ES2211400T3 - Procedimiento para reducir el contenido de cloro en isocianatos de bajo peso molecular. - Google Patents

Procedimiento para reducir el contenido de cloro en isocianatos de bajo peso molecular.

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ES2211400T3
ES2211400T3 ES00105352T ES00105352T ES2211400T3 ES 2211400 T3 ES2211400 T3 ES 2211400T3 ES 00105352 T ES00105352 T ES 00105352T ES 00105352 T ES00105352 T ES 00105352T ES 2211400 T3 ES2211400 T3 ES 2211400T3
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Abstract

Procedimiento para la purificación de isocianatos de bajo peso molecular, caracterizado porque se añade a los isocianatos de bajo peso molecular: a) al menos un 0, 1% (respecto a isocianato) de compuestos de **fórmula** o mezclas en la que representan n un número de 1 a 20 y R independientemente entre sí en cada caso restos alquileno, cicloalquileno, aralquileno o arilo bifuncionales saturados o insaturados, lineales o ramificados, con 1 a 20 átomos de carbono, que pueden contener opcionalmente heteroátomos, como, por ejemplo, oxígeno, azufre o nitrógeno, en la cadena de carbonos y/o pueden llevar oxígeno, azufre, átomos de halógeno o sustituyentes de nitrógeno y/o pueden contener otros grupos funcionales y X puede representar independientemente entre sí en cada caso uno de los siguientes restos: X = H, OH, SH, O-R1, S-R1, O-Si(R1)3, F, Cl, Br, I, R1 representa independientemente entre sí en cada caso restos alquilo, cicloalquilo, arilo, aralquilo con 1 a 20 átomos de carbono que pueden presentar heteroátomos, tales como oxígeno, azufre, silicio o nitrógeno, o restos alquileno C1-C20, cicloalquileno, aralquileno o arilo bifuncionales que pueden presentar opcionalmente heteroátomos, tales como oxígeno, azufre, silicio o nitrógeno, y que pueden presentar grupos funcionales terminales como, por ejemplo, NCO, y se calientan, con o sin disolvente inerte que no reacciona con isocianatos, b) durante al menos 10 minutos a c) una temperatura de <200ºC y a continuación d) se liberan, dado el caso mediante un tratamiento de destilación o de extracción, de los compuestos de alto peso molecular según la fórmula (1) y/o de los productos de reacción de alto peso molecular.

Description

Procedimiento para reducir el contenido de cloro en isocianatos de bajo peso molecular.
La invención se refiere a un nuevo procedimiento para la purificación de isocianatos o mezclas de isocianatos orgánicos de compuestos clorados mediante el tratamiento con ésteres del ácido fosfórico de alto peso molecular. Los isocianatos así purificados son adecuados preferentemente para el uso en revestimientos, piezas moldeadas de poliuretano y como productos intermedios.
Las impurezas condicionadas por la producción, de tipo y cantidad variables, en los isocianatos orgánicos son motivo de oscilaciones en la actividad. Tales oscilaciones en la actividad resultan desfavorables para un uso reproducible, es decir, rentable. Así, tanto los isocianatos aromáticos, por ejemplo los productos de fosgenación conocidos de condensados de anilina/formaldehído o también el 2,4- y 2,6-diisocianatotolueno, como los isocianatos alifáticos, como, por ejemplo, el isoforondiisocianato, están repletos de tales impurezas. Se trata en este caso sobre todo de compuestos con contenido en cloro que causan oscilaciones en la actividad precisamente cuando se trata de cloro "de fácil movimiento", el denominado cloro hidrolizable. Una parte de estos compuestos resulta ser relativamente estable y permanece en los isocianatos incluso después de la destilación. Además de en la actividad, también influye negativamente en la estabilidad de los isocianatos. Por lo tanto, es importante desde el punto de vista tanto técnico como económico obtener una proporción baja y uniforme de estas impurezas, con la consecuencia de una normalización de la actividad y un procesamiento posterior más sencillo.
Por lo tanto, no han faltado intentos de encontrar maneras de eliminar los compuestos con contenido en cloro. En numerosas solicitudes de patente se describen procedimientos térmicos. Se sabe, por ejemplo, que el calentamiento de los isocianatos, especialmente si se lavan simultáneamente con gas inerte, o el calentamiento en disolventes inertes a presión aspirando simultáneamente los compuestos volátiles reduce el contenido en compuestos clorados fácilmente disociables (por ejemplo, documentos DE-A 1270036, DD 271820, US-A 3219678, GB-A 1080717, DE-A 2237552, US-A 3857871, US-A 1458223, JP 07278088 A2, JP 06345707 A2, GB-A 1384065).
Por las publicaciones JP 61161250 A, JP 0516323 1A, DE-A 1950101, DE-A 1938384, DE-A 2532722, DE-A 2631168, US-A 3853936, FR-A 1555517, DE-A 2933601, US-A 3549504 se sabe que los isocianatos se pueden purificar mediante técnicas especiales de destilación y cristalización.
En ninguno de estos procedimientos, que se basan en un tratamiento puramente físico, se obtiene una separación eficaz de los compuestos clorados perturbadores, puesto que sólo se pueden separar de esta manera compuestos clorados fácilmente disociables. La aplicación de este tipo de procedimientos se limita de este modo a compuestos de isocianato especiales, generalmente termoestables, en cuyo uso es suficiente una reducción limitada del contenido en cloro.
Además del tratamiento puramente térmico de los compuestos de isocianato, se han descrito también tratamientos con aditivos que permiten una separación mejorada de los compuestos clorados perturbadores. Así, en los documentos de patente JP 45010329 B, JP 42004137 B, JP 59088452 A, JP 59108753 A, JP 59172450 A, US-A 3373182, GB-A 1111581, US-A 3759971, US-A 4094894, ZA-A 8100606, DE-A 1138040, DE-A 1286025, US-A 3458558, US-A 3264336, SU-A 806677 y DE-A 2210607 se describen aditivos basados en metales o metales alcalinos, como, por ejemplo, óxidos metálicos, cianamidas metálicas, hidruros metálicos, ésteres metálicos de ácidos grasos en presencia de fenoles estéricamente impedidos, naftenatos metálicos, silicatos metálicos, carbonatos de metal alcalino o compuestos organometálicos. Estos aditivos, sin embargo, son difíciles de separar del isocianato purificado y conducen a una contaminación de metal/iones metálicos no deseada en los productos de isocianato correspondientes. Asimismo, casi todos los metales y complejos metálicos aumentan la formación de productos secundarios (formación de trímeros, carbodiimida, dímeros).
Se encuentran limitaciones similares cuando se usan aditivos tales como el imidazol descrito en los documentos GB-A 2347647 y JP 05058982 A, los ácidos sulfónicos y sus ésteres descritos en el documento GB-A 1458747 o el material ácido descrito en el documento US-A 4996351, el sulfato de dietilo descrito en el documento GB-A 1459691 y el ácido sulfúrico descrito también en este documento, así como cuando se usan otros aditivos como, por ejemplo, compuestos epoxídicos (documentos DE-A 2249375, JP 09323968 A2), ureas tetrasustituidas (documento DD 288598), ácido fórmico o acético o sus derivados (documento US-A 3799963) o los compuestos que presentan grupos trimetilsililo descritos en el documento EP-A 524507. El uso de bases o ácidos orgánicos produce reacciones secundarias no deseadas, tales como la trimerización, la formación de dímeros o la formación de carbodiimida, especialmente en la purificación de compuestos de isocianato reactivos.
Algunos compuestos con al menos un grupo NH activo de Zerevitinov, tales como las ureas (documento DD 285594), los biurets (documento DD 288597), la caprolactama (documento DD 285593), así como las sales de amonio (documento DD 288594), las carbodiimidas (documento DD 288599), las sales de aminas primarias y secundarias (documento DD 288593), los alcoholes terciarios y los carbamatos de alquilo terciarios (documento 288595), se recomiendan según el estado de la técnica para la purificación de isocianatos. También en este caso resulta desventajosa la separación de los aditivos o el uso limitado de los isocianatos con contenido en aditivo y/o los residuos de destilación, así como, en especial, la disminución, en parte elevada, del valor de NCO y el aumento de la viscosidad que puede deberse, por ejemplo, a la formación de biurets cuando se usan alcoholes terciarios. Esto último es válido especialmente para el uso de agua en la purificación de los isocianatos (documentos DE-A 1240849, DE-A 1240849).
El documento de patente DD 288596 describe como aditivos fosfatos de alquilo de bajo peso molecular, prácticamente inertes frente a isocianatos, que permiten una reducción eficaz del contenido en cloro hidrolizable a temperaturas de al menos 200ºC y usando simultáneamente gases inertes. En los ejemplos de realización se consideran necesarias unas temperaturas de 225ºC durante varias horas para lograr una reducción eficaz de HC. Estas altas temperaturas y cargas de temperatura/tiempo limitan la aplicación del procedimiento a unos pocos isocianatos relativamente termoestables. Los compuestos de isocianato, especialmente los isocianatos de bajo peso molecular sensibles a la temperatura, no son estables cuando se someten a unas cargas de temperatura/tiempo tan elevadas y se descomponen formando, por ejemplo, carbodiimidas e isocianuratos. Esto puede conducir a la aparición incontrolada de calor de proceso, que dificulta considerablemente la conducción de la reacción. Además, el uso obligado según el documento DD 288596 de gas inerte conduce forzosamente a una corriente de gas de desecho altamente contaminada que ha de tratarse. Por último, la separación de los fosfatos de alquilo de bajo peso molecular descritos de los isocianatos purificados, también de bajo peso molecular, por destilación o extracción sólo es posible con dificultad.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención era proporcionar un procedimiento de aplicación universal para la purificación de isocianatos orgánicos de bajo peso molecular, especialmente de isocianatos de bajo peso molecular sensibles a la temperatura, que no presentara las deficiencias mencionadas y que permitiera una separación eficaz del isocianato de los reactivos usados para reducir la proporción de cloro hidrolizable.
Este objetivo se pudo alcanzar con el procedimiento de acuerdo con la invención descrito con más detalle a continuación, en el que a los isocianatos o mezclas de isocianatos orgánicos que se van a tratar se añade una cantidad adecuada de compuestos de alto peso molecular de acuerdo con la fórmula (1), descritos con más detalle a continuación, y la mezcla se calienta durante un tiempo determinado, dado el caso a presión aumentada o reducida. Sorprendentemente, el procedimiento de acuerdo con la invención permite la separación eficaz de los compuestos clorados perturbadores (reducción del contenido en cloro hidrolizable) a temperaturas muy inferiores a 200ºC sin el uso obligado de gas inerte.
El objeto de la invención es un procedimiento para la purificación de isocianatos de bajo peso molecular, caracterizado porque se añade a los isocianatos de bajo peso molecular
a)
al menos un 0,1% (respecto a isocianato) de compuestos de fórmula general (1) o mezclas de fórmula
\hbox{general (1)}
1
en la que representan
n un número de 1 a 20
y
R independientemente entre sí en cada caso restos alquileno, cicloalquileno, aralquileno o arilo bifuncionales saturados o insaturados, lineales o ramificados, con 1 a 20 átomos de carbono que pueden contener opcionalmente heteroátomos, como, por ejemplo, oxígeno, azufre, silicio o nitrógeno, en la cadena de carbonos y/o pueden llevar oxígeno, azufre, átomos de halógeno o sustituyentes de nitrógeno y/o pueden contener otros grupos funcionales
y
X puede representar independientemente en cada caso uno de los siguientes restos:
X = H, OH, SH, O-R^{1}, S-R^{1}, O-Si(R^{1})_{3}, F, Cl, Br, I,
2
y
R^{1} representa independientemente entre sí en cada caso restos alquilo, cicloalquilo, arilo, aralquilo con 1 a 20 átomos de carbono que pueden presentar heteroátomos, tales como oxígeno, azufre, silicio o nitrógeno, o restos alquileno C_{1}-C_{20}, cicloalquileno, aralquileno o arilo bifuncionales que pueden presentar opcionalmente heteroátomos, tales como oxígeno, azufre, silicio o nitrógeno, y que pueden presentar grupos funcionales terminales como, por ejemplo, NCO,
y se calientan, con o sin disolvente inerte que no reacciona con isocianatos,
b) durante al menos 10 minutos a
c) una temperatura de <200ºC y a continuación
d) se liberan, dado el caso mediante un tratamiento de destilación o de extracción, de los compuestos de alto peso molecular de acuerdo con la fórmula (1) y/o de los productos de reacción de alto peso molecular.
Los compuestos de fórmula (1) pueden ser productos técnicos que también pueden contener naturalmente, aunque menos preferentemente, proporciones de funciones ácidas terminales. Por motivos de producción, los compuestos de fórmula (1) presentan una distribución de polímeros estadística más o menos pronunciada, de manera que también pueden estar contenidas pequeñas cantidades de fosfatos de alquilo de bajo peso molecular y otras impu-
rezas.
Los isocianatos orgánicos purificados según el procedimiento de acuerdo de la invención son adecuados para la fabricación de revestimientos, piezas moldeadas de poliuretano y como productos intermedios.
Los materiales de partida para el procedimiento de acuerdo con la invención son isocianatos de bajo peso molecular, entendiéndose por ello también cualquier mezcla de isocianatos de bajo peso molecular. Ejemplos de este tipo de isocianatos de bajo peso molecular son
a) monoisocianatos con grupos isocianato unidos de forma alifática, cicloalifática, aralifática o aromática, como, por ejemplo, butilisocianato, estearilisocianato, ciclohexilisocianato, bencilisocianato, 2-feniletilisocianato, fenilisocianato o mezclas de tales monoisocianatos;
b) diisocianatos con un peso molecular comprendido en el intervalo de 140 g/mol a 400 g/mol y con grupos isocianato unidos de forma alifática, cicloalifática, aralifática y/o aromática, como, por ejemplo, 1,4-diisocianatobutano, 1,6-diisocianatohexano (HDI), 2-metil-1,5-diisocianatopentano, 1,5-diisocianato-2,2-dimetilpentano, 2,2,4- ó 2,4,4-trimetil-1,6-diisocianatohexano, 1,10-diisocianatodecano, 1,3- y 1,4-diisocianatociclohexano, 1,3- y 1,4-bis-(isocianatometil)-ciclohexano, 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano (isoforondiisocianato IPDI), 4,4'-diisocianatodiciclohexilmetano, 1-isocianato-1-metil-4(3)isocianatometilciclohexano (IMCI), 2,4- ó 2,6-diisocianato-1-metilciclohexano (H_{6}-TDI), bis-(isocianatometil)-norbornano, 2-metilpentano-2,4-diisocianato, 1,3- y 1,4-bis-(2-isocianatoprop-2-il)-benceno (TMXDI), 2,4- y 2,6-diisocianatotolueno (TDI), 2,4'- y 4,4'-diisocianatodifenilmetano, 1,5-diisocianatonaftaleno, dipropilenglicoldiisocianato o cualquier mezcla de tales diisocianatos,
c) triisocianatos y/o isocianatos polifuncionales, como, por ejemplo, 4-isocianatometil-1,8-octanodiisocianato (nonanotriisocianato), 1,6,11-undecanotriisocianato o cualquier mezcla de tales isocianatos.
Los materiales de partida para el procedimiento de acuerdo con la invención naturalmente también puede ser cualquier mezcla de mono- y/o di- y/o triisocianatos polifuncionales.
En general se pueden usar como isocianatos de bajo peso molecular todos los isocianatos orgánicos con un peso molecular de hasta aproximadamente 400 g/mol, preferentemente de 99 a 279 g/mol.
En el procedimiento de acuerdo con la invención se usan preferentemente los diisocianatos e isocianatos polifuncionales mencionados. Se prefiere muy especialmente el uso de 4-isocianatometil-1,8-octanodiisocianato (nonanotriisocianato).
El procedimiento de acuerdo con la invención prevé calentar la mezcla formada por isocianato orgánico y el compuesto de fórmula (1) con al menos un 0,1%, preferentemente del 0,5 al 50% y muy preferentemente del 1,0 al 5%, respecto a la masa de isocianato, durante al menos 10 minutos, preferentemente de 1 hora a 24 horas, muy preferentemente de 3 horas a 15 horas, a una temperatura <200ºC, preferentemente de 140ºC a 190ºC y muy preferentemente de 150ºC a 180ºC, con o, preferentemente, sin disolvente inerte que no reacciona con isocianatos y liberar dado el caso a continuación, por destilación o extracción, el isocianato de bajo peso molecular purificado de los compuestos de alto peso molecular según la fórmula (1) y/o de los productos de reacción de alto peso molecular, así como del disolvente inerte que no reacciona con isocianatos, presente opcionalmente.
El isocianato se puede separar de los compuestos de alto peso molecular por extracción o destilación, dado el caso al vacío, durante o después del templado. Preferentemente, el isocianato purificado se separa de los compuestos de alto peso molecular según la fórmula (1) y/o de los productos de reacción de alto peso molecular por destilación al vacío (por ejemplo, de 0,001 mbar a 100 mbar).
Para evitar reacciones secundarias con aire o con trazas de agua, se puede hacer funcionar el aparato de reacción al vacío (por ejemplo, de 100 a 1 mbar) o se puede cubrir con gas inerte, por ejemplo con nitrógeno. En principio, sin embargo, no es obligatorio el uso de gas inerte para el procedimiento de acuerdo con la invención.
Los isocianatos obtenidos según el procedimiento de acuerdo con la invención presentan habitualmente contenidos en cloro hidrolizable <400 ppm, preferentemente <250 ppm y muy preferentemente <150 ppm.
Antes, durante o después de la reducción del contenido en cloro según el procedimiento de acuerdo con la invención también se pueden usar otros procedimientos de purificación para eliminar, por ejemplo, componentes cromóforos y productos secundarios. Entre ellos se cuentan, entre otros, los tratamientos y/o aclaramientos con, por ejemplo, agentes reductores u oxidantes y el tratamiento con absorbentes, tales como el carbón activo y/o ácidos silícicos. Los aclaramientos de este tipo pueden ejercer igualmente un efecto positivo sobre la reducción del contenido de cloro en el compuesto de isocianato.
Los isocianatos purificados de acuerdo con la invención no presentan aditivos nocivos de compuestos metálicos, ácidos, bases u otros compuestos reactivos con isocianatos y tienen un contenido en CH de preferentemente <250 ppm. Se pueden usar ampliamente, por ejemplo para la fabricación de poliisocianatos oligoméricos o prepolímeros y, en el caso de los triisocianatos, como materiales de partida para productos intermedios, piezas moldeadas de poliuretano y agentes de revestimiento. Los triisocianatos de bajo peso molecular purificados según el procedimiento de acuerdo con la invención se usan preferentemente como componente endurecedor en revestimientos.
En principio, los materiales de revestimiento que contienen los isocianatos purificados según el procedimiento de acuerdo con la invención son adecuados para el revestimiento de cualquier sustrato, como, por ejemplo, madera, plásticos, cuero, papel, materiales textiles, vidrio, cerámica, revoque, mampostería, metales u hormigón. Se pueden aplicar con los procedimientos de aplicación habituales, tales como proyección, extensión, chorreo, vertido, inmersión, laminado. Los materiales de revestimiento se pueden usar tanto en forma de barnices transparentes como en forma de barnices pigmentados, usándose diluidos en disolventes orgánicos o dispersos en agua o sin diluir como revestimiento de uno o varios componentes.
Ejemplos
Los valores de CH indicados se refieren al contenido en cloro hidrolizable. Todos los datos en porcentaje se refieren al peso.
A 100 g del isocianato orgánico se añade la cantidad indicada en las Tablas 1 a 2 de los compuestos A o B y se agitan al vacío (10 a 100 mbar, dependiendo del isocianato usado) durante el periodo de tiempo y a la temperatura indicados. Transcurrido el tiempo de reacción indicado, los productos se someten a un tratamiento de destilación de película (180ºC/0,2 mbar). Se obtienen los productos de acuerdo con la invención.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 1
3
Compuesto A: Exolit OP 550 (empresa Clariant) (índice de OH: 130; índice de ácido <1, densidad: 1,31 g/cm^{3} a 25ºC, viscosidad aproximadamente 2.000 mPas).
Compuesto B: Producto de transformación de 1,0 equiv. de Exolit OP 550 (empresa Clariant) y 0,9 equiv. de butilisocianato.
La diferencia en el contenido de NCO antes y después del templado proporciona información acerca de las reacciones secundarias no deseadas y, por lo tanto, de la pérdida de rendimiento.
En el ejemplo comparativo 2 no de acuerdo con la invención se repiten las condiciones del documento de patente DD 288596 para reducir el contenido de CH en el TIN. La clara disminución de NCO indica una carga inaceptablemente elevada. El termoanálisis diferencial muestra a esta temperatura una fuerte producción de calor adicional no controlada de la reacción (>600 kJ/kg) que es intolerable en el procedimiento técnico.
\newpage
Ejemplo 2
(Procedimiento de acuerdo con la invención)
El contenido en CH puede reducirse ya a 170ºC y en condiciones suaves a menos de 100 ppm, observándose tan sólo una ligera disminución de NCO.
TABLA 2
4

Claims (4)

1. Procedimiento para la purificación de isocianatos de bajo peso molecular, caracterizado porque se añade a los isocianatos de bajo peso molecular
a) al menos un 0,1% (respecto a isocianato) de compuestos de fórmula general (1) o mezclas de fórmula general (1)
5
en la que representan
n un número de 1 a 20
y
R independientemente entre sí en cada caso restos alquileno, cicloalquileno, aralquileno o arilo bifuncionales saturados o insaturados, lineales o ramificados, con 1 a 20 átomos de carbono, que pueden contener opcionalmente heteroátomos, como, por ejemplo, oxígeno, azufre o nitrógeno, en la cadena de carbonos y/o pueden llevar oxígeno, azufre, átomos de halógeno o sustituyentes de nitrógeno y/o pueden contener otros grupos funcionales
y
X puede representar independientemente entre sí en cada caso uno de los siguientes restos:
X = H, OH, SH, O-R^{1}, S-R^{1}, O-Si(R^{1})_{3}, F, Cl, Br, I,
6
R^{1} representa independientemente entre sí en cada caso restos alquilo, cicloalquilo, arilo, aralquilo con 1 a 20 átomos de carbono que pueden presentar heteroátomos, tales como oxígeno, azufre, silicio o nitrógeno, o restos alquileno C_{1}-C_{20}, cicloalquileno, aralquileno o arilo bifuncionales que pueden presentar opcionalmente heteroátomos, tales como oxígeno, azufre, silicio o nitrógeno, y que pueden presentar grupos funcionales terminales como, por ejemplo, NCO,
y se calientan, con o sin disolvente inerte que no reacciona con isocianatos,
b) durante al menos 10 minutos a
c) una temperatura de <200ºC y a continuación
d) se liberan, dado el caso mediante un tratamiento de destilación o de extracción, de los compuestos de alto peso molecular según la fórmula (1) y/o de los productos de reacción de alto peso molecular.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se añade a los isocianatos de bajo peso molecular
a) del 1,0 al 5,0% en peso, respecto a isocianato, de los compuestos de alto peso molecular según la fórmula general (1),
b) se calientan durante 3 horas hasta 15 horas a
c) una temperatura de 150 a 180ºC y a continuación
d) se liberan mediante un tratamiento de destilación de los compuestos de alto peso molecular según la fórmula (1) y/o de los productos de reacción de alto peso molecular.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque como isocianato orgánico se usa 4-isocianatometil-1,8-octanodiisocianato (nonanotriisocianato).
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los isocianatos así purificados presentan un contenido en cloro hidrolizable <250 ppm.
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