JP2010099653A - Esterification catalyst and method for producing ester by using the same - Google Patents

Esterification catalyst and method for producing ester by using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid acid esterificationcatalyst which conversion of an esterification reaction is high and can be isolated, recovered and reused after the esterification reaction is completed, and to provide a method for producing an ester by using the solid acide sterification catalyst. <P>SOLUTION: The esterification catalyst is a solid acid catalyst (C) composed of a metal oxide carrier (A) and an oxide (B) containing a metallic element to be deposited. Zirconia is used as the metal oxide carrier (A) and molybdenum oxide is used as the oxide (B). The Hammett acidity function (H<SB>0</SB>) of the esterification catalyst is -3 to -9. The method for producing the ester includes a step that the dehydrating condensation reaction of alcohol (D) and carboxylic acid (E) is carried out under the presence of the solid acid catalyst (C). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、エステル化触媒及びそれを用いたエステル体の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、アルコールとカルボン酸とを脱水縮合反応させエステルを製造するための触媒及びそれを用いたエステル体の製造方法に関する。 The present invention relates to an esterification catalyst and a method for producing an ester using the same, and more specifically, a catalyst for producing an ester by dehydrating condensation reaction of an alcohol and a carboxylic acid, and an ester using the same. It relates to the manufacturing method.

現在、エステル体の製造方法としては、鉱酸、有機酸等の酸触媒が広く用いられている。用いられる鉱酸としては、硫酸、燐酸等を挙げることができ、有機酸としては、パラトルエンスルホン酸等を挙げることができる。これらの触媒を用いた場合の反応後の触媒の除去は、水を投入し、分液操作を行うことにより除去することが通常行われる。
一方、均一系触媒であるチタン系もしくはスズ系の均一系触媒を用いられることもあり、このような均一系触媒では、単離・回収をして取り除くことが難しく、残留触媒のないエステル体を合成することが困難である。これらの残留触媒は、得られたエステル体中に存在する水分とエステル結合との反応を促進させ、加水分解を引き起こすため、エステル体の耐久性や保存安定性を低下させる問題がある。
また、重合性官能基を有するカルボン酸を用いたエステル体の製造方法において前記従来の触媒を用いた場合には、エステル化反応に必要な加熱を行うために、エステル化反応の他に目的としない重合反応が並行して起こることから、エステル体が高収率で得られなかった。
At present, acid catalysts such as mineral acids and organic acids are widely used as methods for producing ester bodies. Examples of the mineral acid used include sulfuric acid and phosphoric acid, and examples of the organic acid include p-toluenesulfonic acid. In the case of using these catalysts, removal of the catalyst after the reaction is usually performed by adding water and performing a liquid separation operation.
On the other hand, a homogeneous catalyst of titanium or tin that is a homogeneous catalyst may be used. With such a homogeneous catalyst, it is difficult to isolate and recover, and an ester body without a residual catalyst is formed. It is difficult to synthesize. Since these residual catalysts promote the reaction between moisture and ester bonds present in the obtained ester body and cause hydrolysis, there is a problem of reducing the durability and storage stability of the ester body.
Further, when the conventional catalyst is used in the method for producing an ester using a carboxylic acid having a polymerizable functional group, in order to perform heating necessary for the esterification reaction, Since the polymerization reaction that does not occur occurs in parallel, the ester body was not obtained in high yield.

一般的に、均一系触媒は、先に述べた問題で通常使用可能な触媒量がごく微量に制限されるため、ポリエステル製造には多くの時間が必要となる。さらに単離・回収が困難であることから、エステル体の着色や物性への影響が避けられないという問題もある。   In general, a homogeneous catalyst requires a very long time for producing a polyester because the amount of the catalyst that can be usually used is limited to a very small amount due to the problems described above. Further, since it is difficult to isolate and recover, there is a problem that the coloration and physical properties of the ester are unavoidable.

そこで、有機金属化合物からなる高活性な有機酸系触媒を用いて少量でもエステル化反応を促進させる効果を有する技術が提案されている(例えば特許文献1)。しかしこの方法においても、やはり触媒の使用量に制限があるため、充分な量の触媒を使用することができず、大幅な製造時間の短縮は期待できない。   Thus, a technique has been proposed that has the effect of promoting the esterification reaction even with a small amount using a highly active organic acid catalyst composed of an organometallic compound (for example, Patent Document 1). However, even in this method, since the amount of the catalyst used is also limited, a sufficient amount of the catalyst cannot be used, and a significant reduction in production time cannot be expected.

さらに、特許文献2には、固体酸触媒をポリエステル重合補助触媒として使用する技術が提案されているが、この特許で使用されているモリブデン酸ジルコニアはH関数が−12.4であって、いわゆる超強酸である。しかし、グリコールと酸との脱水縮合反応に、こういった固体超強酸を用いると、酸強度が強過ぎ、グリコールの脱水反応を経たエーテル化などの副反応を起こすために、選択率の問題で工業的には不利である。 Furthermore, Patent Document 2 proposes a technique of using a solid acid catalyst as a polyester polymerization auxiliary catalyst, but zirconia molybdate used in this patent has a H 0 function of −12.4, It is a so-called super strong acid. However, if such a solid super strong acid is used for the dehydration condensation reaction between glycol and acid, the acid strength is too strong and causes side reactions such as etherification via the dehydration reaction of glycol. It is disadvantageous industrially.

特開2005−118714号公報JP-A-2005-118714 特開2006−265416号公報JP 2006-265416 A

本発明の課題は、エステル化反応の転化率が高く、且つ反応終了後の単離、回収、再利用が可能であるエステル化固体酸触媒の提供及び該触媒を用いたエステル体の製造方法の提供である。 An object of the present invention is to provide an esterified solid acid catalyst that has a high conversion rate of the esterification reaction and that can be isolated, recovered, and reused after completion of the reaction, and a method for producing an ester product using the catalyst. Is an offer.

本発明者らは、上記の課題を解決するエステル触媒を開発すべく鋭意研究を行った結果、ある特定の金属酸化物担体(A)と担持する金属元素を含む酸化物(B)とからなる固体酸触媒が、かかる課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、金属酸化物からなる担体(A)に金属酸化物(B)を担持させて得られる固体酸触媒において、前記金属酸化物からなる担体(A)がジルコニアで、前記金属酸化物(B)がモリブデン酸化物であり、ハメットの酸度関数(H)が、H=−3〜−9であることを特徴とするエステル化固体酸触媒(C)を提供するものである。また、本発明は、アルコール(D)とカルボン酸(E)とを、本発明固体酸触媒の存在下に脱水縮合反応させることを特徴とするエステル体の製造方法を提供するものである。
As a result of intensive studies to develop an ester catalyst that solves the above-mentioned problems, the inventors of the present invention are composed of a specific metal oxide support (A) and an oxide (B) containing a metal element to be supported. The present inventors have found that a solid acid catalyst can solve such a problem and have completed the present invention.
That is, the present invention provides a solid acid catalyst obtained by supporting a metal oxide (B) on a metal oxide support (A), wherein the metal oxide support (A) is zirconia, and the metal oxide The product (B) is a molybdenum oxide, and the acidity function (H 0 ) of Hammett is H 0 = −3 to −9, thereby providing an esterified solid acid catalyst (C). . Moreover, this invention provides the manufacturing method of the ester body characterized by making dehydration condensation reaction of alcohol (D) and carboxylic acid (E) in presence of this invention solid acid catalyst.

本発明の固体酸触媒は、ジルコニアを含む担体(A)に金属酸化物(B)としてモリブデン酸化物を担持させたもので、ハメットの酸化関数(H)を−3〜−9の固体酸触媒としたことにより、エステルを効率良く製造できる。本発明の固体酸触媒は、ジルコニア担体上にモリブデン酸ジルコニアを触媒活性点として生成させたもので、この触媒活性点がアルコールを吸着し、ついで、これにカルボン酸が接触することにより、エステル化反応が進みエステルが効率よく生成するものと推定される。
本発明の特定の固体酸触媒を用いてエステル化反応を行うことによって、
(1)固体酸触媒が固体であるため触媒と目的物のエステル体との単離が容易であり、触媒の回収・再利用が可能なので、使用できる触媒量に制限がなく、従来の均一系触媒に比べ、触媒を多量に用いることができ、生産性が向上し、工業的に有利である、
(2)エステル体合成後に触媒を単離することで、エステル体内に触媒が残らず、金属フリーなエステル体を得ることができる、
(3)エステル化反応温度が、従来の触媒を用いた場合より低温であるため、重合性官能基を有するカルボン酸を用いた場合でも、副反応である重合反応が進行せずにエステル化反応を行うことができる、等の効果が得られる。
The solid acid catalyst of the present invention is obtained by supporting molybdenum oxide as a metal oxide (B) on a support (A) containing zirconia and having a Hammett's oxidation function (H 0 ) of −3 to −9. By using the catalyst, the ester can be produced efficiently. The solid acid catalyst of the present invention is produced by forming zirconia molybdate as a catalytic active site on a zirconia support. This catalytic active site adsorbs alcohol, and then the carboxylic acid comes into contact therewith, thereby esterifying. It is presumed that the reaction proceeds and the ester is produced efficiently.
By performing an esterification reaction using the specific solid acid catalyst of the present invention,
(1) Since the solid acid catalyst is a solid, it is easy to isolate the catalyst from the target ester, and the catalyst can be recovered and reused. Compared with the catalyst, a large amount of the catalyst can be used, the productivity is improved, and it is industrially advantageous.
(2) By isolating the catalyst after synthesis of the ester body, no catalyst remains in the ester body, and a metal-free ester body can be obtained.
(3) Since the esterification reaction temperature is lower than when a conventional catalyst is used, even when a carboxylic acid having a polymerizable functional group is used, the esterification reaction does not proceed as a side reaction. Can be obtained.

TPD−AT−1型昇温脱離装置による固体酸触媒A及びBのアンモニアTPDスペクトルAmmonia TPD spectra of solid acid catalysts A and B by TPD-AT-1 temperature programmed desorption system

以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する固体酸触媒は、金属酸化物担体(A)表面に金属酸化物(B)を担持してなる固体酸触媒である。
この金属酸化物担体(A)としては、触媒の設計・装飾の容易性、触媒能を充分に発揮するか否か、エステル体若しくはその原料への溶解性などの点から、ジルコニア(二酸化ジルコニウム、ZrO)を用いる。また、このジルコニアは、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、チタニア(TiO)、酸化スズ(SnO、SnO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化鉄(Fe、FeO)、又はゼオライト等を併用したものであっても良い。これらを併用する場合、触媒(C)中のジルコニアの含有量が、モル比で10%以上含んでいることが好ましく、さらに好ましくは30%以上含んだものである。
The present invention is described in detail below.
The solid acid catalyst used in the present invention is a solid acid catalyst formed by supporting the metal oxide (B) on the surface of the metal oxide support (A).
As this metal oxide support (A), zirconia (zirconium dioxide, zirconium dioxide, zirconium dioxide, zirconium oxide, ZrO 2 ) is used. Moreover, this zirconia includes silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 , SnO), hafnium oxide (HfO 2 ), iron oxide (Fe 2 O 3 , It may be a combination of FeO 4 ) or zeolite. When these are used in combination, the content of zirconia in the catalyst (C) is preferably 10% or more, more preferably 30% or more in terms of molar ratio.

前記担持させる金属酸化物(B)の金属元素としては、触媒の設計上からモリブデンである。この担持金属酸化物(B)としては、三酸化モリブデン(MoO)である。さらに、担持させる金属酸化物(B)の金属元素としては、モリブデンと共にタングステン、タンタル等を併用し複合化したものであっても良い。好ましい担持する金属酸化物としては、タングステン酸(WOなど)、タンタル酸化物(Taなど)等が挙げられる。 The metal element of the metal oxide (B) to be supported is molybdenum in terms of catalyst design. The supported metal oxide (B) is molybdenum trioxide (MoO 3 ). Further, the metal element of the metal oxide (B) to be supported may be a composite element using molybdenum, tungsten, tantalum or the like in combination. Preferred supported metal oxides include tungstic acid (WO 3 etc.), tantalum oxide (Ta 2 O 5 etc.) and the like.

本発明のエステル化固体酸触媒(C)の金属元素であるMo/Zr(Moはモリブデン、Zrはジルコニウム)比は、質量比で0.01〜0.40が好ましい。この範囲より少ないと、反応場となる触媒の活性点としての、モリブデン酸ジルコニアが充分に形成されず、触媒能を充分に発揮しないからである。また、この範囲を超えると担体であるジルコニア表面に比べ、担持するモリブデン酸化物が多すぎ、モリブデン酸化物はジルコニア表面に比べ、担持するモリブデン酸化物が多すぎモリブデン酸化物はジルコニア表面に多層に担持されることになり、結果として触媒能を充分に発揮できなくなるからである。これらの観点から、Mo/Zrの質量比はさらに好ましくは0.1〜0.2である。 The mass ratio of Mo / Zr (Mo is molybdenum and Zr is zirconium) which is a metal element of the esterified solid acid catalyst (C) of the present invention is preferably 0.01 to 0.40. When the amount is less than this range, zirconia molybdate as an active point of the catalyst that becomes a reaction field is not sufficiently formed, and the catalytic ability is not sufficiently exhibited. If this range is exceeded, too much molybdenum oxide is supported compared to the support zirconia surface, molybdenum oxide is too much molybdenum oxide to support, and molybdenum oxide is multi-layered on the zirconia surface. This is because, as a result, the catalyst ability cannot be fully exhibited. From these viewpoints, the Mo / Zr mass ratio is more preferably 0.1 to 0.2.

本発明のエステル化固体酸触媒(C)は、例えば水酸化ジルコニウムとモリブデン酸アンモニウムとの反応生成物(モリブデン酸ジルコニア)を溝、孔、クラック等を有するジルコニアの表面に形成することにより製造できる。その製造方法としては、金属酸化物担体(A)の前駆体である水酸化ジルコニウムに、担持する金属酸化物(B)の前駆体であるモリブデン酸アンモニウムを平衡吸着法、インシピエント・ウェットネス(Incipient wetness)法、蒸発乾固法等公知の担持方法により担持し、さらにこれに吸着混合物を焼成することにより得られるものである。この時の焼成温度は、好ましくは673K〜1473K、より好ましくは973K〜1273Kとするのが良い。この温度から外れた場合、例えば、焼成温度が673Kより低いと、モリブデン‐酸素-ジルコニウム(Mo-O-Zr)の結合が充分に形成されず、得られた触媒の活性が不充分となるおそれがある。また、1273Kより高いと、表面積が激減するために反応基質との接触面積が充分に得られず、触媒活性が激減する恐れがあるため、好ましくない。 The esterified solid acid catalyst (C) of the present invention can be produced, for example, by forming a reaction product (zirconia molybdate) of zirconium hydroxide and ammonium molybdate on the surface of zirconia having grooves, holes, cracks and the like. . As a production method thereof, zirconium hydroxide which is a precursor of the metal oxide support (A) is mixed with an ammonium molybdate which is a precursor of the metal oxide (B) to be supported by an equilibrium adsorption method, an incipient wetness (Incipient wetness). It is obtained by carrying it by a known carrying method such as a wetness) method or an evaporation to dryness method, and further firing the adsorbed mixture thereon. The firing temperature at this time is preferably 673K to 1473K, more preferably 973K to 1273K. If the temperature deviates from this temperature, for example, if the calcination temperature is lower than 673 K, molybdenum-oxygen-zirconium (Mo-O-Zr) bonds may not be sufficiently formed, and the activity of the resulting catalyst may be insufficient. There is. On the other hand, when the temperature is higher than 1273K, the surface area is drastically reduced, so that a sufficient contact area with the reaction substrate cannot be obtained and the catalytic activity may be drastically reduced.

前記のエステル化固体酸触媒(C)の酸強度は、ハメットの酸度関数Hで表すと、Hが−3〜−9である。ハメットの酸度関数Hは、水溶液の酸・塩基の強さがpHで表されるように、固体表面の酸・塩基点の強度を表す指標になる。この関数は、水溶液中ではpH=Hであるため、その強度が直感的に理解され、また、実験操作が簡便であるため広く受け入れられている。Hの値が小さい程強い酸性を示し、Hの値が大きい程強い塩基性を示す。本発明における反応系では、本発明のエステル化固体酸触媒(C)のHが−3より大き過ぎると触媒活性を示さず、反応が進行しにくくなる。一方、本発明のエステル化固体酸触媒(C)のHが−9より小さ過ぎるとアルコールの分子内脱水による炭素−炭素二重結合の生成、さらにはこの二重結合とアルコールによるエーテル化反応などの副反応を起こすおそれがあり、好ましくない。 When the acid strength of the esterified solid acid catalyst (C) is expressed by Hammett acidity function H 0 , H 0 is −3 to −9. Hammett's acidity function H 0 is an index representing the strength of acid / base points on the surface of a solid so that the strength of acid / base of an aqueous solution is represented by pH. Since this function has pH = H 0 in an aqueous solution, its strength is intuitively understood, and the experimental operation is simple and widely accepted. A smaller H 0 value indicates stronger acidity, and a higher H 0 value indicates stronger basicity. In the reaction system of the present invention, if H 0 of the esterified solid acid catalyst (C) of the present invention is more than -3, the catalytic activity is not exhibited and the reaction is difficult to proceed. On the other hand, if H 0 of the esterified solid acid catalyst (C) of the present invention is too small than −9, a carbon-carbon double bond is generated by intramolecular dehydration of the alcohol, and further this etherification reaction with the double bond and the alcohol. Such a side reaction may occur, which is not preferable.

前記のエステル化固体酸触媒(C)の表面の水との濡れ性は製造時の焼成温度で制御することができる。エステル化固体酸触媒(C)は、その平均粒径が1μmの場合、エステル化固体酸触媒(C)を充填したカラム内を水が浸透する速度(浸透速度法)から算出された水との接触角が、30°〜110°であることがエステル化触媒として好ましく、より好ましくは接触角70°〜90°である。 The wettability of the esterified solid acid catalyst (C) with water on the surface can be controlled by the firing temperature during production. When the average particle diameter of the esterified solid acid catalyst (C) is 1 μm, the esterified solid acid catalyst (C) is calculated from the rate at which water permeates through the column packed with the esterified solid acid catalyst (C) (permeation rate method). The contact angle is preferably 30 ° to 110 ° as the esterification catalyst, and more preferably the contact angle is 70 ° to 90 °.

本発明のエステル化固体酸触媒(C)を上記接触角に制御するのは、このエステル化固体酸触媒(C)の触媒表面が30°より小さいと、エステル合成時に生成する水が触媒表面にある活性サイトに吸着し易く、原料であるアルコールと酸が触媒表面の活性サイトに到達しにくいことが考えられ、また110°大きいと水の他に原料であるアルコールと酸をも触媒表面上の活性サイトに到達しにくくなることが考えられるからである。一方、触媒表面が上記接触角の範囲内、特に70°〜90°であれば触媒表面に水が吸着しにくく、かつ原料であるアルコールと酸が触媒表面上の活性サイトに到着し易いことが考えられる。結果として触媒表面を上記接触角の範囲内に調製したものは、反応速度が大きくなることが考えられる。 The esterified solid acid catalyst (C) of the present invention is controlled to have the above contact angle because when the esterified solid acid catalyst (C) has a catalyst surface of less than 30 °, water produced during ester synthesis is formed on the catalyst surface. It is thought that it is easy to adsorb to a certain active site, and it is considered that the raw material alcohol and acid do not easily reach the active site on the catalyst surface. This is because it may be difficult to reach the active site. On the other hand, if the catalyst surface is within the above contact angle range, particularly 70 ° to 90 °, water is difficult to adsorb on the catalyst surface, and the alcohol and acid as raw materials may easily reach the active site on the catalyst surface. Conceivable. As a result, it is considered that the reaction rate of the catalyst surface prepared within the above contact angle range is increased.

エステル化固体酸触媒(C)は、反応原料物に対して触媒作用を発揮して反応が進行することを意味する。即ち、反応原料物であるアルコール(D)とカルボン酸(E)とは、触媒表面上の活性サイトに吸着、反応、脱離などのプロセスを経て反応が進行することになる。担体(A)に金属酸化物(B)を担持しエステル化固体酸触媒(C)の活性サイトを形成することが好ましく、特に担体表面で触媒作用を発揮させることが好ましいことから、主に担体(A)表面に酸化物(B)を担持させることが好ましい。 The esterified solid acid catalyst (C) means that the reaction proceeds by exerting a catalytic action on the reaction raw material. That is, the reaction raw material alcohol (D) and carboxylic acid (E) proceed through processes such as adsorption, reaction, and desorption at active sites on the catalyst surface. It is preferable to support the metal oxide (B) on the support (A) to form an active site of the esterified solid acid catalyst (C), and in particular, it is preferable to exert a catalytic action on the surface of the support. (A) It is preferable to carry oxide (B) on the surface.

金属酸化物担体(A)に金属酸化物(B)を担持する方法としては、平衡吸着法、Incipient wetness法、蒸発乾固法等が挙げられる。
平衡吸着法は、金属酸化物担体(A)を担持させる金属の溶液に浸して吸着させた後、過剰分の溶液を濾別する方法である。担持量は溶液濃度と細孔容積で決まる。担体を加えるにつれて溶液の組成が変化するなどの問題がある。
Incipient Wetness法は、金属酸化物担体(A)を排気後、細孔容積分の担持させる金属の溶液を少しずつ加えて金属酸化物担体(A)の表面が均一に濡れた状態にする方法である。金属担持量は溶液濃度で調節する。
蒸発乾固法は、金属酸化物担体(A)を溶液に浸した後、溶媒を蒸発させて溶質を担持する方法である。担持量を多くできるが、担体と弱く結合した金属成分は乾燥時に濃縮されて還元処理後には大きな金属粒子になりやすい。
Examples of the method for supporting the metal oxide (B) on the metal oxide support (A) include an equilibrium adsorption method, an incipient wetness method, and an evaporation to dryness method.
The equilibrium adsorption method is a method in which an excess solution is filtered after being immersed in a metal solution carrying the metal oxide support (A) and adsorbed. The supported amount is determined by the solution concentration and pore volume. There is a problem that the composition of the solution changes as the carrier is added.
The Incipient Wetness method is a method in which after the metal oxide support (A) is evacuated, a metal solution for supporting the pore volume is added little by little so that the surface of the metal oxide support (A) is uniformly wetted. is there. The metal loading is adjusted by the solution concentration.
The evaporation to dryness method is a method in which the metal oxide support (A) is immersed in a solution, and then the solvent is evaporated to support the solute. Although the supported amount can be increased, the metal component weakly bonded to the support is concentrated at the time of drying and tends to be large metal particles after the reduction treatment.

これらの中で、触媒の特性を考慮しつつ担持方法を選ぶことが好ましく、本発明のモリブデン酸ジルコニア固体酸触媒では、Incipient Wetness法もしくは蒸発乾固法が好ましく用いられる。 Among these, it is preferable to select a supporting method in consideration of the characteristics of the catalyst. For the zirconia molybdate solid acid catalyst of the present invention, the Incipient Wetness method or the evaporation to dryness method is preferably used.

本発明の固体酸触媒を調整する方法としては、例えば、モリブデン酸ジルコニアでは、モリブデン酸化合物及びジルコニウム化合物を上記の担持方法により共存させ、空気中で、好ましくは673K〜1473Kで焼成処理を行うことにより得られる。これらのモリブデン酸化合物及びジルコニウム化合物の選定には、担体表面の等電点を考慮し、担持させる金属の化合物を選定する必要がある。例えば、そのモリブデン酸化合物としては、モリブデン酸アンモニウム((NH)6Mo24・4HO)が好ましく挙げられ、ジルコニウム化合物としては水酸化ジルコニウムが好ましく挙げられる。焼成温度は673K〜1473Kの範囲で行うことが好ましい。更に好ましくは773K〜1273Kの範囲である。これは、焼成温度が673Kより低いと、酸化ジルコニウムとモリブデン酸の結合が充分に形成されず、得られた触媒の活性が低下する恐れがあるためである。また、1473Kより高い場合、表面積が激減するために反応基質との接触面積が充分に得られないために、活性が低下する恐れがあるためである。さらに、前記記載の疎水性(濡れ性)評価と触媒活性評価(実施例)により、更に好ましい焼成温度は900K〜1100Kである。 As a method for preparing the solid acid catalyst of the present invention, for example, in zirconia molybdate, a molybdate compound and a zirconium compound are allowed to coexist by the above-mentioned supporting method, and a firing treatment is performed in air, preferably at 673K to 1473K. Is obtained. In selecting these molybdate compounds and zirconium compounds, it is necessary to select a metal compound to be supported in consideration of the isoelectric point of the support surface. For example, the molybdate compound preferably includes ammonium molybdate ((NH 4 ) 6Mo 7 O 24 · 4H 2 O), and the zirconium compound preferably includes zirconium hydroxide. The firing temperature is preferably in the range of 673K to 1473K. More preferably, it is the range of 773K-1273K. This is because if the calcination temperature is lower than 673 K, the bond between zirconium oxide and molybdic acid is not sufficiently formed, and the activity of the obtained catalyst may be lowered. On the other hand, when the temperature is higher than 1473K, the surface area is drastically reduced, so that a sufficient contact area with the reaction substrate cannot be obtained, and the activity may be lowered. Furthermore, a more preferable baking temperature is 900K-1100K by the hydrophobicity (wetting property) evaluation and catalyst activity evaluation (Example) which were described above.

本発明のエステル化固体酸触媒(C)は、固体状の触媒であり、エステル反応の原料であるアルコール(D)、カルボン酸(E)の液相に溶解しないものである。また、本発明のエステル化固体酸触媒(C)は、必要に応じて任意の元素をさらに1種類あるいはそれ以上の種類を添加しても良い。その任意の元素としてはケイ素、アルミニウム、リン、タングステン、セシウム、ニオブ、チタン、スズ、銀、銅、亜鉛、クロム、テルル、アンチモン、ビスマス、セレン、鉄、マグネシウム、カルシウム、バナジウム、セリウム、マンガン、コバルト、ヨウ素、ニッケル、ランタン、プラセオジウム、ネオジウム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムなどが挙げられる。   The esterified solid acid catalyst (C) of the present invention is a solid catalyst and does not dissolve in the liquid phase of alcohol (D) and carboxylic acid (E), which are raw materials for the ester reaction. Moreover, the esterified solid acid catalyst (C) of the present invention may further contain one or more optional elements as required. The optional elements include silicon, aluminum, phosphorus, tungsten, cesium, niobium, titanium, tin, silver, copper, zinc, chromium, tellurium, antimony, bismuth, selenium, iron, magnesium, calcium, vanadium, cerium, manganese, Examples include cobalt, iodine, nickel, lanthanum, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium.

かかる担持金属酸化物(B)の形態としては、特に限定されるものではないが、例えば粒子状、クラスター等の形態が好ましく挙げられる。また、その担持金属酸化物(B)の微粒子のサイズにも限定されないが、サブミクロンからミクロン単位以下となる粒子状態などを形成する状態が好ましく、各粒子が会合・凝集などをしていても良い。   The form of the supported metal oxide (B) is not particularly limited, but for example, forms such as particles and clusters are preferable. The size of the fine particles of the supported metal oxide (B) is not limited, but a state in which a particle state of submicron to micron unit or less is preferable, and each particle may be associated or aggregated. good.

エステル化固体酸触媒(C)の形状としては、粉末状、球形粒状、不定形顆粒状、円柱形ペレット状、押し出し形状、リング形状等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、数オングストローム程度もしくはそれ以上の大きさの細孔を有するものであっても良く、反応場がその細孔内で空間を制御した状態であっても良い。   Examples of the shape of the esterified solid acid catalyst (C) include, but are not limited to, powder, spherical particles, irregular granules, cylindrical pellets, extruded shapes, and ring shapes. Further, it may have pores with a size of several angstroms or more, and the reaction field may be in a state where the space is controlled in the pores.

これらのエステル化固体酸触媒(C)の大きさも特に限定されないが、エステル体を合成した後に触媒を単離することを考慮すると、担体は比較的粒子径が大きいものが好ましい。反応に際して固定床流通式反応器を用いることも可能であるが、担体が球状である場合、その粒子直径が極端に小さいと反応物を流通させる時に大きな圧力損失が生じ、有効に反応物が流通できなくなる恐れがある。また、粒子径が極端に大きいと反応原料物がエステル化固体酸触媒(C)と効率良く接触しなくなり、有効に触媒反応が進まなくなる恐れがある。
そこで、本発明のエステル化固体酸触媒(C)のサイズは、触媒を充填するカラムの大きさと、最適な空隙率により決定することが好ましく、本発明の触媒の光散乱法(マイクロトラックX100装置)もしくはふるい分け法での平均粒径は、1μm〜1cmが好ましい。さらに好ましくは0.5mm〜8mmの顆粒状の金属酸化物担体(A)に、egg shell型(外層担持)に金属酸化物(B)を担持したものが好ましい。
The size of the esterified solid acid catalyst (C) is not particularly limited, but in consideration of isolating the catalyst after synthesizing the ester, the support preferably has a relatively large particle size. Although it is possible to use a fixed bed flow reactor for the reaction, when the support is spherical, if the particle diameter is extremely small, a large pressure loss occurs when the reactant is circulated, and the reactant circulates effectively. There is a risk that it will not be possible. On the other hand, if the particle size is extremely large, the reaction raw material may not come into efficient contact with the esterified solid acid catalyst (C), and the catalytic reaction may not proceed effectively.
Therefore, the size of the esterified solid acid catalyst (C) of the present invention is preferably determined by the size of the column packed with the catalyst and the optimum porosity, and the light scattering method (Microtrack X100 apparatus for the catalyst of the present invention). ) Or the average particle size in the sieving method is preferably 1 μm to 1 cm. More preferably, a metal oxide carrier (A) having a granular shape of 0.5 mm to 8 mm and a metal oxide (B) supported on an egg shell type (supporting an outer layer) is preferable.

さらに本発明は、アルコール(D)とカルボン酸(E)とを、エステル化固体酸触媒(C)の存在下にエステル体を製造する方法に関する。その際の装置は、通常公知の反応容器を用いて行うことできるが、例えばエステル化固体酸触媒(C)を充填した流通式反応器又は回分式反応器に供給して脱水縮合反応させることもできる。回分式反応器を用いた場合は、簡単な濾過操作で行え、固定床流通式反応器を用いた場合は、濾過操作の必要も無く、固体酸触媒を充填したカラム内を流通して得られたポリエステル樹脂中にエステル化固体酸触媒(C)が残らない製造方法である。   The present invention further relates to a method for producing an ester form of alcohol (D) and carboxylic acid (E) in the presence of an esterified solid acid catalyst (C). The apparatus at that time can be carried out using a generally known reaction vessel. For example, it may be supplied to a flow reactor or a batch reactor filled with an esterified solid acid catalyst (C) to cause a dehydration condensation reaction. it can. When a batch reactor is used, it can be obtained by a simple filtration operation, and when a fixed bed flow reactor is used, it is not necessary to perform a filtration operation and can be obtained by circulating in a column packed with a solid acid catalyst. The production method in which the esterified solid acid catalyst (C) does not remain in the polyester resin.

本発明で用いられるアルコール(D)としては、特に限定はなく、通常エステル体の製造に用いられるアルコールが挙げられ、好ましくは、炭素数1〜20の脂肪族基に1個のアルコール基が置換した脂肪族1価アルコール、又はベンゼン環上に置換基を有しても良い芳香族基及び1個のアルコール基を有するベンゼン環上に置換基を有しても良い芳香族1価アルコールが挙げられ、さらに具体的には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso-プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、n−ヘキシルアルコール、n−オクチルアルコール、n−ノニルアルコール、n−デカノール、n−ウンデカノール、n−ドデカノール、n−トリデカノール、n−テトラデカノール、n−オクタデカノール、アリルアルコール、2−プロペニルアルコール、ブテニルアルコール、ヘキセニルアルコール、ゲラニルアルコール、ベンジルアルコール、p-メチルベンジルアルコール、p-メトキシベンジルアルコール等を挙げることができる。これらのアルコールは、単独又は2種類以上組み合わせて使用することができる。また、1級アルコール又は2級アルコールを分子内に有するアルコール類、例えば、ヒドロキシアルキルオキセタンと、1官能性エポキシ化合物とを開環反応させて得られる多分岐ポリエーテルポリオール、又は、複数の2級アルコールを有するビスフェノールA型エポキシ樹脂(ユニディックV5500、DIC社製)も用いることができる。   The alcohol (D) used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include alcohols usually used for the production of ester bodies. Preferably, one alcohol group is substituted on an aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms. Aliphatic monohydric alcohols, aromatic groups that may have a substituent on the benzene ring, and aromatic monovalent alcohols that may have a substituent on the benzene ring having one alcohol group. More specifically, methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butanol, n-hexyl alcohol, n-octyl alcohol, n-nonyl alcohol, n-decanol, n-undecanol , N-dodecanol, n-tridecanol, n-tetradecanol, n-octadecanol, allyl alcohol, 2-pro Alkenyl alcohol, butenyl alcohol, hexenyl alcohol, geranyl alcohol, benzyl alcohol, p- methylbenzyl alcohol, mention may be made of p- methoxybenzyl alcohol. These alcohols can be used alone or in combination of two or more. In addition, a multibranched polyether polyol obtained by ring-opening reaction of an alcohol having a primary alcohol or a secondary alcohol in its molecule, for example, a hydroxyalkyl oxetane and a monofunctional epoxy compound, or a plurality of secondary alcohols A bisphenol A type epoxy resin having an alcohol (Unidic V5500, manufactured by DIC Corporation) can also be used.

また、本発明で用いられるアルコール(D)として、多価アルコールを用いることもでき、例えば、主鎖炭素数2〜15の直鎖グリコール、具体的にはエチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、ジエチレングリコール、1,4−ブチレングリコール、1,5−ペンタメチルグリコール、1,6−ヘキサメチレングリコール、ビスヒドロキシエトキシベンゼンもしくはp−キシレングリコールなどのグリコール類の炭化水素を主鎖にするものである。炭素原子総数が好ましくは3〜34、より好ましくは3〜17のもので、例えば1,2−プロピレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、ジ−1,2−プロピレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,3−ブチレングリコール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,3,5−ペンタントリオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピル−2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロパネート、ネオペンチルグリコール、2−ノルマルブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−エチル−1,5−ペンタンジオール、3−プロピル−1,5−ペンタンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、3−オクチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、3−ミリスチル−1,5−ペンタンジオール、3−ステアリル−1,5−ペンタンジオール、3−フエニル−1,5−ペンタンジオール、3−(4−ノニルフエニル)−1,5−ペンタンジオール、3,3−ビス(4−ノニルフェニル)−1,5−ペンタンジオール、1,2−ビス(ヒドロキシメチル)シクロプロパン、1,3−ビス(ヒドロキシエチル)シクロブタン、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)シクロペンタン、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(ヒドロキシエチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(ヒドロキシプロピル)シクロヘキサン、1,4−ビス(ヒドロキシエチル)シクロヘブタン、1,4−ビス(ヒドロキシメトキシ)シクロヘキサン、1,4−ビス(ヒドロキシエトキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(4’−ヒドロキシメトキシシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(4’−ヒドロキシエドキシシクロヘキシル)プロパン、トリメチロールプロパン、グリセリン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトールなどの多官能ポリヒドロキシ化合物が挙げられる。 Moreover, a polyhydric alcohol can also be used as alcohol (D) used by this invention, for example, main chain C2-C15 linear glycol, specifically, ethylene glycol, 1, 3- propylene glycol, The main chain is a hydrocarbon such as diethylene glycol, 1,4-butylene glycol, 1,5-pentamethyl glycol, 1,6-hexamethylene glycol, bishydroxyethoxybenzene or p-xylene glycol. The total number of carbon atoms is preferably 3 to 34, more preferably 3 to 17, such as 1,2-propylene glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, di-1,2-propylene glycol, 1, 2-butylene glycol, 1,3-butylene glycol, 2,3-butylene glycol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 3-methyl-1,3 , 5-pentanetriol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, 2,2-dimethyl-3-hydroxypropyl-2,2-dimethyl-3 -Hydroxypropanate, neopentyl glycol, 2-normalbutyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 3-ethyl-1,5-pen Diol, 3-propyl-1,5-pentanediol, 2,2-diethyl-1,3-propanediol, 3-octyl-1,5-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, 3- Myristyl-1,5-pentanediol, 3-stearyl-1,5-pentanediol, 3-phenyl-1,5-pentanediol, 3- (4-nonylphenyl) -1,5-pentanediol, 3,3- Bis (4-nonylphenyl) -1,5-pentanediol, 1,2-bis (hydroxymethyl) cyclopropane, 1,3-bis (hydroxyethyl) cyclobutane, 1,3-bis (hydroxymethyl) cyclopentane, 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, 1,4-bis (hydroxyethyl) cyclohexane, 1,4-bis Hydroxypropyl) cyclohexane, 1,4-bis (hydroxyethyl) cyclohebutane, 1,4-bis (hydroxymethoxy) cyclohexane, 1,4-bis (hydroxyethoxy) cyclohexane, 2,2-bis (4′-hydroxymethoxycyclohexyl) And polyfunctional polyhydroxy compounds such as propane, 2,2-bis (4′-hydroxyedoxycyclohexyl) propane, trimethylolpropane, glycerin, hexanetriol, and pentaerythritol.

また、高分子量ポリオールを併用することもでき、ポリスチレン換算でGPCによる数平均分子量1000〜5000、好ましくは1200〜3000のものであり、例えば、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリエステルポリオール等が挙げられる。 Also, a high molecular weight polyol can be used in combination, and the number average molecular weight by GPC is 1000 to 5000, preferably 1200 to 3000 in terms of polystyrene. For example, polyether polyol, acrylic polyol, polybutadiene polyol, polycarbonate polyol, poly Examples include caprolactone polyester polyol.

また、重合性官能基を有するアルコールとしては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ブチルグリシジルエーテル等のモノグリシジル化合物と(メタ)アクリル酸の反応物、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチル−2−ヒドロキシプロピルフタル酸、グリセリンジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等のポリグリシジル化合物と(メタ)アクリル酸の反応物、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の水酸基含有(メタ)アクリレート化合物、N−メチロール(メタ)アクリルアミド等の水酸基含有(メタ)アクリルアミド化合物、ヒドロキシブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニールエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル等のビニルエーテル化合物等が挙げられる。   Examples of the alcohol having a polymerizable functional group include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, 3- Reaction products of monoglycidyl compounds such as chloro-2-hydroxypropyl (meth) acrylate and butyl glycidyl ether and (meth) acrylic acid, glycerol mono (meth) acrylate, caprolactone-modified 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, phenoxyhydroxypropyl (Meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylate, 2- (meth) acryloyloxyethyl-2-hydroxyethylphthalic acid, 2 Reaction product of polyglycidyl compounds such as (meth) acryloyloxyethyl-2-hydroxypropylphthalic acid, glycerin di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol diglycidyl ether and (meth) acrylic acid, pentaerythritol tri (meth ) Hydroxyl-containing (meth) acrylate compounds such as acrylate, hydroxyl-containing (meth) acrylamide compounds such as N-methylol (meth) acrylamide, vinyl ether compounds such as hydroxybutyl vinyl ether, hydroxyethyl vinyl ether, cyclohexanedimethanol monovinyl ether, and the like. It is done.

本発明で用いられるカルボン酸(E)としては、特に限定なく通常エステル体の合成に用いられるカルボン酸が挙げられ、好ましくは、炭素数1〜20の脂肪族基に1個のカルボキシ基が置換した脂肪族1価カルボン酸、又はベンゼン環上に置換基を有しても良い芳香族基及び1個のカルボキシ基を有するベンゼン環上に置換基を有しても良い芳香族1価カルボン酸が挙げられ、さらに具体的には、酢酸、プロピオン酸、酪酸、バレリル酸、ピバリル酸、ラウリル酸、パルミチル酸、ステアリン酸、安息香酸、p−メチル安息香酸、p−メトキシ安息香酸等が挙げられる。   Examples of the carboxylic acid (E) used in the present invention include, without limitation, carboxylic acids usually used for the synthesis of an ester, and preferably one carboxy group is substituted on an aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms. Aliphatic monovalent carboxylic acid or aromatic monovalent carboxylic acid optionally having a substituent on the benzene ring and an aromatic group optionally having a substituent on the benzene ring More specifically, examples include acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, pivalic acid, lauric acid, palmitic acid, stearic acid, benzoic acid, p-methylbenzoic acid, p-methoxybenzoic acid, and the like. .

また、本発明で用いられるカルボン酸(D)として、多価カルボン酸を用いることもでき、例えばコハク酸、マレイン酸、アジピン酸、グルタル酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナメチレンジカルボン酸、1,10−デカメチレンジカルボン酸、1,11−ウンデカメチレンジカルボン酸、1,12−ドデカメチレンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、又、芳香族系ジカルボン酸としては例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸又はそれらの無水物等が挙げられる。 Moreover, polycarboxylic acid can also be used as carboxylic acid (D) used by this invention, for example, a succinic acid, a maleic acid, adipic acid, glutaric acid, a pimelic acid, a speric acid, azelaic acid, a sebacic acid, 1 , 9-nonamethylene dicarboxylic acid, 1,10-decamethylene dicarboxylic acid, 1,11-undecamethylene dicarboxylic acid, 1,12-dodecamethylene dicarboxylic acid, dodecane dicarboxylic acid, and aromatic dicarboxylic acid Examples thereof include phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, hexahydroterephthalic acid, hexahydroisophthalic acid, and anhydrides thereof.

また、高分子量ポリカルボン酸を用いることもできる。 High molecular weight polycarboxylic acids can also be used.

また、重合性官能基を有するカルボン酸としては、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、オレイン酸等の不飽和多重結合を有するカルボン酸が挙げられる。 Examples of the carboxylic acid having a polymerizable functional group include carboxylic acids having an unsaturated multiple bond such as (meth) acrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, crotonic acid, and oleic acid.

アルコールとして1価のアルコールを単独もしくは2種類以上組み合わせて用いた場合は、カルボン酸は、1価又は多価のカルボン酸を単独又は2種類以上組み合わせて用いることができる。また、アルコールとして多価のアルコールを単独又は2種類以上組み合わせて用いた場合、あるいは1価のアルコールと多価のアルコールとを2種類以上組み合わせて用いた場合、カルボン酸は、1価のカルボン酸を単独又は2種類以上組み合わせて用いることができる。 When monovalent alcohol is used alone or in combination of two or more kinds as the alcohol, the carboxylic acid can be used alone or in combination of two or more kinds of monovalent or polyvalent carboxylic acids. Further, when the polyhydric alcohol is used alone or in combination of two or more kinds as the alcohol, or when two or more kinds of monovalent alcohol and polyhydric alcohol are used in combination, the carboxylic acid is a monovalent carboxylic acid. Can be used alone or in combination of two or more.

本発明で使用するアルコール(D)とカルボン酸(E)との割合は、当量比で1:3〜3:1であることが好ましく、より好ましくは1:2〜2:1である。目的とする樹脂により、適宜当量比が選択される。   The ratio of the alcohol (D) and the carboxylic acid (E) used in the present invention is preferably 1: 3 to 3: 1 in an equivalent ratio, more preferably 1: 2 to 2: 1. The equivalent ratio is appropriately selected depending on the target resin.

本発明のエステル化固体酸触媒(C)を用いたエステル化触媒は、原料であるカルボン酸(E)、アルコール(D)を脱水縮合させるに当り、例えば、
(1)常圧下にアルコールとカルボン酸とを縮合重合させる方法、
(2)真空下で両者を縮合重合せしめる方法、
(3)トルエンの如き不活性溶剤の存在下で縮合重合を行ったのち、縮合水と溶剤とを共沸させて反応系外に除去せしめる方法、
などがある。縮合重合反応は、窒素等の不活性ガスの雰囲気下で行うことが、得られるエステル体の着色を防止する点で好ましい。
The esterification catalyst using the esterified solid acid catalyst (C) of the present invention is, for example, dehydrating condensation of carboxylic acid (E) and alcohol (D) as raw materials.
(1) A method of condensation polymerization of alcohol and carboxylic acid under normal pressure,
(2) A method in which both are subjected to condensation polymerization under vacuum,
(3) A method in which condensation polymerization is carried out in the presence of an inert solvent such as toluene, and then condensed water and the solvent are azeotropically removed from the reaction system.
and so on. The condensation polymerization reaction is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen from the viewpoint of preventing the resulting ester from being colored.

従来の均一系触媒として用いられていたチタン系及びスズ系の触媒は、反応温度が140℃以下ではほとんど反応が進行しないため、それ以上の温度で反応させる必要があった。   The titanium-based and tin-based catalysts that have been used as conventional homogeneous catalysts hardly have to proceed at a reaction temperature of 140 ° C. or lower, and thus have to be reacted at higher temperatures.

しかしながら本発明でのエステル化固体酸触媒(C)は、例えばMoO/ZrOでは、115℃でも反応を進行させることが可能であり、本発明のエステル化固体酸触媒(C)を用いることで従来に比べ低温でエステル化反応をすることが可能となるため、省エネルギー化の観点から工業的に有利である。
また、重合性官能基を有するカルボン酸を用いたエステル化反応においても重合等の副反応を伴うことなく、目的とするエステル化反応を行うことができる。
However, with the esterified solid acid catalyst (C) in the present invention, for example, with MoO 3 / ZrO 2 , the reaction can proceed even at 115 ° C., and the esterified solid acid catalyst (C) of the present invention is used. Thus, the esterification reaction can be carried out at a lower temperature than in the prior art, which is industrially advantageous from the viewpoint of energy saving.
Further, even in an esterification reaction using a carboxylic acid having a polymerizable functional group, a target esterification reaction can be performed without accompanying side reactions such as polymerization.

次に、実施例及び比較例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。実施例及び比較例の部は、特記しないかぎり質量部を表す。 Next, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited only to these Examples. The part of an Example and a comparative example represents a mass part unless it mentions specially.

(実施例1)モリブデン酸ジルコニアの製造方法
100℃で一晩乾燥させた水酸化ジルコニウム(Zr(OH)、日本軽金属工業製)50gを、純水にモリブデン酸アンモニウム[(NHMo24・4HO(キシダ化学製)]を必要量溶かした水溶液(0.04mol・dm−3)を用い、水酸化ジルコニウムの細孔容積分の前記モリブデン酸アンモニウム水溶液を少しずつ加えてジルコニウム担体表面が均一に濡れた状態にして焼成前の前駆体を得た(インシピエント・ウェットネス法)。三酸化モリブデン(MoO)の担持量が、質量比でMo/Zr=0.1となるように溶液濃度で調節した。反応前処理として酸素雰囲気下で焼成温度1073Kで3時間焼成を行った。自然放置冷却し、常温にして、固体酸触媒Aを得た。
(Example 1) Production method of zirconia molybdate 50 g of zirconium hydroxide (Zr (OH) 4 , manufactured by Nippon Light Metal Industries, Ltd.) dried overnight at 100 ° C. was added to ammonium molybdate [(NH 4 ) 6 Mo in pure water. 7 O 24 · 4H using 2 O (manufactured by Kishida chemical) aqueous solution prepared by dissolving required amount (0.04mol · dm -3), by adding the ammonium molybdate aqueous solution of the pore volume fraction of zirconium hydroxide little by little The precursor before firing was obtained with the surface of the zirconium support uniformly wet (incipient wetness method). The amount of molybdenum trioxide (MoO 3 ) supported was adjusted by the solution concentration so that the mass ratio was Mo / Zr = 0.1. As a pretreatment for the reaction, firing was performed at a firing temperature of 1073 K in an oxygen atmosphere for 3 hours. The solid acid catalyst A was obtained by allowing to stand to cool to room temperature.

(実施例2)モリブデン酸ジルコニアの製造
焼成温度を673Kに変えた以外は上記実施例1と同様に調製し、固体酸触媒Bを得た。
(Example 2) Production of zirconia molybdate Prepared in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 673K, to obtain a solid acid catalyst B.

(触媒の特性)NH−TPD測定によるH関数の測定
測定方法:
試料(固体酸触媒A及び固体酸触媒B)約0.1gを日本ベル製TPD−AT−1型昇温脱離装置の石英セル(内径10mm)にセットし、ヘリウムガス(30cmmin−1,1atm)流通下で423K(150℃)まで5Kmin−1で昇温し、423Kで3時間保った。その後ヘリウムガスを流通させたまま373K(100℃)まで7.5Kmin−1で降温した後に真空脱気し、100Torr(1Torr=1/760atm=133Pa)のNHを導入して30分間吸着させ、その後12分間脱気した後に水蒸気処理を行った。水蒸気処理としては、373Kで約25Torr(約3kPa)の蒸気圧の水蒸気を導入、そのまま30分間保ち、30分間脱気、再び30分間水蒸気導入、再び30分間脱気の順に繰り返した。その後ヘリウムガス0.041mmols−1(298K,25℃,1atmで60cmmin−1に相当する)を減圧(100Torr)を保ちながら流通させ、373Kで30分間保った後に試料床を10Kmin−1で983K(710℃)まで昇温し、出口気体を質量分析計(ANELVA M−QA 100F)で分析した。
(Characteristics) Measurement of H 0 function by NH 3 -TPD measurement Measurement method:
About 0.1 g of the sample (solid acid catalyst A and solid acid catalyst B) was set in a quartz cell (inner diameter: 10 mm) of a TPD-AT-1 type thermal desorption apparatus manufactured by Bell Japan, and helium gas (30 cm 3 min −1). , 1 atm), and the temperature was raised to 423 K (150 ° C.) at 5 Kmin −1 and kept at 423 K for 3 hours. Thereafter, the temperature was lowered to 373 K (100 ° C.) at 7.5 Kmin −1 with the helium gas being circulated, and then vacuum deaeration was performed. Then, 100 Torr (1 Torr = 1/760 atm = 133 Pa) NH 3 was introduced and adsorbed for 30 minutes, Then, after deaeration for 12 minutes, steam treatment was performed. As the steam treatment, steam at a pressure of about 25 Torr (about 3 kPa) was introduced at 373 K, kept for 30 minutes, degassed for 30 minutes, again introduced with water vapor for 30 minutes, and again degassed for 30 minutes. Thereafter, helium gas 0.041 mmols −1 (corresponding to 298 K, 25 ° C., 60 cm 3 min −1 at 1 atm) was circulated while maintaining a reduced pressure (100 Torr), and after maintaining at 373 K for 30 minutes, the sample bed was maintained at 10 Kmin −1 The temperature was raised to 983 K (710 ° C.), and the outlet gas was analyzed with a mass spectrometer (ANELVA M-QA 100F).

測定に際しては質量数(m/e)2,4,14,15,16,17,18,26,27,28,29,30,31,32,44のマススペクトルを全て記録した。終了後に1mol%−NH/He標準ガスをさらにヘリウムで希釈してアンモニアガス濃度0,0.1,0.2,0.3,0.4mol%、合計流量が0.041mmols-1となるようにして検出器に流通させ、スペクトルを記録し、アンモニアの検量線を作成して検出器強度を補正した。 In the measurement, all mass spectra of mass numbers (m / e) 2, 4, 14, 15, 16, 17, 18, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, and 44 were recorded. After completion, the 1 mol% -NH 3 / He standard gas is further diluted with helium to give ammonia gas concentrations of 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 mol% and a total flow rate of 0.041 mmols −1. The spectrum was recorded, and a calibration curve of ammonia was prepared to correct the detector intensity.

固体酸触媒AA−1又は固体酸触媒AA−2の昇温脱離時に測定した上記の主な各質量スペクトルを測定したところ、どちらの試料でも、500K付近にアンモニアの脱離を示すm/e=16のピークが見られ、さらに固体酸触媒AA−1では900K以上、固体酸触媒AA−2では780K付近に小さなm/e=16のショルダーが見られた。しかし、これら高温のショルダーの出現と同時に、m/e=44の大きなピーク(COのフラグメント)及びm/e=28(COのフラグメント+N)も見られていることから、高温のショルダーはCOのフラグメントによるものであって、アンモニアによるものではないと考えられる。そこで、後述のアンモニアの定量ではこの部分を除いた。 When each of the above main mass spectra measured at the time of temperature-programmed desorption of the solid acid catalyst AA-1 or the solid acid catalyst AA-2 was measured, m / e showing desorption of ammonia in the vicinity of 500K in either sample. = 16 peak was observed, and a small m / e = 16 shoulder was observed in the vicinity of 780 K in the solid acid catalyst AA-1 and 900 K or more in the solid acid catalyst AA-2. However, simultaneously with the appearance of these high-temperature shoulders, a large peak with m / e = 44 (fragment of CO 2 ) and m / e = 28 (fragment of CO 2 + N 2 ) are also seen. Is due to a fragment of CO 2 and not to ammonia. Therefore, this portion was excluded in the determination of ammonia described later.

どちらの試料でも、500K付近にアンモニアの脱離を示すm/e=16のピークが見られ、さらに固体酸触媒Aでは900K以上、固体酸触媒Bでは780K付近に小さなm/e=16のショルダーが見られる。しかし、これら高温のショルダーの出現と同時に、m/e=44の大きなピーク(COのフラグメント)およびm/e=28(COのフラグメント+N)も見られていることから、高温のショルダーはCOのフラグメントによるものであって、アンモニアによるものではないと考えられる。そこで、後述のアンモニアの定量ではこの部分を除いた。 In both samples, a peak of m / e = 16 indicating desorption of ammonia is observed at around 500K, and more than 900K for solid acid catalyst A and a small m / e = 16 shoulder at around 780K for solid acid catalyst B. Is seen. However, at the same time as the appearance of these high-temperature shoulders, a large peak at m / e = 44 (CO 2 fragment) and m / e = 28 (CO 2 fragment + N 2 ) are also seen, so the high-temperature shoulder Is due to a fragment of CO 2 and not to ammonia. Therefore, this portion was excluded in the determination of ammonia described later.

上記の測定結果に基づき、図1に、m/e=16から算出したアンモニアTPDスペクトルを示した。これらのスペクトルから酸量と酸強度(ΔH)を算出し、表−1に示した。 Based on the above measurement results, FIG. 1 shows an ammonia TPD spectrum calculated from m / e = 16. The acid amount and acid strength (ΔH) were calculated from these spectra and shown in Table-1.

実測に基づく1点法では、ピーク面積から酸量、ピーク位置などから平均酸強度を決定できる。この方法によると質量当たりの固体酸触媒Aの酸量は約0.03molkg−1、固体酸触媒Bの酸量は約0.2molkg−1と差があるように思われるが、表面密度(酸量/表面積)は固体酸触媒A,Bとも0.4〜0.7nm−2程度であった。平均酸強度は固体酸触媒AがΔH=133kJmol−1、Hに換算して−7.4に対して、固体酸触媒BがΔH=116kJmol−1、Hに換算して−4.4とやや弱かった。 In the one-point method based on actual measurement, the average acid strength can be determined from the peak area, acid amount, peak position, and the like. According to this method, it seems that the acid amount of the solid acid catalyst A per mass is about 0.03 mol kg −1 , and the acid amount of the solid acid catalyst B is about 0.2 mol kg −1 , but the surface density (acid The amount / surface area) of the solid acid catalysts A and B was about 0.4 to 0.7 nm −2 . The average acid strength is -7.4 in terms of ΔH = 133 kJmol −1 and H 0 for the solid acid catalyst A, and −4.4 in terms of ΔH = 116 kJmol −1 and H 0 for the solid acid catalyst B. It was a little weak.

Figure 2010099653
Figure 2010099653

以下、エステル化に関する実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例の転化率(%)は下記の式により算出し、評価した。
転化率(%)=(脱水量÷理論脱水量)×100(%)
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely using the Example regarding esterification, this invention is not limited to these Examples. In addition, the conversion rate (%) of an Example and a comparative example was computed and evaluated by the following formula.
Conversion rate (%) = (dehydrated amount / theoretical dehydrated amount) × 100 (%)

(製造例)多分岐ポリエーテルポリオールの合成
リフラックスコンデンサー、マグネット式攪拌棒、温度計を具備した2リットル三口フラスコ中で、3−ヒドロキシメチル−3−エチルオキセタン 348g(3モル)と、プロピレンオキサイド 348g(6モル)とを、乾燥かつ過酸化物フリーの1リットルのジエチルエーテルに溶解し、次いで、このフラスコを−14℃のアイスバスで冷却した。
次いで、HPF 5.5gの60質量%水溶液を10分で滴下した。反応混合物は僅かに白濁した。次いで、室温で一晩反応させ、翌朝、透明な反応混合物を3時間還流した。次いで、前記開始剤は、NaOMe9gの30質量%メタノール溶液を加えて失活させた。濾過した後、メンブレンポンプ吸引機でバス温度75℃でジエチルエーテルを除去した。ジエチルエーテルを完全に除去した後、多分岐ポリエーテルポリオール667gを得た。収率89%であった。
この多分岐ポリエーテルポリオールは、Mn=1,440g/mol、Mw=3,350g/mol、OHV=265mg・KOH/gであり、プロトンNMRから、モル基準で3−ヒドロキシメチル−3−エチルオキセタン:プロピレンオキサイド=1:1.9であることが判明した。また、全水酸基数に対する2級水酸基(H2)の割合は、39.0%であった。
(実施例3)
500mlの四ツ口フラスコに、前記製造例で得られた多分岐ポリエーテルポリオール50.0g、アクリル酸100.0g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150.0gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から48時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は93%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Production Example) Synthesis of a multi-branched polyether polyol In a 2 liter three-necked flask equipped with a reflux condenser, a magnetic stirring rod, and a thermometer, 348 g (3 mol) of 3-hydroxymethyl-3-ethyloxetane and propylene oxide 348 g (6 mol) was dissolved in 1 liter of dry and peroxide-free diethyl ether, and then the flask was cooled in a −14 ° C. ice bath.
Then, a 60% by mass aqueous solution of 5.5 g of HPF 6 was dropped in 10 minutes. The reaction mixture became slightly cloudy. The reaction was then allowed to react overnight at room temperature and the next morning the clear reaction mixture was refluxed for 3 hours. Next, the initiator was deactivated by adding a 30 mass% methanol solution of 9 g of NaOMe. After filtration, diethyl ether was removed with a membrane pump suction device at a bath temperature of 75 ° C. After the diethyl ether was completely removed, 667 g of a multi-branched polyether polyol was obtained. The yield was 89%.
This multi-branched polyether polyol has Mn = 1,440 g / mol, Mw = 3,350 g / mol, OHV = 265 mg · KOH / g, and 3-hydroxymethyl-3-ethyloxetane on a molar basis from proton NMR. : Propylene oxide = 1: 1.9. The ratio of secondary hydroxyl groups (H2) to the total number of hydroxyl groups was 39.0%.
(Example 3)
A 500 ml four-necked flask was charged with 50.0 g of the multi-branched polyether polyol obtained in the above production example, 100.0 g of acrylic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150.0 g of toluene. 5.0 g of the solid acid catalyst A prepared in 1 was added. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 48 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 93%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例4)
500mlの四ツ口フラスコに、前記製造例で得られた多分岐ポリエーテルポリオール50.0g、アクリル酸100.0g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150.0gを仕込み、触媒として上記実施例2で調製した固体酸触媒Bを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から60時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は90%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
Example 4
A 500 ml four-necked flask was charged with 50.0 g of the multi-branched polyether polyol obtained in the above production example, 100.0 g of acrylic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150.0 g of toluene. 5.0 g of the solid acid catalyst B prepared in 2 was added. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. After 60 hours from the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 90%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例5)
500mlの四ツ口フラスコに、ペンタエリスリトール59g、アクリル酸94g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から48時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は98%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Example 5)
A 500 ml four-necked flask was charged with 59 g of pentaerythritol, 94 g of acrylic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150 g of toluene, and 5.0 g of the solid acid catalyst A prepared in Example 1 was added as a catalyst. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 48 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 98%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例6)
500mlの四ツ口フラスコに、ペンタエリスリトール65g、酢酸86g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から48時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は99%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Example 6)
A 500 ml four-necked flask was charged with 65 g of pentaerythritol, 86 g of acetic acid, and 150 g of toluene, and 5.0 g of the solid acid catalyst A prepared in Example 1 was added as a catalyst. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 48 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 99%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例7)
500mlの四ツ口フラスコに、ペンタエリスリトール41g、安息香酸111g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から48時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は90%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Example 7)
A 500 ml four-necked flask was charged with 41 g of pentaerythritol, 111 g of benzoic acid, and 150 g of toluene, and 5.0 g of the solid acid catalyst A prepared in Example 1 was added as a catalyst. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 48 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 90%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例8)
500mlの四ツ口フラスコに、ベンジルアルコール108g、アクリル酸72g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から24時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は99%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Example 8)
A 500 ml four-necked flask was charged with 108 g of benzyl alcohol, 72 g of acrylic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150 g of toluene, and 5.0 g of the solid acid catalyst A prepared in Example 1 was added as a catalyst. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 24 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 99%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例9)
500mlの四ツ口フラスコに、ベンジルアルコール108g、酢酸60g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から24時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は100%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
Example 9
A 500 ml four-necked flask was charged with 108 g of benzyl alcohol, 60 g of acetic acid, and 150 g of toluene, and 5.0 g of the solid acid catalyst A prepared in Example 1 was added as a catalyst. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 24 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 100%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例10)
500mlの四ツ口フラスコに、ベンジルアルコール76g、安息香酸85g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から24時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は98%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Example 10)
A 500 ml four-necked flask was charged with 76 g of benzyl alcohol, 85 g of benzoic acid, and 150 g of toluene, and 5.0 g of the solid acid catalyst A prepared in Example 1 was added as a catalyst. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 24 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 98%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例11)
500mlの四ツ口フラスコに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ユニディックV5500、DIC社製)121g、アクリル酸35g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から48時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は95%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Example 11)
A 500 ml four-necked flask was charged with 121 g of bisphenol A type epoxy resin (Unidic V5500, manufactured by DIC), 35 g of acrylic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150 g of toluene, and prepared in Example 1 as a catalyst. 5.0 g of solid acid catalyst A was added. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 48 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 95%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例12)
500mlの四ツ口フラスコに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ユニディックV5500、DIC社製)121g、酢酸29g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から48時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は98%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
Example 12
A 500 ml four-necked flask was charged with 121 g of bisphenol A type epoxy resin (Unidic V5500, manufactured by DIC), 29 g of acetic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150 g of toluene, and the solid prepared in Example 1 as a catalyst. 5.0 g of acid catalyst A was added. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 48 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 98%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例13)
500mlの四ツ口フラスコに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ユニディックV5500、DIC社製)97g、安息香酸47g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から48時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は96%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Example 13)
A 500 ml four-necked flask was charged with 97 g of bisphenol A type epoxy resin (Unidic V5500, manufactured by DIC), 47 g of benzoic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150 g of toluene, and prepared in Example 1 as a catalyst. 5.0 g of solid acid catalyst A was added. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 48 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 96%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(測定例1)
濾過して得られたエステル樹脂組成物中の残留触媒量を確認すべく、残留触媒量を蛍光X線分析により評価した。比較例で用いたパラトルエンスルホン酸は、樹脂中から単離できないのに対し、実施例3〜13で得られたエステル化物中に含まれる残留金属量は、測定機器の検出限界以下(検出限界5ppm)であることを確認した。
(Measurement Example 1)
In order to confirm the residual catalyst amount in the ester resin composition obtained by filtration, the residual catalyst amount was evaluated by fluorescent X-ray analysis. The paratoluenesulfonic acid used in the comparative example cannot be isolated from the resin, whereas the amount of residual metal contained in the esterified product obtained in Examples 3 to 13 is below the detection limit of the measuring instrument (detection limit). 5 ppm).

(実施例14)
500mlの四ツ口フラスコに、ベンジルアルコール76g、ステアリン酸200g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から48時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は96%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Example 14)
A 500 ml four-necked flask was charged with 76 g of benzyl alcohol, 200 g of stearic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150 g of toluene, and 5.0 g of the solid acid catalyst A prepared in Example 1 was added as a catalyst. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 48 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 96%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(実施例15)
500mlの四ツ口フラスコに、ペンタエリスリトール72g、アクリル酸77g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150gを仕込み、触媒として上記実施例1で調製した固体酸触媒Aを5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から24時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は96%であった。ガスクロマトグラフィーによりジアクリロイル体の含有率を測定した結果、80%であった。反応終了後、触媒を0.2ミクロンのメンブレンフィルターを用いて取り除いた。
(Example 15)
A 500 ml four-necked flask was charged with 72 g of pentaerythritol, 77 g of acrylic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150 g of toluene, and 5.0 g of the solid acid catalyst A prepared in Example 1 was added as a catalyst. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 24 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 96%. The content of diacryloyl compound was measured by gas chromatography and found to be 80%. After completion of the reaction, the catalyst was removed using a 0.2 micron membrane filter.

(比較例1)
500mlの四ツ口フラスコに、前記製造例で得られた多分岐ポリエーテルポリオール50.0g、アクリル酸100.0g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150.0gを仕込み、触媒としてパラトルエンスルホン酸を5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から60時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は43%であった。
(Comparative Example 1)
A 500 ml four-necked flask was charged with 50.0 g of the multi-branched polyether polyol obtained in the above production example, 100.0 g of acrylic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150.0 g of toluene, and paratoluene sulfone as a catalyst. 5.0 g of acid was added. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. After 60 hours from the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 43%.

(比較例2)
500mlの四ツ口セパラブルフラスコに、前記製造例で得られた多分岐ポリエーテルポリオール50.0g、アクリル酸100.0g、パラメトキシフェノール0.1g、及びp−キシレン150.0gを仕込み、触媒としてパラトルエンスルホン酸を5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、155℃のオイルバス中、樹脂温度を142℃に維持して、p−キシレンと縮合水を共沸させながら反応を行ったところ、約2時間でゲル化した。転化率向上のため高温で反応を行うと、アクリロイル基の重合が併発し、目的とするエステル体が得られなかった。
(Comparative Example 2)
A 500 ml four-necked separable flask was charged with 50.0 g of the multi-branched polyether polyol obtained in the above production example, 100.0 g of acrylic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150.0 g of p-xylene, and a catalyst. As a result, 5.0 g of paratoluenesulfonic acid was added. A thermometer and a decanter with a water-cooled cooler are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is maintained at 142 ° C in an oil bath at 155 ° C with a stirring speed of 300 rpm. Then, the reaction was carried out while azeotropically p-xylene and condensed water, and gelled in about 2 hours. When the reaction was carried out at a high temperature in order to improve the conversion rate, polymerization of acryloyl groups occurred at the same time, and the intended ester was not obtained.

(比較例3)
500mlの四ツ口フラスコに、ペンタエリスリトール72g、アクリル酸77g、パラメトキシフェノール0.1g、及びトルエン150gを仕込み、触媒としてパラトルエンスルホン酸を5.0g添加した。反応器に温度計、水冷冷却器付きデカンターをセットし、乾燥空気を樹脂内から10ml/minの速度でバブリングを行い、撹拌速度300rpmで、130℃のオイルバス中、樹脂温度を115℃〜118℃に維持して、トルエンと縮合水を共沸させながら反応を行った。反応開始から24時間後に縮合水を秤量し、転化率の計算を行った。結果、転化率は94%であった。ガスクロマトグラフィーによりジアクリロイル体の含有率を測定した結果、77%であった。反応終了後、触媒を除去すべく、5%苛性ソーダで洗浄を行ったが、得られたエステル化体の親水性のために、モノアクリロイル体及びジアクリロイル体の回収はほとんどできなかった。
(Comparative Example 3)
A 500 ml four-necked flask was charged with 72 g of pentaerythritol, 77 g of acrylic acid, 0.1 g of paramethoxyphenol, and 150 g of toluene, and 5.0 g of paratoluenesulfonic acid was added as a catalyst. A thermometer and a decanter with a water-cooled condenser are set in the reactor, dry air is bubbled from the resin at a rate of 10 ml / min, and the resin temperature is 115 ° C. to 118 ° C. in a 130 ° C. oil bath at a stirring speed of 300 rpm. The reaction was carried out with azeotropic distillation of toluene and condensed water while maintaining the temperature. 24 hours after the start of the reaction, the condensed water was weighed and the conversion rate was calculated. As a result, the conversion rate was 94%. The content of diacryloyl compound was measured by gas chromatography and found to be 77%. After completion of the reaction, washing with 5% caustic soda was performed to remove the catalyst. However, due to the hydrophilicity of the obtained esterified product, it was almost impossible to recover the monoacryloyl and diacryloyl compounds.

本発明で使用した多分岐ポリエーテルポリオールに含有される水酸基は約50%が1級であり、残りの50%が2級である。本発明の固体酸触媒は立体障害が大きい多分岐ポリエーテルポリオールであっても1級、2級両方の水酸基との反応に寄与することができる。一方、パラトルエンスルホン酸では、多分岐ポリエーテルポリオールの立体障害により反応し難いことにより、比較的反応し易い1級のみが反応し、2級の水酸基がほぼ未反応であるために、転化率が43%で反応が停止したと推測される(比較例1)。
また、従来のエステル化法触媒であるパラトルエンスルホン酸を用いた場合には、反応を進行させるために、本発明のエステル化触媒を用いるより高温が必要となるためアクリル酸の重合が併発し、目的とするエステル体は得られないか(比較例2)、本発明の触媒を用いたのと同程度の温度で反応を行ってもゲル化が起こり目的とするエステル体が得られない。
About 50% of the hydroxyl groups contained in the multi-branched polyether polyol used in the present invention are primary, and the remaining 50% are secondary. Even if the solid acid catalyst of the present invention is a multi-branched polyether polyol having a large steric hindrance, it can contribute to the reaction with both primary and secondary hydroxyl groups. On the other hand, in paratoluenesulfonic acid, since it is difficult to react due to steric hindrance of the multi-branched polyether polyol, only the primary which reacts relatively easily reacts and the secondary hydroxyl group is almost unreacted. Is estimated to have stopped at 43% (Comparative Example 1).
In addition, when paratoluenesulfonic acid, which is a conventional esterification method catalyst, is used, a higher temperature is required than for the esterification catalyst of the present invention in order to advance the reaction. The target ester is not obtained (Comparative Example 2) or gelation occurs and the target ester is not obtained even when the reaction is carried out at the same temperature as that using the catalyst of the present invention.

さらに、従来のエステル化法触媒であるパラトルエンスルホン酸を用いた場合には、反応終了後の触媒を除くために反応液に水を添加して分液操作を必要があるが、分液操作によって水層中に生成物が混入し、目的とする生成物は得られなかった。(比較例3)。 Furthermore, when paratoluenesulfonic acid, which is a conventional esterification method catalyst, is used, it is necessary to add water to the reaction solution to remove the catalyst after completion of the reaction. As a result, the product was mixed in the aqueous layer, and the desired product was not obtained. (Comparative Example 3).

本発明のエステル化触媒は、各種のエステル体の製造に使用することができ、特に、重合性基を有するカルボン酸を用いても高い収率でのエステル体の製造に使用が可能である。 The esterification catalyst of the present invention can be used for the production of various ester bodies, and in particular, can be used for the production of ester bodies in a high yield even when a carboxylic acid having a polymerizable group is used.

A 固体酸触媒A
B 固体酸触媒B
A Solid acid catalyst A
B Solid acid catalyst B

Claims (12)

金属酸化物からなる担体(A)に金属酸化物(B)を担持させて得られる固体酸触媒において、前記金属酸化物からなる担体(A)がジルコニアで、前記金属酸化物(B)がモリブデン酸化物であり、ハメットの酸度関数(H)が、H=−3〜−9であることを特徴とするエステル化固体酸触媒(C)。 In the solid acid catalyst obtained by supporting the metal oxide (B) on the metal oxide support (A), the metal oxide support (A) is zirconia and the metal oxide (B) is molybdenum. An esterified solid acid catalyst (C) which is an oxide and has a Hammett acidity function (H 0 ) of H 0 = −3 to −9. 浸透速度法による水との接触角が30°〜110°である請求項1に記載のエステル化固体酸触媒(C)。   The esterification solid acid catalyst (C) according to claim 1, wherein a contact angle with water by an osmosis rate method is 30 ° to 110 °. 前記金属酸化物(B)が、ジルコニウムを含有するモリブデン酸化物である請求項1又は2に記載のエステル化固体酸触媒(C)。   The esterified solid acid catalyst (C) according to claim 1 or 2, wherein the metal oxide (B) is a molybdenum oxide containing zirconium. 前記ジルコニウムを含有するモリブデン酸化物が、モリブデン酸ジルコニアである請求項3に記載のエステル化固体酸触媒(C)。   The esterified solid acid catalyst (C) according to claim 3, wherein the zirconium-containing molybdenum oxide is zirconia molybdate. 金属酸化物からなる担体(A)に金属酸化物(B)を担持させて得られる固体酸触媒の製造方法において、
前記金属酸化物からなる担体(A)がジルコニアで、前記金属酸化物(B)がモリブデン酸化物である固体酸触媒の製造時の焼成温度を673K〜1473Kとすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のエステル化固体酸触媒(C)の製造方法。
In the method for producing a solid acid catalyst obtained by supporting a metal oxide (B) on a carrier (A) comprising a metal oxide,
The firing temperature at the time of producing a solid acid catalyst in which the carrier (A) made of the metal oxide is zirconia and the metal oxide (B) is molybdenum oxide is 673K to 1473K. The manufacturing method of the esterification solid acid catalyst (C) in any one of -4.
前記焼成温度を、973K〜1273Kとする請求項5に記載のエステル化固体酸触媒(C)の製造方法。   The method for producing an esterified solid acid catalyst (C) according to claim 5, wherein the calcination temperature is 973K to 1273K. 請求項1〜4のいずれかに記載のエステル化固体酸触媒(C)の存在下に、アルコール(D)及びカルボン酸(E)を反応させることを特徴とするエステル体の製造方法。   A method for producing an ester product, comprising reacting an alcohol (D) and a carboxylic acid (E) in the presence of the esterified solid acid catalyst (C) according to any one of claims 1 to 4. 前記アルコール(D)が、多価アルコールである請求項7に記載のエステル体の製造方法。   The method for producing an ester body according to claim 7, wherein the alcohol (D) is a polyhydric alcohol. 前記多価アルコールが、トリメチロールプロパン又はペンタエリスリトールである請求項8に記載のエステル体の製造方法。 The method for producing an ester body according to claim 8, wherein the polyhydric alcohol is trimethylolpropane or pentaerythritol. 前記多価アルコールが、ヒドロキシアルキルオキセタンと1官能性エポキシ化合物とを開環反応させて得られる多分岐ポリエーテルポリオールである請求項8に記載のエステル体の製造方法。 The method for producing an ester body according to claim 8, wherein the polyhydric alcohol is a multi-branched polyether polyol obtained by ring-opening reaction of a hydroxyalkyl oxetane and a monofunctional epoxy compound. 前記カルボン酸(E)が、重合性官能基を有するカルボン酸である請求項7〜10のいずれかに記載のエステル体の製造方法。 The method for producing an ester product according to any one of claims 7 to 10, wherein the carboxylic acid (E) is a carboxylic acid having a polymerizable functional group. 前記重合性官能基を有するカルボン酸が、アクリル酸又はメタクリル酸である請求項11に記載のエステル体の製造方法。   The method for producing an ester product according to claim 11, wherein the carboxylic acid having a polymerizable functional group is acrylic acid or methacrylic acid.
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