak se směs míchá dalších 5 hodin. Pracuje se se stechiometrickým poměrem reaktantů. Reakční směs se pak propouští čtyřmi kolonami plněnými katexem, přičemž se před vstupem do 4. kolony přidává k reakční směsi kyselina fosforečná. Na katexu se zřejmě zachycuje nezreagovaný NMM.According to another patent of the same group of authors (GDR 259 863) up to 90 wt. The NMM was introduced over 3.5 hours at a 48% H 2 O 2 solution at 75 ° C and then stirred for an additional 5 hours. The stoichiometric ratio of the reactants is used. The reaction mixture is then passed through four cation exchange columns, and phosphoric acid is added to the reaction mixture before entering the 4th column. Unreacted NMM appears to be trapped on the cation exchanger.

V patentovém spisu firmy Hůls AG (EP 0 254 803) se uvádí, že se čistota NMMO zvýší, jestliže se výchozí NMM nejprve rektifikuje s vodou na 74% azeotrop, který se pak oxiduje. Vliv rektifikace NMM před oxidací na čistotu NMM je pochopitelný, protože NMM stejně jako jiné terciární aminy při skladování žloutne působením vzdušného kyslíku. Je ovšem otázkou, zda je vyčištění výchozí látky před chemickou reakcí vůbec patentovatelné. V příkladu se NMM rektifikuje se stejným množstvím vody na koloně. Do získané azeotropické směsi se během dvou hodin vnesl 35 % hmotn. H2O2 v poměru H2O2/amin = 0,82. Pak se při 68 °C směs míchala ještě 6 hodin. Nakonec se za vakua oddestiloval nezreagovaný NMM a část vody tak, aby roztok obsahoval 60 % hmotn. NMMO. Získaný roztok NMMO obsahuje 2 ppm H2O2, 0,1 % hmotn. NMM a číslo kyselosti je 0,1 mg KOH/g. Roztok je nažloutlý. Citovaný patentový spis chrání molámí poměr H2O2/NMM = 0,75 až 0,90, což zajišťuje úplné proreagování peroxidu. Odstranění nezreagovaného NMM vakuovou destilací je snadné.In Hös AG (EP 0 254 803), the purity of NMMO is increased when the initial NMM is first rectified with water to a 74% azeotrope, which is then oxidized. The effect of NMM rectification prior to oxidation on NMM purity is understandable because NMM, like other tertiary amines, yellows upon storage under atmospheric oxygen. The question is, however, whether the purification of the starting material prior to the chemical reaction is even patentable. In the example, the NMM is rectified with the same amount of water on the column. 35% by weight of the resulting azeotropic mixture were introduced over two hours. H 2 O 2 in the ratio H 2 O 2 / amine = 0.82. The mixture was then stirred at 68 ° C for 6 hours. Finally, unreacted NMM and some of the water were distilled off under vacuum so that the solution contained 60 wt. NMMO. The NMMO solution obtained contains 2 ppm H 2 O 2 , 0.1 wt. NMM and the acid number is 0.1 mg KOH / g. The solution is yellowish. The cited patent protects a molar H 2 O 2 / NMM ratio of 0.75 to 0.90, ensuring complete peroxide reaction. Removal of unreacted NMM by vacuum distillation is easy.

Již v r. 1967 byl patentován (US 3 333 000) postup na výrobu trialkylaminoxidů, zejména triethylaminoxidu, při kterém se oxidace aminu peroxidem vodíku katalyzuje alkalickým hydrogenuhličitanem a alkalickým polyfosfátem. Polyfosfáty a jiné chelatizační látky brání rozkladu peroxidu na vodu a kyslík. Při oxidaci triethylaminu bez uvedeného katalytického systému byl výtěžek oxidu na H2O2 jen 30,8 %, za přítomnosti katalyzátorů byl výtěžek teoretický.Already in 1967, a process for the production of trialkylamine oxides, in particular triethylamine oxide, in which the oxidation of the amine with hydrogen peroxide was catalyzed by an alkali hydrogen carbonate and an alkaline polyphosphate, was patented (US 3,333,000). Polyphosphates and other chelating agents prevent the breakdown of peroxide into water and oxygen. When triethylamine was oxidized without the catalyst system, the yield of H 2 O 2 was only 30.8%, in the presence of catalysts the yield was theoretical.

Největší význam mají oxidy terciárních aminů s jedním dlouhým uhlíkatým řetězcem (zejména dimethyllaurylaminu), používané jako tenzidy. Bylo zjištěno, že při oxidaci těchto aminů peroxidem vodíku má oxid uhličitý větší katalytický efekt než hydrogenuhličitan (US 4 247 480, 1981). Obsah CO2 má být 0,01 až 2 % hmotn., počítáno na terciární amin. Zároveň se přidávají stabilizátory peroxidu, jako jsou polyfosfáty, ethylendiamintetraoctová kyselina (EDTA), cíničitany aj. Pracuje se s poměrem H2O2/amin = 1,05 až 1,1, protože mastný amin se nedá od roztoku oxidu oddělit a musí úplně zreagovat.Of particular importance are tertiary amine oxides with a single long carbon chain (especially dimethyl laurylamine) used as surfactants. In oxidizing these amines with hydrogen peroxide, carbon dioxide has been found to have a greater catalytic effect than bicarbonate (US 4,247,480, 1981). The CO 2 content should be 0.01 to 2% by weight, based on the tertiary amine. At the same time peroxide stabilizers such as polyphosphates, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), tin stannates, etc. are added. The H 2 O 2 / amine ratio is 1.05 to 1.1, because the fatty amine cannot be separated from the oxide solution and react.

Francouzský patent 2 632 638 (1988) chrání použití CO2 jako katalyzátoru při oxidaci terciárních aminů peroxidem vodíku, přičemž první bod předmětu vynálezu je shodný s US 4 247 480, který není v přehledu dosavadních poznatků uveden. Příklady jsou zaměřeny na triethylaminoxid.French patent 2,632,638 (1988) protects the use of CO 2 as a catalyst in the oxidation of tertiary amines with hydrogen peroxide, the first aspect of the invention being identical to US 4,247,480, which is not disclosed in the prior art. Examples are directed to triethylamine oxide.

V poslední době se kvalita oxidů hodnotí podle obsahu nitrosaminů, který kolísá v rozmezí 50 až 10 000 ppb. Při oxidaci dimethyllaurylaminu vzniká karcinogenní dimethylnitrosamin a dále Nnitroso-N-methyllaurylamin. Při přípravě NMMO vzniká hlavně N-nitrosomorfolin (NOMOR).More recently, the quality of oxides has been evaluated according to the nitrosamine content, which varies between 50 and 10,000 ppb. Oxidation of dimethyllaurylamine produces carcinogenic dimethylnitrosamine and Nnitroso-N-methyllaurylamine. In the preparation of NMMO mainly N-nitrosomorpholine (NOMOR) is produced.

První postup na přípravu aminoxidů s nízkým obsahem nitrosaminů popisuje EP 307184 (8.9.1987) firmy Ethyl Corporation. Podle patentu se terciární aminy oxidují peroxidem vodíku za přítomnosti CO2 při teplotě nižší než 45 °C. Zatímco za přítomnosti CO2 při teplotě 65 °C a 10% přebytku H2O2 byl získán produkt s obsahem 96 ppb dimethylnitrosaminu, při teplotě pod 40 °C byl obsah nitrosaminů pod mezí detekce. Doporučuje se 3 až 7 % hmotn. CO2 na hmotnost aminu. Je možno namítnout, že již v patentu US 4 247 480 je popsána příprava oxidů za přítomnosti CO2 při 40 až 80 °C.A first procedure for the preparation of low nitrosamine amine oxides is described in EP 307184 (8.9.1987) of Ethyl Corporation. According to the patent, tertiary amines are oxidized with hydrogen peroxide in the presence of CO 2 at a temperature below 45 ° C. While a product containing 96 ppb dimethylnitrosamine was obtained in the presence of CO 2 at 65 ° C and a 10% excess of H 2 O 2 , at below 40 ° C the nitrosamine content was below the detection limit. 3 to 7 wt. CO 2 by weight of amine. It can be argued that already U.S. Pat. No. 4,247,480 describes the preparation of oxides in the presence of CO 2 at 40 to 80 ° C.

-2CZ 284760 Β6-2GB 284760 Β6

Další patent firmy Ethyl Corporation (EP 320 694, 22.11.1988) chrání přípravu oxidů terciárních aminů za přítomnosti CO2 a askorbové kyseliny, přičemž obě příměsi mají synergický efekt na snížení obsahu nitrosaminů. Doporučuje se poměr H2O2/amin = 1,0 až 1,5, preferuje se 1,1 až 1,2. Reakční teplota je 0 až 100 °C, preferována je teplota 45 až 75 °C, koncentrace CO2 0,05 až 5 %, počítáno na hmotnost aminu, a stejný je i obsah askorbové kyseliny. Jsou uvedeny 3 srovnávací pokusy.Another Ethyl Corporation patent (EP 320,694, Nov. 22, 1988) protects the preparation of tertiary amine oxides in the presence of CO 2 and ascorbic acid, both of which have a synergistic effect on the reduction of nitrosamines. A H 2 O 2 / amine ratio of 1.0 to 1.5 is recommended, 1.1 to 1.2 is preferred. The reaction temperature is 0 to 100 ° C, preferred temperature is 45-75 ° C, CO 2 concentration of 0.05 to 5%, by weight of the amine, and the same is also the ascorbic acid content. Three comparative experiments are presented.

pouze CO2 CO 2 only pouze AK AK only oba both d imethy ln itrosamin d imethylene itrosamine 96 ppb 96 ppb 37 ppb 37 ppb nedetek. nedetek. methyldodecylnitrosamin methyldodecylnitrosamine nedetek. nedetek. 216 ppb 216 ppb nedetek. nedetek.

Další patent firmy Ethyl Corporation (EP 356 918, 29.8. 1988) chrání přípravu aminoxidů prostých nitrosaminů oxidací terciárních aminů peroxidem vodíku za přítomnosti kovového titanu. Bez titanu i bez CO2 se získá z dimethyllaurylaminu 30% roztok oxidu, obsahující asi 700 ppb obou nitrosaminů, za přítomnosti titanového plechu obsahuje roztok oxidu 310 ppb nitrosaminů, za přítomnosti CO2 96 ppb a při účinku obou byl obsah nitrosaminů pod mezí detekce 10 ppb.Another patent of Ethyl Corporation (EP 356,918, Aug. 29, 1988) protects the preparation of nitrosamine-free amine oxides by oxidation of tertiary amines with hydrogen peroxide in the presence of titanium metal. Both titanium-free and CO 2 -free, a 30% oxide solution is obtained from dimethyllaurylamine containing about 700 ppb of both nitrosamines, containing 310 ppb of nitrosamines in the presence of titanium plate, 96 ppb in the presence of CO 2, and nitrosamines below 10 ppb.

Poslední z řady patentů firmy Ethyl Corporation (EP 426 084, 30.10. 1989) popisuje přípravu aminoxidů za přítomnosti CO2, zředěného nejméně stejným objemem inertního plynu. Při obsahu 60 % hmotn. CO2 a více v plynu nad reakční směsí se získá oranžový produkt, při použití plynu s obsahem 20 až 40 % hmotn. CO2 je roztok oxidu pouze nažloutlý.The last of a series of patents Ethyl Corporation (EP 426 084, 30/10 1989) disclose the preparation of amine oxides in the presence of CO 2 diluted with at least an equal volume of inert gas. At a content of 60 wt. CO 2 or more in the gas above the reaction mixture gave an orange product using a gas containing 20 to 40 wt. CO 2 is a yellowish oxide solution only.

Firma Albright and Wilson Limited chrání (GB 2 252 320, 2.2. 1991) stabilizaci roztoků aminoxidů vůči tvorbě nitrosaminů při výrobě i skladování přídavkem 2,5 až 20 % hmotn. hydrogenuhličitanu nebo uhličitanu, počítáno na hmotnost aminu. Oxid uhličitý prý nechrání před tvorbou nitrosaminů dokonale, zejména při skladování roztoků. Při oxidaci se doporučuje přidávat chelatotvomé látky k zabránění rozkladu peroxidu vodíku. V příkladech je udáván obsah NO skupin. Při oxidaci terciárního aminu obchodní značky Empigen AB při poměru H2O2/amin = 0,9 při 40 °C, za přídavku 0,4 % hmotn. sodné soli EDTA byla získána následující závislost % hmotn. NaHCO3 na amin 0 0,71 1,8 3,6 7,15 10 ppb NO 314 611 406 237 64 66Albright and Wilson Limited protects (GB 2,252,320, Feb. 2, 1991) the stabilization of amine oxide solutions against nitrosamine formation during production and storage by the addition of 2.5 to 20 wt. bicarbonate or carbonate, calculated on the weight of the amine. It is said that carbon dioxide does not protect nitrosamines perfectly, especially when storing solutions. During oxidation it is recommended to add chelating agents to prevent decomposition of hydrogen peroxide. In the examples, the content of NO groups is given. When oxidizing a tertiary amine of the trade mark Empigen AB at a H 2 O 2 / amine ratio of 0.9 at 40 ° C, with the addition of 0.4 wt. % of sodium EDTA was obtained as follows: NaHCO 3 per amine 0 0,71 1,8 3,6 7,15 10 ppb NO 314 611 406 237 64 66

Další patent stejné firmy (EP 553 800, 31.1. 1992) popisuje synergický efekt hydrogenuhličitanu nebo uhličitanu a organického fosfonátu. Patent chrání koncentraci hydrogenuhličitanu 0,05 až 20 % hmotn. a fosfonátu 0,005 až 5 % hmotn. a hmotnost terciárního aminu. Jako účinné fosfonáty se uvádějí aminotrismethylenfosfonát, ethylendiaminotetrakismethylenfosfonát aj. Při oxidaci je účelné přidávat chelatační činidla, která stabilizují peroxid vodíku a urychlují oxidaci, avšak nemají vliv na tvorbu nitrosaminů. Při kombinaci 0,1 % hmotn. fosfonátu a 1 % hmotn. NaHCO3 na amin a při stechiometrickém poměru H2O2/amin byl získán roztok dimethyllaurylaminoxidu s obsahem nitrososkupin 34 ppb.Another patent of the same company (EP 553 800, January 31, 1992) discloses the synergistic effect of bicarbonate or carbonate and organic phosphonate. The patent protects the bicarbonate concentration from 0.05 to 20 wt. % and phosphonate 0.005 to 5 wt. and the weight of the tertiary amine. Effective phosphonates include aminotrismethylene phosphonate, ethylenediaminotetrakismethylene phosphonate and the like. In oxidation, it is useful to add chelating agents that stabilize hydrogen peroxide and accelerate oxidation, but do not affect the formation of nitrosamines. With a combination of 0.1 wt. % phosphonate and 1 wt. NaHCO 3 per amine and at a stoichiometric H 2 O 2 / amine ratio a solution of dimethyl lauryl amine having a nitroso group content of 34 ppb was obtained.

Firma BASF ve svém patentu (EP 545 208, 6.12. 1991) uvádí, že obsah nitrosaminů v roztoku oxidu závisí na obsahu primárních a sekundárních aminů ve výchozím terciárním aminu. Patent chrání postup, při kterém se vychází z terciárních aminů, které obsahují méně než 0,05 % hmot, primárních a sekundárních aminů. S výhodou se nežádoucí aminy odstraňují přídavkem reagentů, jako jsou acylhalogenidy, anhydridy kyselin, sulfonylhalogenidy aj. Uvedený patent BASF jako jediný popisuje přípravu NMMO s nízkým obsahem nitrosaminů. Ve srovnávacím pokusu byl oxidován methylmorfolin s obsahem 0,3 % hmotn. primárních a sekundárních aminů. Během dvou hodin byl při 70 °C vnesen 30 % hmotn. roztok H2O2 s molámím poměrem H2O2/NMM = 0,9. Pak byla směs míchána ještě 7 hodin při 70 °C. Nezreagovaný NMM byl oddestilován za tlaku lOkPa a získal se tak 57% hmotn. roztok NMMO, který obsahovalIn its patent (EP 545,208, December 6, 1991), BASF states that the nitrosamine content of the oxide solution depends on the content of primary and secondary amines in the starting tertiary amine. The patent protects a process starting from tertiary amines containing less than 0.05% by weight of primary and secondary amines. Preferably, unwanted amines are removed by the addition of reagents such as acyl halides, acid anhydrides, sulfonyl halides, etc. The BASF patent alone describes the preparation of low nitrosamine-containing NMMOs. In a comparative experiment, methyl morpholine containing 0.3 wt. primary and secondary amines. 30% w / w was introduced at 70 ° C over two hours. H 2 O 2 solution with a molar H 2 O 2 / NMM ratio of 0.9. The mixture was then stirred at 70 ° C for 7 hours. The unreacted NMM was distilled off at 10 kPa to give 57 wt. the NMMO solution it contained

3100 ppb nitrosaminů. Jestliže byl NMMO připraven z NMM, přečištěného destilací na obsah 0,02 % hmotn. primárních a sekundárních aminů, pak obsahoval pod 50 ppb nitrosaminů.3100 ppb nitrosamines. When NMMO was prepared from NMM, purified by distillation to a content of 0.02 wt. primary and secondary amines, then contained below 50 ppb of nitrosamines.

Stejný efekt byl docílen, jestliže se před oxidací přidal k výchozímu N-methylmorfolinu acetanhydrid v množství 0,0045 mol na 1 mol NMM a směs se nechala 1 hodinu reagovat.The same effect was obtained when acetic anhydride was added to the starting N-methylmorpholine in an amount of 0.0045 mol per 1 mol of NMM prior to oxidation and the mixture was allowed to react for 1 hour.

Dosavadní poznatky o přípravě roztoků NMMO s nízkým obsahem nitrosomorfolinu lze shrnout následovně:Current knowledge on the preparation of NMMO solutions with low nitrosomorpholine content can be summarized as follows:

Při oxidaci terciárních mastných aminů peroxidem vodíku bylo zjištěno, že oxid uhličitý reakci účinně katalyzuje a zároveň snižuje obsah nitrosaminů. Je účelné kombinovat působení CO2 s jinými látkami, jako jsou kovový titan, askorbová kyselina a aminofosfonáty. Podobný účinek jako CO2 má hydrogenuhličitan sodný. V patentech, popisujících účinek CO2 a hydrogenuhličitanů při oxidaci terciárních aminů peroxidem vodíku, není ani jediný příklad oxidace NMM. Naše experimenty potvrdily, že CO2 zvyšuje rychlost oxidace NMM 10 až lOOkrát (podle koncentrace CO2) a řádově snižuje tvorbu nitrosomorfolinu.In the oxidation of tertiary fatty amines with hydrogen peroxide, it has been found that carbon dioxide effectively catalyzes the reaction while reducing the nitrosamine content. It is expedient to combine the action of CO 2 with other substances such as titanium metal, ascorbic acid and aminophosphonates. Sodium bicarbonate has a similar effect to CO 2 . In patents describing the effect of CO 2 and bicarbonates in the oxidation of tertiary amines with hydrogen peroxide, there is no single example of the oxidation of NMM. Our experiments confirmed that CO 2 increases the rate of NMM oxidation by 10 to 100 times (depending on CO 2 concentration) and decreases the formation of nitrosomorpholine by a significant order.

Údaj patentu BASF (EP 545 208), že NMM s obsahem primárních a sekundárních aminů pod 0,05 % poskytuje při oxidaci roztok NMMO s velmi nízkým obsahem nitrosaminů, naše experimenty nepotvrdily.The data of the BASF patent (EP 545 208) that NMMs with primary and secondary amines below 0.05% yield a NMMO solution with a very low nitrosamine content during oxidation were not confirmed by our experiments.

NMM se při oxidaci peroxidem vodíku chová jinak než trialkylaminy. I bez přídavku chelatačních činidel se získá vysoký výtěžek NMMO na peroxid vodíku. Reakce probíhá s dostatečnou rychlostí i bez katalyzátorů, jakými jsou CO2 nebo hydrogenuhličitan sodný, I když patenty, zaměřené na přípravu oxidů - tenzidů, obvykle v přehledu výchozích aminů uvádějí i NMM, nehodí se tyto postupy, pracující s nadstechiometrickým množstvím H2O2, k přípravě NMMO.NMM behaves differently than trialkylamines when oxidized with hydrogen peroxide. Even without the addition of chelating agents, a high yield of NMMO on hydrogen peroxide is obtained. The reaction proceeds at a sufficient rate even without catalysts such as CO 2 or sodium bicarbonate, although patents for the preparation of surfactant oxides usually also include NMMs in the starting amine list, these processes, which work with a stoichiometric amount of H 2 O 2 , are not suitable. , on the preparation of NMMO.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Způsob přípravy roztoku NMMO s velmi nízkým obsahem NOMOR a zároveň s velmi nepatrným zabarvením (bezbarvý nebo jen nažloutlý) oxidací NMM peroxidem vodíku při teplotě 60 až 75 °C a molámím poměru H2O2/NMM = 0,5 až 0,9 podle vynálezu spočívá v tom, že se do reakční směsi před zahájením oxidace přidá 0,01 až 0,05 % hmotn. stabilizátoru peroxidu vodíku ze skupiny látek, tvořené pyrofosforečnanem sodným, sodnou solí ethylendiamintetraoctové kyseliny (EDTA) nebo cíničitanem sodným, nebo jejich kombinace, vztaženo na hmotnost NMM: Koncentrační údaj se vztahuje na komerční formu látek včetně případné krystalové vody.Process for preparing a NMMO solution with a very low NOMOR content and at the same time a very slight coloration (colorless or only yellowish) by oxidation of NMM with hydrogen peroxide at a temperature of 60 to 75 ° C and a molar H 2 O 2 / NMM ratio of 0.5 to 0.9 The invention is characterized in that from 0.01 to 0.05 wt. a hydrogen peroxide stabilizer selected from the group consisting of sodium pyrophosphate, sodium ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) or sodium tin stannate, or a combination thereof, based on the mass of NMM: The concentration refers to the commercial form of the substances including any crystal water.

V patentové literatuře se v případě oxidace mastných terciárních aminů výslovně uvádí, že chelatační činidla brání rozkladu H2O2 a urychlují průběh oxidace, nemají však vliv na obsah nitrosaminů (EP 553 800). Oxidace NMM probíhá jinak: při jeho oxidaci se i bez chelatačních stabilizátorů H2O2 nerozkládá a chelatační činidla oxidaci neurychlují. Podle našich experimentálních zjištění chelatační činidla řádově snižují tvorbu nitrosaminů. Na potlačení tvorby nitrosaminů však nestačí stabilizátory, obsažené v komerčním roztoku H2O2.In the case of the oxidation of fatty tertiary amines, the patent literature explicitly states that chelating agents prevent the decomposition of H 2 O 2 and accelerate the oxidation process, but do not affect the nitrosamine content (EP 553 800). Oxidation of NMM proceeds differently: oxidation does not decompose even without H 2 O 2 chelating agents and chelating agents do not accelerate oxidation. According to our experimental findings, chelating agents reduce the formation of nitrosamines by an order of magnitude. However, the stabilizers contained in the commercial H 2 O 2 solution are not sufficient to suppress the formation of nitrosamines.

Výhodou chelatačních činidel před CO2 je snazší manipulace a zejména lepší zbarvení produktu. Vzhledem k tomu, že CO2 silně katalyzuje oxidaci, doporučuje se pracovat při teplotě pod 40 °C, což je nevýhodné z hlediska odvodu reakčního tepla.The advantage of chelating agents over CO 2 is that it is easier to handle and, in particular, to better color the product. Since CO 2 strongly catalyzes oxidation, it is recommended to operate below 40 ° C, which is disadvantageous in terms of heat dissipation.

Do předloženého NMM, nejlépe ve formě azeotropu s vodou, se přidá stabilizátor a po dobu 2 až hodin se při reakční teplotě přidává roztok H2O2, nejlépe 35%, a pak se nechá peroxid doreagovat dalších 2,5 až 5 hodin. Nezreagovaný NMM se oddělí vakuovou rektifikací jako azeotrop s vodou.A stabilizer is added to the present NMM, preferably in the form of an azeotrope with water, and a solution of H 2 O 2 , preferably 35%, is added over a period of 2 to 1 hours, and the peroxide is allowed to react for a further 2.5 to 5 hours. Unreacted NMM is separated by vacuum rectification as an azeotrope with water.

-4CZ 284760 B6-4GB 284760 B6

Většinou se do komerčních roztoků H2O2 přidává jeden nebo kombinace několika stabilizátorů. Koncentrace stabilizátoru v komerčním peroxidu vodíku s koncentrací 35 % hmotn. H2O2 bývá 100 až 200 ppm, což nepostačuje k potlačení tvorby NOMOR pod hodnotu 100 ppb ve finálním roztoku NMMO. V přepočtu na nasazený NMM je to při molámím poměru H2O2/NMM = 0,6 pouze 0,005 až 0,01 % hmotn. stabilizátoru.In most cases, one or a combination of several stabilizers is added to commercial H2O2 solutions. The concentration of stabilizer in commercial hydrogen peroxide at a concentration of 35 wt. H 2 O 2 tends to be 100 to 200 ppm, which is not sufficient to suppress the formation of NOMOR below 100 ppb in the final NMMO solution. Based on the NMM employed, it is only 0.005 to 0.01 wt.% At a molar ratio of H 2 O 2 / NMM = 0.6. stabilizer.

Stabilizátor peroxidu se přidává do předloženého NMM, může se však přidat i do roztoku H2O2, což však dává menší efekt. Proto i stabilizátor, obsažený v komerčním peroxidu, snižuje tvorbu NOMOR poměrně málo.The peroxide stabilizer is added to the present NMM, but can also be added to the H 2 O 2 solution, which gives less effect. Therefore, the stabilizer contained in the commercial peroxide also reduces the formation of NOMOR relatively little.

Ze tří uvedených stabilizátorů má nejlepší vlastnosti ethylendiamintetraoctan sodný, který nejen radikálně omezuje tvorbu NOMOR, ale současně poskytuje téměř bezbarvý roztok NMMO. Při použití cíničitanu s koncentrací podle vynálezu má finální roztok NMMO bílou opalescenci hydroxidu cíničitého. Roztok je však též bezbarvý. Proto je výhodné používat kombinaci stabilizátorů, např. 90% hmotn. ethylendiamintetraoctanu sodného a 10 % hmotn. cíničitanu sodného.Of the three stabilizers, sodium ethylenediaminetetraacetate has the best properties, which not only radically reduces the formation of NOMOR, but also provides an almost colorless NMMO solution. When using a tin (IV) stannate with a concentration according to the invention, the final NMMO solution has a white tin hydroxide opalescence. However, the solution is also colorless. Therefore, it is preferred to use a combination of stabilizers, e.g. % sodium ethylenediaminetetraacetate and 10 wt. sodium stannate.

Bylo zjištěno, že obsah NOMOR v oxidu narůstá s rostoucím molámím poměrem H2O2/NMM a proto se doporučuje pracovat s poměrem 0,4 až 0,7. Tento poznatek je možno využít i při práci s přídavkem stabilizátoru, což umožňuje snížit koncentraci stabilizátoru. Vliv stabilizátoru na potlačení tvorby NOMOR je však tak silný, že dovoluje oxidovat NMM s molámím poměrem až 0,9. Čím vyšší je molámí poměr, tím vyšší musí být koncentrace stabilizátoru v rámci rozmezí podle vynálezu.It has been found that the NOMOR content of the oxide increases with increasing molar H 2 O 2 / NMM ratio and therefore it is recommended to work with a ratio of 0.4 to 0.7. This knowledge can also be used when working with the addition of a stabilizer, which makes it possible to reduce the concentration of the stabilizer. However, the effect of the stabilizer on suppressing NOMOR formation is so strong that it allows the oxidation of NMM with a molar ratio of up to 0.9. The higher the molar ratio, the higher the stabilizer concentration must be within the range of the invention.

Příklady provedeníExamples

Příklad 1Example 1

Byly provedeny 4 srovnávací pokusy oxidace azeotropické směsi NMM - voda (73 % hmotn. NMM) nestabilizovaným 30% peroxidem vodíku a jeden pokus se standardně stabilizovaným 35% peroxidem. Roztok, obsahující 35 % hmotn. H2O2, byl u výrobce stabilizován dekahydrátem pyrofosforečnanu sodného v koncentraci 150 ppm a 3 ppm hexahydroxocíničitanu sodného.Four comparative experiments of oxidation of azeotropic NMM-water mixture (73 wt% NMM) with unstabilized 30% hydrogen peroxide and one trial with standardly stabilized 35% peroxide were performed. Solution containing 35 wt. H 2 O 2 , was stabilized at the manufacturer by sodium pyrophosphate decahydrate at a concentration of 150 ppm and 3 ppm sodium hexahydroxotinate.

Do sulfonační baňky objemu 1 1, opatřené míchadlem a umístěné v termostatu, bylo předloženo 400 g azeotropu NMM, obsahujícího 0,01 % hmotn. morfolinu. Při pokusech s jednotlivými stabilizátory bylo k azeotropu přidáno vždy 0,1 g stabilizátoru. Při teplotě 65 °C byl po dobu 3 hodin rovnoměrně přiváděn roztok H2O2, přičemž molámí poměr H2O2/NMM byl 0,6.In a 1 L sulfonation flask equipped with a stirrer and placed in a thermostat, 400 g of NMM azeotrope containing 0.01 wt. morpholine. In experiments with individual stabilizers, 0.1 g of stabilizer was added to the azeotrope. At 65 ° C, the H 2 O 2 solution was uniformly fed for 3 hours with a molar H 2 O 2 / NMM ratio of 0.6.

Po vnesení peroxidu byla směs míchána při reakční teplotě ještě 3 hodiny, přičemž koncentrace peroxidu poklesla na hodnotu kolem 50 ppm. Pak byl za vakua oddestilován nezreagovaný NMM s použitím kolony o účinnosti 8 teoretických pater a současně byl roztok NMMO zahuštěn na 60 + 1 % hmotn. Výsledky pokusu shrnuje tabulka.After the peroxide was introduced, the mixture was stirred at the reaction temperature for 3 hours while the peroxide concentration dropped to about 50 ppm. Unreacted NMM was then distilled off in vacuo using a column of 8 theoretical plates and at the same time the NMMO solution was concentrated to 60 + 1% by weight. The results are summarized in the table.

-5 CZ 284760 B6-5 CZ 284760 B6

č. pok. No Pok. stabilizátor stabilizer peroxid hmotn. peroxide wt. obsah NOMOR ppb Content NOMOR ppb zbarvení NMMO NMMO staining 49 49 žádný none 30% nestab. 30% nestab. 292 292 žlutooranž. yellow orange. 50 50 Na4P2O7.10H2ONa4P 2 O 7 .10H 2 O 30% nestab. 30% nestab. 19 19 Dec nažloutlý yellowish 51 51 Na2Sn(OH)6 Na 2 Sn (OH) 6 30% nestab. 30% nestab. <10 <10 bezbarvý opalescence colorless opalescence 52 52 EDTA EDTA 30% nestab. 30% nestab. <10 <10 bezbarvý colorless 53 53 žádný none 35% stabil. 35% stabil. 200 200 žlutý yellow

Příklad 2Example 2

Azeotroická směs NMM - voda byla oxidována komerčním stabilizovaným roztokem H2O2 (pyrofosforečnan + cíničitan) při 65 °C s molámím poměrem H2O2/NMM = 0,9. Do předloženého azeotropu bylo přidáno 0,04 % hmotn. ethylendiamintetraoctanu sodného (dihydrátu), počítáno na NMM. Peroxid byl dávkován 3,5 hodiny, doba doreagování byla 5 hodin. Po oddestilování nezreagovaného NMM byl získán bezbarvý 60% roztok NMMO, obsahující 20 ppb NOMOR.The azeotropic NMM-water mixture was oxidized with a commercial stabilized H 2 O 2 solution (pyrophosphate + tin stannate) at 65 ° C with a molar ratio of H 2 O 2 / NMM = 0.9. 0.04 wt.% Was added to the present azeotrope. sodium ethylenediaminetetraacetate (dihydrate), calculated on NMM. Peroxide was dosed for 3.5 hours, the reaction time was 5 hours. After the unreacted NMM was distilled off, a colorless 60% NMMO solution containing 20 ppb NOMOR was obtained.

Příklad 3Example 3

Azeotropická směs NMM - voda byla oxidována při 65 °C komerčním stabilizovaným 35% H2O2 při molámím poměru H2O2/NMM = 0,6. Do předloženého azeotropu bylo přidáno 0,017 % hmotn. EDTA (dihydrát) a 0,006 % hmotn. hexahydroxocíničitanu sodného. Peroxid byl dávkován 3 hodiny a potom byla reakční směs míchána další tři hodiny při reakční teplotě. Po oddestilování nezreagovaného NMM za vakua byl získán bezbarvý roztok 60 % hmotn. NMMO, který obsahoval 10 ppb NOMOR.Azeotrope NMM - water was oxidized at 65 ° C a commercial stabilized 35% H 2 O 2 at a molar ratio of H 2 O 2 / NMM = 0.6. 0.017 wt.% Was added to the present azeotrope. % EDTA (dihydrate) and 0.006 wt. sodium hexahydroxotinate. The peroxide was dosed for 3 hours and then the reaction mixture was stirred for an additional three hours at the reaction temperature. After the unreacted NMM was distilled off under vacuum, a colorless solution of 60 wt. NMMO containing 10 ppb NOMOR.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález je využitelný pro výrobu N-methylmorfolinoxidu s nízkým obsahem nitrosomorfolinu, který se používá pro přípravu celulozových vláken.The invention is applicable to the production of low nitrosomorpholine N-methylmorpholine oxide, which is used for the preparation of cellulose fibers.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Způsob přípravy hmotnostně 45 až 70% vodných roztoků N-methylmorfolinoxidu s nízkým obsahem nitrosomorfolinu do 50 ppb oxidací N-methylmorfolinu vodným roztokem peroxidu vodíku při teplotě 60 až 75 °C s molámím poměrem H2O2/amin = 0,5 až 0,9, vyznačený tím, že se peroxidem vodíku působí na N-methylmorfolin, který obsahuje nejméně jeden ze tří stabilizátorů peroxidu vodíku, tvořených skupinou pyrofosforečnan sodný, ethylendiamintetraoctan sodný, cíničitan sodný, v celkové koncentraci 0,01 až 0,05% hmotn. počítáno na nasazený amin, a běžnou komerční formu přidávaných stabilizátorů včetně krystalové vody.Process for the preparation of 45 to 70% by weight aqueous solutions of low-nitrosomorpholine-containing N-methylmorpholine oxide to 50 ppb by oxidation of N-methylmorpholine with an aqueous hydrogen peroxide solution at a temperature of 60 to 75 ° C with a molar H 2 O 2 / amine ratio of 0.5 to 0.9, characterized in that N-methylmorpholine is treated with hydrogen peroxide, which contains at least one of the three hydrogen peroxide stabilizers consisting of sodium pyrophosphate, sodium ethylenediaminetetraacetate, sodium stannate in a total concentration of 0.01 to 0.05% by weight . calculated on the loaded amine, and the conventional commercial form of added stabilizers, including crystalline water. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se peroxidem vodíku působí na N-methylmorfolin ve formě azeotropu s vodou.The process according to claim 1, wherein the hydrogen peroxide is treated with N-methylmorpholine in the form of an azeotrope with water.
CZ951191A 1995-05-09 1995-05-09 Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine CZ284760B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ951191A CZ284760B6 (en) 1995-05-09 1995-05-09 Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ951191A CZ284760B6 (en) 1995-05-09 1995-05-09 Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ119195A3 CZ119195A3 (en) 1996-11-13
CZ284760B6 true CZ284760B6 (en) 1999-02-17

Family

ID=5462894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ951191A CZ284760B6 (en) 1995-05-09 1995-05-09 Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ284760B6 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CZ119195A3 (en) 1996-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0473559B1 (en) Process for the production of chlorine dioxide
EP0613464B1 (en) Stabilised peracid solutions
FI112353B (en) Process for continuous production of chlorine dioxide
FI112202B (en) Process for the production of chlorine dioxide
FI111459B (en) Process for the preparation of stable peracetic acid product
US3869401A (en) Stabilized acidic hydrogen peroxide solutions
JPH034545B2 (en)
DK151642B (en) CLEANING AGENT FOR METALS
CA2581318C (en) A process for the production of chlorine dioxide
CA2144468C (en) Method of producing chlorine dioxide
EP0644853B1 (en) Method of producing chlorine dioxide
EP0553552B1 (en) Process for the preparation of N-methylmorpholine oxide
CZ284760B6 (en) Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine
US4738794A (en) Aqueous dispersion of potassium salt of 4-sulpho-peroxybenzoic acid stabilized with a potassium salt
CZ284681B6 (en) Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine
CZ284545B6 (en) Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine
RU2352522C1 (en) Method of stabilisation of hydrogen peroxide alkali solution
JPH0366658A (en) Decoloration of alkane sulfonic acid and arene sulfonic acid
CZ284680B6 (en) Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine
US2386484A (en) Anhydrous hydrogen peroxide and method of making same
EP0551298B1 (en) Peroxidic compositions
EP0449797A1 (en) Method for the preparation and/or maintenance of alkaline bleaching baths and hydrogen peroxide solutions for use therein
US5006327A (en) Alkali metal hydrosulfite solutions
KR100202239B1 (en) Manufacturing method of stabilizing sodium percabonate
JPH04145064A (en) Method for preventing yellowing of thiourea dioxide

Legal Events

Date Code Title Description
IF00 In force as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20030509