DE1493845A1 - Process for the separation of volatile accompanying substances from epoxy resins - Google Patents
Process for the separation of volatile accompanying substances from epoxy resinsInfo
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Description
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 27, DEN ^8 MUNICH 27, THE ^
P U.95.845.5P U.95.845.5
INVENTA AG für Forschung und Patentverwertung, Zürich / SCHWEIZINVENTA AG for research and patent exploitation, Zurich / SWITZERLAND
Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Begleitstoffen ausProcess for the separation of volatile accompanying substances
EpoxydharzenEpoxy resins
Me vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Begleitstoffen aus härtbaren Epoxydharzen oder I Epoxydharzlösungen, d. h. zur Entwässerung, zum Abtreiben von Lösungsmitteln oder nicht umgesetzten, flüchtigen Ausgangsprodukten. The present invention relates to a method for separating volatile accompanying substances from curable epoxy resins or I Epoxy resin solutions, d. H. for dehydration, to drive off solvents or unreacted, volatile starting materials.
Es ist bekannt, härtbare Epoxydharze durch Umsatz von Polyphenolen mit Epihalogenhydrinen in Gegenwart von Alkalihydroxyd herzustellen. Als Nebenprodukt entstehen Alkalisalze, welche abge-It is known that epoxy resins can be hardened by reacting polyphenols with epihalohydrins in the presence of alkali hydroxide. Alkali salts are formed as a by-product, which
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L';:ter!aß3n (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. l Satz 3 d»s ÄnJürungsgee. v. 4. 9.1.L ';: ter! Aß3n (Art. 7, Paragraph I, Paragraph 2, No. 1, Clause 3 d »s ÄnJürungsgee. V. 4, 9.1.
trennt werden müssen. Die Abtrennung der Alkalisalze kann naoh verschiedenen bekannten Methoden durchgeführt werden. Da das Reaktionsprodukt in den meisten Fällen eine relativ hohe Viskosität hat, "bereitet die vollständige Abtrennung der Salze meistens Schwierigkeiten. Man kann entweder das Reaktionsgemisch wiederholt mit Wasser bei erhöhten Temperaturen auswaschen oder das Reaktionsgemisch in einem organischen Lösungsmittel aufnehmen und die organische Schicht bis zur Salzfreiheit mit Wasser auswaschen oder aber das Reaktionsgemisch vollständig entwässern, das wasserfreie Harz/Salzgemisch in einem organischen Lösungsmittel aufnehmen, welches nur das Harz und nicht das Salz löst, und hierauf das Salz durch Zentrifugieren oder Filtration entfernen (vgl. S.P. Anmeldung Nr. 77 631). Diese letztere Methode hat sich für die technische Ausführung des Verfahrens als am wirtschaftlichsten und günstigsten erwiesen. Schwierigkeiten bereitete nur die Entwässerung des Reaktionsgemisches, da sie in relativ kurzer Zeit und vollständig durchgeführt werden soll.must be separated. The alkali salts can be separated off using various known methods. Since that Reaction product in most cases has a relatively high viscosity, "prepares the complete separation of the salts mostly difficulties. You can either wash the reaction mixture repeatedly with water at elevated temperatures or take up the reaction mixture in an organic solvent and wash the organic layer with water until it is free of salts, or else wash the reaction mixture completely dehydrate the anhydrous resin / salt mixture in an organic Pick up solvent, which only dissolves the resin and not the salt, and then the salt by centrifugation or Remove filtration (see S.P. application no. 77 631). This latter method has been used for the technical execution of the Method proved to be the most economical and cheapest. Difficulties only caused the dehydration of the reaction mixture, as it should be carried out completely and in a relatively short time.
Die Ursache dieser Schwierigkeit bei der technischen Durchführung der Salzabtrennung besteht im besonderen darin, dass die eigentliche Kondensation in einem heizbaren Rührgefäss durchgeführt werden muss, welches sich jedoch wegen dem ungünstigen Verhältnis von Heizfläche zu Inhalt und der schlechten Wärmedurchgangszahl des Harzes für eine vollständige Entwässerung nicht eignet, da diese eine sehr lange Zeit beanspruchen würde. Eine derartige lange Entwässerungsperiode des rohen Reaktionsgemisohes bei höheren Temperaturen kann· jedoch zu NebenreaktionenThe cause of this difficulty in the technical implementation of the salt separation is in particular that the actual condensation carried out in a heated stirred vessel must be, but this is due to the unfavorable ratio of heating surface to content and the poor heat transfer coefficient of the resin is not suitable for complete drainage, as this would take a very long time. One such long period of dehydration of the crude reaction mixture at higher temperatures, however, side reactions can occur
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führen, die die Qualität des fertigen Epoxydharzes beeinflussen, so z. B. duroh Verfärbung, Veränderung des Kondensationsgrades und irreversible Vernetzungen der·Harzmoleküle, was vor der Härtung des Harzes unerwünscht ist. Die gleichen Schwierigkeiten bereitet das Ausdampfen von eventuell überflüssigem Epihalogenhydrin aus dem Reaktionsgemisch und das Abtreiben des Lösungsmittels, wenn das Harz zur Entfernung des bei der Kondensation der Ausgangsprodukte anfallenden Alkallsalzes in organischen Lösungsmitteln, z.B. Triohloräthylen, aufgenommen wird.lead that affect the quality of the finished epoxy resin, such. B. duroh discoloration, change in the degree of condensation and irreversible crosslinking of the resin molecules, which is undesirable before the resin hardens. The same difficulties are caused by evaporation of any superfluous epihalohydrin from the reaction mixture and the driving off of the solvent when the resin is taken up in organic solvents, for example triohloroethylene, to remove the alkali salt obtained during the condensation of the starting materials.
Es wurde nun gefunden, dass wider Erwarten Fallfilmverdampfer für den oben erwähnten Zweck eingesetzt werden können, wenn eine besondere Fahrweise eingehalten wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Begleitstoffen aus härtbaren Epoxydharzen oder Epoxydharzlösungen ist dadurch gekennzeichnet, dass die wässrigen Harze oder Harzlösungen in einem Druckgefäß auf eine Temperatur erhitzt werden, die mindestens den Siedepunkt des am höchsten siedenden Begleitstoffes oder des am höchsten siedenden azeotropen Gemisches von Begleitstoffen entspricht und anschliessend über ein Druckhalteventil in den Kopf eines Fallfilmverdampfers entspannt werden, der auf 20 - 2000C über dem Siedepunkt des am höchsten siedenden Begleitstoffes oder azeotropen Gemisches von Begleitstoffen ge- ■ heizt wird, wonach die schmelzflüssigen wässrigen Harze oder die Harzlösungen auf den Verdampferflächen nach unten fliessen und am Sumpf des Verdampfers abgezogen werden, währenddem die ausgedampften flüchtigen Begleitstoffe durch eine RohrleitungIt has now been found that, contrary to expectations, falling film evaporators can be used for the above-mentioned purpose if a special operating mode is adhered to. The method according to the invention for separating volatile accompanying substances from curable epoxy resins or epoxy resin solutions is characterized in that the aqueous resins or resin solutions are heated in a pressure vessel to a temperature which is at least the boiling point of the highest boiling accompanying substance or the highest boiling azeotropic mixture of accompanying substances and then relieved via a pressure control valve in the head of a falling film evaporator , which is heated to 20 - 200 0 C above the boiling point of the highest boiling accompanying substance or azeotropic mixture of accompanying substances, after which the molten aqueous resins or the resin solutions to the Evaporator surfaces flow downwards and are drawn off at the bottom of the evaporator, while the evaporated volatile accompanying substances flow through a pipeline
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abgeführt und In einem Kondensator kondensiert werden«discharged and condensed in a condenser «
Auf die besohrlebene Welse lassen sich nicht nur rohe Epoxydharze, d. h. solche, die nooh die bei der Kondensation von Epihalogenhydrinen und Polyphenolen in Gegenwart von Alkalihydroxyd entstehenden Alkalisalee enthalten, praktisoh vollständig entwässern, sondern es können auoh andere flüohtige Begleitstoffe, z.B. bei der Kondensation nioht umgesetzte Halogenhydrine oder Lösungsmittel aus Harzlösungen vollständig abgetrennt werden. Fallfilmverdampfer werden im allgemeinen zwar nur zur' Konzentrierung von Lösungen benutzt, dochkann durch die oben beschriebene Änderung der üblichen Betriebsbedingungen eine vollständige Entwässerung des relativ hoohviskosen Kondensationsproduktes erreioht werden. Diese Tatsaohe ist umso überraschender, als ein ζ.Β?^5θ Gew.-# Wasser enthaltendes, sohmelzflttseigee Harz am Kopf des Fallfilmverdampfers eine Viskosität von etwa 9000 oP hat und trotz dee relativ dicken Filmes nach Austritt aus dem Fallfilmverdampfer nur mehr einenjp Wassergehalt von ca. 0,19 Gew.-^ aufweist. Zudem besitzt das rohe Harz eine ausserordentlich ungünstige Wärmedurohgangszahl von 125 koal/Std. χ 0O χ m2.Not only can crude epoxy resins, i.e. those that contain the alkali salts formed during the condensation of epihalohydrins and polyphenols in the presence of alkali hydroxide, be practically completely dehydrated on the dredged catfish, but other volatile accompanying substances, e.g. not converted during the condensation, can also be practically completely dehydrated Halohydrins or solvents are completely separated from resin solutions. Falling film evaporators are generally only used for the concentration of solutions, but complete dehydration of the relatively high viscosity condensation product can be achieved by changing the usual operating conditions as described above. This fact is all the more surprising as a sohmelzflttseigee resin containing ζ.Β? ^ 5θ wt .- # water at the top of the falling-film evaporator has a viscosity of about 9000 oP and despite the relatively thick film after leaving the falling-film evaporator, only a water content of about 0.19 wt .- ^. In addition, the raw resin has an extremely unfavorable heat transfer coefficient of 125 koal / hour. χ 0 O χ m 2 .
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Pro Stunde werden 31»6 1 eines rohen Epoxydharzes, d.h. eines Natriumchlorid enthaltenden Kondensationsproduktes, welches durch Reaktion von 1 Mol ρ,ρ'-Dihydroxydiphenyldimethylmethan mit 1,4 Mol Epichlorhydrin und 1,4 Mol NaOH hergestellt wurde und ca. 30 Gew.-# Wasser enthält, durch ein Druckgefäß geführt, in dem das Harz auf 1150C erhitzt wurde. Über ein Druckhalteventil wird anschliessend das so erhitzte, schmelzflUssige, wässrige Harz, das eine Viskosität von 9000 cP (absolut) auf- I weist, in den Kopf eines IaIIfilmverdampfers entspannt. Der Verdampfer wurde von aussen mit Heizdampf von 2080C beheizt. Die Verweilzeit des Harzes auf der 0,262 m messenden Heizfläche des Verdampfers war kürzer als eine Minute. Die !Temperatur des am Sumpf des Verdampfers austretenden Harzes betrug 1520C. Es hatte noch einen Wassergehalt von 0,19 Gew.-%.31 »6 1 of a crude epoxy resin, ie a condensation product containing sodium chloride, which was prepared by reacting 1 mol of ρ, ρ'-dihydroxydiphenyldimethylmethane with 1.4 mol of epichlorohydrin and 1.4 mol of NaOH and approx. 30 wt. # Contains water, passed through a pressure vessel in which the resin was heated to 115 ° C. The molten, aqueous resin heated in this way, which has a viscosity of 9000 cP (absolute), is then released into the head of a full-film evaporator via a pressure-maintaining valve. The evaporator was heated from the outside with heating steam at 208 ° C. The residence time of the resin on the 0.262 m heating surface of the evaporator was less than one minute. The temperature of the resin emerging at the bottom of the evaporator was 152 ° C. It still had a water content of 0.19% by weight.
Zur Abtrennung des Natriumchlorides aus dem gemäß Beispiel 1 entwässerten rohen Harz wurde dieses in der gleiohen Gewiohtsmenge Triohloräthylen gelöst und die Lösung durch Filtration von nicht gelöstem Salz befreit. Die klare Lösung wurde in einem Druckhalteventil in einen Fallfilmverdampfer mit 0,262 m2 Heizfläche entspannt, der unter einem Druck von 100 !Dorr gehalten wurde. Die Temperatur des zur Heizung des Pallfilmverdampfers verwendeten Wasserdampfes betrug 2180C und die Temperatur desTo separate the sodium chloride from the crude resin dehydrated according to Example 1, the same amount by weight of triohloroethylene was dissolved and the solution was freed from undissolved salt by filtration. The clear solution was let down in a pressure maintaining valve in a falling film evaporator with 0.262 m 2 heating surface, which was kept under a pressure of 100 I Dorr. The temperature of the steam used for heating the Pallfilmverdampfers was 218 0 C, and the temperature of the
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am Sumpfe des Verdampfers abgezogenen praktisch lösungsmittelfreien Harzes 1500O. Das so von Lösungsmitteln befreite Harz war praktisch farblos und hatte einen Restgehalt an Trichloräthylen von 0,16drawn by the swamp of the evaporator virtually solventless resin 150 0 O. The thus freed of solvents resin was virtually colorless and had a residual content of Trichlorethylene 0.16
Pro Stunde wurden 19,8 1 eines flüssigen Reaktionsgemische8 das durch Kondensation von 1 MpI p^'-Dihydroxydiphenyldimethylmethan mit 10 Mol Epichlorhydrin (8 Mol Überschuss) und 2 Mol Alkali erhalten wurde, nach dem Durchgang durch ein Vorwärmgefäss, in welchem es auf 950O aufgeheizt wurde, Über ein Druckhalteventil in den Kopf eines FaIIfilmverdampfers mit 0,262 m2 Heizfläche entspannt. Der Druck im Verdampfer betrug 100 Torr. Der Verdampfer-Heizdampf hatte eine Temperatur von 2000C und das am Verdampfersumpf abgezogene Harz eine solche von 1580C, Das ursprünglich den gesamten Epichlorhydrinüberschuss enthaltende Reaktionsgemisch, bzw. Harz wies nach dem Durchgang duroa ^ den Verdampfer noch einen Epiohlorhydringehalt von 0,23 Gew.-# auf und enthielt natürlioh noch das ursprünglich bei der Kondensation entstandene Natriumchlorid.Per hour, 19.8 1 of a liquid Reaktionsgemische8 by condensation of 1 Mpl p ^ '- dihydroxydiphenyldimethylmethane with 10 moles of epichlorohydrin (8 mol excess) and 2 moles of alkali was obtained after passage through a Vorwärmgefäss in which it at 95 0 O was heated, expanded via a pressure control valve in the head of a fall-film evaporator with 0.262 m2 heating surface. The pressure in the evaporator was 100 torr. The evaporator-heating steam had a temperature of 200 0 C and taken off at the evaporator sump resin such of 158 0 C, the reaction mixture initially the entire Epichlorhydrinüberschuss containing or resin had after passage duroa ^ the evaporator still a Epiohlorhydringehalt 0.23 Gew .- # and naturally still contained the sodium chloride originally formed during the condensation.
Die Abtrennung dieses Salzes geschah analog der in Beispiel 2 beschriebenen Methode.This salt was separated off analogously to the method described in Example 2.
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