JP2014162924A - ポリエーテルポリオールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】室温で固体のスターターに基づくポリエーテルポリオールの製造方法の提供。
【解決手段】少なくとも75重量%のオキシエチレン単位をそれぞれ有するn個のEnブロックとEnブロックトとは異なるm個のAmブロックとを有するポリエーテルポリオールの製造方法。n及びmは1〜10の自然数であり、触媒を添加して活性水素含有スターターをエチレンオキシド及び更なるアルキレンオキシド化合物と反応させ、スターターの融点は40℃以上であり、エチレンオキシドとの反応は、下記不等式[Tnは平均反応温度、x(cat)は触媒量、tnはエチレンオキシド添加時間、xn(EO)はエチレンオキシド量、nは1〜10の自然数]で表される条件下でEnブロックの添加中に実施され、添加される全アルキレンオキシドの総量に基づくポリエーテルポリオール中オキシエチレン単位の総含量は5〜85重量%である。
Figure 2014162924

【選択図】なし

Description

本発明は、室温で固体であり、ツェレウィチノフ活性水素原子を有するスターター化合物へのアルキレンオキシド(エポキシド)の塩基触媒付加によるポリエーテルポリオールの製造方法に関する。
室温で固体の高官能性スターター化合物、例えば、糖類、オリゴ糖類および多糖類、糖アルコール類(例えばマンニトールまたはソルビトール)およびペンタエリスリトールに基づくポリエーテルポリオールは一般に、多官能性イソシアネートと反応してポリウレタンを生成し、この場合、発泡または固体ポリウレタン材料は同様に得られる。ポリウレタン材料の物理的性質、易燃性、反応成分の完全硬化(through-curing)性、或いはポリウレタン材料の親水性または疎水性に対する特定の要求は一般に、ポリエーテルポリオールの構成を介して、その中でスターター化合物と付加アルキレンオキシドの組成とを選択することによって対応される。アルキレンオキシドは、混合物として、または個々に逐次、即ちブロック的に計量添加される。その際、高い親水性を有するポリウレタン材料だけでなく、エチレンオキシドが末端ブロックとして計量添加されるならば高い割合の第一級末端基(これは、イソシアネートに対する高い反応性をポリエーテルポリオールにもたらす)を有するポリエーテルポリオールを得ることもできるので、純ブロックとしてエチレンオキシドを使用すること、またはエチレンオキシド含量が高いブロック、並びにより高級のアルキレンオキシド(例えばプロピレンオキシド)から生成されたブロックを使用することを特に重視しなければならない。
室温で固体のスターター化合物は、例えばUS 4,332,936に記載されているように、アルキレンオキシドに対して不活性である溶媒の存在下でアルキレンオキシド付加を実施することによるアルキレンオキシド付加反応に関与しやすい。しかしながら一般に、持続可能性および製品衛生の故に、有機溶媒の使用は望ましくない。また、この場合、溶媒のために貴重な反応器容積を提供する必要がある。
固体スターター化合物のための懸濁助剤として、室温で液体のスターター化合物(コスターター)および/またはそのアルキレンオキシド付加生成物を使用することもできる。この場合、室温で固体であるスターター化合物のアルキレンオキシド付加生成物を使用するならば、基本的に、溶媒不含有状態の、高融点スターター化合物にもっぱら基づくポリエーテルポリオールを得ることも可能である。そのような製造方法は、例えばFR−A 1285708およびUS 3,190,927に記載されている。しかしながら、最終生成物はしばしば、室温で固体のスターター化合物について不十分な溶解能を示し、この場合も、溶媒を使用する場合のように、懸濁媒体のために相応の反応器容積が必要とされる。
反応条件下で固体であるスターター化合物のための懸濁媒体/溶媒として水を使用するならば、アルキレンオキシド付加反応は適当な時点で停止することができ、過剰の水は留去される。そのような方法は、例えばDE−A 1443022およびUS 4,430,490に記載されている。しかしながら、この方法では、アルキレンオキシド付加において、懸濁媒体および溶媒として使用した水が部分的に反応することによって、より低い官能価を有する最終生成物が生じる。また、この、いわゆる水法(water method)における反応の制御性は、他のコスターターを使用した場合の制御性より劣る。生じたグリコール含有廃水を浄化するか、または工程に再循環させるときはその中のグリコール含量を一定の値に調節することも必要である。それと同時に、未反応水の中間留去は、時間およびエネルギーの更なる消費を意味する。
従って、塩基触媒アルキレンオキシド付加反応に典型的に採用される反応温度70〜180℃で、アルキレンオキシドに対して不活性である溶媒および他の懸濁助剤を最小限しか使用せずに、アルキレンオキシド付加反応を実施することが望ましい。しかしながら、純エチレンオキシドブロックを有するブロック様ポリエーテルポリオール、または75重量%以上のオキシエチレン単位割合を有するブロック様ポリエーテルポリオールを製造する場合、溶媒の不存在下で、固体スターター化合物から出発して澄明かつ均質な最終生成物を得ることは困難であることが知られている。
特に全アルキレンオキシド単位の量に基づいて5〜85重量%のオキシエチレン単位の総含量を有するブロック様ポリエーテルポリオールの場合、室温で固体のスターターに関する課題の十分な解決法は、先行技術に開示されている方法によっては提供されていない。
US 4,332,936 FR−A 1285708 US 3,190,927 DE−A 1443022 US 4,430,490
従って、本発明の目的は、室温で固体であるスターター化合物に基づくポリエーテルポリオールの製造方法であって、得られたポリエーテルポリオールは、75重量%以上のオキシエチレン単位含量を有するブロックを含む方法を提供することである。本発明では、溶媒、および室温で液体である多量のコスターターの使用は回避しなければならず、最終生成物において濁りまたは不均質が生じてはならない。
意外なことに、この目的は、少なくとも75重量%のオキシエチレン単位をそれぞれ有するn個のEブロックと、Eブロックトとは異なるm個のAブロックとを有するポリエーテルポリオールの製造方法であって、nおよびmはそれぞれ1〜10の自然数であり、方法において、触媒の添加を伴って、少なくとも1個のツェレウィチノフ活性水素原子を有する少なくとも1種のスターター化合物を、エチレンオキシドおよび少なくとも1種の更なるアルキレンオキシド化合物と反応させ、少なくとも1種のスターター化合物は40℃以上の融点を有しており、エチレンオキシドとの反応は、下記不等式:
Figure 2014162924
[式中、Tは、Eブロックのためのエチレンオキシドを計量添加している間の平均反応温度(単位:℃)と定義され、
x(cat)は、使用される触媒の量(単位:mol)と定義され、
は、Eブロックにおけるエチレンオキシドの計量添加時間(単位:h)と定義され、
(EO)は、Eブロックのために計量添加されるエチレンオキシドの量(単位:mol)と定義され、
nは、先に定義されている]
で表される条件下でEブロックの計量添加中に実施され、計量添加される全アルキレンオキシドの総量に基づくポリエーテルポリオール中オキシエチレン単位の総含量は、5〜85重量%であることを特徴とする方法によって達成される。
可算パラメーターに付いている「a」は、本発明では、文脈から(例えば用語「ちょうど1」によって)明らかな場合に限って「1」を意味すると理解すべきである。そうでなければ、「an epoxide」、「a starter compound」のような表現は常に、2つ以上のエポキシド、2つ以上のスターター化合物を使用する態様を意味する。
本発明の方法は、溶媒、コスターターまたは他の懸濁助剤の使用を必要とせずに、室温で固体のスターター化合物とアルキレンオキシドとを反応させてポリエーテルポリオールを生成することを可能にする。このことは、結果的に追加処理および後処理の工程が不要になるので、経済上の理由および処理技術上の理由の両方から有利であり、一般に、再生可能で資源を保護できる工程の発展にとって望ましい。本発明の方法によって、溶媒を使用せずに、室温で固体のスターター化合物に基づく澄明かつ均質なアルキレンオキシド付加生成物を得ることができ、この生成物は、ポリイソシアネートを含んでなるポリウレタン材料の成分として様々に使用することができる。
本発明において、スターター化合物とは、少なくとも1個のツェレウィチノフ活性水素原子を有する化合物を意味すると理解される。N、OまたはSに結合した水素は、ツェレウィチノフにより見出された方法によるヨウ化メチルマグネシウムとの反応によりメタンを生じる場合、ツェレウィチノフ活性水素(または活性水素)と称される。ツェレウィチノフ活性水素を有する化合物の典型例は、官能基として、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、イミノ基またはチオール基を有する化合物である。室温で固体のスターター化合物とは、40℃以上の融点を有するスターター化合物を意味すると理解され、液体のスターター化合物とは、40℃未満の融点を有する化合物を意味すると理解される。
以下において、本発明を詳細に説明する。本発明では、当業者にとって相容れないことが文脈から明らかでない限り、様々な態様は、所望通りに互いに組み合わせることができる。
本発明では好ましくは、スターター化合物は、40℃以下で固体のスターター化合物である。その例は、単糖類、オリゴ糖類および多糖類、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ソルビトール、1,12−ドデカンジオール、1,2−デカンジオール、1,10−デカンジオール、環式ポリオール(例えばイノシトール)、芳香族ヒドロキシル化合物(例えば、フェノール、ヒドロキノン、カテコール、レゾルシノール、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン、ビスフェノールAまたはビスフェノールF)、ホルムアルデヒドとフェノールまたはメラミンまたはウレアとのメチロール含有縮合物、マンニッヒ塩基、水素化デンプン水解物に基づく高官能性スターター化合物、ポリアミン(例えば、高官能性多環式アニリン/ホルムアルデヒド縮合生成物に基づく化合物(ポリマーMDA))、トリレンジアミンの異性体または異性体混合物(特に、2,4−TDA、2,6−TDA、2,3−TDA、3,4−TDA)である。カルボン酸基を有する化合物(例えば、マロン酸、グルタル酸またはアジピン酸)或いはヒドロキシル官能基およびカルボン酸官能基を有する化合物(例えば、ヒドロキシ安息香酸の異性体、ヒドロキシメチル安息香酸の異性体、ジヒドロキシ安息香酸の異性体、トリヒドロキシ安息香酸の異性体、マンデル酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸および粘液酸)を使用することもできる。使用されるスターター化合物は好ましくは、ペンタエリスリトール、スクロール、トリメチロールプロパンおよび/またはソルビトールであり、ソルビトールを使用することが特に好ましい。
本発明に従って使用されるスターター化合物は、混合物であってもよい。本発明では、固体スターター化合物と一緒に、少量の、全スターター化合物の総量に基づいて30重量%までの、40℃未満の融点を有するスターター化合物を使用することもできる。そのようなスターター化合物は例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、室温で液体の高級脂肪族モノオール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、グリセロールおよびトリエタノールアミン、および水である。本発明では、使用されるスターター化合物の少なくとも70重量%は40℃以上の融点を有しており、好ましくは、40℃以上の融点を有する1種以上のスターター化合物をもっぱら使用する。
本発明で使用される室温で固体のスターター化合物の取扱いを(例えば、塩基性触媒を用いた反応の場合の脱プロトン化工程のために)容易にするために、スターター化合物を水溶液の形態で使用することができ、実際のアルキレンオキシド付加反応の開始前、または既に開始しているアルキレンオキシド付加反応を中断した後、反応混合物から例えばストリッピング工程によって水を除去することができる。本発明の方法の好ましい態様では、スターター化合物とエチレンオキシドおよび少なくとも1種の更なるアルキレンオキシド化合物との反応において、溶媒は使用しない。
溶媒の使用を必要としない本発明の方法は、アルキレンオキシドに対して不活性である溶媒および/または水の添加を伴わずに通常の反応条件が適用される方法であると理解される。従って、溶媒を使用しない方法は、スターター化合物およびアルキレンオキシドを使用する工程を含むが、これらの化合物は、その製造方法の故に、意図して混入されたものではない僅かな(5重量%以下の)溶媒、特に2重量%までの水を含むことがある。
本発明の方法に適したアルキレンオキシドは、エチレンオキシドに加えて、例えば、プロピレンオキシド、1−ブテンオキシド、2,3−ブテンオキシド、2−メチル−1,2−プロペンオキシド(イソブテンオキシド)、1−ペンテンオキシド、2,3−ペンテンオキシド、2−メチル−1,2−ブテンオキシド、3−メチル−1,2−ブテンオキシド、1−ヘキセンオキシド、2,3−ヘキセンオキシド、3,4−ヘキセンオキシド、2−メチル−1,2−ペンテンオキシド、4−メチル−1,2−ペンテンオキシド、2−エチル−1,2−ブテンオキシド、1−ヘプテンオキシド、1−オクテンオキシド、1−ノネンオキシド、1−デセンオキシド、1−ウンデセンオキシド、1−ドデセンオキシド、4−メチル−1,2−ペンテンオキシド、ブタジエンモノオキシド、イソプレンモノオキシド、シクロペンテンオキシド、シクロヘキセンオキシド、シクロヘプテンオキシド、シクロオクテンオキシド、スチレンオキシド、メチルスチレンオキシドおよびピネンオキシドである。本発明の方法では、エチレンオキシド(EO)およびプロピレンオキシド(PO)が好ましい。
本発明の方法によって製造されたポリエーテルポリオールは、少なくとも1つのEブロックおよび少なくとも1つのAブロックを含むブロック構造を有する。本発明の方法において計量添加され、オキシエチレン単位に富むEブロックは、少なくとも75重量%のオキシエチレン単位含量を有しており、内部ブロックまたは末端ブロックとして計量添加される。末端ブロックがオキシエチレン単位に富むポリエーテルポリオールは第一級末端基の割合が高いことを特徴とし、第一級末端基はイソシアネートに対する高い反応性をポリエーテルポリオールにもたらすので、本発明の方法によって製造されたポリエーテルポリオールが末端ブロックとしてEブロックを有することが好ましい。好ましくは、少なくとも1つのEブロックは少なくとも90重量%のオキシエチレン単位を含み、より好ましくは、少なくとも1つのEブロックは100重量%のオキシエチレン単位を含む。
本発明の好ましい態様では、本発明の方法によって製造されたポリエーテルポリオールは、スターター由来の構成単位に加えて、EブロックおよびAブロックからもっぱらなる。好ましくは少なくとも1つのAブロック、より好ましくは全てのAブロックが40重量%以下、好ましくは25重量%以下のオキシエチレン単位を含む。
本発明の方法によって製造されたポリエーテルポリオール中のオキシエチレン単位の総含量は、計量添加した全アルキレンオキシドの総量に基づいて5〜85重量%である。本発明の方法によって製造されたポリエーテルポリオールは、計量添加した全アルキレンオキシドの総量に基づいて、好ましくは60重量%まで、より好ましくは45重量%まで、最も好ましくは30重量%までのオキシエチレン単位を含む。
従って、本発明の方法によって製造されたポリエーテルポリオールは、高いエチレンオキシド含量を有するブロックEと低いエチレンオキシド含量を有するブロックAを含んでなるブロックコポリマーである。本発明の方法の好ましい態様では、ブロックコポリマーの製造において、エチレンオキシドに加えて、プロピレンオキシドをもっぱら使用する。従って、低いエチレンオキシド含量を有するブロックAがオキシプロピレン単位に富むことが好ましい。
ブロック組成は、短時間のうちに、エポキシドを不連続または連続で計量添加する間に変えることができる。
本発明の方法では、塩基性触媒、例えば、アルカリ金属水素化物、アルカリ金属カルボン酸塩(例えば、一価カルボン酸のアルカリ金属塩)、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属アルコキシド(例えば一価アルコールのアルカリ金属塩)またはアミンを使用することが好ましい。本発明の方法に適したアミンの概説は、M. Ionescuら、“Advances in Urethanes Science and Technology”, 1998, 14, 第151〜218頁に記載されている。例えば、N,N−ジメチルベンジルアミン、ジメチルアミノプロパノール、N−メチルジエタノールアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N−メチルピロリジン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、1,4−ジメチルピペラジン、N−メチルモルホリン、未置換イミダゾールおよび/またはアルキル置換イミダゾール誘導体を使用することができる。本発明の方法において使用される塩基性触媒は、より好ましくは、アルカリ金属水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは水酸化セシウム)、一価または多価アルコールのアルカリ金属アルコキシド、イミダゾールまたはアルキル置換イミダゾール誘導体(例えば、N−メチルイミダゾール)である。本発明の方法では、水酸化カリウムを使用することが特に好ましい。
アルカリ金属水酸化物は、固体状でまたは高濃縮水溶液として、室温で固体のスターター化合物に添加することができる。アルキレンオキシドを計量添加する工程の上流にあるストリッピング工程によって、溶解用の水、およびアルカリ金属水酸化物とスターター化合物中ツェレウィチノフ活性水素原子との反応によって生じた水を除去することができる。アルカリ金属水酸化物触媒の場合、室温で固体のスターター化合物の水溶液を使用するならば、ストリッピング工程を1回だけ、即ち例えば、実際のアルキレンオキシドの付加開始前に、またはあまり好ましくはないが既に開始しているアルキレンオキシド付加反応を中断した後に、実施することが適当である。
第一内部ブロックAの添加完了後、1つ以上のブロックEを計量添加する間、不等式(1)によって定義されているように、触媒量を調節することが有利であり得る。そのような段階によって工程に持ち込まれた水および/またはアルカリ金属水酸化物とスターター化合物中ツェレウィチノフ活性水素原子との反応により生じた水は、後に、アルキレンオキシドの添加再開前に除去することが好ましい。
塩基性触媒は、最終生成物の量に基づいて、一般的には0.004〜1.0重量%、好ましくは0.02〜1.0重量%の量で使用し、75重量%以上のオキシエチレン単位含量を有するブロックの計量添加中、不等式(1)で示される条件は満たされる。
本発明の方法において、少なくとも1種のスターター化合物は、好ましくは70〜170℃、より好ましくは100〜160℃の温度で、エチレンオキシドおよび少なくとも1種の更なるアルキレンオキシド化合物と反応させる。アルキレンオキシドの計量添加中、温度は、不等式(1)で示される条件が満たされるようEブロックの計量添加中の平均反応温度Tを維持しながら、前記範囲内で変化させることができる。
影響を受けやすいスターター化合物(例えばスクロース)を使用する場合に高いアルキレンオキシド転化率と低い副生物生成との最適なバランスを達成するために、低い反応温度(例えば70〜110℃)でまずアルコキシル化し、スターターの転化率が十分な値に達した時点で(例えば、使用したスターター化合物の少なくとも50重量%が、少なくとも1個のツェレウィチノフ活性水素原子で、アルキレンオキシドと反応した直後)、より高い反応温度(例えば110〜130℃)に変更することができる。より高い温度で(即ち、100〜170℃、好ましくは100〜150℃の温度に上昇させた後に)、後反応を実施することも可能である。長鎖ポリエーテルポリオール、即ち500Da超の当量を有するポリエーテルポリオールを製造する場合は、プロピレンオキシドの副反応(特にプロピレンオキシドのアリルアルコールへの転位)を許容できる程度まで低下させるために、例えば500Da以上の当量では、高い当量の達成およびプロピレンオキシド含有ブロックの計量添加の際、反応温度を120℃以下、好ましくは110℃以下に制限することが望ましい。この副反応の程度は当然、計量添加されるアルキレンオキシド混合物中のプロピレンオキシドの含量に伴って増大する。従って、計量添加されるアルキレンオキシド混合物中のプロピレンオキシド含量が30重量%を超える場合、特に50重量%、とりわけ70重量%を超える場合、反応温度を制限することが推奨される。エチレンオキシド含量が高いブロックまたは純エチレンオキシドのブロックの計量添加、および後反応は、より高い温度(即ち、100〜170℃、好ましくは100〜150℃の温度に上昇させた後に)で実施することができる。発熱を伴うアルキレンオキシド付加反応の温度を、冷却によって所望の温度に維持することが必要な場合もある。発熱反応用重合反応器の設計に関する先行技術(例えば、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 第B4巻、第167頁以下、第5版、1992)によれば、そのような冷却は一般に、反応器壁(例えばジャケット、ハーフコイル管)を介して、並びに反応器内部および/または外部ポンプ循環システムに配置された別の熱交換表面(例えば、冷却コイル、冷却カートリッジ、或いはプレート熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器またはミキサー熱交換器)によって実施される。これらは有利には、計量添加開始時であっても、即ち充填高さが低い段階であっても、不均一な反応器内容物の存在下(例えば固体分散体の存在下)で効果的な冷却が可能であるように設計されていなければならない。
本発明の方法によって得られるポリエーテルポリオールの計算OH価は、好ましくは28〜500mgKOH/g、より好ましくは50〜400mgKOH/g、最も好ましくは80〜350mgKOH/gである。
当量に対するOH価の関係は、等式(2):
Figure 2014162924
で示される。当量とは、活性水素原子含有物質の数平均分子量を、活性水素原子数(官能価)で除したものを意味すると理解される。
本発明の方法における、少なくとも1種のスターター化合物とエチレンオキシドおよび少なくとも1種の更なるアルキレンオキシド化合物との反応の進行は、等式(2)で示される関係に従ったOH価の低下を伴う。
不等式(1)で示される条件を満たしたとしても、比較的ブロードな分子量分布を有するポリエーテルポリオールが時として得られることが見出された。特に狭い分子量分布、即ち低い多分散度(PD)を有するポリエーテルポリオールは、少なくとも1種のスターター化合物とエチレンオキシドおよび少なくとも1種の更なるアルキレンオキシド化合物との反応中に下記不等式(3):
Figure 2014162924
[式中、Tは、少なくとも1種のスターター化合物の反応中の平均反応温度(単位:℃)と定義され、
x(cat)は、使用される触媒の量(単位:mol)と定義され、
は、少なくとも1種のスターター化合物の転化完了時の混合物の量(単位:kg)と定義される]
が適用される場合に得られる。
多分散度(PD)は、分子量分布M/M[ここで、Mは重量平均分子量であり、Mは数平均分子量である]と定義される。
本発明の好ましい態様では、不等式(3)は、1000mgKOH/g以下、より好ましくは850mgKOH/g以下のOH価から適用される。不等式(3)が適用されるOH価範囲の下限値は、少なくとも1種のスターター化合物の転化完了時のポリエーテルポリオールのOH価によって規定される。不等式(3)は、好ましくは215mgKOH/gのOH価まで適用され、OH価が215mgKOH/gを下回ると、mは混合物の量(単位:kg)を示す。
一般に、反応器内容物は、全ての反応段階で、標準的な撹拌装置の設計および使用によって、確実に良好に混合されなければならない。本発明において適当な撹拌装置は特に、1つ以上の高さに配置される撹拌機または完全充填高さまで作用する撹拌機である(例えば、Apparatus Handbook; Vulkan-Verlag Essen, 第1版、(1990), 第188〜208頁参照)。特に技術的に適当なものは、反応器内容物全体にわたって平均して導入される比容積混合出力が、反応器容積に基づいて一般に0.2〜5W/Lの範囲であり、対応して高い比容積局所出力が撹拌装置領域に、可能であれば比較的低い充填高さであっても入力されるものである。最適な撹拌作用を達成するため、一般的な先行技術に従って、じゃま板(例えば、平らなまたは管状のじゃま板)と冷却コイル(または冷却カートリッジ)との組み合わせを、反応器内に配置してよい。これらは容器底部を覆って広がっていてもよい。混合装置の撹拌出力は、重要な反応段階において特に高い出力を確実に入力するために、計量添加中の充填高さの関数として変化させてもよい。例えば、スクロースを(追加で)使用する場合に反応開始時に存在し得る固体含有分散体、または室温で固体のスターターの粘性溶融物を特に激しく混合することが有利な場合もある。更に、固体スターターを使用する場合、撹拌装置を選択することによって、反応混合物中の固体の分散を十分確実に実施しなければならない。本発明では、底部近傍を通過する撹拌機高さ、および懸濁液に特に適した撹拌装置を採用することが好ましい。加えて、撹拌機形状は、反応生成物の発泡の低減に寄与すべきである。反応混合物の発泡は、例えば、計量添加および後反応の終了後、残ったアルキレンオキシドを減圧下、1〜500mbarの絶対圧力で付加的に除去したときに観察される。そのような場合、適当な撹拌装置は、液体表面を連続的に混合する撹拌装置であることが見出された。必要に応じて、撹拌機シャフトは、容器内に基軸受および場合により更なる支持軸受を有する。撹拌機シャフトは、頂部または底部から運転してよい(シャフトは中心配置または偏心配置)。
別の態様では、熱交換器を通して実施されるポンプ循環システムによってもっぱら必要な混合を達成するか、または撹拌装置に加えて、このポンプ循環システムを更なる混合要素として運転する(この場合、反応器内容物は、必要に応じて(典型的には1時間あたり1〜50回)ポンプ循環される)こともできる。例えば外部熱交換器によるポンプ循環、または反応器に再循環させる場合はノズルまたはインジェクターによって導入される比混合エネルギーもまた、平均すると0.2〜5W/Lである。これは、反応段階終了時に反応器およびポンプ循環システムの中に存在する液体容量に基づく。
アルキレンオキシドは、様々な方法で反応器に供給される。1つの選択肢は、気相への計量添加、または例えば良好に混合される領域における反応器底部近傍の分配環または浸漬管による液相への直接計量添加である。少なくとも1種のアルキレンオキシドは、安全に関する圧力制限を超えないようにしながら、連続的に計量添加する。圧力制限は当然、個々の場合に装置の特徴に左右され、一般に1mbar〜10bar、より好ましくは1mbar〜4barの圧力範囲で運転される。特に、エチレンオキシド含有アルキレンオキシド混合物または純エチレンオキシドを計量添加する場合は、有利には、始動時および計量添加中、十分な不活性ガス分圧が反応器内で維持されることを確実にすべきである。これは、希ガスまたは窒素を用いて実施される。液相に計量添加する場合は、計量添加装置は、例えば分配環の下面に計量添加孔を設けることによって、計量添加装置が自動的に空になるように設計すべきである。一般に、装置の計量器具、例えば逆止め弁設置により、反応媒体が計量添加装置および反応物受器に逆流することを防がなければならない。アルキレンオキシド混合物を計量添加する場合、個々のアルキレンオキシドは、独立してまたは混合物として反応器に供給することができる。例えば通常の混合ゾーンに存在する混合装置によって、アルキレンオキシドを互いに予備混合することもできる(インライン混合)。例えば1つ以上の熱交換器を通して実施されるポンプ循環システムに、個々にまたは混合物として、ポンプ加圧側に、アルキレンオキシドを計量添加することが有用であることも見出された。その場合、反応媒体と良好に混合するためには、アルキレンオキシド/反応媒体流に高剪断混合装置を一体化することが有利である。
一般に、多種多様なタイプの反応器が、本発明の方法の実施に適している。高さと直径の比が1:1〜10:1である円筒形容器を、一般に使用する。有用な反応器の底面は、半球形底面、くぼんだ底面、平坦な底面または円錐形底面を包含する。
エポキシドの計量添加終了後、または計量添加するアルキレンオキシド混合物の組成を変更する場合、残ったアルキレンオキシドを完全に反応させる後反応が続いてよい。そのような後反応は、反応槽において更なる圧力低下が見られなくなったときを終点とする。後反応後の僅かな未反応アルキレンオキシドは、場合により、減圧下、1mbar〜500mbarの絶対圧力下で、またはストリッピングによって、量的に除去することができる。減圧を適用しつつ不活性ガスまたは水蒸気を液相に導入しながら、例えば5mbar〜500mbarの絶対圧力下で不活性ガスを流通させることによって、ストリッピングにより揮発性成分、例えば(残った)アルキレンオキシドを除去する。減圧下またはストリッピングによる揮発性成分、例えば未転化アルキレンオキシドの除去は、20℃〜200℃、好ましくは50℃〜160℃で、好ましくは撹拌しながら実施する。ストリッピング運転は、不活性ガスまたは水蒸気流と生成物流とを向流で流通させる、いわゆるストリップ塔で実施することもできる。水蒸気の不存在下で不活性ガスを用いて、ストリッピング運転を実施することが好ましい。
一定圧力に達した後、または減圧下および/またはストリッピングにより揮発性成分を除去した後、僅かな触媒を除去するために、生成物を場合により後処理してもよい。アミン触媒アルキレンオキシド付加反応の場合は、そのような後処理工程は一般に必要とされない。粗生成物からの触媒の任意除去は、様々な方法で実施される。例えば、塩基性触媒は、希釈した鉱酸、例えば硫酸またはリン酸を用いて中和される。中和中に生じた塩は、例えば濾過によって除去される。例外は、EP−A 2028211、WO−A 2009/152954、WO−A 2011/039145およびWO−A 2009/106244に記載されているポリエーテルポリオールの製造方法であって、これらの方法は、塩の除去工程は伴わない後処理工程を含む。別の態様として、ヒドロキシカルボン酸(例えば、WO−A 98/20061およびUS−A 2004/167316に記載されているような乳酸)を用いて中和することもできる。同様に中和に適しているものはカルボン酸、例えばUS 4,521,548に記載されているようなギ酸である。カルボン酸(例えばヒドロキシカルボン酸またはギ酸)を用いた中和により生じる金属カルボン酸塩はポリエーテルポリオールに溶解でき、澄明な溶液を生成するので、塩を除去しなくてよい。例えばDE−A 100 24 313に記載されているように、酸性陽イオン交換体を用いて触媒を除去することもできる。また、吸着剤、例えば、シート状シリケート(ベントナイト、アタパルジャイト)、珪藻土を用いて、或いは合成ケイ酸マグネシウム(例えばAMBOSOL(登録商標)またはBriteSorb(登録商標))を用いて、触媒を除去することもできる。そのような精製方法は、RO 118433、US 4,507,475、EP−A 0693513およびEP−A 1751213に記載されている。疎水性溶媒によって促進され得る相分離工程も基本的に可能ではあるが、室温で固体のスターター化合物に基づいて製造されたオキシエチレン単位含有ポリエーテルポリオールの水溶性は、相分離工程を有効に実施するには高すぎる場合がある。相分離工程は、例えば、WO−A 01/14456、JP−A 6−157743、WO−A 96/20972およびUS−A 3,823,145に記載されている。
不活性ガス雰囲気下でポリオールを常に扱うことが、一般に有利であることが知られている。このことは、例えば、アルカリ金属水酸化物触媒下で得た後に触媒を除去したアルカリ性ポリエーテルポリオールに、またはアミン触媒下で得た生成物に特に当てはまる。後処理および安定化処理された塩不含有生成物、または複金属シアン化物触媒(DMC触媒)を用いて製造されたポリエーテルポリオールも、酸素を排除して扱い、貯蔵することが推奨される。このために適した不活性ガスは、例えば、希ガス、窒素または二酸化炭素であり、希ガスまたは窒素が特に適している。酸素の進入を防ぐことにより、実質的には、生成物の変色が防止される。これは特に、生成物粘度の低下によりポリエーテルポリオールを扱いやすくするために一般に採用される高温において当てはまる。更に、不活性ガス雰囲気下では、ポリエーテル鎖の切断を伴った更に低分子量の酸化分解生成物(例えばアセトアルデヒド、メタノール、ギ酸、ギ酸エステル、アセトンおよびホルムアルデヒド)の生成に寄与するペルオキシド基が、遥かに低い濃度でしか生じない。従って、ポリエーテルポリオール中の揮発性有機化合物の含量は低くなり得、悪臭公害、健康被害および低品質は回避され得る。場合により、老化防止剤、例えば酸化防止剤を、本発明の方法によって製造されるポリエーテルポリオールに添加することもできる。本発明の方法は、20℃で特に視覚的に澄明および/または均質なポリエーテルポリオールを製造するために使用される。
本発明の方法によって製造されたポリエーテルポリオールは、固体または発泡ポリウレタン材料並びにポリウレタンエラストマーを製造するための出発成分として使用される。ポリウレタン材料およびポリウレタンエラストマーは、イソシアヌレート、アロファネートおよびビウレット構造単位を含んでもよい。いわゆるイソシアネートプレポリマーを製造することもでき、その製造方法は、少なくとも1種の(ポリ)イソシアネートと、本発明の方法によって得られる少なくとも1種のポリエーテルポリオールとを使用する工程を含み、得られたプレポリマーがイソシアネート基を含むように、ヒドロキシル基に対するイソシアネート基のモル比は1より大きい。実際の最終生成物、例えば固体または発泡ポリウレタン材料或いはポリウレタンエラストマーを製造するためには、プレポリマー中のイソシアネート基を、ツェレウィチノフ活性水素原子含有化合物と1段階以上で反応させる。逆に、ヒドロキシル基に対するイソシアネート基のモル比が1未満となるように、従って、得られたプレポリマーがヒドロキシル基を有するように、(ポリ)イソシアネートと、本発明の方法によって得られる少なくとも1種のポリエーテルポリオールとを反応させることもできる。実際の最終生成物、例えば固体または発泡ポリウレタン材料或いはポリウレタンエラストマーを製造するためには、プレポリマー中のヒドロキシル基を、イソシアネート含有化合物と1段階以上で反応させる。
固体または発泡ポリウレタン材料およびポリウレタンエラストマーを製造するためには、本発明の方法によって得られる少なくとも1種のポリエーテルポリオールを、場合により更なるイソシアネート反応性成分と混合してよく、任意に発泡剤、触媒および/または他の添加剤(例えば気泡安定剤)の存在下、有機ポリイソシアネートと反応させる。
使用した原料:
IRGANOX(登録商標) 1076:
3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸オクタデシル(Ciba Specialty Chemicals(現BASF))
試験方法および測定方法:
OH価および粘度
DIN 53240の方法によって、OH価を測定した。DIN 53019(CC27スピンドルタイプ、剪断速度範囲16〜128s−1)の方法によって、回転粘度計(Physica MCR 51、メーカー:Anton Paar)を用いて粘度を測定した。
分子量分布
サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を用いて、分子量分布を測定した。Agilent社製Agilent 1100シリーズを使用した。分子量分布M/M[ここで、Mは重量平均分子量であり、Mは数平均分子量である]については多分散度(PD)を記載する。更なる詳細は以下である:
・カラム組み合わせ:1 PSS予備カラム、5μL、8×50mm;2 PSS SVD、5μL、100Å、8×300mm;2 PSS SVD、5μL、1000Å、8×300mm、PSSは、カラムのメーカー(Polymer Standard Service(マインツ))である
・評価ソフトウェア:WinGPC(PSS)
・溶媒:THF(Merck LiChrosolv(登録商標))
・流速:1mL/分
・検出器タイプ:RI検出器(屈折率)、Shodex RI-74
・使用した校正基準:ポリスチレンに基づく校正基準(PSS)
実施例1:
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液163.5g、および44.78重量%のKOHを含有するKOH水溶液10.797gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を130℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に3.07時間にわたって875.5gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、1.43時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は213mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計218.9gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、130℃で3.2時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。3.68時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および35.23gの12.22重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.1093gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、182mgKOH/gのOH価および808mPasの粘度(25℃)を有する澄明な生成物を得た。多分散度は1.09であった。
実施例2
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液163.0g、および44.76重量%のKOHを含有するKOH水溶液5.380gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を150℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に3.07時間にわたって872.8gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、0.67時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は213mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計218.2gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、150℃で3.2時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。3.11時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および17.40gの12.22重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.1038gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、172mgKOH/gのOH価および843mPasの粘度(25℃)を有する澄明な生成物を得た。多分散度は1.03であった。
実施例3
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液163.1g、および44.76重量%のKOHを含有するKOH水溶液10.850gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を150℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブに120gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。オートクレーブの内容物を120℃に冷却した。120℃で、更なるプロピレンオキシド749gを添加した。3.88時間にわたってプロピレンオキシドの全量を添加した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、混合物を150℃に再び加熱し、1時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は214mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計217.3gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、150℃で3.15時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。0.55時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および17.40gの12.22重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.1038gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、171mgKOH/gのOH価および847mPasの粘度(25℃)を有する澄明な生成物を得た。多分散度は1.03であった。
実施例4
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液163.7g、および44.76重量%のKOHを含有するKOH水溶液5.449gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を150℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブに120gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。オートクレーブの内容物を120℃に冷却した。120℃で、更なるプロピレンオキシド753gを添加した。5.6時間にわたってプロピレンオキシドの全量を添加した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、混合物を150℃に再び加熱し、2.17時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は213mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計219.2gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、150℃で3.23時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。1.05時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および17.58gの12.22重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.100gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、171mgKOH/gのOH価および836mPasの粘度(25℃)を有する澄明な生成物を得た。多分散度は1.03であった。
実施例5
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液162.9g、および44.76重量%のKOHを含有するKOH水溶液10.790gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を150℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に2.38時間にわたって872.6gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、0.83時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は213mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計218.1gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、150℃で3.22時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。0.67時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および35.22gの12.22重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.0969gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、182mgKOH/gのOH価および773mPasの粘度(25℃)を有する澄明な生成物を得た。多分散度は1.18であった。
実施例6
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液163.1g、および44.76重量%のKOHを含有するKOH水溶液22.022gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を150℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に3.50時間にわたって873.4gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、0.58時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は212mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計218.4gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、150℃で1.12時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。0.17時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および70.50gの12.22重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.0978gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、181mgKOH/gのOH価および773mPasの粘度(25℃)を有する澄明な生成物を得た。多分散度は1.15であった。
実施例7
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液92.9g、および44.59重量%のKOHを含有するKOH水溶液2.985gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を150℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に5.7時間にわたって908.3gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、3.0時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は123mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計227.0gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、150℃で6.08時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。0.87時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および10.356gの11.74重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、0.6008gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、104mgKOH/gのOH価および656mPasの粘度(25℃)を有する澄明な生成物を得た。多分散度は1.03であった。
実施例8
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液279.1g、および46.59重量%のKOHを含有するKOH水溶液8.552gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を150℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に4.1時間にわたって804.4gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、1.2時間の後反応時間が続いた。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計201.0gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、150℃で1.83時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。0.93時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および30.405gの11.74重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、0.600gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、290mgKOH/gのOH価および2470mPasの粘度(25℃)を有する澄明な生成物を得た。多分散度は1.03であった。
実施例9(比較)
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液163.8g、および44.78重量%のKOHを含有するKOH水溶液10.948gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を120℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に11.6時間にわたって877.1gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、1.0時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は213mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計219.3gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、120℃で1.3時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。1.0時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および36.156gの12.13重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、1.9725gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、162mgKOH/gのOH価を有する濁った生成物を得た。物質は室温で固化し、固体のワックス状物質になった。多分散度は1.10であった。
実施例10(比較):
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液162.8g、および44.78重量%のKOHを含有するKOH水溶液10.775gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を120℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に7.9時間にわたって869.1gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、3.85時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は213mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計217.3gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、120℃で0.63時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。1.18時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および34.824gの12.13重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.3614gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、初期には澄明であったが迅速に濁った生成物を得、これは、164mgKOH/gのOH価および1700mPasの粘度(25℃)を有していた。多分散度は1.04であった。
実施例11(比較):
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液162.8g、および44.78重量%のKOHを含有するKOH水溶液10.829gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を130℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に5.2時間にわたって872.0gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、2.37時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は213mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計218.0gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、130℃で0.8時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。0.58時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および35.635gの12.13重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.0037gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、初期には澄明であったが迅速に濁り、その後固化してワックス状物質になった生成物を得、これは、167mgKOH/gのOH価を有していた。多分散度は1.03であった。
実施例12(比較):
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、70重量%のソルビトールを含有するソルビトール水溶液162.5g、および44.78重量%のKOHを含有するKOH水溶液10.762gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を150℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に3.18時間にわたって869.1gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、0.63時間の後反応時間が続いた。スターター化合物のOH価、並びにスターター化合物、触媒およびプロピレンオキシドのモル量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は213mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計217.3gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、150℃で0.92時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。0.55時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で30分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および34.670gの12.13重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で30分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.0677gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、初期には澄明であったが後に僅かに濁った生成物を得、これは、169mgKOH/gのOH価および840mPasの粘度(25℃)を有していた。多分散度は1.10であった。
実施例13(比較):
窒素雰囲気下、2L容実験室用オートクレーブに、グリセロール115.4g、および46.49重量%のKOHを含有するKOH水溶液10.574gを導入した。次いで、1分間あたり50mLの窒素を導入しつつ、減圧下、オートクレーブ内容物を撹拌(クロスビーム撹拌機、200rpm)しながら115℃で3時間脱水した。この過程で、脱水時間の終点に近づくと、100〜120mbarの圧力に達した。混合物を120℃に加熱し、800rpmの撹拌速度でオートクレーブの上部空間に4.27時間にわたって871.6gのプロピレンオキシドを計量添加した。計量添加は、0.05barの絶対圧力で開始した。プロピレンオキシドの計量添加終了後、1.53時間の後反応時間が続いた。スターターのOH価、並びにスターター量、触媒量および計量添加したプロピレンオキシド量に基づいて計算したこの時点での反応器内容物のOH価は213mgKOH/gであった。続いて、窒素によって、反応器圧力を2.75barに調節し、合計218.2gのエチレンオキシド(オキシエチレン単位に富むブロック)を、120℃で1.18時間にわたってオートクレーブの上部空間に計量添加した。1.03時間の後反応時間後、減圧下(10mar)で120分間加熱することにより生成物から揮発性成分を除去した。80℃に冷却後、120mLの蒸留水および35.458gの12.114重量%硫酸を添加し、混合物を80℃で60分間撹拌した。生成した混合物をガラス製フラスコに導入し、2.0287gのIRGANOX(登録商標) 1076を添加した。その後、生成物を18mbar(水流式減圧)で1時間、続いて110℃および1mbarで3時間脱水した。デプスフィルター(T 750(Seitz))によって濾過した後、176mgKOH/gのOH価を有する澄明で貯蔵安定な生成物を得た。
この比較例では、室温で液体のスターター(グリセロール)を使用した以外は、比較例9の値に従って、不等式(1)の限定パラメーターを設定した。
試験結果を、表1および表2にまとめる。
Figure 2014162924
Figure 2014162924

Claims (16)

  1. 少なくとも75重量%のオキシエチレン単位をそれぞれ有するn個のEブロックと、Eブロックトとは異なるm個のAブロックとを有するポリエーテルポリオールの製造方法であって、nおよびmはそれぞれ1〜10の自然数であり、方法において、触媒の添加を伴って、少なくとも1個のツェレウィチノフ活性水素原子を有する少なくとも1種のスターター化合物を、エチレンオキシドおよび少なくとも1種の更なるアルキレンオキシド化合物と反応させ、少なくとも1種のスターター化合物は40℃以上の融点を有しており、エチレンオキシドとの反応は、下記不等式:
    Figure 2014162924
    [式中、Tは、Eブロックのためのエチレンオキシドを計量添加している間の平均反応温度(単位:℃)と定義され、
    x(cat)は、使用される触媒の量(単位:mol)と定義され、
    は、Eブロックにおけるエチレンオキシドの計量添加時間(単位:h)と定義され、
    (EO)は、Eブロックのために計量添加されるエチレンオキシドの量(単位:mol)と定義され、
    nは、先に定義されている]
    で表される条件下でEブロックの計量添加中に実施され、計量添加される全アルキレンオキシドの総量に基づくポリエーテルポリオール中オキシエチレン単位の総含量は、5〜85重量%であることを特徴とする方法。
  2. 少なくとも1種のスターター化合物とエチレンオキシドおよび少なくとも1種の更なるアルキレンオキシド化合物との反応中にOH価は低下し、下記不等式(3):
    Figure 2014162924
    [式中、Tは、少なくとも1種のスターター化合物の反応中の平均反応温度(単位:℃)と定義され、
    x(cat)は、使用される触媒の量(単位:mol)と定義され、
    は、少なくとも1種のスターター化合物の転化完了時の混合物の量(単位:kg)と定義される]
    が適用され、不等式(3)は、特に1000mgKOH/g以下、好ましくは850mgKOH/g以下のOH価から適用されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 不等式(3)は215mgKOH/gのOH価まで適用され、OH価が215mgKOH/gを下回ると、mは混合物の量(単位:kg)を示すことを特徴とする、請求項2に記載の方法。
  4. ポリエーテルポリオールのOH価は28mgKOH/g〜500mgKOH/gであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. ポリエーテルポリールは、スターター由来の構成単位に加えて、EブロックおよびAブロックからもっぱらなることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 少なくとも1つのAブロック、好ましくは全てのAブロックは、25重量%以下のオキシエチレン単位を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
  7. ポリエーテルポリオールは、計量添加される全アルキレンオキシドの総量に基づいて45重量%まで、好ましくは30重量%までのオキシエチレン単位を含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 40℃未満の融点を有する少なくとも1種の更なるスターター化合物を、全スターター化合物の総量に基づいて30重量%までの割合で使用することを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  9. スターター化合物とエチレンオキシドおよび少なくとも1種の更なるアルキレンオキシド化合物との反応において、溶媒を使用しないことを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
  10. 触媒は塩基性触媒、特に水酸化カリウムであること、および/または触媒を、最終生成物の量に基づいて0.004〜1.0重量%、特に0.02〜1.0重量%の濃度で使用することを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 少なくとも1つのEブロックは、少なくとも90重量%のオキシエチレン単位を含むことを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
  12. 1つのEブロックは末端ブロックであることを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 少なくとも1種のスターター化合物とエチレンオキシドおよび少なくとも1種の更なるアルキレンオキシド化合物との反応を、70〜170℃、特に100〜160℃の温度で実施することを特徴とする、請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
  14. 使用されるスターター化合物はペンタエリスリトール、スクロース、トリメチロールプロパンおよび/またはソルビトールであることを特徴とする、請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
  15. 使用されるアルキレンオキシドはエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドであることを特徴とする、請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
  16. 請求項1〜15のいずれかに記載の方法によって製造されたポリエーテルポリオール。
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