DD296071A5 - PROCESS CONTROL OF ACID-CATALYZED ANILINE FORMALDEHYDE CONDENSATION - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Prozeszsteuerung der saeurekatalysierten Anilin-Formaldehyd-Kondensation, die bei der Herstellung aromatischer Isocyanate angewendet wird. Dadurch, dasz waehrend und/oder nach der Formaldehyddosierung die Viskositaet des Reaktionsgemisches gemessen wird und bei Unterschreitung des vorgegebenen Grenzwertes der Viskositaet eine Korrektur von variablen Reaktionsparametern, wie Reaktionstemperatur und/oder Dosiergeschwindigkeit, erfolgt, wird die saeurekatalysierte Anilin-Formaldehyd-Kondensation so gesteuert, dasz die Bildung von stoerenden Nebenprodukten, wie beispielsweise N-Methylverbindungen, Chinazoline und Derivate vermindert wird.{Prozeszsteuerung; saeurekatalysierte Anilin-Formaldehyd-Kondensation; Viskositaetsmessung; Einflusznahme auf Reaktionsparameter; Reaktionstemperatur; Dosiergeschwindigkeit}The invention relates to a Prozeszsteuerung the acid-catalyzed aniline-formaldehyde condensation, which is used in the preparation of aromatic isocyanates. As a result of the viscosity of the reaction mixture being measured during and / or after the formaldehyde addition, and a correction of variable reaction parameters, such as reaction temperature and / or metering rate, being achieved if the viscosity falls below the predetermined limit, the acid-catalyzed aniline-formaldehyde condensation is controlled in such a way that to reduce the formation of interfering byproducts such as N-methyl compounds, quinazolines, and derivatives. {Process Control; acid-catalyzed aniline-formaldehyde condensation; Viskositaetsmessung; Influence on reaction parameters; Reaction temperature; metering rate}
Description
Einmal bereitet es erhebliche Schwierigkeiten, die UV-spektroskopische Meßmethode in örtlicher und damit zeitlicher Nahe zum Produktionsverfahren im Herstellungsprozeß unter Betriebsbedingungen durchzufuhren, und zum anderen wird auch hierdurch das Auftreten schlechter Produktqualitaten nicht von vorn herein verhindert, es wird lediglich möglich, nachfolgende Synthesen zu korrigierenOn the one hand, it causes considerable difficulties to carry out the UV spectroscopic measuring method in local and thus temporal proximity to the production process in the manufacturing process under operating conditions, and on the other hand, the occurrence of poor product quality is not prevented from the outset, it is only possible to correct subsequent syntheses
Bei dem komplizierten Reaktionsabiauf der Anilin-Formaldehydkondensation laßt sich um so wirksamer Einfluß auf die Endproduktqualltat nehmen, je zeitiger nach der Vermischung der Reaktanden die vorhegenden Reaktionszustande charakterisiert werdenIn the complicated Reaktionsabiauf the aniline-formaldehyde condensation can take as effective an effect on the Endproduktwalftat, the sooner after the mixing of the reactants, the existing reaction conditions are characterized
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht in einer leicht realisierbaren Prozeßsteuerung der saurekatalysierten Anihn-Formaldehyd-Kondensation, die die Herstellung von Polyisocyanaten mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Qualitatsparametern ermöglichtThe object of the invention is an easily realizable process control of the acid-catalyzed Anihn-formaldehyde condensation, which allows the production of polyisocyanates with improved quality parameters over the prior art
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung hegt zur Erreichung des Zieles die Aufgabe zugrunde, den Anihn-Formaldehyd-Kondensationsprozeß so zu steuern, daß die Bildung von störenden Nebenprodukten, wie beispielsweise von N-Methylverbindungen, Chmazohnen und deren Derivaten, vermindert wirdTo achieve the object, the invention has the object to control the Anihn-formaldehyde condensation process so that the formation of interfering by-products, such as N-methyl compounds, Chmazohnen and derivatives thereof, is reduced
Erfmdungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß wahrend und/oder nach der Formaldehyddosierung die Viskosität des Reaktionsgemisches gemessen wird und bei Unterschreitung des vorgegebenen Grenzwertes der Viskosität eine Korrektur von variablen Reaktionsparametern erfolgt Der vorgegebene Grenzwert ist erfmdungsgemaß das 1,1fache der Viskosität des vollständig umgelagerten Reaktionsgemisches und/oder eines vorgegebenen Verlaufs der Viskosität über der Formahndosierung und/oder eine auf die Viskosität des aufgearbeiteten Amins bezogene Große Erfmdungsgemaß sind variable Reaktionsparameter die Reaktionstemperatur und/oder die Dosiergeschwindigkeit des Formalins Die Lehre dieser Erfindung, wonach - gleiche Randbedingungen, zum Beispiel Anilin-Formaldehyd-Verhaltnis, Protonisierung natürlich vorausgesetzt- immer dann Polyamingemische mit sehr niedrigem Gehalt an Nebenprodukten erhalten werden können, wenn fur eine möglichst hohe Viskosität des Kondensationsgemisches gesorgt wird, ist überraschend Der Fachmann mußte das Gegenteil annehmen, da eine niedrige Viskosität als eine Voraussetzung fur die anzustrebene gute Vermischung gilt Eine optimale Vermischung ist besonders bei der Anilin-Formaldehyd-Kondensation von größter Bedeutung, um Nebenreaktionen maximal einzuschränken Deshalb wurden bereits in der Literatur eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Gewährleistung einer guten Vermischung bei dieser Reaktion, wie Mischstrecken und spezielle Düsen, beschrieben Neben dem wichtigen Vorzug, ein bisher in dieser Weise nicht genutztes Qualitatskriterium bei der Aminkondensation einzuführen, ermöglicht die Anwendung dieser erfindungsgemaßen Verfahrensweise eine Prozeßsteuerung mit gegenüber den Verfahren des Standes der Technik erheblich verringerter TrägheitErfmdungsgemaß the object is achieved in that during and / or after the Formaldehyddosierung the viscosity of the reaction mixture is measured and falls below the predetermined limit value of the viscosity is a correction of variable reaction parameters The predetermined limit is erfmdungsgemaß 1.1 times the viscosity of the completely rearranged reaction mixture and / or a predetermined course of the viscosity over the Formahndosierung and / or related to the viscosity of the reclaimed amine Great Erfmdungsgemaß variable reaction parameters are the reaction temperature and / or the dosing of formalin The teaching of this invention, according to which - same boundary conditions, for example aniline Formaldehyde ratio, of course, assuming protonation - always polyamine mixtures with very low content of by-products can be obtained if gesor for the highest possible viscosity of the condensation mixture The expert had to assume the opposite, since a low viscosity is a prerequisite for the targeted good mixing optimal mixing is particularly important in the aniline-formaldehyde condensation of maximum importance to limit side reactions maximum Therefore, already in the Literature a variety of devices to ensure good mixing in this reaction, such as mixing lines and special nozzles, described addition to the important advantage of introducing a previously unused in this way quality criterion in the amine condensation, the application of this inventive method allows a process control with respect to the Prior art methods significantly reduced inertia
Die Erfindung laßt sich grundsätzlich auch beim kontinuierlichen Prozeß der Anilin-Formaldehyd-Kondensation anwenden, indem die Viskosität ab der Anfangsreaktionszone, das heißt unmittelbar nach der Vermischung der Reaktanden Amhnhydrochlorid und Formahn bestimmt wird Hierbei kann insbesondere der entscheidende Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, daß sich hier automatische Prozeßanalysengerate problemlos einsetzen lassen, genutzt werden Das erfindungsgemaße Verfahren ist also nicht an bestimmte Apparate gebunden, es kann sowohl in diskontinuierlich als auch kontinuierlich arbeitenden Anlagen durchgeführt werden Ebenso ist es nicht Bedingung, welche Molverhaltnisse der Ausgangsstoffe und welche Katalysatorkonzentrationen angewendet werden Mit den nachfolgenden Beispielen soll die Erfindung naher erläutert werdenThe invention can be applied in principle in the continuous process of aniline-formaldehyde condensation by the viscosity from the initial reaction zone, that is determined immediately after the mixing of the reactants Amhnhydrochlorid and Formahn Here, in particular the decisive advantage over the prior art, that The inventive method is therefore not bound to specific apparatus, it can be carried out both in discontinuous and continuously operating systems It is also not necessary, which molar ratios of the starting materials and which catalyst concentrations are applied The following examples illustrate the invention in more detail
AusfuhrungsbeispieleExemplary embodiments
In einem mit Ruhrer, Ruckflußkuhler, Kühl- und Dosiereinrichtungen sowie Inertgasbeschleierung und Viskositatsmeßeinrichtung ausgestatteten Reaktor werden 1 8 Molteile Anilin mit 0,72 Molteilen Salzsaure (als 31,5%ige wäßrige Losung) miteinander vermischt Anschließend werden bei 70°C im Verlauf einer Stunde 1 Molteil Formaldehyd (als 37%ige waßnge Losung) kontinuierlich hinzudosiert, wobei eine intensive Durchmischung der Reaktanden gewährleistet wird Anschließend wird das Reaktionsgemisch drei Stunden bei 95°C gehalten und auf 700C abgekühlt, mit überschüssiger Natronlauge neutralisiert, die organische Phase abgetrennt mit Wasser chlondfrei gewaschen und anschließend durch schonende Destillation von überschüssigem Anilin und gelöstem Wasser befreit Das so erhaltene Polyamingemisch wird durch Bestimmung von Kernverteilung, N-Methylgehalt, Dichingehalt und Viskosität charakterisiert und die erhaltenen Werte dem wahrend Kondensation und Umlagerung registrierten Viskositatsverlauf gegenübergestelltIn a reactor equipped with a stirrer, reflux cooler, cooling and metering devices and inert gas coating and Viskositatsmeßeinrichtung 1 8 parts by mole of aniline with 0.72 mole parts of hydrochloric acid (as 31.5% aqueous solution) are mixed together at 70 ° C in the course of one hour 1 mol part of formaldehyde (as a 37% waßnge solution) is added continuously, with an intensive mixing of the reactants is ensured then the reaction mixture is kept for three hours at 95 ° C and cooled to 70 0 C, neutralized with excess sodium hydroxide solution, the organic phase separated with The mixture thus obtained is characterized by determination of core distribution, N-methyl content, dichlorine content and viscosity and the values obtained are recorded during the condensation and rearrangement of viscous viscous contrasted with the course of
Zwecks Erhöhung der Viskosität des Kondensationsgemisches wahrend der Formahndosierung erfolgte eine Verkürzung der Formahndosierzeit auf 30 Minuten bei Einhaltung aller anderen Parameter und der Aufarbeitung des Produktes nach Beispiel 1 aIn order to increase the viscosity of the condensation mixture during the Formahndosierung shortening the Formahndosierzeit was carried out for 30 minutes while maintaining all other parameters and the workup of the product according to Example 1 a
Beginnend mit der Formalindosierung wird die Temperatur des Reaktionsgemisches im Verlauf der Formahndosierzeit von einer Stunde von 300C auf 70°C erhöht Das angewendete Ansatzverhaltnis und die Aufarbeitung des Produktes entspricht dem des Beispieles 1 aStarting with the formalin addition, the temperature of the reaction mixture is increased in the course of Formahndosierzeit of one hour from 30 0 C to 70 ° C. The applied Ansatzverhaltnis and the work-up of the product corresponds to that of Example 1 a
Anstelle der in den Beispielen 1 a und с angewendeten einstundigen Formalindosierzeit erfolgt die Formalindosierung bei 700C in drei Gaben mit je 25% der Gesamtformalinmenge aller 15 Minuten, 25% der Gesamtformalinmenge werden am Ende der Reaktion über einen Zeitraum von 15 Minuten dosiert, so daß die Gesamtdosierzeit von einer Stunde eingehalten wird Das angewendete Ansatzverhaltnis der Reaktanden und die Aufarbeitung des Produktes entspricht dem des Beispieles 1aInstead of the one-hour Formalindosierzeit applied in Examples 1 a and с the formalin is dosed at 70 0 C in three doses with 25% of the total amount of formalin every 15 minutes, 25% of Gesamtalinalinmenge be dosed at the end of the reaction over a period of 15 minutes, so that the total metering time of one hour is maintained The applied approach ratio of the reactants and the work-up of the product corresponds to that of Example 1a
Anstelle der konstanten Reaktionstemperatur m Beispiel 1 d von 700C wird bei Einhaltung aller anderen technologischen Schritte und Parameter des Beispieles 1 d mit Beginn der Formalindosierung die Reaktionstemperaturen des Reaktionsgemisches von 30°C kontinuierlich über eine Stunde auf 700C erhöhtInstead of the constant reaction temperature m Example 1 d of 70 0 C, the reaction temperatures of the reaction mixture of 30 ° C is increased continuously over one hour at 70 0 C adhering to all other technological steps and parameters of Example 1 d at the beginning of Formalindosierung
In Tabelle 1 sind die ermittelten analytischen Parameter, wie Viskosität, N-Methylzahl, Dichingehalt und Kernverteilung, der Beispiele 1 a-e aufgeführtTable 1 lists the analytical parameters determined, such as viscosity, N-methyl number, dichlorine content and core distribution, of Examples 1 a-e
Die wahrend der Durchfuhrung der Beispiele 1 a, b, с kontinuierlich erfolgte Messung der Viskosität des Reaktionsgemisches ist in Bild 1 in Abhängigkeit von der Formalindosierung dargestellt.The measurement of the viscosity of the reaction mixture carried out continuously during the execution of Examples 1 a, b, с is shown in FIG. 1 as a function of the formalin dosage.
In einer Apparatur analog Beispiel 1 sowie gleichem Ansatzverhaltnis der Ausgangsstoffe wurde unter Vorgabe des nach Beispiel 1 с erhaltenen Verlaufs der Viskosität des Kondensationsgemisches bis zur beendeten Formalindosierung die Kondensation bei 800C durchgeführt Die bei 50% der Gesamtformalinmenge deutlich zutagetretende Abweichung vom Viskositatsverlauf der Vorgabekurve wurde durch Erhöhung der Dosiergeschwindigkeit des Formalins von 1,67%/min auf 2,1 %/min ausgeglichen und in Übereinstimmung mit der Vorgabekurve gebracht (Bild 1)In an apparatus analogous to Example 1 and the same Ansatzverhaltnis the starting materials was under specification of Example 1 с obtained the viscosity of the condensation mixture until the completion of Formalindosierung the condensation at 80 0 C carried out at 50% of Gesamtalinalinmenge clearly emergent deviation from the viscosity curve of the default curve balanced by increasing the dosing speed of the formalin from 1.67% / min to 2.1% / min and brought in accordance with the default curve (Figure 1)
In gleicher Weise wird die Aminkondensation nach Beispiel 2 a durchgeführt Die Formalindosiergeschwindigkeit wird jedoch mit 1,67 %/min konstant gehalten Der Viskositatsverlauf ist in Bild 1 dargestellt Fur das Beispiel 2 wurden folgende analytische Parameter ermitteltIn the same way, the amine condensation is carried out according to Example 2a. However, the formalin dosage rate is kept constant at 1.67% / min. The viscosity progression is shown in FIG. 1. For Example 2, the following analytical parameters were determined
Aus 31%iger Salzsaure und wassergesattigtem Anilin wird kontinuierlich ein Produktstrom einer waßrig-anilinhaltigen Anilinhydrochlondlosung erzeugten dem ständigem Molverhaltnis von Saure zu Anilin von 0,4 bis 0,45 vorliegt Mit einer Temperatur von 400C gelangt die Anilinhydrochlondlosung zu einer Mischeinrichtung, in der unter Turbulenz eine homogene Vermischung mit einer 37%igen wäßrigen und bei einer Temperatur von 300C gehaltenen Formaldehydlosung erfolgt Die Volumenstrome der Anilinhydrochlondlosung und der Formaldehydlosung werden dabei im Verhältnis von 3,7 zu 0,5 (Molverhaltnis Anilin zu Formaldehyd 3,6 zu 1) gemischt Nach adiabatem Erreichen einer Reaktionstemperatur von 700C wird mittels Wärmeaustauscher sofort auf 400C abgekühlt und wiederum in einer Mischeinrichtung die Reaktionsmischung mit dem restlichen Formalin (37%ige wäßrige Losung, 300C, Gesamtmolverhaltnis Anilin zu Formaldehyd 1,8zu 1) unter Turbulenz vermischt 60 Sekunden danach wird eine Probe genommen und eine Viskosität von 70 mPas bei 250C bestimmt Das aus dem 2 Reaktor austretende 65 0C heiße Reaktionsgemisch wird auf 850C erwärmt und bei einer Temperatur von 85°C bis 950C und einer mittleren Verweilzeit von 120 Minuten gehaltenFrom 31% hydrochloric acid and water-saturated aniline continuously a product flow of an aniline Anilinhydrochlondlosung aqueous produced continuously molar ratio of acid to aniline of 0.4 to 0.45 is present at a temperature of 40 0 C, the Anilinhydrochlondlosung passes to a mixing device in the under turbulence a homogeneous mixing with a 37% aqueous and held at a temperature of 30 0 C held Formaldehydlosung The volume flow of Anilinhydrochlondlosung and the Formaldehydlosung are in the ratio of 3.7 to 0.5 (molar ratio of aniline to formaldehyde 3.6 to 1) mixed After adiabatic reaching a reaction temperature of 70 0 C is immediately cooled by means of a heat exchanger to 40 0 C and turn in a mixer, the reaction mixture with the remaining formalin (37% aqueous solution, 30 0 C, Gesamtmolverhaltnis aniline to formaldehyde 1.8zu 1) mixed under turbulence 60 seconds later a sample is taken and a viscosity of 70 mPas determined at 25 0 C The exiting from the 2 reactor 65 0 C hot reaction mixture is heated to 85 0 C and maintained at a temperature of 85 ° C to 95 0 C and a mean residence time of 120 minutes
Nach dem Verlassen der Endreaktionszone wird das Produkt auf 700C abgekühlt, mit überschüssiger Natronlauge neutralisiert, die organische Phase abgetrennt, mit Wasser praktisch chloridfrei gewaschen und dann das überschüssige Anilin und gelöstes Wasser durch schonende Destillation entfernt Das so erhaltene MDA/Polyamingemisch wird durch folgende Analysenkennzahlen charakterisiertAfter leaving the final reaction zone, the product is cooled to 70 0 C, neutralized with excess sodium hydroxide solution, the organic phase separated, washed with water virtually free of chloride and then the excess aniline and dissolved water by gentle distillation The resulting MDA / polyamine mixture is characterized by Characteristics of analysis characterized
MDA 3 Kern 4 Kern 5-10 Kern (durch GPCermittelt, MDA 3 core 4 core 5-10 core (determined by GPC,
53,3 23,6 11,7 11,4 Angabe in Gew -%)53,3 23,6 11,7 11,4 in% by weight)
1,7 Gew %Dichm (mittels UV-Messung)1.7% by weight of dichromate (by UV measurement)
Methylzahl 59mMol/kg (mittels NMR)Methyl number 59 mmol / kg (by NMR)
290 mPas Viskositat/70 0C290 mPas viscosity / 70 0 C
Dieses MDA/Polyamingemisch wird in Monochlorbenzen gelost und phosgeniert Das nach der Destillation aufgearbeitete Diphenylmethandiisocyanat/Polyisocyanat wird durch folgende Analysenkennzahlen charakterisiert 0,39 Gew -% hydrolysierbares Chlor 170mPasViskositat/25°CThis MDA / polyamine mixture is dissolved in monochlorobenzene and phosgenated. The diphenylmethane diisocyanate / polyisocyanate worked up after the distillation is characterized by the following analytical parameters: 0.39% by weight of hydrolyzable chlorine 170 mPasViscositat / 25 ° C
Die in dem Vergleichsbeispiel 3 a beschriebene Verfahrensweise wird mit der Abwandlung angewendet, daß nach der 2 Formalinzugabe so gekühlt wird, daß eine Endtemperatur von 500C erreicht Die Probenahme wird wiederum 60 Sekunden nach dem Vermischen von Anihnhydrochlorid und Formalin vorgenommen und ein Viskositatswert von 105 mPas bei 25°C ermittelt Nach den entsprechenden Verfahrensstufen erhalt man ein Methylendianilin/Polyamingemisch mit folgenden AnalysenwertenThe procedure described in Comparative Example 3 a is applied with the modification that is cooled after the addition of 2 Formalin so that a final temperature of 50 0 reached C. Sampling is again made 60 seconds after the mixing of Anihnhydrochlorid and formalin and a viscosity value of 105 mPas determined at 25 ° C. After the corresponding process steps, a methylenedianiline / polyamine mixture with the following analytical values is obtained
MDA 3 Kern 4 Kern 5-10 KernMDA 3 core 4 core 5-10 core
56,4 24,0 10,5 9,156.4 24.0 10.5 9.1
1,15 Gew -%Dichin Methylzahl 40 mMol/kg 290 mPas Viskositat/70 °C1.15% by weight of dichlorine. Methyl number 40 mmol / kg 290 mPas viscosity / 70 ° C.
Nach der Phosgenierung und Aufarbeitung erhalt man ein Diphenylmethandiisocyanat/Polyisocyanat mit folgenden KennwertenAfter phosgenation and work-up, a diphenylmethane diisocyanate / polyisocyanate with the following characteristics is obtained
0,31 Gew -% hydrolysierbares Chlor 145 mPas Viskositat/25°C0.31% by weight of hydrolyzable chlorine 145 mPas viscosity / 25 ° C.
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