JP2003534322A - 純粋なn−ビニルピロリドンの取得方法 - Google Patents
純粋なn−ビニルピロリドンの取得方法Info
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Abstract
Description
リドンの取得方法に関する。
れている。該ポリマーは化粧品、製薬学的分野および食品工業のためのポリマー
を製造するためのモノマーとしてしばしば使用されている。上記の食品工業のた
めにはN−ビニルピロリドンの純度に対して高い要求が課されている。
下で塩基性触媒、例えば水酸化物およびアルコラートの存在でビニル化させるこ
とにより製造される。蒸留後に得られる生成物は価値のある生成物を通常98〜
99.9%の量で含有しており、この場合主要な不純物は2−ピロリドンである
。それに加え、生成物は、なお窒素化合物およびビニルエーテル化合物を少量含
有し、これらの化合物は部分的に重合の際に生成物の変色および臭気の形成をま
ねく。
ルピロリドンが不可欠である。原則的に、上記のような純度は分別蒸留により達
成されることができる。重合の際に観察された生成物の変色の原因となる化合物
の分離は、上記の方法ではほとんど不可能である。従ってしばしば蒸留と抽出に
よる後処理とが組合される。例えば、ドイツ連邦共和国特許第3736603号
明細書にはイオン交換器を用いてのこの種の不純物の除去が記載されている。
るN−ビニルピロリドンの精製は公知である。上記方法の場合、N−ビニルピロ
リドンの過冷却された溶融液は結晶化され、母液は分離され、かつ結晶は少なく
とももう1つの結晶化工程で処理される。同様に、母液からの価値のある生成物
の取得は多工程の分別結晶化により行われる。国際特許出願公表第94/181
66号明細書から公知である方法は向流原理に基づいており、その際、各結晶化
工程では結晶が結晶化残渣(母液)から分離され、結晶は次のより高次な結晶化
工程へ供給され、かつ結晶化残渣(母液)は次のより低次の結晶化工程へ供給さ
れる。当然のことながら、この種の結晶化方法のための機器の費用は高額である
。それに加え、多数の結晶化工程に基づく方法は多くの時間を必要とする。
の精製のための結晶化方法が記載されており、該方法は、溶融液を過冷却する代
わりに結晶化温度で種晶を用いることによってN−ビニルピロリドンの結晶化を
開始させるという点で、国際特許出願公表第94/18166号明細書から公知
の方法と区別される。また、ここでは第一の結晶化工程の母液の後処理は、1つ
または複数の連続的な結晶化工程により行われる。また、国際特許出願公表第9
4/18166号明細書に記載の方法よりも高い効率のために殆んど結晶化工程
が必要とされない場合には、この方法にとっても機器の費用はまさに高額である
。
ルピロリドンを供給する、N−ビニルピロリドン含有粗製生成物からの純粋なN
−ビニルピロリドンの取得方法を提供するという課題に基づいている。さらに、
上記の方法は好ましくはN−ビニルピロリドンの連続的な製造方法に組込まれる
べきである。
供給されるか、もしくは該母液が製造工程のN−ビニルピロリドン含有生成物流
に返送されることによって特徴づけられる、一工程または多工程の結晶化方法を
含む、N−ビニルピロリドン含有粗製生成物からの純粋なN−ビニルピロリドン
の取得方法によって解決される。
ルピロリドンの回分的な製造方法にも連続的な製造方法にも組込まれることがで
きる。N−ビニルピロリドンの連続的な製造方法への本発明による精製方法の組
込みは殊に好ましい。
物の結晶化により、粗製生成物から純粋なN−ビニルピロリドンが取得される。
当然のことながら、結晶化は固相、即ちN−ビニルピロリドンで濃縮された結晶
質相およびN−ビニルピロリドンが枯渇した液相(母液)への分離が得られるよ
うに実施される。
物が供給された結晶化工程で結晶化の際に生じる母液は、さらに結晶化により後
処理されない。むしろ、母液の後処理のために、この母液は、第一の処理変法後
に抽出精製および/または蒸留精製、有利には組合された抽出精製および蒸留精
製に供給される。
ドンよりも高い蒸気圧を有する化合物およびいわゆる難沸騰性物、即ちN−ビニ
ルピロリドンよりも低い蒸気圧を有する化合物、殊に2−ピロリドン自体が、価
値のある生成物と分離される、一工程または多工程の分別蒸留を意味する。有利
に蒸留精製は減圧蒸留として実施される。蒸留温度は通常、圧力1〜100トル
、殊に5〜20トルの際に50〜150℃の範囲、殊に80〜120℃の範囲で
ある。この場合生じる易沸騰性物、殊に2−ピロリドン含有留分は、粗製蒸留を
介してまたは直接固有の製造工程へ返送されることができる。有利に、蒸留精製
は抽出精製と組合される。
含有生成物流に返送される。N−ビニルピロリドン含有生成物流の粗製蒸留が設
けられている限り、母液は粗製蒸留前の生成物流中または粗製蒸留中へも返送さ
れることができ、同様に粗製蒸留の後の生成物流中へも返送されることができる
。有利に、生成物流への返送は粗製蒸留の前に行われる。どちらの場合にも、場
合により易沸騰性の留分は固有の分別蒸留中で遠心分離されることが望ましい。
これにより粗製生成物中の上記成分の蓄積が回避される。
は、有利に処理変法2前の製造工程への母液の返送と組合されてもよいし、処理
変法2後の粗製蒸留中への母液の返送と組合されてもよい。
部分流T1およびT2に分割される。部分流T1は結晶化に供給される。部分流
T2は、上記のように蒸留および/または抽出により後処理される。
たように製造工程のN−ビニルピロリドン含有生成物流中に返送されるか、もし
くは部分流T2に返送されることができる。さらに、母液は部分流T2を介して
蒸留および/または抽出による後処理に供給される。上記方法は、一方でN−ビ
ニルピロリドンに対する需要および要求に応じて、種々の品質を有する生成物を
意図的に製造することができるという利点を有する。他方で、上記方法は、蒸留
工程および/または抽出工程を介して精製が行われる現行の連続的な製造方法へ
の、結晶化による高純度のN−ビニルピロリドンの製造方法の容易な組込みを可
能にする。さらに上記方法は、現行の蒸留による後処理の概念への結晶化工程か
ら返送された母液の容易な組込みを可能にする。コストの高い母液の後処理は不
要である。さらに、母液は完全にまたは部分的に流れT1に返送されることがで
きる。
有粗製生成物は限定されるものではない。有利に、N−ビニルピロリドン含有粗
製生成物は20質量%以下、有利に10質量%以下、殊に0.3〜2質量%の2
−ピロリドンおよび1質量%以下、殊に0.1質量%以下の易沸騰性の不純物お
よび/または着色性の不純物を含有する。この種の粗製生成物は、通常N−ビニ
ルピロリドンの製造の際に生じる生成物流の蒸留による後処理(粗製蒸留)によ
り取得される。有利に、粗製蒸留は減圧蒸留の形で実施され、その際、価値のあ
る生成物であるN−ビニルピロリドンは塔頂を介して留去され、かつ大部分の2
−ピロリドンは塔底生成物として取り出される。この塔底生成物は、通常は製造
工程中に返送される。
同様に行うことができる。適当な結晶化方法は、例えば米国特許第532902
1号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2606364号明細書、ドイツ
連邦共和国特許出願公開第1769123号明細書および欧州特許出願公開第4
75893号明細書から公知である。結晶化の実施のためには、精製されるべき
粗製生成物は通常晶出器へ移され、かつN−ビニルピロリドンの一部分は粗製生
成物を冷却しながら晶出される。その際に生じるN−ビニルピロリドン含有母液
は分離され、かつ請求項1に記載の方法で処理される。有利に結晶化は、結晶化
に供給された粗製生成物中に含有されるN−ビニルピロリドンの少なくとも5質
量%、有利に少なくとも20質量%が晶出するまで導かれる。通常、十分な精製
作用を達成するためには、粗製生成物中に含有されるN−ビニルピロリドンの9
5質量%以下、殊に80質量%以下が晶出される。
での結晶の形成に基づく機能を有する晶出器は、特に好適であることが判明した
。この種の結晶化方法は層状結晶化とも呼称される。好適な装置は、ドイツ連邦
共和国特許出願公開第1769123号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開
第2606364号明細書、欧州特許出願公開第218545号明細書、欧州特
許出願公開第323377号明細書、スイス国特許第645278号明細書、仏
国特許第2668946号明細書および米国特許第3597164号明細書に記
載されている。
却された面と接触される。その際、晶出器の熱交換器面は、有利に粗製生成物中
のN−ビニルピロリドンの融点を40Kまで下回ることができるような温度に冷
却される。所望の結晶化度が達成された場合、冷却処理は停止され、かつ液体の
母液は例えばポンプ輸送による除去または流出により排出される。精製され、結
晶化されたN−ビニルピロリドンは、通常熱交換器面をN−ビニルピロリドンの
融点を上回る温度に加熱することによって単離され、その際、精製されたN−ビ
ニルピロリドンは溶融液として得られ、溶融液として単離される。場合により、
なお後精製工程は精製されたN−ビニルピロリドンの単離前に実施される。
施することができる。この際、結晶層の温度は若干上昇され、この場合には有利
に結晶層のより高度に汚染された領域は溶融分離され、こうして付加的な精製作
用が達成される。さらに、発汗生成物は母液に供給され、かつ該母液と一緒にさ
らに加工される。また、結晶層は清浄液、例えば精製されたN−ビニルピロリド
ンの溶融液で処理されてもよい。
物の組成に依存する。当然のことながら、該粗製生成物の温度の上限は、既に結
晶化されたN−ビニルピロリドンが母液中に含有されているN−ビニルピロリド
ンと平衡状態にある温度である(平衡温度)。平衡温度は、粗製生成物の組成に
応じて+14.4〜−6℃の範囲内にある。また当然のことながら、結晶化のた
めにより低い温度を適用することもできる。しかしながら、著しく過冷却された
溶融液は好ましくは回避され、従って、結晶化に適用された、粗製生成物の温度
は有利には平衡温度よりも5℃低い、殊に2℃低い温度である。典型的には、層
状結晶化の間の粗製生成物の温度は、−10〜+14.4℃の範囲内、殊に有利
に−5〜+14℃の範囲内にある。
的に、N−ビニルピロリドンの結晶化の際に種晶を適用することは欧州特許出願
公開第767169号明細書の記載から公知であり、従って該適用に関しては全
面的に上記刊行物が参考のために記載されている。この場合には、結晶化の間に
結晶が成長する晶出器の表面は、好ましくは結晶化の前にN−ビニルピロリドン
からの種層で被覆されるように作業される。種晶は精製されるべき粗製生成物か
ら取得されることもできるし、精製されたN−ビニルピロリドンの溶融液から取
得されることもできる。例えば種晶は、N−ビニルピロリドン含有溶融液被膜を
結晶成長が生じる晶出器の表面上で製造し、この被膜を例えば融点よりも低い温
度への冷却によって凍結させることにより、該晶出器の表面上で製造することが
できる。有利に、種晶はN−ビニルピロリドン溶融液中のN−ビニルピロリドン
結晶の懸濁液からの被膜をもたらし、引き続き上記被膜を凍結させることによっ
て製造される。この場合、凍結は有利に平衡温度の範囲内での温度で行われる。
リドンの溶融液から過冷却によって凍結させることにより製造されることができ
る。例えば結晶は、N−ビニルピロリドン含有溶融液(粗製生成物または精製さ
れたビニルピロリドンの溶融液)から間接的な冷却によってスクレーパー冷却器
(Kratzkuehler)または壁面走行する撹拌機を有する攪拌容器中で
凍結分離されることができ、この場合この結晶は、スクレーパー部材を用いて冷
却された壁面に接して溶融液中で懸濁される。また種晶は、晶出器上でまたは晶
出器中に取り付けられた冷却可能な要素(例えば、冷却フィンガーまたは冷却セ
クション上で、溶融液を融点を下回る温度に冷却することにより、直接に溶融液
中に製造されることができる。種晶は、有利に溶融液0.1〜700g/kgの
量、殊に1〜300g/kgの範囲内の量で製造される。
き続き該晶出器を空にすることにより、晶出器面上にもたらされる。晶出器を空
にした後、懸濁液の層は晶出器面上に残存し、さらに該層は有利に平衡温度の範
囲内で凍結される。
とができる。好ましくは動的な方法が適用される。静的な方法は例えば米国特許
第3597164号明細書、欧州特許第323377号明細書および仏国特許第
2668946号明細書に記載されており、上記刊行物は本明細書中に参考のた
めに記載されている。静的な方法において、液相中での物質交換は自由対流によ
ってのみ起こる(静置時の溶融液)。
維持される。これは、ドイツ連邦共和国特許第2606364号明細書に記載さ
れているように、強制的な流れによって完全に貫流される熱交換器中で行うこと
もできるし、例えばドイツ連邦共和国特許出願公告第1769123号明細書お
よび欧州特許出願公開第218545号明細書の記載と同様に、冷却された壁面
上に細流の被膜を置くことにより行うこともできるし、可動される冷却面、例え
ば冷却ロールまたは冷却ベルトを用いて行うこともできる。有利に、動的な層状
結晶化は完全に貫流される熱交換器中、例えば外側から冷却される管または管束
中で行う。
層状結晶化方法の場合には、通常、N−ビニルピロリドン含有粗製生成物を、場
合によって種晶層を晶出器の熱交換器面上にもたらした後、例えば粗製生成物を
晶出器の冷却された管に貫流させることにより冷却された熱交換器面と接触させ
る処理が設けられている。この場合、N−ビニルピロリドンは粗製生成物から少
なくとも部分的に晶出する。通常、上記方法は、晶出されたN−ビニルピロリド
ンの量に基づき、まさになお熱交換器を通しての溶融液の十分な貫流が可能であ
る場合に停止される。この目的のために液相(母液)は除去され、その後結晶化
されたN−ビニルピロリドンは上記記載の方法、例えば場合により後精製工程の
後で、熱交換器面をN−ビニルピロリドンの融点を上回る温度に加熱することに
より単離される。上記方法は、粗製生成物から所望の量のN−ビニルピロリドン
が晶出するまで何度も繰り返されることができる。
ても実施されることができる。懸濁液の結晶化の場合、個々の結晶はN−ビニル
ピロリドン含有液体粗製生成物中で物質中での熱の導出により形成される。その
際に生じる結晶性懸濁液は、懸濁液の結晶化方法の間運動状態に維持され、その
ために殊に再ポンプ輸送または攪拌が好適である。この際、熱交換器面上への結
晶の付着は不要であり、むしろ望ましくない。当然のことながら懸濁液の結晶化
は動的な結晶化方法として分類されている。それというのも、粗製生成物は結晶
化の間、運動状態に維持されているからである。N−ビニルピロリドンの結晶化
に要求される粗製生成物の温度に関しては、上記の記載が当てはまる。
容器または撹拌機なしの容器に接続されているスクレーパー冷却器により行われ
る。この際、結晶性懸濁液の循環はポンプにより保証される。それに加え、熱が
、壁面走行する撹拌機を備えた撹拌容器の壁面を介して導出されることができる
という可能性も存在する。また、熱の導出のために、例えばGMF社(Goud
a、オランダ国)によって製造されたような冷却ディスク型晶出器の使用も好適
である。また、当然のことながら熱は常用の熱交換器(好ましくは管束型熱交換
器または平板型熱交換器)上での冷却により導出されることができる。しかしな
がらこの場合には熱を導出する上記方法とは異なり、熱伝達面上で結晶層を形成
させる。運転の間に、熱伝達抵抗がエンクラステーションによる過度に高い値を
達成する状態が達成される場合には、第二の熱交換器にスイッチが切り替えられ
る。次に、第二の熱交換器の運転時間の間、第一の熱交換器は、例えば結晶層を
溶融分離することによって再生される。さらに、この第二の熱交換器中で過度に
高い熱伝達抵抗が達成された場合には、スイッチは第一の熱交換器へと元に切り
換えられる。またこの方法は、2個よりも多い熱交換器を用いて選択的に運転さ
れてもよい。また、熱の導出は減圧中での粗製生成物の常用の部分蒸発によって
行うこともできる。
含量に富んだ結晶の分離は、これに関する固/液分離の公知方法、例えば濾過、
沈降および/または遠心分離によって達成される。静置して結晶化された物質の
場合には、母液は流去によって除去されてもよい。濾過、沈降または遠心分離の
場合には、懸濁液の予めの増粘化は、有利に例えば液体サイクロンを用いて実施
される。遠心分離のために、回分的または連続的に運転される公知の全ての遠心
分離器は好適である。一工程または多工程での運転が可能である押出型遠心分離
器を使用することは殊に有利である。また、スクリュースクリーン型遠心分離器
(Schneckensiebzentrifuge)またはスクリュー排出型
遠心分離器(Schneckenaustragszentrifuge)(デ
カンター)も好適である。濾過は、一般に撹拌機を用いてかまたは撹拌機を用い
ずに連続的または回分的に運転される吸込フィルターにより行われるかまたはベ
ルト型フィルターにより行われる。濾過は圧力下または減圧中で行うことができ
る。
を増加させるための処理工程は、固/液分離の間および/または後に設けられて
いてもよい。有利に、母液からの結晶の分離後、結晶またはクリスタルケーキの
一工程または多工程での洗浄および/または発汗が実施される。洗浄液としては
、有利に純度が母液の場合よりも高い液体N−ビニルピロリドンが使用される。
洗浄は、この目的にとって常用の装置中、例えば遠心分離器または吸込フィルタ
ーまたはベルト型フィルター中で行うことができる。洗浄は一工程または多工程
で実施されることができ、この場合洗浄液は有利にクリスタルケーキと向流で運
搬される。多工程での結晶化の場合には、各結晶化工程の結晶のための洗浄液と
して同じ結晶工程への供給流を使用することは特に好ましい。洗浄液と結晶との
質量比は、有利に結晶1kgあたり洗浄液0.1〜1kgの範囲内、殊に有利に
0.2〜0.6kgの範囲内にある。
たはベルト型フィルター上で上記洗浄法を実施することにより行われる。当然の
ことながら、洗浄および発汗を組合せた方法は、1つの装置中で実施することが
できる。
この場合通常、例えば濾過または沈降による予めの増粘化後の結晶は、洗浄液に
対して向流で運搬され、その際連続的または回分的に運搬されることができる。
洗浄液として、有利に先に精製された結晶の溶融液が使用される。流動方向に抗
する結晶の運搬は、常法で、例えば重力により、有利に機械的運搬または液圧力
(例えば、結晶供給量が貫流する際の流動圧力の損失)により行うことができる
。
熱交換器中で行われる場合には、有利に回分的に行われる。しかしながら、連続
的な製造方法への組込みは、例えば、粗製生成物の中間貯蔵のための容器を用い
るかもしくは部分流T1およびT2の割合を変化させることによって直ちに可能
である。
許出願公開第767169号明細書に記載されているように、必要に応じて後結
晶化工程を実施することができる。上記刊行物の開示は、上記の点に関して参考
のために記載されている。
満、殊に0.1質量%未満、殊に有利に0.05質量%未満の不純物を含有する
。こうして取得されたN−ビニルピロリドンは食品工業分野または製薬学的分野
での要求を充足する。
よる結晶化の組込みと蒸留による後処理を略示的に表す。
ルカリ金属水酸化物の存在で、反応器(1)中で、圧力下、例えば10〜25バ
ールで、高められた温度、例えば145〜170℃で反応される。この際得られ
るN−ビニルピロリドン含有生成物の流れは、蒸留部(2)を用いて2−ピロリ
ドン含有留分(22)、難沸騰性留分(23)およびN−ビニルピロリドン含有
粗製生成物(21)に分離される。(22)は製造工程(1)中に返送される。
N−ビニルピロリドン含有粗製生成物(21)は、部分流(211)および部分
流(212)に分離される。部分流(211)は結晶化の晶出器(3)中で処理
され、かつ結晶化により精製された生成物(31)および母液に分離される。母
液は製造工程における本方法の実施態様では、有利に蒸留部(2)の前(流れ(
34))および/または結晶化部(3)の前(流れ(34a))に返送される。
母液は別の実施態様では、部分流(212)と合わされ、かつ蒸留/抽出による
後処理部(4)に返送されることができる(流れ(34b))。この際、完全に
または部分的に蒸留部(2)(流れ(42a))および/または製造部(1)(
流れ(42b))に返送される2−ピロリドン含有留分ならびに純粋なN−ビニ
ルピロリドン(41)を得ることができる。母液のための上記の二つの後処理変
法は、同時に実施されることができる(例えば流れ(34)および(34b))
。
品質で得ることができ、その際、部分流比T1/T2に関する比は、要求に応じ
て容易に調整されることができる。結晶化の際に生じるN−ビニルピロリドンは
、通常0.1質量%未満の不純物を含有する。多工程での結晶化により、100
ppm未満の不純物を有する製品品質を得ることができる。蒸留による後処理の
際に、0.5質量%未満、殊に0.1質量%未満の不純物を含有する製品品質が
生じる。
化の組込みと蒸留による後処理との構成を示す略図。
、 01 2−ピロリドン、 02 アセチレン、 11 反応器から蒸留部へ
の流れ、 21 N−ビニルピロリドン含有粗製生成物、 22 2−ピロリド
ン含有留分、 23 難沸騰性留分、 31 精製された生成物、 34 晶出
器から蒸留部に返送される流れ、 34a 結晶化部に返送される流れ、 34
b 晶出器から蒸留/抽出による後処理部前の流れ、 41 純粋なN−ビニル
ピロリドン、 42a 蒸留/抽出による後処理部から蒸留部に返送される流れ
、 42b 蒸留/抽出による後処理部から製造部に返送される流れ、 211
部分流、 212 部分流
Claims (9)
- 【請求項1】 一工程または多工程の結晶化方法を含むN−ビニルピロリド
ン含有粗製生成物からの純粋なN−ビニルピロリドンの取得方法において、第一
の結晶化工程の母液を蒸留精製および/または抽出精製に供給するか、または該
母液を製造工程のN−ビニルピロリドン含有生成物流に返送することを特徴とす
る、純粋なN−ビニルピロリドンの取得方法。 - 【請求項2】 N−ビニルピロリドン含有粗製生成物を2つの部分流T1お
よびT2に分割し、その際部分流T1を結晶化に供給し、かつ部分流T2を抽出
精製および/または蒸留精製に供給する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 第一の結晶化工程の母液を部分流T2に供給する、請求項2
記載の方法。 - 【請求項4】 製造工程のN−ビニルピロリドン含有生成物流の蒸留精製(
粗製蒸留)により得られたN−ビニルピロリドン含有粗製生成物を使用する、請
求項1記載の方法。 - 【請求項5】 第一の結晶化工程の母液を粗製蒸留前にN−ビニルピロリド
ン含有生成物流に返送する、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 結晶化を一工程で実施する、請求項1から5までのいずれか
1項記載の方法。 - 【請求項7】 結晶化を結晶度が5〜95%の範囲になるまで実施する、請
求項6記載の方法。 - 【請求項8】 結晶化をN−ビニルピロリドンからの種晶の存在で実施する
、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項9】 結晶化を動的な結晶化方法により実施する、請求項1から8
までのいずれか1項記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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