JP2005015786A - 複合金属シアン化物錯体触媒、その製造方法およびその利用 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】t−ブチルアルコールまたはt−ブチルアルコールと他の有機化合物を有機配位子として含む、微粒子状の複合金属シアン化物錯体触媒であって、該微粒子状触媒は、粒子径0.15μm以上の微粒子を測定する光散乱法による測定に基づき、体積平均粒子径が3〜20μmの範囲内にあり、粒子径0.15μm以上1μm以下の触媒粒子の含有割合が5体積%未満であり、かつ粒子径1μm超の触媒粒子の含有割合が95体積%を超え100体積%以下である、複合金属シアン化物錯体触媒。
【選択図】なし
Description
したがって、触媒活性が高く、ろ過性がよく、作業性に優れたDMC触媒を容易に製造する方法が強く求められていた。
(2)第一の反応器中で前記合流液を撹拌下に0〜90℃で平均滞留時間1分以上滞留させてハロゲン化金属化合物とアルカリ金属シアノメタレートを反応させ、生成した反応液を下記第二の反応器に連続的に移送する(b)工程、
(3)有機配位子もしくは有機配位子水溶液の流れを第二の反応器に連続的に導入し、第二の反応器中で有機配位子もしくは有機配位子水溶液と前記反応液との混合液を撹拌下に40〜100℃で平均滞留時間3分以上滞留させ、生成した複合金属シアン化物錯体を含有する分散液を下記(d)工程に連続的に移送する(c)工程、
および、
(4)複合金属シアン化物錯体を含有する分散液をろ過して複合金属シアン化物錯体を含むろ過ケーキ得る(d)工程、
を含む、前記の複合金属シアン化物錯体触媒の製造方法。
本発明において、t−ブチルアルコールまたはt−ブチルアルコールと他の有機化合物を有機配位子として含む複合金属シアン化物錯体触媒を使用する。複合金属シアン化物錯体触媒は、代表的には式(1)で表される。
(M1、M2は金属、Xはハロゲン原子、Rは有機配位子、a、b、c、d、e、f、h、iは金属原子の原子価や有機配位子の配位数などによりかわりうる数を表す。)。
本発明の複合金属シアン化物錯体触媒は、下記工程を含む方法で製造されることが好ましい。
(1)ハロゲン化金属化合物の水溶液の連続的な流れとアルカリ金属シアノメタレート水溶液の連続的な流れとを(ハロゲン化金属化合物中の金属原子)/(アルカリ金属シアノメタレート中のアルカリ金属以外の金属原子)の原子数比が5〜16となる割合で合流させて合流液を下記第一の反応器に移送する(a)工程、
(2)第一の反応器中で前記合流液を撹拌下に0〜90℃で平均滞留時間1分以上滞留させてハロゲン化金属化合物とアルカリ金属シアノメタレートを反応させ、生成した反応液を下記第二の反応器に連続的に移送する(b)工程、
(3)有機配位子もしくは有機配位子水溶液の流れを第二の反応器に連続的に導入し、第二の反応器中で有機配位子もしくは有機配位子水溶液と前記反応液との混合液を撹拌下に40〜100℃で平均滞留時間3分以上滞留させ、生成した複合金属シアン化物錯体を含有する分散液を下記(d)工程に連続的に移送する(c)工程、
および、
(4)複合金属シアン化物錯体を含有する分散液をろ過して複合金属シアン化物錯体を含むろ過ケーキ得る(d)工程。
前記触媒含有組成物は、上述の工程で得られたろ過ケーキを分散媒であるポリエーテルモノオールもしくはポリエーテルポリオールに分散させて製造することができる。特に、ろ過ケーキを分散媒に分散させた後揮発成分を除去して触媒含有組成物を製造することが好ましい。揮発成分の除去により、ろ過ケーキに含まれる水や有機配位子(複合金属シアン化物錯体に配位していないもの)が除去され、ポリエーテル製造に不要な成分を含まない触媒含有組成物が得られる。ろ過ケーキに残留する水や水酸基含有有機配位子(t−ブチルアルコールなど)はアルキレンオキシドと反応するおそれがあるからである。また、第一のろ過ケーキや第二以降のろ過ケーキを前記洗浄剤と混合した後上記分散媒を加え、その後加熱減圧等により揮発性成分(水や有機配位子)を除去して、触媒含有組成物を製造することもできる。
本発明は、また上記の複合金属シアン化物錯体触媒の存在下、開始剤の存在下アルキレンオキシドを開環重合させることを特徴とするポリエーテルの製造方法である。ここでいうポリエーテルはポリエーテルモノオールとポリエーテルポリオールの総称である。
重合温度は60〜180℃が好ましく、90〜150℃がより好ましく、100〜140℃が最も好ましい。
開始剤は、製造するポリエーテルの水酸基価の2〜15倍、好ましくは3〜10倍の水酸基価を有するものが好ましい。水酸基価としては70〜300が好ましい。
また、製造するポリエーテルの水酸基価は60以下であることが好ましく、28以下がより好ましい。24以下が特に好ましく、18以下が最も好ましい。水酸基価は2以上が好ましく、5以上が特に好ましい。
上記方法により得られたポリエーテルポリオールは、ポリウレタンフォーム、ポリウレタンエラストマーなどのポリウレタン原料、接着剤、塗料などの原料に使用できる。また、上記方法により得られたポリエーテルモノオールやポリエーテルポリオールは、界面活性剤、潤滑油などの機能油に使用できる。また、末端水酸基を他の官能基に変性してシーラント用途などに使用できる。
下記の例で得られたろ過ケーキ、触媒含有組成物(以下、触媒スラリーという)および乾燥固体等の試料(例5)に含まれる、触媒の粒子の平均粒子径および、粒子径0.15μm以上の粒子における粒子径0.15μm以上1μm以下の触媒粒子の割合(以下、粒子径0.15〜1μmの粒子の割合、という)は、いずれもマイクロトラック粒度分析計(日機装社製、FRA−9220)にて測定した。ただし、試料は予めメタノールに分散させて用い、流通溶媒としてメタノールを用いて測定した。
ろ過ケーキ中の複合金属シアン化物錯体粒子含有量は、ろ過ケーキの一部を80℃、0.01MPa以下で5時間乾燥したときの残量である。
(例1−1)
第一反応器(内容積600mL)につながった分岐導管の一方に濃度67質量%の塩化亜鉛水溶液を、他方に濃度5.5質量%のカリウムヘキサシアノコバルテート(K3Co(CN)6)水溶液を導入し、第一反応器直前の分岐部分で合流させて第一反応器に合流液を導入した。塩化亜鉛水溶液は12.3g/分(比重を1.80g/mLとして6.83mL/分)の速度で、カリウムヘキサシアノコバルテート水溶液は31.5g/分(比重を1.0g/mLとして31.5mL/分)の速度で、貯蔵槽からポンプで連続的に供給した(Zn/Coの原子数比11.5)。40℃に保温された第一反応器内で液を撹拌翼で300rpmで撹拌し、その後第一反応器から反応液を導管を通じて60℃に保温された第二反応器に導入した。
ろ過ケーキ(A2)の30gをポリオールR1の90gに混合し、室温で3時間撹拌し、その後80℃、0.005MPaの減圧下で、過剰量の有機配位子や水などの揮発成分を5時間行い、DMC−TBA触媒スラリー(触媒スラリー(A2−S))を得た。
ろ過ケーキ(A2)の代わりに、ろ過ケーキ(A1)を用いる以外は、例1−1と同様に行い、DMC−TBA触媒スラリー(触媒スラリー(A1−S))を得た。
ろ過ケーキ(A2)をポリオールR1に混合後、加熱減圧下での揮発成分の除去工程を行わない以外は例1−1と同様に行い、DMC−TBA触媒スラリー(触媒スラリー(A2−T))を得た。
(例2−1)
第二反応器に供給する有機配位子水溶液として、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル(以下、ETBEと略す)とTBAの混合水溶液(各々10質量%、40質量%)を用いた以外は例1−1と同様に行った。貯蔵槽に貯められた分散液のうち、1100gに対してろ過を行い、30分ほどで亜鉛ヘキサシアノコバルテート−TBA/ETBE錯体(以下、DMC−TBA/ETBE触媒という)を含むろ過ケーキ(B1)を分離した。
ろ過ケーキ(B2)の代わりに、ろ過ケーキ(B1)を用いる以外は、例2−1と同様に行い、DMC−TBA/ETBE触媒スラリー(触媒スラリー(B1−S))を得た。
濃度67質量%の塩化亜鉛水溶液と濃度5.5質量%のカリウムヘキサシアノコバルテート水溶液を各々6.6g/分(比重を1.80g/mLとして3.67mL/分)、31.5g/分(比重を1.0g/mLとして31.5mL/分)の速度で供給した(Zn/Coの原子数比6.2)以外は例1−1と同様に行った。貯蔵槽に貯められた分散液のうち、1100gに対してろ過を行い、28分ほどでDMC−TBA触媒を含むろ過ケーキ(C1)を分離した。
(例4−1)
40℃の湯浴中に保持された反応器(5L)に濃度67質量%の塩化亜鉛水溶液を316g仕込み、撹拌翼で300rpmで撹拌しながら濃度5.5質量%のカリウムヘキサシアノコバルテート水溶液を貯蔵槽からポンプで27g/分の速度で30分間供給し(Zn/Coの原子数比11.5)、さらに60分間撹拌混合を続け複合金属シアン化物の分散液を生成させた。次に、反応器内の温度を60℃に昇温し、300rpmで混合撹拌しながら、50質量%のTBA水溶液を53g/分で30分間導入した。反応器内の複合金属シアン化物錯体の分散液に対するTBAの割合は30質量%であった。さらに60分間撹拌を続け、反応を終了した。次に、得られた分散液のうち、1100gに対してろ過を行い、240分ほどでDMC−TBA触媒を含むろ過ケーキ(D1)を分離した。
ろ過ケーキ(D2)の代わりに、ろ過ケーキ(D1)を用いる以外は、例4−1と同様に行い、DMC−TBA触媒スラリー(触媒スラリー(D1−S))を得た。
ろ過ケーキ(D2)をポリオールR1に混合後、加熱減圧下での揮発成分の除去工程を行わない以外は例4−1と同様に行い、触媒スラリー(触媒スラリー(D2−T))を得た。
例1−1で得られたろ過ケーキ(A2)の一部(60g)を80℃、0.005MPaで、5時間乾燥して得られた固体を粉砕し、平均粒子径が22.5μmの乾燥した紛体状の固体触媒(E1)を得た。
濃度67質量%の塩化亜鉛水溶液と濃度5.5質量%のカリウムヘキサシアノコバルテート水溶液を貯蔵槽からポンプで各々4.4g/分(比重を1.80g/mLとして2.44mL/分)、31.5g/分(比重を1.0g/mLとして31.5mL/分)の速度で供給した(Zn/Coの原子数比3.9)以外は例1−1と同様に行った。第一反応器での平均滞留時間は17.7分、第二反応器での平均滞留時間は21.9分であった。貯蔵槽に貯められた分散液のうち、1100gに対してろ過を行い、115分ほどでDMC−TBA触媒を含むろ過ケーキ(F1)を分離した。
第一反応器、第二反応器がともに室温に保持された以外は例1−1と同様に行った。貯蔵槽に貯められた分散液のうち1100gに対し、ろ過を行い、120分ほどでDMC−TBA触媒を含むろ過ケーキ(G1)を分離した。
撹拌器付きステンレス製5000mLの耐圧反応器中に、ポリオールR1の587gと、例1−1で調製した触媒スラリー(A2−S)を2.71g(触媒として0.225g)投入した。窒素置換後120℃に昇温し、POの59gを反応させた。系内の圧力が下がったら、まずPOを20g/分で2600g供給し、その後10g/分で1300g供給し、ポリオールを製造した。その間、反応器の内温を120℃、撹拌速度を220rpmに保った。得られたポリオールの性状を表3に示す。
表3に示す触媒スラリーを表に示す質量(g)(いずれも触媒として0.225gに相当する量)使用する以外は、例8と同様に行った。得られたポリオールの性状を表3に示す。例9〜13は実施例、例14〜19は比較例(例17では粉末触媒使用)である。
撹拌器付きステンレス製200mLの耐圧反応器中に、ポリオールR1の25gと、表3に示す触媒スラリーを触媒として0.5mgに相当する量仕込んだ。窒素置換後120℃に昇温し、撹拌速度を500rpmに保ったまま、POの8gを反応させた。系内の圧力が下がったら、反応器の内温を120℃に保持しながら、POを1g/分で供給し、POが重合しなくなるまで撹拌を続けた。その後、減圧脱気し、生成ポリオールの質量を秤量した。生成ポリオールの質量(g)を0.5mgで除した値を、「活性」(POkg/g触媒)として算出した。結果を表3に示す。
(例20)「ポリオールZ1の製造」
撹拌機付きステンレス製5000mLの耐圧反応器中に、ポリオールR2を400gと、例1−1で調製した触媒スラリー(A2−S)を1.77g(触媒として0.151g)投入した。窒素置換後130℃に昇温し、POの40gと反応させた。系内の圧力が下がったら、POを2100g供給し、系内の圧力が一定になるまで熟成させた。この後水酸化カリウム水溶液を添加し、水を留去後、エチレンオキシド(以下、EOという)を480g供給した。重合反応中は反応器の内温を130℃、撹拌速度を220rpmに保った。その後、触媒を除去し、ポリオールZ1を得た。
撹拌機付きステンレス製5000mLの耐圧反応器中に、ポリオールR2を400gと、例1−1で調製した触媒スラリー(A2−S)を1.76g(触媒として0.150g)投入した。窒素置換後130℃に昇温し、POの40gと反応させた。系内の圧力が下がったら、POを1200g供給した。その後、POとEOの混合物960g(質量比=85/15)を供給し、系内の圧力が一定になるまで熟成させた。この後水酸化カリウム水溶液を添加し、水を留去後、EOを400g反応させた。重合反応中は反応器の内温を130℃、撹拌速度を220rpmに保った。その後、触媒を除去し、ポリオールZ2を得た。
例2−1で調製した触媒スラリー(B2−S)を1.70g(触媒として0.151g)使用する以外は(例20)と同様に行った。
例2−1で調製した触媒スラリー(B2−S)を1.69g(触媒として0.150g)使用する以外は(例21)と同様に行った。
下記の方法により弾性ポリウレタンフォームを製造した。原料処方成分を表5に示す。ポリオールとしては、表5に示したポリマー分散ポリオールR3を40質量部およびポリオールH〜Kをそれぞれ60質量部混合して得られるポリオール混合物100質量部を使用した。
Claims (11)
- t−ブチルアルコールまたはt−ブチルアルコールと他の有機化合物を有機配位子として含む、微粒子状の複合金属シアン化物錯体触媒であって、該微粒子状触媒は、粒子径0.15μm以上の微粒子を測定する光散乱法による測定に基づき、体積平均粒子径が3〜20μmの範囲内にあり、粒子径0.15μm以上1μm以下の触媒粒子の含有割合が5体積%未満であり、かつ粒子径1μm超の触媒粒子の含有割合が95体積%を超え100体積%以下である、複合金属シアン化物錯体触媒。
- 粒子径0.15μm以上1μm以下の触媒粒子を実質的に含まない、請求項1に記載の複合金属シアン化物錯体触媒。
- 有機配位子としてt−ブチルアルコールと併用する有機化合物が、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ペンチルアルコール、イソペンチルアルコール、N,N−ジメチルアセトアミド、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、イソプロピルアルコールおよびジオキサンから選ばれる1種または2種以上である、請求項1または2に記載の複合金属シアン化物錯体触媒。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の複合金属シアン化物錯体触媒がポリエーテルモノオールおよびポリエーテルポリオールから選ばれる少なくとも1種の分散媒に分散している、触媒含有組成物。
- 触媒含有組成物中の触媒含有量が5〜30質量%である、請求項4に記載の触媒含有組成物。
- (1)ハロゲン化金属化合物の水溶液の連続的な流れとアルカリ金属シアノメタレート水溶液の連続的な流れとを(ハロゲン化金属化合物中の金属原子)/(アルカリ金属シアノメタレート中のアルカリ金属以外の金属原子)の原子数比が5〜16となる割合で合流させて合流液を下記第一の反応器に移送する(a)工程、
(2)第一の反応器中で前記合流液を撹拌下に0〜90℃で平均滞留時間1分以上滞留させてハロゲン化金属化合物とアルカリ金属シアノメタレートを反応させ、生成した反応液を下記第二の反応器に連続的に移送する(b)工程、
(3)有機配位子もしくは有機配位子水溶液の流れを第二の反応器に連続的に導入し、第二の反応器中で有機配位子もしくは有機配位子水溶液と前記反応液との混合液を撹拌下に40〜100℃で平均滞留時間3分以上滞留させ、生成した複合金属シアン化物錯体を含有する分散液を下記(d)工程に連続的に移送する(c)工程、
および、
(4)複合金属シアン化物錯体を含有する分散液をろ過して複合金属シアン化物錯体を含むろ過ケーキ得る(d)工程、
を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の複合金属シアン化物錯体触媒の製造方法。 - (d)工程で得られたろ過ケーキと有機配位子水溶液とを混合し、0〜100℃の温度下で所定時間撹拌した後ろ過して第二のろ過ケーキを得る(e)工程、および所望により該第二のろ過ケーキに対して有機配位子もしくは有機配位子水溶液を使用して当該(e)工程と同様の工程を1回以上繰り返して第三以降のろ過ケーキを得る(e’)工程、を含む、請求項6に記載の製造方法。
- (d)工程、(e)工程または(e’)工程で得られたろ過ケーキ中の複合金属シアン化物錯体の含有量が20〜60質量%である、請求項6または7に記載の製造方法。
- 請求項6〜8のいずれかに記載の製造方法における(d)工程、(e)工程または(e’)工程から得られたろ過ケーキと、ポリエーテルモノオールおよびポリエーテルポリオールから選ばれる少なくとも1種の分散媒とを混合し、所望により揮発成分を除去することを特徴とする、請求項4または5に記載の触媒含有組成物の製造方法。
- 請求項6〜8のいずれかに記載の製造方法における(d)工程、(e)工程または(e’)工程から得られたろ過ケーキと有機配位子もしくは有機配位子水溶液とを混合して所定時間撹拌し、次いでポリエーテルモノオールおよびポリエーテルポリオールから選ばれる少なくとも1種の分散媒を混合し、その後有機配位子や水などの揮発成分を除去することを特徴とする、請求項4または5に記載の触媒含有組成物の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の複合金属シアン化物錯体触媒または請求項4または5に記載の触媒含有組成物の存在下に、開始剤にアルキレンオキシドを開環重合させることを特徴とするポリエーテルの製造方法。
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