JP2002522566A - ポリエーテルポリオールを製造するための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複金属シアン化物触媒Info
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Abstract
Description
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新規な複金属シアン化
物(DMC)触媒に関する。
出発化合物との重付加のための触媒として知られている(例えば、US 3 404 109
、US 3 829 505、US 3 941 849およびUS 5 158 922参照)。それらのDMC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、水酸化アルカリ金属のよう
な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
を特に減少することができる。そのようにして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、金属塩の水溶液と金属シアン化物塩の水溶液と
を、エーテルなどの有機錯体配位子の存在下で反応させることによって通常得ら
れる。典型的な触媒製造では、例えば、(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。触媒を濾取し、グライム水溶液で洗浄した後、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 700 949参照)。
97/40086 により知られているように、有機錯体配位子として(単独でまたはポ
リエーテルと併用して(EP 700 949, EP 761 708, WO 97/40086))tert-ブタノ
ールを用いたDMC触媒は、ポリエーテルポリオールの製造において末端に二重結
合を有する単官能性ポリエーテルの割合をいっそう減少させる。さらに、それら
のDMC触媒を用いると、アルキレンオキシドと適した出発化合物との重付加反応
における誘導時間を減少させ、かつ触媒活性を向上させる。 US 5 714 428 は、tert-ブタノールに加えて、デンプンのような炭水化物も含
むDMC触媒を記載する。
に利用され、既知の触媒と比べて向上した触媒活性を示す、より改良されたDM
C触媒を製造することであった。アルコキシル化時間を短縮することにより、経
済性の点からポリエーテルポリオールの製造プロセスを改良する。理想的には、
活性の向上の結果として、低濃度(25ppmまたはそれ未満)で触媒を使用で
き、極めて不経済な触媒の分離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。
テルポリオールの製造において極めて向上した活性を有することが見出された。
はe)1またはそれ以上の、複金属シアン化物化合物a)の調製からの式(I)
:M(X)nで表される、水溶性金属塩を、好ましくは5〜25重量%の量で、任
意に含みうる。式(I)中のMは、Zn(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)の金
属群から選択される。Zn(II)、Fe(II)、Co(II)およびNi(II)が特に好ま
しい。置換基Xは同一または異なって、好ましくは同一である、アニオンを表し
、好ましく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の群から選ばれる
。nの値は、1、2または3である。
溶性金属シアン化物塩との反応生成物である。
は一般式(I):M(X)nを有し、式中、Mは、Zn(II)、Fe(II)、Ni(II)、M
n(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)からなる金属群から選ばれる。Zn(II)、Fe(II)、Co(II)およびNi(I
I)が特に好ましい。置換基Xは同一または異なって、好ましくは同一である、ア
ニオンを表し、好ましく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の群
から選ばれる。nの値は、1、2または3である。
トン酸亜鉛、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。種々の水溶性金属塩の混合物も使用し
てもよい。
好ましくは一般式(II):(Y)aM'(CN)b(A)cを有し、式中、M'は、Fe(II)、Fe
(III)、Co(II)、Co(III)、Cr(II)、Cr(III)、Mn(II)、Mn(III)、
Ir(III)、Ni(II)、Rh(III)、Ru(II)、V(IV)およびV(V)からなる金
属群から選ばれる。M'は、特には、Co(II)、Co(III)、Fe(II)、Fe(III)
、Cr(III)、Ir(III)およびNi(II)からなる金属群から選ばれる。水溶性金
属シアン化物塩は、1またはそれ以上のそれらの金属を含有しうる。置換基Yは
同一または異なって、好ましくは同一である、アルカリ金属イオンまたはアルカ
リ土類金属イオンを表す。置換基Aは同一または異なって、好ましくは同一であ
る、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の群から選ばれるアニオン
を表す。a、bおよびcは整数であり、a、bおよびcの値は、金属シアン化物
塩が電気的中性になるように選択され、aは好ましくは1、2、3または4であ
り、bは好ましくは4、5または6であり、cは好ましくは0である。好適な水
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。
I) Mx[M'x'(CN)y]z で表される化合物であり、 式中のMは式(I)で定義されたものと同じであり M'は、式(II)で定義されたものと同じであり x、x'、yおよびzは整数であり、複金属シアン化物化合物が電気的中性になるよ
うに選択される。 好ましくは、 x=3、x'=1、y=6およびz=2、 M=Zn(II)、Fe(II)、Co(II)またはNi(II)および M'=Co(III)、Fe(III)、Cr(III)またはIr(III)である。
I)酸亜鉛、ヘキサシアノイリジウム(III)酸亜鉛、ヘキサシアノ鉄(III)酸
亜鉛およびヘキサシアノコバルト(III)酸コバルト(II)がある。好適な複金
属シアン化物化合物のさらなる例は、例えばUS 5 158 922(第8欄第29〜66
行)に見出される。ヘキサシアノコバルト(III)酸亜鉛の使用は、特に好まし
い。
り、先行技術において詳細に記載される(例えば、US 5 158 922、特に第6欄第
9〜65行、US 3 404 109、US 3 829 505、US 3 941 849、EP 700 949、EP 761
708、JP 4 145 123、US 5 470 813、EP 743 093およびWO 97/40086参照)。好
ましい有機錯体配位子は、複金属シアン化物化合物a)と錯体を形成することが
できる、酸素、窒素、リンまたは硫黄のようなへテロ原子を有する水溶性有機化
合物である。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
混合物である。好ましい有機錯体配位子は、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-ブタノールのような
水溶性脂肪族アルコールである。tert-ブタノールが、特に好ましい。
直後に加えられる。有機錯体配位子は通常、過剰で用いられる。
0重量%の量の複金属シアン化物化合物a)、および最終触媒量の0.5〜30
重量%、好ましくは1〜25重量%の量の有機錯体配位子b)を含有する。本発
明のDMC触媒は、通常、最終触媒量の5〜80重量%、好ましくは10〜60
重量%の量のグリコシドを含有する。
結合を介して酸素原子により炭水化物のヘミアセタール炭素原子と結合し、完全
なアセタールを形成するグリコシドが、本発明の触媒の製造のために好適である
。
ラビノース、キシロースまたはリボースのような単糖類、蔗糖または麦芽糖のよ
うな二糖類、およびデンプンのようなオリゴまたは多糖類が、好適である。
炭化水素基であり、好ましくはアラルキルおよびアルキル基であり、特には1〜
30の炭素原子を有するアルキル基である。
、アルキルポリグリコシドは一般的に、炭水化物とメタノール、エタノール、プ
ロパノールおよびブタノールのようなアルコールとの反応により、または酸存在
下で短鎖アルキルグリコシドと8〜20の炭素原子を有する脂肪族アルコールと
のアセタール交換により、得られる。
単位がグルコースであるアルキルポリグリコシドが、特に好ましい。
edia of Chemical Technology"、第4巻、第4版、1992年、第916頁以降
、"Roempp, Lexikon Chemie"、第10版、Stuttgart/New York、1996年、An
gewandte Chemie 110、第1394〜1412頁(1998年)に詳細に記載さ
れている。 前記のグリコシドの所望の混合物も使用され得る。
の抽出除去後の重量決定によって行われる。
分析は、通常、粉末X線回折により行われる。
I)のものと、金属シアン化物塩、特に式(II)のものと、β)グリコシド以外
の有機錯体配位子b)、およびγ)グリコシドとを反応させることによって行わ
れる。
化物塩に対して少なくとも50モル%)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、有機錯体配位子
b)(例えば、tert-ブタノール)の存在下でまず反応させ、複金属シアン化物
化合物a)(例えば、ヘキサシアノコバルト酸亜鉛)、水d)、過剰の金属塩e
)および有機錯体配位子b)を含む懸濁液を形成する。
溶液中に存在してもよく、または複金属シアン化物化合物a)の析出後に得られ
る懸濁液に直接添加してもよい。水溶液と有機錯体配位子b)とを、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、得られた懸濁液は
通常、グリコシドc)で処理する。好ましくは、グリコシドc)を、水と有機錯
体配位子b)との混合物中で使用する。
単離する。好ましい変法としては、次いで、単離した触媒を有機錯体配位子b)
の水溶液で洗う(例えば、再懸濁し、次いで遠心分離または濾過によって再度単
離する)。この方法により、例えば、本発明の触媒から塩化カリウムのような水
溶性の副生成物を取り除くことができる。
80重量%である。さらに、洗浄水溶液に、好ましくは全溶液に対して0.5〜
5重量%の範囲内のグリコシドを添加することも有利である。
処理を繰り返してもよい。しかしながら、さらなる洗浄処理のために、非水溶液
、例えば有機錯体配位子およびグリコシドの混合物を使用することが好ましい。
般に圧力0.1mbar〜常圧(1013mbar)で乾燥する。
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方法に本発明のDMC
触媒を使用することにも、関する。
レンオキシドおよびそれらの混合物を使用することが好ましい。ポリマー鎖の合
成は、アルコキシル化によって行われ、例えば、単一のモノマーエポキシド、ま
たは2もしくは3つの異なるモノマーエポキシドをランダムにまたはブロックで
用いて行われ得る。さらなる詳細は、"Ullmanns Encyclopaedie der industriel
len Chemie"、英語版、1992年、A21巻、第670〜671頁に記載されている。
ヒドロキシル基を有する化合物が好ましく使用される。挙げられる例は、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、分解デンプンおよび水である。
量出発化合物から通常のアルカリ触媒によって調製され、分子量200〜200
0を有するオリゴマーアルコキシル化生成物であるものである。
化合物との重付加は、一般に20〜200℃の温度で、好ましくは40〜180
℃の範囲内で、特に50〜150℃の温度で行われる。反応は、全圧0〜20b
arで行うことができる。重付加を、無溶媒でまたはトルエンおよび/またはT
HFのような不活性有機溶媒中で、行うことができる。溶媒の量は、通常、製造
されるポリエーテルポリオールの量の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の量の0.0
005〜1重量%の範囲内、好ましくは0.001〜0.1重量%の範囲内、特
に0.001〜0.0025重量%の範囲内である。
〜100,000g/molの範囲内、好ましくは1000〜50,000g/m
olの範囲内、特に2000〜20,000g/molの範囲内である。
実施することができる。
プンを含む既知のDMC触媒と比較して、ポリエーテルポリオールの製造におけ
るアルコキシル化時間を典型的に55〜85%短縮する。ポリエーテルポリオー
ルの製造における誘導時間は、典型的に25〜50%短縮する。この結果、ポリ
エーテルポリオール製造の全反応時間が短縮し、経済性の点においてプロセスが
改良される。
るポリエーテルポリオールの量に対して25ppmまたはそれ以下)で使用する
ことができる。本発明の触媒存在下で製造されたポリエーテルポリオールをポリ
ウレタンの製造に使用すると(Kunststoffhandbuch、第7巻、Polyurethane、第3
版、1993年、第25〜32頁および第57〜67頁)、得られるポリウレタン生成物の品
質に悪影響を与えることなく、ポリエーテルポリオールから触媒の除去を不要に
することができる。
のではない。
70ml中ヘキサシアノコバルト酸カリウム4g(12mmol)水溶液に、激
しく撹拌しながら(24,000rpm)、添加した。その直後に、tert-ブタノ
ール50gと蒸留水50gの混合物を、形成さ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(24,000rpm)。次いで、C8-14-アルキル
ポリグルコシド Glucopon(登録商標) 650 EC(Henkel)1g、tert-ブタノール
1gおよび蒸留水100gの混合物を添加し、攪拌(1000rpm)を3分間
続けた。固体物を濾過により単離し、次いでtert-ブタノール70g、蒸留水3
0gおよび上記のアルキルポリグルコシド1gの混合物を用いて10分間撹拌し
(10,000rpm)、再び濾過した。最後に、その混合物を、tert-ブタノー
ル100gおよび上記のアルキルポリグルコシド0.5gの混合物を用いて、さ
らに10分間攪拌した(10,000rpm)。濾過後、触媒が恒量に達するま
で、常圧下50℃で乾燥した。
ルコシド=33.2%
キルポリグルコシド Glucopon(登録商標) 600 CS UP(Henkel)を使用した以外
は、実施例1の手順に従った。
ルキルポリグルコシド=19.0%
キルポリグルコシド Glucopon(登録商標) 215 CS UP(Henkel)を使用した以外
は、実施例1の手順に従った。
キルポリグルコシド=20.4%
) 蒸留水20ml中塩化亜鉛12.5g(91.5mmol)水溶液を、激しく
撹拌しながら(24,000rpm)、蒸留水70ml中ヘキサシアノコバルト
酸カリウム4g(12mmol)水溶液に添加した。その直後に、tert-ブタノ
ール50gと蒸留水50gの混合物を、得られた懸濁液に添加し、次いで激しい
攪拌(24,000rpm)を10分間行った。次いで、デンプン(Aldrich)1
g、tert-ブタノール1gおよび蒸留水100gの混合物を添加し、攪拌(10
00rpm)を3分間行った。固体物を濾過により単離し、次いで、tert-ブタ
ノール70g、蒸留水30gおよびデンプン1gの混合物を用いて10分間撹拌
し(10,000rpm)、再度濾過した。最後に、tert-ブタノール100gお
よびデンプン0.5gの混合物を用いて、さらに10分間撹拌した(10,00
0rpm)。濾過後、触媒が恒量に達するまで、常圧下50℃で乾燥した。
ン=35.8%
0gおよび触媒4〜20mg(製造されるポリオールの量に対して20〜100
ppm)を、まず保護ガス(アルゴン)下の500ml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5g)を一
度に、全圧が2.5barに上昇するまで供給した。反応器において圧力降下の
促進が観察されるときまでは、さらにプロピレンオキシドを供給しなかった。そ
の圧力降下の促進は、触媒が活性化したことを意味する。次いで、残りのプロピ
レンオキシド(145g)を、2.5barの一定圧力で連続的に供給した。プ
ロピレンオキシドの供給を終了し、引き続き105℃で反応時間が2時間経過し
た後、揮発分を90℃(1mbar)で留去し、次いで、室温まで冷却した。
よって特徴づけられた。 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))によって監視した。誘導時間は、時間−転化率曲線上の最
も勾配の大きい地点での接線と曲線から外挿したベースラインとの交点から決定
した。触媒活性の決定に重要なプロポキシル化時間は、触媒活性化(即ち誘導時
間の終了時点)からプロピレンオキシドの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。
機錯体配位子(tert-ブタノール)とグリコシドとを含有する本発明のDMC触
媒を用いたポリエーテルポリオールの製造では、有機錯体配位子(tert-ブタノ
ール)とデンプンとを含有するDMC触媒(US 5 714 428に記載)の場合と比べ
て誘導時間が著しく短縮し、かつ本発明の触媒は、同時に、極めて向上した活性
を保持する(このことは、プロポキシル化時間が十分に短縮していることから示
される)。そのうえ、本発明の触媒を用いると、得られるポリオールの二重結合
含量が極めて減少する。
ppmである。
性が著しく高いため、ポリエーテルポリオールの製造において低濃度で使用でき
、ポリオールから触媒の除去を不要にすることができる。
Claims (10)
- 【請求項1】 a)1またはそれ以上の複金属シアン化物化合物、 b)1またはそれ以上のc)以外の有機錯体配位子、および c)1またはそれ以上のグリコシド を含有する複金属シアン化物(DMC)触媒。
- 【請求項2】 d)水および/またはe)水溶性金属塩を、さらに含有する
請求項1記載のDMC触媒。 - 【請求項3】 複金属シアン化物化合物がヘキサシアノコバルト(III)酸
亜鉛である請求項1または2記載のDMC触媒。 - 【請求項4】 有機錯体配位子がtert-ブタノールである請求項1〜3のい
ずれかに記載のDMC触媒。 - 【請求項5】 グリコシドを5〜80重量%、好ましくは10〜60重量%
含有する請求項1〜4のいずれかに記載のDMC触媒。 - 【請求項6】 グリコシドがアルキルポリグリコシドである請求項1〜5の
いずれかに記載のDMC触媒。 - 【請求項7】 i)α)金属塩と金属シアン化物塩、 β)グリコシド以外の有機錯体配位子、および γ)グリコシド とを水溶液中で反応させ ii)工程i)で得られた触媒を単離、洗浄および乾燥する 工程を含んでなる、請求項1〜6のいずれかに記載のDMC触媒の製造方法。
- 【請求項8】 1またはそれ以上の請求項1〜6のいずれかに記載のDMC
触媒存在下で、アルキレンオキシドと活性水素原子含有出発化合物とを重付加さ
せることからなるポリエーテルポリオールの製造方法。 - 【請求項9】 請求項8記載の方法で製造することができるポリエーテルポ
リオール。 - 【請求項10】 アルキレンオキシドと活性水素原子含有出発化合物とを重
付加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1またはそれ
以上の請求項1〜6のいずれかに記載のDMC触媒の使用。
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