JP2596650B2 - イソシアネート化合物の製造法 - Google Patents

イソシアネート化合物の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイソシアネート化合物の
製造法に関し、詳しくは少なくともイソシアネート化合
物を含んでなる混合液(以下イソシアネート混合液と略
す)から高純度のイソシアネート化合物を晶析させ分離
精製する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】イソシアネート化合物はウレタン化反応
等によって高分子化され、エラストマー、フォーム、塗
料、接着剤及び繊維等の用途に利用される。特にポリウ
レタンエラストマーはゴムとプラスチックの中間領域を
埋める弾性材料であり、その耐油性、耐磨耗性、耐薬品
性、耐寒性、強靱性等の特性を利用して、工業部品のロ
ール、ソリッドタイヤ、防振材及び靴材料等に使用され
ている。
【0003】このポリウレタンエラストマーの製造は、
ジイソシアネート化合物とポリオールとを反応させて、
得られたイソシアネート末端基を有するプレポリマーに
鎖延長剤等を加えて更にウレタン化反応等をさせて高分
子化することによっている。この場合の出発原料イソシ
アネート化合物としては、トルエンジイソシアネート
(以下TDIという)、ジフェニルメタンジイソシアネ
ート(以下MDIという)、1,5−ナフタレンジイソ
シアネート(以下1,5−NDIという)、パラフェニ
レンジイソシアネート(以下PPDIという)、トラン
ス−1,4−シクロヘキサンジイソシアネート(以下C
HDIという)等が用いられている。従来、この種のイ
ソシアネート化合物の製造方法としては、原料のアミン
化合物を芳香族系ハロゲン化合物等で溶解して直接に、
もしくはこのアミン溶解液に塩化水素ガス等を吹き込ん
で、得られたアミン塩酸塩をホスゲン化し、生成したイ
ソシアネート混合液を蒸留して分離するという物理的手
段による製法が広く用いられて来た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来法を更に詳
しく説明すると、イソシアネート混合液を蒸留装置に仕
込み、加熱及び減圧操作によって、まず揮発性塔頂留分
を除き、その後イソシアネート化合物塔頂留分を分取し
高純度イソシアネート化合物を得るという製造方法であ
る。ところで、目的とするイソシアネート化合物が常温
で固体であり、しかも融点が高く、昇華性が強く、且つ
加熱によって沈殿物を生じたり、白濁等を起こすものの
場合、すなわちPPDI又はCHDIを含むイソシアネ
ート混合液である場合、この方法の蒸留操作では多量の
エネルギーを必要とし、長時間の加熱によってイソシア
ネート化合物自体の重合物を生成し、またイソシアネー
ト化合物が真空ライン中に飛散したり、配管の閉塞を起
こすため、イソシアネート化合物の蒸留収率の低下及び
作業効率の低下等を招くという欠点があった。本発明は
このような従来法の欠点を解消して高純度のイソシアネ
ート化合物を収率、作業効率を向上して製造できる新規
な製造法を課題として開発されたものであり、特に高純
度のPPDI又はCHDIの製造にも適する方法であ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決すべく鋭意検討した結果、イソシアネート化合物
とイソシアネート化合物以外の成分とを含んでなる混合
液中のイソシアネート化合物を加圧状態下で晶析させる
ことにより該イソシアネート化合物を分離することを特
徴とするイソシアネート化合物の製造法を見出した。イ
ソシアネート化合物を加圧状態下で晶析させる方法(以
下、圧力晶析法という)は、PPDIまたはCHDIを
含む混合液(以下PPDI等の混合液という)からのP
PDIまたはCHDIの分離に応用できて、工業的に問
題なく実現できることを確認した。
【0006】
【作用】まず本発明の圧力晶析法の原理を図1に示す状
態図により説明する。図1において横軸は温度、縦軸は
圧力を表し、Xaは目的とする純物質の固液平衡線、X
bは出発組成の固液平衡線、Xeは共晶組成の固液平衡
線である。原料液は、晶析筒内で、まずA点からB点ま
で断熱的に加圧され、ついでB点からC点まで、結晶の
生成・成長を伴いながら同様に加圧(1000〜400
0kg/cm2)される。この固液変態の過程では、結晶の生
成・成長に伴い不純物は液相中に排出される。共晶点よ
りわずかに低い圧力(C点)に保持ささたまま、液相は
ろ過され系外に排出される。結晶は圧搾されると共に、
液相はC→D→Eと減圧され、結晶表面は融解(発汗洗
浄)しつつ分離されて、結晶の純度が高められる。この
ように加圧、減圧工程だけで高純度に精製された結晶を
得ることができる。具体的には、本発明においては、晶
析筒内で、まずPPDI等の混合液(濃度8〜50重量
%)に1000〜4000kg/cm2の高い圧力を加えるこ
とによって、PPDI又はCHDIの結晶(以下、PP
DI等の結晶という)を析出させ、これらの結晶と他の
成分を含む母液とに分離させて、母液を抜き出す。この
際の温度は0℃〜50℃の範囲が好適である。その後、
結晶に加えられている圧力を徐々に下げることによって
表面の結晶を融解させ、この溶解液でPPDI等の結晶
を洗浄する。これによって高純度のPPDI等の結晶を
得ることができる。イソシアネートがPPDI及びCH
DIの場合の特に好ましい条件は、圧力2000〜40
00kg/cm2、温度は10〜30℃、PPDI等の混合液
のイソシアネート化合物の濃度は10〜40重量%であ
る。
【0007】本発明の方法は、前述した蒸留法と比較し
て、結晶化させるために必要なエネルギーが少なくてす
み、また短時間で結晶化するためイソシアネート化合物
自体の重合生成物を生じることなく、またイソシアネー
ト化合物の飛散や配管の閉塞等もない点で、非常に有利
である。更に、1つの晶析筒内で加圧、固化、固液分
離、発汗洗浄を行えるので、工程・装置が簡明で、短時
間に高純度に精製できる。また、圧力操作であるため、
制御は容易且つ系内が均圧となるため安定な品質が得ら
れる。
【0008】本発明における、出発材料とするイソシア
ネート混合液としては、例えばパラフェニレンジアミン
モノクロルベンゼンを加えた溶液に、塩化水素ガスを
吹き込んで得られたジアミン塩酸塩をホスゲン化して出
来たパラフェニレンジイソシアネート混合液またはパラ
フェニレンジイソシアネート粗製品が挙げられる。また
例えば、トランス−1,4−シクロヘキサンジアミンに
モノクロルベンゼンを加えた溶液に、塩化水素ガスを吹
き込んで得られたジアミン塩酸塩をホスゲン化して出来
たトランス−1,4−シクロヘキサンジイソシアネート
混合液またはトランス−1,4−シクロヘキサンジイソ
シアネート粗製品が挙げられる。
【0009】本発明における圧力晶析の工程は以下のよ
うである。まず、上記PPDI等の混合液を受入槽に仕
込み、温度(0〜50℃)を調整後、晶析筒とプランジ
ャーとから成される圧力晶析装置内に注入する。次にプ
ランジャーにより内容液を加圧し、PPDI等の結晶を
析出させ、分離,圧搾して母液を晶析筒外に抜き出す。
晶析筒内の結晶固体は降圧時の部分融解による精製工程
を経由し固体状態で製品受入槽に送られる。温度条件に
よっては、晶析筒内で融解させてスラリー状態で取り出
してもよい。
【0010】本発明の各工程は基本的にはバッチ操作で
あるが、シークエンス制御等による切替えシステムによ
り半連続操作可能である。以上のような本発明の工程に
より、ポリウレタン工業に有用な種々のイソシアネート
化合物を効率よく製造できる。
【0011】次に、実施例によって本発明を具体的に説
明する。但し、本発明はこれらのイソシアネート化合物
のみに限定されるものではない。また、以下における
「%」はすべて「重量%」を意味する。 実施例1 PPDI40%及びモノクロルベンゼン60%のイソシ
アネート混合液を晶析筒とプランジャーよりなる圧力晶
析装置内に注入し、温度20℃、圧力2000kg/cm2
まで加圧して結晶化させ、この状態で先ず母液を抜き出
し、続いて徐々に常圧まで減圧して融解した母液を取り
出して純度99.8%のPPDIの結晶を得た。収率は
90%であった。
【0012】応用例1 熱硬化性ポリウレタンエラスト
マーの合成 実施例1で得られたPPDI0.288モルと80℃に
加温したポリカプロラクトンポリオール(平均分子量2
000)0.144モルとを充分に攪拌しながら130
℃で反応させて、得られたプレポリマー(NCO含有量
3.6%)の100gに、硬化剤として1,4−ビス
(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼンをトリメチロール
プロパンに重量比5.80/1.00となるよう混合、
120℃で溶解してその6.8gを加えて、110℃で
混合、脱泡後、120℃に調整した金型に注入する。注
入後120℃で10時間加熱させることによって熱硬化
ポリウレタンエラストマーを得た。このエラストマーの
JISK−6301による各種試験結果は表1のように
なり、本発明の圧力晶析法によって得られたPPDIは
本エラストマーの製造に非常に適していることが確認で
きた。
【0013】応用例2 熱可塑性ポリウレタンエラスト
マーの合成 実施例1で得られたPPDI2.10モルと80℃お加
温したポリ(ヘキサメチレンカーボネート)ポリオール
(平均分子量2010)1.00モルとを反応器に仕込
み、攪拌しながら80℃で反応させてプレポリマー(N
CO含量3.9%)を得た。該プレボリマー2900g
を3リットル加圧ニーダーに仕込み、液温90℃に保ち
攪拌しながら1,4−ブタンジオール111gを加えて
反応した。反応の進行に伴い次第に反応物は固化する。
その段階で冷却しながら加圧する。反応生成物は次第に
細粉状のポリウレタン樹脂になる。これを105℃で1
6時間加熱キュアーした後、押出成形によって造粒する
と良好な形状を有するペレットになった。このペレット
を射出成形することによって試験片を得た。JISK7
311による各種試験結果は表2のようになり、本発明
の圧力晶析法によって得られたPPDIは、本願発明エ
ラストマーの製造に非常に適していることが確認でき
た。
【0014】実施例2 PPDI10%及びモノクロルベンゼン90%のイソシ
アネート混合液を晶析筒とプランジャーよりなる圧力晶
析装置内に注入し、温度10℃、圧力4000kg/cm2
まで加圧して結晶化させ、この状態で先ず母液を抜き出
し、続いて徐々に常圧まで減圧して融解した母液を取り
出して純度99.8%のPPDIの結晶を得た。収率は
85%であった。
【0015】応用例3 熱硬化性ポリウレタンエラスト
マーの合成 実施例2で得たPPDIを原料として、応用例1に準じ
た方法によって熱硬化性ポリウレタンエラストマーを
得、同様に各種試験を行った結果を表1に示す。実施例
2による本発明のPPDIも本エラストマーの製造に非
常に適していることが確認できた。
【0016】応用例4 熱可塑性ポリウレタンエラスト
マーの合成 実施例2で得たPPDIを原料として、応用例2に準じ
た方法によって熱可塑性ポリウレタンエラストマーを
得、同様に各種試験を行った結果を表2に示す。実施例
2による本発明のPPDIも本エラストマーの製造に非
常に適していることが確認できた。
【0017】実施例3 CHDI40%及びモノクロルベンゼン60%の混合液
を晶析筒とプランジャーよりなる圧力晶析装置内に注入
し、温度20℃、圧力2000kg/cm2 まで加圧して結
晶化させ、この状態で先ず母液を抜き出し、続いて徐々
に常圧まで減圧して融解した母液を取り出して純度9
9.8%のCHDIの結晶を得た。収率は90%であっ
た。
【0018】応用例5 熱硬化性ポリウレタンラストマ
ーの合成 実施例3で得られたCHDIを用いて、応用例1に準じ
た方法によって熱硬化性ポリウレタンエラストマーを
得、同様に各種試験を行った結果を表1に示す。実施例
3による本発明のCHDIも本エラストマーの製造に非
常に適していることが確認できた。
【0019】応用例6 熱可塑性ポリウレタンラストマ
ーの合成 実施例3で得られたCHDIを用いて、応用例2に準じ
て熱可塑性ポリウレタンエラストマーを合成した。各種
試験を行った結果を表2に示す。実施例3による本発明
のCHDIも本エラストマーの製造に非常に適している
ことが確認できた。
【0020】実施例4 CHDI10%及びモノクロルベンゼン90%の混合液
を晶析筒とプランジャーよりなる圧力晶析装置内に注入
し、温度10℃、圧力4000kg/cm2まで加圧して結晶
化させ、この状態で先ず母液を抜き出し、続いて徐々に
常圧まで減圧して融解した母液を取り出して純度99.
8%のCHDIの結晶を得た。収率は85%であった。
【0021】応用例7 熱硬化性ポリウレタンエラスト
マーの合成 実施例4で得たCHDIを原料として、応用例1に準じ
た方法によって熱硬化性ポリマウレタンエラストマーを
得、同様に各種試験を行った結果を表1に示す。実施例
4による本発明のCHDIも本エラストマーの製造に非
常に適していることが確認できた。
【0022】応用例8 熱可塑性ポリウレタンラストマ
ーの合成 実施例4で得られたCHDIを原料として、応用例2に
準じた方法によって熱可塑性ポリウレタンエラストマー
を得、同様に各種試験を行った結果を表2に示す。
【0023】比較例1 PPDI10%及びモノクロルベンゼン約90%のイソ
シアネート混合液を蒸留釜に仕込み、昇温して内温を7
0℃、真空度70〜80mmHgにしてモノクロルベン
ゼンを追い出す。得られたPPDI濃縮液は更に内温1
20℃、真空度6〜12mmHgの蒸留条件にして、ま
モノクロルベンゼンを含むPPDIの初留分を所定量
カットし、その後留出されるPPDIを得る。このよう
にして精製されたPPDIの純度は99.0%であっ
た。蒸留収率は81%で、PPDIの真空系ラインへの
飛散及びPPDI自体の熱重合による損失が大きかっ
た。そして、蒸留釜の内温を120℃まで昇温するため
膨大な熱エネルギーが必要であった。また、蒸留操作の
過程において、PPDIの結晶が真空ライン系に付着す
るため、真空度の低下を招き、更にそのまま蒸留を続け
ると、PPDIの付着が増加し、最後にはラインを閉塞
して蒸留できなくなるので、途中で清掃が必要であっ
た。
【0024】比較応用例1 熱硬化性ポリウレタンエラ
ストマーの合成 比較例1で得たPPDIを原料として、応用例1に準じ
た方法によって熱硬化性ポリマウレタンエラストマーを
得、同様に各種試験を行った結果を表1に示す。
【0025】比較応用例2 熱可塑性ポリウレタンラス
トマーの合成 比較例1で得られたPPDIを原料として、応用例2に
準じた方法によって熱可塑性ポリウレタンエラストマー
を得、同様に各種試験を行った結果を表2に示す。
【0026】比較例2 比較例1の蒸留に準じて、CHDI10%及びモノクロ
ルベンゼン90%のCHDI混合液の蒸留によって得ら
れた精製CHDIの純度は99.0%であったが、蒸留
収率は78%で、その損失が大きかった。また、蒸留操
作の過程において、CHDIの結晶が真空ライン系に付
着するため、真空度の低下を招くとともに、そのまま蒸
留を続行すると真空ラインを閉塞して蒸留できなくなる
ので、途中で清掃が必要であった。
【0027】比較応用例3 熱硬化性ポリウレタンエラ
ストマーの合成 比較例2で得たCHDIを原料として、応用例1に準じ
た方法によって熱硬化性ポリマウレタンエラストマーを
得、同様に各種試験を行った結果を表1に示す。
【0028】比較応用例4 熱可塑性ポリウレタンラス
トマーの合成 比較例1で得られたCHDIを原料として、応用例2に
準じた方法によって熱可塑性ポリウレタンエラストマー
を得、同様に各種試験を行った結果を表2に示す。
【0029】表1に応用例1,3,5,7及び比較応用
例1,3で得た熱硬化性ポリウレタンエラストマーの常
態物性(JIS K−6301による)をまとめて示
す。
【表1】
【0030】表2に応用例2,4,6,8及び比較応用
例2,4で得た熱硬化性ポリウレタンエラストマーの常
温物性(JIS K−7311による)をまとめて示
す。
【表2】
【0031】
【発明の効果】本発明は従来の技術で困難であった、高
収率で作業効率及び省エネルギーとなるPPDI等の製
造法を確立した。本発明は昇華性の高いイソシアネート
化合物を99.8%の高純度に製造できる方法として非
常に有利であり、本発明によるイソシアネート化合物を
原料としてポリウレタンエラストマーを製造すると優れ
た物性のものが得られる。本発明の方法は工業的に極め
て優位であり、装置コストが安価であるに加え設備面積
も小さくて済むので、経済性と効率性を兼備した製造法
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に利用する圧力晶析法の原理を説明する
状態図であり、横軸は温度、縦軸は圧力を表し、Xaは
純物質の固液平衡線、Xbは出発組成の固液平衡線、X
eは共晶組成の固液平衡線を表す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パラフェニレンジイソシアネートとイソ
    シアネート化合物以外の成分とを含んでなる混合液中の
    パラフェニレンジイソシアネートを加圧状態下で晶析さ
    せることにより該パラフェニレンジイソシアネートを分
    離することを特徴とするイソシアネート化合物の製造
    法。
  2. 【請求項2】 トランス−1,4−シクロヘキサンジイ
    ソシアネートとイソシアネート化合物以外の成分とを含
    んでなる混合液中のトランス−1,4−シクロヘキサン
    ジイソシアネートを加圧状態下で晶析させることにより
    該トランス−1,4−シクロヘキサンジイソシアネート
    を分離することを特徴とするイソシアネート化合物の製
    造法。
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