JP2001520209A - 低色トリメチロールプロパン製造のためのプロセス改良 - Google Patents
低色トリメチロールプロパン製造のためのプロセス改良Info
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Abstract
Description
ow color)の粗製TMPを得ることに関する。
中では互換性をもって“低色”という)粗製トリメチロールプロパン(TMP)
を得るための方法に関する。
酸化アルカリ、たとえば苛性アルカリ溶液の存在下で縮合反応および交差カニッ
ツァーロ反応させることにより製造される。反応溶液からのTMPの分離は、生
成物をこの水溶液とTMPに対する有機溶媒、たとえば酢酸エチル、イソブタノ
ール、酢酸ブチルなどとの間で分配することにより行うことができる。次いで有
機相からたとえば蒸留によりTMPを分離する。有機相からTMPを分離し、さ
らにTMPから苛性アルカリを分離するための他の方法は、第2溶媒、すなわち
TMPがそれに不溶性である溶媒を、水相の分離には十分であるが、TMPが分
離するには不十分な量で添加し、水層を分離し、次いで第1溶媒を蒸留により除
去するものである。一般に第2溶媒は非極性溶媒、たとえばキシレンである。こ
のTMP/第2有機溶媒混合物を沈静させ、分離したTMPをデカンテーション
により分離する。パーマーらの米国特許第3,956,406号参照。これらの
方法では、一般に約5〜10ガードナー単位(Gardner Unit,GU
)の酸洗浄色(acid wash color)または約100〜300AP
HAの無水フタル酸色(phthalic anhydride color)
をもつ生成物が得られる。従来、当技術分野では、TMP製造反応中に生成した
呈色不純物を抽出、浸出またはさらに精製することにより、反応色の低いTMP
を得ていた。
色不純物を抽出する方法を開示している。この方法は、精製した最終TMPを、
その呈色体は可溶性であるが、TMPは可溶性でない有機溶媒で抽出することよ
りなる。この抽出の結果、3ガードナー単位以下の酸洗浄色をもつTMP生成物
が約85%以上の収率で得られると報告されている。この可溶性生成物の無水フ
タル酸色は約100APHA未満であることも報告されている。
機溶媒で抽出し、次いで抽出液を硫酸で洗浄し、その反応色を比色計で監視して
ガードナー単位(GU)値を求めることにより測定される。TMP試料の純度は
一般に(再)結晶化法などによって高められる。再結晶ではホルムアルデヒドと
ブチルアルデヒドの反応により生成した塩類を除去することはできるが、TMP
生成物中にみられる呈色不純物は必ずしも除去できない。パーマー(米国特許第
3,956,406号)はTMPの試料純度を高めることを目標とし、一方シェ
ン(米国特許第5,603,835号)はTMPの色の向上を目標とした。米国
特許第3,956,406号と米国特許第5,603,835号は共に、目的T
MPを得るための抽出型方法によるものである。
かし多くの用途にとって、可能な限り低い酸洗浄色(または他の色分析)をもつ
TMP生成物を得ること、かつこの低い色を経済的にみて効率的方法で得ること
が望ましい。したがって当技術分野では、低色TMPを得る方法が常に探索され
ている。
とも30%の収率で得る方法を開示する。TMPは一般に、n−ブチルアルデヒ
ドとホルムアルデヒドをアルカリ溶液中で縮合させることにより製造される。次
いで混合物を抽出器に装入する。高濃度の低色粗製TMPが抽出相中に存在し、
高温の溶媒/水/TMP流を抽出器から取り出し、水を追加して、または追加せ
ずに混合物を冷却し、そして相分離させることにより、これを得ることができる
のが見出された。相を分離すると、一般に5未満の酸洗浄色をもつTMPが水相
から回収される。有機相からの追加TMPまたは低色TMPの回収は任意である
。本発明方法により得られるTMPはまた、一般に約100APHA未満、最も
多くの場合0.1〜50APHAの無水フタル酸色をもつ。従来法と異なり、本
発明方法は低色の、固体でない最終生成物TMPを得て、これを次いで常法によ
りさらに抽出、浸出または精製するものである。粗製TMPとは、本発明により
処理した後(すなわち抽出および蒸留の後)に得られるTMPを意味する。
び自然色ならびに100APHA未満(最も一般的には0〜50APHA)の無
水フタル酸色をもつTMPを得るための方法が提供される。本方法は、有機溶媒
および水の中におけるTMPの1相溶液から、溶液を少なくとも2つの別個の相
に分離させ、そして有機相または水相からトリメチロールプロパンを回収するこ
とにより、トリメチロールプロパンを回収することを含む。
水酸化ナトリウムの存在下で反応させることにより製造される。ギ酸塩(水酸化
ナトリウムを用いた場合はギ酸ナトリウム)がTMPとの同時生成物として生成
する。過剰の塩基を中和した後、ギ酸および中和した塩基を含有する水溶液から
、一般に溶媒抽出法により、たとえば酢酸エチル、イソブタノール、酢酸ブチル
などの溶媒を用いてTMPを回収できる。次いでたとえば蒸留により、有機溶媒
相からTMPを分離する。
相分離し、両相をさらに処理できることが、今回見出された。約150°F(6
6℃)より高い操作温度ではTMPが抽出器カラム内で有機溶媒と水を含む1相
中に存在することを見出した。さらに、より低い温度で有機抽出器流から水相を
分離することによって低色TMPが得られることを見出した。混合物を冷却して
、相分離させる。次いで低色TMPを水相から単離することができる。
MPの回収可能な量が増加することが見出された。
在する他の成分を含む1相である。一般にTMPは抽出器内でプロセス温度約3
2〜212°F(0〜100℃)、最も好ましくは、約77〜122°F(25
〜50℃)に冷却され、溶媒混合物から分離される。抽出器内の有機溶媒には、
ジエチルエーテル、メチルt−ブチルエーテル、ジプロピルエーテル、エチルt
−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DIGLYME)
、酢酸エチル、イソブタノール、酢酸ブチル、およびエチレングリコールまたは
プロピレングリコールとC1〜C4酸とのエステルなどの化合物が含まれる。好ま
しい溶媒には、ジエチルエーテル、メチルt−ブチルエーテルおよび酢酸エチル
が含まれ、最も好ましいものはメチルt−ブチルエーテルおよび酢酸エチルであ
る。一般に、相分離を高め、水相の体積を増加させるのに十分な量の水を、TM
P含有流に添加する。これは一般に全体積に対し約1〜4%の水を添加すると起
きる。
O、MCF、NPG、BMLF、DTMP、MELF、水、および約3%の未同
定物を含む。 略号: EPDO−2−エチル−1,3−プロパンジオール MCF−TMPの単環式ホルマール NPG−ネオペンチルグリコール BMLF−TMPのビス(モノ線状)ホルマール DTMP−ジトリメチロールプロパン MELF−TMPのメチル(モノ線状)ホルマール 抽出後、高温のTMP流を冷却し、所望により水を添加する。次いで有機相は
回収システム内を進み、水相は仕上げシステム内を進む。TMPを水相から常法
により回収する。
物を含有するデカントした水性流が4段階サイクルを経る。カラム1は水−有機
溶媒ストリッパーカラムを用いるものであり、ここでは流れを大気圧下でオーバ
ーヘッド温度約140〜158°F(60〜70℃)、底部温度約248〜26
6°F(185〜195℃)において、カラムの頂部に供給することが好ましい
。
カラムまたはカラム2と表示する第2カラムへ向ける。カラム2については、約
6mmHgの圧力、ならびに予熱器温度約158〜176°F(70〜80℃)
、オーバーヘッド温度約365〜383°F(185〜195℃)、および底部
温度約401〜419°F(205〜215℃)で、カラムの頂部に流れを供給
することが好ましい。この第2カラムは一般に、プロセスから重質最終成分(た
とえばDTMP、BMLF)を分離するためのものである。
れ、カラム3のほぼ中間に進入する。これはTMPをさらに濃縮し、存在する残
留重質最終不純物を除去するためのものである。一般に約1mmHgの真空圧、
カラムのオーバーヘッド温度約284〜320°F(140〜160℃)、およ
び底部温度約401〜419°F(205〜215℃)で、生成物をオーバーヘ
ッドとして取り出す。重質最終成分を残留物としてカラム3から取り出し、オー
バーヘッドは主にTMPを含有し、その後の処理に用いられる。
物除去のための軽質最終成分除去(仕上げ)カラムに進入する。最終の低色TM
Pをカラム4から残留物流として採集し、軽質最終不純物(これにはMCF、E
PDO、NPGが含まれる)をオーバーヘッド流として取り出す。一般に、約1
mmHgの真空圧、カラムのオーバーヘッド温度約284〜320°F(140
〜160℃)、および底部温度約401〜419°F(205〜215℃)で、
TMPを残留物流として取り出す。
終TMP生成物の色は、5GU未満、一般に3GU未満であると測定された。
きる。約98%TMPが抽出流の有機相から回収された。粗製低色TMPの回収
率は、水の追加により、および/または抽出器流もしくは有機相の温度をさらに
低下させることにより、高めることができる。
伴う従来の商業的方法で最終生成物として得られたTMPである 上記で用いた単位:AW色=GU;PA(w/o 窒素吹付け)=GU 略号:Aq=水性;有機=酢酸エチル有機相;AW=酸洗浄;NC=自然色;
PA=無水フタル酸色;CA=市販 ガードナー単位とAPHA単位の対応を表IIに示す。
チ抽出または連続抽出のいずれも有利に採用できるが、本発明方法は好ましくは
内部循環流を用いる連続抽出により実施される。
および段階数が含まれる。たとえば、回収率は温度の低下または水添加の増加に
伴って高まる。
action)は、約32°F(0℃)〜約212°F(100℃)、好ましく
は、約77°F(25℃)〜約122°F(50℃)において実施できる。低色
TMPを、水相から最高約100%、好ましくは約30〜約50%の収率で回収
できる。
り、TMP生成物の一部を反応色の低いTMPとして回収することを記載する。
さらに温度低下および/または水の追加により反応色の低いTMPの回収体積を
増加させるための任意操作については、先に述べた。さらに、1相操作を多段階
相分離操作に拡張すると、回収率が有意に高まるであろう。多段階抽出器内で抽
出器流を向流抽出すると、反応色の低いTMPの回収体積が有意に増加するであ
ろう。向流抽出器は、90%以上のTMPが反応色の低い生成物として回収され
るように設計できる。多段階抽出法の態様では、第1抽出器で冷却した後、有機
相を第2抽出器へ前進させる。その際、第2抽出器は多段階向流抽出器である。
この有機相を水と接触させ、これにより低色TMPをさらに抽出する。所望によ
り、たとえば蒸発により若干の溶媒を分離して、多段階抽出への有機相供給率を
低下させることができる。
種をトルエンでTMPから抽出し、このトルエンを硫酸と反応させる。生じる色
を比色計によりガードナー単位で測定する。
より測定される。得られたポリマーは発色し、これを比色計によりAPHA単位
またはガードナー単位で測定する。
重量%TMP溶液であり、APHA単位で報告される。色試験 TMPの酸洗浄色は、硫酸洗浄色試験により測定される。この試験では、溶融
TMPをトルエンまたはシクロヘキサンで抽出し、次いで抽出液を硫酸で洗浄す
る。反応色を比色計によりガードナー単位で監視する。
Lab Tristimulus Colorimeter)(カラークエスト
(ColorQuest)#C4188)およびソフトウェア(#CMR−88
4)を用いる。ASTM標準液を、ASTM法D 1544−80に従う検量に
用いる; b.セルのサイズ 色はセルのサイズに依存することが示されている。色分析に10mmのセルを
用いた; c.振とう 色はトルエン抽出液を酸と共に振とうする強さに依存する。相を確実に十分に
混合するには、激しい振とうが必要である; 1.20gのTMP(精度0.1g、結晶または溶融)を200mlの風袋秤
量済みビーカーに添加する。80gの試薬用トルエン(酸洗浄色、約1ガードナ
ー単位)を添加する; 2.溶液を急速撹拌しながら60℃に5分間加熱する。磁気撹拌棒を用いる。
60℃においてTMPがすべて溶融した時点で計時を開始する; 3.75ml(+/−1ml)のトルエン層を250mlの分液漏斗に装入す
る(デカントまたはピペット)。25ml(+/−1ml)の濃硫酸をメスシリ
ンダーで分液漏斗に添加する。分液漏斗を30秒間激しく振とうして、異なる相
を確実に十分に混合する。4分間、溶液を相分離させる。溶液は約45+/−2
℃の温度を示すべきである。酸層(底)をデカントする; 4.10mm*のセルを満たすのに十分な量の酸層を添加する。ハンター・ラ ボ3刺激比色計で色を記録する。特別なプログラム(カラークエスト#C418
8)を用いて、データを最も近似する数値のガードナー単位で記録する。このソ
フトウェアはスペクトル透過率データからの色度座標をガードナー単位に換算す
る。比色計は、ASTM標準溶液(たとえばK2PtCl6)およびカラーディス
クを用いて検量される; * 比色計の代わりにガードナー管およびコンパレーターを使用できる。PA色試験 この試験法は、試料を無水フタル酸により反応温度200℃で反応時間30分
間処理した際に発現する色の強度を測定する方法を記載する。装置 1.ガードナー/ヘリッジ・バーニッシュ(Hellige Varnish)
カラーコンパレーター 2.10mm*ガードナー試験管 3.ろう浴またはパラフィン浴−温度を200℃±5℃に効率的に制御できる撹
拌式恒温ろう浴 4.振動式ミキサー 5.タイマー試薬 無水フタル酸(99%) 注釈:無水フタル酸の品質が呈色反応に影響を与える可能性がある。アルドリッ
チ銘柄の無水フタル酸を推奨する。方法 1.3.00gの試料を試験管に入れ、3.00gの無水フタル酸試薬を添加
する。試験管をコルク栓でゆるくシールする; 2.試験管を200℃±5℃に維持したろう浴中に吊るす。タイマーを30分
に設定する。溶液が溶融して透明になるまで(約10分間)試験管をろう浴中に
保持する。この時点で手袋をはめて試料を浴から取り出し、余分なろうを拭き取
る。直ちに試験管を振動式ミキサーに入れ、20秒間または試料が十分に混合さ
れるまで、撹拌する。すべての試料についてこの操作を繰り返す; 3.混合後、30分間の反応時間が完了するまで、試験管をろう浴に入れてお
く。反応時間終了時に試料を取り出し、余分なろうを拭き取る; 4.試料を室温にまで放冷し、30分間おく; 5.試料試験管の外側を拭いて、試料の調製や反応から残留する物質を除去す
る; 6.試料試験管をカラーコンパレーター装置に装入し、試料の色を標準色のい
ずれかと合わせることにより、試料の色を読み取る*; * カラーコンパレーターの代わりにシェンらに従ってバウシュ・アンド・ロ ム(Bausch and Lomb)、スペクトロニック(Spectron
ic)20を用いると、APHA値が得られる。自然色試験(Pt/Co) 装置:1)ハンター・ラボ3刺激比色計(カラークエスト)およびコンピュー
ター。2)比色計セル、光路長さ20mm試薬および材料 1.計測器ブランクとして用いるためのタイプI脱イオン水 2.計測器のゼロ透過率を設定するための黒色カード 3.コバルト白金カラー標準方法 1.まず装置(すなわち比色計)を標準化する; 2.下記に従ってTMPを色分析用に調製する:TMP(10%溶液) 1.10mLの熱TMPを、温水90mL入りの100mLメスシリンダーに
注入する; 2.メスシリンダーに栓をし、均質溶液が生成するまで試料を振とうする; 3.試料を比色計で分析する。
割合はすべて重量による。 実施例実施例1 精製TMPの反応色を下記の方法で低下させた。17,000gの30%粗製
TMP、60%酢酸エチルおよび10%H2O溶液を149°F(65℃)から 77°F(25℃)に放冷した。室温に冷却すると、溶液は2層に分離した。7
7°F(25℃)で水層を有機層から分離した。次いで下記の方法でいずれかの
層からTMPを回収した。158°F(70℃)および1mmHgでの回転蒸発
(roto−evaporation)により溶媒を除去した。320°F(1
60℃)および1mmHgでのバッチ真空蒸留によって、純粋なTMP(>98
%)がオーバーヘッド生成物として得られた。水層から回収したTMPの酸洗浄
色は5ガードナー単位以下であった。これに対し有機層から得たTMPの酸洗浄
色は10ガードナー単位以下であった。
システムを用いて、有意に低い酸洗浄色のTMPを得た。
0%または70%)を、まず重質最終成分の除去、次いで真空蒸留による軽質最
終成分の除去により精製した。TMPが両層について残留物流として得られた。
付きオルダーショー(Oldershaw)カラムにより除去した。カラムに3
00mLのリボイラーを取り付けた。リボイラーのトレー10、トレー25およ
びトレー35にサーマルウェル(thermal well)を設置した。粗製
TMPをカラムのトレー10に4g/分で供給した。重質最終成分(BMLF、
DTMP)をカラムの底部から除去した。94%TMPおよび軽質最終不純物(
MCF、EPDO、NPG)を含有するオーバーヘッド流を、次いで300mL
のリボイラーを取り付けた35トレー、内径2インチのジャケット付きオルダー
ショーカラムに4g/分で供給した。リボイラーのトレー10、トレー25およ
びトレー35にサーマルウェルを設置した。軽質最終成分がオーバーヘッド流中
に除去され、純粋なTMPが底部から得られた。
流に添加し、混合物を104°F(40℃)で相分離させ、得られた各層を実施
例2に従って処理することにより、TMPを得た。
れるTMPの色分析を示す。
Claims (19)
- 【請求項1】 反応色の低いトリメチロールプロパン(TMP)を得るための
方法であって、有機溶媒および水の中におけるトリメチロールプロパンの加熱1
相溶液から、溶液を冷却して少なくとも2相に分離させ、そして水相からトリメ
チロールプロパンを回収して、粗製トリメチロールプロパンを回収することを含
む方法。 - 【請求項2】 回収したTMPが約5ガードナー単位以下の酸洗浄色をもつ、
請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 得られた回収TMPが3ガードナー単位以下の酸洗浄色および
70APHA以下の無水フタル酸色をもつ、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 回収TMPが1ガードナー単位以下の酸洗浄色および50AP
HA以下の無水フタル酸色をもつ、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 回収TMPが5ガードナー単位未満の無水フタル酸色および1
00APHA未満の自然色をもつ、請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 有機溶媒がジエチルエーテル、メチルt−ブチルエーテル、ジ
プロピルエーテル、エチルt−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチル
エーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、イソブタノール、およびエチレングリコー
ルまたはプロピレングリコールとC1〜C4酸とのエステルよりなる群から選択さ
れる、請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 有機溶媒が酢酸エチル、ジエチルエーテル、メチルt−ブチル
エーテルである、請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 溶媒が酢酸エチルである、請求項7記載の方法。
- 【請求項9】 TMPを水相から単離する、請求項1記載の方法。
- 【請求項10】 高温のTMP/有機/水相を約32〜212°F(0〜10
0℃)に冷却して分離する、請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 高温のTMP/有機/水相を約32〜176°F(0〜80
℃)に冷却して分離する、請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 高温のTMP/有機/水相を約77〜122°F(25〜5
0℃)に冷却して分離する、請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 TMPを有機相から単離する、請求項1記載の方法。
- 【請求項14】 確実に相分離するのに十分な量の水を有機相に添加する、請
求項1記載の方法。 - 【請求項15】 約1〜4重量%の水を有機相に添加する、請求項14記載の
方法。 - 【請求項16】 TMP/有機/水混合物を相分離させるために1段階抽出器
を使用する、請求項1記載の方法。 - 【請求項17】 TMP/有機/水混合物を相分離させるために多段階抽出器
を使用する、請求項1記載の方法。 - 【請求項18】 TMP/有機/水混合物を相分離させるために、少なくとも
1つの1段階抽出器および少なくとも1つの多段階抽出器を使用する、請求項1
記載の方法。 - 【請求項19】 多段階抽出器に進入する前に若干の有機溶媒を分離する、請
求項18記載の方法。
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