DE19724237A1 - Production of aromatic poly:amine mixtures - Google Patents
Production of aromatic poly:amine mixturesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen Polyamingemischen aus gegebenenfalls substituiertem Anilin und Formaldehyd oder Formaldehyd-Vorläufern oder einem Kondensationsprodukt dieser Ver bindungen.The invention relates to a process for the production of aromatic Polyamine mixtures of optionally substituted aniline and formaldehyde or formaldehyde precursors or a condensation product of these ver bonds.
Diaminodiarylmethane, die gegebenenfalls substituiert sind, sind wertvolle Vorprodukte vor allem für die Herstellung von Kunststoffen. Vor allem das unsubstituierte Diaminodiphenylmethan (häufig als Methylendianilin, MDA bezeichnet) wird technisch in sehr großen Mengen hergestellt und größten teils, nach Phosgenierung zu Methylendiphenyldiisocyanat (MDI), für die Herstellung von Polyurethanen eingesetzt. Dabei wird vorzugsweise das 4,4'-Isomere verwendet, jedoch entstehen in den bekannten Herstellungsverfahren auch die 2,4'- und 2,2'-Isomeren. Zudem werden höherkondensierte, mehr kernige Verbindungen gebildet. Die Herstellung erfolgt in der Regel aus Anilin und Formaldehyd in Gegenwart von Katalysatoren.Diaminodiarylmethanes, which are optionally substituted, are valuable Primary products, especially for the production of plastics. Above all that unsubstituted diaminodiphenylmethane (often called methylenedianiline, MDA is manufactured technically in very large quantities and largest partly, after phosgenation to methylene diphenyl diisocyanate (MDI), for which Manufacture of polyurethanes used. This is preferably the 4,4'-isomers are used, but arise in the known production processes also the 2,4'- and 2,2'-isomers. In addition, more condensed, more solid connections formed. The production usually takes place from Aniline and formaldehyde in the presence of catalysts.
In den technisch ausgeübten Verfahren werden anorganische Säuren in gelöster Form als homogene Katalysatoren eingesetzt. Bevorzugt wird dabei wäßrige Salzsäure verwendet. Diese Reaktionsführung führt durch die Auf arbeitung bedingt zum Verbrauch äquimolarer Mengen an Basen, da die Säuren bei der Isolierung der gewünschten Polyamine noch neutralisiert werden müssen. Dieser Vorgang ist daher zwangsläufig mit einem Anfall entsprechend hoher Salzmengen verbunden, die entsorgt werden müssen oder aufwendig zurückgeführt werden. Ferner ist die mit der Verwendung wäß riger Säuren verbundene Korrosionsproblematik ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens.In the technically practiced processes, inorganic acids are used in dissolved form used as homogeneous catalysts. It is preferred aqueous hydrochloric acid used. This reaction leads through the Auf work requires the consumption of equimolar amounts of bases, since the Acids neutralized when isolating the desired polyamines Need to become. This process is therefore inevitable with a seizure associated correspondingly high amounts of salt that must be disposed of or be laboriously returned. Furthermore, the water with the use acid problems associated with corrosion are a major disadvantage this procedure.
Aus diesem Grunde gab es zahlreiche Überlegungen und Versuche, um die wäßrigen Homogenkatalysatoren durch saure Heterogenkontakte zu ersetzen. Neben sauren Ionentauschern wurde die Verwendung von sauren syntheti schen oder natürlichen Silicium- oder Aluminiumoxiden, wie Zeolithen oder Tonmineralien vorgeschlagen. In DE-A-12 30 033, DE-A-14 93 431, US 4,071,558, US 4,039,580, US 4,039,581, US 4,294,987 sind entsprechende Katalysatoren beschrieben.For this reason, there have been numerous considerations and attempts to achieve this to replace aqueous homogeneous catalysts by acidic heterogeneous contacts. In addition to acidic ion exchangers, the use of acidic syntheti or natural silicon or aluminum oxides, such as zeolites or Clay minerals suggested. In DE-A-12 30 033, DE-A-14 93 431, US 4,071,558, US 4,039,580, US 4,039,581, US 4,294,987 are corresponding Described catalysts.
Gemäß DE-A-12 30 033 wird säuregewaschener siliciumhaltiger Ton, ein synthetischer Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Katalysator oder ein Magnesium oxid-Aluminiumoxid-Katalysator eingesetzt. Der Anteil der 2,4'-Isomeren im Produkt ist jedoch hoch.According to DE-A-12 30 033, acid-washed silicon-containing clay is a synthetic silica-alumina catalyst or a magnesium oxide-alumina catalyst used. The proportion of 2,4'-isomers in the However, product is high.
Gemäß DE-A-14 93 431 wird Siliciumdioxid, Siliciumdioxid/Aluminiumoxid oder säurebehandeltes Aluminiumoxid als Katalysator eingesetzt. Bevorzugt werden Kieselgel oder bentonitartiger Ton, der Siliciumdioxid und Alumini umoxid enthält und vorzugsweise säureaktiviert ist, eingesetzt. Neben den gewünschten Diaminodiarylmethanen fallen jedoch höhere Kondensations produkte in erheblichem Umfang an.According to DE-A-14 93 431 silicon dioxide, silicon dioxide / aluminum oxide or acid-treated aluminum oxide used as a catalyst. Prefers are silica gel or bentonite-like clay, the silicon dioxide and aluminum contains oxide and is preferably acid activated. In addition to the desired diaminodiarylmethanes, however, higher condensation falls products to a considerable extent.
Gemäß US 4,071,558 wird ein mit Säure aktivierter silicatischer Tonkataly sator, ein Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Crack-Katalysator oder ein Silicium dioxid-Magnesiumoxid-KataIysator eingesetzt. Auch hier fallen bei Verwen dung des Tonkatalysators größere Mengen an 2,4'-Isomeren und höhermole kularen Produkten an. According to US 4,071,558, an acid-activated silicate clay catalyst sator, a silica-alumina cracking catalyst or a silicon Dioxide-magnesium oxide catalyst used. Here too fall at Verwen Formation of the clay catalyst larger amounts of 2,4'-isomers and higher moles specific products.
Gemäß US 4,039,580, US 4,039,581 und US 4,294,987 wird ein Gemisch aus Diaminodiarylmethanen und höherkondensierten Oligomeren in aufwendi gen zweistufigen Verfahren erhalten. Neben wäßrigen Säuren werden auch Diatomeenerde, Tone oder Zeolithe eingesetzt.According to US 4,039,580, US 4,039,581 and US 4,294,987 a mixture from diaminodiarylmethanes and higher condensed oligomers in complex received two-stage procedure. In addition to aqueous acids Diatomaceous earth, clays or zeolites are used.
Gemäß US 4,294,987 wird die Kondensation in Gegenwart einer starken wäßrigen Säure durchgeführt, wonach durch Lösungsmittelextraktion die Säure entfernt wird. Die Umlagerung wird wiederum in Gegenwart von starker Säure, die in geringerer Menge eingesetzt wird, durchgeführt. Auch Diatomeenerde, Tone oder Zeolithe können in dieser Stufe eingesetzt wer den.According to US 4,294,987, the condensation in the presence of a strong performed aqueous acid, after which the solvent extraction Acid is removed. The rearrangement is again in the presence of strong acid, which is used in smaller quantities. Also Diatomaceous earth, clays or zeolites can be used in this stage the.
Gemäß US 4,039,580 wird eine Kondensation von Anilin und Formaldehyd in Abwesenheit eines Katalysators ausgeführt und das Kondensationsprodukt in Gegenwart von Diatomeenerde, Tonen oder Zeolithen umgesetzt. Der Diamingehalt im Produkt beträgt 44 bis 50%. In der US 4,039,581 sind ähnliche Umsetzungen beschrieben. Technisch haben sich diese Katalysatoren jedoch aufgrund der hohen Preise, der nicht ausreichenden Aktivitäten oder mangelnden Katalysatorstandzeiten nicht durchsetzen können. Hohe Anteile an 4,4'-Isomeren und sehr niedrige Gehalte an höherkondensierten Produkten sind in diesen Verfahren jedoch nicht zugänglich. Es fallen immer größere Anteile an 2,4'- bzw. 2,2'-Isomeren an.According to US 4,039,580 a condensation of aniline and formaldehyde run in the absence of a catalyst and the condensation product implemented in the presence of diatomaceous earth, clays or zeolites. Of the Diamond content in the product is 44 to 50%. In US 4,039,581 similar implementations are described. Technically, these catalysts have however due to the high prices, insufficient activities or cannot enforce the lack of catalyst life. High proportions of 4,4'-isomers and very low levels of higher condensed products are not accessible in these procedures. Bigger and bigger are falling Proportions of 2,4'- or 2,2'-isomers.
Es besteht somit weiterhin die Nachfrage nach heterogenen Katalysatoren, die kostengünstig sind, eine hohe Aktivität und lange Standzeit aufweisen, umweltverträglich sind und zu hohen Ausbeuten an 4,4'-Isomeren bei gerin gen Mengen an höherkondensierten Produkten führen.There is therefore still a demand for heterogeneous catalysts, which are inexpensive, have a high level of activity and have a long service life, are environmentally compatible and too high yields of 4,4'-isomers at gerin amounts of higher condensed products.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Katalysatoren, die die vorgenannten Eigenschaften aufweisen, sowie eines Verfahrens zur Herstellung von aromatischen Polyamingemischen.The object of the present invention is to provide catalysts, which have the aforementioned properties, and a method for Manufacture of aromatic polyamine mixtures.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Her
stellung von aromatischen Polyamingemischen, die Verbindungen der all
gemeinen Formel (I) enthalten,
According to the invention the object is achieved by a process for the preparation of aromatic polyamine mixtures which contain compounds of the general formula (I),
H2N-A-CH2-B-NH2 (I)
H 2 NA-CH 2 -B-NH 2 (I)
in der A und B 1,4-Phenylenreste sind, die jeweils unabhängig 1 bis 4
Substituenten, ausgewählt aus C1-20-Alkylresten und Halogenatomen, auf
weisen können,
durch Umsetzung einer Verbindung der allgemeinen Formel (IV)
in which A and B are 1,4-phenylene radicals, each of which may independently have 1 to 4 substituents selected from C 1-20 alkyl radicals and halogen atoms,
by reacting a compound of the general formula (IV)
H-A-NH-CH2-HN-B-H (IV)
HA-NH-CH 2 -HN-BH (IV)
und/oder einer Verbindung der allgemeinen Formel (V)
and / or a compound of the general formula (V)
H-A-NH-CH2-B-NH2
HA-NH-CH 2 -B-NH 2
wobei A und B wie vorstehend definiert substituiert sind,
bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 200°C in Gegenwart eines
Katalysators aus einem oder mehreren gegebenenfalls säureaktivierten Schicht
silikaten, die eine Acidität unterhalb von pKs = 1,5 von mehr als 0,05
mmol/g Katalysator besitzen.
where A and B are substituted as defined above,
at a temperature in the range from 20 ° C. to 200 ° C. in the presence of a catalyst from one or more optionally acid-activated layer silicates which have an acidity below pK s = 1.5 of more than 0.05 mmol / g catalyst.
Dabei kann die Verbindung der allgemeinen Formeln (IV) und/oder (V) durch Umsetzung von gegebenenfalls am aromatischen Kern in o- oder m-Position mit 1 bis 4 Substituenten, ausgewählt aus C1-20-Alkylresten oder Halogenatomen, substituiertem Anilin mit Formaldehyd oder Formaldehyd- Vorläufern erhalten werden.The compound of general formulas (IV) and / or (V) can be substituted with aniline by reacting optionally on the aromatic nucleus in the o- or m-position with 1 to 4 substituents selected from C 1-20 alkyl radicals or halogen atoms Formaldehyde or formaldehyde precursors can be obtained.
Zudem wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von
aromatischen Polyamingemischen, die Verbindungen der allgemeinen Formel
(I) enthalten,
In addition, the object is achieved by a process for the preparation of aromatic polyamine mixtures which contain compounds of the general formula (I)
H2N-A-CH2-B-NH2 (I)
H 2 NA-CH 2 -B-NH 2 (I)
in der A und B 1,4-Phenylenreste sind, die jeweils unabhängig 1 bis 4 Sub
stituenten, ausgewählt aus C1-20-Alkylresten und Halogenatomen, aufweisen
können,
durch Umsetzung von gegebenenfalls am aromatischen Kern in o- oder
m-Position mit 1 bis 4 Substituenten, ausgewählt aus C1-20-Alkylresten und
Halogenatomen, substituierten Anilinen mit Formaldehyd oder Formaldehyd-
Vorläufern bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 200°C in Gegen
wart eines Katalysators aus einem oder mehreren gegebenenfalls säureakti
vierten Schichtsilikaten, die eine Acidität unterhalb von pKs = 1,5 von mehr
als 0,05 mmol/g Katalysator besitzen.in which A and B are 1,4-phenylene radicals, each of which can independently have 1 to 4 sub-substituents selected from C 1-20 alkyl radicals and halogen atoms,
by reacting optionally on the aromatic nucleus in the o- or m-position with 1 to 4 substituents selected from C 1-20 alkyl radicals and halogen atoms, substituted anilines with formaldehyde or formaldehyde precursors at a temperature in the range from 20 ° C. to 200 ° C in the presence of a catalyst from one or more optionally acid-activated layered silicates which have an acidity below pK s = 1.5 of more than 0.05 mmol / g catalyst.
Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß nur bei Verwendung von bestimm ten Schichtsilikaten genügend hohe Ausbeuten der gewünschten 4,4'-Di aminodiarylmethane erhalten werden. Bei nicht erfindungsgemäßen Schicht silikaten erfolgt zwar ebenfalls die Bildung der Polyamingemische, aber erstens sehr viel langsamer und zweitens mit den in den vorstehend be schriebenen Patenten angegebenen Nachteilen wie geringer 4,4'-Selektivität und Bildung höherkondensierter Verbindungen.It was found according to the invention that only when using certain th layered silicates sufficiently high yields of the desired 4,4'-di aminodiarylmethanes can be obtained. In the case of a layer not according to the invention Silicates also form the polyamine mixtures, but first, much slower and second, with the be in the above Disadvantages described patent such as low 4,4'-selectivity and formation of more highly condensed compounds.
Katalysatoren, die diese Mängel nicht besitzen, zeichnen sich dadurch aus, daß sie bei einer Titration gegen Hammett-Indikatoren, speziell den Ham mett-Indikator 4-Phenylazo-diphenylamin (pKs = 1,5), wie in Tanabe et al., New Solid Acids and Bases, Stud. Surf. Sci. Catal. 51, 1989, Chapter 2, sowie Benesi, J. Phys. Chem. 61, 1957, S. 970-973, näher beschrieben, eine Acidität von mehr als 0,05 mmol Butylamin pro Gramm Katalysator aufweisen. Zur Bestimmung der Acidität wird der getrocknete Katalysator in einem inerten aprotischen Lösungsmittel wie Toluol suspendiert und der Indikator mit dem definierten pKs-Wert von 1,5 sowie n-Butylamin oder eine ähnliche Base zugesetzt. Da die Reaktion der Feststoffsäure mit der Base langsam erfolgt, kann nicht in der üblichen Weise mittels einer Bürette titriert werden, sondern es werden in mehreren Ansätzen steigende Mengen an Base zugesetzt, über Nacht geschüttelt, und es wird am nächsten Morgen nach Einstellung des Gleichgewichtes überprüft, bei welchen Basenmengen der Umschlag erfolgt ist. Es ergibt sich so eine quantitative Menge an Aciditätszentren in mmol Base pro Gramm Feststoffsäure unterhalb des pKs-Wertes des Indikators von 1,5.Catalysts which do not have these deficiencies are distinguished by the fact that, when titrated against Hammett indicators, especially the Ham mett indicator 4-phenylazo-diphenylamine (pK s = 1.5), as in Tanabe et al., New Solid Acids and Bases, Stud. Surf. Sci. Catal. 51, 1989, Chapter 2, and Benesi, J. Phys. Chem. 61, 1957, pp. 970-973, described in more detail, have an acidity of more than 0.05 mmol butylamine per gram of catalyst. In order to determine the acidity of the dried catalyst in an inert aprotic solvent such as toluene is suspended and the indicator with the defined pK a value of 1.5 as well as n-butylamine or a similar base is added. Since the reaction of the solid acid with the base takes place slowly, it is not possible to titrate in the usual way using a burette, but increasing amounts of base are added in several batches, shaken overnight, and it is checked the next morning after equilibrium has been reached at which base quantities the transshipment took place. This thus results in a quantitative amount of acidic sites in base mmol per gram of solid acid below the pK a value of the indicator of 1.5.
Als Schichtsilikate kommen für die Katalysatoren alle di- oder trioktaedri schen Vertreter in Frage, wie Kaolin, Talk, Pyrophylit, Smectite wie Hecto rit oder Montmorillonit, Vermiculit, Muscovit, Sepiolit oder Attapulgit. Bevorzugt sind Saponit, Hectorit, Montmorillonit, Sepiolit und Attapulgit. Besonders bevorzugt sind Montmorillonit, Sepiolit und Attapulgit. Die Tone können entweder natürlichen Ursprungs oder synthetisch sein. Für die Katalyse ist es unerheblich, ob es sich um ein einzelnes definiertes Schicht silikat handelt oder um ein Gemisch verschiedener Schichtsilikate. Insbeson dere bei Verwendung natürlich vorkommender Schichtsilikate sind häufig verschiedene Schichtsilikate gleichzeitig anwesend.All di- or trioctaedri come as layer silicates for the catalysts Representatives in question, such as kaolin, talc, pyrophylite, smectites such as hecto rit or montmorillonite, vermiculite, muscovite, sepiolite or attapulgite. Saponite, hectorite, montmorillonite, sepiolite and attapulgite are preferred. Montmorillonite, sepiolite and attapulgite are particularly preferred. The clays can be either natural or synthetic. For the It is irrelevant to catalysis whether it is a single defined layer is silicate or a mixture of different layered silicates. In particular those when using naturally occurring layered silicates are common different layered silicates present at the same time.
Die Schichtsilikate können entweder bereits in ihrer natürlich anfallenden Form oder nach einer vorherigen Säureaktivierung eine genügende Acidität unterhalb von pKs = 1,5 aufweisen. Sie enthalten somit unterschiedliche Men gen an Alkali- und Erdalkalimetallionen sowie die in natürlichen Tonen immer vorhandenen Verunreinigungen wie Eisenionen. Falls eine Säureakti vierung zur Erzielung einer genügend hohen Acidität notwendig ist, kann diese mit verschiedenen Säuren erfolgen. Bevorzugt sind die üblichen Mine ralsäuren wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure. Besonders bevorzugt ist Salzsäure. Säureaktivierte Schichtsilikate sind im Handel unter den Namen Bleicherden oder Fuller-Erden erhältlich.The layered silicates can either already have a sufficient acidity below pK s = 1.5 in their naturally occurring form or after a previous acid activation. They therefore contain different amounts of alkali and alkaline earth metal ions as well as the impurities such as iron ions that are always present in natural clays. If an acid activation is necessary to achieve a sufficiently high acidity, this can be done with different acids. The usual mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid are preferred. Hydrochloric acid is particularly preferred. Acid-activated layered silicates are commercially available under the names bleaching earth or fuller earths.
Die Katalysatoren können pulverförmig oder in Form von Formkörpern, wie Strängen, Granulaten, Tabletten, Pellets oder Kugeln eingesetzt werden. Ent sprechend kann die Umsetzung in Suspensionsfahrweise oder mit Festbett katalysatoren durchgeführt werden. Die Umsetzung kann dabei in allen Fällen diskontinuierlich oder kontinuierlich ausgeführt werden.The catalysts can be in powder form or in the form of moldings, such as Strands, granules, tablets, pellets or balls can be used. Ent speaking the implementation in suspension mode or with a fixed bed catalysts are carried out. The implementation can be done in all Cases are carried out discontinuously or continuously.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gegebenenfalls am aromatischen Kern in o- oder m-Position mit 1 bis 4 Substituenten, ausgewählt aus C1-20-, vorzugsweise C1-10-, besonders bevor zugt C1-6-, insbesondere C1-3-Alkylresten und Halogenatomen, vorzugsweise Fluor-, Chlor- oder Bromatomen, insbesondere Chloratomen substituiertes Anilin mit Formaldehyd oder Formaldehyd-Vorläufern umgesetzt.According to one embodiment of the process according to the invention, optionally on the aromatic nucleus in the o- or m-position with 1 to 4 substituents selected from C 1-20 -, preferably C 1-10 -, particularly preferably C 1-6 -, in particular C 1-3 alkyl radicals and halogen atoms, preferably fluorine, chlorine or bromine atoms, in particular chlorine atoms, substituted aniline reacted with formaldehyde or formaldehyde precursors.
Vorzugsweise liegen im gegebenenfalls substituierten Anilin 0 bis 2, beson ders bevorzugt keiner oder ein Substituent vor. Liegt ein Substituent vor, so ist es vorzugsweise ein Alkylrest, insbesondere ein Methyl-, Ethyl- oder Propylrest. Dieser Substituent liegt vorzugsweise in der o-Position vor. Bevorzugt eingesetzte Verbindungen sind Anilin oder o-Toluidin. Das gegebe nenfalls substituierte Anilin wird mit Formaldehyd oder Formaldehyd-Vor läufern umgesetzt. Als Formaldehyd-Vorläufer dienen solche Verbindungen, die unter den Reaktionsbedingungen Formaldehyd freisetzen. Beispiele hierfür sind Paraformaldehyd und Trioxan.The optionally substituted aniline is preferably 0 to 2, particularly preferably none or a substituent. If there is a substituent, then so it is preferably an alkyl radical, in particular a methyl, ethyl or Propyl residue. This substituent is preferably in the o-position. Compounds used with preference are aniline or o-toluidine. The given if substituted aniline is pre-formaldehyde or formaldehyde implemented runners. Such compounds serve as formaldehyde precursors, which release formaldehyde under the reaction conditions. Examples of this are paraformaldehyde and trioxane.
Die Umsetzung kann dabei direkt in Gegenwart des erfindungsgemäßen Katalysators durchgeführt werden, d. h. der Katalysator wird bereits direkt zu Beginn der Umsetzung zugefügt. Dabei können beispielsweise das gegebenen falls substituierte Anilin gemeinsam mit dem Katalysator vorgelegt und der Formaldehyd gasförmig oder als wäßrige Lösung oder als Formaldehyd- Vorläufer zudosiert werden. Die Umsetzung kann auch durchgeführt werden, indem der Formaldehyd oder der Formaldehyd-Vorläufer mit dem gegebenen falls substituierten Anilin gemeinsam vorgelegt und der Katalysator anschlie ßend eingetragen wird. Gemäß dieser weiteren Ausführungsform der Erfin dung wird zunächst der Formaldehyd mit dem gegebenenfalls substituierten Anilin in Abwesenheit des Katalysators umgesetzt, wobei sich eine Kon densationsverbindung der allgemeinen Formel (IV) bzw. (V) bildet. Dieses Vorkondensat kann anschließend in Gegenwart des erfindungsgemäßen Kataly sators umgesetzt werden, wobei die Umlagerung zu einer Verbindung der allgemeinen Formel (I) eintritt.The reaction can be carried out directly in the presence of the invention Be carried out catalyst, d. H. the catalyst is already too Added start of implementation. For example, the given if substituted aniline submitted together with the catalyst and the Gaseous formaldehyde or as an aqueous solution or as formaldehyde Precursors are added. The implementation can also be carried out by the formaldehyde or the formaldehyde precursor with the given if substituted aniline submitted together and then connect the catalyst is entered. According to this further embodiment of the inven The first step is the formaldehyde with the optionally substituted one Aniline implemented in the absence of the catalyst, a Kon formation compound of the general formula (IV) or (V). This Pre-condensate can then in the presence of the Kataly sators are implemented, the rearrangement to connect the general formula (I) occurs.
Das bei der Bildung des Vorkondensates entstehende Reaktionswasser kann kontinuierlich entfernt werden. Es kann auch am Ende der Umsetzung zur Bildung des Vorkondensats durch Destillation entfernt werden oder im Reaktionsgemisch verbleiben.The water of reaction formed during the formation of the precondensate can be removed continuously. It can also be used at the end of the implementation Formation of the precondensate can be removed by distillation or in Reaction mixture remain.
Wird ein gegebenenfalls substituiertes Anilin eingesetzt, bei dem nicht beide
o-Positionen substituiert sind, so können bei der Isomerisierung neben den
4,4'-Isomeren der Formel (I) auch die 2,4'-Isomeren der Formel (II) und
die 2,2'-Isomeren der Formel (III) gebildet werden. Die Erfindung betrifft
so auch ein Verfahren, bei dem die aromatischen Kerne in mindestens einer
o-Stellung zur Aminogruppe nicht substituiert sind und die aromatischen
Polyamingemische ferner Verbindungen der allgemeinen Formeln (II) und/
oder (III) enthalten
If an optionally substituted aniline is used in which both o-positions are not substituted, the 2,4'-isomers of the formula (II) and the 2,2'-isomers of the formula (III) are formed. The invention thus also relates to a process in which the aromatic nuclei are not substituted in at least one o-position to the amino group and the aromatic polyamine mixtures also contain compounds of the general formulas (II) and / or (III)
H2N-D-CH2-B-NH2 (II)
H 2 ND-CH 2 -B-NH 2 (II)
in der D ein 1,2-Phenylenrest und B ein 1,4-Phenylenrest sind, die wie
vorstehend die aromatischen Kerne substituiert sein können,
in which D is a 1,2-phenylene radical and B is a 1,4-phenylene radical which, as above, the aromatic nuclei can be substituted,
H2N-D-CH2-E-NH2 (III)
H 2 ND-CH 2 -E-NH 2 (III)
in der D und E 1,2-Phenylenreste sind, die wie vorstehend die aromatischen Kerne substituiert sein können.in which D and E are 1,2-phenylene radicals, which are the aromatic ones as above Cores can be substituted.
Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren kann der Anteil der Verbindungen der Formel (I) gegenüber dem Anteil der Verbindungen der Formeln (II) und (III) gezielt variiert werden. Verbindungen der Formel (III) werden nur in sehr untergeordnetem Maße gebildet. Das Molverhältnis von Verbindungen der Formel (I) zu Verbindungen der Formel (II) beträgt vorzugsweise mehr als 4, sofern Verbindungen der Formel (II) gebildet werden können.By using the catalysts of the invention, the proportion of Compounds of formula (I) compared to the proportion of the compounds of Formulas (II) and (III) can be varied in a targeted manner. Compounds of formula (III) are only formed to a very minor extent. The molar ratio of Compounds of formula (I) to compounds of formula (II) preferably more than 4 if compounds of the formula (II) are formed can be.
Die erfindungsgemäße Umsetzung, insbesondere die Umlagerungsreaktion, verläuft vorzugsweise im Temperaturbereich von 20°C bis 200°C, besonders bevorzugt von 70°C bis 150°C. Die Umsetzung kann dabei in Abwesenheit oder in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Als Lösungs mittel kommen protische Lösungsmittel wie Alkohole, auch Diole wie Glykol, oder aprotische Lösungsmittel wie N-Methylpyrrolidon zum Einsatz. Vorzugsweise wird die Umsetzung in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt.The implementation according to the invention, in particular the rearrangement reaction, runs preferably in the temperature range from 20 ° C to 200 ° C, particularly preferably from 70 ° C to 150 ° C. The implementation can be done in absentia or in the presence of a solvent. As a solution protic solvents such as alcohols and diols such as Glycol, or aprotic solvents such as N-methylpyrrolidone are used. The reaction is preferably carried out in the absence of a solvent carried out.
Die Umsetzung wird üblicherweise drucklos durchgeführt, kann aber auch bei Unterdruck oder Überdruck durchgeführt werden. Die Umsetzungszeit beträgt - je nach Temperatur - vorzugsweise 10 Minuten bis 10 Stunden, besonders bevorzugt 0,5 bis 5 Stunden bei diskontinuierlicher Fahrweise. Die eingesetzte Katalysatormenge beträgt dabei 1 bis 50, vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Vorkondensates. Bei kontinuierlicher Fahrweise wird vorzugsweise eine Katalysatorbelastung von 0,1 bis 1 l Ausgangsgemisch/l Katalysator × h gefahren. Das Molverhältnis des gegebe nenfalls substituierten Anilins zum Formaldehyd beträgt vorzugsweise 2 bis 50, besonders bevorzugt 2,5 bis 10.The implementation is usually carried out without pressure, but can also be carried out under vacuum or overpressure. The implementation time is - depending on the temperature - preferably 10 minutes to 10 hours, particularly preferably 0.5 to 5 hours in a batch mode. The The amount of catalyst used is 1 to 50, preferably 5 to 40 % By weight, based on the weight of the precondensate. With continuous Operation is preferably a catalyst load of 0.1 to 1 l Starting mixture / l catalyst × h driven. The molar ratio of the given optionally substituted aniline to formaldehyde is preferably 2 to 50, particularly preferably 2.5 to 10.
Zur Aufarbeitung wird das Reaktionsgemisch - bei Suspensionsfahrweise nach Abfiltrieren des Katalysatorpulvers - destillativ von gegebenenfalls vorliegen dem Lösungsmittel, beziehungsweise nicht umgesetztem, gegebenenfalls sub stituiertem Anilin, befreit und anschließend vom gegebenenfalls anfallenden hochsiedenden Rückstand abdestilliert. Das hierbei als Destillat erhaltene Polyamingemisch kann direkt in Folgereaktionen, wie einer Phosgenierung oder auch Kernhydrierung, eingesetzt werden.For working up, the reaction mixture is - in the suspension procedure Filter off the catalyst powder - distillatively from any present the solvent or unreacted, optionally sub substituted aniline, and then freed of any high-boiling residue distilled off. The one obtained as a distillate Polyamine mixture can be used directly in subsequent reactions, such as phosgenation or also core hydrogenation.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen naher erläutert. Dabei bedeuten die angegebenen Teile Gewichtsteile. The invention is explained in more detail below with the aid of examples. The parts indicated mean parts by weight.
Katalysator A war ein kommerziell erhältlicher säureaktivierter Montmorillo nit von Südchemie (Typ: KSF) ohne acide Zentren unterhalb von pKs = 1,5.Catalyst A was a commercially available acid-activated montmorillo nit from Südchemie (type: KSF) without acidic centers below pK s = 1.5.
Katalysator B war ein kommerziell erhältlicher säureaktivierter Montmorillonit von Südchemie (Typ: K 10) mit einer Acidität von 0,061 mmol g-1 un terhalb von pKs = 1,5.Catalyst B was a commercially available acid-activated montmorillonite from Südchemie (type: K 10) with an acidity of 0.061 mmol g -1 below pK s = 1.5.
Katalysator C war ein kommerziell erhältlicher Attapulgit von Floridin.Catalyst C was a commercially available attapulgite from floridine.
Katalysator D wurde durch Säureaktivierung (0,5 M H2SO4, 12 h 50°C) eines kommerziell erhältlichen Sepioliten von Oxymine erhalten. Er besaß keine Acicidät unterhalb von pKs = 1,5.Catalyst D was obtained by acid activation (0.5 MH 2 SO 4 , 12 h 50 ° C) of a commercially available oxymine sepiolite. He had no acidity below pK s = 1.5.
Katalysator E wurde durch Säureaktivierung (1 M HCl, 24 h 50°C) eines kommerziell erhältlichen Sepioliten von Sobrep erhalten. Er besaß keine Acidität unterhalb von pKs = 1,5.Catalyst E was obtained by acid activation (1 M HCl, 24 h 50 ° C) of a commercially available sepiolite from Sobrep. It had no acidity below pK s = 1.5.
Katalysator F wurde durch Säureaktivierung (1 M HCl, 4 h 50°C) eines kommerziell erhältlichen Montmorilloniten (Terrana D von Südchemie) erhal ten. Er besaß eine Acidität von 0,090 mmol g-1 unterhalb von pKs = 1,5. Catalyst F was obtained by acid activation (1 M HCl, 4 h 50 ° C.) of a commercially available montmorillonite (Terrana D from Südchemie). It had an acidity of 0.090 mmol g -1 below pK s = 1.5.
Katalysator G wurde durch Säureaktivierung (0,5 M H2SO4, 6 h 50°C) eines kommerziell erhältlichen synthetischen Hectoriten (Laponit RD von Laporte) erhalten. Er besaß eine Acidität von 0,021 mmol g-1 unterhalb von pKs = 1,5.Catalyst G was obtained by acid activation (0.5 MH 2 SO 4 , 6 h 50 ° C) of a commercially available synthetic hectorite (Laponit RD from Laporte). It had an acidity of 0.021 mmol g -1 below pK s = 1.5.
Katalysator H wurde durch Säureaktivierung (0,5 M H3PO4, 12 h 50°C) eines kommerziell erhältlichen Montmorilloniten (Terrana D von Südchemie) erhalten. Er besaß eine Acidität von 0,10 mmol g-1 unterhalb von pKs = 1,5.Catalyst H was obtained by acid activation (0.5 MH 3 PO 4 , 12 h 50 ° C) of a commercially available montmorillonite (Terrana D from Südchemie). It had an acidity of 0.10 mmol g -1 below pK s = 1.5.
Katalysator I wurde durch Säureaktivierung (0,5 M H2SO4, 6 h 100°C) eines kommerziell erhältlichen Montmorilloniten (Terrana D von Südchemie) erhalten. Er besaß eine Acidität von 0,10 mmol g-1 unterhalb von pKs = 1,5.Catalyst I was obtained by acid activation (0.5 MH 2 SO 4 , 6 h 100 ° C) of a commercially available montmorillonite (Terrana D from Südchemie). It had an acidity of 0.10 mmol g -1 below pK s = 1.5.
Katalysator J wurde durch Säureaktivierung (1 M HCl, 24 h 50°C) eines kommerziell erhältlichen Vermiculiten (Mikro von Ziegler) erhalten. Er besaß eine Acidität von 0,031 mmol g-1 unterhalb von pKs = 1,5.Catalyst J was obtained by acid activation (1 M HCl, 24 h 50 ° C.) of a commercially available vermiculite (micro from Ziegler). It had an acidity of 0.031 mmol g -1 below pK s = 1.5.
Katalysator K war ein kommerziell erhältlicher Sepiolit von Sobrep. Er besaß eine Acidität von 0,004 mmol g-1 unterhalb von pKs = 1,5.Catalyst K was a commercially available Sobrep sepiolite. It had an acidity of 0.004 mmol g -1 below pK s = 1.5.
Katalysator L war ein kommerziell erhältlicher synthetischer Hectorit (Lapo nit RD von Laporte). Er besaß keine Acidität unterhalb von pKs = 1,5. Das Beispiel zeigt, daß Katalysatoren mit unzureichender Acidität zwar Umsätze in ausreichender Höhe erreichen können, sich aber gleichzeitig das Isomeren verhältnis verschlechtert.Catalyst L was a commercially available synthetic hectorite (Lapo nit RD from Laporte). It had no acidity below pK s = 1.5. The example shows that catalysts with inadequate acidity can achieve sales in sufficient amounts, but at the same time the isomer ratio deteriorates.
Katalysator M war ein kommerziell erhältlicher Sepiolit von Oxymine. Er besaß eine Acidität von 0,05 mmol g-1 unterhalb von pKs = 1,5.Catalyst M was a commercially available oxymine sepiolite. It had an acidity of 0.05 mmol g -1 below pK s = 1.5.
Katalysator N war eine kommerziell erhältlicher Hectorit (Bentone MA von Rheox). Er besaß keine Acidität unterhalb von pKs = 1,5. Das Beispiel zeigt, daß Katalysatoren mit unzureichender Acidität zwar Umsätze in ausreichender Höhe erreichen können, sich aber gleichzeitig das Isomerenverhältnis ver schlechtert.Catalyst N was a commercially available hectorite (Bentone MA from Rheox). It had no acidity below pK s = 1.5. The example shows that although catalysts with insufficient acidity can achieve sales in sufficient amounts, the isomer ratio deteriorates at the same time.
160 g (1,5 Mol) o-Toluidin wurden bei Raumtemperatur mit 7,5 g (0,25 Mol) Formaldehyd (als 37%ige wäßrige Lösung) versetzt, anschließend wurde über einen Wasserauskreiser bei 150°C das Wasser ausgekreist. Die erhaltene Lösung dieses Vorkondensats in Toluidin wurde direkt für die Umsetzung mit den Katalysatoren eingesetzt.160 g (1.5 mol) of o-toluidine were mixed with 7.5 g (0.25 Mol) formaldehyde (as a 37% aqueous solution) added, then the water was removed using a water separator at 150 ° C. The obtained solution of this precondensate in toluidine was used directly for the Implementation with the catalysts used.
Hierzu wurden jeweils 40 Gew.-% (bezogen auf das Anlagerungsprodukt aus Formaldehyd und zwei Molekülen Toluidin) Katalysator in Pulver-Form hinzugegeben und die Mischung unter Rühren auf 100°C erwärmt. Die Ergebnisse mit den verschiedenen Katalysatoren nach unterschiedlichen Reak tionszeiten sind in Tabelle 1 dargestellt. Ein Gehalt von etwa 30% Tolui dinbase entspricht hierbei der maximal möglichen Ausbeute. Das angegebene Isomerenverhältnis gibt den Anteil des 4,4'-Isomeren relativ zu dem 2,4'- Isomeren wieder. For this purpose, 40% by weight (based on the adduct Formaldehyde and two molecules of toluidine) catalyst in powder form added and the mixture heated to 100 ° C. with stirring. The Results with the different catalysts after different reac tion times are shown in Table 1. A content of about 30% Tolui dinbase corresponds to the maximum possible yield. The specified Isomer ratio gives the proportion of the 4,4'-isomer relative to the 2,4'- Isomers again.
Claims (10)
H2N-A-CH2-B-NH2 (I)
in der A und B 1,4-Phenylenreste sind, die jeweils unabhängig 1 bis 4 Substituenten, ausgewählt aus C1-20-Alkylresten und Halogenatomen, aufweisen können,
durch Umsetzung einer Verbindung der allgemeinen Formel (IV),
H-A-NH-CH2-HN-B-H (IV)
und/oder einer Verbindung der allgemeinen Formel (V),
H-A-NH-CH2-B-NH2 (V)
wobei A und B wie vorstehend definiert substituiert sind,
bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 200°C in Gegenwart eines Katalysators aus einem oder mehreren gegebenenfalls säureaktivier ten Schichtsilikaten, die eine Acidität unterhalb von pKs = 1,5 von mehr als 0,05 mmol/g Katalysator besitzen. 1. Process for the preparation of aromatic polyamine mixtures which contain compounds of the general formula (I),
H 2 NA-CH 2 -B-NH 2 (I)
in which A and B are 1,4-phenylene radicals, each of which can independently have 1 to 4 substituents selected from C 1-20 alkyl radicals and halogen atoms,
by reacting a compound of the general formula (IV),
HA-NH-CH 2 -HN-BH (IV)
and / or a compound of the general formula (V),
HA-NH-CH 2 -B-NH 2 (V)
where A and B are substituted as defined above,
at a temperature in the range from 20 ° C. to 200 ° C. in the presence of a catalyst composed of one or more optionally acid-activated sheet silicates which have an acidity below pK s = 1.5 of more than 0.05 mmol / g catalyst.
H2N-A-CH2-B-NH2 (I)
in der A und B 1,4-Phenylenreste sind, die jeweils unabhängig 1 bis 4 Substituenten, ausgewählt aus C1-20-Alkylresten und Halogenatomen, aufweisen können,
durch Umsetzung von gegebenenfalls am aromatischen Kern in o- oder m-Position mit 1 bis 4 Substituenten, ausgewählt aus C1-20-Alkylresten und Halogenatomen, substituierten Anilinen mit Formaldehyd oder Form aldehyd-Vorläufern bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 200°C in Gegenwart eines Katalysators aus einem oder mehreren gegebenenfalls säureaktivierten Schichtsilikaten, die eine Acidität un terhalb von pKs = 1,5 von mehr als 0,05 mmol/g Katalysator besitzen.3. Process for the preparation of aromatic polyamine mixtures which contain compounds of the general formula (I)
H 2 NA-CH 2 -B-NH 2 (I)
in which A and B are 1,4-phenylene radicals, each of which can independently have 1 to 4 substituents selected from C 1-20 alkyl radicals and halogen atoms,
by reacting optionally on the aromatic nucleus in the o- or m-position with 1 to 4 substituents selected from C 1-20 alkyl radicals and halogen atoms, substituted anilines with formaldehyde or formaldehyde precursors at a temperature in the range from 20 ° C. to 200 ° C in the presence of a catalyst from one or more optionally acid-activated phyllosilicates which have an acidity below pK s = 1.5 of more than 0.05 mmol / g catalyst.
H2N-D-CH2-B-NH2 (II)
in der D ein 1,2-Phenylenrest und B ein 1,4-Phenylenrest sind, die wie in Anspruch 3 definiert substituiert sein können,
H2N-D-CH2-E-NH2 (III)
in der D und E 1,2-Phenylenreste sind, die wie in Anspruch 3 defi niert substituiert sein können.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aromatic nuclei are unsubstituted in at least one o-position to the amino group and the aromatic polyamine mixtures further contain compounds of the general formulas (II) and / or (III) ,
H 2 ND-CH 2 -B-NH 2 (II)
in which D is a 1,2-phenylene radical and B is a 1,4-phenylene radical which can be substituted as defined in claim 3,
H 2 ND-CH 2 -E-NH 2 (III)
in which D and E are 1,2-phenylene radicals which can be substituted as defined in claim 3.
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WO2002088067A1 (en) * | 2001-04-27 | 2002-11-07 | Dow Global Technologies Inc. | Process for the synthesis of mixtures of methane diphenyl diamine and its higher homologues with a controlled isomer distribution |
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