JP2003526714A - ポリエーテルポリオールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
用いられる。公知のポリエーテルポリオールの製造は、通常、アルキレンオキシ
ドから、短鎖開始剤の存在下に、複数種類の触媒、例えば塩基、撥水性二重層水
酸化物、酸性もしくはルイス酸組成物、有機金属化合物または複金属シアン化物
錯体を用いて行われる。
は、高分子量とする必要があり、オキシアルキル化に長時間を有するポリエーテ
ルポリオール軟質フォームの製造に特に適している。複金属シアン化物錯体触媒
を用いることにより、製造コストを低下させつつ、高品質ポリエーテルポリオー
ル(これを加工するとほとんど無臭のポリウレタンフォームが得られるため高品
質という)が得られる。臭いを有する物質や不飽和成分を生成する等の二次的な
反応はほとんど起こらないことが文献に記載されている。
不可能となってしまう。複金属シアン化物錯体の触媒作用によるポリエーテルポ
リオールの製造が標準的な攪拌重合容器で行われる場合、アルキレンオキシドの
導入速度は、熱交換器の熱除去速度により制限される。
し、理想的な混合を行う反応器が提案されている。ポリエーテルポリオールが熱
交換器の循環流に供給され、エチレンオキシドが反応器に導入される。エチレン
オキシドと液体層の混合はノズルにより行われる。
であること、ポンプにより不均一触媒に機械的損傷がもたらされる危険性のある
ことである。更に、高反応性エチレンオキシドを反応器に導入し、反応器中で冷
却コイルを使用することにより熱を除去する場合は、特に熱交換面積が小さいた
めに充填割合が低下し非常に不十分となる。この結果、反応速度が高いことによ
り過熱が生じ、生成物に損傷を与えることがある。この状況は貯蔵器における混
合が不十分であると更に悪化する可能性がある。コイル状パイプが冷却用貯蔵器
中に設けられる場合にも、熱交換面が小さくなるために充填割合が低く非常に非
効率となってしまう。
されている。ポリエーテルポリオールが、ポンプにより熱交換器を経て循環され
、ノズルを介して給送される。これにより、大きな液体表面が得られる。エチレ
ンオキシドとポリエーテルポリオールがそれぞれノズルを介して同時に給送され
る。大きな表面積を有することにより十分に大量の移送が行われ、従って高い反
応割合が得られる。
となり過ぎることが予想されるが、これにより生成物が損傷することがある。更
に、この場合にも熱を除去するために高循環速度が必要とされる。高循環速度が
不均一に分散された複金属シアン化物錯体による触媒に問題を与えないとは言え
ない。すなわち、損傷が生ずる危険性は防げられない。
、特にエトキシル化を行う場合に潜在的に危険である。エチレンオキシドは気相
で分解する傾向があり、これが反応器の破裂につながる可能性がある。一方、ポ
リエーテルポリオールまたはエチレンオキシドを液体に通過させる場合、複金属
シアン化物錯体が存在することにより、アルキレンオキシドの反応が高速で行わ
れることになる。
ている。同反応器は中央撹拌装置を有し、その周囲に熱交換器板体が配置されて
いる。内部には熱交換媒体が流動する同熱交換板体は、攪拌機の回転方向に、反
応器直径に対して0〜70°の角度を成すように配置されている。生成の時点で
直接熱を除去することにより、高生産性、高品質および触媒消費率低下が確実に
行われる。EP−B−0633060号公報における反応器は、激しい発熱接触
水素化反応用に特に好ましいとして提案されている。
的な反応が高割合で生ずることを回避し、高品質を確保しつつ、複金属シアン化
物錯体触媒の存在下にポリエーテルポリオールを簡単な装置を用いて製造する方
法を提供することをその目的とする。
存在下にジオールまたはポリオールと、エチレンオキシド、プロピレンオキシド
、ブチレンオキシドまたはこれらの混合物とを反応させることによりポリエーテ
ルポリオールを製造する方法により解決されることが本発明者等により見出され
た。
。
部熱交換器を有する攪拌重合反応器中で行われる。外部熱交換器で熱を除去する
ため、反応器の寸法により熱交換器の面積に制限が加えられることがない。
体触媒を用いると、熱交換器および循環パイプに触媒が析出すること、および循
環の結果、触媒に機械的損傷が与えられる、という不都合が生ずることがある。
は起こらないことが見出された。
形工程の結果、従来、懸濁状態の不均一触媒の場合に見られた触媒の機械的損傷
が観察されない。
を有する、縦型の、特に円筒形反応器が好適に用いられる。攪拌重合容器におい
て、出発原料を液体反応混合物に導入する。反応混合物は、ポンプを用いた外部
熱交換器を経て循環される。
この種のポンプでは、ねじ山側部が特殊形状を有するため、軸部が密閉室を形成
し、軸部の回転により、内容物が軸方向に、ポンプの吸引側から加圧側に完全に
連続的に放出される。スクリューポンプは、反応の過程で変化する粘度とは無関
係に給送が可能であるという利点を有する。結果的に、反応のどの時点において
も十分な熱の除去が確実に行われる。
またはコイルの形状であることが特に好ましい。コイル形状の熱交換器を用いる
と、触媒が機械的ストレスをより受けにくいために有効である。従って、この種
の熱交換器は分散液の製造に適している。
ようにポンプ給送を調節すると好ましい。反応混合物における複金属シアン化物
錯体触媒の濃度を、反応器中に得られた生成物の総量に対して<250ppm、
好ましくは<100ppm、特に好ましくは<50ppmに調節することが好ま
しい。この工程は、半バッチ式、すなわち反応器中に開始剤と触媒は始めから装
填しておき、アルキレンオキシドを計量給送する方法により行うと特に好ましい
。反応温度を制御可能とするために、反応熱を除去する。反応は80〜200℃
、1バール(1×105Pa)〜100バール(100×105Pa)で好まし
く行われる。
05Pa)で行われると特に好ましい。
形状のものを使用してもよいが、半結晶または結晶状のものが好ましく使用され
る。特に好ましくは、下式(I)
(II)、Co(II)、Sn(II)、Pb(II)、Fe(III)、Mo
(IV)、Mo(VI)、Al(III)、V(IV)、V(V)、Sr(II
)、W(IV)、W(VI)、Cu(II)、Cd(II)、Hg(II)、P
d(II)、Pt(II)、V(III)、Mg(II)、Ca(II)、Sr
(II)、Ba(II)およびCr(III)から成る群から選択される少なく
とも1種類の元素を、 M2が、Fe(II)、Fe(III)、Co(III)、Cr(III)、
Mn(II)、Mn(III)、Ir(III)、Rh(III)、Ru(II
)、V(IV)、V(V)、Co(II)およびCr(II)から成る群から選
択される少なくとも1種類の元素を、 L1がシアン化物、カルボニル、シアネート、イソシアネート、ニトリル、チ
オシアネートおよびニトロシルから成る群から選択される少なくとも1種類の配
位子を、 Xが蟻酸アニオン、酢酸アニオンまたはプロピオン酸アニオンを、 L2がアルコール、アルデヒド、ケトン、エーテル、ポリエーテル、エステル
、尿素誘導体、アミド、ニトリルおよび硫化物から成る群から選択される少なく
とも1種類の水溶性配位子をそれぞれ意味し、 a、b、d、e、fおよびgは、それぞれ0よりも大きい整数または分数であ
り、 c、hおよびiは、それぞれ0以上の整数または分数であり、 a、b、cおよびdは電気的に中性な状態が得られるように選択され、更に fおよびgも電気的に中性な状態が得られるように選択され、
いて 6.10ű0.04Å 5.17ű0.04Å 4.27ű0.02Å 3.78ű0.02Å 3.56ű0.02Å 3.004ű0.007Å 2.590ű0.006Å 2.354ű0.004Å 2.263ű0.004Å であり、
いて 5.20ű0.02Å 4.80ű0.02Å 3.75ű0.02Å 3.60ű0.02Å 3.46ű0.01Å 2.824ű0.008Å 2.769ű0.008Å 2.608ű0.007Å 2.398ű0.006Å であり、
d値において 5.59ű0.05Å 5.40ű0.04Å 4.08ű0.02Å 3.94ű0.02Å 3.76ű0.02Å 3.355ű0.008Å 3.009ű0.007Å 2.704ű0.006Å 2.381ű0.004Å であるか、または Xが酢酸アニオンを示す場合には単斜晶結晶構造を有する、複金属シアン化物
錯体触媒を用いると特に好ましい。
い。
る。熱交換器と大量の循環液を外部に配置することにより、反応器に温度勾配が
生ずることを実質的に完全に回避することができる。局所的過熱を回避すること
により、二次的な反応が実質的に抑制され、触媒の活性化が実質的に回避される
。
キレンオキシド給送割合が得られる。
却コイルを有するか、ジャケット冷却の行われる慣用の攪拌重合反応器により得
られた生成物に比べて、低粘度の生成物が得られるという顕著な利点が得られる
。外部熱交換器を有する攪拌重合容器を使用すると、595mPa.sの粘度を
有するポリエーテルポリオールが得られる。一方、ジャケット冷却を行い、他の
条件には変更を加えない場合の攪拌重合容器による方法では、827mPa.s
の粘度を有するポリエーテルポリオールが得られる。更に、外部熱交換器を有す
る攪拌重合反応器を用いた場合、対称的な分子量分布が得られる。高分子量成分
は観察されない。外部熱交換器を有する攪拌重合反応器を使用することにより、
不飽和成分含有率を0.061〜0.005meq/gに、シクロアセタール含
有率を6〜0.04ppmに減少させることが可能である。
成分を臭素化し、過剰の臭素をヨウ化カリウム溶液と反応させてヨウ素を沈殿さ
せた。沈殿したヨウ素をチオ硫酸塩溶液で滴定することにより、不飽和成分の含
有率(ミリ当量/g(meq/g))を測定する。
有量を測定すると、痕跡量m/e=130が観測された。
レンオキシドによりアルコキシル化することによりポリエーテルポリオールを得
た。内部冷却コイルを有する攪拌重合反応器においてKOHを触媒として使用す
ることにより、高分子量成分を有さない対称的分子量分布を得た。後処理後(中
性化)生成物の粘度は495mPa.s(25℃)、不飽和成分の含有率は0.
061meq/g、およびシクロアセタール含有率は1.7ppmであった。1
05kg/m3/時間の時空収量が得られた。
た。この場合もモル質量分布は対称的であったが、高分子量成分が検出された。
後処理後(中性化)生成物の粘度は503mPa.s(25℃)、不飽和成分の
含有率は0.060meq/g、およびシクロアセタール含有率は1.75pp
mであった。115kg/m3/時間の時空収量が得られた。
り製造されたZn−Co型の複金属シアン化錯体触媒に換えた。このため、ナト
リウム型の強酸イオン交換体、すなわちAmberlite(登録商標)252(Rohm &
Haas社製)7リットルを、長さ1m、容量7.7リットルのイオン交換カラムに
導入した。次いで、10%濃度の強塩酸を、一時間当たり2床分の容量の速度で
、排液中のナトリウム含有率が<1ppmとなった後9時間にわたり、交換体カ
ラムを通過させて、イオン交換体を酸性型に変換した。更に、イオン交換体を水
で洗浄した。この後、再生したイオン交換体を実質的にアルカリを含まないヘキ
サコバルト酸の製造に使用した。このため、0.24Mヘキサコバルト酸カリウ
ムの水溶液を、1時間当たり1床分の容量の速度でイオン交換体状を通過させた
。2.5床の容量の通過後、ヘキサコバルト酸カリウム溶液を水に換えた。これ
により得られた2.5床の容量は平均4.5質量%のヘキサコバルト酸含有率、
および<1ppmのアルカリ含有率を示した。
用割合:8.2質量%、Pluronic(登録商標)PE6200(エチレンオキシド−プロ
ピレンオキシドブロック共重合体、結晶組織の調節のために使用)の使用割合:
1.3質量%)を、まず20リットルの反応器に装填し、攪拌下に60℃に加熱
した。次いで、9956gのヘキサシアノコバルト酸溶液(コバルト含有率9g
/リットル、Pluronic(登録商標)PE6200の含有率:1.3質量%)を一定の攪
拌下に60℃にて20分間にわたり添加した。得られた懸濁液を60℃にて更に
60分間攪拌した。この後、得られた固体を濾別し、ケーキ状の固体を6回洗浄
した。湿潤したフィルターケーキを、次いで、モル質量400g/モルのポリプ
ロピレングリコールに分散させた。
る攪拌重合反応器中で行った。触媒の添加後、脱水およびプロピキシル化を減圧
下に1時間行った。高分子量成分を有さない、対称的分子量分布を得た。25℃
にて827mPa.sの粘度を得た。不飽和成分の含有率は0.0062のみ、
およびシクロアセタール含有率0.05ppmのみであった。時空収量は220
kg/m3/時間であった。
例3と同様の操作を繰り返した。比較例3に記載したように、高分子量成分を有
さない完全に対称的な分子量分布を得た。25℃における粘度は595mPa.
sであった。不飽和成分の含有率は0.0061、シクロアセタール含有率は0
.04であった。時空収量は290kg/m3/時間であった。従って、外部熱
交換機を用いることにより、より高い時空収量と、更に改善された品質が得られ
ている。
(II)、Co(II)、Sn(II)、Pb(II)、Fe(III)、Mo
(IV)、Mo(VI)、Al(III)、V(IV)、V(V)、Sr(II
)、W(IV)、W(VI)、Cu(II)、Cd(II)、Hg(II)、P
d(II)、Pt(II)、V(III)、Mg(II)、Ca(II)、Sr
(II)、Ba(II)およびCr(III)から成る群から選択される少なく
とも1種類の元素を、 M2が、Fe(II)、Fe(III)、Co(III)、Cr(III)、
Mn(II)、Mn(III)、Ir(III)、Rh(III)、Ru(II
)、V(IV)、V(V)、Co(II)およびCr(II)から成る群から選
択される少なくとも1種類の元素を、 L1がシアン化物、カルボニル、シアネート、イソシアネート、ニトリル、チ
オシアネートおよびニトロシルから成る群から選択される少なくとも1種類の配
位子を、 Xが蟻酸アニオン、酢酸アニオンまたはプロピオン酸アニオンを、 L2がアルコール、アルデヒド、ケトン、エーテル、ポリエーテル、エステル
、尿素誘導体、アミド、ニトリルおよび硫化物から成る群から選択される少なく
とも1種類の水溶性配位子をそれぞれ意味し、 a、b、d、e、fおよびgは、それぞれ0よりも大きい整数または分数であ
り、 c、hおよびiは、それぞれ0以上の整数または分数であり、 a、b、cおよびdは電気的に中性な状態が得られるように選択され、更に fおよびgも電気的に中性な状態が得られるように選択され、 Xが蟻酸アニオンを示す場合には、X線回折像の反射が、少なくともd値にお
いて 6.10ű0.04Å 5.17ű0.04Å 4.27ű0.02Å 3.78ű0.02Å 3.56ű0.02Å 3.004ű0.007Å 2.590ű0.006Å 2.354ű0.004Å 2.263ű0.004Å であり、 Xが酢酸アニオンを示す場合には、X線回折像の反射が、少なくともd値にお
いて 5.20ű0.02Å 4.80ű0.02Å 3.75ű0.02Å 3.60ű0.02Å 3.46ű0.01Å 2.824ű0.008Å 2.769ű0.008Å 2.608ű0.007Å 2.398ű0.006Å であり、 Xがプロピオン酸アニオンを示す場合には、X線回折像の反射が、少なくとも
d値において 5.59ű0.05Å 5.40ű0.04Å 4.08ű0.02Å 3.94ű0.02Å 3.76ű0.02Å 3.355ű0.008Å 3.009ű0.007Å 2.704ű0.006Å 2.381ű0.004Å であるか、または Xが酢酸アニオンを示す場合には単斜晶結晶構造を有する請求項1〜6のいず
れか1項に記載の製造方法。
Claims (9)
- 【請求項1】 攪拌重合反応器において、複金属シアン化物錯体触媒の存在
下にジオールまたはポリオールと、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブ
チレンオキシドまたはこれらの混合物とを反応させることによりポリエーテルポ
リオールを製造する方法であって、反応混合物をポンプを用いた外部熱交換器を
経て循環させることを特徴とする製造方法。 - 【請求項2】 ポンプがスクリューポンプである請求項1に記載の製造方法
。 - 【請求項3】 反応器内容物が一時間当たり5〜100回、好ましくは20
〜50回循環するようにポンプ給送を調節して行う、請求項1または2に記載の
製造方法。 - 【請求項4】 半バッチ法により行われる請求項1〜3のいずれか1項に記
載の製造方法。 - 【請求項5】 反応を80〜200℃、1×105Pa〜100×105P
aで行う請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。 - 【請求項6】 反応を90〜160℃、2×105Pa〜20×105Pa
で行う請求項5に記載の製造方法。 - 【請求項7】 複金属シアン化物錯体触媒が、式(I) 【化1】 で表され、 M1が、Zn(II)、Fe(II)、Co(III)、Ni(II)、Mn
(II)、Co(II)、Sn(II)、Pb(II)、Fe(III)、Mo
(IV)、Mo(VI)、Al(III)、V(IV)、V(V)、Sr(II
)、W(IV)、W(VI)、Cu(II)、Cd(II)、Hg(II)、P
d(II)、Pt(II)、V(III)、Mg(II)、Ca(II)、Sr
(II)、Ba(II)およびCr(III)から成る群から選択される少なく
とも1種類の元素を、 M2が、Fe(II)、Fe(III)、Co(III)、Cr(III)、
Mn(II)、Mn(III)、Ir(III)、Rh(III)、Ru(II
)、V(IV)、V(V)、Co(II)およびCr(II)から成る群から選
択される少なくとも1種類の元素を、 L1がシアン化物、カルボニル、シアネート、イソシアネート、ニトリル、チ
オシアネートおよびニトロシルから成る群から選択される少なくとも1種類の配
位子を、 Xが蟻酸アニオン、酢酸アニオンまたはプロピオン酸アニオンを、 L2がアルコール、アルデヒド、ケトン、エーテル、ポリエーテル、エステル
、尿素誘導体、アミド、ニトリルおよび硫化物から成る群から選択される少なく
とも1種類の水溶性配位子をそれぞれ意味し、 a、b、d、e、fおよびgは、それぞれ0よりも大きい整数または分数であ
り、 c、hおよびiは、それぞれ0以上の整数または分数であり、 a、b、cおよびdは電気的に中性な状態が得られるように選択され、更に fおよびgも電気的に中性な状態が得られるように選択され、 Xが蟻酸アニオンを示す場合には、X線回折像の反射が、少なくともd値にお
いて 6.10ű0.04Å 5.17ű0.04Å 4.27ű0.02Å 3.78ű0.02Å 3.56ű0.02Å 3.004ű0.007Å 2.590ű0.006Å 2.354ű0.004Å 2.263ű0.004Å であり、 Xが酢酸アニオンを示す場合には、X線回折像の反射が、少なくともd値にお
いて 5.20ű0.02Å 4.80ű0.02Å 3.75ű0.02Å 3.60ű0.02Å 3.46ű0.01Å 2.824ű0.008Å 2.769ű0.008Å 2.608ű0.007Å 2.398ű0.006Å であり、 Xがプロピオン酸アニオンを示す場合には、X線回折像の反射が、少なくとも
d値において 5.59ű0.05Å 5.40ű0.04Å 4.08ű0.02Å 3.94ű0.02Å 3.76ű0.02Å 3.355ű0.008Å 3.009ű0.007Å 2.704ű0.006Å 2.381ű0.004Å であるか、または Xが酢酸アニオンを示す場合には単斜晶結晶構造を有する請求項1〜6のいず
れか1項に記載の製造方法。 - 【請求項8】 複金属シアン化物錯体触媒が実質的にまたは完全に結晶状で
ある請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。 - 【請求項9】 亜鉛−コバルト型の複金属シアン化物錯体触媒を使用する請
求項8に記載の製造方法。
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