DE602004008122T2 - Verfahren zur Reduzierung des Säuregehaltes von Polymethylen-Polyphenyl-Polyisozyanat Mischungen - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung zielt auf eine Verringerung des Säuregehalts von Gemischen von Polymethylen-Polyphenyl-Polyisocyanat (PMDI) ab. Die chemische Formel von PMDI (n = 0–5) ist in
1 gezeigt. Polymethylen-Polyphenyl-Polyamin (PMDA) wird durch das Umsetzen von Anilin und Formaldehyd in der Gegenwart eines Säurekatalysators erzeugt und anschließend wird PMDI durch Umsetzen der PMDA-Mischung in Gegenwart eines neutralen Lösungsmittels mit Phosgen hergestellt. PMDI wird verbreitet zur Herstellung von Polyurethanschaum, Bindemitteln, Klebstoffen und ähnlichen Produkten verwendet. - Ein kleiner Teil an HCl, der als ein Nebenprodukt während der Reaktion beim Umsetzen von PMDI mit Phosgen beim PMDI-Herstellungsverfahren gebildet wird, verbleibt selbst nach Entfernen von Phosgen und dem Lösungsmittel – die während des Herstellungsverfahren in Überschussmengen vorhanden waren – als Verunreinigung im Produkt. Normalerweise liegt der Säuregehalt des PMDI-Produktes bei 150 bis 250 wppm. Die Säureverunreinigung des PMDI-Produktes blockiert die alkalischen Katalysatoren, die verwendet werden, um die Bildung von Polyurethanen zu fördern, und beeinflusst daher die Geschwindigkeit der Polyurethanbildung negativ, in vielen Fällen hat sie sogar Auswirkungen auf die Eigenschaften des verarbeiteten Schaums.
- Aufgrund des Vorangehenden sollte der Säuregehalt des PMDI, das zur Polyurethanherstellung verwendet wird, nicht zu hoch sein, so dass nach Entfernen von Phosgen und dem Lösungsmittel aus dem PMDI auch der Säuregehalt schrittweise unter 100 wppm vermindert werden muss. Dies wird normalerweise erreicht, indem Stickstoff durch das Gemisch geschickt wird, während dessen Temperatur erhöht wird und der Druck vermindert wird. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass durch die erhöhte Temperatur Nebenreaktionen im PMDI stattfinden, die auch zu einer Verfärbung führen.
- Ähnliche physikalische Verfahrensschritte zum Vermindern des Säuregehalts sind in
US-Patentanmeldung 3.857.871 undUS-Patentanmeldung 4.118.286 offenbart. Im industriellen Einsatz werden chemische Verfahrensschritte nicht so oft eingesetzt, wie inGB-Patent 1.458.747 US-Patent 6.127.463 undUS-Patent 3.925.437 offenbart, wobei im Verlauf des Verfahrens organische Verbindungen eingesetzt werden. - Gegenstand des Patents ist ein Verfahren zur Verringerung des Säuregehalts von PMDI. Es verwendet relativ niedrige Temperaturen, sein Zeiterfordernis ist vergleichbar zum derzeitigen Verfahren und es entfernt durch den Einsatz eines Mineral-basierenden Säureaufnahmematerials die ausreichende Menge von Säureverunreinigungen aus dem Gemisch. Der Hauptvorteil des Verfahrens liegt darin, dass bei der verwendeten Temperatur kein Verfärben oder minimales Verfärben stattfindet, so dass die erforderliche Verminderung des Säuregehalts ohne Beeinträchtigung der Farbe des PMDI erreicht wird, im Gegensatz zum Verfahren, das eine Hitzebehandlung einsetzt.
- Im patentierten Verfahren wird das feste Säureaufnahmematerial mineralischer Herkunft oder ein synthetisches, das eine große spezifische Oberfläche hat, bei der angemessenen Temperatur für eine bestimmte Zeitspanne mit PMDI in einer Ausrüstung in Kontakt gebracht, die für diesen Zweck speziell vorbereitet ist.
- Das Säureaufnahmematerial ist ein alkalisches Mineral mit einer großen spezifischen Oberfläche oder eine synthetisch hergestellte anorganische Verbindung, die in Form eines Puders, Körnchens oder anderen Formen ähnlicher Art verwendet werden kann. Unter den Verfahrensbedingungen wird sich dieses Material nicht in PMDI lösen und wird mit ihm nicht reagieren. Geeignete Materialien für den obigen Zweck sind: Aluminium- und/oder Magnesiumverbindungen, die Karbonat- und/oder Hydroxidgruppen enthalten, die den Kriterien genügen. Ein solches Material ist MgxAl2(OH)yCO3·zH2O (x = 1–6, y = 6–16, z = 3–4), Hydrotalcit genannt, das im Bereich der Kunststoffmaterialien im großen Maße für Säureaufnahme-Anwendungen eingesetzt wird.
- Im patentierten Prozess sollte das Säureaufnahmematerial mit PMDI in Kontakt gebracht werden. Dies könnte durch Suspendieren des Säureaufnahmematerials in PMDI und anschließend intensives Rühren umgesetzt werden. Alternativ kann PMDI bei adäquater Temperatur und Kontaktzeit durch eine geeignete Säule oder eine geeignete Filterschicht geschickt werden, wobei das Säureaufnahmematerial als Verpackung, Filtermaterial, unabhängig oder mit inerten Materialien (z.B. Silikaten) gemischt vorliegt.
- Das Säureaufnahmematerial kann vorteilhafterweise in Puder- oder Körnchenform verwendet werden. In einem solchen Fall lässt sich die Behandlung durch Zugeben von 0,1 bis 1 Gewichtsprozent umsetzen, bevorzugterweise 0,03 bis 0,3 Gewichtsprozent Säureaufnahmematerial in PMDI im Temperaturbereich von 20–105°C, bevorzugterweise 40–80°C und anschließenden Rührens des Gemischs bei einer konstanten Temperatur. Die Rührzeit beträgt 10 bis 300 Minuten, bevorzugterweise 40 bis 240 Minuten. Wenn das Rühren beendet ist, wird das Säureaufnahmematerial einfach durch Verwenden eines der Standardfiltrationsverfahren entfernt.
- Das erfundene Verfahren kann in jeder Ausrüstung verwirklicht werden, die für ein effektives In-Kontaktbringen von festen und flüssigen Phasen und ihre anschließende Trennung geeignet ist, also in jeder Rührvorrichtung mit geeignetem Filter, jeder gepackten Säule oder in einem gegebenen Fall jede einfache Filtereinheit.
- In den folgenden illustrativen Beispielen erfolgte die Bestimmung des Säuregehalts durch Titrier-Verfahren, während die Farbe des PMDI durch Photometrie bestimmt wurde:
- Beispiel Nr. 1:
- 0,2 g Hydrotalcitpuder wird in einen 300 ml Erlenmeyerkolben gegeben, dann geben wir 200 g PMDI mit einem Säuregehalt von 220 ppm zu, Farbindizes: L = 29,00, a = 38,86, b = 48,96. Das Gemisch wird dann auf einer mit einem Rührer versehenen Heizplatte bei 50°C gerührt, Geschwindigkeit von 500 Umdrehung pro Minute, was für 3 h beibehalten wird und schließlich wird es durch ein Vakuumfilter filtriert. Der Säuregehalt des Materials beträgt nach Entfernen des Säureaufnahmematerials 96 ppm, während die Farbindizes sind: L = 33,61, a = 42,13, b = 57,00.
- Beispiel Nr. 2:
- Eine Vakuumfilterausrüstung mit einer Glasfilteroberfläche von einem Durchmesser von 10 cm wird zur Herstellung des Filterbetts verwendet, indem 1 g Hydrotalcitsäure-Aufnahmematerial und 10 g inertes Material gemischt werden. 650 g PMDI mit einem Säuregehalt von 155 ppm und Farbindizes von L = 19,19, a = 36,74, b = 31,00 wird in Gegenwart von Stickstoff als Schutzgas hindurch gefiltert. Derselbe Vorgang wird zweimal mit dem gleichen Filterbett wiederholt. Das erhaltene PMDI hat die folgenden Eigenschaften: 93 ppm Säuregehalt, Farbindizes sind: L = 19,66, a = 36,91, b = 31,75.
- Vergleichsbeispiel Nr. 1:
- In einen Vierhalskolben von 500 ml, der mit einem Thermometer, einem mechanischen Rührer und einem Stickstoffeinlass ausgerüstet ist, werden 200 g einer PMDI-Probe mit einem Säuregehalt von 220 ppm und Farbindizes L = 29,00, a = 38,86, b = 48,96 gefüllt (die gleiche Probe wie in Beispiel Nr. 1 verwendet). Eine Vakuumpumpe wird an dem Kolben angeschlossen. 200 ml/min Stickstoff wird für 2 h durch das Gemisch geschickt, während die Temperatur bei 200°C gehalten wird. Am Ende der Behandlung ist der Säuregehalt des PMDI 94 ppm, Farbindizes sind L = 13,87, a = 30,76, b = 23,36.
Claims (3)
- Verfahrem zur Herstellung von Gemischen von Polymethylen-polyphenyl-isocyanat (PMDI) mit einem maximalen Säuregehalt von 100 ppm, wobei man das PMDI durch das Umsetzen von Phosgen mit Polymethylen-poly-phenyl-polyamin-Gemischen erhält, wonach man den Überschuss von Phosgen und das Lösungsmittel aus dem PMDI entfernt und dieses Material mit einem chemischen säurebindenden festen alkalischen Mg-Al-hydroxycarbonat mineralischer Herkunft oder mit dessen synthetisch hergestellter Form behandelt.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei man die Behandlung bei einer Temperatur von 20–105°C durch in Kontakt bringen von PMDI an einer grossen Oberfläche mit einem chemischen säurebindenden festen alkalischen Mg-Al-hydroxy-carbonat von mineralischer Herkunft oder mit dessen synthetisch hergestellter Form und durch deren nachfolgende Trennung durchführt.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei man eine gegebene Menge von PMDI mit 0,01–1 Gewichtsprozent eines chemischen säurebindenden festen alkalischen Mg-Al-hydroxy-carbonat von mineralischer Herkunft oder mit dessen synthetisch hergestellter Form behandelt.
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