JP2004263168A - Three-component catalyst used for producing high molecular aliphatic polycarbonate - Google Patents

Three-component catalyst used for producing high molecular aliphatic polycarbonate Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a three component catalyst used for producing a high molecular aliphatic polycarbonate, having a high catalytic effect and giving a high carbon dioxide-fixing ratio and excellent content of an alternate structure, and provide a method for producing the same. <P>SOLUTION: The three component catalyst is prepared from glycerol, a metal salt and zinc dihydrocarbyl as starting materials. The metal salt is a rare earth metal salt expressed by the general formula: MX<SP>1</SP><SB>n</SB>X<SP>2</SP><SB>m</SB>or a non-rare earth metal salt expressed by the general formula: ZX<SP>3</SP><SB>p</SB>X<SP>4</SP><SB>g</SB>, wherein X<SP>1</SP>expresses a carboxy group having ≥10<SP>-3</SP>K<SB>a</SB>or a sulfo group. The catalyst is produced by adding the metal to bring the ratio of the salt:glycerol to be 1-1.5:1-10 in an organic solvent, dropping zinc dihydrocarbyl so as to bring the molar ratio, zinc dihydrocarbyl:metal salt, to be 2-20:1-1.5 in carbon dioxide gas, and aging the product in the carbon dioxide atmosphere. The three component catalyst is used for producing the high molecular aliphatic polycarbonate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高分子量の脂肪族ポリカーボネートの製造に用いられる三元触媒に関する。また、本発明は、該三元触媒の製造方法、および該三元触媒を用いて高分子量の脂肪族ポリカーボネートを製造する方法に関する。   The present invention relates to a three-way catalyst used in the production of a high molecular weight aliphatic polycarbonate. The present invention also relates to a method for producing the three-way catalyst and a method for producing a high molecular weight aliphatic polycarbonate using the three-way catalyst.

火力発電、製鋼、製油、セメントなどの生産過程においては、大量の化石燃料を燃焼させるので、大量の炭酸ガスが排出され、これによる温室効果が、日増しに激しい環境汚染の原因になっている。そのため、炭酸ガスは、環境公害ガスのうちの1種として認識されている。一方、炭酸ガスは、特定の条件下に、活用する可能性のある資源でもある。炭酸ガスを利用する主な方向の一つは、それを原料として高分子材料を合成することである。炭酸ガスとエポキシ化合物とを原料として、高度の交互構造を有する共重合体、すなわち脂肪族ポリカーボネートを合成することができる。この重合体は、主鎖にエステル結合が存在するため、光崩壊させることができ、また完全に生分解性のプラスチックでもある。このような高分子量の共重合物のフィルムは、良好な透明性を有し、しかも酸素ガスと水蒸気を透過させない優れた機能を有しているから、炭酸ガスの有効利用が可能で、使い捨ての医薬品および食品包装材料などの領域において、広範囲の応用が期待されている。   In the production process of thermal power generation, steelmaking, oil production, cement, etc., a large amount of fossil fuel is burned, so a large amount of carbon dioxide gas is emitted, and the greenhouse effect due to this causes daily severe environmental pollution. . Therefore, carbon dioxide gas is recognized as one kind of environmental pollution gas. On the other hand, carbon dioxide is a resource that may be used under certain conditions. One of the main directions of using carbon dioxide gas is to synthesize a polymer material using it as a raw material. A copolymer having a highly alternating structure, that is, an aliphatic polycarbonate can be synthesized using carbon dioxide gas and an epoxy compound as raw materials. Since this polymer has an ester bond in the main chain, it can be photodegraded and is also a completely biodegradable plastic. Such a high molecular weight copolymer film has good transparency and has an excellent function of not allowing oxygen gas and water vapor to permeate. A wide range of applications are expected in areas such as pharmaceuticals and food packaging materials.

近年来、各種の触媒が、炭酸ガスとエポキシ化合物との共重合反応に用いられている。特許文献1〜3には、ジアルキル亜鉛/活性水素含有物を触媒として、炭酸ガスとエポキシ化合物との交互共重合物(Mn>20,000)、および分子量が異なる各種のポリウレタンとポリエーテルを製造する方法が開示されている。特許文献4には、ポルフィリン金属錯体化合物触媒を用いて、高い触媒効率(103〜104g重合物/mol触媒)が得られることが開示されている。しかしながら、この方法は、重合体の分子量が低く(約5,000)、重合反応時間も10日間以上が必要である。特許文献5および6には、重合物アニオン錯体二金属触媒系が開示され、触媒の触媒効率が104g重合物/molの触媒が得られているが、担体の除去が難しくて、生成したポリカーボネートの精製が困難である。また、分子量もさらに向上させる必要がある。 In recent years, various catalysts have been used for the copolymerization reaction of carbon dioxide and epoxy compounds. Patent Documents 1 to 3 produce dialkylzinc / active hydrogen-containing catalyst as an alternating copolymer of carbon dioxide and epoxy compound (Mn> 20,000), and various polyurethanes and polyethers having different molecular weights. A method is disclosed. Patent Document 4 discloses that high catalyst efficiency (10 3 to 10 4 g polymer / mol catalyst) can be obtained using a porphyrin metal complex compound catalyst. However, this method requires a polymer having a low molecular weight (about 5,000) and a polymerization reaction time of 10 days or longer. Patent Documents 5 and 6 disclose a polymer anion complex bimetallic catalyst system, and a catalyst having a catalyst efficiency of 10 4 g polymer / mol was obtained. It is difficult to purify polycarbonate. Moreover, it is necessary to further improve the molecular weight.

非特許文献1および2には、希土類三元触媒を用いてポリカーボネートを製造する技術が開示されている。前者に開示されている技術は、希土類金属ホスホネート触媒系を用いる方法であるが、得られるポリカーボネートはブロック共重合体であり、触媒効率も低く、炭酸ガスの固定率も30重量%以下である。後者によって得られるポリカーボネートの交互構造含有率は95%以上であるが、錯体の製造が煩雑でコストが高すぎ、触媒効率も満足できるものではない。   Non-Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for producing polycarbonate using a rare earth three-way catalyst. The technique disclosed in the former is a method using a rare earth metal phosphonate catalyst system, but the obtained polycarbonate is a block copolymer, the catalyst efficiency is low, and the fixing rate of carbon dioxide gas is 30% by weight or less. The content of the alternating structure of the polycarbonate obtained by the latter is 95% or more, but the production of the complex is complicated, the cost is too high, and the catalyst efficiency is not satisfactory.

非特許文献3には、ポリカーボネートを製造する工程における触媒および重合体系が開示されている。少数の亜鉛塩触媒系以外はいずれも重合時間が40時間で、しかもそのほとんどが有機溶媒を含有する系を用いる重合工程であり、溶媒としてはテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジクロロメタン、へキサン、ベンゼン、トルエンまたはこれらの混合溶媒を用いている。グルタール酸亜鉛を触媒として無溶媒重合を行う場合、ポリカーボネートを得る触媒効率は高いが、重合に40時間をも要し、しかも重合条件に対する要求が極めて厳しい。   Non-Patent Document 3 discloses a catalyst and a polymer system in a process for producing a polycarbonate. Except for a small number of zinc salt catalyst systems, the polymerization time is 40 hours, and most of them are polymerization processes using a system containing an organic solvent, and the solvents are tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane. , Dichloromethane, hexane, benzene, toluene or a mixed solvent thereof. When solvent-free polymerization is carried out using zinc glutarate as a catalyst, the catalyst efficiency for obtaining a polycarbonate is high, but the polymerization requires 40 hours, and the requirements for the polymerization conditions are extremely severe.

非特許文献4〜7には、ヒンダードフェノールの亜鉛塩を触媒として、炭酸ガスとエポキシシクロへキサンとの共重合反応に対する触媒効率が高いことが開示されている。しかしながら、炭酸ガス、エポキシシクロへキサンおよびプロピレンオキシドの三元共重合の場合、触媒効率はよくない。   Non-Patent Documents 4 to 7 disclose that the catalyst efficiency for the copolymerization reaction of carbon dioxide and epoxycyclohexane is high using a hindered phenol zinc salt as a catalyst. However, in the case of terpolymerization of carbon dioxide, epoxycyclohexane and propylene oxide, the catalytic efficiency is not good.

非特許文献8には、亜鉛イミド多座(multidentate)錯体の、炭酸ガスとプロピレンオキシドとの共重合反応に対する触媒効率が高いことが開示されている。   Non-Patent Document 8 discloses that the catalytic efficiency of a zinc imide multidentate complex for the copolymerization reaction of carbon dioxide and propylene oxide is high.

特許文献7および8には、希土類系三元触媒の製造方法および高分子量脂肪族ポリカーボネートの製造方法が提供されている。本出願人が出願した特許文献9および10には、高分子量脂肪族ポリカーボネートの、効率の高い製造方法が提供されている。これらの方法では、希土類錯体、アルキル金属化合物、多価アルコールおよび環状カーボネーからなる触媒を選択して、中程度の圧力条件により、無溶媒でエポキシ化合物と炭酸ガスを共重合反応させる。共重合体の分子量は80,000〜200,000で、交互構造含有率は98%以上であり、炭酸ガスの固定率は40重量%を越えている。   Patent Documents 7 and 8 provide a method for producing a rare earth-based three-way catalyst and a method for producing a high molecular weight aliphatic polycarbonate. Patent Documents 9 and 10 filed by the present applicant provide an efficient method for producing a high-molecular weight aliphatic polycarbonate. In these methods, a catalyst comprising a rare earth complex, an alkyl metal compound, a polyhydric alcohol, and a cyclic carbonate is selected, and an epoxy compound and carbon dioxide gas are copolymerized with no solvent under a medium pressure condition. The copolymer has a molecular weight of 80,000 to 200,000, an alternating structure content of 98% or more, and a fixed rate of carbon dioxide gas exceeding 40% by weight.

これら従来の触媒は、製造後ただちに使用しないと活性が低下する。そのうえ、これを用いる重合反応は、40時間という長時間を要する。したがって、より穏和な条件で容易に製造でき、保存が可能で、触媒効率の高い触媒が求められていた。
米国特許第3,585,168号明細書 米国特許第3,900,424号明細書 米国特許第3,953,383号明細書 特開平2−142824号公報 中国公開特許CN1044663A 中国公開特許CN1060299A 中国公開特許CN1257753A 中国公開特許CN1257885A 中国公開特許CN1306021A アメリカ特許US2002/0082363 A1 Macromolecules: 24,5305,1991 Macromolecules: 30,3147,1997 J.Polym.Sci.: PartA: Polym.Chem.37,1863,1999 Macromolecules: 28,7577,1995 Macromolecules: 32,2137,1999 Journal of American Chemical Society: 1998,120,4690 Journal of American Chemical Society: 1999,121,107 Journal of American Chemical Society: 1998,120,11018
These conventional catalysts are less active if not used immediately after production. Moreover, the polymerization reaction using this requires a long time of 40 hours. Therefore, a catalyst that can be easily produced under milder conditions, can be stored, and has high catalyst efficiency has been demanded.
US Pat. No. 3,585,168 US Pat. No. 3,900,424 US Pat. No. 3,953,383 JP-A-2-142824 China open patent CN10444663A China published patent CN1060299A China open patent CN1257753A China published patent CN1257885A China open patent CN1306021A US Patent US2002 / 0082363 A1 Macromolecules: 24,5305,1991 Macromolecules: 30,3147,1997 J. Polym. Sci .: PartA: Polym. Chem. 37, 1863, 1999 Macromolecules: 28,7577,1995 Macromolecules: 32,2137,1999 Journal of American Chemical Society: 1998,120,4690 Journal of American Chemical Society: 1999,121,107 Journal of American Chemical Society: 1998,120,11018

本発明の目的は、高分子量の脂肪族ポリカーボネートの製造に用いられる、製造および取扱いが容易で、高い触媒効率、炭酸ガスの固定化率を与え、かつ共重合体に優れた交互構造含有率を与える三元触媒を提供することである。本発明の別の目的は、このような三元触媒の製造方法を提供することである。本発明の他の目的は、前記の三元触媒を用いて、高分子量の脂肪族ポリカーボネートを製造する方法を提供することである。   The object of the present invention is to produce a high-molecular weight aliphatic polycarbonate, which is easy to manufacture and handle, provides high catalyst efficiency, carbon dioxide immobilization rate, and has an excellent alternating structure content in the copolymer. It is to provide a three way catalyst. Another object of the present invention is to provide a method for producing such a three-way catalyst. Another object of the present invention is to provide a method for producing a high molecular weight aliphatic polycarbonate using the above three-way catalyst.

本発明者らは、上記の課題を達成するために研究を重ねた結果、ジヒドロカルビル亜鉛を特定の金属塩およびグリセリンと組み合わせることにより、その課題を達成しうることを見出して、本発明を完成させるに至った。   As a result of repeated studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the problems can be achieved by combining dihydrocarbyl zinc with a specific metal salt and glycerin, and thus completed the present invention. I came to let you.

すなわち、本発明は、
グリセリン、金属塩およびジヒドロカルビル亜鉛を出発原料として、下記の方法により製造される三元触媒であって、
前記金属塩が、(1)希土類金属塩または(2)非希土類金属塩であり、
(1)希土類金属塩は、一般式:MX1 n2 m
(式中、
Mは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選ばれる希土類金属原子であり;
nおよびmは、たがいに独立して0〜3の整数であり、かつn+m=3であり;
1は、K値が10−3以上のカルボキシル基またはスルホン基であり;
2は、ClまたはBrである)
で示され;
(2)非希土類金属塩は、一般式:ZX3 p4 q
(式中、
Zは、亜鉛またはアルミニウムであり;
Zが亜鉛の場合、pおよびqは、たがいに独立して0〜2の整数であり、かつp+q=2であり;
Zがアルミニウムの場合、pおよびqは、たがいに独立して0〜3の整数であり、かつp+q=3であり;
いずれの場合も、X3は、クエン酸残基、酒石酸残基、アミノスルホン酸残基、イミノジアセトキシ、トリフルオロアセトキシ、クロロアセトキシ、ジクロロアセトキシ、トリクロロアセトキシ、o−クロロ安息香酸残基、ベンゼンスルホン酸残基およびナフタリンスルホン酸残基からなる群より選ばれる基であり;
4は、ClまたはBrである)
で示され;
グリセリンおよび金属塩を含む混合物を、グリセリン:金属塩をモル比1〜10:1〜1.5で有機溶媒に添加し、炭酸ガスの存在下で、反応混合物の温度を25℃以下に保持し、金属塩:ジヒドロカルビル亜鉛のモル比が1〜1.5:2〜20になるようにジヒドロカルビル亜鉛を滴下して、その後、さらに炭酸ガス雰囲気中でエージングして、三元触媒の懸濁液を得ることにより製造される、高分子量の脂肪族ポリカーボネートの製造に用いられる三元触媒に関する。
That is, the present invention
A three-way catalyst produced by the following method using glycerin, metal salt and dihydrocarbyl zinc as starting materials,
The metal salt is (1) a rare earth metal salt or (2) a non-rare earth metal salt;
(1) The rare earth metal salt has a general formula: MX 1 n X 2 m
(Where
M is a rare earth metal atom selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu;
n and m are each independently an integer from 0 to 3 and n + m = 3;
X 1 is, K a value be 10 -3 or more carboxyl group or a sulfonic group;
X 2 is Cl or Br)
Indicated by;
(2) The non-rare earth metal salt has a general formula: ZX 3 p X 4 q
(Where
Z is zinc or aluminum;
When Z is zinc, p and q are each independently an integer from 0 to 2 and p + q = 2;
When Z is aluminum, p and q are each independently an integer from 0 to 3 and p + q = 3;
In any case, X 3 represents citric acid residue, tartaric acid residue, aminosulfonic acid residue, iminodiacetoxy, trifluoroacetoxy, chloroacetoxy, dichloroacetoxy, trichloroacetoxy, o-chlorobenzoic acid residue, benzene A group selected from the group consisting of a sulfonic acid residue and a naphthalenesulfonic acid residue;
X 4 is Cl or Br)
Indicated by;
A mixture containing glycerin and a metal salt is added to an organic solvent at a molar ratio of glycerin: metal salt of 1 to 10: 1 to 1.5, and the temperature of the reaction mixture is maintained at 25 ° C. or lower in the presence of carbon dioxide gas. The dihydrocarbyl zinc was dropped so that the molar ratio of metal salt: dihydrocarbyl zinc was 1 to 1.5: 2 to 20, and then aged in a carbon dioxide atmosphere to suspend the three-way catalyst. The present invention relates to a three-way catalyst used for producing a high molecular weight aliphatic polycarbonate produced by obtaining a liquid.

また、本発明の高分子量の脂肪族ポリカーボネートの製造に用いられる三元触媒の製造方法は、グリセリンおよび金属塩を含む混合物を、グリセリン:金属塩を1〜10:1〜1.5のモル比で有機溶媒に添加し、炭酸ガスの存在下で、反応混合物の温度を25℃以下に保持し、金属塩:ジヒドロカルビル亜鉛のモル比が1〜1.5:2〜20になるようにジヒドロカルビル亜鉛を滴下して、その後、さらに炭酸ガス雰囲気中でエージングして、三元触媒の懸濁液を得ることを特徴とする。   The method for producing a three-way catalyst used for the production of the high molecular weight aliphatic polycarbonate of the present invention comprises a mixture containing glycerin and a metal salt in a molar ratio of glycerin: metal salt of 1 to 10: 1 to 1.5. In the presence of carbon dioxide, the temperature of the reaction mixture is maintained at 25 ° C. or lower, and the molar ratio of metal salt: dihydrocarbyl zinc is 1 to 1.5: 2 to 20. The hydrocarbyl zinc is dropped, and then aged in a carbon dioxide atmosphere to obtain a suspension of the three-way catalyst.

さらに、本発明の三元触媒を用いて高分子量の脂肪族ポリカーボネートを製造する方法は、エージングされた上記三元触媒とエポキシ化合物とを、それぞれ圧力釜に仕込み、釜内の圧力を2.0〜5.0MPaの範囲に維持するように炭酸ガスを充填し、50〜90℃の反応温度で共重合させ、共重合反応が終了した後、過剰量のメタノールで反応を停止させ、メタノールで重合体を洗浄することによって、ポリカーボネートを得ることを特徴とする。   Further, in the method for producing a high molecular weight aliphatic polycarbonate using the three-way catalyst of the present invention, the above-mentioned aged three-way catalyst and epoxy compound are respectively charged in a pressure cooker, and the pressure in the kettle is set to 2.0. Carbon dioxide gas is charged so as to maintain the pressure in a range of ˜5.0 MPa, copolymerization is performed at a reaction temperature of 50 to 90 ° C., and after the copolymerization reaction is completed, the reaction is stopped with an excessive amount of methanol, The polycarbonate is obtained by washing the coalescence.

本発明により製造された三元触媒において、ジヒドロカルビル亜鉛は、主触媒であり、共重合物の高い交互構造を確保する機能を有する。金属塩は、補助触媒であり、重合反応の誘導期を短縮させて、触媒効率を向上させる。グリセリンは、活性剤であり、共重合反応が速やかに行われるのを確保する。   In the three-way catalyst produced according to the present invention, dihydrocarbyl zinc is a main catalyst and has a function of ensuring a high alternating structure of the copolymer. The metal salt is an auxiliary catalyst, shortens the induction period of the polymerization reaction, and improves the catalyst efficiency. Glycerin is an activator and ensures that the copolymerization reaction takes place quickly.

本発明に用いられるジヒドロカルビル亜鉛としては、ジエチル亜鉛、ジn−プロピル亜鉛、ジイソプロピル亜鉛、ジn−ブチル亜鉛、ジイソブチル亜鉛、ジフェニル亜鉛およびジベンジル亜鉛が例示され、ジアルキル亜鉛が好ましく、ジエチル亜鉛、ジn−プロピル亜鉛、ジイソプロピル亜鉛、ジn−ブチル亜鉛およびジイソブチル亜鉛がさらに好ましい。また、場合により、n−ヘキサン、トルエンのような炭化水素中の1モル程度の溶液の状態で使用することもできる。   Examples of dihydrocarbyl zinc used in the present invention include diethyl zinc, di n-propyl zinc, diisopropyl zinc, di n-butyl zinc, diisobutyl zinc, diphenyl zinc and dibenzyl zinc. Dialkyl zinc is preferred, diethyl zinc, di-zinc More preferred are n-propyl zinc, diisopropyl zinc, di n-butyl zinc and diisobutyl zinc. Moreover, depending on the case, it can also be used in the state of about 1 mol solution in hydrocarbons, such as n-hexane and toluene.

本発明に用いられる金属塩は、下記の特定の(1)希土類金属塩または(2)非希土類金属塩であり、下記の一般式で示される。   The metal salt used in the present invention is the following specific (1) rare earth metal salt or (2) non-rare earth metal salt, and is represented by the following general formula.

(1)希土類金属塩は、一般式:MX1 n2 mで示される。
式中、
Mは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選ばれる希土類金属原子であり、Y、La、PrおよびNdが好ましい。
nおよびmは、たがいに独立して0〜3の整数であり、かつn+m=3である。
1は、K値が10−3以上のカルボキシル基またはスルホン基であり、アミノスルホン酸残基、トリフルオロアセトキシ、クロロアセトキシ、ジクロロアセトキシ、トリクロロアセトキシ、o−クロロ安息香酸残基、酒石酸残基、ベンゼンスルホン酸残基およびナフタリンスルホン酸残基が好ましい。
2は、ClまたはBrであり、Clが好ましい。
(1) The rare earth metal salt is represented by the general formula: MX 1 n X 2 m .
Where
M is a rare earth metal atom selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, and Y, La, Pr and Nd is preferred.
n and m are each independently an integer of 0 to 3, and n + m = 3.
X 1 is, K a value is 10-3 or more carboxyl group or a sulfonic group, an amino sulfonic acid residue, trifluoroacetoxy, chloro acetoxy, dichloro acetoxy, trichloro acetoxy, o- chlorobenzoic acid residue, tartaric acid residue Groups, benzenesulfonic acid residues and naphthalenesulfonic acid residues are preferred.
X 2 is Cl or Br, and Cl is preferred.

(2)非希土類金属塩は、ZX3 p4 qで示される。
式中、
Zは、亜鉛またはアルミニウムであり;
Zが亜鉛の場合、pおよびqは、0〜2の整数であり、かつp+q=2であり;
Zがアルミニウムの場合、pおよびqは、0〜3の整数であり、かつp+q=3であり;
3は、クエン酸残基、酒石酸残基、アミノスルホン酸残基、イミノジアセトキシ、トリフルオロアセトキシ、クロロアセトキシ、ジクロロアセトキシ、トリクロロアセトキシ、o−クロロ安息香酸残基、ベンゼンスルホン酸残基およびナフタリンスルホン酸残基からなる群より選ばれる基であり、イミノジアセトキシ、ジクロロアセトキシ、トリクロロアセトキシおよびベンゼンスルホン酸残基が好ましい。
4は、ClまたはBrであり、Clが好ましい。
(2) The non-rare earth metal salt is represented by ZX 3 p X 4 q .
Where
Z is zinc or aluminum;
When Z is zinc, p and q are integers from 0 to 2 and p + q = 2;
When Z is aluminum, p and q are integers from 0 to 3 and p + q = 3;
X 3 is a citric acid residue, tartaric acid residue, aminosulfonic acid residue, iminodiacetoxy, trifluoroacetoxy, chloroacetoxy, dichloroacetoxy, trichloroacetoxy, o-chlorobenzoic acid residue, benzenesulfonic acid residue and It is a group selected from the group consisting of naphthalenesulfonic acid residues, and iminodiacetoxy, dichloroacetoxy, trichloroacetoxy and benzenesulfonic acid residues are preferred.
X 4 is Cl or Br, preferably Cl.

本発明の触媒を調製するのに用いられる有機溶媒としては、1,3−ジオキソラン、プロピレンオキシドおよび1,4−ジオキサンのような非プロトン溶液を用いることが好ましい。本発明の触媒は、構成成分が上記有機溶媒中に分散した懸濁液の形で調製され、そのまま共重合反応に供される。懸濁液中の有効成分の総含有量は、懸濁液中の0.2〜20重量%、好ましくは0.5〜15重量%である。   The organic solvent used to prepare the catalyst of the present invention is preferably an aprotic solution such as 1,3-dioxolane, propylene oxide and 1,4-dioxane. The catalyst of the present invention is prepared in the form of a suspension in which the constituent components are dispersed in the organic solvent, and is directly subjected to the copolymerization reaction. The total content of active ingredients in the suspension is 0.2 to 20% by weight, preferably 0.5 to 15% by weight in the suspension.

本発明の三元触媒の製造方法は、前述のとおりである。グリセリン:金属塩のモル比は、1〜10:1〜1.5であり、2〜10:1.3〜1.5が好ましい。金属塩:ジヒドロカルビル亜鉛のモル比は、1.3〜1.5:2〜20であり、1.3〜1.5:2〜10が好ましい。反応温度は、ジヒドロカルビル亜鉛の滴下速度を制御することにより、25℃を越えない温度に保持することができる。炭酸ガス雰囲気におけるエージングは、2〜4時間が好ましい。   The method for producing the three-way catalyst of the present invention is as described above. The molar ratio of glycerin: metal salt is 1 to 10: 1 to 1.5, preferably 2 to 10: 1.3 to 1.5. The molar ratio of metal salt: dihydrocarbyl zinc is 1.3 to 1.5: 2 to 20, preferably 1.3 to 1.5: 2 to 10. The reaction temperature can be maintained at a temperature not exceeding 25 ° C. by controlling the dropping rate of dihydrocarbyl zinc. Aging in a carbon dioxide atmosphere is preferably 2 to 4 hours.

本発明の三元触媒を用いて、炭酸ガスとエポキシ化合物を共重合させることにより、高分子量の脂肪族ポリカーボネート(以下、共重合体という)を合成することができる。その方法の概要は、前述のとおりである。エポキシ化合物としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、シクロヘキセンオキシドなどが例示され、プロピレンオキシドおよびシクロヘキセンオキシドが好ましい。なお、プロピレンオキシドは、共重合反応の原料として用いられるばかりでなく、前述のように、触媒調製の際の溶媒を兼ねることができる。共重合は、5〜10時間行えば充分であり、反応停止に用いるメタノールの量は、反応生成物の1.5倍重量あれば充分である。得られた共重合体を洗浄するメタノールの量は、重量比で該共重合体の1〜5倍量が好ましい。   A high molecular weight aliphatic polycarbonate (hereinafter referred to as a copolymer) can be synthesized by copolymerizing a carbon dioxide gas and an epoxy compound using the three-way catalyst of the present invention. The outline of the method is as described above. Examples of the epoxy compound include ethylene oxide, propylene oxide, 1,2-butylene oxide, cyclohexene oxide and the like, and propylene oxide and cyclohexene oxide are preferable. Propylene oxide is not only used as a raw material for the copolymerization reaction, but can also serve as a solvent for catalyst preparation as described above. It is sufficient that the copolymerization is performed for 5 to 10 hours, and the amount of methanol used for stopping the reaction is sufficient if it is 1.5 times the weight of the reaction product. The amount of methanol for washing the obtained copolymer is preferably 1 to 5 times that of the copolymer by weight.

本発明の触媒による共重合の触媒効率は4,000g重合物/mol触媒を越えており、ポリカーボネートの数平均分子量は50,000以上で、炭酸ガスの固定率は40重量%以上、交互構造含有量は95%以上である。   The catalytic efficiency of copolymerization with the catalyst of the present invention exceeds 4,000 g polymer / mol catalyst, the number average molecular weight of the polycarbonate is 50,000 or more, the fixing rate of carbon dioxide gas is 40% by weight or more, and the alternating structure is contained. The amount is 95% or more.

本発明により、各種工業で副生する炭酸ガスを、エポキシ化合物と反応させて、高分子量の脂肪族ポリカーボネートを合成する反応に用いられる、三元触媒を得ることができる。本発明の触媒は、不活性雰囲気中、25℃以下の温度で、撹拌しつつ反応を行うことにより、容易に製造することができる。また、製造後48時間放置してから反応に使用しても、活性は変わらない。この触媒は、各種工業における化石燃料の燃焼によって大量に副生する炭酸ガスから、通常、8〜10時間の重合時間で、触媒1g当たり高分子量の脂肪族ポリカーボネート40〜50gの高い触媒効率、炭酸ガスの高い固定化率および優れた交互構造含有率により、高分子量の脂肪族ポリカーボネートを製造する能力を有する。   According to the present invention, it is possible to obtain a three-way catalyst used in a reaction for synthesizing a high molecular weight aliphatic polycarbonate by reacting carbon dioxide gas produced as a by-product in various industries with an epoxy compound. The catalyst of the present invention can be easily produced by carrying out the reaction while stirring at a temperature of 25 ° C. or lower in an inert atmosphere. Further, the activity does not change even if the reaction is allowed to stand for 48 hours after the production and then used for the reaction. This catalyst has a high catalyst efficiency of 40 to 50 g of a high-molecular weight aliphatic polycarbonate per 1 g of the catalyst, usually from 8 to 10 hours of polymerization time, from carbon dioxide generated by combustion of fossil fuels in various industries. Due to the high immobilization rate of gas and excellent alternating structure content, it has the ability to produce high molecular weight aliphatic polycarbonate.

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。実施例中、組成、濃度を示す%は重量%である。本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In the examples,% indicating composition and concentration is% by weight. The present invention is not limited by these examples.

(触媒調製例1:溶媒として、1,4−ジオキサンを使用)
実施例に用いる触媒の調製を、次のようにして行った。すなわち、金属塩−グリセリン−ジヒドロカルビル亜鉛のモル比が1:10:20の触媒懸濁液を調製する場合を例にとると、グリセリン:金属塩を10:1のモル比で1,4−ジオキサン中に添加し、炭酸ガスの存在条件で、反応混合物の温度を25℃以下に保持し、金属塩:ジヒドロカルビル亜鉛のモル比が1:20になるようにジヒドロカルビル亜鉛を滴下して、その後、さらに炭酸ガスの雰囲気で、3時間エージングすることにより、以下の実施例に用いる各種の三元触媒懸濁液を調製した。用いた1,4−ジオキサンの量は、ジヒドロカルビル亜鉛0.002〜0.02モルに対して40mlに相当する量であった。
(Catalyst preparation example 1: 1,4-dioxane is used as a solvent)
The catalyst used in the examples was prepared as follows. That is, taking a case where a catalyst suspension having a metal salt-glycerin-dihydrocarbylzinc molar ratio of 1:10:20 as an example is prepared, glycerol: metal salt is added at a molar ratio of 1,4- The dihydrocarbyl zinc was added dropwise so that the molar ratio of metal salt: dihydrocarbyl zinc was 1:20 while being added to dioxane, keeping the temperature of the reaction mixture at 25 ° C. or less in the presence of carbon dioxide gas, Thereafter, various three-way catalyst suspensions used in the following examples were prepared by further aging in an atmosphere of carbon dioxide gas for 3 hours. The amount of 1,4-dioxane used was an amount corresponding to 40 ml with respect to 0.002 to 0.02 mol of dihydrocarbyl zinc.

(触媒調製例2:溶媒としてプロピレンオキシドを使用)
溶媒を変えた以外は触媒調製例1と同様にして、同様の三元触媒懸濁液を調製した。すなわち、溶媒として1,4−ジオキサンの代わりにプロピレンオキシドを用いて、上記と同じ配合比で触媒を調製した。用いたプロピレンオキシドの量は、上記の1,4−ジオキサンの量と同様であった。この場合、溶媒として用いたプロピレンオキシドを、そのまま、ポリカーボネート合成反応の一方の原料の一部として用いた。得られた触媒は、触媒調製例1によって得られた触媒と同等の触媒能を有していた。
(Catalyst preparation example 2: Propylene oxide is used as a solvent)
A similar three-way catalyst suspension was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 1 except that the solvent was changed. That is, a catalyst was prepared with the same blending ratio as above using propylene oxide instead of 1,4-dioxane as a solvent. The amount of propylene oxide used was the same as the amount of 1,4-dioxane. In this case, the propylene oxide used as the solvent was used as it was as a part of one raw material for the polycarbonate synthesis reaction. The obtained catalyst had the same catalytic ability as the catalyst obtained in Catalyst Preparation Example 1.

以下の実施例1〜12には、触媒として、触媒調製例1により、1,4−ジオキサンを溶媒として用いて調製した触媒を用いた。なお、触媒調製例2により、プロピレンオキシドを溶媒として用いて調製した触媒を用いた場合も、ほぼ同等の結果を得た。   In Examples 1 to 12 below, a catalyst prepared in accordance with Catalyst Preparation Example 1 using 1,4-dioxane as a solvent was used as a catalyst. In addition, according to Catalyst Preparation Example 2, when a catalyst prepared using propylene oxide as a solvent was used, almost the same result was obtained.

三元触媒として、モル比が1:10:20のトリクロロ酢酸イットリウム−グリセリン−ジエチル亜鉛を用いて、以下の手順により、ポリプロピレンカーボネートの合成を行った。すなわち、まずプロピレンオキシド166gを容量500mlの圧力釜に仕込んだ。ついで、エージングされた、上記三元触媒の有効量が8%の触媒懸濁液の、有効触媒量3.0gになる量を添加して、ただちに炭酸ガスを充填し、温度を65℃にして反応を開始した。反応中に消費された炭酸ガスを補充して、反応が終了するまで、釜内の圧力を3.5MPa(絶対圧)、温度を65℃に維持しつつ、共重合反応を10時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールで洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネート98.4gを得た。そのIR吸収スペクトルを図1、NMRチャートを図2に示す。触媒効率は6,500g重合物/molジエチル亜鉛、ポリカーボネートの数平均分子量は180,000、炭酸ガスの固定率は40重量%以上、交互構造含有量は95%以上であった。   Polypropylene carbonate was synthesized by the following procedure using yttrium trichloroacetate-glycerin-diethyl zinc having a molar ratio of 1:10:20 as a three-way catalyst. That is, first, 166 g of propylene oxide was charged into a 500 ml pressure kettle. Next, an amount of the catalyst suspension in which the effective amount of the above three-way catalyst is 8% is added to an effective catalyst amount of 3.0 g and immediately charged with carbon dioxide gas, and the temperature is set to 65 ° C. The reaction was started. The carbon dioxide gas consumed during the reaction was replenished, and the copolymerization reaction was carried out for 10 hours while maintaining the pressure in the kettle at 3.5 MPa (absolute pressure) and the temperature at 65 ° C. until the reaction was completed. Subsequently, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the reaction product was washed with 5 times by weight of methanol to obtain 98.4 g of white polypropylene carbonate. The IR absorption spectrum is shown in FIG. 1, and the NMR chart is shown in FIG. The catalyst efficiency was 6,500 g polymer / mol diethyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 180,000, the carbon dioxide fixation rate was 40% by weight or more, and the alternating structure content was 95% or more.

触媒調製例2により、溶媒としてプロピレンオキシドを用いた以外は同様の原料比および条件で調製した触媒懸濁液を用い、最初に仕込むプロピレンオキシドの量を128.5gとした以外は同様の条件で共重合反応を行うことによって、白色のポリプロピレンカーボネート98.4gを得た。そのIRスペクトルを図3、NMRチャートを図4に示す。   According to Catalyst Preparation Example 2, except that propylene oxide was used as a solvent, a catalyst suspension prepared with the same raw material ratio and conditions was used, and the same conditions were used except that the amount of propylene oxide initially charged was 128.5 g. By carrying out a copolymerization reaction, 98.4 g of white polypropylene carbonate was obtained. The IR spectrum is shown in FIG. 3, and the NMR chart is shown in FIG.

触媒を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1.5:10:20のトリクロロ酢酸亜鉛−グリセリン−ジイソプロピル亜鉛を用い、エージングされた触媒とプロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.5MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は、1.8重量%であった。温度を65℃にして、共重合反応を10時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。そのIR吸収スペクトルを図5、NMRチャートを図6に示す。触媒効率は6,600g重合物/molジイソプロピル亜鉛、ポリカーボネートの数平均分子量は160,000、炭酸ガスの固定率は41重量%、交互構造含有量は95%以上であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst was changed. That is, trichloroacetic acid zinc-glycerin-diisopropyl zinc having a molar ratio of 1.5: 10: 20 was used as a three-way catalyst, and the aged catalyst and propylene oxide were respectively charged into a pressure cooker and immediately charged with carbon dioxide. Then, the pressure in the kettle was maintained at 3.5 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.8% by weight. The temperature was 65 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 10 hours. Next, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times by weight of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The IR absorption spectrum is shown in FIG. 5, and the NMR chart is shown in FIG. The catalyst efficiency was 6,600 g polymer / mol diisopropyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 160,000, the carbon dioxide fixation rate was 41% by weight, and the alternating structure content was 95% or more.

触媒調製例2により、溶媒としてプロピレンオキシドを用いた以外は同様の原料比および条件で調製した触媒懸濁液を用い、同様の条件で共重合反応を行うことによって、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。そのIRスペクトルを図7、NMRチャートを図8に示す。   According to Catalyst Preparation Example 2, white polypropylene carbonate was obtained by carrying out a copolymerization reaction under the same conditions using a catalyst suspension prepared under the same raw material ratio and conditions except that propylene oxide was used as a solvent. . The IR spectrum is shown in FIG. 7, and the NMR chart is shown in FIG.

触媒および反応時間を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1:10:20のモノクロロ酢酸亜鉛−グリセリン−ジエチル亜鉛を用い、エージングされた三元触媒と、プロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.5MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は、1.8重量%であった。温度を65℃にして、共重合反応を8時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。触媒効率は4,050g重合物/molジエチル亜鉛、ポリカーボネートの数平均分子量は190,000、炭酸ガスの固定率は41重量%、交互構造含有量は95%以上であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst and the reaction time were changed. That is, as a three-way catalyst, a monochloroacetic acid zinc-glycerin-diethyl zinc having a molar ratio of 1:10:20 was used. Aged three-way catalyst and propylene oxide were charged into a pressure cooker and immediately filled with carbon dioxide. Then, the pressure in the kettle was maintained at 3.5 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.8% by weight. The temperature was 65 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 8 hours. Next, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times by weight of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The catalyst efficiency was 4,050 g polymer / mol diethyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 190,000, the carbon dioxide fixation rate was 41% by weight, and the alternating structure content was 95% or more.

触媒および反応時間を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1.3:10:20のクエン酸亜鉛−グリセリン−ジn−ブチル亜鉛を用い、エージングされた触媒とプロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに釜内に炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.5MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は、1.8重量%であった。温度を65℃にして、共重合反応を8時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。触媒効率は5,200g重合物/mol ジn−ブチル亜鉛、ポリカーボネートの数平均分子量は80,000、炭酸ガスの固定率は40重量%、交互構造含有量は95%以上であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst and the reaction time were changed. That is, as the three-way catalyst, zinc citrate-glycerin-di-n-butylzinc having a molar ratio of 1.3: 10: 20 was used, and the aged catalyst and propylene oxide were respectively charged into the pressure cooker, and immediately Carbon dioxide gas was charged into the tank, and the pressure in the kettle was maintained at 3.5 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.8% by weight. The temperature was 65 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 8 hours. Next, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times by weight of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The catalyst efficiency was 5,200 g polymer / mol di-n-butyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 80,000, the carbon dioxide fixation rate was 40% by weight, and the alternating structure content was 95% or more.

触媒および反応条件を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1.5:2:2の塩化アルミニウム−グリセリン−ジエチル亜鉛を用い、エージングされた触媒とプロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.0MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は、1.8重量%であった。温度を70℃にして、共重合反応を8時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。触媒効率は9,400g重合物/molジエチル亜鉛で、ポリカーボネートの数平均分子量は120,000、炭酸ガスの固定率は40重量%、交互構造含有量は95%以上であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst and reaction conditions were changed. In other words, aluminum chloride-glycerin-diethyl zinc having a molar ratio of 1.5: 2: 2 was used as a three-way catalyst, and the aged catalyst and propylene oxide were respectively charged into a pressure kettle and immediately charged with carbon dioxide gas. The pressure in the kettle was maintained at 3.0 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.8% by weight. The temperature was set to 70 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 8 hours. Next, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times by weight of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The catalyst efficiency was 9,400 g polymer / mol diethylzinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 120,000, the carbon dioxide fixation rate was 40% by weight, and the alternating structure content was 95% or more.

触媒および反応温度を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1:8:20のアミノスルホン酸プラセオジム(III)−グリセリン−ジエチル亜鉛を用い、エージングされた触媒と50重量%のエポキシシクロへキサンを含有するプロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.0MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は1.8重量%であった。温度を70℃にして、共重合反応を10時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。触媒効率は9,000g重合物/molジエチル亜鉛で、ポリカーボネートの数平均分子量は51,000、炭酸ガスの固定率は40重量%であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst and reaction temperature were changed. Namely, praseodymium (III) aminosulfonate having a molar ratio of 1: 8: 20 as a three-way catalyst, glycerin-diethyl zinc, and aged catalyst and propylene oxide containing 50% by weight of epoxycyclohexane, Was charged in a pressure kettle and immediately charged with carbon dioxide, and the pressure in the kettle was maintained at 3.0 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.8% by weight. The temperature was set to 70 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 10 hours. Next, 1.5 times the weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times the amount of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The catalyst efficiency was 9,000 g polymer / mol diethyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 51,000, and the fixing rate of carbon dioxide was 40% by weight.

触媒および反応条件を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1:10:20のベンゼンスルホン酸亜鉛−グリセリン−ジn−プロピル亜鉛を用い、エージングされた触媒とプロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.0MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は1.8重量%であった。温度を70℃にして、共重合反応を8時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。触媒効率は5,200g重合物/molジn−プロピル亜鉛で、ポリカーボネートの数平均分子量は60,000、炭酸ガスの固定率は40重量%、交互構造含有量は95%以上であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst and reaction conditions were changed. That is, as a three-way catalyst, zinc benzenesulfonate-glycerin-di-n-propylzinc with a molar ratio of 1:10:20 was used, and the aged catalyst and propylene oxide were respectively charged into a pressure cooker, and carbon dioxide gas was immediately added. After charging, the pressure in the kettle was maintained at 3.0 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.8% by weight. The temperature was set to 70 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 8 hours. Next, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times by weight of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The catalyst efficiency was 5,200 g polymer / mol di-n-propyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 60,000, the carbon dioxide fixation rate was 40% by weight, and the alternating structure content was 95% or more.

触媒および反応条件を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1:10:20のジクロロ酢酸亜鉛−グリセリン−ジイソブチル亜鉛を用い、エージングされた触媒とプロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.0MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は1.8重量%であった。温度を70℃にして、共重合反応を8時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。触媒効率は5,200g重合物/molジイソブチル亜鉛、ポリカーボネートの数平均分子量は60,000、炭酸ガスの固定率は40重量%、交互構造含有量は95%以上であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst and reaction conditions were changed. That is, as a three-way catalyst, zinc dichloroacetate-glycerin-diisobutylzinc having a molar ratio of 1:10:20 was used, and the aged catalyst and propylene oxide were respectively charged into a pressure cooker, and immediately charged with carbon dioxide gas. The pressure in the kettle was maintained at 3.0 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.8% by weight. The temperature was set to 70 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 8 hours. Subsequently, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times by weight of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The catalyst efficiency was 5,200 g polymer / mol diisobutyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 60,000, the carbon dioxide fixation rate was 40% by weight, and the alternating structure content was 95% or more.

触媒および反応条件を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1:10:20のクロロ酢酸ランタン−グリセリン−ジn−プロピル亜鉛を用い、エージングされた触媒とプロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.0MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は1.8重量%であった。温度を70℃にして、共重合反応を8時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。触媒効率は6,900g重合物/molジn−プロピル亜鉛で、ポリカーボネートの数平均分子量は130,000、炭酸ガスの固定率は41重量%、交互構造含有量は95%以上であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst and reaction conditions were changed. That is, lanthanum chloroacetate-glycerin-di-n-propylzinc having a molar ratio of 1:10:20 was used as a three-way catalyst, and an aged catalyst and propylene oxide were charged into a pressure cooker, and carbon dioxide was charged. Then, the pressure in the kettle was maintained at 3.0 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.8% by weight. The temperature was set to 70 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 8 hours. Next, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times by weight of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The catalyst efficiency was 6,900 g polymer / mol di-n-propyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 130,000, the carbon dioxide fixation rate was 41% by weight, and the alternating structure content was 95% or more.

触媒および反応条件を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1:10:20のdl−酒石酸亜鉛−グリセリン−ジn−プロピル亜鉛を用い、エージングされた触媒とプロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.0MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は1.5重量%であった。温度を70℃にして、共重合反応を8時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。触媒効率は4,900g重合物/molジn−プロピル亜鉛で、ポリカーボネートの数平均分子量は70,000、炭酸ガスの固定率は41重量%、交互構造含有量は95%以上であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst and reaction conditions were changed. That is, as a three-way catalyst, dl-zinc tartrate-glycerin-di-n-propylzinc having a molar ratio of 1:10:20 was used, and the aged catalyst and propylene oxide were respectively charged into a pressure cooker, and carbon dioxide gas was immediately added. After charging, the pressure in the kettle was maintained at 3.0 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.5% by weight. The temperature was set to 70 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 8 hours. Next, 1.5 times the weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times the amount of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The catalyst efficiency was 4,900 g polymer / mol di-n-propyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 70,000, the carbon dioxide fixation rate was 41% by weight, and the alternating structure content was 95% or more.

触媒を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1:10:20のトリクロロ酢酸ネオジム−グリセリン−ジエチル亜鉛を用い、エージングされた触媒と12重量%のエポキシエタンを含有するプロピレンオキシドとをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.5MPaに維持した。プロピレンオキシドに対する触媒の使用量は1.7重量%であった。温度を65℃にして、共重合反応を10時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色のポリプロピレンカーボネートを得た。触媒効率は6,000g重合物/molジエチル亜鉛で、ポリカーボネートの数平均分子量は51,000、炭酸ガスの固定率は40重量%以上であった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst was changed. That is, neodymium trichloroacetate-glycerin-diethyl zinc having a molar ratio of 1:10:20 was used as a three-way catalyst, and an aged catalyst and propylene oxide containing 12% by weight of epoxy ethane were respectively charged in a pressure cooker. Immediately, carbon dioxide gas was charged, and the pressure in the kettle was maintained at 3.5 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used relative to propylene oxide was 1.7% by weight. The temperature was 65 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 10 hours. Next, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times by weight of methanol of the reaction product to obtain white polypropylene carbonate. The catalyst efficiency was 6,000 g polymer / mol diethylzinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 51,000, and the carbon dioxide fixation rate was 40% by weight or more.

触媒および反応条件を変えた以外は実施例1と同様の手順によって、ポリカーボネートの合成を行った。すなわち、三元触媒として、モル比が1:8:20のイミノジ酢酸亜鉛−グリセリン−ジエチル亜鉛を用い、エージングされた触媒と、80%のプロピレンオキシドおよび20%のエポキシシクロへキサンからなる混合エポキシ化合物とをそれぞれ圧力釜に仕込み、ただちに炭酸ガスを充填して、反応が終了するまで釜内の圧力を3.0MPaに維持した。プロピレンオキシドとエポキシシクロヘキサンに対する触媒の使用量は、1.2重量%であった。温度を70℃にして、共重合反応を8時間行った。ついで、反応生成物に1.5倍重量のメタノールを添加して反応を停止させ、反応生成物の5倍重量のメタノールでポリマーを洗浄して、白色の脂肪族混成ポリカーボネートを得た。触媒効率は7,100g重合物/molジエチル亜鉛で、ポリカーボネートの数平均分子量は64,000、炭酸ガスの固定率は40重量%であった。そのIRスペクトルは図9、NMRチャートは図10に示すとおりであった。   Polycarbonate was synthesized by the same procedure as in Example 1 except that the catalyst and reaction conditions were changed. That is, as a three-way catalyst, iminodiacetate zinc-glycerin-diethylzinc having a molar ratio of 1: 8: 20 was used, and a mixed epoxy comprising 80% propylene oxide and 20% epoxycyclohexane. Each compound was charged into a pressure kettle and immediately charged with carbon dioxide, and the pressure in the kettle was maintained at 3.0 MPa until the reaction was completed. The amount of catalyst used for propylene oxide and epoxycyclohexane was 1.2% by weight. The temperature was set to 70 ° C. and the copolymerization reaction was carried out for 8 hours. Subsequently, 1.5 times by weight of methanol was added to the reaction product to stop the reaction, and the polymer was washed with 5 times by weight of methanol of the reaction product to obtain a white aliphatic hybrid polycarbonate. The catalyst efficiency was 7,100 g polymer / mol diethyl zinc, the number average molecular weight of the polycarbonate was 64,000, and the fixing rate of carbon dioxide was 40% by weight. The IR spectrum was as shown in FIG. 9, and the NMR chart was as shown in FIG.

本発明の触媒を用いて製造される脂肪族ポリカーボネートは、光分解性および生分解性を有するプラスチックであり、使い捨ての医薬品、食品包装材料などの用途に用いられるプラスチックとして有用である。   The aliphatic polycarbonate produced using the catalyst of the present invention is a plastic having photodegradability and biodegradability, and is useful as a plastic used in applications such as disposable pharmaceuticals and food packaging materials.

実施例1(触媒調製の溶媒:1,4−ジオキサン)のポリマーのIRスペクトルである。It is IR spectrum of the polymer of Example 1 (solvent for catalyst preparation: 1,4-dioxane). 実施例1(触媒調製の溶媒:1,4−ジオキサン)のポリマーのNMRチャートである。It is a NMR chart of the polymer of Example 1 (solvent for catalyst preparation: 1,4-dioxane). 実施例1(触媒調製の溶媒:プロピレンオキシド)のポリマーのIRスペクトルである。It is IR spectrum of the polymer of Example 1 (solvent for catalyst preparation: propylene oxide). 実施例1(触媒調製の溶媒:プロピレンオキシド)のポリマーのNMRチャートである。It is a NMR chart of the polymer of Example 1 (solvent for catalyst preparation: propylene oxide). 実施例2(触媒調製の溶媒:1,4−ジオキサン)のポリマーのIRスペクトルである。It is IR spectrum of the polymer of Example 2 (Solvent for catalyst preparation: 1,4-dioxane). 実施例2(触媒調製の溶媒:1,4−ジオキサン)のポリマーのNMRチャートである。It is a NMR chart of the polymer of Example 2 (solvent for catalyst preparation: 1,4-dioxane). 実施例2(触媒調製の溶媒:プロピレンオキシド)のポリマーのIRスペクトルである。It is IR spectrum of the polymer of Example 2 (solvent for catalyst preparation: propylene oxide). 実施例2(触媒調製の溶媒:プロピレンオキシド)のポリマーのNMRチャートである。It is a NMR chart of the polymer of Example 2 (solvent for catalyst preparation: propylene oxide). 実施例12(触媒調製の溶媒:1,4−ジオキサン)のポリマーのIRスペクトルである。It is IR spectrum of the polymer of Example 12 (Solvent for catalyst preparation: 1,4-dioxane). 実施例12(触媒調製の溶媒:1,4−ジオキサン)のポリマーのNMRチャートである。It is a NMR chart of the polymer of Example 12 (solvent for catalyst preparation: 1,4-dioxane).

Claims (10)

グリセリン、金属塩およびジヒドロカルビル亜鉛を出発原料として、下記の方法により製造される三元触媒であって、
前記金属塩が、(1)希土類金属塩または(2)非希土類金属塩であり、
(1)希土類金属塩は、一般式:MX1 n2 m
(式中、
Mは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選ばれる希土類金属原子であり;
nおよびmは、たがいに独立して0〜3の整数であり、かつn+m=3であり;
1は、K値が10−3以上のカルボキシル基またはスルホン基であり;
2は、ClまたはBrである)
で示され;
(2)非希土類金属塩は、一般式:ZX3 p4 q
(式中、
Zは、亜鉛またはアルミニウムであり;
Zが亜鉛の場合、pおよびqは、たがいに独立して0〜2の整数であり、かつp+q=2であり;
Zがアルミニウムの場合、pおよびqは、たがいに独立して0〜3の整数であり、かつp+q=3であり;
いずれの場合も、X3は、クエン酸残基、酒石酸残基、アミノスルホン酸残基、イミノジアセトキシ、トリフルオロアセトキシ、クロロアセトキシ、ジクロロアセトキシ、トリクロロアセトキシ、o−クロロ安息香酸残基、ベンゼンスルホン酸残基およびナフタリンスルホン酸残基からなる群より選ばれる基であり;
4は、ClまたはBrである)
で示され、
グリセリンおよび金属塩を含む混合物を、グリセリン:金属塩をモル比1〜10:1〜1.5で有機溶媒に添加し、炭酸ガスの存在下で、反応混合物の温度を25℃以下に保持し、金属塩:ジヒドロカルビル亜鉛のモル比が1〜1.5:2〜20になるようにジヒドロカルビル亜鉛を滴下して、その後、さらに炭酸ガス雰囲気中でエージングして、三元触媒の懸濁液を得ることにより製造される、高分子量の脂肪族ポリカーボネートの製造に用いられる三元触媒。
A three-way catalyst produced by the following method using glycerin, metal salt and dihydrocarbyl zinc as starting materials,
The metal salt is (1) a rare earth metal salt or (2) a non-rare earth metal salt;
(1) The rare earth metal salt has a general formula: MX 1 n X 2 m
(Where
M is a rare earth metal atom selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu;
n and m are each independently an integer from 0 to 3 and n + m = 3;
X 1 is, K a value be 10 -3 or more carboxyl group or a sulfonic group;
X 2 is Cl or Br)
Indicated by;
(2) The non-rare earth metal salt has a general formula: ZX 3 p X 4 q
(Where
Z is zinc or aluminum;
When Z is zinc, p and q are each independently an integer from 0 to 2 and p + q = 2;
When Z is aluminum, p and q are each independently an integer from 0 to 3 and p + q = 3;
In any case, X 3 represents citric acid residue, tartaric acid residue, aminosulfonic acid residue, iminodiacetoxy, trifluoroacetoxy, chloroacetoxy, dichloroacetoxy, trichloroacetoxy, o-chlorobenzoic acid residue, benzene A group selected from the group consisting of a sulfonic acid residue and a naphthalenesulfonic acid residue;
X 4 is Cl or Br)
Indicated by
A mixture containing glycerin and a metal salt is added to an organic solvent at a molar ratio of glycerin: metal salt of 1 to 10: 1 to 1.5, and the temperature of the reaction mixture is maintained at 25 ° C. or lower in the presence of carbon dioxide gas. The dihydrocarbyl zinc was dropped so that the molar ratio of metal salt: dihydrocarbyl zinc was 1 to 1.5: 2 to 20, and then aged in a carbon dioxide atmosphere to suspend the three-way catalyst. A three-way catalyst used for the production of a high molecular weight aliphatic polycarbonate produced by obtaining a liquid.
前記ジヒドロカルビル亜鉛が、ジエチル亜鉛、ジn−プロピル亜鉛、ジイソプロピル亜鉛、ジn−ブチル亜鉛、ジイソブチル亜鉛、ジフェニル亜鉛およびジベンジル亜鉛からなる群より選ばれる亜鉛化合物である、請求項1記載の三元触媒。   The ternary according to claim 1, wherein the dihydrocarbyl zinc is a zinc compound selected from the group consisting of diethyl zinc, di n-propyl zinc, diisopropyl zinc, di n-butyl zinc, diisobutyl zinc, diphenyl zinc and dibenzyl zinc. catalyst. 前記ジヒドロカルビル亜鉛が、ジアルキル亜鉛である、請求項1または2記載の三元触媒。   The three-way catalyst according to claim 1 or 2, wherein the dihydrocarbyl zinc is dialkyl zinc. 前記有機溶媒が、1,3−ジオキソラン、プロピレンオキシドおよび1,4−ジオキサンからなる群より選ばれる非プロトン溶媒である、請求項1〜3のいずれか1項記載の三元触媒。   The three-way catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the organic solvent is an aprotic solvent selected from the group consisting of 1,3-dioxolane, propylene oxide and 1,4-dioxane. 前記希土類金属が、Y、La、PrまたはNdである、請求項1〜4のいずれか1項記載の三元触媒。   The three-way catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the rare earth metal is Y, La, Pr or Nd. 前記(1)希土類金属塩の一般式において、X1が、酒石酸残基、アミノスルホン酸残基、トリフルオロアセトキシ、クロロアセトキシ、ジクロロアセトキシ、トリクロロアセトキシ、o−クロロ安息香酸残基、ベンゼンスルホン酸残基またはナフタリンスルホン酸残基からなる群より選ばれる基であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項記載の三元触媒。 (1) In the general formula of the rare earth metal salt, X 1 is a tartaric acid residue, an aminosulfonic acid residue, trifluoroacetoxy, chloroacetoxy, dichloroacetoxy, trichloroacetoxy, o-chlorobenzoic acid residue, benzenesulfonic acid The three-way catalyst according to any one of claims 1 to 5, which is a group selected from the group consisting of a residue or a naphthalenesulfonic acid residue. 2およびX4がそれぞれClである、請求項1〜6のいずれか1項記載の三元触媒。 The three-way catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein X 2 and X 4 are each Cl. グリセリン、金属塩およびジヒドロカルビル亜鉛を出発原料とする三元触媒の製造方法であって、
前記金属塩が、(1)希土類金属塩または(2)非希土類金属塩であり、
(1)希土類金属塩は、一般式:MX1 n2 m
(式中、
Mは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選ばれる希土類金属原子であり;
nおよびmは、たがいに独立して0〜3の整数であり、かつn+m=3であり;
1は、K値が10−3以上のカルボキシル基またはスルホン基であり;
2は、ClまたはBrである)
で示され;
(2)非希土類金属塩は、一般式:ZX3 p4 q
(式中、
Zは、亜鉛またはアルミニウムであり;
Zが亜鉛の場合、pおよびqは、たがいに独立して0〜2の整数であり、かつp+q=2であり;
Zがアルミニウムの場合、pおよびqは、たがいに独立して0〜3の整数であり、かつp+q=3であり;
いずれの場合も、X3は、クエン酸残基、酒石酸残基、アミノスルホン酸残基、イミノジアセトキシ、トリフルオロアセトキシ、クロロアセトキシ、ジクロロアセトキシ、トリクロロアセトキシ、o−クロロ安息香酸残基、ベンゼンスルホン酸残基およびナフタリンスルホン酸残基からなる群より選ばれる基であり;
4は、ClまたはBrである)
で示され、
グリセリンおよび金属塩を含む混合物を、グリセリン:金属塩をモル比1〜10:1〜1.5で有機溶媒に添加し、炭酸ガスの存在下で、反応混合物の温度を25℃以下に保持し、金属塩:ジヒドロカルビル亜鉛のモル比が1〜1.5:2〜20になるようにジヒドロカルビル亜鉛を滴下して、その後、さらに炭酸ガス雰囲気中でエージングして懸濁液を得ることを特徴とする三元触媒の製造方法。
A process for producing a three-way catalyst starting from glycerin, a metal salt and zinc dihydrocarbyl,
The metal salt is (1) a rare earth metal salt or (2) a non-rare earth metal salt;
(1) The rare earth metal salt has a general formula: MX 1 n X 2 m
(Where
M is a rare earth metal atom selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu;
n and m are each independently an integer from 0 to 3 and n + m = 3;
X 1 is, K a value be 10 -3 or more carboxyl group or a sulfonic group;
X 2 is Cl or Br)
Indicated by;
(2) The non-rare earth metal salt has a general formula: ZX 3 p X 4 q
(Where
Z is zinc or aluminum;
When Z is zinc, p and q are each independently an integer from 0 to 2 and p + q = 2;
When Z is aluminum, p and q are each independently an integer from 0 to 3 and p + q = 3;
In any case, X 3 represents citric acid residue, tartaric acid residue, aminosulfonic acid residue, iminodiacetoxy, trifluoroacetoxy, chloroacetoxy, dichloroacetoxy, trichloroacetoxy, o-chlorobenzoic acid residue, benzene A group selected from the group consisting of a sulfonic acid residue and a naphthalenesulfonic acid residue;
X 4 is Cl or Br)
Indicated by
A mixture containing glycerin and a metal salt is added to an organic solvent at a molar ratio of glycerin: metal salt of 1 to 10: 1 to 1.5, and the temperature of the reaction mixture is maintained at 25 ° C. or lower in the presence of carbon dioxide gas. The dihydrocarbyl zinc was added dropwise so that the molar ratio of metal salt: dihydrocarbyl zinc was 1 to 1.5: 2 to 20, and then aged in a carbon dioxide atmosphere to obtain a suspension. A method for producing a three-way catalyst.
エージング時間が、2〜4時間である、請求項8記載の三元触媒の製造方法。   The method for producing a three-way catalyst according to claim 8, wherein the aging time is 2 to 4 hours. 三元触媒を用いて高分子量の脂肪族ポリカーボネートを製造する方法であって、エージングされた請求項1〜7のいずれか1項記載の三元触媒とエポキシ化合物とを、それぞれ圧力釜に仕込み、釜内の圧力を2.0〜5.0MPaの範囲に維持するように炭酸ガスを充填し、50〜90℃の反応温度で共重合させ、共重合反応が終了した後、過剰量のメタノールで反応を停止させ、メタノールで重合体を洗浄することによって、脂肪族ポリカーボネートを得ることを特徴とする脂肪族ポリカーボネートの製造方法。
A method for producing a high-molecular-weight aliphatic polycarbonate using a three-way catalyst, wherein the aged three-way catalyst and an epoxy compound are charged into a pressure cooker, respectively. Carbon dioxide gas is charged so that the pressure in the kettle is maintained in the range of 2.0 to 5.0 MPa, copolymerization is performed at a reaction temperature of 50 to 90 ° C., and after the copolymerization reaction is completed, an excess amount of methanol is used. A method for producing an aliphatic polycarbonate, characterized in that the reaction is stopped and the polymer is washed with methanol to obtain an aliphatic polycarbonate.
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