EP1032564A1 - Method for producing heat-stable epoxy compounds - Google Patents
Method for producing heat-stable epoxy compoundsInfo
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- C07D301/32—Separation; Purification
Definitions
- the invention relates to a work-up process for the production of thermostable epoxy compounds, in which they are first washed neutral or alkaline, the phases are separated, dried, treated with selected basic solids and then finally filtered.
- Epoxy compounds have a wide range of applications in the production of plastics, plastic foams, surface coatings and paints. It is desirable that these substances have the highest possible epoxy oxygen content, at the same time the content of volatile components must be as low as possible in order to prevent fogging on the plastic parts. Finally, the products must be sufficiently thermostable, ie at Higher temperatures, such as occur in the production of the polymers, must not lead to undesired crosslinking of the epoxides with one another and the build-up of viscosity.
- the object of the invention was therefore to provide a process for the preparation of thermostable epoxides which is free from the disadvantages described.
- the invention relates to a process for the preparation of thermally stable epoxy compounds, in which olefinically unsaturated compounds are epoxidized in a manner known per se, and the resulting oxirane compounds
- organic value phase which is characterized in that the organic value phase is then treated with solid, basic aluminum oxides, aluminum hydroxides and / or alkali silicates and filtered.
- the epoxy compounds obtained in this way are distinguished by a higher epoxy oxygen content compared to prior art work-up processes even after exposure to temperature and show a lower tendency to crosslink during storage and to build up an undesirable viscosity.
- the number of washing steps is reduced with the proposed method, which leads to a technical simplification and reduces the amount of waste water.
- the invention includes the finding that higher yields are achieved when the epoxy compounds obtainable by the process according to the invention are worked up by distillation.
- Epoxides of olefinically unsaturated fatty substances are preferably used, such as, for example, epoxides of olefinically unsaturated triglycerides, fatty acid lower alkyl esters (ie esters of fatty acids with 6 to 22 carbon atoms with alcohols with 1 to 8 carbon atoms) and / or fatty alcohols.
- Epoxidized triglycerides based on soybean oil, linseed oil, rapeseed oil, sunflower oil, tall oil, cottonseed oil, peanut oil, palm oil or claw oil, with epoxides having been found to be optimal with regard to the color quality of the products high degree of epoxidation and low iodine number.
- Epoxidized triglycerides are known substances which are used in other technical fields as so-called “epoxy plasticizers”. They are produced by epoxidation of unsaturated fats and oils according to the so-called “in situ performic acid process", which is described in J.Am.Chem.Soc . 67, 412 (1945).
- olefinic double bonds of the glyceridically bonded fatty acids are converted into oxirane rings by epoxidation.
- Particularly suitable are triglycerides with an iodine number in the range from 50 to 150 which, with extensive epoxidation of the olefinic double bonds, are converted into epoxides with a content of 3 to 10% by weight epoxy oxygen.
- the use of epoxidized soybean oil and / or epoxidized soybean fatty acid methyl ester is preferred.
- epoxidized fatty alcohols cf. also D.Swern in J.Am.Chem.Soc. 66, 1925 (1944).
- epoxidized fatty substances which are to a certain extent functionalized olefins
- epoxidized olefins having 6 to 18 carbon atoms which carry the epoxy group either at the end or inside the molecule.
- Typical examples are ⁇ -epoxides of decene, dodecene, tetradecene, hexadecene and octadecene and corresponding technical mixtures of these olefins.
- the basic solids for refining the epoxides are aluminum oxides, aluminum hydroxides and alkaline silicates such as, for example, Primisile, Celatome or Celite.
- the amount of these substances used can be 0.5 to 5, preferably 1 to 3,% by weight, based on the epoxides.
- alkali solution means, for example, aqueous sodium hydroxide or sodium carbonate solutions with a solids content in the range from 1 to 15% by weight.
- Epoxidized soybean oil was purified using the following procedures:
- Example 1 is according to the invention, Examples V1 to V3 are used for comparison.
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Abstract
The invention relates to a method for producing heat-stable epoxy compounds, wherein olefinically unsaturated compounds are epoxidized in a manner known per se and the resulting oxirane compounds (a) are washed with water and/or aqueous alkali solution and (b) the organic value phase is separated and dried. The inventive method is characterized in that said organic value phase is subsequently treated with solid, basic aluminum oxide, aluminum hydroxide and/or alkali silicates and filtered.
Description
Verfahren zur Herstellung thermostabiler EpoxidverbindungenProcess for the production of thermostable epoxy compounds
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft ein Aufarbeitungsverfahren zur Herstellung thermostabiler Epoxidverbindungen, bei dem man diese zunächst neutral oder alkalisch wäscht, die Phasen trennt, trocknet, mit ausgewählten basischen Feststoffen behandelt und dann abschließend filtriert.The invention relates to a work-up process for the production of thermostable epoxy compounds, in which they are first washed neutral or alkaline, the phases are separated, dried, treated with selected basic solids and then finally filtered.
Stand der TechnikState of the art
Epoxidverbindungen haben ein weites Anwendungsgebiet in der Herstellung von Kunststoffen, Kunststoffschäumen, Oberflächenbeschichtungen und Lacken. Es ist gewünscht, daß diese Stoffe einen möglichst hohen Epoxidsauerstoffgehalt aufweisen, gleichzeitig muß der Gehalt an flüchtigen Komponenten so gering als möglich sein, um ein Ausschwitzen („Fogging") auf den Kunststoffteilen zu verhindern. Schließlich müssen die Produkte ausreichend thermostabil sein, d.h. bei höheren Temperaturen, wie sie bei der Herstellung der Polymeren auftreten, darf es nicht zur unerwünschten Vernetzung der Epoxide untereinander und dem Aufbau von Viskosität kommen.Epoxy compounds have a wide range of applications in the production of plastics, plastic foams, surface coatings and paints. It is desirable that these substances have the highest possible epoxy oxygen content, at the same time the content of volatile components must be as low as possible in order to prevent fogging on the plastic parts. Finally, the products must be sufficiently thermostable, ie at Higher temperatures, such as occur in the production of the polymers, must not lead to undesired crosslinking of the epoxides with one another and the build-up of viscosity.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Epoxidverbindungen, die nach dem Perameisensäure- verfahren hergestellt wurden, durch mehrmaliges Behandeln mit Wasser oder Lauge neutral zu waschen und Reste des Katalysators mit dem Waschwasser auszutragen. Gewöhnlich werden anschließend die Phasen getrennt, das Waschwasser abgezogen oder abzentrifugiert und die Restfeuchte im Produkt durch Zusatz von Natriumsulfat oder durch Vakuumtrocknung entfernt. Alternativ kann die Entfernung von Säurespuren aus den Epoxiden auch durch Einleiten von gasförmigem Ammoniak, Neutralisation mit wasserfreiem Natriumcarbonat, azeotrope Destillation oder die Verwendung von Anionaustau-schern erfolgen [vgl. Chem.Ztg. 95, 684 (1971)].It is known from the prior art to wash epoxy compounds which have been prepared by the performic acid process neutral by repeated treatment with water or lye and to remove residues of the catalyst with the wash water. The phases are then usually separated, the washing water is drawn off or centrifuged, and the residual moisture in the product is removed by adding sodium sulfate or by vacuum drying. Alternatively, traces of acid can be removed from the epoxides by introducing gaseous ammonia, neutralization with anhydrous sodium carbonate, azeotropic distillation or the use of anion exchangers [cf. Chem. 95, 684 (1971)].
Durch die Maßnahmen des Stands der Technik, insbesondere durch die bekannte Naßraffination mit Alkalilauge, kann zwar die Anzahl der Waschschritte gesenkt werden, da sich aber unter diesen Bedingungen beispielsweise aus epoxidierten Estern oberflächenaktive Seifen mit emulgierenden Eigen-
schatten bilden können, wird die Phasentrennung verlangsamt. Gleichzeitig treten vermehrt Epoxidring- öffnungsreaktionen auf, die den Epoxidsauerstoffgehalt vermindern.The measures of the prior art, in particular through the known wet refining with alkali metal hydroxide solution, can indeed reduce the number of washing steps, but under these conditions, for example, surface-active soaps with emulsifying properties are formed from epoxidized esters can form shadows, the phase separation is slowed down. At the same time, epoxy ring opening reactions occur which reduce the epoxy oxygen content.
Die Aufgabe der Erfindung hat somit darin bestanden, ein Verfahren zur Herstellung von thermostabilen Epoxiden zur Verfügung zu stellen, welches frei von den geschilderten Nachteilen ist.The object of the invention was therefore to provide a process for the preparation of thermostable epoxides which is free from the disadvantages described.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von thermostabilen Epoxidverbindungen, bei dem man olefinisch ungesättigte Verbindungen in an sich bekannter Weise epoxidiert und die resultierenden OxiranverbindungenThe invention relates to a process for the preparation of thermally stable epoxy compounds, in which olefinically unsaturated compounds are epoxidized in a manner known per se, and the resulting oxirane compounds
(a) mit Wasser und/oder wäßriger Alkalilösung wäscht,(a) washes with water and / or aqueous alkali solution,
(b) die organische Wertphase abtrennt und trocknet,(b) the organic value phase is separated off and dried,
welches sich dadurch auszeichnet, daß man die organische Wertphase anschließend mit festen, basischen Aluminiumoxiden, Aluminiumhydroxiden und/oder Alkalisilicaten behandelt und filtriert.which is characterized in that the organic value phase is then treated with solid, basic aluminum oxides, aluminum hydroxides and / or alkali silicates and filtered.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich die auf diesem Wege erhaltenen Epoxidverbindungen gegenüber Aufarbeitungsverfahren nach dem Stand der Technik auch nach Temperaturbelastung durch einen höheren Epoxidsauerstoffgehalt auszeichnen und eine geringere Tendenz zeigen, im Laufe der Lagerung zu vernetzen und eine unerwünschte Viskosität aufzubauen. Gleichzeitig wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren die Anzahl der Waschschritte vermindert, was zu einer technischen Vereinfachung führt und die Abwassermenge reduziert. Des weiteren schließt die Erfindung die Erkenntnis ein, daß bei destillativer Aufarbeitung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Epoxidverbindungen höhere Ausbeuten erzielt werden.Surprisingly, it was found that the epoxy compounds obtained in this way are distinguished by a higher epoxy oxygen content compared to prior art work-up processes even after exposure to temperature and show a lower tendency to crosslink during storage and to build up an undesirable viscosity. At the same time, the number of washing steps is reduced with the proposed method, which leads to a technical simplification and reduces the amount of waste water. Furthermore, the invention includes the finding that higher yields are achieved when the epoxy compounds obtainable by the process according to the invention are worked up by distillation.
EpoxidverbindungenEpoxy compounds
Die Auswahl der Epoxide, auf die sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden läßt, ist an sich unkritisch. Vorzugsweise werden Epoxide von olefinisch ungesättigten Fettstoffen eingesetzt, wie beispielsweise Epoxide von olefinisch ungesättigten Triglyceriden, Fettsäureniedrigalkylestem (d.h. Estern von Fettsäuren mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen mit Alkoholen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen) und/oder Fettalkoholen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von epoxidierten Triglyceriden basierend auf Sojaöl, Leinöl, Rapsöl, Sonnenblumenöl, Tallöl, Baumwollsaatöl, Erdnußöl, Palmöl oder Klauenöl, wobei es sich im Hinblick auf die Farbqualität der Produkte als optimal erwiesen hat, Epoxide mit
hohem Epoxidationsgrad und niedriger lodzahl einzusetzen. Epoxidierte Triglyceride stellen bekannte Stoffe dar, die in anderen technischen Bereichen als sogenannte „Epoxidweichmacher" Verwendung finden. Sie werden durch Epoxidation ungesättigter Fette und Öle nach dem sogenannten „In situ- Perameisensäure-Verfahren" hergestellt, das in J.Am.Chem.Soc. 67, 412 (1945) beschrieben wird. Durch Epoxidation werden je nach eingesetzter Menge Persäure die olefinischen Doppelbindungen der glyceridisch gebundenen Fettsäuren ganz oder teilweise in Oxiranringe überführt. Geeignet sind insbesondere Triglyceride mit einer lodzahl im Bereich von 50 bis 150, die bei weitgehender Epoxidation der olefinischen Doppelbindungen in Epoxide mit einem Gehalt von 3 bis 10 Gew.-% Epoxidsauerstoff überführt werden. Aus technischen Gründen ist der Einsatz von epoxidiertem Sojaöl und/oder epoxidiertem Sojafettsäuremethylester bevorzugt. Zur Herstellung epoxidierter Fettalkohole vgl. auch D.Swern in J.Am.Chem.Soc. 66, 1925 (1944). Neben den epoxidierten Fettstoffen, die gewissermaßen funktionalisierte Olefine darstellen, können selbstverständlich auch konventionelle epoxidierte Olefine mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden, die die Epoxidgruppe entweder am Ende oder im Inneren des Moleküls tragen. Typische Beispiele sind α-Epoxide des Decens, Dodecens, Tetradecens, Hexadecens und Octadecens sowie entsprechender technischer Gemische dieser Olefine.The selection of the epoxides to which the process according to the invention can be applied is not critical per se. Epoxides of olefinically unsaturated fatty substances are preferably used, such as, for example, epoxides of olefinically unsaturated triglycerides, fatty acid lower alkyl esters (ie esters of fatty acids with 6 to 22 carbon atoms with alcohols with 1 to 8 carbon atoms) and / or fatty alcohols. It is particularly preferred to use epoxidized triglycerides based on soybean oil, linseed oil, rapeseed oil, sunflower oil, tall oil, cottonseed oil, peanut oil, palm oil or claw oil, with epoxides having been found to be optimal with regard to the color quality of the products high degree of epoxidation and low iodine number. Epoxidized triglycerides are known substances which are used in other technical fields as so-called "epoxy plasticizers". They are produced by epoxidation of unsaturated fats and oils according to the so-called "in situ performic acid process", which is described in J.Am.Chem.Soc . 67, 412 (1945). Depending on the amount of peracid used, all or part of the olefinic double bonds of the glyceridically bonded fatty acids are converted into oxirane rings by epoxidation. Particularly suitable are triglycerides with an iodine number in the range from 50 to 150 which, with extensive epoxidation of the olefinic double bonds, are converted into epoxides with a content of 3 to 10% by weight epoxy oxygen. For technical reasons, the use of epoxidized soybean oil and / or epoxidized soybean fatty acid methyl ester is preferred. For the production of epoxidized fatty alcohols cf. also D.Swern in J.Am.Chem.Soc. 66, 1925 (1944). In addition to the epoxidized fatty substances, which are to a certain extent functionalized olefins, it is of course also possible to use conventional epoxidized olefins having 6 to 18 carbon atoms which carry the epoxy group either at the end or inside the molecule. Typical examples are α-epoxides of decene, dodecene, tetradecene, hexadecene and octadecene and corresponding technical mixtures of these olefins.
Basische FeststoffeBasic solids
Zur Raffination der Epoxide kommen als basische Feststoffe Aluminiumoxide, Aluminiumhydroxide sowie alkalische Silicate wie beispielsweise Primisile, Celatome oder Celite in Frage. Die Einsatzmenge dieser Stoffe kann 0,5 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-% - bezogen auf die Epoxide - betragen.The basic solids for refining the epoxides are aluminum oxides, aluminum hydroxides and alkaline silicates such as, for example, Primisile, Celatome or Celite. The amount of these substances used can be 0.5 to 5, preferably 1 to 3,% by weight, based on the epoxides.
RaffinationRefining
Zur Raffination der Epoxide werden diese zunächst gewaschen, wobei eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darin besteht, die Stoffe nur ein- bis zweimal mit einer gewichtsgleichen Menge Wasser oder Alkalilösung zu behandeln. Ein häufigeres Waschen, wie im Stand der Technik beschrieben, ist im Hinblick auf die weitere Raffination nicht erforderlich. Unter dem Begriff Alkalilösung sind beispielsweise wäßrige Natriumhydroxid oder Natriumcarbonatlösungen mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 1 bis 15 Gew.-% zu verstehen. Nach der Wäsche erfolgt eine Phasentrennung durch Dekantieren, wobei die organische Wertphase in an sich bekannter Weise getrocknet wird. Anschließend werden die basischen Feststoffe zugegeben und nach Rühren filtriert, bis das Produkt blank erscheint.
BeispieleTo refine the epoxides, they are first washed, a particularly advantageous embodiment of the process according to the invention consisting in treating the substances only once or twice with an equal weight of water or alkali solution. More frequent washing, as described in the prior art, is not necessary with a view to further refining. The term alkali solution means, for example, aqueous sodium hydroxide or sodium carbonate solutions with a solids content in the range from 1 to 15% by weight. After washing, the phases are separated by decantation, the organic value phase being dried in a manner known per se. The basic solids are then added and, after stirring, filtered until the product appears bare. Examples
Epoxidiertes Sojaöl wurde nach folgenden Verfahren aufgereinigt:Epoxidized soybean oil was purified using the following procedures:
(V1 ) δmalige Wäsche mit einer gewichtsgleichen Menge Wasser, Phasentrennung und Trocknung der organischen Phase im Vakuum.(V1) δmal washing with an equal weight of water, phase separation and drying of the organic phase in vacuo.
(V2) δmalige Wäsche mit einer gewichtsgleichen Menge Wasser, anschließend Wäsche mit einer gewichtsgleichen Menge einer 2 Gew.-%igen Natriumhydroxidlösung, Phasentrennung und Trocknung der organischen Phase im Vakuum.(V2) δ times washing with an equal weight amount of water, then washing with an equal weight amount of a 2 wt .-% sodium hydroxide solution, phase separation and drying of the organic phase in vacuo.
(V3) δmalige Wäsche mit einer gewichtsgleichen Menge Wasser, anschließend Wäsche mit einer gewichtsgleichen Menge einer 2 Gew.-%igen Natriumcarbonatlösung, Phasentrennung und Trocknung der organischen Phase im Vakuum.(V3) δ wash with an equal weight of water, then wash with an equal weight of a 2 wt .-% sodium carbonate solution, phase separation and drying of the organic phase in vacuo.
(1) 2malige Wäsche mit einer gewichtsgleichen Menge Wasser, Phasentrennung, Trocknung der organischen Phase im Vakuum, Zusatz von 0,5 Gew.-% basischem Aluminiumoxidhydrat und Filtration.(1) 2 washes with an equal weight of water, phase separation, drying of the organic phase in vacuo, addition of 0.5% by weight of basic aluminum oxide hydrate and filtration.
Anschließend wurde der Epoxidsauerstoffgehalt und die Viskosität nach Brookfield (RVT-Viskosimeter, 20°C, Spindel 1 , 10 Upm) sofort sowie nach einer Lagerung von 24 h bei 150°C bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Beispiel 1 ist erfindungsgemäß, die Beispiele V1 bis V3 dienen zum Vergleich.The epoxy oxygen content and the Brookfield viscosity (RVT viscometer, 20 ° C., spindle 1, 10 rpm) were then determined immediately and after storage for 24 hours at 150 ° C. The results are summarized in Table 1. Example 1 is according to the invention, Examples V1 to V3 are used for comparison.
Tabelle 1Table 1
Stabilität und ViskositätStability and viscosity
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von thermostabilen Epoxidverbindungen, bei dem man olefinisch ungesättigte Verbindungen in an sich bekannter Weise epoxidiert und die resultierenden Oxiranverbindungen1. Process for the preparation of thermostable epoxy compounds, in which olefinically unsaturated compounds are epoxidized in a manner known per se, and the resulting oxirane compounds
(a) mit Wasser und/oder wäßriger Alkalilösung wäscht,(a) washes with water and / or aqueous alkali solution,
(b) die organische Wertphase abtrennt und trocknet,(b) the organic value phase is separated off and dried,
dadurch gekennzeichnet, daß man die organische Wertphase anschließend mit festen, basischen Aluminiumoxiden, Aluminiumhydroxiden und/oder Alkalisilicaten behandelt und filtriert.characterized in that the organic value phase is then treated with solid, basic aluminum oxides, aluminum hydroxides and / or alkali silicates and filtered.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man Epoxide von olefinisch ungesättigten Fettstoffen einsetzt.2. The method according to claim 1, characterized in that one uses epoxides of olefinically unsaturated fatty substances.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Epoxide von olefinisch ungesättigten Triglyceriden, Fettsäureniedrigalkylestern und/oder Fettalkoholen einsetzt.3. The method according to claim 2, characterized in that epoxides of olefinically unsaturated triglycerides, fatty acid lower alkyl esters and / or fatty alcohols are used.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man epoxidiertes Sojaöl und/oder epoxidierten Sojafettsäuremethylester einsetzt.4. Process according to claims 2 and 3, characterized in that epoxidized soybean oil and / or epoxidized soy fatty acid methyl ester is used.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man epoxidierte Olefine mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen einsetzt.5. The method according to claim 1, characterized in that one uses epoxidized olefins having 6 to 18 carbon atoms.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man terminale und/oder innenständige epoxidierte Olefine einsetzt.6. The method according to claim 5, characterized in that one uses terminal and / or internal epoxidized olefins.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Epoxide mit wäßrigem Natriumhydroxid- und/oder Natriumcarbonatlösungen wäscht.7. Process according to claims 1 to 6, characterized in that the epoxides are washed with aqueous sodium hydroxide and / or sodium carbonate solutions.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Epoxide ein- bis zweimal mit einer gewichtsgleichen Menge Wasser oder Alkalilösung wäscht.8. The method according to claims 1 to 7, characterized in that the epoxides are washed once or twice with an equal weight of water or alkali solution.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die basischen Feststoffe in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-% - bezogen auf die Epoxide - einsetzt.
9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that one uses the basic solids in amounts of 0.5 to 5 wt .-% - based on the epoxides.
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Kind code of ref document: A1 Designated state(s): BE DE FR GB NL |
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| RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: COGNIS DEUTSCHLAND GMBH & CO. KG |
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| 17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20030812 |
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| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
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| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20031223 |