DE4124665A1

DE4124665A1 - Verfahren zur herstellung von polyolverbindungen

Info

Publication number: DE4124665A1
Application number: DE4124665A
Authority: DE
Inventors: Johann Dr Klein; Peter Dr Daute; Udo Dr Hees; Bernd Beuer
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1991-07-25
Filing date: 1991-07-25
Publication date: 1993-01-28
Also published as: EP0595942A1; DE59205515D1; EP0595942B1; WO1993002124A1; US5597934A; ES2083754T3; JPH07500089A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyolverbindungen durch Kondensation von Glycerin in Gegen wart von Lithiumverbindungen und gegebenenfalls nachfolgender Umesterung der erhaltenen Oligoglyceringemische mit Fettsäu reglyceridestern sowie deren Verwendung zur Herstellung von Polymeren.

Stand der Technik

Zur Herstellung von Polyurethanmassen werden Diisocyanate mit Stoffen umgesetzt, die mindestens zwei freie Hydroxylgruppen aufweisen. Als Polyolverbindungen für die Herstellung derar tiger Kunststoffe kommen beispielsweise Ringöffnungsprodukte von Epoxidverbindungen mit Alkoholen in Betracht (Fette, Seifen, Anstrichmitt., 89, 147 (1987)). Auch Oligoglyce ringemische sind für diesen Anwendungszweck prinzipiell ge eignet. Da die Eigenkondensation des Glycerins jedoch übli cherweise in Gegenwart von starken Basen, insbesondere in Gegenwart von Natrium- oder Kaliumhydroxid, durchgeführt wird, enthalten die resultierenden technischen Oligoglycerin gemische in der Regel einen hohen Restgehalt an Alkali, der in der Polyurethanreaktion äußerst störend wirkt und zu einem unerwünschten Schrumpfen der Kunststoffmassen führen kann. Auch die weitere Umsetzung der Oligoglyceringemische mit Fetten und Ölen zu sogenannten Umesterungspolyolen oder Uralkyden, die sich ebenfalls als Rohstoffe für die Herstel lung von Polyurethanen eignen, ist aus dem gleichen Grunde problematisch. Nach dem bisherigen Stand der Technik ist es daher erforderlich, Oligoglyceringemische vor einer Weiter reaktion mit hohem technischen Aufwand zu entsalzen.

Die Aufgabe der Erfindung bestand nun darin, ein neues Ver fahren zur Herstellung von Polyolen auf Basis von Eigenkon densationsprodukten des Glycerins zur Verfügung zu stellen, das frei von den geschilderten Nachteilen ist.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyolverbindungen, das sich dadurch auszeichnet, daß man

a) Glycerin in Gegenwart von Lithiumverbindungen konden siert,
b) das Reaktionswasser kontinuierlich abdestilliert und
c) das erhaltene Oligoglyceringemisch gegebenenfalls mit Fettsäureglyceridestern einer Umesterung unterwirft.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die an sich bekannte Eigenkondensation des Glycerins auch mit äußerst geringen Katalysatormengen durchgeführt werden kann, wenn man als Ka talysatoren Lithiumverbindungen, insbesondere Lithiumhydroxid verwendet. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Alkalikonzentration in den nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren hergestellten Oligoglyceringemischen so gering ist, daß weder eine Beeinträchtigung der Polyurethanreaktion, noch der daraus resultierenden Kunststoffmassen erfolgt. Die Er findung schließt darüber hinaus die Erkenntnis ein, daß der Gehalt an Lithiumverbindungen in den Oligoglyceringemischen ausreichend ist, um eine nachfolgende Umesterung mit Fett säureglyceriden zu katalysieren, so daß der Einsatz eines zusätzlichen Umesterungskatalysators nicht erforderlich wird.

Als Lithiumverbindungen kommen neben Lithiumhydroxid auch Lithiumseifen, also Salze des Lithiums mit gegebenenfalls hydroxyfunktionalisierten Fettsäuren mit 6 bis 22 Kohlen stoffatomen und 0, 1, 2 oder 3 Doppelbindungen in Betracht. Typische Beispiele sind die Lithiumsalze der Capronsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Pal mitinsäure, Palmitoleinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Elai dinsäure, Petroselinsäure, Linolsäure, Linolensäure, 12- Hydroxystearinsäure, Ricinolsäure, Arachinsäure, Gadole insäure, Behensäure oder Erucasäure. Lithiumsalze ungesät tigter Fettsäuren sind bei Normaltemperatur flüssig und des halb leicht dosierbar; sie werden daher vorzugsweise verwen det. Die Lithiumseifen können der Reaktionsmischung direkt zugesetzt werden; sie können sich jedoch auch in situ erzeugt werden, beispielsweise aus Lithiumhydroxid und einer Fett säure oder einem Fettsäureester.

Die Einsatzmenge der Lithiumverbindungen kann 0,001 bis 0,1, vorzugsweise 0,002 bis 0,05 und insbesondere 0,005 bis 0,01 Gew.-% - bezogen auf das Glycerin - betragen. Da Lithiumionen mit den in Gläsern enthaltenen Alkaliionen austauschen kön nen, was zu einer Verringerung der Konzentration an Lithium ionen führen kann, empfiehlt es sich, das Verfahren in Gerä ten aus Stahl oder ähnlich inerten Matrialien durchzuführen.

Zur Durchführung der Kondensationsreaktion können Glycerin und Lithiumverbindungen vorgelegt und in einer Inertgasat mosphäre auf Temperaturen von 200 bis 300, vorzugsweise 220 bis 280°C erhitzt werden. Zur Verlagerung des Gleichgewichtes empfiehlt es sich, das entstehende Kondensationswasser bei spielsweise über einen Wasserabscheider abzutrennen.

Wird die Herstellung eines Oligoglyceringemisches mit hohem Diglyceringehalt angestrebt, ist es vorteilhaft, die Konden sation abzubrechen, sobald die zur Bildung von Diglycerin theoretisch erforderliche Menge Wasser abgeschieden worden ist. Im allgemeinen beträgt die Reaktionszeit 1 bis 30, vor zugsweise 3 bis 15 h. Falls gewünscht, kann das Diglycerin aus dem gebildeten Oligoglyceringemisch beispielsweise durch Destillation im Hochvakuum abgetrennt werden. In der Regel kann auf diese Reinigungsoperation jedoch verzichtet werden.

Im Anschluß an die Kondensation können die Oligoglyceringe mische einer Umesterung mit Fettsäureglyceridestern unter worfen werden.

Als Fettsäureglyceridester kommen Triglyceride der Formel (I) in Betracht,

in der R¹CO für einen linearen oder verzweigten aliphatischen Acylrest mit 16 bis 24 Kohlenstoffatomen und 1 bis 5 Doppel bindungen und R²CO und R³CO unabhängig voneinander für einen linearen oder verzweigten aliphatischen Acylrest mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen und 0 oder 1 bis 5 Doppelbindungen steht.

Das molare Verhältnis zwischen Oligoglyceringemisch und Fettsäureglyceridester kann 5 : 1 bis 1 : 5, vorzugsweise 3 : 1 bis 1 : 3 betragen. Die Umesterung kann in an sich bekann ter Weise im Temperaturbereich von 200 bis 280°C durchgeführt werden. Die im Oligoglyceringemisch verbliebene Lithiumkon zentration ist ausreichend, um auch die Umesterung zu kata lysieren; der Zusatz weiteren Katalysators ist somit nicht erforderlich. Die Umesterung kann vollständig, in der Regel aber partiell, beispielsweise zu 10 bis 90, insbesondere 20 bis 70 Gew.-% - bezogen auf den Fettsäureglyceridester - er folgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können Kondensation und Umesterung nicht nacheinander, sondern in einem Schritt durchgeführt werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polyolverbindungen zur Herstellung von Polymeren, in denen sie zu 1 bis 90, vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-% - bezogen auf die Polymeren - enthalten sein können.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Poly olverbindungen eignen sich als Rohstoffe zur Herstellung von Polymeren. Sie können beispielsweise über die Hydroxylgruppen in Alkydharze einkondensiert werden und stellen Polykonden sationsbausteine dar, wie sie insbesondere für die Entwick lung von Polyurethanschäumen von Wichtigkeit sind.

Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläutern, ohne ihn darauf einzuschränken.

Beispiele Beispiel 1

In einem 2-l-Dreihalskolben mit Innenthermometer und Wasser abscheider wurden 1200 g (13 Mol) Glycerin mit 1,5 g (0,06 Mol) Lithiumhydroxid, entsprechend 0,12 Gew.-% - bezogen auf das Glycerin - versetzt. Die Reaktionsmischung wurde unter Stickstoff über einen Zeitraum von 8 h auf 260°C erhitzt, wobei eine Menge von 120 ml Kondensat abgeschieden wurde. Nach dem Abkühlen wurden ca. 1000 g des Oligoglyceringe misches als dunkle, klare Flüssigkeit erhalten, die folgende Kenndaten aufwies:

Hydroxylzahl: 1362
Säurezahl: 0,4
Li-Gehalt: 365 ppm

Beispiel 2

In einem 2-l-Dreihalskolben wurde eine Mischung aus

994 g (1,12 Mol) Rüböl neuer Züchtung, Ölsäureanteil <80 Gew.-% und
406 g (2,45 Mol) Oligoglyceringemisch aus Beispiel 1

vorgelegt und unter Stickstoff über einen Zeitraum von 5 h bei 220°C umgeestert. Das Produkt separierte und wurde in einen Scheidetrichter überführt, mit dessen Hilfe man die das nichtumgesetzte Oligoglycerin enthaltende Phase (ca. 50 g) abtrennte und verwarf. Es wurden 1300 g des Umesterungspro duktes in Form einer hellbraunen, klaren Flüssigkeit erhal ten, die die folgenden Kennzahlen aufwies:

Hydroxylzahl: 336
Verseifungszahl: 142
Säurezahl: 1,3
Li-Gehalt: 82 ppm

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Polyolverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lithiumverbindung Lithiumhydroxid einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lithiumverbindungen Lithiumseifen von gegebenen falls hydroxysubstituierten Fettsäuren mit 6 bis 22 Koh lenstoffatomen und 0, 1, 2 oder 3 Doppelbindungen ein setzt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lithiumverbindungen in Mengen von 0,001 bis 0,1 Gew.-% - bezogen auf das Glycerin - einsetzt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kondensationsreaktion bei Temperaturen von 200 bis 300°C durchführt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fettsäureglycerid ester Triglyceride der Formel (I), in die Umesterung einsetzt, in der R¹CO für einen line aren oder verzweigten aliphatischen Acylrest mit 16 bis 24 Kohlenstoffatomen und 1 bis 5 Doppelbindungen und R²CO und R³CO unabhängig voneinander für einen linearen oder verzweigten aliphatischen Acylrest mit 6 bis 24 Kohlen stoffatomen und 0 oder 1 bis 5 Doppelbindungen steht.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oligoglyceringemische und die Fettsäureglyceridester im molaren Verhältnis von 5 : 1 bis 1 : 5 einsetzt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umesterung im Tem peraturbereich von 200 bis 280°C durchführt.

9. Verwendung der nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 erhältlichen Polyolverbindungen zur Herstellung von Polymeren.