DE2346560A1 - METHOD FOR PRODUCING LIGHT COLORED DIPROPYLENE GLYCOL DIBENZOATE - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING LIGHT COLORED DIPROPYLENE GLYCOL DIBENZOATEInfo
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Description
Troisdorf, den 14. Sept. 1973 OZ: 73 089 (2253)Troisdorf, Sept. 14, 1973 OZ: 73 089 (2253)
DYNAMIT NOBEL AKTIENGESELLSCHAFT Troisdorf, Bez. KölnDYNAMIT NOBEL AKTIENGESELLSCHAFT Troisdorf, District Cologne
Verfahren zur Herstellung von hellfarbigem Dipropylenglykoldibenzoat Process for the preparation of light colored dipropylene glycol dibenzoate
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hellfarbigem Dipropylenglykoldibenzoat aus den bei der großtechnischen Produktion von Dimethylterephthalat auf dem Wege der katalytischem Luftoxydation von p-Xylol und Methyl-p-toluat, Veresterung der Oxydate mit Methanol und Auftrennung der Ester anfallenden Nebenprodukten.The invention relates to a process for the production of light-colored dipropylene glycol dibenzoate from the in the large-scale production of dimethyl terephthalate by means of the catalytic air oxidation of p-xylene and Methyl p-toluate, esterification of the oxidates with methanol and separation of the ester by-products.
Nach Veresterung der bei der Luftoxydation von p-Xylol entstandenen Säuren mit Methanol werden die Methylester - hauptsächlich Methyl-p-toluat, Dimethylterephthalat und Methylester anderer mono- und polyfunktioneller Säuren - durch Destillation oder Umkristallisation oder durch ein aus diesen beiden Schritten kombiniertes Verfahren voneinander getrennt: Dimethylterephthalat wird gewonnen, verwertbare Zwischenprodukte werden in den Prozeß zurückgeführt und Nebenprodukte ausgeschleust. Letztere bestehen z.T. aus Methylbenzoat, welches von einer Anzahl Verbindungen mit fast gleichen Siedepunkten begleitet wird. Ohne eine vorangehende Entfernung dieser dem Methylbenzoat in ihren Siedepunkten nahe benachbarten VerbindungenAfter esterification of the p-xylene resulting from the air oxidation Acids with methanol become the methyl esters - mainly methyl p-toluate, dimethyl terephthalate and methyl esters other mono- and polyfunctional acids - by distillation or recrystallization, or by one of these two steps Combined process separated from each other: Dimethyl terephthalate is obtained, utilizable intermediate products are made returned to the process and by-products discharged. The latter partly consist of methyl benzoate, which is produced by a Number of compounds with almost the same boiling points is accompanied. Without prior removal of this methyl benzoate close neighboring compounds in their boiling points
- z.B. durch eine oxydative Vorbehandlung nach dem Verfahren der DAS 1 927 554 - ist eine Gewinnung von reinem Methylbenzoat auch bei großem technischen Aufwand bei der Destillation nicht möglich. Die in den Großanlagen zur Herstellung von Dimethylterephthalat anfallende Methylbenzoat-Fabrikation enthält meist über 80 $> dieses Esters,- For example, by oxidative pretreatment according to the method of DAS 1 927 554 - it is not possible to obtain pure methyl benzoate even with great technical effort in the distillation. The methyl benzoate production occurring in the large-scale plants for the production of dimethyl terephthalate usually contains over $ 80> of this ester,
Versucht man nun, ein solches technisches, nicht vorbehandeltes mindestens 80 jt-iges Methylbenzoat mit Dipropylenglykol (ß,ß·- Dihydroxy-di-n-propyläther) in Gegenwart bekannter Umesterungskatalysatoren umzuestem, so stellt man fest, daß einige von diesen, wie z.B. Antimontrioxid und Bortrioxid, wider Srwarten völlig unwirksam sind und andere, wie z.B. Natriummethylat, die Reaktion nur träge katalysieren, ein Hinweis auf die Bildung inhibierend wirkender Stoffe aus den Begleitstoffen des Methylbenzoats. Eine Anzahl weiterer Umesterungskatalysatoren, wie Tetrabutyltitanat, Zink- und Magnesiumverbindungen, sind zwar ausreichend aktiv; die Farbe der erhaltenen Ester ist jedoch braun bis braun-schwarz. Jodfarbzahlen bis 150 liegen vor. In vielen Fällen sind die Ester so tief braun bis schwarz gefärbt, daß eine Messung der Jodfarbzahlen nicht möglich ist. In der Tabelle 1 sind einige Beispiele zusammengestellt. Es ist ihr zu entnehmen, welche Jodfarbzahlen der Umesterungsprodukte aus technischem Methylbenzoat und Dipropylenglykol in gleichen Standard-Ansätzen und unter vergleichbaren Bedingungen bei Einsatz verschiedener Katalysatoren gemessen wurden. Die Beispiele sind so ausgewählt, daß Endprodukte annähernd gleichIf one tries now to mix such a technical, non-pretreated at least 80% methyl benzoate with dipropylene glycol (ß, ß - Dihydroxy-di-n-propyl ether) in the presence of known transesterification catalysts transesterification, it is found that some of these, such as antimony trioxide and boron trioxide, are contrary to expectations are completely ineffective and others, such as sodium methylate, catalyze the reaction only slowly, an indication of the formation of inhibiting substances from the accompanying substances of the Methyl benzoate. A number of other transesterification catalysts such as tetrabutyl titanate, zinc and magnesium compounds, are indeed sufficiently active; is the color of the esters obtained however brown to brown-black. Iodine color numbers up to 150 are available. In many cases the esters are as deep brown to black colored that a measurement of the iodine color numbers is not possible. Some examples are listed in Table 1. It it can be seen which iodine color numbers of the transesterification products from technical methyl benzoate and dipropylene glycol in the same standard batches and under comparable conditions were measured using different catalysts. The examples are selected so that the end products are approximately the same
5098U/11855098U / 1185
: hohen Uiaeeterungsgrades, charakterisiert durch ihre Hydroxylj zählen im Bereich von 10 his 30, vorlagen:: high degree of Uiaeeterungsgrad, characterized by their hydroxylj count in the range from 10 to 30, templates:
Katalysatorcatalyst
Katalysator- Dauer der Menge (jS) Umesterung OHZ JPZ (Stunden)Catalyst duration of the amount (jS) Transesterification OHZ JPZ (Hours)
Natriuramethylat Magnesiumacetat Magn e s lumme thylat Zinkstearat Zinkstaub Dibutylzinndilaurat Zinn-IY-butylat Titan-Siliciumalkoxid Glycerintitanat Tetrabutyltitanat Tetrabutyltitanat TetrabutyltitanatSodium methylate Magnesium acetate Magn e s lum methylate Zinc stearate zinc dust dibutyltin dilaurate tin-IY-butylate Titanium silicon alkoxide glycerine titanate tetrabutyl titanate Tetrabutyl titanate tetrabutyl titanate
Durch Bleichmittel, wie Aktivkohle oder Bleicherden, ist die tiefe Farbe der Ester nicht wesentlich aufzuhellen. Ebenso bleiben Oxydationsmittel, wie Wasserstoffperoxid oder Ozon, ohne deutliche Wirkung. Eine Destillation im Vakuum ergibt tief-gelbe Destillate. Die Farbqualität ist für eine technische Verwendung ungenügend. Zudem tritt bei den anzuwendendenThe deep color of the esters cannot be significantly lightened by bleaching agents such as activated charcoal or bleaching earth. as well oxidizing agents such as hydrogen peroxide or ozone remain without any significant effect. Distillation in vacuo results deep yellow distillates. The color quality is insufficient for technical use. It also occurs when the applicable
509814/V185509814 / V185
j hohen Temperaturen Thermolyse des Esters unter Abspaltungj high temperatures thermolysis of the ester with cleavage
J von Benzoesäure ein, woraus sich Säuregehalte der Destillate,J from benzoic acid, which gives the acidity of the distillates,
Ausbeuteminderungen und· erhebliche technische SchwierigkeitenYield reductions and · significant technical difficulties
j durch den Anfall von Sublimaten in den Apparaturen ergeben.j resulting from the accumulation of sublimates in the apparatus.
Das in erheblichen Kengen als technisches Nebenprodukt an— fallende iTethylbenzoat konnte deswegen bisher nicht für dieThis is widely available as a technical by-product. falling iTethylbenzoat could therefore not so far for the
: Herstellung hellfarbiger ITmesterungsprodukte verwertet v/erden.: Manufacture of light-colored IT esterification products recycled.
überraschenderweise wurde gefunden, daß hellfarbiges Dipropylenglykoldibenzoat in der Weise herstellbar ist, daß man ver-■ unreinigtes, besonders als Nebenprodukt bei der Produktion von Dimethylterephthalat aus p-Xylol durch katalytische Luftoxydation, z.B. nach DBP 1 041 145, anfallendes Methylbenzoat mit Gehalten von über 80 Gew.-^ an Methylbenzoat mit Dipropylenglykol in Gegenwart von Aluminiumalkoxiden und/oder AIuminium-Siliciumalkoxiden, welche die Gruppe AlOSi im Kern enthalten und deren Alkoxigruppe gleiche oder verschiedene Alkoxireste von 1 bis 4 C-Atomen enthält, wie Al-äthylat, Al—n—propylat, Al-sek.-butylat oder (CgH 0) SiOAl(OC Hg-sek.)2 als Katalysatoren, vorzugsweise in inerter Atmosphäre, bei Temperaturen über 150 C umestert, nach beendeter Methanolabspaltung die niedriger als Dipropylenglykoldibenzoat siedenden Verbindungen, vorzugsweise im Yakuum, abdestilliert, das auf weniger als 1500C abgekühlte Umesterungsprodukt, falls erforderlich zur Farbverbesserung, ozonisiert und ggfls. in üblicher "Veise raffiniert.It has surprisingly been found that light-colored dipropylene glycol dibenzoate can be prepared in such a way that contaminated methyl benzoate with contents of over 80 is obtained, especially as a by-product in the production of dimethyl terephthalate from p-xylene by catalytic air oxidation, for example according to DBP 1 041 145 Gew .- ^ of methyl benzoate with dipropylene glycol in the presence of aluminum alkoxides and / or aluminum silicon alkoxides which contain the group AlOSi in the core and whose alkoxy group contains the same or different alkoxy radicals of 1 to 4 carbon atoms, such as Al ethylate, Al — n Propylate, Al-sec-butylate or (CgH 0) SiOAl (OC H g -sec.) 2 as catalysts, preferably in an inert atmosphere, transesterified at temperatures above 150 ° C., after the elimination of methanol, the compounds with a lower boiling point than dipropylene glycol dibenzoate, preferably in Yakuum distilled off, the cooled to less than 150 0 C the transesterification product, if necessary to improve the color, ozoni sated and if necessary. refined in the usual way.
50981 A/118550981 A / 1185
Die inerte Atmosphäre wird durch Verdrängung der Luft mittels keinen oder nur geringe Mengen Sauerstoff enthaltendem Gasen wie Stickstoff, Helium oder ggfls. Wasserstoff hergestellt.The inert atmosphere is created by displacing the air with gases containing little or no oxygen such as Nitrogen, helium or if necessary. Hydrogen produced.
Das technische, über 80 j£-ige Methylbenzoat wird in mindestens äquivalenter Menge von 2 Mol, berechnet auf den Gehalt von Methylbenzoat, pro Mol Dipropylenglykol eingesetzt. Ein geringer Überschuß bis 25 Mol-jS an Methylbenzoat kann für eine rasche Durchführung der Reaktion nützlich sein. Fällt beim großtechnischen Dimethylterephthalat-Prozeß das Methylbenzoat mit Gehalten unter 80 Gew.-^ an, so ist es durch einfache Destillation auf mindestens 80 Gew.-ji anzureichern.The technical, over 80% methyl benzoate is in at least equivalent amount of 2 moles, based on the methyl benzoate content, is used per mole of dipropylene glycol. A minor one An excess of up to 25 mol-jS of methyl benzoate can be used for one It may be useful to carry out the reaction quickly. The methyl benzoate falls in the industrial dimethyl terephthalate process with contents below 80 wt .- ^ an, so it is by simple Enrich the distillation to at least 80% by weight.
Die Katalysator-Konzentration soll 0,8 % nicht übersteigen, beträgt jedoch im allgemeinen 0,02 bis 0,5» vorzugsweise 0,05 - 0,2 $, bezogen auf die Summe der Einsatzgewichte an Methylbenzoat und Dipropylenglykol.The catalyst concentration should not exceed 0.8% , but is generally from 0.02 to 0.5%, preferably from 0.05 to 0.2%, based on the sum of the weights of methyl benzoate and dipropylene glycol used.
Beim Aufheizen der Ansätze destillieren zunächst kleine Mengen niedrig siedender Verbindungen und Wasser ab. Bei etwa 1500C Kesseltemperatur beginnt die Abspaltung von Methanol. Während der Dauer der Umesterung steigt die Reaktionstem-perätur stetig bis auf etwa 2700C an. Die Umesterung erfolgt zweckmäßig unter Inertgas, z.B. Stickstoff. When the batches are heated up, small amounts of low-boiling compounds and water initially distill off. At about 150 0 C boiler temperature, the elimination of methanol commences. During the duration of the transesterification, the Reaktionstem-perätur rises steadily to about 270 0 C. The transesterification is expediently carried out under an inert gas, for example nitrogen.
Beim Einsatz der erfindungsgemäß anzuwendenden speziellen Katalysatoren bleiben überraschenderweise die an sich sehrWhen the special catalysts to be used according to the invention are used, surprisingly, the per se remain very good
5G98U/H85 5G98U / H85
1 reaktiven Begleitstoffe des Ilethylbenzoats, welche sonst ! bei chemischen Reaktionen, wie aus der Tabelle 1 z.B. erj sichtlich, leicht in tieffarbige Produkte übergehen, im ! wesentlichen unverändert: daher die helle Farbe der Umesterungs-I produkte. Wegen der großen Differenz der Siedepunkte der j Begleitstoffe und des Dipropylenglykoldibenzoats können 1 reactive accompanying substances of the ethyl benzoate, which otherwise! in chemical reactions, as can be seen in Table 1, for example, easily transform into deep-colored products, im! essentially unchanged: hence the light color of the transesterification products. Because of the large difference in the boiling points of the accompanying substances and the dipropylene glycol dibenzoate
erstere nadibeendeter Umesterung leicht durch Abdestillieren, ! vorzugsweise in Vakuum, entfernt werden. Ist ein Überschuß : an Methylbenzoat eingesetzt worden, so. wird dieser ebenfalls '·■ abdestilliert. Dieses Esterdestillat kann einem neuen Ansatzthe former needle-ended transesterification easily by distilling off,! preferably in vacuum. If an excess of methyl benzoate has been used, so. this is also '· ■ distilled off. This ester distillate can be used in a new way
zugefügt werden, ohne daß sich die Farbqualität des Endproi dukts verschlechtert.can be added without affecting the color quality of the end proi ducts deteriorated.
Nach dem Abdestillieren der "Hledrigsieder" liegt hellfarbi- ! ges Dipropylenglykoldibenzoat vor. Durch Behandeln mit einem ; ozonhaltigen Gasstrom kann die Farbe, falls erwünscht, weiterAfter the "Hledrigsieder" have been distilled off, there is light-colored ! total dipropylene glycol dibenzoate. By treating with one ; Ozone-containing gas stream can further the color if desired
ι aufgehellt werden, im Gegensatz zum eingangs geschildertenι be brightened, in contrast to what was described at the beginning
I Befund, daß die tiefe Farbe der mit herkömmlichen Katalysatoren hergestellten Ester durch Oxydationsmittel nicht deutlich verbessert wird.I Finding that the deep color of the esters produced with conventional catalysts is not clear due to oxidizing agents is improved.
Enthält das eingesetzte Methylbenzoat geringe Kengen freier Säuren, so weist das Endprodukt entsprechende Säurezahlen auf. In diesen Fällen kann eine bei der Produktion von Weichmachern übliche, wenig aufwendige entsäuernde Raffination, z.B. durch Behandeln mit wässrigen alkalischen lösungen, durchgeführt werden. Geringe Anteile leicht flüchtiger Stoffe können - 5098U/t185 If the methyl benzoate used contains low levels of free acids, the end product has corresponding acid numbers. In these cases, a less expensive deacidifying refining, which is customary in the production of plasticizers, for example by treatment with aqueous alkaline solutions, can be carried out. Small proportions of highly volatile substances can - 5098U / t185
schließlich durch Ausblasen mit Luft oder Dampf entfernt werden. finally removed by blowing with air or steam.
Dipropylenglykoldibenzoat ist ein hochwertiger, schnell gelierender Weichmacher für Polymere, z.B. für Polyvinylchlorid. Dipropylene glycol dibenzoate is a high quality, fast gelling plasticizer for polymers, e.g. for polyvinyl chloride.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Beispiele erläutert:The method according to the invention is illustrated by the following examples:
In einem 10 Liter-Kolben mit.elektrischer Heizung, Rührwerk, Fraktionierkolonne mit gläsernen Raschig-Ringen und Stickstoff zuleitung wurden 2144 Gewichtsteile Bipropylenglykol (= 16 Mol) und 5227 Gewichtsteile technisches Methylbenzoat nit einen Gehalt von 93,6 Gew.-^ (= 36 Mol Reinester-Anteil) unter Zusatz von 7,4 Gewichtsteilen Aluminium-sek.-butylat als Katalysator (= 0,1 Gew.-^, bez. auf die Sunme der Einsatzraengen) erhitzt. Bei Temperaturen im Reaktionskolben bis 16O0C destillierten' zunächst leicht fnichtige Verbindungen und Wasser aus dem Ansatz aus. Bei 1600C begann die Abspaltung von Methanol. Während 5 Stunden stieg die Kolbentemperatur stetig auf 2400C an. Nach dieser Zeit war die Methanolabspaltung beendet. Das Methanol enthaltende Destillat hatte einen gaschromatographisch ermittelten Gehalt von 95 $; der Rest bestand aus Begleitetoffen des technischen Methylbenzoat-Einsatzproduktes. Medrigsieder und der Überschuß an liethylbenzoat wurden anschließend nach Abkühlen bei Temperaturen2144 parts by weight of bipropylene glycol (= 16 mol) and 5227 parts by weight of technical methyl benzoate with a content of 93.6 wt .- ^ (= 36 Mol of pure ester content) with the addition of 7.4 parts by weight of aluminum sec-butoxide as a catalyst (= 0.1% by weight, based on the Sunme of the quantities used). At temperatures in the reaction flask to 16O 0 C 'fnichtige compounds and water from the mixture distilled from first light. At 160 ° C., the splitting off of methanol began. The flask temperature rose steadily to 240 ° C. over the course of 5 hours. After this time, the elimination of methanol was complete. The methanol-containing distillate had a gas chromatographically determined content of $ 95; the remainder consisted of substances accompanying the technical methyl benzoate feedstock. Medrigsieder and the excess of diethyl benzoate were then after cooling at temperatures
50981 4/118550981 4/1185
"bis 20O0C im Vakuum von 20 Torr abdestilliert. Das in einer Ausbeute von 98 fo der Theorie, bezogen auf das eingesetzte Dipropylenglykol, erhaltene Dipropylenglykoldibenzot hatte eine Säurezahl von 1,6, eine Verseifungszahl von 326,5 (ber. 328) und eine Jodfarbzahl von 10. Das Produkt v/urde nach Abkühlen auf 1500C 30 Minuten lang ozonisiert (Ozongerät Typ S?; Lieferfirma Argentox, Hamburg; Leistung: 1,5 g 0,/Stunde bei 12 KY und 90 W). Nach dein Ozonisieren lag die Jodfarbzahl bei 3, nach wässrig-alkalischer Raffination bei 2, Die Säurezahl des Endprodukts war 0,3, die Verseifungszahl 329,5."to 20O 0 C in a vacuum of 20 torr. The dipropylene glycol dibenzot obtained in a yield of 98% of theory, based on the dipropylene glycol used, had an acid number of 1.6, a saponification number of 326.5 (calc. 328) and an iodine color number of 10. The product v / urde after cooling to 150 0 C ozonized for 30 minutes (ozone type device S ?; supplier Argentox, Hamburg; power: 0 1.5 g / hour at 12 KY and 90 W) after. During ozonization, the iodine color number was 3, after aqueous-alkaline refining it was 2. The acid number of the end product was 0.3 and the saponification number was 329.5.
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei anstelle von 5227 Gewichtsteilen techn. Kethylbenzoat (Gehalt: 93,6 Gew.-^) 5818 Gewichtsteile (= 40 KoI Reinester-Anteil) eingesetzt wurden. Die Umesterung war unter sonst gleichen Bedingungen nach 4 Stunden beendet.Example 1 was repeated, instead of 5227 parts by weight techn. Methyl benzoate (content: 93.6% by weight) 5818 Parts by weight (= 40 KoI pure ester content) were used. The transesterification was complete after 4 hours under otherwise identical conditions.
Bei Einsatz von anderen erfindungsgemäß zu verwendenden Katalysatoren resultierten bei sonst gleichen Reaktionsbodingungen und Apparaturen folgende Reaktionszeiten und Jodfarbzahlen der Produkte:The use of other catalysts to be used according to the invention resulted in otherwise identical reaction conditions and apparatus the following reaction times and iodine color numbers of the products:
5098U/1 1 855098U / 1 1 85
ReaktionDuration of
reaction
EndproduktsJodlarb number des
End product
5 0 9 8 U / 1 1 8 55 0 9 8 U / 1 1 8 5
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