DE2118490A1 - Process for the production of diamino-diarylmethanes and polyaminopolyarylmethanes - Google Patents
Process for the production of diamino-diarylmethanes and polyaminopolyarylmethanesInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Diamino-diarylmethanen und PolyaminopolyarylmethanenProcess for the preparation of diamino-diarylmethanes and polyaminopolyarylmethanes
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen Dl- und Polyaminen durch Umsetzen von aromatischen Aminen mit wenigstens einer freien o- oder ρε teilung mit Formaldehyd. Verfahrensprodukte dieser Art sind vorzüglich geeignet für die Herstellung von Polyamiden, Polyurethanen und Epoxidharzen.The present invention relates to a method of manufacture of aromatic Dl- and polyamines by reacting aromatic amines with at least one free o- or ρε division with formaldehyde. Process products of this type are particularly suitable for the production of polyamides, Polyurethanes and epoxy resins.
Bekanntlich wird die Kondensation von Anlllnen mit Formaldehyd zu Diamino-diarylmethanen und Polyamino-polyarylmethanen in Gegenwart von Säuren insbesondere Salzsäure, durchgeführt. Diese wirkt stark korrodierend und mufl außerdem In zusätzlichen Aufarbeitungsschritten ausgewaschen und neutralisiert werden, geht damit für den Prozeß verloren und führt im Endeffekt zu Abwasserverunreinigungen·It is well known that the condensation of metals with formaldehyde to give diamino-diaryl methanes and polyamino-polyaryl methanes in the presence of acids, especially hydrochloric acid. This has a very corrosive and musty effect In addition, they are washed out and neutralized in additional work-up steps, so this goes for the process lost and ultimately leads to wastewater contamination
Man hat deshalb versucht, die Reaktion mit festen Säuren, wie säureaktivierten Tonerden und Ionenaustauschern durchzuführen. Dabei treten jedoch andere Schwierigkeiten auf: So sollte möglichst wasserfrei gearbeitet werden, damit die Reaktion in wirtschaftlich kurzen Zeiten zu Ende geführt werden kann. Dennoch sind Reaktionszelten bis zu 10 Stunden erforderlich und die Katalysatoren müssen sorgfältig abgetrennt und nach einer gewissen Zeit erneuert oder regeneriert werden (vgl. DAS 1 179 945 und DOS 1 493 431)oAttempts have therefore been made to carry out the reaction with solid acids, such as acid-activated clays and ion exchangers. However, other difficulties arise: Work should be carried out as free of water as possible so that the Reaction can be brought to an end in economically short times. Still, reaction tents are up to 10 hours required and the catalysts must be carefully separated and replaced after a certain period of time or regenerated (cf. DAS 1 179 945 and DOS 1 493 431) or similar
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2 1 1 8 A 9Ό2 1 1 8 A 9Ό
Es ist auch vorgeschlagen worden, die Kondensation von Anilinen und Formaldehyd mit Salzen wie NaCl und NH.C1 zu katalysieren. Diese Salze bedingen gleichfalls Korrosion. Man wäscht sie entweder aus oder, da dies einen zusätzlichen Aufwand bedeutet, läßt man sie häufig im Reaktionsprodukt, wo sie entweder bei weiteren Aufarbeitungsschritten am Gefäßmaterial, oder an Kunststoffen, zu denen das Reaktionsprodukt normalerweise verarbeitet wird, erheblicheKorrosion verursachen.It has also been suggested that the condensation of anilines and formaldehyde with salts such as NaCl and NH.C1 to catalyze. These salts also cause corrosion. You either wash them off or, as this is an additional one Means effort, they are often left in the reaction product, where they are either on in further work-up steps Vessel material, or on plastics into which the reaction product is normally processed, there is considerable corrosion cause.
Bei den bekannten Verfahren fallen überwiegend p-substituierte aromatische Amine an, die leicht kristallisieren. PUr die Weiterverarbeitung sind jedoch bei Raumtemperatur flüssige Verfahrensprodukte sehr erwünscht.In the known processes, predominantly p-substituted aromatic amines are obtained, which easily crystallize. Pure however, processing products which are liquid at room temperature are very desirable for further processing.
Es wurde nun gefunden, daß die obengenannten Schwierigkeiten und Nachteile ausgeräumt werden können, wenn man die Umsetzung von Anilinen mit Formaldehyd ohne jeglichen Katalysator bei Temperaturen oberhalb 2000O durchgeführt. Man erhält in außerordentlich kurzen Reaktionszeiten von wenigen Minuten von Fremdsubstanzen freie nicht korrodierende Reaktionsgemische„ die sofort aufdestilliert werden können, wobei Wasser gleich mit abgetrennt werden kann. Die dabei gebildeten Diamin-Gemische besitzen eine so günstige Zusammensetzung, daß sie auch bei Raumtemperatur praktisch nicht kristallisieren. Die Ausbeuten an Diamin-Polyanringemisehen ist gut bis sehr gut.It has now been found that the aforesaid difficulties and drawbacks can be overcome if one carried out the reaction of anilines with formaldehyde without any catalyst at temperatures above 200 0 O. In extremely short reaction times of a few minutes, non-corrosive reaction mixtures which are free of foreign substances and which can be distilled immediately, and water can also be separated off at the same time. The diamine mixtures formed have such a favorable composition that they practically do not crystallize even at room temperature. The yields of diamine-polyane ring mixtures are good to very good.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Diamino-diarylmethanen .und Polyamino-polyarylmethanen durch Kondensation von Formaldehyd mit aromatischen Aminen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die reinen AusgaugsproduJrte auf Temperaturen oberhalb 2000O bringt. Rein im Sinne der Erfindung sind Ausgangsprodukte, die keine Säuren und Salze enthalten.The invention thus provides a process for the preparation of diamino-diarylmethanes .and polyamino polyarylmethanes by condensation of formaldehyde with aromatic amines, which is characterized by bringing the pure AusgaugsproduJrte to temperatures above 200 0 O. Purely for the purposes of the invention are starting products that do not contain any acids or salts.
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Es ist sehr erstaunlich, daß die Reaktion mit den reinen Substanzen überhaupt durchgeführt werden kann. Dies widerspricht den derzeitigen Vorstellungen über den Ablauf insbesondere der Umlagerung von N,N'-Methylenbisanilinen in kernverknüpfte Diaminodiarylmethane, die säure- bzw. salzkatalysiert verlaufen soll. Es war weiterhin nicht zu erwarten, daß man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine für die technische Weiterverarbeitung so günstige Isomerenverteilung erhält.It is very astonishing that the reaction can even be carried out with the pure substances. This contradicts current ideas about the course of the rearrangement of N, N'-methylenebisanilines in particular in core-linked diaminodiarylmethane, which should be acid or salt catalysed. It was still not closed expect that the process according to the invention will produce an isomer distribution which is so favorable for further industrial processing receives.
Die Reaktion wird bei Temperaturen zwischen 200° - 35O0O, vorzüglich 220 - 3000C zweckmäßigerweise in Druckbehältern unter dem Eigendruck durchgeführt. Mit sehr hochsiedenden Aminen kann auch bei Normaldruck gearbeitet werden.The reaction is conducted at temperatures between 200 ° -, especially 220 35O 0 O - expediently carried out 300 0 C in pressurized containers under the autogenous pressure. Very high-boiling amines can also be used at normal pressure.
Die Reaktionszeit ist nicht sehr kritisch und kann zwischen wenigen Minuten und mehreren Stunden schwanken. Sie beeinflußt nur geringfügig das Verhältnis von Di- zu Polyaminen und das Verhältnis der Diaminisomeren zueinander. Das Molverhältnis der Reaktionspartner Amin/Formaldehyd richtet sich nach dem gewünschten Anteil an Di- bzw. Polyaminen im Reaktionsprodukt und bewegt sich etwa zwischen 30 : 1 bis 1: 1 vorzugsweise 20 : 1 bis 3 : 1.The reaction time is not very critical and can vary between a few minutes and several hours. You influenced the ratio of diamines to polyamines and the ratio of diamine isomers to one another only slightly. The amine / formaldehyde reactant molar ratio depends on the desired proportion of diamines or polyamines in the reaction product and ranges roughly between 30: 1 to 1: 1, preferably 20: 1 to 3: 1.
Die Reaktion läßt sich zwar leicht diskontinuierlich durchführen, bietet infolge der kurzen Reaktionszeit und da nur flüssige Produkte ein- und ausgespeist werden müssen, ideale Voraussetzungen für die kontinuierliche Arbeitsweise. Dabei kann die Reaktion in einer beheizten Rohrschlange ablaufen, und das Reaktionsprodukt unmittelbar in eine Destillierkolonne geleitet und unter Ausnutzung der dem Gemisch zugeführten Wärme und der Reaktionswärme fraktioniert werden.Although the reaction can easily be carried out batchwise, the short reaction time and offers since only liquid products have to be fed in and out, ideal conditions for continuous Way of working. The reaction can take place in a heated pipe coil, and the reaction product directly passed into a distillation column and utilizing the heat supplied to the mixture and the heat of reaction be fractionated.
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Das Reaktionswasser bzw. das mit Formalin hinzugegebene Wasser kann entfernt, aber auch im Reaictionsgemisch belassen wer&en ohne Beeinträchtigung der Reaktionsgeschwindigkeit im Gegensatz zu den mit Feststoffkatalysatoren arbeitenden Verfahren.The water of reaction or that added with formalin Water can be removed, but it can also be left in the reaction mixture without impairing the reaction rate in contrast to those with solid catalysts working procedures.
Geeignete Ausgangsprodukte für das erfindungsgemäße Verfahren sind:Suitable starting materials for the process according to the invention are:
a) aromatische Amine mit wenigstens einer freien o- oder p-Steilung, die nicht mehr als einen Substituenten zweiter Ordnung, wie Cyan, Nitro, Carboxy enthalten sollen. Besonders geeignet sind Anilin, Alkylaniline mit vorzugsweise 1-8 C-Atomen im Alkylrest, wobei die Alkylreste in die Aminogruppe und/oder in den aromatischen Kern als Substituenten eintreten können, wie N-Methylanilin, N, N-Dlmethylanilin, o-Toluidin, 2,6-Dimethylanilin, m-Propylanilin, o-Butylanilin, Halogenaniline, vorzugsweise Chlor- und Bromaniline, wie o-Chloranilin, m-Bromanilln, Phenoxy- und Alkoxyaniline mit vorzugsweise 1-4 C-Atomen in der Alkoxygruppe, wie o-Methoxy- oder o-Phenoxyanilin, ferner Anthranilsäureester, Diphenylamin, Naphthylamin, o-Phenylendiamin a) aromatic amines with at least one free o- or p-division, which do not have more than one second substituent Order how cyan, nitro, carboxy are supposed to contain. Aniline are particularly suitable, and alkyl anilines are preferred 1-8 carbon atoms in the alkyl radical, the alkyl radicals in the Amino group and / or in the aromatic nucleus as substituents, such as N-methylaniline, N, N-dimethylaniline, o-toluidine, 2,6-dimethylaniline, m-propylaniline, o-butylaniline, haloanilines, preferably chlorine and bromanilines, such as o-chloroaniline, m-bromaniline, phenoxy and alkoxyanilines with preferably 1-4 carbon atoms in the alkoxy group, such as o-methoxy or o-phenoxyaniline, furthermore Anthranilic acid ester, diphenylamine, naphthylamine, o-phenylenediamine
b) Formaldehyd als solcher, dann in Form von polymeren Formaldehyd, z.B. Paraformaldehyd, in wäßriger Lösung (Formalin) und als MethyIaI.b) Formaldehyde as such, then in the form of polymers Formaldehyde, e.g. paraformaldehyde, in aqueous solution (formalin) and as methyl.
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1000 g Anilin (frisch destilliert) und 30 g Paraformaldehyd werden in einem sauberen 2 1-Stahlautoklaven unter Rühren und N2 2 h auf 2800O erhitzt. Nach Abdestillieren von Wasser und Anilin bleiben 163 g viskoser brauner Rückstand, der durch Destillation aufgetrennt wird in einem bei 187 - 22O°/O,3-O,5 Torr übergehenden Anteil (von 139 g) der laut NMR-Analyse ein Gemisch isomerer Diaminodiphenylmethane darstellt und einen harzigen Rückstand von Polyaminen (23 g). Ausbeute bezogen auf CH2O an Diaminen beträgt 70 $ d.Th.; an Di- und Polyaminen 85 $> d.Th.1000 g of aniline (freshly distilled) and 30 g of paraformaldehyde are heated to 280 0 O for 2 h in a clean 2 l steel autoclave with stirring and N 2. After the water and aniline have been distilled off, 163 g of viscous brown residue remain, which is separated by distillation in a portion (of 139 g) which, according to NMR analysis, is a mixture of isomeric diaminodiphenylmethanes passing over at 187-220 ° / 0.3-0.5 Torr represents and a resinous residue of polyamines (23 g). Yield based on CH 2 O of diamines is 70 $ of theory; of diamines and polyamines $ 85> d.Th.
1000 g Anilin und 86 g 35 #iges Formalin werden wie in Beispiel 1 umgesetzt. Nach Abdestillieraavon Anilin und Wasser verbleiben 168 g viskoser brauner nicht kristallisierender Rückstand, der laut gaschromatographischer Analyse aus 13 i> 2,2t-Diamino-diphenylmethan 37# 2,4'- " 40 £ 4,4'- " 10 % Polyamin1000 g of aniline and 86 g of 35% formalin are reacted as in Example 1. After the aniline and water have been distilled off, 168 g of viscous brown, non-crystallizing residue remain which, according to gas chromatographic analysis, consist of 13 > 2.2 t -diamino-diphenylmethane 37 # 2,4'- "40 £ 4,4'-" 10 % polyamine
besteht. Die Ausbeuten bezüglich CH2O an Di- und Polyaminen beträgt 87 fi d.Th.consists. The yields based on CH 2 O of di- and polyamines is 87 fi of theory.
Der Ansatz nach Beispiel 1 wird 2 h bei 25O0C gehalten.The batch according to Example 1 is held at 25O 0 C for 2 h.
Man erhält 174 g wasser- und anilinfreies Produkt , das nach uaschromatogramm aus 20,8 ·& 2,2'-Diamino-diphen>ylmethanThis gives 174 g of water and aniline-free product which according uaschromatogramm of 20.8 · 2,2'-Diamino-diphen> ylmethane
34,4 * 2,4'- "34.4 * 2.4'- "
34,4 % 4,4'- "34.4 % 4,4'- "
2 0 9 844/11372 0 9 844/1137
Le A 13 670 - 5 -Le A 13 670 - 5 -
9.4 $> Polyaminen besteht und nicht kristallisiert. Die Ausbeute an Aminen beträgt 91 # d. Th.9.4 $> consists of polyamines and does not crystallize. The amine yield is 91%. Th.
Der Ansatz nach Beispiel 2 wird 5 h bei 2800O gehalten. Man erhält 163 g anilin- und wasserfreien Rückstand, der durch Hochvakuumdestillation in 27 g eines harzigen Rückstandes und 136 g flüchtigen Anteil aufgetrennt wird. Das Destillat enthält:The batch according to Example 2 is kept at 280 0 O for 5 h. 163 g of aniline-free and anhydrous residue are obtained, which is separated into 27 g of a resinous residue and 136 g of volatile matter by high vacuum distillation. The distillate contains:
P IO i> 2,2'-Diaminodiphenylmethan 40,5 # 2,4'- " 41 * 4,4'- "P IO i> 2,2'-Diaminodiphenylmethane 40.5 # 2,4'- "41 * 4,4'-"
8.5 % Polyamin8.5 % polyamine
Die Ausbeute an Di- und Polyamin beträgt 86 % d.TH.The yield of diamine and polyamine is 86 % of theory.
Der Ansatz nach Beispiel 1 wird wiederholt. TJm jegliche Säurespuren nit absoluter Sicherheit auszuschließen, werden sehr reiner Paraformaldehyd, frisch destilliertes und mit Natronlauge und destilliertem Wasser gewaschenes Anilin " und ein mit Natronlauge und destilliertem Wasser sorgfältig gereinigter Autoklav verwendet.The approach according to Example 1 is repeated. TJm any Acid traces cannot be excluded with absolute certainty very pure paraformaldehyde, freshly distilled and with Caustic soda and distilled water "washed aniline" and one with caustic soda and distilled water carefully cleaned autoclave used.
Man erhält 178 g anilin- und wasserfreies Amingemisch, das nach GasChromatographie178 g of aniline and anhydrous amine mixture are obtained, the after gas chromatography
10,7 # 2,2'-Diaminodiphenylmethan 44 3* 2,4'- " 35 $> 4,4'- · ' und 9 i> Polyamin10.7 # 2,2'-Diaminodiphenylmethane 44 3 * 2,4'- " $ 35>4,4'- · 'and 9 i> polyamine
enthält.contains.
Le A 13 670 - 6 ~ Le A 13 670-6 ~
2Ü98A4/1i;v/2Ü98A4 / 1 i; v /
Der Ansatz nach Beispiel 2 wird auf 2800C gebracht und sofort abkühlen lassen. Man erhält 185 g eines hellbraunen nicht kristallisierrenden Harzes mit folgender Zusammensetzung The batch according to Example 2 is brought to 280 ° C. and allowed to cool immediately. 185 g of a light brown resin which does not crystallize and has the following composition are obtained
9,6 $> 2,2l-Diamino-diphenylmethan
36 io 2,4'- "
46 £ 4,4'- " $ 9.6> 2.2 l -Diamino-diphenylmethane 36 io 2,4'- "
46 £ 4,4'- "
8 # Polyamin8 # polyamine
Die Ausbeute beträgt 96 $> d.Th.The yield is $ 96> d.Th.
Das durch Aufestillieren erhaltene Diamingemisch war nach 2 Wochen bei Raumtemperatur ebenfalls noch amorph.The diamine mixture obtained by distillation was also still amorphous after 2 weeks at room temperature.
500 g Anilin (frisch dest.) und 86 g 35proz. Formalin werden wie in Beispiel 2 umgesetzt. Man erhält 163 g eines Produktes,
das nach Destillation zu 70 % aus Diamin und 30 % aus Polyamin "besteht.
Ausbeute: 90 # d.Th.500 g aniline (freshly distilled) and 86 g 35% Formalin are implemented as in Example 2. 163 g of a product are obtained which, after distillation, consists of 70% diamine and 30% polyamine ".
Yield: 90 # of theory
1000 g N-Methylanilin (frisch dest.) und 86 g 35proz. Formalin werden wie in Beispiel 2 umgesetzt. Man erhält 215 g eines hellbraunen nicht kristallisierenden viskosen Öles, das nach Destillation aus 191 g Bis-N-methyland.nodiphenylmethanen (nicht kristallisierend) und 24 g Polyamin besteht. Ausbeute: 97 # d.Th.1000 g N-methylaniline (freshly distilled) and 86 g 35% Formalin are implemented as in Example 2. 215 g of a light brown, non-crystallizing viscous material are obtained Oil, which after distillation from 191 g of bis-N-methyland.nodiphenylmethanen (not crystallizing) and 24 g of polyamine. Yield: 97 # of theory
Le A 13 670 - 7 - Le A 13 670 - 7 -
209844/113 7209844/113 7
450 g o-Toluidin (frisch dest.) und 40 g 35proz. Formalin
werden wie in Beispiel 2 umgesetzt. Man erhält 91 g Produkt, das aus 80 g Bis-2-methylamino-dlphenylmethanen und 11 g
Polyamin besteht.
Ausbeute: 90 i» d.Th.450 g o-toluidine (freshly distilled) and 40 g 35% Formalin are implemented as in Example 2. 91 g of product are obtained, which consists of 80 g of bis-2-methylamino-dlphenylmethanes and 11 g of polyamine.
Yield: 90 i "theory
650 g N,N-Dimethylanilin (frisch dest.) und 56 g 35proz. Formalin werden wie in Beispiel 2 umgesetzt. Man erhält 73 g braunes Harz, das aus 69 g Bis-NjN-dimethylaminodiphenylmethan und 4 g Polyamin besteht. Ausbeute: 46 % d. Th.650 g N, N-dimethylaniline (freshly distilled) and 56 g 35% Formalin are implemented as in Example 2. 73 g of brown resin are obtained, which consists of 69 g of bis-NjN-dimethylaminodiphenylmethane and 4 g of polyamine. Yield: 46 % of theory Th.
Le A 13 670 - 8 - Le A 13 670 - 8 -
209844/1137209844/1137
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