JP4121602B2 - 二種金属シアン化物触媒の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、少量の不飽和組成分を含有するポリエーテルアルコールを製造するために使用されることのできる二種金属シアン化物触媒を製造するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリエーテルアルコールは、ポリウレタンを製造するために大量に使用される。その製造は、通常、H官能性開始剤物質に、低級アルキレンオキシド、ことにエチレンオキシド、プロピレンオキシドを、触媒を用いて付加することにより行われる。使用される触媒は、一般的に塩基性金属水酸化物または塩であるが、水酸化カリウムが実際上極めて重要である。
【0003】
ことに、可撓性のポリウレタンフォームを製造するために使用される長鎖ポリエーテルアルコールの合成に当たっては、連鎖成長の進行に伴って2次反応が生起し、これは連鎖構造における欠陥をもたらす。この副生成物は不飽和組成分として知られており、製造されるポリウレタンの特性に欠陥を及ぼす。従って、これまでに、不飽和組成分含有量の少ないポリエーテルアルコールを製造するための多くの試みがなされて来ている。この目的のために、ことにアルコキシル化触媒が途中で変質される。欧州特許出願公開268922号公報は、水酸化セシウムの使用を提案している。これは確かに、不飽和組成分の含有量を低減させ得るが、この水酸化セシウムは高コストを要し、しかもいわゆる産業廃棄物の問題を提起する。
【0004】
さらに、不飽和組成分含有量の少ないポリエーテルアルコールを製造するために、複数金属シアン化物錯体(その大部分は亜鉛ヘキサシアノメタラートである)を使用することも公知である。このような化合物の製造方法を記載した文献は多く存在する。例えば東独特願公開203735号、同203734号各公報は、亜鉛ヘキサシアノコバルタートを使用する、ポリエーテルオールの製造方法を記載している。
【0005】
亜鉛ヘキサシアノメタラートも公知であって、この触媒は、一般的に塩化亜鉛のような金属塩の溶液をカリウムのようなヘキサシアノコバルタートのような、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属シアノメタラートの溶液と反応させることにより得られる。一般的に、析出沈殿処理の直後に、水と混合可能の、ヘテロ原子含有物質を、得られた沈殿物懸濁液に添加する。このヘテロ原子含有物質は、あらかじめいずれか一方のまたは両方の出発材料溶液中に存在していてもよい。この水と混合可能であり、ヘテロ原子を含有する物質は、エーテル、ポリエーテル、アルコール、ケトンまたはこれらの混合物であって、このような方法は、例えば、米国特許3278457号、3278458号、3278459号、3427256号、3427334号、3404109号、3829505号、3941849号各明細書、欧州特許283148号、385619号、654302号、659798号、665254号、743093号各公報、米国特許4843054号、4877906号、5158922号、5426081号、5470813号、5482908号、5498583号、5523386号、5525565号、5545601号各明細書、日本国特許7308583号、6248068号、4351632号、米国特許5545601号明細書に記載されている。
【0006】
また東独特願公開148957号公報は、亜鉛ヘキサシアノイリダートの製造方法およびポリエーテルアルコール製造用触媒としてのその用途を開示している。ここで使用される出発材料の一方は、ヘキサシアノイリジン酸である。この酸は、固体として単離され、この形態で使用される。
【0007】
亜鉛ヘキサシアノイリダートを触媒として使用することの欠点は、その色である。この触媒を使用して製造されたポリエーテルアルコールも淡黄色を呈し、これは多くの用途において重要な欠点を成す。
【0008】
さらに、この方法は、他の二種金属シアン化物錯体、ことに、比較的廉価なシアノコバルタートを製造するために使用され得ない。シアノコバルト酸は比較的不安定で、固体として取扱うのが不可能であるからである。
【0009】
シアノメタラート塩から出発する方法の欠点は、この塩が所望の複数金属シアン化物錯体触媒を形成するのみでなく、不可避的な量の塩、例えば塩化亜鉛とヘキサシアノコバラートを使用する場合、塩化カリウムをも形成し、これは高い触媒活性をもたらすためには触媒から除去されねばならない。沈殿懸濁液に有機物質を添加することにより、除去されるべき塩の溶解性を著しく低減させるので、一般に極めて微細な粒子状触媒は、この有機物質で何回も洗浄しなければならない。複数金属シアン化物錯体から成る触媒を製造するためには、これは厖大な時間を必要とし、このような触媒を工業的規模で実施することは実際上不可能である。
【0010】
【解決されるべき課題】
そこで、本発明の目的ないしこの技術分野の課題は、大量の固体分をもたらさず、従って簡単に実施され、かつ高活性の触媒をもたらし得る、複数金属シアン化物錯体の触媒を製造する方法を開発し、提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
従って、酢酸亜鉛を、シアノ金属酸と反応させることにより複数金属シアン化物錯塩を製造する方法、この方法により製造される塩、および低級アルキレンオキシドを重合させることによりポリエーテル、ことにポリエーテルオールを製造するためのその触媒としての用途を提供することにより上記目的、課題を達成ないし解決し得ることが、本発明者らにより見出された。
【0012】
【実施の形態】
本発明方法は以下の諸工程に分割される。すなわち、(a)酢酸亜鉛水溶液を、式HaM2 (CN)b (A)c で表され、M2 がFe2+、Fe3+、Co3+、Cr3+、Mn2+、Mn3+、Rh3+、Ru2+、V4+、V5+、Co2+、Cr2+のいずれかの金属イオンを、Hが水素を、Aがハロゲン化物、水酸化物、硫酸塩、炭酸塩、シアン酸塩、チオシアナート、イソシアナート、カルボキシラート、硝酸塩のいずれかの陰イオン(このAは上述Xと同じでも異なってもよい)を、a、b、cがシアン化物を電気的に中性ならしめるように選定される整数を意味する場合のシアノメタラート化合物の水溶液に、添加する工程(上記の一方のまたは両方の溶液は、アルコール、アルデヒド、ケトン、エーテル、ポリエーテル、エステル、尿素、アミド、ニトリル、スルフィドのうちから選ばれる、少なくとも1種類の、水と混合可能であり、ヘテロ原子を含有する配位子を含有していてもよい)と、(b)工程(a)で形成される水性懸濁液を、上述した中から選ばれる、水と混合可能で、ヘテロ原子を含有する配位子(工程aの配位子と同じでも異なってもよい)と合併する工程と、(c)複数金属シアン化物を懸濁液から分離する工程である。
【0015】
M2 は、Co2+、Co3+、Fe2+、Fe3+、Cr3+、Rh3+またはNi2+のいずれかであるのが好ましく、ことにCo3+であるのが好ましい。
【0016】
本発明方法において使用され得るシアノ金属酸は、水溶液中において安定であり、容易に使用され得る。これは、例えば、N.Anorg.Allg.Chem.308(1961)、179における、W.クレム、W.ブラント、R.ホッペの報文に記載されているように、アルカリ金属シアノメタラートから出発し、銀シアノメタラートを経てシアノ金属酸とすることにより得られる。さらに他の製造方法としては、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属シアノメタラートを、例えば上述のZ.Anorg.Allg.Chem.270(1952)、45における、F.ハイン、H.リリーの報文、またはHelv.Chim.Acta50(1967)、2035におけるA.ルディ、H.U.ギューデル、V.ドヴォラクの報文に記載されているように酸イオン交換体によりシアノ金属酸に転化する方法がある。さらに他の方法として、例えば1981年、シュツットガルト在、フェルディナンド、エンケ、フェルラーク刊、G.ハウエル編、「ハントブーフ、デル、プレパラティーフェン、アンオルガニシェン、ヘミー」に記載されているようなシアノ金属酸の合成法もある。本発明方法と同様に、これら化合物を工業的規模で製造するためには、イオン交換体による合成が最も有利な方法である。シアノ金属酸溶液は、合成後直ちに次の処理に使用され得るが、これは比較的長期間にわたって貯蔵することもできる。しかしながら、酸の分解を回避するためには、光の遮断下に貯蔵されねばならない。
【0017】
溶液中の酸の量割合は、シアノメタラート錯体全体量に対して、80重量%以上、好ましくは90%、ことに95%以上にすべきである。
【0018】
使用されるヘテロ原子含有配位子は、水と混合可能の有機物質である。本発明の目的からして、ヘテロ原子は、炭素原子でなく、ことに炭素鎖中に組み込まれる酸素、硫黄、窒素原子である。有利に使用され得る配位子は、アルコール、アルデヒド、ケトン、エーテル、ポリエーテル、エステル、ポリエステル、尿素、アミド、ニトリル、スルフィド、ことにアルコール、ケトン、エーテル、ポリエーテル、これらの混合物、なかんずく、アルコール、エーテル、ポリエーテル、これらの混合物である。
【0019】
本発明方法の実施において、シアノ金属酸水溶液は、式M1 m (X)n で表される金属塩(式中の符号は上述の意味を有する)の水溶液と合併される。金属イオンのシアノメタラートに対するモル割合は、1.6から7.0、ことに1.6から5.0、なかんずく1.7から3.0とするのが好ましい。シアノ金属酸水溶液をまず反応器中に装填し、次いで金属塩溶液をこれに転化するのが好ましいが、これを逆にすることも可能である。両溶液の良好な混合のためには、両出発材料溶液の合併の間およびその後における攪拌が必要である。
【0020】
溶液中におけるシアノ金属酸の含有分は、0.1から30重量%、好ましくは1から20、ことに2から10重量%であり、金属塩のそれは1から50重量%、好ましくは2から40、ことに5から30重量%である。
【0021】
しかしながら、配位子の一部または全部を出発材料水溶液のいずれか一方または両方に添加することもできる。この場合には、塩の溶解性の変化にかんがみて、配位子はシアノ金属酸溶液の方に添加するのが好ましい。
【0022】
配位子の懸濁液中含有分は1から10重量%、好ましくは5から40、ことに10から30重量%である。
【0023】
配位子添加後、生成する二種金属シアン化物錯体は、水性相から分離されるが、これは慣用、周知の方法、例えば濾過、遠心分離で行われ得る。
【0024】
出発材料の混合は、10から80℃、好ましくは15から60℃、ことに20から70℃で行われる。
【0025】
多種金属シアン化物錯体は分離後、乾燥される。この乾燥は室温、大気圧下においても行われ得るが、20から60℃、0.01から1バールの圧力下に行うのが好ましい。ことに20から50℃、0.05から0.7バールで乾燥するのが好ましい。
【0026】
触媒の分離、乾燥後、これに分離、乾燥された配位子の水溶液を再び供与し得る。
【0027】
本発明方法により製造される多種金属シアン化物錯体の触媒は、従来方法により金属塩をシアノメタラート塩と反応させて得られる多種金属シアン化物錯体触媒に比べて、秀れた利点を有する。すなわち、シアノメタラート塩のカチオンおよび金属塩のアニオンから形成され、触媒から除去されねばならない付加塩はもたらされない。従って、生成分の洗浄回数は著しく減少せしめられ、予備処理も効率的に定形化され得る。触媒を不活性にする汚染物質も低減されるために、本発明方法で製造される触媒は、従来技術による触媒に比べてはるかに高い活性を示す。高活性の故に、触媒使用量も、製造されるポリエーテルアルコール重量に対して0.5重量%以下、ことに500ppm以下、なかんずく250ppm以下になされ得る。
【0028】
本発明により製造される触媒は、従来技術、ことに欧州特願公開654302号および743093号公報による触媒と比べて、結晶領域の割合が高い。それにもかかわらず、本発明による触媒は、高活性であり、極めて短い晶出誘導期間を示す。シアノ金属酸の使用のために、構造的相違が触媒製造の間における反応混合物のpH値の差異と関連せしめられるのではないかと考えられる。
【0029】
【実施例】
本発明方法を、以下の実施例によりさらに具体的に説明し、以下の対比例との対照により本発明の利点をさらに明確に実証する。
【0030】
実施例1
200mlの強酸イオン交換体K2431(Bayer社)を、37%濃度塩酸80gの使用によって再生し、洗浄排液が中性となるまで水で洗浄した。100mlの水に溶解させた17.8gのヘキサシアノコバルタート溶液を交換体カラムに施した。次いで溶出液が再び中性となるまでカラムを溶出させた。このようにして得られた溶出液368gを40℃に加熱し、攪拌しながら、100mlの水に溶解させた20.0gの酢酸亜鉛溶液を添加した。この懸濁液を40℃においてさらに30分間攪拌し、固体分を吸引濾別し、フィルタ上で300mlのエチレングリコールジメチルエーテルで洗浄した。このようにして処理された固体分を室温で乾燥し、カリウム分を原子吸収スペクトルで測定したが、カリウム分は全く検知し得なかった(検知限度10ppm)。
【0031】
添附図面の図1(単一図)は、得られた固体分のX線回析パターンを示すものであって、これをシーメンス社のD50000回析計(Cu−Kα照射)により記録した。この回析パターンから、試料の良好な結晶化度が認められる。
【0032】
実施例2
実施例1に記載したイオン交換体200mlを、実施例1に記載したように37%濃度塩酸をそれぞれ80g使用して2回再生処理した。次いで、100mlの水に溶解させた16.8gのヘキサシアノコバルタート溶液を交換体カラムに施し、溶出液が中性となるまで溶出させた。これにより得られた352gの溶出液を40℃に加熱し、42gのエチレングリコールジメチルエーテルと混合し、攪拌しながら、70mlの水に溶解させた20gの酢酸亜鉛の溶液をこれに添加した。生成懸濁液を40℃でさらに30分攪拌した。生成固体分を吸引濾別し、フィルタ上において300mlのエチレングリコールジメチルエーテルで洗浄した。このように処理した固体分を室温乾燥し、そのカリウム含有分を、原子吸収スペクトルで測定したが、カリウム分は全く検知されなかった(検知限度10ppm)。
【0033】
対比例1
6.5gのヘキサシアノコバルタートを130mlの水に溶解させて、40℃に加熱した。13.3gの塩化亜鉛を15gの水に溶解させた溶液を攪拌しながら添加した。生成懸濁液を40℃で15分間攪拌し、次いでこれに42.0gのエチレングリコールジメチルエーテルを添加し、この懸濁液を40℃でさらに30分間攪拌した。生成固体分を吸引濾別し、フィルタ上において150mlのエチレングリコールジメチルエーテルで洗浄し、室温で乾燥した。このようにして得られた固体分につき、カリウムおよび塩化物の含有量を分析、測定して、カリウム分0.62重量%、塩化物分6.4重量%を検出した。
【0034】
対比例2
6.5gのヘキサシアノコバルタートを、130mlの水と21.0gのエチレングリコールジメチルエーテルとの混合溶媒に溶解させ、これに、15gの水と13.3gの塩化亜鉛とから成る水溶液を攪拌しながら添加した。この懸濁液を40℃で15分間攪拌した、次いで21.0gのエチレングリコールジメチルエーテルを添加し、40℃でさらに30分間攪拌した。生成固体分を吸引濾別し、フィルタ上で150mlのエチレングリコールジメチルエーテルで洗浄し、室温で乾燥した。これにより得られた固体分のカリウムおよび塩化物含有分を分析、測定して、2.1重量%のカリウム分および9.3重量%の塩化物分を検出した。
【0035】
ポリエーテルポリオールの合成
以下の実施例において、ジプロピレングリコールと、プロピレンオキシドとの105℃におけるアルカリ触媒反応により得られたオリゴプロピレングリコールを開始剤として使用した。このオリゴプロピレングリコールを、珪酸マグネシウムにより触媒から遊離させた。これは280mgKOH/gのヒドロキシル価、0.003meq/gの不飽和分、1ppm以下のナトリウム、カリウム分を示した。
【0036】
ヒドロキシル価は、ASTM D2849により、不飽和分はASTM 4671により、金属分は原子吸収スペクトルにより、それぞれ測定した。
【0037】
実施例3
509gの上記オリゴプロピレングリコールを、窒素雰囲気下、攪拌オートクレーブ中において、実施例1で得られた触媒1.25g(最後目的生成物に対して500ppmに相当する)と混合した。反応器を開放し、105℃において150gのプロピレンオキシドを計量給送した。ほとんど即時の反応開始が、2.5バールまでの圧力上昇、これに直ちに続く圧力低下により認められた。10分経過後、反応器中に遊離プロピレンオキシドは全く存在しなかった。2.6バール(絶対圧力)を超えないように1824gのプロピレンオキシドを同じ温度で給送した。わずか30分後に計量給送を完了し、さらに4分後には後反応を完了したことが、圧力信号により確認された。
【0038】
これにより得られたポリエーテルオールを、ディープベッドフィルタを使用して濾別した。このポリオールは、56.6mgKOH/gのヒドロキシル価、0.0074meq/gの不飽和分、30ppmの亜鉛分、14ppmのコバルト分を示した。
【0039】
実施例4
窒素雰囲気下、攪拌オートクレーブ中において、512gの上記オリゴプロピレングリコールを、実施例1で得られた触媒0.25gと混合した。反応器を開放し、150gのプロピレンオキシドを105℃で計量給送した。当初2.7バールであった圧力が、アルキレンオキシドの計量給送後約30分で降下し始めたことにより反応の開始が確認された。プロピレンオキシドが完全に反応し終ってから、同じ温度で1844gのプロピレンオキシドを、2.8バールの圧力を超えないように計量給送した。わずかに35分で計量給送を終了し、さらに10分後には後反応が完了したことを圧力変化により確認した。
【0040】
このようにして得られたポリエーテルオールを濾別した。これは57.3mgKOH/gのヒドロキシル価、0.0103meq/gの不飽和分、5ppm以下の亜鉛分、5ppm以下のコバルト分を示した。
【0041】
実施例5
521gのオリゴプロピレングリコールを、窒素雰囲気下、攪拌オートクレーブ中において、実施例2で得られた触媒0.50g(最終目的生成物に対して200ppmに相当)と混合した。反応器を開放し、150gのプロピレンオキシドを105℃で計量給送した。当初2.7バール(絶対圧力)であった圧力が、アルキレンオキシドの計量給送から20分後に降下し始めたことにより、反応開始が確認された。プロピレンオキシドが完全に反応し終ってから、5.3バールの圧力を超えないようにして、1990gのプロピレンオキシドを計量給送した。60分後に計量給送を終了した。
【0042】
対比例3
512gのオリゴプロピレングリコールを、窒素雰囲気下、攪拌オートクレーブ中において、対比例1で得られた触媒0.50g(最終目的生成物に対して200ppmに相当)と混合した。反応器を開放して、150gのプロピレンオキシドを105℃において計量給送した。当初2.9バールの圧力が40分後に降下し始めたことにより反応開始を確認した。ただし、圧力は徐々に降下した。プロピレンオキシドが完全に反応し終ってから、同じ温度で1851gのプロピレンオキシドを計量給送した。プロピレンオキシドの計量給送の間に、圧力は当初圧力4.1バール(絶対圧力)まで上昇するのが認められた。後に圧力はさらに4.5バールまで上昇し、計量給送終了後も再び降下することはなかった。反応完了前の反応停止により、未反応プロピレンオキシドを反応混合物から除去せねばならなかった。
【0043】
得られたポリエーテルオールを濾別した。これは68.6mgKOH/gのヒドロキシル価、0.0128meq/gの不飽和分、24ppmの亜鉛分、11ppmのコバルト分を示した。
【0044】
対比例4
512gのオリゴプロピレングリコールを、窒素雰囲気下、攪拌オートクレーブ中において、対比例2で得られた触媒0.5g(最終目的生成物の200ppmに相当)と混合した。反応器を開放して、150gのプロピレンオキシドを105℃で計量給送した。約60分後に始めて圧力が徐々に降下するのが認められた。プロピレンが完全に反応し終ってから、同じ温度でプロピレンオキシドの計量給送を開始したが、この計量給送の間に、顕著な圧力上昇が認められ、単量体給送停止後も圧力は最早降下しなかった。反応完了後の圧力停止により、未反応プロピレンオキシドを反応混合物から除去しなければならなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】得られた固体分のX線回析パターン(シーメンス社のD50000回析計(Cu−Kα照射)により記録)を示すものである。
Claims (8)
- 酢酸亜鉛水溶液と、
式HaM2 (CN)b (A)c で表わされ、かつM2 がFe(II)、Fe(III)、Co(III)、Cr(III)、Mn(II)、Mn(III)、Rh(III)、Ru(II)、V(IV)、V(V)、Co(II)、Cr(II)のいずれかの金属イオンを、Aがハロゲン化物、水酸化物、硫酸塩、カルボナート、シアニド、チオシアナート、イソシアナート、シアナート、カルボキシラート、オキサラート、ニトラートのうちから選ばれる陰イオン(このAは上述のXと同じでも異なってもよい)を、a、b、cがシアン化物を電気的に中性ならしめるように選択される整数をそれぞれ意味する場合のシアノ金属酸水溶液と(両水溶液のいずれか一方または両方は、アルコール、アルデヒド、ケトン、エーテル、ポリエーテル、エステル、尿素、アミド、ニトリル、スルフィドのうちから選ばれる少なくとも1種類の、水と混合可能の有機配位子を含有していてもよい)を合併し、
これにより得られる水性懸濁液を、必要に応じて、上述した一群のうちから選ばれる少なくとも1種類の、水と混合可能の有機配位子(上述の、あらかじめ添加されている配位子と同じでも異なってもよい)と合併し、
生成する二種金属シアン化物錯体を懸濁液から分離する各工程を有することを特徴とする、ポリエーテルアルコール製造用二種金属シアン化物触媒の製造方法。 - 上記式中のM2 がCo(II)、Co(III)、Fe(II)、Fe(III)、Ni(II)、Cr(III)のいずれかを意味することを特徴とする、請求項(1)の方法。
- 上記式中のM2 がCo(III)を意味することを特徴とする、請求項(1)の方法。
- 使用されるべき、水と混合可能の配位子が、酸素含有化合物であることを特徴とする、請求項(1)の方法。
- 使用されるべき、水と混合可能の配位子が、アルコール、エーテル、ポリエーテル、ケトン、これらの混合物のうちから選ばれることを特徴とする、請求項(1)の方法。
- 懸濁液から分離された二種金属シアン化物錯体に、再び配位子水溶液を添加することを特徴とする、請求項(1)の方法。
- 懸濁液から分離された二種金属シアン化物錯体に、配位子そのものを添加することを特徴とする、請求項(1)の方法。
- 請求項(1)の方法により製造され得る二種金属シアン化物錯体を触媒として使用することを特徴とする、アルキレンオキシドの触媒重合によるポリエーテルアルコールの製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
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