JP2001519467A - ポリエーテルポリオールを製造するための改良された複金属シアン化物触媒 - Google Patents
ポリエーテルポリオールを製造するための改良された複金属シアン化物触媒Info
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Abstract
Description
させることによってポリエーテルポリオールを製造するための改良された新規な
複金属シアン化物(DMC)触媒に関する。
レンオキシドの重付加反応用の触媒として知られている(例えば、米国特許第3,
404,109号, 第3,829,505号, 第3,941,849号および第5,158,922号参照)。このD
MC触媒をポリエーテルポリオールの製造のために用いると、特に、水酸化アル
カリ金属塩触媒のような通常のアルカリ金属触媒の存在下でポリエーテルポリオ
ールを製造する従来法に比し、末端に二重結合を有する単官能性ポリエーテル(
いわゆるモノオール)の割合が減少する。そのように得られたポリエーテルポリ
オールは、高品質のポリウレタン(例えば、エラストマー、フォーム、塗料)に
加工することができる。DMC触媒は、金属塩の水溶液を金属シアン化物塩の水
溶液と、エーテルなどの低分子量有機錯体配位子の存在下で反応させることによ
って、得られる。代表的な触媒製造によれば、過剰の塩化亜鉛水溶液と、ヘキサ
シアノコバルト酸カリウムとを混合し、次いで、形成した懸濁液にジメトキシエ
タン(グライム)を添加する。その後、触媒を濾取し、グライム水溶液で水洗し
た後、一般式: Zn3[Co(CN)6]2・xZnCl2・yH2O・zグライム で示される活性触媒が得られる(例えば、EP-A 700 949参照)。
761 708))用いて、ポリエーテルポリオールを製造する間に、末端に二重結合
を有する単官能性ポリエーテルの割合をさらに減少させ得ると記載されている。
さらに、改良されたDMC触媒を用いると、アルキレンオキシドの対応する出発化 合物への重付加反応の誘導時間が短くなり、触媒の活性も増大する。
間がかなり減少し、同時に触媒活性が増大した、アルキレンオキシドと対応する
出発化合物との重付加反応用の複金属シアン化物触媒を提供することである。ポ
リエーテルポリオールの製造の全反応およびサイクル時間を短縮することによっ
て、経済的に改善された製造法を達成することができる。理想的に、触媒活性が
増大したため、低い濃度で触媒を使用でき、その結果、生成物から触媒を分離す
る際に極めて高いコストの処理がもはや不要となり、かつ生成物を、ポリウレタ
ンの製造に直接使用することができる。
テルを含有するDMC触媒は、かなり短縮した誘導時間およびポリエーテルポリオ ールの製造工程で著しい活性の増大を示すことが判明した。
を含有することを特徴とする改良された新規の複金属シアン化物(DMC)触媒
を提供する。
/または複金属シアン化物化合物の調製からの水溶性金属塩を(好適には、5〜
25重量%の量で)含みうる。 本発明の触媒に適している複金属シアン化物化合物(a)は、水溶性金属塩と
水溶性金属シアン化物塩との反応生成物である。
(II)、Fe(II)、Ni(II)、Mn(II)、Co(II)、Sn(II)、Pb(II)、Fe(
III)、Mo(IV)、Mo(VI)、Al(III)、V(V)、V(IV)、Sr(II)、W(IV)
、W(VI)、Cu(II)およびCr(III)の群から選択される。Zn(II)、Fe(II)
、Co(II)およびNi(II)が好ましい。Xは、アニオンであり、ハロゲン化物イ
オン、水酸化物イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、シアン酸イオン、チオシアン
酸イオン、イソシアン酸イオン、イソチオシアン酸イオン、カルボン酸イオン、
シュウ酸イオンおよび硝酸イオンからなる群から選ばれる。nの値は、1、2また
は3である。
亜鉛、安息香酸亜鉛、硝酸亜鉛、硫酸鉄(II)、臭化鉄(II)、塩化鉄(II)、
塩化コバルト(II)、チオシアン酸コバルト(II)、塩化ニッケル(II)および
硝酸ニッケル(II)が挙げられる。異なる水溶性金属塩からなる混合物も使用す
ることができる。
I)、Cr(III)、Mn(II)、Mn(III)、Ir(III)、Ni(II)、Rh(III)、Ru (II)、V(IV)およびV(V)からなる群から選ばれる。M'は、より好適には、 金属Co(II)、Co(III)、Fe(II)、Fe(III)、Cr(III)、Ir(III)および
Ni(II)からなる群から選ばれる。水溶性金属シアン化物塩は、1またはそれ以
上のこれら金属塩を含有しうる。Yは、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類
金属イオンである。Aは、ハロゲン化物イオン、水酸化物イオン、硫酸イオン、
炭酸イオン、シアン酸イオン、チオシアン酸イオン、イソシアン酸イオン、イソ
チオシアン酸イオン、カルボン酸イオン、シュウ酸イオンおよび硝酸イオンから
なる群から選ばれるアニオンである。aおよびbの両方が、整数(≧1)であり
、a、bおよびcの値は、金属シアン化物塩が電気的に中性となるように選択さ
れ、cは、好適には0である。適した水溶性金属シアン化物塩の例として、ヘキ
サシアノコバルト(III)酸カリウム、ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム、ヘキ サシアノ鉄(III)酸カリウム、ヘキサシアノコバルト(III)酸カルシウムおよ
びヘキサシアノコバルト(III)酸リチウムが挙げられる。
は、ヘキサシアノコバルト(III)酸亜鉛、ヘキサシアノ鉄(II)酸亜鉛、ヘキ サシアノ鉄(III)酸亜鉛、ヘキサシアノ鉄(II)酸ニッケル(II)およびヘキ サシアノコバルト(III)酸コバルト(II)のような化合物が包含される。好適 な複金属シアン化物化合物のさらなる例は、米国特許第5,158,922号(第8欄、 第29〜66行)に開示されている。ヘキサシアノコバルト(III)酸亜鉛は、 最も好適である。
て触媒活性を上昇させる。適した有機錯体配位子は、一般に知られ、先行技術に
おいて詳細に記載される(例えば、米国特許第5,158,922号第6欄第9〜65行 参照)。錯体配位子は、触媒の調製の間または触媒の析出直後に添加される。錯
体配位子は通常、過剰で使用される。好ましい錯体配位子は、へテロ原子を含む
水溶性有機化合物であり、この化合物は、複金属シアン化物化合物と共に、錯体
を形成することができる。好適な有機錯体配位子は、例えば、アルコール、アル
デヒド、ケトン、エーテル、エステル、アミド、尿素、ニトリル、スルフィドお
よびそれらの混合物が包含される。特に好適な有機錯体配位子は、水溶性脂肪族
アルコール、例えばエタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノ
ール、sec-ブタノールおよびtert-ブタノールである。tert-ブタノールが、特に
好ましい。
量の20〜85重量%、好ましくは25〜80重量%の量で含み、有機錯体配位
子を、得られたDMC触媒の重量の1〜30重量%、好ましくは2〜20重量%
の量で含む。 本発明のDMC触媒は、ポリエステルを、得られた触媒の量の5〜80重量の
量で含む。好ましい触媒は、ポリエステルを10〜60重量%の量で含む。
し単位としてエステル基−OCO−を有する高分子量物質である。ポリエステル
は、一般に、多官能カルボン酸とヒドロキシ化合物との重縮合によって得られる
。ポリエステルのさらなる一般的な製造としては、ヒドロキシカルボン酸の重縮
合、環状エステル(ラクトン)の重合、エポキシドとのポリカルボン酸無水物の
重付加およびヒドロキシ化合物のアルカリ金属塩との酸塩化物との反応が挙げら
れる。ヒドロキシ化合物およびカルボキシ化合物の両方によるエステル交換反応
も可能である。
“Kunststoff Handbuch”第7巻、Polyurethane, 第3版、1993、第67〜74 頁、“High Polymers”第16巻、Polyurethanes: Chemistry and Technology,
I. Chemistry, 第1版、1962,第44〜66頁、“Ullmanns Encyclopaedie der
Technischen Chemie”第19巻、第4版、1982、第61〜88頁、および“Hou
ben-Weyl, Methoden der organsichen Chemie”第E20巻、Makromolekulare Stof
fe, 第4版、第1405〜1457頁に記載されている。
または部分分岐状ポリエステルであり、飽和もしくは不飽和脂肪族、または脂環
式または芳香族ジカルボン酸を、ヒドロキシ基を有する二官能もしくは三官能化
合物またはヒドロキシ基を有する二官能化合物と三官能化合物の混合物と重縮合
することによって、または出発剤としてのジオールおよび/またはトリオールに
よってラクトン(例えば、カプロラクトン)を開環重合することによって得られ
る。
0mg KOH/gのOH価を有するポリエステルが特に好ましく使用される。このよう なポリエステルは、一般に多価カルボン酸およびヒドロキシ化合物の重縮合によ
って調製される。このために可能な多官能ヒドロキシ化合物は、特に、エチレン
グリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピ
レングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−
ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,12−ドデカンジオール、ネ
オペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリ
セロール、まれには、より長い鎖のトリヒドロキシ化合物である。
フタル酸、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマ
ル酸、マレイン酸および、まれには、不飽和植物性脂肪酸の二量化によって得ら
れるいわゆる「二量体酸」である。
活性を増大させるDMC触媒を製造するのに必要である(例えば、実施例7〜8
および比較例6〜9参照)。触媒組成は、通常、元素分析法および熱重量分析法
によって分析される。
分析は、通常、粉末X線回折法によって行われる。
する触媒である。
の存在下で、(過剰の)金属塩と、金属シアン化物を反応させることによって水
溶液中で調製される。
ン化物塩に対し少なくとも50%)の塩化亜鉛)の水溶液と、金属シアン化物塩(
例えば、ヘキサシアノコバルト酸カリウム)の水溶液とをまず、有機錯体配位子
(例えば、tert-ブタノール)の存在下で反応させ、複金属シアン化物化合物( 例えば、ヘキサシアノコバルト酸亜鉛)、過剰の金属塩、水および有機錯体配位
子を含む懸濁液を形成する。
シアン化物化合物析出の後すぐに懸濁液に添加することができる。水溶液と有機
錯体配位子とは、激しく撹拌して混合することが有利であることがわかっている
。 次いで、形成された懸濁液を、ポリエステルで処理する。ポリエステルを、好
適には、水と有機錯体配位子との混合物としてこの方法で使用する。
る。 触媒の活性を増大させるために、単離した触媒を、有機錯体配位子の水溶液で
水洗する(例えば、再懸濁し、次いで濾過または遠心分離によって再度単離する
)ことは有用である。このようにして、例えば、重付加反応に悪影響を与える水
溶性副生物(例えば、塩化カリウム)を本発明の触媒から除去することができる
。
る。さらに、洗浄水溶液に少量(好ましくは0.5〜5重量%)のポリエステルを添
加することも有利である。 加えて、触媒を2回以上洗浄することが有利である。この目的のために、例え
ば、最初の洗浄処理を繰り返すこともできる。しかしながら、好適には、付加的
な洗浄処理については、非水溶液(例えば、有機錯体配位子およびポリエステル
の混合物)を使用することが好ましい。
せることによるポリエーテルポリオールの製造法において、本発明の改良された
DMC触媒を使用することも提供する。
キシド、ブチレンオキシドおよびそれらの混合物である。アルコキシル化による
ポリマー鎖の合成は、例えば、単一のモノマーエポキシドによって行うか、また
は2もしくは3つの異なるモノマーエポキシドを用いるランダムもしくはブロッ
ク重合によって行うことができる。これに関し、"Ullmanns Encyclopaedie der
industriellen Chemie", 英語版、1992, A 21巻, 670〜671頁に詳しく開示され ている。
、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1, 2
-プロピレングリコール、1, 4-ブタンジオール、ヘキサメチレングリコール、ビ
スフェノールA、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトー ル、ソルビトール、カンショ糖、分解デンプンまたは水である。
量200〜2,000を有するオリゴマーアルコキシル化生成物である活性水素原子含有
出発化合物が有利に使用される。
化合物への重付加反応は、一般に温度20〜200℃、好適には40〜180℃、特に50〜
150℃で行われる。反応は、全圧0〜20 barで実施することができる。重付加反応
は、バルク中またはトルエンおよび/またはTHFのような不活性有機溶媒中で、 実施することができる。溶媒の用量は、通常、製造されるポリエーテルポリオー
ル重量の10〜30重量%である。
される。触媒濃度は、一般に、製造されるポリエーテルポリオール重量の0.0005
〜1重量%、好適には0.001〜0.1重量%である。
00,000 g/mol、好適には1, 000〜50,000 g/mol、より好適には2,000〜20,000 g/
molである。
法で実施することができる。
触媒と比較して、本発明の新規な触媒によってかなり短縮される。 同時にアルコキシル化時間は、実質的に増大した活性のためにかなり短縮され
る。 このことは、全反応時間(誘導時間およびアルコキシル化時間の合計)を、こ
れまで既知のDMC触媒と比較して一般に60〜75%短縮させる。 本発明のDMC触媒は、その活性が著しく高いため、非常に低い濃度(例えば
、製造されるポリエーテルポリオール重量の15 ppmまたはそれ以下の濃度、実施
例10参照)で使用することができ、ポリウレタンの製造で使用の際にはポリオ
ールから触媒の除去は、生成物の品質に悪影響を与えないで、省略できる。
。その直後に、tert-ブタノール50 gと蒸留水50 gとの混合物を、得られた懸濁 液に添加し、混合物を次いで10分間、激しく撹拌した。固体を濾過により単離し
、次いで、tert-ブタノールと蒸留水との混合物(重量比=70/30)125 gを用い
て、10分間撹拌して、再度濾過した。最後に、触媒を、tert-ブタノール125 gと
共に10分間、再度撹拌した。濾過の後、触媒を恒量まで、大気圧下に50℃で乾燥
した。
リエステル=0%)
リ(エチレンアジペート))(平均分子量2,000、OH価=55mg KOH/g)1 g、tert-
ブタノール1 gおよび蒸留水100 gの混合物を添加し、混合物を1, 000 r.p.m.で3
分間、撹拌した。固体を濾取し、次いで、tert-ブタノール70 g、蒸留水30 g、 上記のポリエステル1 gの混合物を用いて、10,000 r.p.m.で10分間、撹拌して 、再度濾過した。最後に、生成物を、tert-ブタノール100 gと上記ポリエステル
0.5 gの混合物を用いて10,000 r.p.m.で10分間、再度撹拌した。濾過の後、触媒
を恒量まで、大気圧下、50℃で乾燥した。
.1%
岐したアジピン酸とエチレングリコールのポリエステル(平均分子量2,300、OH 価=50mg KOH/g)を用いる以外は、実施例2を繰り返した。 乾燥粉末化触媒の収量:3.85 g 元素分析および熱重量分析: コバルト=12.2%、亜鉛=25.7%、tert-ブタノール=7.1%、ポリエステル=12
.3%
混合物を、得られた懸濁液に添加し、混合物を次いで24,000 r.p.m.で10分間、 激しく撹拌した。固体を濾取し、次いで、ポリエステル1 gおよび蒸留水100 gの
混合物を用いて、10,000 r.p.m.で10分間、撹拌して、再度濾過した。最後に、 生成物を、ポリエステル0.5 gと蒸留水100 gの混合物を用いて10,000 r.p.m.で1
0分間、再度撹拌した。濾過の後、触媒を恒量まで、大気圧下、50℃で乾燥した 。
5.0%(tert-ブタノール=0%)
KOH/g)1 g、tert-ブタノール1 gおよび蒸留水100 gの混合物を添加し、混合物を
1, 000 r.p.m.で3分間、撹拌した。固体を濾取し、次いで、tert-ブタノール70
g、蒸留水30 g、上記のポリエーテル1 gの混合物を、10,000 r.p.m.で10分間、
撹拌して、再度濾過した。最後に、生成物を、tert-ブタノール100 gと上記ポリ
エーテル0.5 gの混合物を用いて10,000 r.p.m.で10分間、再度撹拌した。濾過の
後、触媒を恒量まで、大気圧下、50℃で乾燥した。
.8%
よび触媒3〜20mg(製造されるポリエーテルポリオールの量を基準に、15〜100 p
pm)を、まず保護ガス(アルゴン)雰囲気下の500 ml加圧反応器内に導入し、撹
拌しながら105℃に加熱した。次いで、プロピレンオキシド(約5 g)を、全圧が2.
5 barに増加するまで同時に量りながら供給した。反応器において、圧力降下の 促進が観察されるときだけ、再び付加的なプロピレンオキシドを供給した。この
圧力降下の促進は、触媒の活性化を意味する。次いで、残りのプロピレンオキシ
ド(145 g)を、一定の全圧(2.5 bar)で連続的に供給した。プロピレンオキシド
の供給が完了し、5時間の後反応期間(105℃)の後に、揮発成分を90℃および1
mbarで留去し、次いで、混合物を室温まで冷却した。
よび分子量分布(Mw/Mn)(MALDI-TOF-MS)を測定した。 反応の経過については、時間/転化率曲線(プロピレンオキシドの消費量(g )対反応時間(分))によって追跡した。誘導時間は、長いベースラインを有す
る時間/転化率曲線の接線切片地点から、急勾配地点までの時間によって決定し
た。 触媒活性を示すプロポキシル化時間は、触媒活性化の時点(即ち誘導期の終了
時点)からプロピレンオキシド供給の終了時点までの期間に相当する。 全反応時間は、誘導時間とプロポキシル化時間の合計に等しい。
ーテルポリオールの製造において、有機錯体配位子(tert-ブタノール)だけを 含有するDMC触媒に比較して、誘導時間がかなり短縮し、同時に本発明による
触媒が、かなり増大した活性を有すること(プロポキシル化時間の実質的な短縮
から分かる)が、示される。 比較例9は、有機錯体配位子を含有せず、ポリエステルだけを含有するDMC
触媒は不活性であることを示している。
ppm 実施例10は、かなり増大した活性であるために、本発明による新規なDMC
触媒を、ポリオールから触媒を分離することを不要にできるほどの低い濃度でポ
リエーテルポリオールの製造に使用できることを示す。
-ブタノール)およびポリエーテル(本発明の触媒に使用されるポリエステルに 同等の分子量およびOH価)を含有する既知の高活性DMC触媒より実質的に高
い活性であることを示す。それゆえに、本発明による新規な触媒によって、全反
応時間をかなり短縮して、ポリエーテルポリオールを製造できる。
Claims (8)
- 【請求項1】 a)複金属シアン化物化合物、および b)有機錯体配位子、 を含んでなり、得られた触媒の重量を基準にして5〜80重量%のポリエステル
を含有することを特徴とする複金属シアン化物(DMC)触媒。 - 【請求項2】 複金属シアン化物化合物がヘキサシアノコバルト(III)
酸亜鉛であることを特徴とする請求項1に記載のDMC触媒。 - 【請求項3】 有機錯体配位子が、tert-ブタノールであることを特徴とす る請求項1に記載のDMC触媒。
- 【請求項4】 10〜60重量%の量のポリエステルを含有することを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載のDMC触媒。 - 【請求項5】 飽和または不飽和の脂肪族、脂環式または芳香族ジカルボン
酸を、ヒドロキシ基を有する二官能および/または三官能化合物と反応すること
によって、またはジオールおよび/またはトリオールによってラクトンを開環重
合することによって得られ、10,000未満の平均分子量を有する直鎖状または部分
分岐状ポリエステルを含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載
のDMC触媒。 - 【請求項6】 400〜6,000の平均分子量および28〜300mg KOH/gのOH価を有
するポリエステルを含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の
DMC触媒。 - 【請求項7】 過剰の金属塩を、有機錯体配位子およびポリエステルの存在
下、水溶液中で、金属シアン化物と反応させ、得られた触媒を単離、洗浄および
その後に乾燥させることを特徴する請求項1に記載のDMC触媒の製造方法。 - 【請求項8】 アルキレンオキシドを活性水素原子含有出発化合物と重付加
反応させることによってポリエーテルポリオールを製造するための請求項1に記
載のDMC触媒の使用。
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