JP2005048037A - 精製ポリアルキレングリコールの製造方法及び精製ポリアルキレングリコール - Google Patents

精製ポリアルキレングリコールの製造方法及び精製ポリアルキレングリコール Download PDF

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Abstract

【課題】 水、エチレングリコール、ジエチレングリコール、低級アルデヒド類等の低分子化合物の粗製ポリアルキレングリコールからの除去を大量に行うことができる精製ポリアルキレングリコールの製造方法の提供。
【解決手段】 分子量200〜10,000のポリエチレングリコールを脱泡処理した後、薄膜蒸発処理を行うことにより、ジエチレングリコールの分子量以下の分子量を有する不純物を除去して精製ポリアルキレングリコールを得る。脱泡処理の温度は100℃以上220℃以下、圧力は13.3Pa以上4,000Pa以下の範囲である。薄膜蒸発処理の温度は100℃以上250℃以下、圧力は1.33Paより高く13.3Pa以下の範囲である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、精製ポリアルキレングリコールの製造方法に関し、更に詳細には、低沸点化合物、特に水、エチレングリコール、ジエチレングリコール、低級アルデヒド類等を除去するための精製ポリアルキレングリコールの製造方法及び該方法によって製造された精製ポリアルキレングリコールに関するものである。
一般的にポリアルキレングリコールは、水、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等の活性水素を2個以上有する化合物に、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加重合することにより製造される。その際、粗製のポリアルキレングリコールには、製造条件により生成量は異なるものの、少量の低分子化合物としてエチレングリコール、ジエチレングリコール、低級アルデヒド類等が同時に副生される。
粗製のポリアルキレングリコールに含まれる低分子化合物のうち、水は、ポリアルキレングリコールが乳化剤として使用された場合に乳化安定性に悪影響を及ぼす。ポリアルキレングリコールの主たる用途は乳化剤であるため、乳化安定性の低下は非常に大きな問題となる。また、アセトアルデヒド等のアルデヒド類は、臭気を発生させ、またアレルギーの原因物質でもあるため、除去する必要がある。更に、ジエチレングリコールは毒性の問題を生じる。このように低沸点分はさまざまな問題を含んでいる。このため、これら低分子化合物を除去することが望まれている。
粗製ポリアルキレングリコールに含まれる低分子化合物を除去する方法として、アルキレンオキサイド付加反応後、反応槽内を減圧にする方法が考えられる。しかし、この方法では、水、アセトアルデヒド等のより分子量の低い成分は除去できるが、これらより沸点の高いジエチレングリコールのような物質の除去は困難である。また、薄膜分子蒸留機を用いて高真空下で低沸点化合物を除する方法もあるが(特許文献1)、発泡等の発生により処理能力が低下するため、大量処理には適さない。
特開2003−113239号公報、請求項3
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の課題は、低分子化合物である水、エチレングリコール、ジエチレングリコール、低級アルデヒド類等の除去を大量に行うことができる精製ポリアルキレングリコールの製造方法を提供することである。
本発明の精製ポリアルキレングリコールの製造方法は、粗製ポリアルキレングリコールを脱泡処理した後、薄膜蒸発処理を行うことにより、ジエチレングリコールの分子量以下の分子量を有する不純物を除去して精製ポリアルキレングリコールを得ることを特徴とする。
前記脱泡処理の温度は100℃以上220℃以下、圧力は13.3Pa以上4,000Pa以下の範囲であることが好ましい。
また、前記薄膜蒸発処理の温度は100℃以上250℃以下、圧力は1.33Paより高く13.3Pa以下の範囲であることが好ましい。
ここで、本発明の製造方法は、前記ポリアルキレングリコールが、分子量200〜10,000のポリエチレングリコールである場合に適している。
前記脱泡処理は、連続式でも回分式でも行うことが可能である。
本発明の製造方法では、脱泡処理及び薄膜蒸発処理により、例えば、化学分析、高速液体クロマトグラフ(HPLC)等の機器分析等によっても、実質的に検出することができない程度まで低分子化合物を除去することが可能となる。
なお、本発明に言う「精製」とは、公知のポリアルキレングリコールの精製に於けるポリアルキレングリコール製造時に使用される触媒及び触媒の中和塩の除去とは異なり、上記の公知の精製方法によっては除去されない、粗製ポリアルキレングリコール中に含まれる水、エチレングリコール、ジエチレングリコール、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド等を除去することを言う。
上記のように、薄膜蒸発処理に先だって脱泡処理を行うことにより、薄膜蒸発処理に於ける発泡を防止することができるので、処理量を増加させることができる。しかも、薄膜蒸発処理を高い圧力(低真空度)の下でも行うことができるので、動力の低い真空ポンプであっても大量の処理量を行うことができる。また、ポリアルキレングリコールの着色が生じやすい200℃以上の高温での処理時間を短くすることができるので、ポリアルキレングリコールの熱履歴による色相悪化を防ぐことができる。
本発明に於けるポリアルキレングリコールは、活性水素を2個以上有する有機化合物にアルキレンオキサイドを付加した、水酸基を2個以上有し、かつ、末端に水酸基を有する有機化合物である。
本発明に於けるポリアルキレングリコールの調製に使用される活性水素2個以上有する化合物としては、一般に、アルコール性水酸基、アミノ基、フェノール性水酸基を有する化合物を挙げることができる。その具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、水、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ビスフェノールA、ブチルアミン、アニリングリセリン、トリメチロールプロパン、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ジペンタエリスリトール、ソルビトール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、イソプロパノールアミン、エチレンジアミン、ポリエチレンイミン等の化合物が挙げられる。
前記活性水素2個以上有する化合物に付加されるアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド等であり、これらのアルキレンオキサイドを1種又は2種以上併用したものも本発明に使用することができる。特に、エチレンオキサイドと他のアルキレンオキサイドとを併用したものが好適に使用される。2種以上のポリアルキレングリコールを併用する場合、アルキレンオキサイドの付加形態が、ブロック又はランダムのいずれの付加形態であっても、本発明を適用することができる。
本発明の製造方法は、ポリアルキレングリコールが、分子量200〜10,000、特に200〜6,000のポリエチレングリコールである場合に適している。この分子量が200より小さいと、除去すべき低分子化合物以外のポリエチレングリコールも一部除去されてしまうことがあり、また、分子量が上記範囲より大きいと、ポリエチレングリコールの溶融粘度が高くなり、分子蒸留機による処理時の移送、薄膜化等が困難となる傾向がある。
本発明に於いて、粗製ポリアルキレングリコールから除去される低分子化合物は、ジエチレングリコールの分子量以下のものであり、例えば、水、エチレングリコール、ジエチレングリコール、アセトアルデヒド及びホルムアルデヒドから選択される化合物を挙げることができる。
本発明に於ける脱泡処理は、薄膜蒸発機等の連続式の装置を用いて行うことができ、また、撹拌装置付きの脱気槽等の装置を用いて回分式で行うこともできる。この脱泡処理に於ける温度は、100℃以上220℃以下であることが好ましく、100℃以上200℃以下であることがより好ましい。この温度が100℃より低いと脱泡効果が得られず、次の薄膜蒸発処理に於いて発泡等が生ずるので好ましくない。また、220℃より高いと、得られる精製ポリアルキレングリコールが着色する傾向が現れるので好ましくない。また、脱泡処理時の圧力は、13.3Pa以上4,000Pa以下の範囲が好ましい。この圧力が13.3Paより低いと、薄膜蒸発処理に際して発泡が生じ、また、4,000Paを超えると脱泡効果が得られなくなるので好ましくない。
本発明に於ける薄膜蒸発処理は、薄膜式分子蒸留機を用いて行うことができる。一般的に、薄膜式分子蒸留機には、液体を落下させながら薄膜化して減圧環境下で分離する流下膜式のものと、高速回転盤上に液体を供給しながら回転盤の回転による遠心力で薄膜化して分離する遠心式のものとがある。本発明では何れの方法も使用し得るが、薄い膜厚が得られ易く、低分子化合物の分離が良好であるという点から、遠心式分子蒸留機の方が好ましい。
遠心式分子蒸留機を使用する場合、ポリアルキレングリコールを溶融させて液化させる工程と、液体のポリアルキレングリコールを回転盤まで誘導する工程と、誘導する工程中にポリアルキレングリコールを所定温度に調整する温度調整工程と、高真空下で高速回転盤に液体のポリアルキレングリコールを供給して薄膜化することにより低分子化合物を気化させる気化工程とにより構成されている。
発明に於ける遠心式分子蒸留機による処理は、粗製ポリアルキレングリコールの回転盤への供給温度、回転盤の回転速度、真空度、回転盤上に於けるポリアルキレングリコールの膜厚等の条件に影響される。具体的には、粗製ポリアルキレングリコールの回転盤への供給温度(薄膜蒸発処理温度)は、100〜250℃であることが好ましく、140〜220℃であることがより好ましい。この温度が100℃より低いと、低分子化合物を効果的に除去することができず、また、250℃より高いと、得られる精製ポリアルキレングリコールが熱劣化するおそれがある。
また、遠心式分子蒸留機を使用する場合の回転盤の回転速度は、500〜2000rpmの範囲が好ましい。回転盤の回転速度が500rpmより低いと、ポリアルキレングリコールが十分に薄膜化されず、2000rpmより高いと、低分子化合物を効果的に除去することができないので好ましくない。
薄膜蒸発処理の際の圧力は、1.33Paより高く13.3Pa以下の範囲であることが好ましい。圧力が13.3Paより高い場合は充分に低分子化合物を除去することはできず、また、圧力を1.33Pa以下にすることは差し支えないが、不必要に低い圧力にすることは、大きな真空ポンプの動力が必要となるので好ましくない。
更に、遠心式分子蒸留機を使用する場合の回転盤上での膜厚は、その端部で10〜100μmの範囲であることが好ましい。この膜厚が10μmより小さいと、効率的な蒸留機による処理はできるが、その膜厚を得るためには回転盤の回転数を非常に高くすることが必要となり、困難を伴う。また、膜厚が100μmより大きいと、低分子化合物を効果的に除去することができなくなるので好ましくない。
これらの条件は固定的なものではなく、ポリアルキレングリコールが得られれば特に上記の運転条件に拘束されるものではない。また、本発明に於いて効率よく低分子化合物を除去するために、共沸化合物を予め添加しておいてもよい。
以下、実施例及び比較例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例等に限定されるものではない。
(実施例1)
公知の方法により、エチレングリコール1モルにエチレンオキサイド10モルを付加反応させて、粗製ポリエチレングリコール(分子量500)を製造した。この粗製物の水分、アセトアルデヒド含有量、エチレングリコール含有量、ジエチレングリコール含有量、及び色相を後述する方法により測定した後、薄膜蒸発機(神網パンテック製ワイプレン12−4)を使用して脱泡処理を行った。処理条件は、供給温度100℃、本体温度120℃、処理圧力50Pa、供給流量10kg/hであった。次に、薄膜分子蒸留機(日本車両製MD−380)による薄膜蒸発処理を行った。処理条件は、供給温度150℃、本体温度200℃、処理圧力4Pa、供給流量60kg/hであった。以上の処理の前後に於ける各測定値を表1に示した。
(実施例2)
公知の方法により、エチレングリコール1モルにエチレンオキサイド40モルを付加反応させて、粗製ポリエチレングリコール(分子量1800)を製造した。この粗製物の水分、アセトアルデヒド含有量、エチレングリコール含有量、ジエチレングリコール含有量、及び色相を後述する方法により測定した後、撹拌付脱気槽(50L)を使用して脱泡処理を行った。処理条件は、槽内温度150℃、処理圧力20Pa、処理時間2時間であった。次に、薄膜分子蒸留器(日本車両製MD−380)による薄膜蒸発処理を行った。処理条件は、供給温度150℃、本体温度200℃、処理圧力2Pa、供給流量40kg/hであった。以上の処理の前後に於ける各測定値を表1に示した。
(実施例3)
公知の方法により、エチレングリコール1モルにエチレンオキサイド10モルを付加反応させて、粗製ポリエチレングリコール(分子量500)を製造した。この粗製物の水分、アセトアルデヒド含有量、エチレングリコール含有量、ジエチレングリコール含有量、及び色相を後述する方法により測定した後、薄膜蒸発機(神鋼パンテック製ワイプレン12−4)を使用して脱泡処理を行った。処理条件は、供給温度100℃、本体温度120℃、処理圧力50Pa、供給流量10kg/hであった。脱泡処理したポリエチレングリコールを、同じ薄膜蒸発機を用い、条件を変えて薄膜蒸発処理を行った。処理条件は、供給温度160℃、本体温度210℃、処理圧力1.5Pa、供給流量50kg/hであった。以上の処理の前後に於ける各測定値を表1に示した。
(比較例1)
公知の方法により、エチレングリコール1モルにエチレンオキサイド10モルを付加反応させて、粗製ポリエチレングリコール(分子量500)を製造した。この粗製物の水分、アセトアルデヒド含有量、エチレングリコール含有量、ジエチレングリコール含有量、及び色相を後述する方法により測定した後、脱泡処理を行うことなく、薄膜分子蒸留器(日本車両製MD−380)による薄膜蒸発処理を行った。処理条件は、供給温度200℃、本体温度210℃、処理圧力0.27Pa、供給流量20kg/hであった。以上の処理の前後に於ける各測定値を表1に示した。
Figure 2005048037
表1の結果から、何れの実施例に於いても、処理後の水分、アセトアルデヒド含有量、エチレングリコール含有量及びジエチレングリコール含有量は測定限界以下となっており、また、色相も15以下の良好な値となっている。これに対して、比較例1に於いては、水分、アセトアルデヒド含有量、エチレングリコール含有量及びジエチレングリコール含有量は測定限界以下となっているものの、処理温度が200℃を超えて210℃まで加熱されているために色相は20となっており、着色が起こり易いことが分かる。また、薄膜蒸発処理に際して、実施例1〜3では、上述のように供給流量が40〜60kg/hであり、大量処理が可能であったのに対して、比較例1では供給流量20kg/hであり、処理量を上げることができないことが分かる。
<測定方法>
(エチレングリコール及びジエチレングリコールの含有量の測定法)
ポリアルキレングリコール中のエチレングリコール含有量及びジエチレングリコール含有量は、以下のようにして測定した。予めエチレングリコール及びジエチレングリコールについて、分取用GPCで溶出時間を測定しておく。次に、ポリアルキレングリコール中のエチレングリコール及びジエチレングリコールを上記分取用GPCで分取し、これをキャピラリーGCで定量した。この測定方法における分析限界は、5ppm以下である。
(アセトアルデヒドの定量)
アセトアルデヒドの定量は、ポリアルキレングリコールを水に溶解させた後、2,4−ジニトロフェニルヒドラジンと反応させてヒドラゾン化合物を生成させ、次にこのヒドラゾン化合物を塩化メチレンで抽出した。次に、塩化メチレン抽出液をアセトニトリルで所定の濃度に希釈し、このアセトニトリル溶液をHPLCで測定することにより、アセトアルデヒドの定量を行った。
(ポリアルキレングリコールの水分測定法)
ポリアルキレングリコール中の水分は、ポリアルキレングリコールを予め水分既知のトルエンに所定の濃度で溶解し、カールフィッシャー水分計を用いて測定した。その際、分子蒸留及び水分測定の操作中に、雰囲気中の水分吸収を避けるため、分子蒸留に於いては流出物出口を囲い、乾燥空気を流しながら流出物を取り出した。また、水分測定は、グローボックス内で乾燥空気雰囲気で行った。測定限界は5ppmである。
本発明の精製ポリアルキレングリコールの製造方法によれば、水が含まれていないために乳化安定性に優れた精製ポリアルキレングリコールが得られ、また、アセトアルデヒド等のアルデヒド類が含まれていないため、臭気、アレルギー等の問題もなく、更に、ジエチレングリコールの含まれていないため、毒性の問題も生じない。従って、本発明の製造方法により得られる精製ポリアルキレングリコールは、化粧品、塗料等の種々の分野に於いて有用である。

Claims (7)

  1. 粗製ポリアルキレングリコールを脱泡処理した後、薄膜蒸発処理を行うことにより、ジエチレングリコールの分子量以下の分子量を有する不純物を除去して精製ポリアルキレングリコールを得ることを特徴とする精製ポリアルキレングリコールの製造方法。
  2. 前記脱泡処理を、温度が100℃以上220℃以下、圧力が13.3Pa以上4,000Pa以下の範囲で行う請求項1に記載の精製ポリアルキレングリコールの製造方法。
  3. 前記薄膜蒸発処理を、温度が100℃以上250℃以下、圧力が1.33Paより高く13.3Pa以下の範囲で行う請求項1又は2記載の精製ポリアルキレングリコールの製造方法。
  4. 前記ポリアルキレングリコールが、分子量が200〜10,000のポリエチレングリコールである請求項1乃至3の何れかに記載の精製ポリアルキレングリコールの製造方法。
  5. 前記脱泡処理を、連続式で行う請求項1乃至4の何れかに記載の精製ポリアルキレングリコールの製造方法。
  6. 前記脱泡処理を、回分式で行う請求項1乃至4の何れかに記載の精製ポリアルキレングリコールの製造方法。
  7. 請求項1乃至7の何れかに記載の製造方法によって製造された精製ポリアルキレングリコール。
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