EP1703973A1 - Ruthenium-heterogenkatalysator, kernhydrierte bisglycidylether der bisphenole a und f und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Ruthenium-heterogenkatalysator, kernhydrierte bisglycidylether der bisphenole a und f und verfahren zu ihrer herstellung

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EP1703973A1
EP1703973A1 EP04804055A EP04804055A EP1703973A1 EP 1703973 A1 EP1703973 A1 EP 1703973A1 EP 04804055 A EP04804055 A EP 04804055A EP 04804055 A EP04804055 A EP 04804055A EP 1703973 A1 EP1703973 A1 EP 1703973A1
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EP
European Patent Office
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weight
bisglycidyl
catalyst
ruthenium
less
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04804055A
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English (en)
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Jan-Dirk Arndt
Frederik Van Laar
Michael Becker
Stephan Herwig
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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    • B01J37/14—Oxidising with gases containing free oxygen

Definitions

  • the present invention relates to a ruthenium heterogeneous catalyst containing silicon dioxide as a support material, a process for producing a bisglycidyl ether of the formula I.
  • cycloaliphatic oxirane compounds I which have no aromatic groups is of particular interest for the production of light and weather-resistant coating systems.
  • such compounds can be prepared by hydrogenation of corresponding aromatic compounds II.
  • the compounds I are therefore also referred to as "core-hydrogenated bisglycidyl ethers of bisphenols A and F".
  • the compounds II have long been known as constituents of coating systems (see JW Muskopf et al. "Epoxy Resins" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition on CD-ROM).
  • the high reactivity of the oxirane groups in the catalytic hydrogenation is problematic. Under the reaction conditions usually required for the hydrogenation of the aromatic nucleus, these groups are frequently reduced to alcohols. For this reason, the hydrogenation of the compounds II must be carried out under the mildest possible conditions. However, this naturally means that the desired aromatic hydrogenation is slowed down.
  • US Pat. No. 3,336,241 Teaches the hydrogenation of corresponding aromatic epoxy compounds using rhodium and ruthenium catalysts for the preparation of cycloaliphatic compounds having epoxy groups.
  • the activity of the catalysts decreases so much after a hydrogenation that in a technical process the catalyst has to be changed after each hydrogenation.
  • the selectivity of the catalysts described there leaves something to be desired.
  • DE-A-3629 632 and DE-A-39 19228 teach the selective hydrogenation of the aromatic molecular parts of bis [glycidyloxiphenyl] methane and of 2,2-bis [p-glycidyloxiphenyl] propane on ruthenium oxide hydrate. This improves the selectivity of the hydrogenation with regard to the aromatic groups to be hydrogenated. According to this teaching, however, it is advisable to regenerate the catalyst after each hydrogenation, the separation of the catalyst from the reaction mixture proving to be problematic.
  • EP-A-678512 (BASF AG) teaches the selective hydrogenation of the aromatic molecular parts of aromatic compounds with oxirane groups on ruthenium catalysts, preferably ruthenium oxide hydrate, in the presence of 0.2 to 10% by weight of water, based on the reaction mixture. Although the presence of water makes it easier to separate the catalyst from the reaction mixture, it does not overcome the other disadvantages of these catalysts, such as the service life that can be improved.
  • EP-A-921 141 and EP-A1-1 270633 relate to the selective hydrogenation of double bonds in certain epoxy compounds in the presence of Rh and / or Ru catalysts with a certain surface or in the presence of catalysts containing metals from the platinum group.
  • JP-A-2002226380 discloses the core hydrogenation of aromatic epoxy compounds in the presence of supported Ru catalysts and a carboxylic acid ester as a solvent.
  • JP-A2-2001 261666 (Maruzen Petrochem.) Relates to a process for the continuous core hydrogenation of aromatic epoxy compounds in the presence of Ru catalysts which are preferably supported on activated carbon or aluminum oxide.
  • JP 10-204002 (Dainippon) relates to the use of specific, in particular alkali metal-doped Ru catalysts in kerhydration processes.
  • JP-A-2002249488 (Mitsubishi) teaches hydrogenation processes in which a supported noble metal catalyst is used, the chlorine content of which is below 1500 ppm.
  • WO-A1-03 / 103830 and WO-A1 -04/009526 relate to the hydrogenation of aromatic compounds, in particular the production of alicyclic polycarboxylic acids or their esters by core hydrogenation of the corresponding aromatic polycarboxylic acids or their esters, and also suitable for this catalysts.
  • WO-A2-02 / 100538 (BASF AG) describes a process for the preparation of certain cycloaliphatic compounds which have side chains with epoxy groups by heterogeneously catalytic hydrogenation of a corresponding compound which has at least one carbocyclic, aromatic group and at least one side chain with at least one Has epoxy group on a ruthenium catalyst.
  • the ruthenium catalyst is available from
  • step ii) is carried out immediately after step i).
  • WO-A2-02 / 100 538 does not disclose anything about the ratio of the Q and Q 3 structures Q 2 / Q 3 in silicon dioxide.
  • the preferred catalysts A and B according to the examples (page 13) have a percentage ratio of the signal intensities of the Q 2 and Q 3 structures Q 2 / Q 3 of 30 determined in the silicon dioxide by means of 29 Si solid-state NMR.
  • WO-A2-02 / 100538 teaches that the compounds used can be “both monomeric and oligomeric or polymeric compounds” (page 9 above).
  • the object of the present invention was to provide an improved selective process for the hydrogenation of aromatic compounds II to the "core-hydrogenated" compounds I, with which high yields and space-time yields, [product amount / (catalyst volume • time)] ( kg / (I cat. • h)) [amount of product / (reactor volume • time)] (kg / (l Rea k tor • h)), may be obtained achieved on the catalyst used and in which the catalysts used without workup can be used several times for hydrogenations. In particular, longer catalyst service lives should be achieved compared to the process according to WO-A2-02 / 100538. Furthermore, bisglycidyl ethers of the formula I with improved properties, in particular in their typical applications, should be found.
  • a ruthenium heterogeneous catalyst containing silicon dioxide as a support material was used, which is characterized in that the percentage ratio of the signal intensities of the Q 2 and Q 3 structures Q 2 / Q 3 determined by means of 29 Si solid-state NMR is less than 25 in silicon dioxide , a process for the preparation of the bisglycidyl ethers of the formula I. in which R is CH 3 or H, by core hydrogenation of the corresponding aromatic bisglycidyl ether of the formula II
  • An essential component of the catalysts according to the invention is the support material based on amorphous silicon dioxide.
  • amorphous means that the proportion of crystalline silicon dioxide phases makes up less than 10% by weight of the carrier material.
  • the support materials used to produce the catalysts can, however, have superstructures which are formed by regular arrangement of pores in the support material.
  • the percentage ratio of the Q 2 and Q 3 structures Q 2 / Q 3 determined by means of 9 Si solid-state NMR is less than 25, preferably less than 20, particularly preferably less than 15, for example in the range from 0 to 14 or 0.1 to 13. This also means that the degree of condensation of the silica in the carrier used is particularly high.
  • the analysis is carried out under the conditions of "magic angle spinning" at room temperature (20 ° C) (MAS 5500 Hz) with circular polarization (CP 5 ms) and using dipolar ent coupling of the 1 H performed. Because of the partial superimposition of the signals, the intensities are evaluated using a line shape analysis.
  • the line shape analysis was carried out using a standard software package from Galactic Industries, a "least square fit" being calculated iteratively.
  • the carrier material preferably contains not more than 1% by weight and in particular not more than 0.5% by weight and in particular ⁇ 500 ppm by weight of aluminum oxide, calculated as Al O 3 . Since the condensation of the silica can also be influenced by aluminum and iron, the total concentration of Al (III) and Fe (II and / or III) is preferably less than 300 ppm, particularly preferably less than 200 ppm, and is, for example, in the range from 0 to 180 ppm.
  • the proportion of alkali metal oxide preferably results from the production of the carrier material and can be up to 2% by weight. It is often less than 1% by weight. Alkali metal oxide-free supports (0 to ⁇ 0.1% by weight) are also suitable.
  • the proportion of MgO, CaO, TiO 2 or ZrO 2 can make up to 10% by weight of the carrier material and is preferably not more than 5% by weight. However, carrier materials which do not contain any detectable amounts of these metal oxides (0 to ⁇ 0.1% by weight) are also suitable.
  • amorphous silicon dioxide types which consist of at least 90% by weight silicon dioxide come into consideration as carrier materials, the remaining 10% by weight, preferably not more than 5% by weight, of the carrier material also being another oxidic material can, for example MgO, CaO, TiO 2 , ZrO 2 , Fe 2 O 3 and / or alkali metal oxide.
  • the carrier material is halogen-free, in particular chlorine-free, i.e. H.
  • the content of halogen in the carrier material is less than 500 ppm by weight, e.g. in the range of 0 to 400 ppm by weight.
  • Support materials are preferred which have a specific surface area in the range from 30 to 700 m 2 / g, preferably 30 to 450 m 2 / g, (BET surface area in accordance with DIN 66131).
  • Suitable amorphous support materials based on silicon dioxide are familiar to the skilled worker and are commercially available (see, for example, OW Flörke, "Silica” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 6th Edition on CD-ROM). They can have been made both naturally and artificially.
  • suitable amorphous support materials based on silicon dioxide are silica gels and pyrogenic silica.
  • the catalysts have silica gels as support materials.
  • the carrier material can have different shapes.
  • the support material in the form of a finely divided powder will usually be used to produce the catalysts according to the invention.
  • the powder preferably has particle sizes in the range from 1 to 200 ⁇ m, in particular 1 to 100 ⁇ m.
  • shaped bodies made of the carrier material are usually used, which can be obtained, for example, by extrusion, extrusion or tableting and which can have, for example, the shape of spheres, tablets, cylinders, strands, rings or hollow cylinders, stars and the like.
  • the dimensions of these moldings usually range from 1 mm to 25 mm. Catalyst strands with strand diameters of 1.5 to 5 mm and strand lengths of 2 to 25 mm are frequently used.
  • the content of ruthenium in the catalysts can be varied over a wide range. It will preferably be at least 0.1% by weight, preferably at least 0.2% by weight, and often will not exceed a value of 10% by weight, in each case based on the weight of the support material and calculated as elemental ruthenium. Preferably the ruthenium content is in the range of 0.2 to 7% by weight and in particular in the range of 0.4 to 5% by weight, e.g. 1.5 to 2% by weight.
  • the ruthenium catalysts used in the process according to the invention are preferably prepared by first treating the support material with a solution of a low molecular weight ruthenium compound, hereinafter referred to as (ruthenium recursor), in such a way that the desired amount of ruthenium is absorbed by the support material Preferred solvents here are glacial acetic acid, water or mixtures thereof. ”This step is also referred to as soaking in the following.
  • the carrier thus treated is then dried, preferably in compliance with the upper temperature limits specified below treated with an aqueous solution of the ruthenium precursor and dried again, and this process is repeated until the amount of ruthenium compound taken up by the support material corresponds to the desired ruthenium content in the catalyst.
  • the treatment or impregnation of the carrier material can take place in different ways and depends in a known manner on the shape of the carrier material.
  • the carrier material can be sprayed or rinsed with the precursor solution or the carrier material can be suspended in the precursor solution.
  • the carrier material can be suspended in the aqueous solution of the ruthenium precursor and filtered off from the aqueous supernatant after a certain time.
  • the ruthenium content of the catalyst can then be controlled in a simple manner via the amount of liquid taken up and the ruthenium concentration of the solution.
  • the support material can also be impregnated, for example, by treating the support with a defined amount of the solution of the ruthenium precursor that corresponds to the maximum amount of liquid that the support material can hold.
  • the carrier material can be sprayed with the required amount of liquid.
  • Suitable devices for this are the devices usually used for mixing liquids with solids (see Vauck / Müller, Basic Operations of Chemical Process Engineering, 10th edition, German Publishing House for Basic Industry, 1994, page 405 ff.), For example tumble dryers, water drums, drum mixers, paddle mixers and like.
  • Monolithic supports are usually rinsed with the aqueous solutions of the ruthenium precursor.
  • the solutions used for impregnation are preferably low in halogen, especially low in chlorine, ie they contain no or less than 500 ppm by weight, in particular less than 100 ppm by weight of halogen, for example 0 to ⁇ 80 ppm by weight of halogen, based on the total weight the solution.
  • halogen especially low in chlorine
  • ruthenium compounds which do not contain chemically bound halogen and which are sufficiently soluble in the solvent are therefore preferably used as ruthenium precursors.
  • Ru (III) acetate is a particularly preferred Ru precursor. This Ru compound is usually dissolved in acetic acid or glacial acetic acid, but it can also be used as a solid.
  • the catalyst according to the invention can be produced without using water.
  • ruthenium precursors are offered commercially as a solution, but the matching solids can also be used. These precursors can either be dissolved or diluted with the same component as the solvent on offer, such as nitric acid, acetic acid, hydrochloric acid, or preferably with water. Mixtures of water or solvent with up to 50% by volume of one or more organic solvents miscible with water or solvent, for example mixtures with C 1 -C -alkanols such as methanol, ethanol, n-propanol or isopropanol, can also be used be used. All mixtures should be chosen so that there is a solution or phase. The concentration of the ruthenium precursor in the solutions naturally depends on the amount of ruthenium precursor to be applied and the absorption capacity of the support material for the solution and is preferably in the range from 0.1 to 20% by weight.
  • Drying can be carried out according to the usual methods of drying solids while maintaining the upper temperature limits specified below. Compliance with the upper limit of drying temperatures is essential for quality, i.e. the activity of the catalyst is important. Exceeding the drying temperatures given above leads to a significant loss of activity. Calcining the support at higher temperatures, e.g. Above 300 ° C or even 400 ° C, as proposed in the prior art, is not only superfluous but also has a disadvantageous effect on the activity of the catalyst.
  • drying is preferably carried out at elevated temperature, preferably at ⁇ 180 ° C., particularly at ⁇ 160 ° C., and at at least 40 ° C., in particular at least 70 ° C., especially at least 100 ° C., very particularly at least 140 ° C.
  • the drying of the solid impregnated with the ruthenium precursor usually takes place under normal pressure, and a reduced pressure can also be used to promote drying. Often, to promote drying, a gas stream will be passed over or through the material to be dried, e.g. Air or nitrogen.
  • the drying time naturally depends on the desired degree of drying and the drying temperature and is preferably in the range from 1 h to 30 h, preferably in the range from 2 to 10 h.
  • the treated carrier material is preferably dried to such an extent that the content of water or volatile solvent components before the subsequent reduction is less than 5% by weight, in particular not more than 2% by weight, based on the total weight of the solid accounts.
  • the weight percentages here relate to the weight loss of the solid, determined at a temperature of 160 ° C., a pressure of 1 bar and a duration of 10 minutes. In this way, the activity of the catalysts used according to the invention can be increased further.
  • Drying is preferably carried out by moving the solid treated with the precursor solution, for example by drying the solid in a rotary tube oven or a rotary ball oven.
  • the activity of the catalysts according to the invention can be increased further.
  • the solid obtained after drying is converted into its catalytically active form by reducing the solid at the temperatures indicated above in a manner known per se.
  • the carrier material is brought into contact with hydrogen or a mixture of hydrogen and an inert gas at the temperatures indicated above.
  • the absolute hydrogen pressure is of minor importance for the result of the reduction and will be varied, for example, in the range from 0.2 bar to 1.5 bar.
  • the hydrogenation of the catalyst material often takes place at normal hydrogen pressure in the hydrogen stream.
  • the reduction is preferably carried out by moving the solid, for example by reducing the solid in a rotary tube furnace or a rotary ball furnace. In this way, the activity of the catalysts according to the invention can be increased further.
  • the reduction can also be carried out using organic reducing reagents such as hydrazine, formaldehyde, formates or acetates.
  • the catalyst can be passivated in a known manner to improve handling, for example by briefly using the catalyst with an oxygen-containing gas, for example air, but preferably with an inert gas mixture containing 1 to 10% by volume of oxygen , treated.
  • an oxygen-containing gas for example air
  • an inert gas mixture containing 1 to 10% by volume of oxygen
  • CO 2 or CO 2 / O 2 mixtures can also be used here.
  • the active catalyst can also be used under an inert organic solvent, e.g. Ethylene glycol.
  • the ruthenium is present in the catalysts according to the invention as metallic ruthenium. Electron microscopic investigations (SEM or TEM) have also shown that there is a coated catalyst: the ruthenium concentration within a catalyst grain decreases from the outside inwards, with a ruthenium layer on the grain surface. Crystalline ruthenium can be detected in the shell using SAD (Selected Area Diffraction) and XRD (X-Ray Diffraction).
  • the halide content, in particular chloride content, of the catalysts according to the invention is also below 0.05% by weight (0 to ⁇ 500 ppm by weight, for example in the range from O - 400 Ppm by weight), based on the total weight of the catalyst.
  • the chloride content is determined, for example, by ion chromatography using the method described below. In this document, all ppm data are to be understood as parts by weight (ppm by weight), unless stated otherwise.
  • Aromatic bisglycidyl ethers of the formula II which are preferably used have a chloride and / or organically bound chlorine content of 1000 1000 ppm by weight, particularly ⁇ 950 ppm by weight, in particular in the range from 0 to ⁇ 800 ppm by weight, for example 600 to 1000 Ppm by weight.
  • the content of chloride and / or organically bound chlorine is determined, for example, using the methods described below by ion chromatography or coulometry.
  • the aromatic bisglycidyl ether of the formula II used has a content of corresponding oligomeric bisglycidyl ether of less than 10% by weight, in particular less than 5% by weight .-%, particularly less than 1.5 wt .-%, very particularly less than 0.5 wt .-%, for example in the range from 0 to ⁇ 0.4% by weight.
  • the oligomer content of the aromatic bisglycidyl ethers of formula II used is preferably determined by means of GPC measurement (Gel Permeation Chromatography) or by determining the evaporation residue.
  • the evaporation residue is determined by heating the aromatic bisglycidyl ether for 2 h at 200 ° C and for a further 2 h at 30 ° C at 3 mbar.
  • the corresponding oligomeric bisglycidyl ethers generally have a molecular weight determined by GPC measurement in the range from 380 to 1500 g / mol and have, for example, the following structures (see, for example, Journal of Chromatography 238 (1982), pages 385-398, page 387):
  • R CH 3 or H.
  • n 1, 2, 3 or 4.
  • the oligomers can be separated off e.g. by means of chromatography or on a larger scale, preferably by distillation, e.g. on a laboratory scale in a batch distillation or on an industrial scale in a thin-film evaporator, preferably in a short path distillation, in each case under vacuum.
  • Batch distillation for oligomer separation is e.g. at a pressure of approx. 2 mbar the bath temperature at approx. 260 ° C and the transition temperature at the head at approx. 229 ° C.
  • the oligomer removal can also be carried out under milder conditions, for example under reduced pressures in the range from 1 to 10 -3 mbar. At a working pressure of 0.1 mbar, the boiling temperature of the oligomer-containing feedstock decreases by 20-30 ° C. depending on the feedstock and In order to minimize the thermal load, the distillation is preferably carried out in a continuous mode in a thin-film evaporation or particularly preferably in a short-path evaporation.
  • the compounds II are preferably hydrogenated in the liquid phase. Due to the partially high viscosity of the compounds II, they will preferably be used as a solution or mixture in an organic solvent.
  • Suitable organic solvents are in principle those which are able to dissolve the compound II as completely as possible or mix completely with it and which are inert under the hydrogenation conditions, i.e. not be hydrogenated.
  • Suitable solvents are cyclic and acyclic ethers, for example tetrahydrofuran, dioxane, methyl tert-butyl ether, dimethoxyethane, dimethoxypropane, dimethyldiethylene glycol, aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, n- or isopropa- nol, n-, 2-, iso- or tert-butanol, carboxylic acid esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate or butyl acetate, and aliphatic ether alcohols such as methoxypropanol.
  • aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, n- or isopropa- nol, n-, 2-, iso- or tert-butanol
  • carboxylic acid esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate or butyl
  • the concentration of compound II in the liquid phase to be hydrogenated can in principle be chosen freely and is frequently in the range from 20 to 95% by weight, based on the total weight of the solution / mixture.
  • the hydrogenation can also be carried out in the absence of a solvent.
  • the proportion of water, based on the mixture to be hydrogenated can be up to 10% by weight, for example 0.1 to 10% by weight, preferably 0.2 to 7% by weight and in particular 0.5 to 5% by weight .-%.
  • the actual hydrogenation is usually carried out in analogy to the known hydrogenation processes for the preparation of compounds I, as described in the prior art mentioned at the outset.
  • the compound II preferably as a liquid phase
  • the catalyst can be suspended both in the liquid phase (suspension mode) or the liquid phase is passed over a fluidized catalyst bed (fluidized bed mode) or a fixed catalyst bed (fixed bed mode).
  • the hydrogenation can be carried out either continuously or batchwise.
  • the process according to the invention is preferably carried out in trickle reactors according to the fixed bed procedure.
  • the hydrogen can be passed both in cocurrent with the solution of the starting material to be hydrogenated and in countercurrent over the catalyst.
  • Suitable apparatus for carrying out a hydrogenation according to the suspension procedure as well as for hydrogenation on the catalyst fluidized bed and on the fixed catalyst bed are known from the prior art, e.g. from Ulimann's Encyclopedia of Technical Chemistry, 4th edition, volume 13, p. 135 ff., and from P. N. Rylander, "Hydrogenation and Dehydrogenation” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed. on CD-ROM.
  • the hydrogenation can be carried out both at normal hydrogen pressure and at elevated hydrogen pressure, for example at an absolute hydrogen pressure of at least 1.1 bar, preferably at least 10 bar.
  • the absolute hydrogen pressure will not exceed 325 bar and preferably 300 bar.
  • the hydrogen pressure is particularly preferably in the range from 50 to 300 bar.
  • the reaction temperatures are generally at least 30 ° C and will often not exceed 150 ° C.
  • the hydrogenation process is carried out at temperatures in the range from 40 to 100 ° C. and particularly preferably in the range from 45 to 80 ° C.
  • reaction gases also include hydrogen-containing gases which do not contain any catalyst poisons such as carbon monoxide or sulfur-containing gases, e.g. Mixtures of hydrogen with inert gases such as nitrogen or reformer exhaust gases, which usually still contain volatile hydrocarbons. Pure hydrogen is preferably used (purity 99 99.9% by volume, particularly 99 99.95% by volume, in particular 99 99.99% by volume).
  • the starting material II to be hydrogenated is usually used in an amount of 0.05 to 3 kg / (l (catalyst) • h), in particular 0.15 to 2 kg / (l (catalyst) • h), run over the catalyst.
  • the catalysts used in this process can of course be regenerated according to the methods known to those skilled in the art for noble metal catalysts such as ruthenium catalysts.
  • the treatment of the catalyst with oxygen as described in BE 882279 the treatment with dilute, halogen-free mineral acids as described in US 4,072,628, or the treatment with hydrogen peroxide, e.g. B. in the form of aqueous solutions with a content of 0.1 to 35 wt .-%, or the treatment with other oxidizing substances, preferably in the form of halogen-free solutions.
  • a solvent e.g. B. water, rinse.
  • the hydrogenation process according to the invention is preferred through the complete hydrogenation of the aromatic nuclei of the bisglycidyl ether of formula II used
  • R is CH 3 or H, characterized, the degree of hydrogenation being> 98%, particularly> 98.5%, very particularly> 99%, for example> 99.3%, in particular> 99.5%, for example in the range from> 99.8 to 100%.
  • the degree of hydrogenation (Q) is defined according to
  • Q (%) ([number of cycloaliphatic C6 rings in the product] / [number of aromatic C6 rings in the starting material]) • 100
  • the ratio, for example molar ratio, of the cycloaliphatic and aromatic C6 rings can preferably be determined using 1 H NMR spectroscopy can be determined (integration of the aromatic and correspondingly cycloaliphatic 1 H signals).
  • the invention also relates to bisglycidyl ethers of the formula
  • R is CH 3 or H
  • R is CH 3 or H
  • the bisglycidyl ethers of the formula I preferably have a content of corresponding oligomerically hydrogenated bisglycidyl ethers of the formula
  • the content of oligomeric, core-hydrogenated bisglycidyl ethers is preferably determined by heating the aromatic bisglycidyl ether for 2 h to 200 ° C. and for a further 2 h to 300 ° C. at 3 mbar in each case or by means of GPC measurement (gel permeation chromatography).
  • the bisglycidyl ethers of the formula I preferably have a total chlorine content, determined according to DIN 51408, of less than 1000 ppm by weight, in particular less than 800 ppm by weight, very particularly less than 600 ppm by weight, for example in the range from 0 to 400 ppm by weight, on.
  • the bisglycidyl ethers of the formula I preferably have a ruthenium content, determined by mass spectrometry with inductively coupled plasma (ICP-MS), of less than 0.3 ppm by weight, in particular less than 0.2 ppm by weight, very particularly less than 0.1% by weight. ppm, e.g. in the range of 0 to 0.09 ppm by weight.
  • ICP-MS inductively coupled plasma
  • the bisglycidyl ethers of the formula I preferably have a platinum-cobalt color number (APHA color number), determined according to DIN ISO 6271, of less than 30, particularly less than 25, very particularly less than 20, e.g. in the range from 0 to 18.
  • APHA color number platinum-cobalt color number
  • the bisglycidyl ethers of the formula I preferably have epoxy equivalents determined in accordance with the ASTM-D-1652-88 standard in the range from 170 to 240 g / equivalents, in particular in the range from 175 to 225 g / equivalents, very particularly in the range from 180 to 220 g / equivalents.
  • the bisglycidyl ethers of the formula I preferably have a proportion of hydrolyzable chlorine, determined according to DIN 53188, of less than 500 ppm by weight, particularly less than 400 ppm by weight, very particularly less than 350 ppm by weight, e.g. in the range from 0 to 300 ppm by weight.
  • the bisglycidyl ethers of the formula I preferably have a kinematic viscosity, determined according to DIN 51562, of less than 800 mm 2 / s, particularly less than 700 mm 2 / s, very particularly less than 650 mm 2 / s, for example in the range from 400 to 630 mm 2 / s , each at 25 ° C.
  • the bisglycidyl ethers of the formula I preferably have a cis / cis: cis / trans: trans / trans isomer ratio in the range from 44-63%: 34-53%: 3-22%.
  • the cis / cis: cis / trans: trans / trans isomer ratio is particularly preferably in the range from 46-60%: 36-50%: 4-18%.
  • the cis / cis: cis / trans: trans / trans isomer ratio is very particularly preferably in the range from 48-57%: 38-47%: 5-14%.
  • the cis / cis: cis / trans: trans / trans isomer ratio is in the range from 51 -56%: 39-44%: 5-10%.
  • the bisglycidyl ethers of the formula I are particularly preferred by complete hydrogenation of the aromatic nuclei of a bisglycidyl ether of the formula II
  • R is CH 3 or H
  • the degree of hydrogenation being> 98%, particularly> 98.5%, very particularly> 99%, for example> 99.3%, in particular> 99.5%, for example in the range from> 99.8 to 100%.
  • a defined amount of the carrier material was placed in a bowl and soaked with 90-95% of the amount of a solution of Ru (III) acetate (approx. 5% Ru in 100% acetic acid) in water, which can be absorbed by the carrier material to the maximum.
  • the following carriers were selected:
  • the substance obtained in this way was dried at 120 ° C. overnight.
  • the dried material was reduced for 2 h at 300 ° C. in a stream of hydrogen at normal pressure in a rotary kiln.
  • the catalyst was passivated at room temperature with dilute air.
  • the reduced and passivated catalyst contained approx. 1.6-2% by weight Ru, based on the total mass of the catalyst obtained.
  • TEM analysis The ruthenium concentration within a catalyst grain of the catalyst according to the invention decreases from the outside inwards, with an Ru layer up to approximately 200 nm thick being located on the grain surface. In the interior of the catalyst grain, the Ru particles are up to approx. 2 nm in size. Be below the ruthenium shell locally aggregated and / or agglomerated Ru particles observed. In this area, the size of the Ru single-part crystals is up to approx. 4 nm. Crystalline ruthenium is detected in the shell using SAD. XRD analysis shows a ruthenium crystallite size of approx. 8 nm.
  • the pore volume was determined by means of nitrogen sorption in accordance with DIN 66131.
  • Oxidation levels Fe (II and / or III), Al (III), Ca (II), Mg (II).
  • the carrier of catalyst A from WO-A-02/100538 corresponds to the carrier of catalyst B from WO-A-02/100538 (same chemical composition), with the difference that the BET surface area is 68 m 2 / g and the pore volume Is 0.8 ml / g. 2. Description of the experimental setup and hydrogenation examples
  • Heated reaction tubes made of stainless steel (reactor 1: length 0.8 m, diameter 12 mm; or reactor 2: length: 1.4 m, diameter: 12 mm) served as reactors and were equipped with a feed pump for the educt and a separator with a stand for sampling and exhaust gas control.
  • the reactors could optionally be operated with and without a pitch circle.
  • the conversion and the degree of hydrogenation were determined by 1 H-NMR: sample amount: 20-40 mg, solvent: CDCI 3 , 700 ⁇ liter with TMS as reference signal, sample tube: 5 mm diameter, 400 or 500 MHz, 20 ° C; Decrease in aromatic proton signals vs. Increase in the signals of the aliphatic protons).
  • the conversion indicated in the examples is based on the hydrogenation of the aromatic groups.
  • the decrease in the epoxy groups was determined by comparing the epoxy equivalent (EEW) before and after the hydrogenation, determined in each case according to the ASTM-D-1652-88 standard.
  • the stereoisomer ratio of the product obtained (2,2 ' - [1-methylethylidene bis (4,1-cyclohexanediyloxymethylene)] bisoxirane) was determined (by GC, NMR, see below) to be: 52% cis / cis: 42 % trans / cis: 6% trans / trans.
  • the examples show that the oligomer content in the feed has a decisive influence on the service life of the catalyst:
  • a distilled feed (example 2 - "oligomer-poor” feed)
  • a commercially available standard product (example 1 - "oligomer-rich” feed)
  • a dramatically slowed catalyst deactivation was observed.
  • the oligomer content of the goods used in the examples was determined by means of GPC measurement (Gel Permeation Chromatography):
  • the molecular weights given are relative values with regard to polystyrene as a calibration substance and are therefore not absolute values.
  • the oligomer content in area% (area%) determined by means of GPC measurement can be converted into% by weight using an internal or external standard.
  • the residue (oligomer content) determined by means of this method in standard goods was 6.1% by weight.
  • the residue (oligomer content) in distilled standard goods determined by this method was 0% by weight. (Distillation conditions: 1 mbar, bath temperature 260 ° C and transition temperature at the top 229 ° C).
  • the hydrogenation of the bisphenol A unit of the bisglycidyl ether can produce several isomers. Depending on the arrangement of the substituents on the cyclohexane rings, cis / cis, trans / trans or cis / trans isomerism can occur.
  • the products of the peaks in question were preparatively collected using a column switch. Each fraction was then characterized by NMR spectroscopy ( 1 H, 13 C, TOCSY, HSQC).
  • the sample was diluted by a factor of 100 with a suitable organic solvent (e.g. NMP).
  • a suitable organic solvent e.g. NMP
  • the ruthenium content in this solution was determined by mass spectrometry with inductively coupled plasma (ICP-MS).
  • ICP-MS spectrometer e.g. Agilent 7500s measurement conditions:
  • Calibration External calibration in organic matrix
  • Chloride was determined by ion chromatography.
  • Sample preparation Approx. 1 g of the sample was dissolved in toluene and extracted with 10 ml ultrapure water. The aqueous phase was measured by means of ion chromatography. Measurement conditions: ion chromatography system: Metrohm guard column: DIONEX AG 12 separation column: DIONEX AS 12
  • Detection conductivity after chemical suppression suppressor: Metrohm module 753 50 mmol H 2 S0 4 ; Ultrapure water (flow approx. 0.4 ml / min.) Calibration: 0.01 mg / L to 0.1 mg / L
  • the sample was burned in an oxygen atmosphere at a temperature of approx. 1020 ° C.
  • the chlorine bound in the sample is converted to hydrogen chloride.
  • the nitrous gases, sulfur oxides and water generated during the combustion are removed and the combustion gas cleaned in this way is introduced into the coulometer cell.
  • the coulometric determination of the chloride formed is carried out here

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Abstract

Ruthenium-Heterogenkatalysator enthaltend Siliziumdioxid als Trägermaterial, wobei im Siliziumdioxid das mittels <29>Si-Festkörper-NMR bestimmte prozentuale Verhältnis der Q2 - und Q3 - Strukturen Q2/Q3 kleiner als 25 ist, Verfahren zur Herstellung eines Bisglycidylethers der Formel (I), in der R CH3 oder H bedeutet, durch Kernhydrierung des entsprechenden aromatischen Bisglycidylethers der Formel (II), in dem man den o.g. Ruthenium-Heterogenkatalysator einsetzt, und Bisglycidylether der Formel (I), herstellbar durch das o.g. Verfahren.

Description

Ruthenium-Heterogenkatalysator, kernhydrierte Bisglycidylether der Bisphenole A und F und Verfahren zu ihrer Herstellung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ruthenium-Heterogenkatalysator enthaltend Siliziumdioxid als Trägermaterial, ein Verfahren zur Herstellung eines Bisglycidylethers der Formel I
in der R CH3 oder H bedeutet, durch Kernhydrierung des entsprechenden aromatischen Bisglycidylethers der Formel II
in Gegenwart eines Katalysators sowie mit diesem Verfahren herstellbare Bisglycidylethers der Formel I.
Die Verbindung II mit R = H wird auch Bis[glycidyloxiphenyl]methan (Molgewicht: 312 g/mol) genannt.
Die Verbindung II mit R = CH3 wird auch 2,2-Bis[p-glycidyloxiphenyl]propan (Molgewicht: 340 g/mol) genannt.
Die Herstellung von cycloaliphatischen Oxiranverbindungen I, die keine aromatischen Gruppen aufweisen, ist für die Herstellung licht- und witterungsbeständiger Lacksysteme von besonderem Interesse. Grundsätzlich sind derartige Verbindungen durch Hydrierung von entsprechenden aromatischen Verbindungen II herstellbar. Die Verbindungen I werden daher auch als "kernhydrierte Bisglycidylether der Bisphenole A und F" bezeichnet. Die Verbindungen II sind als Bestandteile von Lacksystemen seit langem bekannt (siehe J.W. Muskopf et al. "Epoxy Resins" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemis- try, 5th Edition on CD-ROM). Problematisch ist jedoch die hohe Reaktivität der Oxirangruppen in der katalytischen Hydrierung. Unter den für die Hydrierung des aromatischen Kerns üblicherweise erforderlichen Reaktionsbe ingungen werden diese Gruppen häufig zu Alkoholen reduziert. Aus diesem Grunde muss man die Hydrierung der Verbindungen II unter möglichst milden Bedingungen durchführen. Dies bedingt naturgemäß jedoch eine Verlangsa- mung der gewünschten Aromatenhydrierung.
US-A-3,336,241 (Shell Oil Comp.) lehrt zur Herstellung cycloaliphatischer Verbindungen mit Epoxygruppen die Hydrierung von entsprechenden aromatischen Epoxyver- bindungen mit Rhodium- und Rutheniumkatalysatoren. Die Aktivität der Katalysatoren nimmt nach einer Hydrierung so stark ab, dass in einem technischen Verfahren der Katalysator nach jeder Hydrierung gewechselt werden muss. Zudem lässt die Selektivität der dort beschriebenen Katalysatoren zu wünschen übrig.
DE-A-3629 632 und DE-A-39 19228 (beide BASF AG) lehren die selektive Hydrie- rung der aromatischen Molekülteile von Bis[glycidyloxiphenyl]methan bzw. von 2,2- Bis[p-glycidyloxiphenyl]propan an Rutheniumoxidhydrat. Hierdurch wird die Selektivität der Hydrierung bezüglich der zu hydrierenden aromatischen Gruppen verbessert. Auch nach dieser Lehre empfiehlt es sich jedoch, den Katalysator nach jeder Hydrierung zu regenerieren, wobei sich die Abtrennung des Katalysators von der Reaktionsmischung als problematisch erweist.
EP-A-678512 (BASF AG) lehrt die selektive Hydrierung der aromatischen Molekülteile von aromatischen Verbindungen mit Oxirangruppen an Rutheniumkatalysatoren, vorzugsweise Rutheniumoxidhydrat, in Gegenwart von 0,2 bis 10 Gew.-% Wasser, bezo- gen auf den Reaktionsansatz. Durch die Anwesenheit von Wasser wird zwar die Abtrennung des Katalysators von der Reaktionsmischung erleichtert, die übrigen Nachteile dieser Katalysatoren wie verbesserungswürdige Standzeit werden hierdurch jedoch nicht behoben.
EP-A-921 141 und EP-A1-1 270633 (beide Mitsubishi Chem. Corp.) betreffen die selektive Hydrierung von Doppelbindungen in bestimmten Epoxyverbindungen in Gegenwart von Rh- und/oder Ru-Katalysatoren mit bestimmter Oberfläche bzw. in Gegenwart von Katalysatoren enthaltend Metalle der Platin-Gruppe.
JP-A-2002226380 (Dainippon) offenbart die Kemhydrierung von aromatischen Epoxyverbindungen in Gegenwart getragener Ru-Katalysatoren und einem Carbonsäureester als Lösungsmittel. JP-A2-2001 261666 (Maruzen Petrochem.) betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Kernhydrierung aromatischer Epoxidverbindungen in Gegenwart von bevorzugt auf Aktivkohle oder Aluminiumoxid geträgerten Ru-Katalysatoren.
Ein Artikel von Y. Hara et al. in Chem. Lett. 2002, Seiten 1116ff, betrifft die „Selective Hydrogenation of Aromatic Compounds Containing Epoxy Group over Rh/Graphite".
Tetrahedron Lett. 36, 6, Seiten 885-88, beschreibt die stereoselektive Kernhydrierung von substituierten Aromaten unter Verwendung von kolloidalem Ru.
JP 10-204002 (Dainippon) betrifft die Verwendung spezifischer, inbesondere Alkalima- tall-dotierter Ru-Katalysatoren in Kerhydrierungsverfahren.
JP-A-2002249488 (Mitsubishi) lehrt Hydrierverfahren, in denen ein Edelmetallträgerkatalysator verwendet wird, dessen Chlorgehalt unter 1500 ppm beträgt.
WO-A1-03/103830 und WO-A1 -04/009526 (beide Oxeno) betreffen die Hydrierung von aromatischen Verbindungen, insbesondere die Herstellung von alicyclischen Poly- carbonsäuren oder deren Estern durch Kernhydrierung der entsprechenden aromatischen Polycarbonsäuren oder deren Ester, sowie hierfür geeignete Katalysatoren.
Die Verfahren des Standes der Technik haben den Nachteil, dass die eingesetzten Katalysatoren nur geringe Standzeiten aufweisen und in der Regel nach jeder Hydrie- rung aufwendig regeneriert werden müssen. Auch lässt die Aktivität der Katalysatoren zu wünschen übrig, so dass unter den für eine selektive Hydrierung erforderlichen Reaktionsbedingungen nur geringe Raum-Zeit-Ausbeuten, bezogen auf den eingesetzten Katalysator erhalten werden. Dies ist jedoch im Hinblick auf die hohen Kosten für Ruthenium und damit für den Katalysator wirtschaftlich nicht vertretbar.
WO-A2-02/100538 (BASF AG) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von bestimmten cycloaliphatischen Verbindungen, die Seitenketten mit Epoxidgruppen aufweisen, durch heterogen-katalytische Hydrierung einer entsprechenden Verbindung, die wenigstens eine carbocyclische, aromatische Gruppe und wenigstens eine Seitenkette mit wenigstens einer Epoxid-Gruppe aufweist, an einem Ruthenium-Katalysator.
Der Ruthenium-Katalysator ist erhältlich durch
i) ein oder mehrfaches Behandeln eines Trägermaterials auf Basis von amorphem Siliziumdioxid mit einer halogenfreien wässrigen Lösung einer niedermolekularen Rutheniumverbindung und anschließendes Trocknen des behandelten Trägermaterials bei einer Temperatur unterhalb 200°C, ii) Reduktion des in i) erhaltenen Feststoffs mit Wasserstoff bei einer Temperatur im Bereich von 10O bis 350°C,
wobei man und Schritt ii) unmittelbar im Anschluss an Schritt i) durchführt.
WO-A2-02/100 538 offenbart nichts zum Verhältnis der Q - und Q3 - Strukturen Q2/Q3 im Siliziumdioxid.
Die bevorzugten Katalysatoren A und B gemäß der Beispiele (Seite 13) weisen im Sili- ziumdioxid ein mittels 29Si-Festkörper-NMR bestimmtes prozentuales Verhältnis der Signalintensitäten der Q2 - und Q3 - Strukturen Q2/Q3 von 30 auf.
Darüber hinaus enthält das Siliziumdioxid Al(lll) und Fe(ll und/oder III) in einer Konzentration von 400 Gew.-ppm und Erdalkalimetallkationen (M2+) im Gewichtsverhältnis (Ca(ll) + Mg(ll)) : (Al(lll) -1- Fe(ll und/oder III)) = 0,1. (Vergl. auch unten).
WO-A2-02/100538 lehrt, dass es sich bei den eingesetzten Verbindungen „sowohl um monomere als auch um oligomere oder polymere Verbindungen handeln" kann (Seite 9 oben).
Die römischen Zahlen in Klammern hinter dem Elementsymbol bedeuten die Oxidati- onsstufe des Elements.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes selektives Ver- fahren für die Hydrierung aromatischer Verbindungen II zu den "kemhydrierten" Verbindungen I bereitzustellen, mit dem hohe Ausbeuten und Raum-Zeit-Ausbeuten, [Produktmenge / (Katalysatorvolumen • Zeit)] (kg/(lKat. • h)), [Produktmenge / (Reaktorvolumen • Zeit)] (kg/(lReaktor • h)), bezogen auf den eingesetzten Katalysator erreicht werden können und in welchem die eingesetzten Katalysatoren ohne Aufarbeitung mehrfach für Hydrierungen eingesetzt werden können. Insbesondere sollten gegenüber dem Verfahren nach WO-A2-02/100538 höhere Katalysatorstandzeiten erreicht werden. Weiterhin sollten Bisglycidylether der Formel I mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere in ihren typischen Anwendungen, gefunden werden.
Demgemäß wurde ein Ruthenium-Heterogenkatalysator enthaltend Siliziumdioxid als Trägermaterial, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass im Siliziumdioxid das mittels 29Si-Festkörper-NMR bestimmte prozentuale Verhältnis der Signalintensitäten der Q2 - und Q3 - Strukturen Q2/Q3 kleiner als 25 ist, ein Verfahren zur Herstellung der Bisglycidylether der Formel I in der R CH3 oder H bedeutet, durch Kernhydrierung des entsprechenden aromatischen Bisglycidylethers der Formel II
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man den o.g. Ruthenium-Heterogenkatalysator einsetzt, und Bisglycidylether der Formel I, herstellbar durch das o.g. Ver- fahren, gefunden.
Ein wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Katalysatoren ist das Trägermaterial auf Basis von amorphem Siliziumdioxid. Unter dem Begriff "amorph" versteht man in diesem Zusammenhang, dass der Anteil kristalliner Siliziumdioxid-Phasen weniger als 10 Gew.-% des Trägermaterials ausmacht. Die zur Herstellung der Katalysatoren verwendeten Trägermaterialien können allerdings Überstrukturen aufweisen, die durch regelmässige Anordnung von Poren im Trägermaterial gebildet werden.
Entscheidend ist, dass das mittels 9Si-Festkörper-NMR bestimmte prozentuale Ver- hältnis der Q2 - und Q3 - Strukturen Q2/Q3 kleiner als 25, bevorzugt kleiner als 20, besonders bevorzugt kleiner als 15 ist, z.B. im Bereich von 0 bis 14 oder 0,1 bis 13 liegt. Dies bedeutet auch, dass der Kondensationsgrad des Silikas in dem verwendeten Träger besonders hoch ist.
Die Identifikation der Qn - Strukturen (n = 2, 3, 4) und die Bestimmung des prozentualen Verhältnisses erfolgt mittels 29Si-Festkörper-NMR.
Qn = Si(OSi)n(OH)4-n mit n = 1 , 2, 3 oder 4.
Man findet Qn für n = 4 bei -110,8 ppm, n = 3 bei -100,5 ppm und n = 2 bei -90,7 ppm (Standard: Tetramethylsilan) (Q0 und Qi wurden nicht identifiziert). Die Analyse wird unter den Bedingungen des „magic angle spinning" bei Raumtemperatur (20°C) (MAS 5500 Hz) mit Kreispolarisation (CP 5 ms) und unter Verwendung von dipolarer Ent- kopplung der 1H durchgeführt. Wegen der teilweisen Überlagerung der Signale werden die Intensitäten über eine Linienformanalyse ausgewertet. Die Linienformanalyse wurde mit einem Standard Softwarepaket der Fa. Galactic Industries durchgeführt, wobei eine „least square fit" iterativ berechnet wurde.
Vorzugsweise enthält das Trägermaterial nicht mehr als 1 Gew.-% und insbesondere nicht mehr als 0,5 Gew.-% und insbesondere < 500 Gew.-ppm an Aluminiumoxid, gerechnet als AI O3. Da die Kondensation des Silikas auch durch Aluminium und Eisen beeinflusst werden kann ist die Konzentration an Al(lll) und Fe(ll und/oder III) in Summe bevorzugt kleiner als 300 ppm, besonders bevorzugt kleiner 200 ppm, und liegt z.B. im Bereich von 0 bis 180 ppm.
Der Anteil an Alkalimetalloxid resultiert bevorzugt aus der Herstellung des Trägermaterials und kann bis zu 2 Gew.-% betragen. Häufig beträgt er weniger als 1 Gew.-%. Geeignet sind auch Alkalimetalloxid-freie Träger (0 bis < 0,1 Gew.-%). Der Anteil an MgO, CaO, TiO2 bzw. an ZrO2 kann bis zu 10 Gew.-% des Trägermaterials ausmachen und beträgt vorzugsweise nicht mehr als 5 Gew.-%. Geeignet sind aber auch Träger- materialien, die keine nachweisbaren Mengen dieser Metalloxide enthalten (0 bis < 0,1 Gew.-%).
Weil Al(lll) und Fe(ll und/oder III) in Silica eingebaut acide Zentren ergeben können ist es bevorzugt, dass eine Ladungskompensierung bevorzugt mit Erdalkalimetallkationen (M2+, M = Be, Mg, Ca, Sr, Ba) im Träger vorliegt. Dies bedeutet, dass das Gewichtsverhältnis von M(ll) zu (Al(lll) + Fe(ll und/oder III)) größer ist als 0,5, bevorzugt > 1, besonders bevorzugt größer als 3. (M(ll) = Erdalkalimetall in der Oxidationsstufe 2).
Als Trägermaterialien kommen grundsätzlich amorphen Siliziumdioxid-Typen in Betracht, die wenigstens zu 90 Gew.-% aus Siliziumdioxid bestehen, wobei die verbleibenden 10 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 5 Gew.-%, des Trägermaterials auch ein anderes oxidisches Material sein können, z.B. MgO, CaO, TiO2, ZrO2, Fe2O3 und/oder Alkalimetalloxid.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Trägermaterial halogenfrei, insbesondere chlorfrei, d. h. der Gehalt an Halogen im Trägermaterial beträgt weniger als 500 Gew.-ppm, z.B. im Bereich von 0 bis 400 Gew.-ppm.
Bevorzugt sind Trägermaterialien, die eine spezifische Oberfläche im Bereich von 30 bis 700 m2/g, vorzugsweise 30 bis 450 m2/g, (BET-Oberfläche nach DIN 66131) aufweisen. Geeignete amorphe Trägermaterialien auf Basis von Siliziumdioxid sind dem Fachmann geläufig und kommerziell erhältlich (siehe z.B. O.W. Flörke, "Silica" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 6th Edition on CD-ROM). Sie können sowohl na- türlichen Ursprungs als auch künstlich hergestellt worden sein. Beispiele für geeignete amorphe Trägermaterialien auf Basis von Siliziumdioxid sind Kieselgele und pyrogene Kieselsäure. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Katalysatoren Kieselgele als Trägermaterialien auf. Je nach Ausgestaltung der Erfindung kann das Trägermaterial unterschiedliche Gestalt aufweisen. Sofern das Verfahren als Suspensionsverfahren ausgestaltet ist, wird man zur Herstellung der erfindungsgemäßen Katalysatoren üblicherweise das Trägermaterial in Form eines feinteiligen Pulvers einsetzen. Vorzugsweise weist das Pulver Teil- chengrössen im Bereich von 1 bis 200 μm insbesondere 1 bis 100 μm auf. Bei Einsatz des Katalysators in Katalysatorfestbetten verwendet man üblicherweise Formkörper aus dem Trägermaterial, die z.B. durch Extrudieren, Strangpressen oder Tablettieren erhältlich sind und die z.B. die Form von Kugeln, Tabletten, Zylindern, Strängen, Ringen bzw. Hohlzylindem, Sternen und dergleichen aufweisen können. Die Abmessungen dieser Formkörper bewegen sich üblicherweise im Bereich von 1 mm bis 25 mm. Häufig werden Katalysatorstränge mit Strangdurchmessern von 1 ,5 bis 5 mm und Stranglängen von 2 bis 25 mm eingesetzt.
Der Gehalt an Ruthenium in den Katalysatoren kann über einen breiten Bereich variiert werden. Bevorzugt wird er wenigstens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 0,2 Gew.-% betragen und häufig einen Wert von 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht des Trägermaterials und gerechnet als elementares Ruthenium, nicht überschreiten. Vorzugsweise liegt der Gehalt an Ruthenium im Bereich von 0,2 bis 7 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 0,4 bis 5 Gew.-%, z.B. 1 ,5 bis 2 Gew.-%.
Die Herstellung der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Ruthenium- Katalysatoren erfolgt bevorzugt dadurch, dass man zunächst das Trägermaterial mit einer Lösung einer niedermolekularen Rutheniumverbindung, im Folgenden als (Ru- theniun rekursor bezeichnet, in einer Weise behandelt, dass die gewünschte Menge an Ruthenium vom Trägermaterial aufgenommen wird. Bevorzugte Lösungsmittel sind hier Eisessig, Wasser oder Mischungen hiervon. Dieser Schritt wird im Folgenden auch als Tränken bezeichnet. Anschließend wird der so behandelte Träger, bevorzugt unter Einhaltung der unten angegebenen Temperaturobergrenzen, getrocknet. Gegebenenfalls wird dann der so erhaltene Feststoff erneut mit der wässrigen Lösung des Ruthe- niumprekursors behandelt und erneut getrocknet. Dieser Vorgang wird so oft wieder- holt, bis die vom Trägermaterial aufgenommene Menge an Rutheniumverbindung dem gewünschten Rutheniumgehalt im Katalysator entspricht. Das Behandeln bzw. Tränken des Trägermaterials kann in unterschiedlicher Weise erfolgen und richtet sich in bekannter Weise nach der Gestalt des Trägermaterials. Beispielsweise kann man das Trägermaterial mit der Prekursor-Lösung besprühen oder spülen oder das Trägermaterial in der Prekursor-Lösung suspendieren. Bei- spielsweise kann man das Trägermaterial in der wässrigen Lösung des Ruthenium- prekursors suspendieren und nach einer gewissen Zeit vom wässrigen Überstand abfiltrieren. Über die aufgenommene Flüssigkeitsmenge und die Ruthenium-Konzentration der Lösung kann dann der Rutheniumgehalt des Katalysators in einfacher Weise gesteuert werden. Das Tränken des Trägermaterials kann beispielsweise auch da- durch erfolgen, dass man den Träger mit einer definierten Menge der Lösung des Ru- theniumprekursors behandelt, die der maximalen Flüssigkeitsmenge entspricht, die das Trägermaterial aufnehmen kann. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise das Trägermaterial mit der erforderlichen Flüssigkeitsmenge besprühen. Geeignete Apparaturen hierfür sind die zum Vermengen von Flüssigkeiten mit Feststoffen üblicherweise verwendeten Apparate (siehe Vauck/Müller, Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, 10. Auflage, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1994, Seite 405 ff.), beispielsweise Taumeltrockner, Tränktrommeln, Trommelmischer, Schaufelmischer und dergleichen. Monolithische Träger werden üblicherweise mit den wässrigen Lösungen des Rutheniumprekursors gespült.
Die zum Tränken eingesetzten Lösungen sind vorzugsweise halogenarm, insbesondere chlorarm, d.h. sie enthalten kein oder weniger als 500 Gew.-ppm, insbesondere weniger als 100 Gew.-ppm Halogen, z.B. 0 bis < 80 Gew.-ppm Halogen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung. Als Rutheniumprekursoren werden daher neben RuCI3 bevorzugt solche Rutheniumverbindungen eingesetzt, die kein chemisch gebundenes Halogen enthalten und die in dem Lösungsmittel hinreichend löslich sind. Hierzu zählen z.B. Ruthenium(lll)nitrosylnitrat (Ru(NO)(NO3)3), Ruthenium(lll)acetat sowie die Alkalimetallruthenate(IV) wie Natrium- und Kaliumruthenat(IV).
Ganz besonders bevorzugter Ru-prekursor ist Ru(lll)acetat. Diese Ru-Verbindung ist üblicherweise gelöst in Essigsäure oder Eisessig, doch kann sie auch als Feststoff verwendet werden. Der erfindungsgemäße Katalysator kann ohne Verwendung von Wasser hergestellt werden.
Viele Rutheniumprekursoren werden kommerziell als Lösung angeboten, doch auch die übereinstimmenden Feststoffe können verwendet werden. Diese Prekursoren können entweder mit der gleichen Komponente, als das angebotene Lösemittel, wie z.B. Salpetersäure, Essigsäure, Salzsäure, oder vorzugsweise mit Wasser gelöst oder verdünnt werden. Auch Mischungen von Wasser bzw. Lösemittel mit bis zu 50 Vol.- % eines oder mehrerer mit Wasser bzw. Lösemittel mischbarer organischer Lösungsmittel, z.B. Mischungen mit C1-C -Alkanolen wie Methanol, Ethanol, n-Propanol oder Iso- propanol, können verwendet werden. Alle Mischungen sollten so gewählt werden, dass eine Lösung oder Phase vorliegt. Die Konzentration des Rutheniumprekursors in den Lösungen richtet sich naturgemäß nach der aufzubringenden Menge an Ruthenium- prekursor und der Aufnahmekapazität des Trägermaterials für die Lösung und liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%.
Das Trocknen kann nach den üblichen Verfahren der Feststofftrocknung unter Einhaltung der unten genannten Temperaturobergrenzen erfolgen. Die Einhaltung der Obergrenze der Trocknungstemperaturen ist für die Qualität, d.h. die Aktivität des Katalysators wichtig. Ein Überschreiten der oben angegebenen Trocknungstemperaturen führt zu einem deutlichen Verlust an Aktivität. Ein Kalzinieren des Trägers bei höheren Temperaturen, z.B. oberhalb 300°C oder gar 400°C, wie es im Stand der Technik vorgeschlagen wird, ist nicht nur überflüssig sondern wirkt sich auch nachteilig auf die Aktivität des Katalysators aus. Zur Erreichung hinreichender Trocknungsgeschwindigkeiten erfolgt die Trocknung bevorzugt bei erhöhter Temperatur, bevorzugt bei < 180°C, besonders bei ≤ 160°C, und bei wenigstens 40°C, insbesondere wenigstens 70°C, speziell wenigstens 100°C, ganz besonders wenigstens 140°C.
Die Trocknung des mit dem Rutheniumprekursor getränkten Feststoffs erfolgt üblicherweise unter Normaldruck wobei zur Förderung der Trocknung auch ein verminder- ter Druck angewendet werden kann. Häufig wird man zur Förderung der Trocknung einen Gasstrom über bzw. durch das zu trocknende Gut leiten, z.B. Luft oder Stickstoff.
Die Trocknungsdauer hängt naturgemäß von dem gewünschten Grad der Trocknung und der Trocknungstemperatur ab und liegt bevorzugt im Bereich von 1 h bis 30 h, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 h.
Vorzugsweise führt man die Trocknung des behandelten Trägermaterials soweit, dass der Gehalt an Wasser bzw. an flüchtigen Lösungsmittelbestandteilen vor der anschließenden Reduktion weniger als 5 Gew.-%, insbesondere nicht mehr als 2 Gew.-%, be- zogen auf das Gesamtgewicht des Feststoffs ausmacht. Die angegebenen Gewichtsanteile beziehen sich hierbei auf den Gewichtsverlust des Feststoffs, bestimmt bei einer Temperatur von 160°C, einem Druck von 1 bar und einer Dauer von 10 Min. Auf diese Weise kann die Aktivität der erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren weiter gesteigert werden.
Vorzugsweise erfolgt das Trocknen unter Bewegen des mit der Prekursor-Lösung behandelten Feststoffs, beispielsweise durch Trocknen des Feststoffs in einem Drehrohrofen oder einem Drehkugelofen. Auf diese Weise kann die Aktivität der erfindungsgemäßen Katalysatoren weiter gesteigert werden. Die Überführung des nach dem Trocknen erhaltenen Feststoffs in seine katalytisch aktive Form erfolgt durch Reduzieren des Feststoffs bei den oben angegebenen Temperaturen in an sich bekannter Weise. Zu diesem Zweck bringt man das Trägermaterial bei den oben angegebenen Temperaturen mit Wasserstoff oder einer Mischung aus Wasserstoff und einem Inertgas in Kontakt. Der Wasserstoffabsolutdruck ist für das Ergebnis der Reduktion von untergeordneter Bedeutung und wird z.B. im Bereich von 0,2 bar bis 1 ,5 bar variiert werden. Häufig erfolgt die Hydrierung des Katalysatormaterials bei Wasserstoffnormaldruck im Wasserstoff ström. Vorzugsweise erfolgt die Reduktion unter Bewegen des Feststoffs, beispielsweise durch Reduzieren des Feststoffs in einem Drehrohrofen oder einem Drehkugelofen. Auf diese Weise kann die Aktivität der erfindungsgemäßen Katalysatoren weiter gesteigert werden. Die Reduktion kann auch mittels organischer Reduktionsreagenzien wie Hydrazin, Formaldehyd, Formiaten oder Acetaten erfolgen.
Im Anschluss an die Reduktion kann der Katalysator zur Verbesserung der Handhabbarkeit in bekannter Weise passiviert werden, z.B. indem man den Katalysator kurzfris- tig mit einem Sauerstoff-haltigen Gas, z.B. Luft, vorzugsweise jedoch mit einer 1 bis 10 Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Inertgasmischung, behandelt. Auch CO2 oder CO2/O2-Mischungen können hier angewendet werden.
Der aktive Katalysator kann auch unter einem inerten organischen Lösungsmittel, z.B. Ethylenglykol, aufbewahrt werden.
Herstellungsbedingt liegt das Ruthenium in den erfindungsgemäßen Katalysatoren als metallisches Ruthenium vor. Elektronenmikroskopische Untersuchungen (SEM oder TEM) haben ferner gezeigt, dass ein Schalenkatalysator vorliegt: Die Ruthenium- Konzentration innerhalb eines Katalysatorkorns nimmt von außen nach innen hin ab, wobei sich an der Kornoberfläche eine Rutheniumschicht befindet. In der Schale kann mittels SAD (Selected Area Diffraction) und XRD (X-Ray Diffraction) kristallines Ruthenium nachgewiesen werden.
Durch die Verwendung halogenfreier, insbesondere chlorfreier, Rutheniumprekursoren und Lösungsmittel bei der Herstellung liegt der Halogenidgehalt, insbesondere Chloridgehalt, der erfindungsgemäßen Katalysatoren zudem unterhalb 0,05 Gew.-% (0 bis < 500 Gew.-ppm, z.B. im Bereich von O - 400 Gew.-ppm), bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.
Der Chloridgehalt wird z.B. mit der unten beschriebenen Methode ionenchromato- graphisch bestimmt. In diesem Dokument sind alle ppm-Angaben als Gewichtsanteile zu verstehen (Gew.- ppm), soweit nichts anderes angegeben ist. Bevorzugt eingesetzte aromatische Bisglycidylether der Formel II weisen einen Gehalt an Chlorid und/oder organisch gebundenem Chlor von ≤ 1000 Gew.-ppm, besonders < 950 Gew.-ppm, insbesondere im Bereich 0 bis < 800 Gew.-ppm, z.B. 600 bis 1000 Gew.-ppm, auf. Der Gehalt an Chlorid und/oder organisch gebundenem Chlor wird z.B. mit den unten beschriebenen Methoden ionenchromatographisch bzw. coulometrisch bestimmt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wurde erkannt, dass es sich überraschenderweise als vorteilhaft erweist, wenn der eingesetz- te aromatische Bisglycidylether der Formel II einen Gehalt an entsprechenden oligome- ren Bisglycidylethem von weniger als 10 Gew.-%, insbesondere weniger als 5 Gew.-%, besonders weniger als 1,5 Gew.-%, ganz besonders weniger als 0,5 Gew.-%, z.B. im Bereich von 0 bis < 0,4 Gew.-%, aufweist.
Es wurde gefunden, dass der Oligomerengehalt im Feed einen entscheidenden Ein- fluss auf die Standzeit des Katalysators hat, d.h. der Umsatz bleibt länger auf hohem Niveau. Bei Einsatz eines z.B. destillierten und damit oligomerenarmen Bisglycidylethers II wird im Vergleich zu einer entsprechenden handelsüblichen Standardware (z.B.: ARALDIT GY 240 BD der Firma Vantico) eine dramatisch verlangsamte Kataly- satordeaktivierung beobachtet.
Der Oligomerengehalt der eingesetzten aromatischen Bisglycidylether der Formel II wird bevorzugt mittels GPC-Messung (Gel Permeation Chromatography) oder durch Ermittlung des Abdampfrückstands festgestellt.
Der Abdampfrückstand wird mittels Erhitzung des aromatischen Bisglycidylethers für 2 h auf 200°C und für weitere 2 h auf 3O0°C bei jeweils 3 mbar bestimmt.
Zu den weiteren jeweiligen Bedingungen zur Feststellung des Oligomerengehalts siehe unten.
Die entsprechenden oligomeren Bisglycidylether weisen im Allgemeinen ein per GPC- Messung bestimmtes Molgewicht im Bereich von 380 bis 1500 g/mol auf und besitzen z.B. folgende Strukturen (vgl. z.B. Journal of Chromatography 238 (1982), Seiten 385- 398, Seite 387):
R = CH3 oder H. n = 1 , 2, 3 oder 4. Die entsprechenden oligomeren Bisglycidylether weisen für R = H ein Molgewicht im Bereich von 568 bis 1338 g/mol, insbesondere 568 bis 812 g/mol, und für R = CH3 ein Molgewicht im Bereich von 624 bis 1478 g/mol, insbesondere 624 bis 908 g/mol, auf.
Die Abtrennung der Oligomere gelingt z.B. mittels Chromatographie bzw. im größeren Maßstab vorzugsweise destillativ, z.B. im Labormaßstab in einer Batchdestillation oder im technischen Maßstab in einem Dünnschichtverdampfer, bevorzugt in einer Kurzwegdestillation, jeweils unter Vakuum.
Bei einer Batchdestillation zur Oligomerenabtrennung liegt z.B. bei einem Druck von ca. 2 mbar die Badtemperatur bei ca. 260°C und die Übergangstemperatur am Kopf bei ca. 229°C.
Die Oligomerenabtrennung kann ebenfalls unter milderen Bedingungen durchgeführt werden, beispielsweise unter verminderten Drücken im Bereich von 1 bis 10"3 mbar. Bei einem Arbeitsdruck von 0,1 mbar erniedrigt sich dabei die Siedetemperatur des oligomerenhaltigen Einsatzstoffes um 20-30°C je nach Einsatzstoff und damit auch die thermische Produktbelastung. Zur Minimierung der thermischen Belastung wird die Destillation bevorzugt in kontinuierlicher Fahrweise in einer Dünnschichtverdampfung oder besonders bevorzugt in einer Kurzwegverdampfung durchgeführt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Hydrierung der Verbindungen II bevorzugt in flüssiger Phase. Aufgrund der z.T. hohen Viskosität der Verbindungen II wird man diese vorzugsweise als Lösung bzw. Mischung in einem organischen Lösungsmittel einsetzen.
Als organische Lösungsmittel kommen grundsätzlich solche in Betracht, die die Verbindung II möglichst vollständig zu lösen vermögen oder sich mit dieser vollständig mischen und die unter den Hydrierungsbedingungen inert sind, d.h. nicht hydriert werden.
Beispiele für geeignete Lösungsmittel sind cyclische und acyclische Ether, z.B. Tetra- hydrofuran, Dioxan, Methyl-tert.-butyiether, Dimethoxyethan, Dimethoxypropan, Di- methyldiethylenglykol, aliphatische Alkohole wie Methanol, Ethanol, n- oder Isopropa- nol, n-, 2-, iso- oder tert.-Butanol, Carbonsäureester wie Essigsäuremethylester, Essig- säureethylester, Essigsäurepropylester oder Essigsäurebutylester, sowie aliphatische Etheralkohole wie Methoxypropanol. Die Konzentration an Verbindung II in der zu hydrierenden flüssigen Phase kann grundsätzlich frei gewählt werden und liegt häufig im Bereich von 20 bis 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung/Mischung. Bei unter Reaktionsbedingung hinreichend fließfähigen Verbindungen II kann man die Hydrierung auch in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchführen.
Neben der Durchführung der Umsetzung (Hydrierung) unter wasserfreien Bedingungen hat es sich in einer Reihe von Fällen bewährt, die Umsetzung (Hydrierung) in Gegenwart von Wasser durchzuführen. Der Anteil von Wasser kann, bezogen auf die zu hydrierende Mischung, bis zu 10 Gew.-%, z.B.0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 7 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 5 Gew.-%, betragen.
Die eigentliche Hydrierung erfolgt üblicherweise in Analogie zu den bekannten Hydrierverfahren für die Herstellung von Verbindungen I, wie sie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben werden. Hierzu wird die Verbindung II, vorzugsweise als flüssige Phase, mit dem Katalysator in Gegenwart von Wasserstoff in Kontakt gebracht. Der Katalysator kann dabei sowohl in der flüssigen Phase suspendiert werden (Suspensionsfahrweise) oder man führt die flüssige Phase über ein Katalysator- Fließbett (Fließbett-Fahrweise) oder ein Katalysator-Festbett (Festbettfahrweise). Die Hydrierung kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich ausgestaltet werden. Vorzugsweise führt man das erfindungsgemäße Verfahren in Rieselreaktoren nach der Festbettfahrweise durch. Der Wasserstoff kann dabei sowohl im Gleichstrom mit der Lösung des zu hydrierenden Edukts als auch im Gegenstrom über den Katalysator geleitet werden.
Geeignete Apparaturen zur Durchführung einer Hydrierung nach der Suspensionsfahrweise als auch zur Hydrierung am Katalysatorfließbett und am Katalysatorfestbett sind aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. aus Ulimanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Band 13, S. 135 ff., sowie aus P. N. Rylander, "Hydrogena- tion and Dehydrogenation" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed. on CD-ROM.
Die Hydrierung kann sowohl bei Wasserstoffnormaldruck als auch bei erhöhtem Wasserstoffdruck, z.B. bei einem Wasserstoffabsolutdruck von wenigstens 1,1 bar, vorzugsweise wenigstens 10 bar durchgeführt werden. Im Allgemeinen wird der Wasser- stoffabsolutdruck einen Wert von 325 bar und vorzugsweise 300 bar nicht überschreiten. Besonders bevorzugt liegt der Wasserstoff absolutdruck im Bereich von 50 bis 300 bar. Die Reaktionstemperaturen betragen im Allgemeinen wenigstens 30°C und werden häufig einen Wert von 150°C nicht überschreiten. Insbesondere führt man das Hydrierverfahren bei Temperaturen im Bereich von 40 bis 100°C und besonders bevorzugt im Bereich von 45 bis 80°C durch.
Als Reaktionsgase kommen neben Wasserstoff auch wasserstoffhaltige Gase in Betracht, die keine Katalysatorgifte wie Kohlenmonoxid oder schwefelhaltige Gase enthalten, z.B. Mischungen von Wasserstoff mit Inertgasen wie Stickstoff oder Reformer- Abgase, die üblicherweise noch flüchtige Kohlenwasserstoffe enthalten. Bevorzugt setzt man reinen Wasserstoff (Reinheit ≥ 99,9 Vol.-%, besonders ≥ 99,95 Vol.-%, insbesondere ≥ 99,99 Vol.-%) ein.
Aufgrund der hohen Katalysatoraktivität benötigt man vergleichsweise geringe Mengen an Katalysator bezogen auf das eingesetzte Edukt. So wird man bei der diskontinuierlichen Suspensionsfahrweise bevorzugt weniger als 5 Mol-%, z.B. 0,2 Mol-% bis 2 Mol- % Ruthenium, bezogen auf 1 Mol Verbindung II, einsetzen. Bei kontinuierlicher Ausgestaltung des Hydrierverfahrens wird man üblicherweise das zu hydrierende Edukt II in einer Menge von 0,05 bis 3 kg/(l(Katalysator) • h), insbesondere 0,15 bis 2 kg/(l(Katalysator) • h), über den Katalysator führen.
Selbstverständlich können die in diesem Verfahren eingesetzten Katalysatoren bei nachlassender Aktivität nach den für Edelmetallkatalysatoren wie Rutheniumkatalysatoren üblichen, dem Fachmann bekannten Methoden regeneriert werden. Hier sind z.B. die Behandlung des Katalysators mit Sauerstoff wie in der BE 882279 beschrieben, die Behandlung mit verdünnten, halogenfreien Mineralsäuren, wie in der US 4,072,628 beschrieben, oder die Behandlung mit Wasserstoffperoxid, z. B. in Form wässriger Lösungen mit einem Gehalt von 0,1 bis 35 Gew.-%, oder die Behandlung mit anderen oxidierenden Substanzen, vorzugsweise in Form halogenfreier Lösungen zu nennen. Üblicherweise wird man den Katalysator nach der Reaktivierung und vor dem erneuten Einsatz mit einem Lösungsmittel, z. B. Wasser, spülen.
Das erfindungsgemäße Hydrierverfahren ist bevorzugt durch die vollständige Hydrierung der aromatischen Kerne des eingesetzten Bisglycidylethers der Formel II
in der R CH3 oder H bedeutet, gekennzeichnet, wobei der Hydrierungsgrad > 98 %, besonders > 98,5 %, ganz besonders > 99 %, z.B. > 99,3 %, insbesondere > 99,5 %, beträgt, z.B. im Bereich von > 99,8 bis 100 % liegt. Der Hydrierungsgrad (Q) ist definiert nach
Q (%) = ([Zahl der cycloaliphatischen C6-Ringe im Produkt] / [Zahl der aromatischen C6-Ringe im Edukt]) • 100 Das Verhältnis, z.B. molare Verhältnis, der cycloaliphatischen und aromatischen C6- Ringe kann bevorzugt mittels 1H-NMR-Spektroskopie ermittelt werden (Integration der aromatischen und entsprechend cycloaliphatischen 1H-Signale).
Gegenstand der Erfindung sind ebenfalls Bisglycidylether der Formel
in der R CH3 oder H bedeutet, herstellbar durch das erfindungsgemäße Hydrierverfahren.
Die Bisglycidylether der Formel I weisen bevorzugt einen Gehalt an entsprechenden oligomeren kernhydrierten Bisglycidylethern der Formel
(in der R CH3 oder H bedeutet) mit n = 1 , 2, 3 oder 4, von weniger als 10 Gew.-%, besonders weniger als 5 Gew.-%, insbesondere weniger als 1,5 Gew.-%, ganz besonders weniger als 0,5 Gew.-%, z.B. im Bereich von 0 bis < 0,4 Gew.-%, auf.
Der Gehalt an oligomeren kernhydrierten Bisglycidylethern wird bevorzugt mittels Erhitzung des aromatischen Bisglycidylethers für 2 h auf 200°C und für weitere 2 h auf 300°C bei jeweils 3 mbar oder mittels GPC-Messung (Gel Permeation Chromatography) bestimmt. Zu den weiteren jeweiligen Bedingungen zur Feststellung des Oligomerengehalts siehe unten. Die Bisglycidylether der Formel I weisen bevorzugt einen nach DIN 51408 bestimmten Gesamtchlorgehalt von kleiner 1000 Gew.-ppm, insbesondere kleiner 800 Gew.-ppm, ganz besonders kleiner 600 Gew.-ppm, z.B. im Bereich von 0 bis 400 Gew.-ppm, auf.
Die Bisglycidylether der Formel I weisen bevorzugt einen mit Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) bestimmten Rutheniumgehalt von kleiner 0,3 Gew.-ppm, insbesondere kleiner 0,2 Gew.-ppm, ganz besonders kleiner 0,1 Gew.-ppm, z.B. im Bereich von 0 bis 0,09 Gew.-ppm, auf.
Die Bisglycidylether der Formel I weisen bevorzugt eine nach DIN ISO 6271 bestimmte Platin-Cobalt-Farbzahl (APHA-Farbzahl) von kleiner 30, besonders kleiner 25, ganz besonders kleiner 20, z.B. im Bereich von 0 bis 18, auf.
Die Bisglycidylether der Formel I weisen bevorzugt nach der Norm ASTM-D-1652-88 bestimmte Epoxy-Äquivalente im Bereich von 170 bis 240 g/Äquivalente, besonders im Bereich von 175 bis 225 g/Äquivalente, ganz besonders im Bereich von 180 bis 220 g/Äquivalente, auf.
Die Bisglycidylether der Formel I weisen bevorzugt einen nach DIN 53188 bestimmten Anteil an hydrolysierbaren Chlor von kleiner 500 Gew.-ppm, besonders kleiner 400 Gew.-ppm, ganz besonders kleiner 350 Gew.-ppm, z.B. im Bereich von 0 bis 300 Gew.-ppm, auf.
Die Bisglycidylether der Formel I weisen bevorzugt eine nach DIN 51562 bestimmte kinematische Viskosität von kleiner 800 mm2 / s, besonders kleiner 700 mm2 / s, ganz besonders kleiner 650 mm2 / s, z.B. im Bereich von 400 bis 630 mm2 / s, jeweils bei 25°C auf.
Die Bisglycidylether der Formel I weisen bevorzugt ein cis/cis : cis/trans : trans/trans - Isomerenverhältnis im Bereich von 44-63 % : 34-53 % : 3-22 % auf. Besonders bevorzugt liegt das cis/cis : cis/trans : trans/trans - Isomerenverhältnis im Bereich von 46-60 % : 36-50 % : 4-18 %.
Ganz besonders bevorzugt liegt das cis/cis : cis/trans : trans/trans - Isomerenverhältnis im Bereich von 48-57 % : 38-47 % : 5-14 %. Insbesondere liegt das cis/cis : cis/trans : trans/trans - Isomerenverhältnis im Bereich von 51 -56 % : 39-44 %: 5-10 %. Die Bisglycidylether der Formel I werden besonders bevorzugt durch vollständige Hydrierung der aromatischen Kerne eines Bisglycidylethers der Formel II
in der R CH3 oder H bedeutet, erhalten, wobei der Hydrierungsgrad > 98 %, besonders > 98,5 %, ganz besonders > 99 %, z.B. > 99,3 %, insbesondere > 99,5 %, beträgt, z.B. im Bereich von > 99,8 bis 100 % liegt.
Beispiele
1. Herstellung erfindungsgemäßer Katalysatoren
Eine definierte Menge des Trägermaterials wurde in einer Schale vorgelegt und mit 90- 95 % der Menge einer Lösung von Ru(lll)acetat (ca. 5 % Ru in 100 % Essigsäure) in Wasser getränkt, die vom Trägermaterial maximal aufgenommen werden kann. Folgende Träger wurden ausgewählt:
C15 von der Fa. Grace (BET Oberfläche 181 m2/g, Porenvolumen von 1,1 ml/g, Q /Q = 13 %, M(ll) : (Al(lll) + Fe(II und/oder III)) = 7,0), (M(ll) = Ca(ll) + Mg(ll)), und
Davicat® S557 (Grade 57) von der Fa. Grace-Davison (BET Oberfläche 340 m2/g, Porenvolumen von 1,1 ml/g, Q2/Q3= 8,8 %, M(ll) : (Al(lll) + Fe(ll und/oder III)) = 4,6), (M(ll) = Ca(ll) + Mg(ll)).
Der so jeweils erhaltende Stoff wurde bei 120°C über Nacht getrocknet. Der getrocknete Stoff wurde für 2 h bei 300°C im Wasserstoffstrom bei Normaldruck in einem Drehkugelofen reduziert. Nach Abkühlen und Inertisieren (N ) wurde der Katalysator bei Raumtemperatur mit verdünnter Luft passiviert. Der reduzierte und passivierte Katalysator enthielt ca. 1 ,6 - 2 Gew.-% Ru, bezogen auf die Gesamtmasse des erhaltenen Katalysators.
TEM-Analyse: Die Ruthenium-Konzentration innerhalb eines Katalysatorkorns des erfindungsgemäßen Katalysators nimmt von außen nach innen hin ab, wobei sich an der Kornoberfläche eine bis zu ca. 200 nm-dicke Ru-Schicht befindet. Im Innern des Katalysatorkorns sind die Ru-Teilchen bis zu ca. 2 nm groß. Unterhalb der Rutheniumschale werden stellenweise aggregierte und/oder agglomerierte Ru-Teilchen beobachtet. In diesem Bereich beträgt die Größe der Ru-Einzelteilcrien bis zu ca. 4 nm. In der Schale wird mittels SAD kristallines Ruthenium nachgewiesen. XRD Analyse ergibt eine Rutheniumkristallitgröße von ca. 8 nm.
Das Porenvolumen wurde mittels Stickstoff-Sorption nach DIN 66131 bestimmt.
Die Identifikation der Qn - Strukturen (n = 2, 3, 4) und die Bestimmung des prozentualen Verhältnisses erfolgte mittels 9Si-Festkörper-NMR.
Qn = Si(OSi)n(OH)4-n mit n = 1, 2, 3 oder 4.
Man findet Qn für n = 4 bei -110,8 ppm, n = 3 bei -100,5 ppm und n = 2 bei -90,7 ppm (Standard: Tetramethylsilan) (Q0 und Qi wurden nicht identifiziert). Die Analyse wurde unter den Bedingungen des „magic angle spinning" bei Raumtemperatur (20°C) (MAS 5500 Hz) mit Kreispolarisation (CP 5 ms) und unter Verwendung von dipolarer Entkopplung der 1H durchgeführt. Wegen der teilweisen Überlagerung der Signale wurden die Intensitäten über eine Linienformanalyse ausgewertet. Die Linienformanalyse wurde mit einem Standard Softwarepaket der Fa. Galactic Industries durchgeführt, wobei eine „least Square fit" iterativ berechnet wurde.
Tabellarische Übersicht:
Katalysator B Auf Basis Davicaf Auf Basis C15 aus WO-A- S557 = Katalysator (Grace) = Kataly02/100538 C (erfindungssator D (erfin(3 mm Stränge) gemäß) dungsgemäß) N2-Sorption: BET, m2/g 117 341 181 Porendiameter, nm 24 11 19 Porenvolumen, ml/g 0,69 1 ,15 1 ,1
Fe + AI, ppm *) 400 125 47 (Ca+Mg) : (Fe+Al), 0,1 4,6 7,0 ppm/ppm *)
29Si-NMR (MAS) 30 9 13
*) Oxidationsstufen: Fe(ll und/oder III), Al(lll), Ca(ll), Mg(ll). Der Träger von Katalysator A aus WO-A-02/100538 entspricht dem Träger von Katalysator B aus WO-A-02/100538 (gleiche chemische Zusammensetzung), mit dem Unterschied, dass die BET-Oberfläche 68 m2/g und das Porenvolumen 0,8 ml/g beträgt. 2. Beschreibung des Versuchsaufbaus und Hydrierbeispiele
Als Reaktoren dienten mit Katalysator befüllte, beheizte Reaktionsrohre aus Edelstahl (Reaktor 1: Länge 0,8 m, Durchmesser 12 mm; bzw. Reaktor 2: Länge: 1 ,4 m, Durchmesser: 12 mm), die mit einer Zulaufpumpe für das Edukt und einem Abscheider mit Standhaltung für Probennahme und Abgasregelung ausgerüstet waren. Wahlweise konnten die Reaktoren mit und ohne Wälzkreis gefahren werden.
Der Umsatz und der Hydrierungsgrad wurden mittels 1H-NMR bestimmt: Probenmenge: 20-40 mg, Lösemittel: CDCI3, 700 μLiter mit TMS als Referenzsignal, Probenröhrchen: 5 mm Durchmesser, 400 oder 500 MHz, 20°C; Abnahme der Signale der aromatischen Protonen vs. Zunahme der Signale der aliphatischen Protonen). Der in den Beispielen angegebene Umsatz ist auf die Hydrierung der aromatischen Gruppen bezogen.
Die Bestimmung der Abnahme der Epoxidgruppen erfolgte durch Vergleich des Epoxidäquivalents (EEW) vor und nach der Hydrierung, bestimmt jeweils nach der Norm ASTM-D-1652-88.
Die Bestimmung von Ruthenium im vom THF und Wasser befreiten Austrag erfolgte mit Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS, siehe unten).
Hydrierbeispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
In dem oben beschriebenen Versuchsaufbau 1 (Reaktor befüllt mit 75 ml erfindungs- gemäßem Katalysator D) wurde über 72 h eine 20 Gew.-%ige Lösung von 2,2-Di-[p- glycidoxiphenyl]-propan (marktgängige Standardware, z.B. ARALDIT GY 240 BD der Firma Vantico), EEW = 182) in THF, die 3 Gew.-% Wasser enthielt, bei einer Temperatur von 50°C und einem Wasserstoffdruck von 250 bar hydriert. Der Reaktor wurde gesumpft gefahren.
Bei einer Katalysatorbelastung von 0,15 kg/lKat. • h nahm der Umsatz von anfangs 91 % (EEW = 217, Selektivität: 86 %) nach 72 Stunden auf 40 % (EEW = 192, Selektivität: 96 %) ab. Der Rutheniumgehalt im (vom Lösemittel befreiten) Austrag betrug < 1 ppm. Hydrierbeispiel 2
In dem oben beschriebenen Versuchsaufbau 1 (Reaktor befüllt mit 75 ml erfindungsgemäßem Katalysator D) wurde zunächst eine 20 Gew.-%ige Lösung, nach 224 Be- triebsstunden eine 30 Gew.-%ige Lösung 2,2-Di-[p-glycidoxiphenyl]-propan (destillierte Ware, EEW = 172) in THF, die jeweils 3 Gew.-% Wasser enthielten, bei einer Temperatur von 50°C und einem Wasserstoffdruck von 250 bar hydriert. Der Reaktor wurde gesumpft gefahren.
Bei einer Katalysatorbelastung von 0,15 kg/lKat. • h betrug der Umsatz in den ersten
224 Stunden 90 % (EEW = 197, Selektivität: 88 %).
Nach der Umstellung auf die 30 Gew.-%ige Lösung stieg der Umsatz auf 96 %, (EEW
= 205, Selektivität: 86 %). Nach 464 Betriebsstunden war eine Umsatzabnahme auf
94 % (EEW = 199, Selektivität: 89 %) zu verzeichnen. Der Ru-Gehalt im (vom Lösemittel befreiten Austrag) betrug < 1 ppm.
Hydrierbeispiel 3
In dem oben beschriebenen Versuchsaufbau 2 (Reaktor befüilt mit 120 ml erfindungsgemäßem Katalysator D) wurde zunächst eine 30 Gew.-%ige Lösung, nach 437 Betriebsstunden eine 40 Gew.-%ige Lösung 2,2-Di-[p-glycidoxiphenyl]-propan (destillierte Ware, EEW = 172) in THF, die jeweils 3 - 6 Gew.-% Wasser enthielten, bei einer Temperatur von 50-55°C und einem Wasserstoffdruck von 250 bar hydriert. Der Reak- tor wurde gerieselt gefahren.
Bei einer Katalysatorbelastung von 0,15 kg/lKat. • h und einem Zulauf/Umlauf- Verhältnis von 60 betrug der Umsatz nach 437 Stunden 82 % (EEW = 191, Selektivität: 93 %). Nach der Umstellung auf die 40 Gew.-%ige Lösung blieben Umsatz und Selektivität konstant. Nach 1325 Betriebsstunden war keine Umsatzabnahme zu verzeichnen (Umsatz: 83 %; EEW = 191 , Selektivität: 93 %). Der Rutheniumgehalt im (vom Lösungsmittel befreiten) Austrag betrug < 0,1 ppm.
Hydrierbeispiel 4
In dem oben beschriebenen Versuchsaufbau 2 (Reaktor befüllt mit 75 ml erfindungsgemäßem Katalysator D) wurde eine nach dem Beispiel 3 präparierte, teilumgesetzte Ware einer Nachhydrierung unterzogen, um den gewünschten Endumsatz zu erzielen. Der Reaktor wurde gesumpft gefahren (Sumpffahrweise). Die eingesetzte 40 Gew.-%ige Lösung war zu 84 % mit einer Selektivität von 91 % (EEW = 196) umgesetzt und wurde bei 250 bar und 55°C nachhydriert. Das Endprodukt war zu 98,6 % umgesetzt (EEW = 209; Selektivität: 85 %). Der Rutheniumgehalt im (vom Lösungsmittel befreiten Austrag) betrug < 0,1 ppm.
Das Stereoisomerenverhältnis des erhaltenen Produktes (2,2'-[1-methyl- ethyliden)bis(4,1-cyclohexandiyloxymethylen)]bisoxiran) wurde (per GC, NMR, vgl. unten) bestimmt zu: 52 % cis/cis : 42 % trans/cis : 6 % trans/trans.
Hydrierbeispiel 5
In einem 1 ,2-Liter-Druckautoklaven mit Begasungsrührer (700 U/Min.) und Probenah- meröhrchen wurden 21 g des Katalysator (gemäß Katalysator D, Ru-Gehalt
1 ,7 Gew.-%) in einem Katalysatorkorb eingefüllt und mit 600 g einer 40 Gew.-%igen Lösung des oligomerenarmen Bisphenol-A-bisglycidylethers (destillierte Ware, EEW = 171 g/Äq.) in THF mit 4,5 Gew.-% Wasser auf 50 °C aufgeheizt und bei einem Wasserstoffdruck von 250 bar hydriert. Nach einer Reaktionszeit von 24 h wurde der Au- toklav auf Raumtemperatur abgekühlt und entspannt, der Reaktionsansatz abgelassen. Mechanischer Feinabrieb des Katalysators wurde durch einen Filter abgetrennt. Ein Aliquot des farblosen Austrags wurde nach entfernen des Lösemittels am Rotationsverdampfer (Bedingungen: Ölbadtemperatur 130°C, Vakuum 5-10 mbar, 15 Min.) analysiert: Ru-Gehalt im Austrag: < 0,1 ppm Umsatz nach 1H-NMR: > 99 % EEW-Wert = 207 g/Äq.
Das Stereoisomerenverhältnis des erhaltenen Produktes (2,2'-[1-methyl- ethyliden)bis(4,1-cyclohexandiy!oxymethylen)]bisoxiran) wurde (per GC, NMR) be- stimmt zu: cis/cis (%) = 53 cis/trans (%) = 41 trans/trans (%)= 6
Hydrierbeispiel 6
In einem 1 ,2-Liter-Druckautoklaven mit Begasungsrührer (700 U/Min.) und Probenah- meröhrchen wurden 21 g des Katalysator (gemäß Katalysator D, Ru-Gehalt 2,0 Gew.-%) in einem Katalysatorkorb eingefüllt und mit 600 g einer 40 Gew.-%igen Lösung des oligomerenarmen Bisphenol-A-bisglycidylethers (destillierte Ware, EEW = 171 g/Äq.) in THF mit 4,5 Gew.-% Wasser auf 50°C aufgeheizt und bei einem Wasser- stoffdruck von 250 bar hydriert. Nach einer Reaktionszeit von 11 h war der Aromaten- umsatz nach 1H-NMR vollständig. Der Autoklav wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und entspannt, der Reaktionsansatz abgelassen. Mechanischer Feinabrieb des Katalysators wurde durch einen Filter abgtrennt. Ein Aliquot des farblosen Austrags wurde nach entfernen des Lösemittels am Rotationsverdampfer (Bedingungen: Ölbadtemperatur 130°C, Vakuum 5-10 mbar, 15 Min.) analysiert: Ru-Gehalt im Austrag: < 0,1 ppm EEW-Wert = 208 g/Äq. Umsatz nach 1H-NMR: > 99 % Das Stereoisomerenverhältnis des erhaltenen Produktes (2,2'-[1-methyl- ethyliden)bis(4,1-cyclohexandiyloxymethylen)]bisoxiran) wurde (per GC, NMR) bestimmt zu: cis/cis (%) = 56 cis/trans (%) = 39 trans/trans (%)= 5
Hydrierbeispiel 7
In einem 1 ,2-Liter-Druckautoklaven mit Begasungsrührer (700 U/Min.) und Probenah- meröhrchen wurden 17,9 g des Katalysator (gemäß Katalysator D, Ru-Gehalt 2,0 Gew.-%) in einem Katalysatorkorb eingefüllt und mit 600 g einer 40 Gew.-%igen Lösung des oligomerenarmen Bisphenol-A-bisglycidylethers (destillierte Ware, EEW = 171 g/Äq.) in THF mit 4,5 Gew.-% Wasser auf 50°C aufgeheizt und bei einem Wasser- stoffdruck von 250 bar hydriert. Nach einer Reaktionszeit von 14 h war der Aromaten- umsatz nach 1H-NMR vollständig. Der Autoklav wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und entspannt, der Reaktionsansatz abgelassen. Mechanischer Feinabrieb des Katalysators wurde durch einen Filter abgtrennt. Ein Aliquot des farblosen Austrags wurde nach entfernen des Lösemittels am Rotationsverdampfer (Bedingungen: Ölbadtempe- ratur 130°C, Vakuum 5-10 mbar, 15 Min.) analysiert: Ru-Gehalt im Austrag: < 0,1 ppm EEW-Wert = 215 g/Äq. Umsatz nach 1H-NMR: > 99 % Das Stereoisomerenverhältnis des erhaltenen Produktes (2,2'-[1-methyl- ethyliden)bis(4,1-cyclohexandiyloxymethylen)]bisoxiran) wurde (per GC, NMR) bestimmt zu: cis/cis (%) = 56 cis/trans (%) = 39 trans/trans (%)= 5 Hydrierbeispiel 8
In einem 1 ,2-Liter-Druckautoklaven mit Begasungsrührer (700 U/Min.) und Probenah- meröhrchen wurden 4,8 g des Katalysator (5 Gew.-% Rh/Aktivkohle, von Fa. Aldrich, Bestell-Nr.20,616-4, Lot.-Nr. 90621001) und mit 600 g einer 40 Gew.-%igen Lösung des oligomerenarmen Bisphenol-A-bisglycidylethers (destillierte Ware, EEW = 171 g/Äq.) in THF mit 4,5 Gew.-% Wasser auf 50°C aufgeheizt und bei einem Wasserstoffdruck von 250 bar hydriert. Nach einer Reaktionszeit von 2 h war der Aromaten- umsatz nach 1H-NMR vollständig. Der Autoklav wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und entspannt, der Reaktionsansatz abgelassen. Der Ansatzwurde filtriert. Ein Aliquot des farblosen Austrags wurde nach entfernen des Lösemittels am Rotationsverdampfer (Bedingungen: Ölbadtemperatur 130°C, Vakuum 5-10 mbar, 15 Min.) analysiert:
EEW-Wert = 260 g/Äq. Umsatz nach 1H-NMR: > 99 % Das Stereoisomerenverhältnis des erhaltenen Produktes (2,2'-[1-methyl- ethyliden)bis(4,1-cyclohexandiyloxymethylen)]bisoxiran) wurde (per GC, NMR) bestimmt zu: cis/cis (%) = 57 cis/trans (%) = 38 trans/trans (%)= 5
Zusammengefasst zeigen die Beispiele, dass der Oligomerengehalt im Feed einen entscheidenden Einfluss auf die Standzeit des Katalysators hat: Bei Einsatz eines destillierten Feeds (Beispiel 2 - „oligomerenarmer" Feed) wird im Vergleich zu einer handelsüblichen Standardware (Beispiel 1 - „oligomerenreicher" Feed) eine dramatisch verlangsamte Katalysatordeaktivierung beobachtet. Der Oligomerengehalt der in den Beispielen verwendeten Waren wurde mittels GPC-Messung (Gel Permeation Chromatography) festgestellt:
Molgewicht von 2,2-Di-[p-glycidoxiphenyl]-propan: 340 g/mol 3. Beschreibung der GPC-Messbedingungen
Stationäre Phase: 5 Styroldivinylbenzolgelsäulen "PSS SDV linear M" (je 300x8 mm) der Fa. PSS GmbH (Temperierung: 35°C). Mobile Phase: THF (Fluss: 1,2 ml/Min.). Eichung: MG 500-10000000 g/mol mit PS-Eichkit der Fa. Polymer Laboratories. Im Oligomerbereich: Ethylbenzol / 1 ,3-Diphenylbutan / 1 ,3,5-Triphenylhexan / 1 ,3,5,7- Tetraphenyloktan / 1 ,3,5,7,9-Pentaphenyldekan. Auswertegrenze: 180 g/mol.
Detektion: Rl (Brechungsindex) Waters 410, UV (bei 254 nm) Spectra Series UV 100.
Die angegebenen Molgewichte stellen wegen unterschiedlicher hydrodynamischer Volumina der einzelnen Polymertypen in Lösung Relativwerte bezüglich Polystyrol als Eichsubstanz und damit keine absoluten Größen dar.
Der mittels GPC-Messung ermittelte Oligomerengehalt in Flächen-% (Fl.%) kann mittels internem oder externem Standard in Gew.-% umgerechnet werden.
Die GPC-Analyse eines im erfindungsgemäßen Hydrierverfahren eingesetzten aromatischen Bisglycidylethers der Formel II (R = CH3) zeigte z.B. neben dem Monomerfolgenden Gehalt an entsprechenden oligomeren Bisglycidylethern:
Molmassen im Bereich von 180 - <380 g/mol: > 98,5 Fl.%, im Bereich von 380 - <520 g/mol: < 1 ,3 Fl.%, im Bereich von 520 - <860 g/mol: < 0,80 Fl.% und im Bereich von 860 - 1500 g/mol: < 0,15 Fl.%.
4. Beschreibung der Methode zur Bestimmung des Abdampfrückstands
Von jeder Probe wurde jeweils ca. 0,5 g in ein Wägeglas eingewogen. Die Wägegläser wurden anschließend bei Raumtemperatur in einen plattenbeheizten Vakuumtrocken- schrank gestellt und der Trockenschrank evakuiert. Bei einem Druck von 3 mbar wurde die Temperatur auf 200°C erhöht und die Probe für 2 h getrocknet. Für weitere 2 h wurde die Temperatur auf 300°C erhöht, anschließend im Exsikkator auf Raumtemperatur abgekühlt und ausgewogen.
Der mittels dieser Methode bestimmte Rückstand (Oligomerengehalt) in Standardware (ARALDIT GY 240 BD der Firma Vantico) betrug 6,1 Gew.-%. Der mittels dieser Methode bestimmte Rückstand (Oligomerengehalt) in destillierter Standardware betrug 0 Gew.-%. (Destillationsbedingungen: 1 mbar, Badtemperatur 260°C und Übergangstemperatur am Kopf 229°C).
5. Bestimmung der ,cis/cis- cis/trans- trans/trans-lsomerenverhältnisse'
Ein Produktaustrag von hydriertem Bisphenol-A-bisglycidylether (R = CH3) wurde mittels Gaschromatographie (GC und GC-MS) analysiert. Dabei wurden 3 Signale als hydrierter Bisphenol-A-bisglycidylether identifiziert. Durch die Hydrierung der Bisphenol-A-Einheit des Bisglycidylethers können mehrere Isomere entstehen. Je nach Anordnung der Substituenten an den Cyclohexan-Ringen kann eine cis/cis-, trans/trans- oder cis/trans-lsomerie auftreten. Zur Identifizierung der drei Isomere wurden die Produkte der betreffenden Peaks mit- tels einer Säulenschaltung präparativ gesammelt. Anschließend wurde jede Fraktion NMR-Spektroskopisch charakterisiert (1H, 13C, TOCSY, HSQC).
Für die präparative GC kam ein GC-System mit einer Säulenschaltung zum Einsatz. Dabei wurde die Probe auf einer Sil-5-Kapillare (I = 15 m, ID = 0,53 mm, df = 3 μm) vorgetrennt. Die Signale wurden mit Hilfe einer DEANS-Schaltung auf eine 2. GC- Säule geschnitten. Diese Säule diente zur Überprüfung der Güte des präparativen Schnittes. Abschließend wurde jeder Peak mit Hilfe eines Fraktionssammlers gesammelt. Es wurden 28 Injektionen einer ca. 10 Gew.-%igen Lösung der Probe präpariert, was ca. 10 μg jeder Komponente entspricht. Die Charakterisierung der isolierten Komponenten erfolgte dann per NMR- Spektroskopie.
Für die Bestimmung der Isomerenverhältnisse eines hydrierten Bisphenol-F- bisglycidylethers (R = H) gilt das Entsprechende.
6. Bestimmung von Ruthenium im kernhydrierten Bisglycidylether der Formel I
Die Probe wurde mit einem geeigneten organischen Lösemittel (z.B. NMP) um Faktor 100 verdünnt. In dieser Lösung wurde der Ruthenium Gehalt durch Massenspektro- metrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) bestimmt.
Gerät: ICP-MS-Spektrometer, z.B. Agilent 7500s Messbedingungen: Kalibration: Externe Kalibration in organischer Matrix
Zerstäuber: Meinhardt Masse: Ru102 Die Eichgerade wurde so gewählt, dass in der verdünnten Messlösung der notwendige Abgabewert sicher bestimmt werden konnte.
7. Bestimmung von Chlorid und organisch gebundenem Chlor
Die Bestimmung von Chlorid erfolgte ionenchromatographisch. Probenvorbereitung: Es wurden ca. 1 g der Probe in Toluol gelöst und mit 10 ml Reinstwasser extrahiert. Die wässrige Phase wurde mittels lonenchromatographie vermessen. Messbedingungen: lonenchromatographie-System: Metrohm Vorsäule: DIONEX AG 12 Trennsäule: DIONEX AS 12
Eluent: (2,7 mmol Na2C03 + 0,28 mmol NaHCO3) / Liter Wasser Fuss: 1 ml/Min.
Detektion: Leitfähigkeit nach chemischer Suppression Suppressor: Metrohm Modul 753 50 mmol H2S04; Reinstwasser (Fluss ca. 0,4 ml/Min.) Kalibrierung: 0,01 mg/L bis 0,1 mg/L
Coulometrische Bestimmung von organisch gebundenem Chlor (Gesamtchlor), entsprechend DIN 51408, Teil 2, „Bestimmung des Chlorgehalts"
Die Probe wurde in einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von ca. 1020°C verbrannt. Das in der Probe gebundene Chlor wird dabei zu Chlorwasserstoff umgesetzt. Die bei der Verbrennung entstehenden nitrose Gase, Schwefeloxide und Wasser werden entfernt und das so gereinigte Verbrennungsgas in die Coulometerzelle eingeleitet. Hier erfolgt die coulometrische Bestimmung des gebildeten Chlorids gemäß
Einwaagebereich: 1 bis 50 mg Bestimmungsgrenze: ca. 1 mg/kg (substanzabhängig) Gerät: Fa. Euroglas (LHG), „ECS-1200"
Literatur: F. Ehrenberger, „Quantitative organische Elementaranalyse", ISBN 3-527- 28056-1.

Claims

Patentansprüche
1. Ruthenium-Heterogenkatalysator enthaltend Siliziumdioxid als Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass im Siliziumdioxid das mittels 29Si-Festkörper-NMR bestimmte prozentuale Verhältnis der Signalintensitäten der Q2 - und Q3 - Strukturen Q2/Q3 kleiner als 25 ist.
2. Ruthenium-Katalysator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das prozentuale Verhältnis der Signalintensitäten der Q2 - und Q3 - Strukturen Q2/Q3 kleiner als 20 ist.
3. Ruthenium-Katalysator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das prozentuale Verhältnis der Signalintensitäten der Q - und Q3 - Strukturen Q2/Q3 kleiner als 15 ist.
4. Ruthenium-Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Siliziumdioxid die Konzentration an Al(lll) und Fe(ll und/oder IM) in Summe kleiner 300 Gew.-ppm beträgt.
5. Ruthenium-Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Siliziumdioxid die Konzentration an Al(lll) und Fe(ll und/oder IM) in Summe kleiner 200 Gew.-ppm beträgt.
6. Ruthenium-Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumdioxid Erdalkalimetallkationen (M +) im Gewichtsverhältnis M(ll) : (Al(lll) + Fe(ll und/oder IM)) > 0,5 enthält.
7. Ruthenium-Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumdioxid Erdalkalimetallkationen (M2+) im Gewichtsver- hältnis M(ll) : (Al(lll) + Fe(ll und/oder III)) > 1 enthält.
8. Ruthenium-Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumdioxid Erdalkalimetallkationen (M2+) im Gewichtsverhältnis M(M) : (AI(MI) + Fe(ll und/oder IM)) > 3 enthält.
9. Ruthenium-Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man den Katalysator durch ein- oder mehrfache Tränkung des Trägermaterials mit einer Lösung von Ruthenium(lll)acetat, Trocknung und Reduktion herstellt.
10. Ruthenium-Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial auf Basis von amorphem Siliziumdioxid eine BET-Oberfläche (nach DIN 66131) im Bereich von 30 bis 700 m2/g aufweist.
11. Ruthenium-Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator Ruthenium in einer Menge von 0,2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Siliziumdioxid-Trägermaterials, enthält.
12. Ruthenium-Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator weniger als 0,05 Gew.-% Halogenid (io- nenchromatographisch bestimmt), bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, enthält.
13. Ruthenium-Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator aus einem Trägermaterial auf Basis Siliziumdioxid und elementarem Ruthenium besteht, wobei das Ruthenium als Schale an der Katalysatoroberfläche konzentriert ist.
14. Ruthenium-Katalysator nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ruthenium in der Schale teilweise oder vollständig kristallin vorliegt.
15. Verfahren zur Herstellung eines Bisglycidylethers der Formel I
in der R CH3 oder H bedeutet, durch Kernhydrierung des entsprechenden aromatischen Bisglycidylethers der Formel II
in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Ruthenium-Heterogenkatalysator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 einsetzt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte aromatische Bisglycidylether der Formel II einen Gehalt an entsprechenden oligomeren Bisglycidylethern von weniger als 10 Gew.-% aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte aromatische Bisglycidylether der Formel II einen Gehalt an entsprechenden oligomeren Bisglycidylethern von weniger als 5 Gew.-% aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte aromatische Bisglycidylether der Formel II einen Gehalt an entsprechenden oligomeren Bisglycidylethern von weniger als 1 ,5 Gew.-% aufweist.
19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte aromatische Bisglycidylether der Formel II einen Gehalt an entsprechenden oli- gomeren Bisglycidylethern von weniger als 0,5 Gew.-% aufweist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an oligomeren Bisglycidylethern mittels Erhitzung des aromatischen Bisglycidylethers für 2 h auf 200 °C und für weitere 2 h auf 300 °C bei jeweils 3 mbar bestimmt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an oligomeren Bisglycidylethern mittels GPC-Messung (Gel Permeati- on Chromatography) bestimmt wird.
22. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der mittels GPC-Messung bestimmte Gehalt an oligomeren Bisglycidylethern in Flächen-% einem Gehalt in Gew.-% gleichgesetzt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die oligomeren Bisglycidylether ein per GPC-Messung bestimmtes Molgewicht im Bereich von 380 bis 1500 g/mol aufweisen.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die oligomeren Bisglycidylether für R = H ein Molgewicht im Bereich von 568 bis 1338 g/mol und für R = CH3 ein Molgewicht im Bereich von 624 bis 1478 g/mol aufweisen.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 150°C durchführt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung bei einem Wasserstoffabsolutdruck im Bereich von 10 bis 325 bar durchführt.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung an einem Katalysatorfestbett durchführt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung in flüssiger Phase, enthaltend den Katalysator in Form einer Suspension, durchführt.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass man den aromatischen Bisglycidylether der Formel II als Lösung in einem gegenüber der Hydrierung inerten organischen Lösungsmittel einsetzt, wobei die Lösung 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Lösungsmittel, Wasser enthält.
30. Bisglycidylether der Formel I
in der R CH3 oder H bedeutet, herstellbar durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 29.
31. Bisglycidylether nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gehalt an entsprechenden oligomeren kernhydrierten Bisglycidylethern der Formel
mit n = 1 , 2, 3 oder 4, von weniger als 10 Gew.-% aufweisen.
32. Bisglycidylether nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gehalt an entsprechenden oligomeren kernhydrierten Bisglycidylethern von weniger als 5 Gew.-% aufweisen.
33. Bisglycidylether nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gehalt an entsprechenden oligomeren kernhydrierten Bisglycidylethern von weniger als 1 ,5 Gew.-% aufweisen.
34. Bisglycidylether nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gehalt an entsprechenden oligomeren kernhydrierten Bisglycidylethern von weniger als 0,5 Gew.-% aufweisen.
35. Bisglycidylether nach den Ansprüchen 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an oligomeren kernhydrierten Bisglycidylethern mittels Erhitzung des aromatischen Bisglycidylethers für 2 h auf 200 °C und für weitere 2 h auf 300°C bei jeweils 3 mbar bestimmt wird.
36. Bisglycidylether nach den Ansprüchen 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an oligomeren kernhydrierten Bisglycidylethern mittels GPC-Messung (Gel Permeation Chromatography) bestimmt wird.
37. Bisglycidylether nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der mittels GPC- Messung bestimmte Gehalt an oligomeren Bisglycidylethern in Flächen-% einem Gehalt in Gew.-% gleichgesetzt wird.
38. Bisglycidylether nach einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen nach DIN 51408 bestimmten Gesamtchlorgehalt von kleiner 1000 Gew.-ppm aufweisen.
39. Bisglycidylether nach einem der Ansprüche 30 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP- MS) bestimmten Rutheniumgehalt von kleiner 0,3 Gew.-ppm aufweisen.
40. Bisglycidylether nach einem der Ansprüche 30 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine nach DIN ISO 6271 bestimmte Platin-Cobalt-Farbzahl (APHA- Farbzahl) von kleiner 30 aufweisen.
41. Bisglycidylether nach einem der Ansprüche 30 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach der Norm ASTM-D- 1652-88 bestimmte Epoxy-Äquivalente im Bereich von 170 bis 240 g/Äquivalente aufweisen.
42. Bisglycidylether nach einem der Ansprüche 30 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass sie einen nach DIN 53188 bestimmten Anteil an hydrolysierbaren Chlor von kleiner 500 Gew.-ppm aufweisen.
43. Bisglycidylether nach einem der Ansprüche 30 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine nach DIN 51562 bestimmte kinematische Viskosität von kleiner 800 mm2 / s bei 25°C aufweisen.
44. Bisglycidylether nach einem der Ansprüche 30 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein cis/cis : cis/trans : trans/trans - Isomerenverhältnis im Bereich von 44-63 % : 34-53 % : 3-22 % aufweisen.
45. Bisglycidylether nach einem der Ansprüche 30 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Bisglycidylether durch vollständige Hydrierung der aromatischen Kerne eines Bisglycidylethers der Formel II
in der R CH3 oder H bedeutet, erhalten wird, wobei der Hydrierungsgrad > 98 % beträgt.
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