JPH0351462B2 - - Google Patents

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JPH0351462B2
JPH0351462B2 JP59502767A JP50276784A JPH0351462B2 JP H0351462 B2 JPH0351462 B2 JP H0351462B2 JP 59502767 A JP59502767 A JP 59502767A JP 50276784 A JP50276784 A JP 50276784A JP H0351462 B2 JPH0351462 B2 JP H0351462B2
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JP
Japan
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catalyst
calcium
acid
alcohol
alkoxylation
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JP59502767A
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Japanese (ja)
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JPS60502143A (en
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Robaato Jon Notsupu
Ruisu Fuosutaa Junia Teiringu
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Union Carbide Corp
Original Assignee
Union Carbide Corp
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Publication date
Application filed by Union Carbide Corp filed Critical Union Carbide Corp
Publication of JPS60502143A publication Critical patent/JPS60502143A/en
Publication of JPH0351462B2 publication Critical patent/JPH0351462B2/ja
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Description

請求の範囲 1 酸化カルシウム、水酸化カルシウム又はこれ
らの混合物を、活性剤のエチレングリコールと混
合することにより、少なくとも部分的に可溶性化
させ、それにより滴定可能なアルカリ度を有する
カルシウム含有組成物を生成させることを特徴と
する、アルコキシル化触媒を製造する方法。 2 酸化カルシウム、水酸化カルシウム又はこれ
らの混合物を、活性剤のエチレングリコールと混
合することにより、少なくとも部分的に可溶性化
させ、それにより滴定可能なアルカリ度を有する
カルシウム含有組成物を生成させ、次いで該カル
シウム含有組成物とアルコールとをアルコール交
換反応条件下で反応させ、それによりカルシウム
含有組成物の対応するアルコール誘導体を生成さ
せることを特徴とするアルコキシル化触媒を製造
する方法。 3 アルコールがn−ドデカノールである特許請
求の範囲第2項記載の方法。 4 アルコールがC12アルコールとC14アルコール
との混合物である特許請求の範囲第2項記載の方
法。 5 酸化カルシウム、水酸化カルシウム又はこれ
らの混合物を、活性剤のエチレングリコールと混
合することにより、少なくとも部分的に可溶性化
させ、それにより滴定可能なアルカリ度を有する
カルシウム含有組成物を生成させ、次いでカルシ
ウムと結合していない活性剤の若干又は全部を除
去することを特徴とする、アルコキシル化触媒を
製造する方法。 6 酸化カルシウム、水酸化カルシウム又はこれ
らの混合物を、活性剤のエチレングリコールと混
合することにより、少なくとも部分的に可溶性化
させ、それにより滴定可能なアルカリ度を有する
カルシウム含有組成物を生成させ、カルシウムと
結合していない活性剤の若干又は全部を除去し、
次いで、生成組成物とアルコールとをアルコール
交換反応条件下で反応させ、それによりカルシウ
ム含有組成物の対応するアルコール誘導体を生成
させることを特徴とする、アルコキシル化触媒を
製造する方法。 7 酸化カルシウム、水酸化カルシウム又はこれ
らの混合物を、活性剤のエチレングリコールと混
合することにより、少なくとも部分的に可溶性化
させ、それにより滴定可能なアルカリ度を有する
カルシウム含有組成物を生成させ、次いで多価オ
キシ酸の充分な量を添加して該生成組成物のアル
カリ度の一部を中和することを特徴とする、アル
コキシル化触媒を製造する方法。 8 オキシ酸が硫酸である特許請求の範囲第7項
記載の方法。 9 滴定可能なアルカリ度の25ないし75%を中和
する特許請求の範囲第7項記載の方法。 10 滴定可能なアルカリ度の40ないし60%を中
和する特許請求の範囲第9項記載の方法。 11 酸化カルシウム、水酸化カルシウム又はこ
れらの混合物を、活性剤のエチレングリコールと
混合することにより、少なくとも部分的に可溶性
化させ、それにより滴定可能なアルカリ度を有す
るカルシウム含有組成物を生成させ、多価オキシ
酸の充分な量を添加して生成物のアルカリ度の一
部を中和し、次いでその生成組成物とアルコール
とをアルコール交換反応条件下で反応させ、それ
によりカルシウム含有組成物の対応するアルコー
ル誘導体を生成させることを特徴とするアルコキ
シル化触媒を製造する方法。 12 オキシ酸が硫酸である特許請求の範囲第1
1項記載の方法。 13 滴定可能なアルカリ度の25ないし75%を中
和する特許請求の範囲第11項記載の方法。 14 滴定可能なアルカリ度の40ないし60%を中
和する特許請求の範囲第13項記載の方法。 発明の分野 本発明は酸化カルシウム、水酸化カルシウム又
はこれらの混合物を使用する、アルコキシル化用
カルシウム含有触媒の製造方法に関する。 アルコキシル化生成物に対する背景 界面活性剤、官能性流体、グリコールエーテ
ル、ポリオールなどのような種々の生成物が、一
般的にアルカリ性触媒又は酸性触媒の存在下にお
いてエポキシドと少くとも1個の活性水素を有す
る有機化合物との縮合反応によつて工業的に製造
される。アルコキシル化生成物の種類及び性質は
とりわけて、使用する活性水素化合物、エポキシ
ド、及びエポキシド対有機化合物のモル比、なら
びに触媒に関係する。アルコキシル化の結果とし
て、或る範囲の分子量を有する縮合生成物種の混
合物が得られる。 アルコキシル化生成物の多くの応用において、
或る種のアルコキシル化種は他種のものよりも非
常に大きな活性を示す。したがつてアルコキシル
化法はそれらのアルコキシル化種の生成に対して
選択的であることが望ましい。更に、多くのこれ
らの用途に対して、反応エポキシドの狭い分子分
布範囲内にあるアルコキシル化生成物の混合物は
単一アルコキシル化生成物種が主剤であるアルコ
キシル化生成物よりは優れていると思われる。例
えば界面活性剤組成物において界面活性剤を作用
させる必要がある物質の範囲は通常には変動す
る。或る範囲のアルコキシル化種は、たとえその
範囲が狭くても、それが遭遇することのある種々
の物質に対する界面活性剤の性能を強化する。更
にまた、密接に関係するアルコキシル化種の混合
物は単一種に比較してすぐれた曇り点、凝固点、
流動点及び粘度のような他の性質を有する混合物
を提供することができる。しかしながら平衡が存
在し、もし該アルコキシル化種の分布が広過ぎる
ようになれば、余り望ましくないアルコキシル化
種が混合物を希釈するのみならず、探求される範
囲におけるよりもより一層疎水性又は親油性の成
分が、探求される性質に対して有害である場合が
ある。 更にその上、広範囲のアルコキシル化種が、ア
ルコキシル化反応生成物を使用する最終生成物の
処方物におけるたわみ性を制限することがある。
例えば水中油型エマルシヨン生成物の製造におい
て、水の重量100分率を最小化する濃縮組成物を
調製することが望ましい場合が屡々ある。この濃
縮物は使用時に水で希釈し、それによつて輸送及
び貯蔵する水を節約することができる。望ましい
濃縮物を形成する能力は概してアルコキシル化種
が狭い分布を有することに部分的に関係する。な
ぜならば該アルコキシル化種の重質部分が存在
し、通常にはより大きな割合の水を必要とし、さ
もなければゲル化(生成物の不安定性を明示す
る)が生じることがあるからである。 アルコキシル化生成物における有機化合物のモ
ル数に対するエポキシドのモル数の或る種の配分
が重要である場合があるということの認識が永い
間にわたつて認められていた。例えば英国特許明
細書第1399966号は洗濯用洗剤に使用するための、
約10ないし約13.5の親水性−親油性平衡(HLB)
を有するエトキシレートの使用を開示している。
このHLBを与えるためには脂肪アルコール1モ
ルに対し反応するエチレンオキシドのモル数は臨
界的であるとして記載されている。英国特許明細
書第1462133号において探求される洗濯用組成物
は、まさに狭い、すなわち約10ないし約12.5の
HLBを与えるのに十分なアルキレンオキシド補
助界面活性剤を使用した。英国特許明細書第
1462134号において、約9.5ないし11.5のHLBを有
するエトキシレート、好ましくは10.0ないし11.1
のHLBを有するエトキシレートを使用する洗剤
組成物が開示されている。 このように、アルコキシル化生成物によつて与
えられるべき性質についての理解が増加するにつ
れて、アルコキシル化生成物の製造を、探求され
る性質を強化するように適応させることに対する
要求がますます大きくなるのである。したがつて
有機化合物1モル当りの反応エポキシドの分布
が、探求される性質を強化する範囲に限定される
アルコキシル化生成物を与えるための努力がなさ
れて来た。 アルコキシル化法 アルコキシル化法は少くとも1種のエポキシド
と少くとも1個の活性水素を有する少くとも1種
の有機化合物との存在下における縮合反応により
特徴づけられる。恐らく最も普通の触媒は水酸化
カリウムである。しかしながら水酸化カリウムを
使用して製造された生成物は一般的にアルコキシ
レート種の広い分布を示す。例えばM・J・シツ
ク(Shick)の「ノニオニツク サーフアクタン
ト」、第1巻、マーセル デツカー社、ニユーヨ
ーク州、ニユーヨーク市(1967年)28〜41頁を参
照すべきである。すなわち個々のアルコキシレー
ト種に対し、特に高いアルコキシル化比におい
て、殆んど選択性が示されていない。例えば米国
特許第4223164号明細書の第6図は、カリウム触
媒を使用して脂肪アルコール混合物をエチレンオ
キシド60重量%によりエトキシル化することによ
り製造したアルコキシレート種の分布を示してい
る。 アルコキシル化法において得られる分布は同一
種類の触媒を使用してもアルコキシル化される有
機化合物の種類によつて変動する。例えばノニル
フエノールについては、水酸化カリウムを触媒を
使用してポアソン型分布を得ることができる。し
かしながらデカノール、ドデカノールなどのよう
な脂肪族アルコールについては、分布はたしかに
広い。本明細書において、これらの分布を「慣用
の広い分布」という。 酸性触媒を使用することもでき、それらはより
狭い、したがつてより一層望ましい分子量分布を
生ずる傾向がある。しかしながら、それらはまた
所望されない副生物を生成する原因ともなり、し
たがつて工業的には広く使用されていない。 アルコキシル化生成物の分子量分布を制御する
ことに対して特に重点が置かれて来た。研究の一
つは生成物の混合物から望ましくないアルコキシ
レート種をストリツプすることであつた。例え
ば、米国特許第3682849号明細書は未反応アルコ
ール及び低沸点エトキシル化成分の気相除去方法
を開示している。該組成物は約1%以下の各非エ
トキシル化アルコール及びモノエトキシレート
と、2重量%以下のジエトキシレートと3重量%
以下のトリエトキシレートとを含有するといわれ
ている。この方法は低級エトキシレートが組成物
から除去されるので原料の損失となる。また、該
ストリツプされた生成物はなおも広いエトキシレ
ート種の分布を有し、すなわち該組成物中に高分
子量生成物がなおも有意程度に存在する。直鎖ア
ルコールについて通常に存在する粘度の問題を回
避するために、出発アルコールの約20ないし30%
を該特許明細書にしたがつて枝分れさせるべきで
ある。 低いエポキシド反応体対有機化合物のモル比に
おいて狭いアルコキシル化種の分布を得ることは
容易に達成することができる。米国特許第
4098818号明細書は触媒(例えばアルカリ金属又
はアルカリ金属水素化物)対脂肪アルコールのモ
ル比が約1:1である方法を開示している。エト
キシレート分布が実施例1のパートC及びDに記
載され、下記のように要約されている。
Claim 1: Calcium oxide, calcium hydroxide, or mixtures thereof are at least partially solubilized by mixing with the active agent ethylene glycol, thereby producing a calcium-containing composition with titratable alkalinity. A method for producing an alkoxylation catalyst, the method comprising: 2 Calcium oxide, calcium hydroxide, or mixtures thereof are at least partially solubilized by mixing with the active agent ethylene glycol, thereby producing a calcium-containing composition with titratable alkalinity; A method for producing an alkoxylation catalyst, characterized in that the calcium-containing composition and alcohol are reacted under alcohol exchange reaction conditions, thereby producing the corresponding alcohol derivative of the calcium-containing composition. 3. The method according to claim 2, wherein the alcohol is n-dodecanol. 4. The method according to claim 2, wherein the alcohol is a mixture of C 12 alcohol and C 14 alcohol. 5 Calcium oxide, calcium hydroxide or mixtures thereof are at least partially solubilized by mixing with the active agent ethylene glycol, thereby producing a calcium-containing composition with titratable alkalinity, and then A method for producing an alkoxylation catalyst, characterized in that some or all of the activator not bound to calcium is removed. 6 Calcium oxide, calcium hydroxide, or mixtures thereof are at least partially solubilized by mixing with the active agent ethylene glycol, thereby producing a calcium-containing composition with titratable alkalinity; removing some or all of the active agent not bound to the
A method for producing an alkoxylation catalyst, characterized in that the product composition and alcohol are then reacted under alcohol exchange reaction conditions, thereby producing the corresponding alcohol derivative of the calcium-containing composition. 7 Calcium oxide, calcium hydroxide, or mixtures thereof are at least partially solubilized by mixing with the active agent ethylene glycol, thereby producing a calcium-containing composition with titratable alkalinity, and then A method for producing an alkoxylation catalyst characterized in that a sufficient amount of a polyhydric oxyacid is added to neutralize a portion of the alkalinity of the product composition. 8. The method according to claim 7, wherein the oxyacid is sulfuric acid. 9. A method according to claim 7, which neutralizes 25 to 75% of the titratable alkalinity. 10. The method according to claim 9, which neutralizes 40 to 60% of the titratable alkalinity. 11 Calcium oxide, calcium hydroxide, or mixtures thereof are at least partially solubilized by mixing with the active agent ethylene glycol, thereby producing a calcium-containing composition with titratable alkalinity; Addition of a sufficient amount of a hydroxyacid to neutralize some of the alkalinity of the product, and then reacting the product composition with an alcohol under alcohol exchange reaction conditions, thereby modifying the composition of the calcium-containing composition. 1. A method for producing an alkoxylation catalyst, which comprises producing an alcohol derivative. 12 Claim 1 in which the oxyacid is sulfuric acid
The method described in Section 1. 13. The method of claim 11, wherein 25 to 75% of the titratable alkalinity is neutralized. 14. The method of claim 13, wherein 40 to 60% of the titratable alkalinity is neutralized. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a process for preparing calcium-containing catalysts for alkoxylation using calcium oxide, calcium hydroxide or mixtures thereof. Background to Alkoxylation Products Various products such as surfactants, functional fluids, glycol ethers, polyols, etc. commonly combine epoxides with at least one active hydrogen in the presence of alkaline or acidic catalysts. It is produced industrially by a condensation reaction with an organic compound containing The type and nature of the alkoxylation product is related, inter alia, to the active hydrogen compound, epoxide, and molar ratio of epoxide to organic compound used, as well as the catalyst. As a result of alkoxylation, a mixture of condensation product species having a range of molecular weights is obtained. In many applications of alkoxylated products,
Some alkoxylated species exhibit much greater activity than others. It is therefore desirable that the alkoxylation process be selective for the production of these alkoxylated species. Furthermore, for many of these applications, mixtures of alkoxylated products within a narrow molecular distribution range of the reacted epoxide appear to be superior to alkoxylated products dominated by a single alkoxylated product species. . For example, in a surfactant composition, the range of substances on which a surfactant needs to act typically varies. A range of alkoxylated species, even if narrow, enhances the surfactant's performance against the variety of materials it may encounter. Furthermore, mixtures of closely related alkoxylated species have superior cloud points, freezing points,
Mixtures can be provided with other properties such as pour point and viscosity. However, an equilibrium exists and if the distribution of the alkoxylated species becomes too broad, the less desirable alkoxylated species will not only dilute the mixture, but also make it more hydrophobic or lipophilic than in the range being sought. components may be detrimental to the property being sought. Furthermore, the wide range of alkoxylated species can limit the flexibility in the final product formulation using the alkoxylated reaction product.
For example, in the production of oil-in-water emulsion products, it is often desirable to prepare concentrated compositions that minimize the weight percentage of water. This concentrate can be diluted with water at the time of use, thereby saving water for transport and storage. The ability to form desirable concentrates is generally related in part to having a narrow distribution of alkoxylated species. Because the heavy fraction of the alkoxylated species is present, a larger proportion of water is usually required, otherwise gelation (manifesting instability of the product) may occur. It has long been recognized that a certain proportion of moles of epoxide to moles of organic compound in the alkoxylation product may be important. For example, British Patent Specification No. 1399966 for use in laundry detergents
Hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of about 10 to about 13.5
discloses the use of ethoxylates having
The number of moles of ethylene oxide reacted per mole of fatty alcohol is stated to be critical in order to provide this HLB. The laundry compositions explored in British Patent Specification No. 1462133 are very narrow, ie from about 10 to about 12.5
Sufficient alkylene oxide cosurfactant was used to give HLB. British Patent Specification No.
No. 1462134, ethoxylates having an HLB of about 9.5 to 11.5, preferably 10.0 to 11.1
Detergent compositions are disclosed that use ethoxylates having an HLB of . Thus, as our understanding of the properties to be imparted by alkoxylated products increases, there is an increasing need to adapt the production of alkoxylated products to enhance the properties sought. It is. Efforts have therefore been made to provide alkoxylation products in which the distribution of reacted epoxide per mole of organic compound is limited to a range that enhances the properties sought. Alkoxylation Process The alkoxylation process is characterized by a condensation reaction in the presence of at least one epoxide and at least one organic compound having at least one active hydrogen. Perhaps the most common catalyst is potassium hydroxide. However, products made using potassium hydroxide generally exhibit a wide distribution of alkoxylate species. See, for example, M. J. Shick, "Nonionic Surf Actant", Volume 1, Marcel Detzker & Co., New York, NY (1967), pp. 28-41. That is, little selectivity is shown for individual alkoxylate species, especially at high alkoxylation ratios. For example, Figure 6 of US Pat. No. 4,223,164 shows the distribution of alkoxylate species prepared by ethoxylating a fatty alcohol mixture with 60% by weight ethylene oxide using a potassium catalyst. The distribution obtained in the alkoxylation process varies depending on the type of organic compound to be alkoxylated even when the same type of catalyst is used. For example, for nonylphenol, a Poisson type distribution can be obtained using potassium hydroxide as a catalyst. However, for aliphatic alcohols such as decanol, dodecanol, etc., the distribution is certainly wide. These distributions are referred to herein as "conventional broad distributions." Acidic catalysts can also be used; they tend to produce narrower and therefore more desirable molecular weight distributions. However, they also cause the production of undesired by-products and are therefore not widely used industrially. Particular emphasis has been placed on controlling the molecular weight distribution of alkoxylation products. One of the studies was to strip unwanted alkoxylate species from the product mixture. For example, US Pat. No. 3,682,849 discloses a method for gas phase removal of unreacted alcohol and low boiling ethoxylated components. The composition comprises up to about 1% by weight of each non-ethoxylated alcohol and monoethoxylate, up to 2% by weight diethoxylate and 3% by weight.
It is said to contain the following triethoxylates. This process results in a loss of raw material as lower ethoxylates are removed from the composition. Also, the stripped product still has a broad distribution of ethoxylate species, ie, there is still a significant amount of high molecular weight product present in the composition. approximately 20 to 30% of the starting alcohol to avoid viscosity problems normally present with straight chain alcohols.
should be branched out according to the patent specification. Obtaining a narrow distribution of alkoxylated species at low epoxide reactant to organic compound molar ratios can be easily achieved. US Patent No.
No. 4,098,818 discloses a process in which the molar ratio of catalyst (eg, alkali metal or alkali metal hydride) to fatty alcohol is about 1:1. The ethoxylate distribution is described in Parts C and D of Example 1 and summarized below.

【表】 低いエポキシド対アルコール比と組み合わされ
た高触媒含量が狭い、低級エトキシレート画分の
生成を可能にすることは明らかである。しかしな
がらエポキシド対アルコールの比が増大するにつ
れてアルカリ金属触媒の特徴的な「慣用の広い分
布」を期待することができる。更にその上、たと
え該開示方法が、エトキシレート種のより狭い分
布を与えると報告されているけれど、該分布は有
意量の高級エトキシレートが存在するように、か
たよつているのである。例えばパートCにおいて
エトキシレート化合物の15%以上が反応体を基準
とする平均値よりも少くとも3個多いオキシエチ
レン基を有し、パートDにおけるその量は16%以
上であつた。 1983年12月12日公告のヨーロツパ特許出願第
A0095562号明細書(特開昭58−210859号公報参
照)はエチレンオキシド反応体対アルコールの低
い比率が採用される場合に低級エトキシレート種
に対する高い選択性を得る能力、ならびに高級エ
トキシル化生成物が求められる場合に上記選択性
が急速にゆるめられる傾向を例示している。例え
ばジエチルアルミニウムフルオリド触媒の使用を
報告している実施例1(1モルEO付加物として記
載されている)は炭素12ないし14個を有するアル
コール300g及びエチレンオキシド64gを使用し、
同一触媒を使用する実施例5(1.5モルEO付加物
として記載されている)は300:118におけるアル
コール対エチレンオキシドの重量比を採用してい
る。グラフ的に示したデータに基づき、分布は下
記の如くであると思われる: 実施例1 実施例5 E0 27 10 E1 50 36 E2 17 33 E3 4 16 E4 − 6 E5 − 2 E6 − 1 記載される1モルEO付加物から記載される1.5
モルEO付加物までのエトキシル化におけるわず
かの増加と共にエトキシレート種の分布が、「慣
用の広い分布」から予期することができるように
より多くの高級エトキシレートの生成を伴つてか
なりに広がつている。それは恐らく触媒が反応プ
ロセス中に消費され、そのため高い付加水準にお
けるアルコキシル化生成物混合物の、より狭い分
布を与えるために該触媒を利用することができな
いということであろう。 「慣用の広い分布」から予期される分布よりも
狭い分子量分布を高級エトキシレートに対して与
えることが報告されている数種の触媒が確認され
た。特に、この研究は第A族アルカリ土類金属
誘導体によるエトキシル化触媒作用を強調した。
今日まで殆んどもつぱら非イオン界面活性剤の生
成に限定されていたこれらの触媒における重要性
は、慣用のアルカリ金属から誘導される触媒を使
用して製造した対応物よりも、より狭い分子量分
布、より低い未反応アルコール含量及びより低い
流動点を有する疎水物質エトキシレートを生ず
る、それら触媒の立証された能力に基づく。 最近ヤング(Yang)及びその共同研究者らは
一連の米国特許を得たが、該特許明細書は主とし
て、アルカリ金属水酸化物による技術の現状にお
ける触媒作用により製造される対応生成物より
も、より低い流動点、より狭い分子量分布、より
低い未反応アルコール含量及びより良好な洗浄力
を示す非イオン界面活性剤を生成するためのエト
キシル化触媒としての、バリウム及びストロンチ
ウムの非改質又はフエノール改質した酸化物及び
水酸化物の使用について開示している。米国特許
第4210764号;第4223164号;第4239917号;第
4254287号;第4302613号及び第4306093号各明細
書を参照すべきである。有意には、これら特許明
細書はマグネシウム及びカルシウムの酸化物及
び/又は水酸化物はバリウム化合物及びストロン
チウム化合物に対する助触媒の役目においては機
能することができるけれど、エトキシル化に対し
ては触媒活性を示さないという効果に対する記述
を包含している。 これら特許明細書に開示されるエトキシレート
の分子量分布は通常の分布より狭いけれど所望の
狭さを十分に満足させていないと思われる。例え
ば米国特許第4223146号明細書の第6図は種々の
触媒を使用する、炭素原子12ないし14個のアルコ
ールのエトキシレートと60%のエチレンオキシド
との生成物分布を示している。水酸化バリウム触
媒が、最も優勢な成分として6モルエトキシレー
ト約16%を含有する生成物混合物を供給するとし
て記載されている。しかしながら最も優勢な成分
よりも3個又はそれ以上多いオキシエチレン基を
有するエトキシレート種が該混合物の19重量%以
上であり、分布が高級エトキシレートの方にそれ
ている点において分布はなおも比較的に広い。上
記図面に記載されている水酸化ストロンチウム触
媒実験もまた、より一層対称的な分布を有すると
思われるけれど、最も優勢な成分である7モルの
エトキシレートが約14.5重量%存在し、かつ該組
成物の21重量%が該最も優勢な成分よりも3個又
はそれ以上多いオキシエチレン基を有した。 また、米国特許第4239917号明細書も水酸化バ
リウム触媒及び脂肪アルコールを使用するエトキ
シレート分布を開示している。該特許明細書の第
7図は最も優勢な成分である4モルエトキシレー
トについて40%エトキシル化水準における分布を
例証している。混合物の約19重量%以上が該最も
優勢な成分よりも3個又はそれ以上多いオキシエ
チレン基を有する。第4図は65%エトキシル化水
準におけるエトキシル化の分布を示す。9モル及
び10モルのエトキシレートが最も優勢であり、そ
れぞれ該組成物の約13重量%を示す。分布は比較
的に対称的であるけれど、組成物の約17重量%が
平均ピーク(9.5個のオキシエチレン基)よりも
少くとも3個多いオキシエチレン基を有する。興
味あることには、これらの各図に対し、水酸化ナ
トリウム触媒を使用する比較例が示されており、
低エトキシル化水準における慣用の塩基触媒によ
り遂行することのできるピーク到達を明示してい
るけれど、より高いエトキシル化水準においては
示していない。 カルシウム含有触媒の導入 マツケイン(McCain)及び共同研究者らは反
応媒体に可溶性であるアルカリ土類金属、特にカ
ルシウムの塩基性塩の触媒的使用を記載する一連
のヨーロツパ特許出願明細書を公表した。これら
の出願明細書は更に、金属アルコキシド触媒種の
アルコキシ部分についてのアルコール交換を含む
触媒調製手順を開示している。すべて参考として
本明細書に組み入れるヨーロツパ特許出願第
0026544号、第0026547号及び第0026546号各明細
書を参照すべきである。また1982年12月30日出願
の米国特許出願通番第454560号明細書(バリウム
含有触媒)をも参照すべきである。これらの研究
者らはまた或る種のアルカリ土類金属誘導体を部
分的に中和し、それにより触媒作用を促進するた
めの強酸の使用についても開示している。共に参
考として本明細書に組み入れる1982年4月21日出
願の米国特許出願通番第370204号及び1982年12月
30日出願の米国特許出願通番第454573号各明細書
(バリウム含有触媒)を参照すべきである。これ
らの研究者らはまた酸化カルシウムについてのヤ
ングらの発見を確認する傾向をも有し、この点に
おいてマツケインらは酸化カルシウムはエタノー
ルによつて処理された場合に低級アルコキシドを
生成しないことを教示している。 特に、カルシウム金属及び水素化カルシウムは
カルシウム含有触媒を製造するためにマツケイン
らにより使用された典型的な出発物質である。し
かしながら、これらの出発物質は高価である。し
たがつて、アルコキシル化用のカルシウム含有触
媒を製造するために、酸化カルシウム(生石灰)
及び水酸化カルシウム(消石灰)のような通常に
見出されるカルシウム源を使用することに対する
要望が存在する。その上、生石灰及び消石灰はす
べてのアルカリ土類金属誘導体の中でとびぬけて
安価で、最も豊富で、最低に有害で、しかも最も
環境的に受け入れられるものである。 マツケインらにより開示されたカルシウム含有
触媒は慣用の水酸化カリウム触媒を使用して生成
した混合物と比較して、高級アルコキシレート種
に対する高められた選択性を与える。全く、これ
らのカルシウム含有触媒がストロンチウム又はバ
リウム含有触媒により与えられるものよりも、よ
り狭いアルコキシレート分布を与えるということ
を信ずる根拠が存在する。しかしながらアルコキ
シル化生成物の更に狭い分布、特に少くとも1種
の成分が組成物の少くとも20重量%を構成し、し
かもアルコキシル化成分の平均ピークよりも3個
以上のアルコキシル基を多く有するアルコキシル
化生成物が生成物混合物を殆んど構成しない分布
に対する要求がなおも存在する。 発明の要約 本発明は触媒的に活性なカルシウムの供給源と
しての酸化カルシウム及び/又は水酸化カルシウ
ムを使用するアルコキシル化触媒の製造方法を提
供するものであつて、この方法は、酸化カルシウ
ム及び/又は水酸化カルシウムを少くとも部分的
に可溶性化することを包含する。ここに使用する
用語「可溶性化」とはカルシウムが酸化カルシウ
ム及び/又は水酸化カルシウムの形態である場合
でなく、活性形態において提供され、それ故に可
溶性化が存在するものと思われることを意味する
ものである。しかしながら該用語は実際に溶解し
たカルシウム種(存在することも存在しないこと
もある)の形成に限定されることを意図するもの
ではない。可溶性化は、任意の酸化カルシウム及
び/又は水酸化カルシウムと、活性剤のエチレン
グリコールとを混合し、それにより、活性水素を
有する化合物、特にアルコールのアルコキシル化
において触媒的に活性である実質的に固体の触媒
を形成することにより行う。 酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの可溶性
化はアルカリ性スラリーの生成をもたらす。該ア
ルカリ性スラリーのアルカリ度は滴定によつて検
出測定することができ、これを本明細書において
「滴定可能なアルカリ度」という。 該触媒組成物は、もし活性水素を有するならば
直接にアルキレンオキシドと接触させ、該活性剤
自体のアルコキシレートを形成してアルコキシレ
ートを生成することができる。もし活性剤が活性
水素を含有しないならば、好ましくはアルコキシ
ル化に先立つて過剰の活性剤を除去すべきであ
る。 本発明のこの面におけるもう一つの実施態様に
よれば、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムと
活性剤との反応後に、交換反応が行われる条件下
に、例えばアルコールのように活性水素を有し、
より高い沸点(及び通常にはより長い炭素鎖長)
を有する少くとも1種の有機化合物との交換反応
を行つてカルシウムの、対応する触媒的に活性な
高沸点誘導体を生成する。この後者の触媒性種は
次いでアルキレンオキシドと直接に接触させて高
沸点物質であるアルコキシレートを生成させるこ
とができる。 本発明の特に好ましい実施態様においては、カ
ルシウム含有組成物(活性剤又は交換された高沸
点物質のいずれかを含有する)を強酸、好ましく
はオキシ酸と接触させ、かつそれにより部分的に
中和して実質的に固体の組成物を生成させる。該
組成物もまた少くとも1個の活性水素を有する有
機化合物のアルコキシル化において触媒的に活性
であり、非処理触媒により得られるよりも、より
狭い分子量分布のアルコキシレートを供給する。
この酸処理は活性剤の除去の前又は後のいずれか
において行うことができる。 アルコキシル化生成物の混合物についての論議 アルコキシル化生成物の混合物は式: R〔(CHR1−CHR2O)oH〕n 〔式中、Rは少くとも1個の活性水素を有する有
機化合物の有機残基であり、mは少くとも1から
該有機化合物に含有される活性水素数までの整数
であり、R1及びR2は同一でも異なつていてもよ
く、しかも水素、及び例えば炭素1ないし28個を
有するアルキル(ヒドロキシ置換アルキル及びハ
ロ置換アルキルを含む)であることができ、nは
少くとも1、例えば1ないし約50の整数である〕
により表わすことのできるアルコキシル化種を包
含する。 活性水素を有する有機化合物はアルコール(一
価、二価及び多価アルコール)、フエノール、カ
ルボン酸(モノー、ジー及びポリ酸)、及びアミ
ン(第一級及び第二級)を包含する。屡々、該有
機化合物は1個の炭素ないし約100又は150個の炭
素(ポリオール重合体の場合)を含有し、しかも
脂肪族構造物及び/又は芳香族構造物を含有する
ことができる。最も屡々には該有機化合物は炭素
原子1ないし約30個を有する一価、二価及び三価
アルコールから選択することができる。 特に好ましいアルコールはメタノール、エタノ
ール、プロパノール、ペンタノール、ヘキサノー
ル、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、
デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、ト
リデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノ
ール、ヘキサデカノール、オクタデカノール、イ
ソプロピルアルコール、2−エチルヘキサノー
ル、第二級ブタノール、イソブタノール、2−ペ
ンタノール、3−ペンタノール及びイソデカノー
ルのような直鎖又は分岐鎖である第一級及び第二
級の一価アルコールである。特に好適なアルコー
ルはC3ないしC20オレフインの「オキソ」反応に
よつて製造されるもののような線状及び枝分れの
第一級アルコール(混合物を含む)である。該ア
ルコールはシクロペンタノール、シクロヘキサノ
ール、シクロヘプタノール、シクロオクタノール
のような環式脂肪族、ならびにベンジルアルコー
ル、フエニルエチルアルコール及びフエニルプロ
ピルアルコールのような芳香族置換された脂肪族
アルコールでもよい。その他の脂肪族構造物は2
−メトキシエタノールなどを包含する。 フエノールはp−メチルフエノール、p−エチ
ルフエノール、p−ブチルフエノール、p−ヘプ
チルフエノール、p−ノニルフエノール、ジノニ
ルフエノール及びp−デシルフエノールのような
炭素30個までのアルキルフエニルを包含する。芳
香族基はハロゲン原子のような他の置換基を有す
ることができる。 2個又はそれ以上のヒドロキシル基、例えば約
2ないし6個のヒドロキシル基と2ないし30個の
炭素とを有するアルコール(ポリオール)はエチ
レングリコール、プロピレングリコール、ブチレ
ングリコール、ペンチレングリコール、ヘキシレ
ングリコール、ネオペンチレングリコール、デシ
レングリコール、ジエチレングリコール、トリエ
チレングリコール及びジプロピレングリコールの
ようなグリコールを包含する。他のポリオールは
グリセリン、1,3−プロパンジオール、ペンタ
エリトリトール、ガラクチトール、ソルビトー
ル、マンニトール、エリトリトール、トリメチロ
ールエタン及びトリメチロールプロパンを包含す
る。 エトキシル化生成物中におけるオキシアルキレ
ン単位を提供するエポキシドはエチレンオキシ
ド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキ
シド、2,3−ブチレンオキシド、1,2−及び
2,3−ペンチレンオキシド、シクロヘキシレン
オキシド、1,2−ヘキシレンオキシド、1,2
−オクチレンオキシド及び1,2−デシレンオキ
シドのようなアルキレンオキシド類;エポキシド
化大豆脂肪アルコール及びエポキシド化あまに脂
肪アルコールのようなエポキシド化脂肪アルコー
ル類;スチレンオキシド及び2−メチルスチレン
オキシドのような芳香族エポキシド類;及びグリ
シドール、エピクロロヒドリン及びエピブロムヒ
ドリンのようなヒドロキシ−及びハロゲン置換エ
ポキシド類を包含する。好ましいエポキシドはエ
チレンオキシド及びプロピレンオキシドである。 有機残基とオキシアルキレン部分との選択は得
られるアルコキシル化生成物の特定の用途に基づ
く。有利には、望ましい界面活性剤を与える、活
性水素を有する広範囲にわたる種々の化合物、特
に一価アルコールを使用して、狭い分布を得るこ
とができる。特に魅力のあるアルコキシル化生成
物は、該アルコキシル化生成物の狭い分布の理由
から、或る親水性及び親油性のバランスが探求さ
れている界面活性剤である。この故に該有機化合
物は屡々、約8ないし20個の炭素の一価アルコー
ルを包含し、エポキシドはエチレンオキシドを包
含する。 ここに記載の方法は活性水素部位1モル当り1
モルのように低いオキシアルキレンを有する、最
も優勢なアルコキシレートの狭い分布を選択的に
与えることができるけれど、特別な利点は、より
高水準のアルコキシル化、例えば最も優勢な種が
少くとも4個のオキシアルキレン単位を有する場
合において狭い分布を与える能力にある。或る種
の界面活性剤の用途に対して、該最も優勢なアル
コキシル化種は活性水素部位当り6、7、8、
9、10、11又は12個のオキシアルキレン単位を有
する。多数の界面活性剤の用途に対して、比較的
に少数種が所望の活性度、すなわちプラス又はマ
イナス2オキシアルキレン単位の範囲を与えるこ
とがわかつた。この故に、本発明の組成物は、ア
ルコキシル化の範囲が狭いけれど、活性範囲が喪
失される程には狭くない点において特に魅力的で
ある。 更にその上、本発明により提供することのでき
るアルコキシレート種の比較的に対称的な分布は
該分布のバランスを強化し、一方において望まし
い曇り点、凝固点、粘度、流動点などのような物
性を示す混合物を提供する。本発明の多くのアル
コキシル化混合物に対しプラス又はマイナス2
の範囲内にある種は組成物の少くとも75、例えば
約80ないし95、ある場合には85ないし95重量%を
構成する。重要なことには、組成物の50重量%よ
りも大きい量の単独のアルコキシル化生成物が存
在しないように、最も屡々には最も優勢な種が20
ないし約30重量%、例えば約22ないし28重量%で
あるように組成物を提供して組成物のバランスを
強化することができる。 もう一つの部類のアルコキシル化生成物の混合
物はポリエチレングリコールである。例えばトリ
エチレングリコール及びテトラエチレングリコー
ルはガス脱水、溶媒抽出ならびにその他の化学薬
品及び組成物における用途が見出されている。こ
れらのグリコールはエチレングリコール及びジエ
チレングリコールのエトキシル化により製造する
ことができる。本発明の有利な方法によりトリエ
チレングリコール及びテトラエチレングリコール
少くとも約80、例えば約80ないし95重量%を含有
するエトキシル化生成物が可能である。 アルコキシル化法の論議 本発明のアルコキシル化生成物の混合物は、十
分な強無機オキシ酸により改質されたカルシウム
含有触媒の使用によつてアルコキシル化生成物の
限定された狭い分布を与えることができる。アル
コキシル化条件は、なおもアルコキシレート生成
物の狭い分布を得ながら他の態様に変更すること
ができる。 触媒の改質用の酸は、好ましくは多価酸であ
り、しかも核原子に対する二重結合として慣用的
に示される酸素原子少くとも1個、最も屡々には
少くとも約2個を有するものである。このような
酸は硫酸及びリン酸を包含する。しかしながら一
般的に最も狭い分布は硫酸を使用して得られる。 触媒を製造するために使用する酸の量及び導入
方法は、少くとも1種のアルコキシル化種が組成
物の少くとも約20重量%の量で存在する、所望の
狭い分布が達成されるか否かの決定因子である場
合がある。理論に制限されることは欲しないけれ
ど、アルコキシル化生成物の狭い分布を生じさせ
るための活性触媒は、カルシウム原子が活性化さ
れる態様において酸アニオンと会合しているカル
シウム原子より成ると思われる。例えば硫酸カル
シウムはアルコキシル化触媒として不活性である
ので、カルシウム原子と酸アニオンとの間の会合
は中和された塩を形成する会合とは異なるにちが
いない。したがつて、このような塩の形成を容易
にする条件は避けるべきである。 一般的に改質時において、カルシウム含有触媒
は式: Ca(XR3H)p(式中、pは1又は2であり、
XR3Hは活性水素を有する有機化合物の有機含有
残基であり、Xは酸素、窒素、硫黄又はリンであ
る)により表わすことができる。したがつてR3
は二重結合酸素を有する場合(有機化合物はカル
ボン酸であつた)も、酸素、硫黄、窒素及びリン
を有する場合(例えば有機化合物はグリコール、
ポリアミン、グリコールのエーテルなどであつ
た)もある。 添加する酸の量は、触媒組成物を中和するのに
要する量の約0.2ないし0.9倍、例えば約0.45ない
し0.75倍の量である。屡々には酸部位(硫酸は2
個の酸部位を有し、リン酸は3個の酸部位を有す
る)対カルシウム原子のモル比は約0.5:1ない
し1.8:1である。 酸は所望の触媒的に活性なカルシウム種を形成
することを可能にすると思われる。しかしなが
ら、中和中の他の条件に関係して、種々の量の中
和がアルコキシル化中における選択性及び反応速
度の点において最適の触媒を提供することがわか
つた。実施例7に示されるように、84.8%の中和
水準を採用した実験(実験7)においてトリエチ
レングリコール及びテトラエチレングリコールに
対する最高の選択性が得られた。実施例8におい
て、中和中の媒質としてエチレングリコールでな
くジエチレングリコールが使用され、中和度に対
する選択性の依存度は余り明瞭でなく、中和水準
74.7%の実験1は最適の選択を与えた。実施例8
におけるジエチレングリコール媒質の場合に反応
速度が中和度の増加と共に増加すると思われる
(実験1と17とを比較せよ)けれど、実施例7に
おけるエチレングリコール媒質の場合に中和度の
増加と共に減少する(実験5、7及び9を比較せ
よ)と思われることにも注目すべきである。した
がつて本発明の一面はアルコキシレート生成物の
混合物の狭い分布を達成するのに十分な中和水準
を提供することである。 カルシウム触媒を含有する媒質は、得られた改
質カルシウム触媒が、アルコキシル化生成物の所
望の狭い分布を形成することができるか否かに影
響を及ぼすこともある。該媒質が主要成分、すな
わち溶媒として低比誘電率を有する物質から成る
ならば、酸は別個の液相を形成することがあり、
均質混合物を得るのに、大きな困難性が観察され
る場合がある。他方、極性過度の溶媒について
は、カルシウム原子と会合している有機部分が溶
媒と置換することがある。したがつてカルシウム
含有組成物の改質中は典型的には過量の水が回避
される。最も屡々には媒質とカルシウム原子上の
部分を提供する有機化合物とは同一である。特に
好都合な媒質はエチレングリコール、プロピレン
グリコール、ジエチレングリコール、グリセリ
ン、ブタンジオール、1,3−プロパンジオール
などを包含する。好都合には、使用する媒質は、
もしアルコキシレートを生成するための反応体で
あるべきことを意図しないならば、蒸留によつて
触媒及び有機化合物反応体混合物から容易に除去
することのできる十分に低い沸点を有すべきであ
る。最も屡々には、媒質はここに記載の活性剤の
ような少くとも2個のヘテロ原子を有する溶媒よ
り成る。 酸は、カルシウム含有組成物をはげしくかくは
んして中和塩の過度の生成を回避しつつ添加する
ことが好ましい。これに関連して、カルシウム含
有組成物に対して酸を徐々に添加することが好ま
しい。一般的に、いずれの1回においても、添加
すべき酸の10%以下をカルシウム含有組成物に添
加する。酸の添加は好都合な温度、例えば約10℃
ないし160℃、言うなれば約50℃ないし150℃にお
いて行うことができる。好ましくは窒素雰囲気が
有利である。 式−(HR3H)を有する置換基の少くとも1個
を有するカルシウム含有組成物は任意の適当な方
法において製造することができる。例えばカルシ
ウムの金属、水素化物又はアセチリドを、活性水
素原子を有する式HXR3Hの有機化合物と反応さ
せることができる。より高い分子量、例えば炭素
4個又はそれ以上を有する化合物については式
HXR3Hを有する、より低い分子量で、かつより
一層反応性で、しかも揮発性の化合物(例えば炭
素1ないし3個を有するもの、特にエタノール、
エチルアミン、エチレングリコールなどのような
化合物)を使用し、次いでより低い分子量の物質
を蒸発により除去しつつ上記置換基をより高い分
子量の置換基により交換することが一般的に好ま
しい。その代りに該カルシウム含有組成物は本明
細書において後に開示する方法により生石灰又は
消石灰から製造することができる。 式HXR3Hを有する化合物はアルコール、フエ
ノール、カルボン酸及びアミンのような、本発明
のアルコキシル化生成物に関して記載される、活
性水素を有するそれら有機化合物を包含する。最
も屡々には式HXR3Hを有する化合物はアルコー
ルである。交換反応を行つてカルシウム原子上に
より高い分子量の置換基を供給すべき場合は交換
に先立つて酸改質を行い、かつより低い分子量の
物質を交換置換基に使用して酸改質法を強化する
ことが一般的に好ましい。 カルシウムの金属、水素化物又はアセチリドか
らの置換されたカルシウム触媒組成物の製造は典
型的には高められた温度、例えば約30℃ないし
200℃又はそれ以上において、液体媒質中で行う。
置換を行う有機化合物は通常にはカルシウム反応
体と反応するに要する該化合物の過剰を供給す
る。この故にカルシウム対有機化合物の重量比は
約0.01:100ないし25:100の範囲内であることが
多い。反応は所望により、不活性液体溶媒の存在
下に行うことができる。交換反応もまた高められ
た温度のもとに、かつ随意には減圧下に行つて、
より一層揮発性の成分の除去を容易にする。温度
は約50℃から250℃、例えば約80℃から200℃又は
250℃までの範囲にわたることができ、圧力は
屡々1ミリバールから5バール、例えば約10ミリ
バールから2バールまでであることができる。 改質カルシウム含有触媒組成物上の有機置換基
がアルコキシル化法に対する「スターター(始動
剤、starter)」成分に相当することが通常には好
ましい。該スターター成分はエポキシドと反応す
る少くとも1個の活性水素を有する有機化合物で
ある。 アルコキシル化はカルシウム含有触媒の触媒的
有効量、例えばスターター成分の重量を基準にし
て例えば約0.01ないし10、屡々には約0.5ないし
5重量%を使用して行う。触媒は、使用するエポ
キシドの量とは無関係にアルコキシル化中にそれ
らの活性を実質的に保持する。このように、触媒
の量はアルコキシル化帯域に供給されるスタータ
ーの量を基準にすることができ、行われるアルコ
キシル化の程度を基準にすることはできない。そ
の上、該触媒は反応生成物から回収し(それが固
体であるので)、次いで再使用することができる。
まさに、調整した(予備使用した)触媒は優れた
生成物を提供できることがわかつた。該触媒は比
較的に貯蔵安定性であり、かつ比較的に耐水性で
もあると思われる。この故に、好都合な条件下に
貯蔵することができる。 通常には触媒とスターター成分とを混和し、次
いでエポキシドを反応温度において、エポキシド
の所望量が添加されるまで添加し、次いで生成物
を中和し、次いで所望により、生成物の混合物か
らの未反応スターター物質のストリツピング、
過、又は例えば硫酸塩を生成するためのその上の
反応を包含する任意の手順で終了することができ
る。 アルコキシル化の温度は、好適な反応速度を与
えるのに十分であり、しかも反応又は反応生成物
を劣化させることがない。屡々には該温度は約50
℃と270℃との間、例えば約100℃から200℃まで
の範囲にわたる。圧力もまた広く変動することが
できるけれど、エチレンオキシドやプロピレンオ
キシドのような低沸点エポキシドが使用される場
合は加圧反応器が好ましく使用される。 アルコキシル化反応媒質はかきまぜて、反応媒
質全体にわたる反応体及び触媒の良好な分散を確
保することが好ましい。またエポキシドは通常に
はそれが反応できる速度に近い速度において添加
する。 典型的には本発明方法によれば、使用する触媒
の除去直後にアルコキシル化生成物を中和するけ
れど、アルコキシル化生成物の混合物は触媒含有
生成物のPHに無関係に比較的に中性(例えば約PH
6)である。しかしながら中和はアルコキシル化
生成物の混合物からの触媒の回収を助ける。中和
の際は、過装置をつまらせる触媒含有ゲル構造
物又は固体を形成する傾向のある酸は避けるべき
である。好都合には硫酸、リン酸、プロピオン
酸、安息香酸などを使用する。 石灰からの触媒の製造 本発明は、アルコール、特に長鎖脂肪アルコー
ル、カルボン酸、アミン、ポリオール及びフエノ
ールのような、少くとも1個の活性水素を有する
有機化合物のアルコキシル化に活性である触媒種
を製造するために、酸化カルシウム(生石灰)及
びその水和形態である水酸化カルシウム(消石
灰)(共にここにおいて「石灰」という)を効果
的に使用することのできる手順を提供する。これ
は下記の一般手順により達成される。 石灰をまず活性剤のエチレングリコールと、石
灰と該活性剤が反応又は相互作用して、以後正確
に「誘導体」と呼ぶ触媒的に活性な誘導体の1種
又はそれ以上を生成する条件下に接触させる。こ
の反応の誘導体はアルコール、特に長鎖脂肪アル
コール又はそれらの混合物のような第一級アルコ
ールのアルコキシル化に特に効果的であり、非イ
オン界面活性剤の製造におけるスターターとして
使用される。しかしながら該誘導体はまた活性水
素を有する広範囲の種々の有機化合物の触媒反応
に効果的に使用することもできる。活性剤のエチ
レングリコールの誘導体は容易にその場でエチレ
ングリコール自体のアルコキシル化に触媒作用
し、それにより、任意の所望の公称分子量と、好
都合には比較的に狭い分子量分布を有するエチレ
ングリコールから出発するポリ(アルキレングリ
コール)を生成させることができる。 もし別の実施例として、活性剤がエチレングリ
コールのモノエチルエーテル(MEEG)であり、
誘導体がエチレンオキシドにより直接にアルコキ
シル化されるならば、生成物はMEEGのエトキ
シレートの混合物であり、これの組成はエチレン
オキシド対MEEGのモル比によつて定められる
であろう。 ここに使用する用語「過剰の活性剤」とはカル
シウムと化学的又は物理的に結合せず、したがつ
て簡単な物理的手段によつて除去することのでき
る活性剤の量を意味する。この操作のために使用
する技術は臨界的ではない。減圧ストリツピング
はその簡単性及び効率のために推奨されるけれ
ど、蒸発及びその他手順を使用することもでき
る。 該誘導体はスラリー形態において、微粉砕され
た微粒状固体として得られ、過、デカンテーシ
ヨン、又は類似の手順により反応混合物から容易
に分離させることができる。このようにして得ら
れた生成物は酸改質しても、しなくてもアルコキ
シル化反応において触媒的に活性である。 触媒が特徴的に狭い分子量分布、低い流動点及
び低水準の未反応スターター成分を有するアルコ
キシレート界面活性剤を提供するために使用でき
るということが特に望ましい特色である。この使
用法においては、触媒とスターター成分、例えば
アルコールとを、反応が生ずる条件下に接触させ
て、アルコール交換(アルコキシド交換と称する
こともできる)反応を行う。このようにしてスタ
ーターアルコールの一部がカルシウムのアルコラ
ートとして存在し、該アルコラートはそれ自体が
アルコキシル化反応に対する活性種である。次い
でこの反応混合物を1種又はそれ以上のエポキシ
ド、例えばエチレンオキシドのようなアルキレン
オキシドと、公知の手順によつて反応させて所望
の界面活性剤を生成する。 石灰が可溶化されるので媒質のアルカリ度は増
加し;したがつてアルカリ度の「蓄積」を、潜在
的に有用な活性剤を同定するスクリーニング法と
して利用することができる。この試験においては
下記に更に詳細に記載するように、エタノール中
の0.01NHCl(アルコール性HCl)による滴定によ
り測定して、仕込んだカルシウム5g(CaOとし
て計算)を基準にして、CaOとして計算して約1
g又はそれ以上のアルカリ度を求めるべきであ
る。 工程1:触媒の製造 本発明方法の最初の工程においては上述のよう
にCaO及び/又はCa(OH)2を活性剤と混合して
1種又はそれ以上の誘導体種を生成させる。この
処理の目的は十分な石灰を可溶化してアルコキシ
ル化反応において触媒的に有効であるようにし;
したがつて石灰濃度は、十分な石灰が可溶化して
触媒的に有効になろうということのみを条件とし
て、活性剤中におけるその最大溶解度以下又は以
上のいずれかであることができる。しかしながら
一般的な指針としては最初の工程に使用する石灰
の濃度は活性剤を基準にして典型的には約1〜2
%の間であるべきである。石灰は通常には活性剤
中におけるその溶解度の若干過剰において存在す
べきであるけれど、約30%を越える石灰濃度はめ
つたに望ましく思われることはない。 この手順に対する温度は臨界的であるとは思わ
れず、約50℃から該活性剤の沸点、典型的には十
分に200℃以上までの範囲にわたることができる。
約90ないし150℃、好ましくは約125ないし150℃
の範囲において操作することが好ましく、かつ活
性剤を液相に保ちつつ、任意の所望温度に保つた
めに系を減圧又は加圧下に置くことができる。好
都合には温度及び圧力の条件は水が蒸発して反応
媒体から除去されるような条件である。好ましく
は触媒の調製は窒素雰囲気のような実質的に不活
性な雰囲気下において行う。 本方法の第一工程を行うためには、単に石灰
を、石灰スラリーを生じさせるに十分なかくはん
下に、石灰の少くとも一部を可溶化するのに適当
な時間にわたり、かくはん機付容器中の活性剤に
添加する。これは通常には約1ないし4時間以内
に完了する。可溶化される石灰の量は勿論、存在
する石灰の濃度、使用する活性剤の有効性、なら
びに採用する温度、時間及びかくはんに関係す
る。観念的には逐次アルコキシル化反応に対して
望ましい石灰量を可溶化する。この工程のための
石灰の原料は任意の市販級の生石灰又は消石灰を
包含する。なぜならこのような石灰中に典型的に
包有される不純物は本発明の手順により形成され
た触媒に有意に悪影響を及ぼすことがないからで
ある。 得られた石灰/活性剤誘導体はアルコキシル化
反応における触媒として直接に使用するのに好適
である(しかしアルコキシル化生成物の狭さを強
めるために酸改質することが好ましい)。これは
例えば任意の所望の分子量を有するポリエチレン
グリコールを生成させるために、活性剤としてエ
チレングリコールにエチレンオキシドを添加すべ
きであるような場合である。 もし異なつたスターターを使用して界面活性剤
又はその他のアルコキシル化生成物を生成するた
めに触媒を使用すべきであれば、交換を上記のよ
うにして行うことができる。例えば界面活性剤を
製造するに当つて、界面活性剤範囲のアルコール
又はそのようなアルコール類、典型的にはC12
C14アルコール類の混合物の入つたかくはん機付
容器に該石灰/活性剤誘導体を添加することがで
きる。使用する誘導体の濃度は非常に広い範囲に
わたつて変動することができるけれど、観念的に
は大体において逐次エトキシル化反応に対して望
ましい濃度である。交換反応中の濃度は反応が生
ずる任意の温度であることができるけれど、好ま
しくは約200〜250℃の範囲であり、圧力を調整し
てこの温度を達成させることができる。交換手順
が後続するならば、選択される活性剤は、大部分
が250℃又はそれよりも高い範囲において沸とう
する洗剤アルコールから該活性剤を容易にストリ
ツプさせることができるように約200℃よりも低
い沸点を有すべきである。得られたアルコール交
換生成物はアルコキシル化反応における触媒とし
て直接に使用して、交換アルコール又はアルコー
ル類により出発した界面活性剤を製造するのに好
適である。しかし該アルコール交換生成物は酸改
質してアルコキシル化生成物の狭さを強化するこ
とが好ましい。 上記方法により製造された触媒は屡々、微粉砕
された(例えば約5ミクロン)粒子の、強塩基性
(PH約11〜12)で、かつ過剰のCaOを含有する安
定なスラリーの形態で存在する。 工程2:石灰から誘導された触媒の酸改質 アルコキシル化反応には必要ではないけれど、
もしアルコキシル化生成物の、より狭い分布が所
望される場合には石灰/活性剤誘導体又はそのア
ルコール交換した生成物を、アルコキシル化用の
触媒として使用するに先立つて酸により部分的に
中和することが高度に好ましい。この手順の正確
な化学性は十分に理解されていないけれど分子量
分布が更に一層狭められるという点において該手
順はまさに全操作に対し証明可能な改良をもたら
すものである。そのほか、酸改質触媒は、アルコ
キシル化反応において誘導期間を殆んど、又は全
く要しない傾向があり、しかもまた該反応速度を
それらの未改質対応物の反応速度以上に増加させ
る。対照的に、水酸化カルシウムのような慣用の
触媒への酸の添加は、生成物分布に対してなんら
の有利な効果を生じない一方においてアルコキシ
ル化速度を遅くする。 有用な酸は第A及びB族、第A及びB族な
らびに第B族の元素の多価オキシ酸であり、こ
の場合オキシアニオンは1よりも大きな原子価を
有する。好ましいオキシ酸は硫酸、リン酸ならび
にモリブデン酸及びタングステン酸であり;これ
らのうちで硫酸が特に好ましい。添加する酸は濃
い形態又は希釈された形態でよいけれど、存在す
る水の量を最小化するためには濃い形態が好まし
い。酸はアルコキシル化前の任意の時間に、触媒
的に活性な反応混合物に添加することができ、次
いで簡単にかくはんして徐々に反応混合物スラリ
ーとすることができる。酸は、支配するいかなる
周囲条件下においても添加することができるけれ
ど、酸の添加に先立つてスラリーを75℃又はそれ
以下に冷却することが好ましい。中和は屡々スラ
リーの物理的特性に有意の影響を及ぼすことなく
生ずる。屡々スラリーの滴定可能なアルカリ度の
約20ないし90%、例えば約25ないし約75%、及び
場合により約40ないし約60%が中和される。より
高度の中和を採用することができるけれどオキシ
アニオンの完全カルシウム塩を形成しないように
注意すべきである。いかなる場合においても酸と
反応するのに利用することのできる石灰の当量が
存在する以上に多量の酸を使用すべきでない。 触媒がその「粗製」形態、すなわちその反応混
合物から分離すること、又は精製することなく使
用されるならば有利な結果を得ることができる。
それにも拘らず、該石灰/活性剤誘導体は酸改質
されていても、又はいなくても、所望によりその
反応混合物から分離し、精製し、乾燥し、次いで
貯蔵することができる。上記のような操作は、過
剰の活性剤又は活性水素を有するその他の有機物
質をストリツピング除去し、得られたスラリーを
過し、湿潤固形物を溶媒(例えばテトラヒドロ
フラン)により再スラリー化し、次いで再過
し、次いで好ましくは減圧下に乾燥することによ
るような、直進的な態様において遂行することが
できる。このようにして得られた固形物は触媒的
に活性であるけれど、屡々それらはその「粗製」
形態にある触媒よりも活性が実質的に劣る。しか
しながら反応速度にも拘らず所望の狭い分子量分
布及びその他の利点をなおも得ることができる。 石灰から触媒を製造する上記の種々の手順にお
いて具体化された全プロセスがプロセス変動
(process variation)を著しく「許容」するとい
うことは本発明のこの面の、高度に望ましく、か
つ全く予想外な利点である。すなわち既に示した
ように酸が添加され、しかも適度な限度内におい
てどれだけの量の酸を使用するかについての点に
かなりの融通性が存在する。同様に未反応活性剤
を、例えばもし交換反応を採用すればそれに先立
つて全体的又は部分的に除去することができ、あ
るいはそれを該交換反応中にそのまま存在させる
こともできる。更に、該触媒は、反応速度におけ
るすべての損失を昇温によつて補償しつつ、無制
限に再使用し、その「粗製」形態において使用
し、かつ貯蔵し、又は精製及び乾燥することがで
きる。 次に、非イオン界面活性剤の製造方法の手順を
参考までに説明する。この方法の実施態様は、
「ピークを有する」(狭い分子量分布)線状アルコ
ールエトキシレート(非イオン界面活性剤)の製
造に使用することが意図されるカルシウムアルコ
キシル化触媒のスラリーの製造に対する下記の一
般化した手順により説明することができる。 非イオン界面活性剤の製造についての特定な場
合に適用した際には、本発明方法は、かなりの程
度の操作許容範囲により特徴づけられる。このこ
とは酸改質形態の触媒を生成させる、好ましいプ
ロセス形式において真実である。生ずる化学現象
の見地からして、非改質触媒の調製において二つ
の別個の工程が存在し、酸改質触媒の調製におい
ては三つの別個の工程が存在する。両方の触媒の
型に共通である工程1と2とは下記の反応を包含
する: 工程1−石灰(又は主要量の石灰と少量のその他
のアルカリ土類塩基との混合物)と適当な活性
剤との反応。 工程2−洗剤範囲の、アルコールから誘導される
有機基に対する活性剤から誘導される有機基の
交換を行うための、上記工程1において生成さ
れる生成物と洗剤範囲のアルコールとの反応。 工程2の交換反応の間又はその後に、好ましく
は洗剤範囲のアルコールよりも実質的により一層
揮発性である活性剤を蒸留によつて系から除去す
る。この操作の終りにおいて、未改質型触媒が洗
剤範囲のアルコール中における活性剤不含有スラ
リーの形態において得られる。 非改質形態のカルシウム触媒の調製において上
記工程1及び2は組み合せて一つの操作とするこ
とができ、この場合、石灰を活性剤と洗剤範囲の
アルコールとの混合物と反応させる。特に効果的
な活性剤が使用されている場合(例えばエチレン
グリコール、1,2−プロピレングリコール、エ
チレングリコールモノエチルエーテルなど)に
は、活性剤と洗剤範囲のアルコールとを組み合せ
た別手順が屡々好ましい。なぜならばそれは触媒
スラリーにおける着色の増進を最小化するからで
ある。最終生成物の特性の見地から両方の手順が
同様に受け入れられる。活性剤を洗剤範囲のアル
コールとカルシウム塩基とのスラリー中に供給す
るか、又は洗剤範囲のアルコールを活性剤中のカ
ルシウム塩基のスラリー(又は或る場合には溶
液)中に供給する改変された方法は共に操作的に
実行可能であるけれど、それらの使用によりバツ
チ仕込み形式を越える利点が得られることは認め
られない。 酸改質触媒の製造には第三の主要な加工操作が
包含され、該操作は工程1及び2と同様に、生ず
る化学現象の見地からして別個の工程である。 工程3−或る種の適当な多価オキシ酸(例えば
H2SO4、H3PO4、H2MoO4など)の欠乏した
洗剤範囲のアルコール中における非改質触媒の
処理。 この工程は洗剤範囲のアルコール中におけるス
ラリーの形態の高度に活性な酸改質触媒を与え
る。この部分的中和反応の副生物として水が生成
されると思われ;したがつて通常には該生成物ス
ラリーを、非イオン界面活性剤の製造のためのエ
トキシル化反応に使用する前に真空乾燥操作に供
する。酸改質剤の仕込みは最初の石灰の仕込みを
基準とするか、又は可能である場合に更に一層望
ましくは、ブロモチモールブルー指示薬の存在下
に0.01Nアルコール性HClを使用して石灰/活性
剤反応混合物をアルカリ度含量について滴定する
ことにより得られる「活性触媒」値を基準とする
かのいずれかであることができる。特に好都合な
手順は石灰/活性剤反応の課程を滴定によつて追
跡に、かつ酸改質剤の仕込量を、一定水準のアル
カリ度に到達した場合に得られるアルカリ度値を
基準とすることである。特に好都合で、かつ効果
的な手順は、例えば酸改質剤をこの「一定」アル
カリ度値の約50%の水準において添加することで
ある。滴定により石灰/活性剤反応を監視するこ
と、及びこの分析に基づいて酸改質剤の仕込量を
最終的に定めることは屡々好ましい手順であるけ
れど該手順はアミノ官能性活性剤と共に使用する
ことはできない。なぜならばアミン官能性がアル
カリ度の分析を妨害するからである。このような
場合、好ましい手順は酸改質剤の仕入量を、洗剤
アルコール中における触媒の活性剤不含有(スト
リツプした)スラリーを滴定することにより得ら
れるアルカリ度に基づかせることである。 酸改質剤は大ていの場合に随意的に石灰/活性
剤反応の開始時又はその間、活性剤のストリツピ
ング操作の開始時又はその間、活性剤のストリツ
ピング操作の終局、又はアルコキシル化反応それ
自体の開始の直前において添加することができ
る。アミノ官能性活性剤の場合は勿論全部の活性
剤がスラリーから除去されるまで改質剤を添加す
ることができない。 プロセス操作に対する一般的手順 本方法は上記のような広い操作自由範囲
(operation−al latitude)を与えることの理由か
ら「一般的手順」を表わすと言うことのできる単
独手順は存在しない。この考えにも拘らず該方法
を説明するのに十分な一つの手順は表に要約し
た多数の配合を行うために使用した形式である。 石灰(市販のまま又は600℃において6時間か
焼した)及び2−エトキシエタノール(ユニオン
カーバイドから入手)を還流冷却器、熱電対、
10トレー蒸留塔、及び不活性ガスパージ入口を備
えた適当な大きさのかくはん機付容器に仕込ん
だ。反応体は2−エトキシエタノール60ないし80
部対石灰1部の範囲にわたる重量比において仕込
んだ。該仕込物を窒素パージ下に、還流温度(約
135℃)において2ないし6時間にわたり加熱し、
この間に還流溶媒は塔頂留出物から、全反応時間
中に、原溶媒仕込量のわずか約10ないし15%が塔
頂留出物が除去されるように十分に遅いメーク速
度(make rate)において連続的又は断続的に塔
頂留出物から除去する。本操作の目的は、反応体
と共に導入されたか、又は化学反応により生成さ
れたか、いずれかである水を系から除去すること
である。還流時間中、周期的間隔において反混合
物から試料採取し、アルカリ度の蓄積を監視し
た。アルカリ度の蓄積は触媒的活性物質の形成を
示す。この目的のために採用する分析方法はプロ
モチモールブルー指示薬を使用する2−エトキシ
エタノール中の0.01NHClによる滴定である。二
つの連続する滴定から同様な「アルカリ度」水準
が得られた場合は石灰/活性剤反応工程は終了し
たものと考えられる。この時点に達する通常の時
間は表に示される実験の典型的な条件下におい
て約4時間である。 この時点において、反応混合物を洗剤範囲のア
ルコールにより希釈してエトキシル化するが;典
型的には添加するアルコールの量は最初の反応に
使用した石灰(CaOとして計算)の約100g/g
である。得られた混合物を約75℃に冷却し、次い
でかくはん下に十分な酸改質剤、好ましくは硫酸
又はリン酸により処理して、該石灰/活性剤混合
物に対して行つた最終滴定により存在が示された
アルカリ度の約50%(当量基準)を中和する。 次いで温度を高めて、大気圧における蒸留によ
り反応混合物から活性剤を除去する。大気圧にお
ける蒸留を反応がま温度が約175ないし180℃に達
するまで続ける。この時点において系の圧力を約
180mmHgに低下させ、活性剤のストリツピングを
反応がまが約215ないし225℃の温度に達し、しか
も反応がま生成物と蒸留物との両方がガスクロマ
トグラフイー(GC)分析により示されるように
活性剤を含有しなくなるまで(例えば1000重量
ppm以下、屡々には100重量ppm以下)続ける。 洗剤アルコール中における活性剤不含有の、こ
のようにして得られた触媒スラリーはエトキシル
化反応器への仕込物として直接に使用するか、又
は随意的に十分な乾燥した洗剤範囲のアルコール
により希釈してスラリー中の任意の所望濃度とす
るかのいずれかができる。このスラリーについて
の最終的「アルカリ度」の値は所望により、さき
に述べたものと同一の滴定手順により得ることが
できる。 上記の手順は本方法の多数の同様に実行可能な
形式のうちの一つを表わすに過ぎない。表に要
約する実験は、種々のプロセス工程において得る
ことのできる種々の組合せによつて可能な形式の
数種の、しかし決して全部ではない、使用を例証
する。 実施例 本発明を下記実施例により更に例証する。該実
施例は本発明の応用性及び範囲をなんら限定する
ものではない。 実施例 1 上述の一般的手順を種々の反応条件下に使用し
て1−ドデカノールか、又は2種の市販のC12
C14線状脂肪アルコールの混合物のうちの1種か
のいずれかにより「出発」した比イオン界面活性
剤を生成した。これらの実験に対するデータを表
に詳細に示す。表において、「アルホル
(Alfol)1214及び「ロロル(Lorol)」1214はそれ
ぞれ重量比約55/45及び70/30におけるC12及び
C14アルコールの混合物であり、それぞれルイジ
アナ州、レークチヤールズ市のコンコ(Conco)
社及び西ドイツ国ジユツセルドルフ市、ヘンケル
社から市販されている。MEEG〔コネチカツト
州、ダンバリー市、ユニオンカーバイド社からセ
ロゾルブ(商標)溶媒として入手される〕を活性
剤として使用した。CaO列において星じるしによ
り記号を付した若干の実験においてはCaOをか焼
して全水分を追い出した。全実験においてエトキ
シル化に先立つてMEEGをストリツプして除去
した(例えば100重量ppm以下まで)。若干の実験
においては活性剤のストリツピング除去に先立つ
て、また若干の実験においてはストリツピング後
にH2SO4改質剤を添加した。実験第23(対照例)
は触媒として金属カリウム アルコラートの使用
を例証する。これらのデータは狭い分子量分布、
優れた全体的性質及び低水準の未反応残留アルコ
ールを有する生成物をなおも生成しながら本発明
方法に可能な操作条件の注目すべき適応性を立証
する。
It is clear that a high catalyst content combined with a low epoxide to alcohol ratio allows the production of a narrow, lower ethoxylate fraction. However, as the epoxide to alcohol ratio increases, one can expect the characteristic "normal wide distribution" of alkali metal catalysts. Moreover, even though the disclosed method is reported to give a narrower distribution of ethoxylate species, the distribution is skewed such that a significant amount of higher ethoxylates are present. For example, more than 15% of the ethoxylate compounds in Part C had at least 3 more oxyethylene groups than the average based on the reactants, and the amount in Part D was more than 16%. European patent application published on December 12, 1983
A0095562 (see JP 58-210859) describes the ability to obtain high selectivity towards lower ethoxylate species, as well as the ability to obtain higher ethoxylated products when low ratios of ethylene oxide reactant to alcohol are employed. This example illustrates the tendency for the selectivity to loosen rapidly when For example, Example 1 reporting the use of diethylaluminium fluoride catalyst (described as a 1 mole EO adduct) used 300 g of an alcohol having 12 to 14 carbons and 64 g of ethylene oxide;
Example 5 (described as a 1.5 mole EO adduct) using the same catalyst employs an alcohol to ethylene oxide weight ratio of 300:118. Based on the data presented graphically, the distribution appears to be as follows: Example 1 Example 5 E 0 27 10 E 1 50 36 E 2 17 33 E 3 4 16 E 4 − 6 E 5 − 2 E 6 - 1 1.5 described from 1 mole EO adduct described
With a slight increase in ethoxylation to molar EO adducts, the distribution of ethoxylate species has broadened considerably with the formation of more higher ethoxylates as can be expected from the "conventional wide distribution". . It is likely that the catalyst is consumed during the reaction process and therefore cannot be utilized to give a narrower distribution of the alkoxylation product mixture at high addition levels. Several catalysts were identified that were reported to give higher ethoxylates a narrower molecular weight distribution than would be expected from a "conventional broad distribution." In particular, this study highlighted ethoxylation catalysis by Group A alkaline earth metal derivatives.
Their importance in these catalysts, which until now have been almost exclusively limited to the production of nonionic surfactants, is due to their narrower molecular weight range than their counterparts produced using conventional alkali metal-derived catalysts. based on the proven ability of these catalysts to produce hydrophobe ethoxylates with improved distribution, lower unreacted alcohol content, and lower pour points. Recently, Yang and his co-workers have been granted a series of US patents which primarily focus on the production of the corresponding products produced by state-of-the-art catalysis with alkali metal hydroxides. Unmodified or phenolic modified barium and strontium as ethoxylation catalysts to produce nonionic surfactants exhibiting lower pour points, narrower molecular weight distributions, lower unreacted alcohol content and better detergency. discloses the use of purified oxides and hydroxides. U.S. Patent Nos. 4210764; 4223164; 4239917;
Reference should be made to the specifications of No. 4254287; No. 4302613 and No. 4306093. Significantly, these patents show that magnesium and calcium oxides and/or hydroxides can function in the role of cocatalysts for barium and strontium compounds, but have no catalytic activity for ethoxylation. It includes a description of the effect of not showing. Although the molecular weight distributions of the ethoxylates disclosed in these patent specifications are narrower than conventional distributions, they do not seem to fully satisfy the desired narrowness. For example, Figure 6 of U.S. Pat. No. 4,223,146 shows the product distribution of ethoxylates of alcohols having 12 to 14 carbon atoms and 60% ethylene oxide using various catalysts. A barium hydroxide catalyst is described as providing a product mixture containing about 16% of 6 mole ethoxylate as the predominant component. However, the distribution is still comparable in that ethoxylate species with 3 or more oxyethylene groups than the most predominant component account for more than 19% by weight of the mixture, skewing the distribution towards higher ethoxylates. wide. The strontium hydroxide catalyst experiment described in the figure above also appears to have a more symmetrical distribution, but with approximately 14.5% by weight of the 7 mole ethoxylate being the predominant component, and the composition 21% by weight of the material had 3 or more oxyethylene groups than the most predominant component. US Pat. No. 4,239,917 also discloses ethoxylate distributions using barium hydroxide catalysts and fatty alcohols. Figure 7 of the patent specification illustrates the distribution at the 40% ethoxylation level for the most predominant component, 4 mole ethoxylate. About 19% by weight or more of the mixture has 3 or more oxyethylene groups than the most predominant component. Figure 4 shows the distribution of ethoxylation at the 65% ethoxylation level. The 9 and 10 mole ethoxylates are the most predominant, each representing about 13% by weight of the composition. Although the distribution is relatively symmetrical, about 17% by weight of the composition has at least 3 more oxyethylene groups than the average peak (9.5 oxyethylene groups). Interestingly, for each of these figures, a comparative example using a sodium hydroxide catalyst is shown.
It demonstrates peak attainment that can be achieved with conventional base catalysis at low ethoxylation levels, but not at higher ethoxylation levels. Introduction of Calcium-Containing Catalysts McCain and co-workers have published a series of European patent applications describing the catalytic use of basic salts of alkaline earth metals, particularly calcium, that are soluble in the reaction medium. These applications further disclose catalyst preparation procedures that involve alcohol exchange for the alkoxy moiety of the metal alkoxide catalyst species. European Patent Application No.
Reference should be made to specifications 0026544, 0026547 and 0026546. Reference should also be made to U.S. Patent Application Serial No. 454,560 (Barium-Containing Catalysts), filed December 30, 1982. These researchers also disclose the use of strong acids to partially neutralize certain alkaline earth metal derivatives, thereby promoting catalysis. U.S. Patent Application Serial No. 370204, filed April 21, 1982, and December 1982, both of which are incorporated herein by reference.
Reference should be made to U.S. Patent Application Ser. These researchers also tended to confirm the findings of Young et al. on calcium oxide, in which Matsukane et al. taught that calcium oxide does not form lower alkoxides when treated with ethanol. are doing. In particular, calcium metal and calcium hydride are typical starting materials used by Matzukain et al. to produce calcium-containing catalysts. However, these starting materials are expensive. Therefore, calcium oxide (quicklime) is used to produce calcium-containing catalysts for alkoxylation.
There is a desire to use commonly found sources of calcium such as calcium hydroxide (slaked lime) and calcium hydroxide (slaked lime). Moreover, quicklime and slaked lime are by far the cheapest, most abundant, least harmful, and most environmentally acceptable of all alkaline earth metal derivatives. The calcium-containing catalyst disclosed by Matzukane et al. provides increased selectivity for higher alkoxylate species compared to mixtures produced using conventional potassium hydroxide catalysts. Indeed, there is reason to believe that these calcium-containing catalysts provide a narrower alkoxylate distribution than that provided by strontium- or barium-containing catalysts. However, a narrower distribution of alkoxylation products, especially alkoxylation products in which at least one component constitutes at least 20% by weight of the composition and in which there are more than 3 alkoxyl groups than the average peak of the alkoxylation components. There is still a need for a distribution in which the product constitutes very little of the product mixture. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for making an alkoxylation catalyst using calcium oxide and/or calcium hydroxide as a source of catalytically active calcium. or at least partially solubilizing calcium hydroxide. As used herein, the term "solubilized" means that the calcium is provided in the active form, rather than in the form of calcium oxide and/or calcium hydroxide, and therefore solubilization is assumed to be present. It is something. However, the term is not intended to be limited to the formation of actual dissolved calcium species, which may or may not be present. Solubilization involves mixing any calcium oxide and/or calcium hydroxide with the activator ethylene glycol, thereby creating a substantially This is done by forming a solid catalyst. Solubilization of calcium oxide or calcium hydroxide results in the production of an alkaline slurry. The alkalinity of the alkaline slurry can be detected and measured by titration, and is referred to herein as "titratable alkalinity." The catalyst composition, if it has active hydrogen, can be contacted directly with an alkylene oxide to form an alkoxylate of the activator itself to produce an alkoxylate. If the activator does not contain active hydrogen, excess activator should preferably be removed prior to alkoxylation. According to another embodiment of this aspect of the invention, after the reaction of the calcium oxide or calcium hydroxide with the activator, having an active hydrogen, such as an alcohol, under conditions in which an exchange reaction takes place;
Higher boiling point (and usually longer carbon chain length)
to produce the corresponding catalytically active high-boiling derivative of calcium. This latter catalytic species can then be contacted directly with an alkylene oxide to produce the high boiling material alkoxylate. In a particularly preferred embodiment of the invention, the calcium-containing composition (containing either the activator or the exchanged high-boiling substance) is contacted with a strong acid, preferably an oxyacid, and thereby partially neutralized. to produce a substantially solid composition. The compositions are also catalytically active in the alkoxylation of organic compounds having at least one active hydrogen and provide a narrower molecular weight distribution of alkoxylates than is obtainable with untreated catalysts.
This acid treatment can be performed either before or after removal of the activator. Discussion of mixtures of alkoxylated products The mixture of alkoxylated products has the formula : is an organic residue, m is an integer from at least 1 to the number of active hydrogens contained in the organic compound, and R 1 and R 2 may be the same or different; to 28 alkyl (including hydroxy-substituted alkyl and halo-substituted alkyl), where n is an integer of at least 1, such as from 1 to about 50.
It includes alkoxylated species which can be represented by. Organic compounds with active hydrogen include alcohols (monohydric, dihydric and polyhydric alcohols), phenols, carboxylic acids (mono, di and polyacids), and amines (primary and secondary). Often the organic compounds contain from 1 carbon to about 100 or 150 carbons (in the case of polyol polymers) and may contain aliphatic and/or aromatic structures. Most often the organic compound can be selected from monohydric, dihydric and trihydric alcohols having from 1 to about 30 carbon atoms. Particularly preferred alcohols include methanol, ethanol, propanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol,
Decanol, undecanol, dodecanol, tridecanol, tetradecanol, pentadecanol, hexadecanol, octadecanol, isopropyl alcohol, 2-ethylhexanol, secondary butanol, isobutanol, 2-pentanol, 3-pentanol and Primary and secondary monohydric alcohols, which may be straight or branched, such as isodecanol. Particularly preferred alcohols are linear and branched primary alcohols (including mixtures) such as those produced by the "oxo" reaction of C3 to C20 olefins. The alcohol may be a cycloaliphatic alcohol such as cyclopentanol, cyclohexanol, cycloheptanol, cyclooctanol, and aromatic substituted aliphatic alcohols such as benzyl alcohol, phenylethyl alcohol and phenylpropyl alcohol. . Other aliphatic structures are 2
-Includes methoxyethanol and the like. Phenols include alkylphenyls of up to 30 carbons such as p-methylphenol, p-ethylphenol, p-butylphenol, p-heptylphenol, p-nonylphenol, dinonylphenol and p-decylphenol. Aromatic groups can have other substituents such as halogen atoms. Alcohols (polyols) having two or more hydroxyl groups, such as about 2 to 6 hydroxyl groups and 2 to 30 carbons, include ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, pentylene glycol, hexylene glycol, Includes glycols such as neopentylene glycol, decylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol and dipropylene glycol. Other polyols include glycerin, 1,3-propanediol, pentaerythritol, galactitol, sorbitol, mannitol, erythritol, trimethylolethane and trimethylolpropane. The epoxides providing the oxyalkylene units in the ethoxylation product are ethylene oxide, propylene oxide, 1,2-butylene oxide, 2,3-butylene oxide, 1,2- and 2,3-pentylene oxide, cyclohexylene oxide, 1,2-hexylene oxide, 1,2
- alkylene oxides such as octylene oxide and 1,2-decylene oxide; epoxidized fatty alcohols such as epoxidized soybean fatty alcohol and epoxidized soybean fatty alcohol; such as styrene oxide and 2-methylstyrene oxide; aromatic epoxides; and hydroxy- and halogen-substituted epoxides such as glycidol, epichlorohydrin and epibromohydrin. Preferred epoxides are ethylene oxide and propylene oxide. The choice of organic residue and oxyalkylene moiety is based on the particular use of the resulting alkoxylated product. Advantageously, narrow distributions can be obtained using a wide variety of compounds with active hydrogen, especially monohydric alcohols, which provide the desired surfactants. Particularly attractive alkoxylated products are surfactants where, because of the narrow distribution of the alkoxylated products, a certain balance of hydrophilicity and lipophilicity is sought. Therefore, the organic compounds often include monohydric alcohols of about 8 to 20 carbons, and the epoxides include ethylene oxide. The method described here uses 1 mole of active hydrogen sites.
Although it is possible to selectively provide a narrow distribution of the most predominant alkoxylates with as low as molar oxyalkylenes, a particular advantage is that higher levels of alkoxylation, e.g. of oxyalkylene units, it has the ability to give a narrow distribution. For some surfactant applications, the most predominant alkoxylated species are 6, 7, 8,
It has 9, 10, 11 or 12 oxyalkylene units. For many surfactant applications, a relatively small number of species have been found to provide the desired activity, ie, a range of plus or minus 2 oxyalkylene units. The compositions of the invention are therefore particularly attractive in that the range of alkoxylation is narrow, but not so narrow that the range of activity is lost. Furthermore, the relatively symmetrical distribution of alkoxylate species that can be provided by the present invention enhances the balance of the distribution while maintaining desirable physical properties such as cloud point, freezing point, viscosity, pour point, etc. Provide the mixture shown. plus or minus 2 for many alkoxylation mixtures of the present invention.
Species within the range constitute at least 75%, such as about 80 to 95%, and in some cases 85 to 95%, by weight of the composition. Importantly, most often the most predominant species is
from about 30% by weight, such as from about 22 to 28% by weight, to enhance the balance of the composition. Another class of alkoxylated product mixtures are polyethylene glycols. For example, triethylene glycol and tetraethylene glycol have found use in gas dehydration, solvent extraction, and other chemicals and compositions. These glycols can be produced by ethoxylation of ethylene glycol and diethylene glycol. The advantageous process of the invention allows ethoxylation products containing at least about 80, eg about 80 to 95% by weight of triethylene glycol and tetraethylene glycol. Discussion of Alkoxylation Processes The mixtures of alkoxylation products of the present invention can provide a limited narrow distribution of alkoxylation products through the use of a calcium-containing catalyst modified with sufficient strong inorganic oxyacid. . The alkoxylation conditions can be varied in other ways while still obtaining a narrow distribution of alkoxylate products. The catalyst reforming acid is preferably a polyhydric acid and has at least one, and most often at least about two, oxygen atoms conventionally represented as double bonds to the nuclear atom. be. Such acids include sulfuric acid and phosphoric acid. However, generally the narrowest distribution is obtained using sulfuric acid. The amount of acid used to prepare the catalyst and the method of introduction are determined to achieve the desired narrow distribution in which at least one alkoxylated species is present in an amount of at least about 20% by weight of the composition. It may be a determining factor. Without wishing to be limited by theory, it is believed that the active catalyst for producing a narrow distribution of alkoxylation products consists of a calcium atom associated with an acid anion in a manner in which the calcium atom is activated. . For example, since calcium sulfate is inactive as an alkoxylation catalyst, the association between the calcium atom and the acid anion must be different from the association that forms a neutralized salt. Therefore, conditions that facilitate the formation of such salts should be avoided. Generally, during reforming, a calcium-containing catalyst has the formula: Ca(XR 3 H) p (where p is 1 or 2,
XR 3 H is an organic-containing residue of an organic compound having active hydrogen, X being oxygen, nitrogen, sulfur or phosphorus). Therefore R 3
may have double bonded oxygen (the organic compound was a carboxylic acid) or may have oxygen, sulfur, nitrogen and phosphorus (for example, the organic compound may be a glycol,
There are also polyamines, glycol ethers, etc.). The amount of acid added is about 0.2 to 0.9 times, such as about 0.45 to 0.75 times, the amount required to neutralize the catalyst composition. Often the acid site (sulfuric acid has 2
The molar ratio of calcium atoms (phosphoric acid has 3 acid sites and phosphoric acid has 3 acid sites) is about 0.5:1 to 1.8:1. The acid is believed to enable the formation of the desired catalytically active calcium species. However, it has been found that, depending on the other conditions during the neutralization, different amounts of neutralization provide the optimum catalyst in terms of selectivity and reaction rate during the alkoxylation. As shown in Example 7, the highest selectivity for triethylene glycol and tetraethylene glycol was obtained in the experiment employing a neutralization level of 84.8% (Experiment 7). In Example 8, diethylene glycol rather than ethylene glycol was used as the medium during neutralization, and the dependence of selectivity on the degree of neutralization was less clear and the neutralization level
Experiment 1 gave the best selection with 74.7%. Example 8
It appears that the reaction rate increases with increasing degree of neutralization in the case of diethylene glycol medium in Example 7 (compare Experiments 1 and 17), but decreases with increasing degree of neutralization in the case of ethylene glycol medium in Example 7 ( It should also be noted that it appears (compare Experiments 5, 7, and 9). Therefore, one aspect of the present invention is to provide a level of neutralization sufficient to achieve a narrow distribution of the mixture of alkoxylate products. The medium containing the calcium catalyst may also influence whether the resulting modified calcium catalyst is able to form the desired narrow distribution of alkoxylation products. If the medium consists of a substance with a low dielectric constant as the main component, i.e. the solvent, the acid may form a separate liquid phase;
Great difficulties may be observed in obtaining a homogeneous mixture. On the other hand, for overly polar solvents, the organic moiety associated with the calcium atom may displace the solvent. Excess water is therefore typically avoided during modification of calcium-containing compositions. Most often the medium and the organic compound providing the moiety on the calcium atom are the same. Particularly advantageous media include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, glycerin, butanediol, 1,3-propanediol, and the like. Conveniently, the medium used is
If it is not intended to be a reactant to produce an alkoxylate, it should have a sufficiently low boiling point that it can be easily removed from the catalyst and organic compound reactant mixture by distillation. Most often, the medium consists of a solvent having at least two heteroatoms, such as the active agents described herein. The acid is preferably added while vigorously stirring the calcium-containing composition to avoid excessive formation of neutralized salts. In this connection, it is preferred to add the acid gradually to the calcium-containing composition. Generally, no more than 10% of the acid to be added is added to the calcium-containing composition at any one time. Addition of acid is carried out at a convenient temperature, e.g. about 10°C
It can be carried out at a temperature of from about 50°C to 160°C, so to speak, from about 50°C to 150°C. Preferably a nitrogen atmosphere is advantageous. Calcium-containing compositions having at least one substituent having the formula -( HR3H ) can be prepared in any suitable manner. For example, the metal, hydride or acetylide of calcium can be reacted with an organic compound of the formula HXR 3 H having an active hydrogen atom. For compounds with higher molecular weights, e.g. 4 carbons or more, the formula
Lower molecular weight and more reactive and volatile compounds with HXR 3 H (e.g. those with 1 to 3 carbons, especially ethanol,
It is generally preferred to use compounds such as ethylamine, ethylene glycol, etc.) and then replace the substituent with a higher molecular weight substituent while removing the lower molecular weight material by evaporation. Alternatively, the calcium-containing composition can be made from quicklime or slaked lime by the methods disclosed later herein. Compounds with the formula HXR 3 H include those organic compounds with active hydrogen described with respect to the alkoxylation products of the invention, such as alcohols, phenols, carboxylic acids and amines. Most often the compound with the formula HXR 3 H is an alcohol. If an exchange reaction is to be performed to provide a higher molecular weight substituent on the calcium atom, acid modification is performed prior to exchange and a lower molecular weight material is used as the exchange substituent to enhance the acid modification process. It is generally preferred to do so. Preparation of substituted calcium catalyst compositions from calcium metal, hydrides or acetylides is typically performed at elevated temperatures, e.g.
Carry out in a liquid medium at 200°C or above.
The organic compound making the substitution usually provides the excess of the compound required to react with the calcium reactant. For this reason, the weight ratio of calcium to organic compound is often in the range of about 0.01:100 to 25:100. The reaction can optionally be carried out in the presence of an inert liquid solvent. The exchange reaction is also carried out at elevated temperature and optionally under reduced pressure,
Facilitates removal of volatile components. The temperature is about 50°C to 250°C, for example about 80°C to 200°C or
Temperatures can range up to 250°C and pressures often range from 1 mbar to 5 bar, such as from about 10 mbar to 2 bar. It is generally preferred that the organic substituents on the modified calcium-containing catalyst composition represent the "starter" component for the alkoxylation process. The starter component is an organic compound having at least one active hydrogen that reacts with the epoxide. The alkoxylation is carried out using a catalytically effective amount of calcium-containing catalyst, for example about 0.01 to 10, often about 0.5 to 5% by weight, based on the weight of the starter component. The catalysts substantially retain their activity during alkoxylation regardless of the amount of epoxide used. Thus, the amount of catalyst can be based on the amount of starter fed to the alkoxylation zone and not on the extent of alkoxylation that takes place. Moreover, the catalyst can be recovered from the reaction product (as it is a solid) and then reused.
Indeed, it has been found that the prepared (pre-used) catalyst can provide excellent products. The catalyst appears to be relatively storage stable and also relatively water resistant. Therefore, it can be stored under favorable conditions. Typically, the catalyst and starter components are mixed, the epoxide is added at the reaction temperature until the desired amount of epoxide has been added, the product is then neutralized, and then, if desired, any residual components are removed from the product mixture. stripping of reaction starter material,
It can be terminated with any procedure including filtration or further reaction to produce the sulfate salt, for example. The temperature of alkoxylation is sufficient to provide suitable reaction rates without degrading the reaction or reaction products. Often the temperature is around 50
and 270°C, such as from about 100°C to 200°C. Pressurized reactors are preferably used when low boiling epoxides such as ethylene oxide or propylene oxide are used, although the pressure can also vary widely. The alkoxylation reaction medium is preferably agitated to ensure good dispersion of the reactants and catalyst throughout the reaction medium. Also, the epoxide is usually added at a rate close to the rate at which it can react. Typically, according to the process of the invention, the alkoxylation product is neutralized immediately after removal of the catalyst used, but the mixture of alkoxylation products is relatively neutral (independent of the PH of the catalyst-containing product). For example about PH
6). However, neutralization aids in recovery of the catalyst from the alkoxylation product mixture. During neutralization, acids that tend to form catalyst-containing gel structures or solids that clog the filtration apparatus should be avoided. Sulfuric acid, phosphoric acid, propionic acid, benzoic acid, etc. are conveniently used. Preparation of Catalysts from Lime The present invention describes catalyst species active in the alkoxylation of organic compounds having at least one active hydrogen, such as alcohols, especially long-chain fatty alcohols, carboxylic acids, amines, polyols and phenols. A procedure is provided that can effectively use calcium oxide (quicklime) and its hydrated form calcium hydroxide (slaked lime) (both referred to herein as "lime") to produce slaked lime. This is accomplished by the following general procedure. The lime is first contacted with the activator ethylene glycol under conditions such that the lime and the activator react or interact to form one or more catalytically active derivatives, hereinafter properly referred to as "derivatives". let Derivatives of this reaction are particularly effective in the alkoxylation of alcohols, especially primary alcohols such as long-chain fatty alcohols or mixtures thereof, and are used as starters in the production of nonionic surfactants. However, the derivatives can also be used effectively in the catalysis of a wide variety of organic compounds having active hydrogen. The activator derivatives of ethylene glycol readily catalyze the alkoxylation of ethylene glycol itself in situ, thereby starting from ethylene glycol with any desired nominal molecular weight and advantageously a relatively narrow molecular weight distribution. Poly(alkylene glycols) can be produced. As another example, if the activator is monoethyl ether of ethylene glycol (MEEG),
If the derivative is alkoxylated directly with ethylene oxide, the product will be a mixture of ethoxylates of MEEG, the composition of which will be determined by the molar ratio of ethylene oxide to MEEG. As used herein, the term "excess active agent" refers to the amount of active agent that does not chemically or physically combine with calcium and thus can be removed by simple physical means. The technique used for this operation is not critical. Although vacuum stripping is recommended for its simplicity and efficiency, evaporation and other procedures may also be used. The derivative is obtained in slurry form as a finely divided, finely divided solid that can be easily separated from the reaction mixture by filtration, decantation, or similar procedures. The products thus obtained are catalytically active in alkoxylation reactions with or without acid modification. It is a particularly desirable feature that the catalyst can be used to provide alkoxylate surfactants with characteristically narrow molecular weight distributions, low pour points, and low levels of unreacted starter components. In this method of use, the alcohol exchange (also referred to as alkoxide exchange) reaction is carried out by contacting the catalyst and a starter component, such as an alcohol, under conditions that cause the reaction to occur. A portion of the starter alcohol is thus present as the alcoholate of calcium, which is itself the active species for the alkoxylation reaction. This reaction mixture is then reacted with one or more epoxides, such as alkylene oxides such as ethylene oxide, by known procedures to produce the desired surfactant. As the lime is solubilized, the alkalinity of the medium increases; the "accumulation" of alkalinity can therefore be used as a screening method to identify potentially useful active agents. In this test, calculated as CaO, based on 5 g of calcium charged (calculated as CaO), as determined by titration with 0.01NHCl (alcoholic HCl) in ethanol, as described in more detail below. Approximately 1
g or more should be sought. Step 1: Catalyst Preparation In the first step of the process of the invention, CaO and/or Ca(OH) 2 are mixed with an activator to form one or more derivative species as described above. The purpose of this treatment is to solubilize enough lime to be catalytically effective in the alkoxylation reaction;
The lime concentration can therefore be either below or above its maximum solubility in the activator, provided only that enough lime is solubilized to be catalytically effective. However, as a general guideline, the concentration of lime used in the first step is typically about 1 to 2
Should be between %. Although lime should normally be present in slight excess of its solubility in the activator, lime concentrations in excess of about 30% are rarely desirable. The temperature for this procedure is not believed to be critical and can range from about 50°C to well above the boiling point of the activator, typically 200°C.
about 90 to 150°C, preferably about 125 to 150°C
It is preferable to operate in the range of 100 to 1000 ml, and the system can be placed under reduced or increased pressure to maintain any desired temperature while keeping the active agent in the liquid phase. Conveniently the temperature and pressure conditions are such that water is evaporated and removed from the reaction medium. Preferably, the preparation of the catalyst is carried out under a substantially inert atmosphere, such as a nitrogen atmosphere. To carry out the first step of the method, simply place the lime in an agitated vessel with sufficient agitation to form a lime slurry and for a suitable period of time to solubilize at least a portion of the lime. Add to the activator. This is usually completed within about 1 to 4 hours. The amount of lime solubilized is, of course, related to the concentration of lime present, the effectiveness of the activator used, and the temperature, time and agitation employed. Ideally, the desired amount of lime is solubilized for the sequential alkoxylation reaction. Sources of lime for this process include any commercial grade quicklime or slaked lime. This is because the impurities typically contained in such lime do not significantly adversely affect the catalyst formed by the procedure of the present invention. The resulting lime/activator derivative is suitable for direct use as a catalyst in alkoxylation reactions (although acid modification is preferred to enhance the narrowness of the alkoxylation product). This is the case, for example, when ethylene oxide should be added to ethylene glycol as an activator in order to produce polyethylene glycol with any desired molecular weight. If a catalyst is to be used to produce a surfactant or other alkoxylation product using a different starter, an exchange can be made as described above. For example, in preparing surfactants, surfactant range alcohols or such alcohols, typically from C 12 to
The lime/activator derivative can be added to a stirred vessel containing a mixture of C14 alcohols. The concentration of the derivative used can vary over a very wide range, but conceptually it is approximately the desired concentration for sequential ethoxylation reactions. The concentration during the exchange reaction can be any temperature at which the reaction occurs, but is preferably in the range of about 200-250°C, and the pressure can be adjusted to achieve this temperature. If an exchange procedure is to follow, the activator selected is preferably above about 200°C so that it can be easily stripped from the detergent alcohol, which mostly boils at 250°C or higher. It should also have a low boiling point. The resulting alcohol exchange product is suitable for use directly as a catalyst in alkoxylation reactions to produce surfactants starting with exchange alcohols or alcohols. However, it is preferred that the alcohol exchange product is acid modified to enhance the narrowness of the alkoxylation product. Catalysts produced by the above methods often exist in the form of stable slurries of finely divided (e.g. about 5 micron) particles, strongly basic (PH about 11-12), and containing excess CaO. . Step 2: Acid modification of the lime-derived catalyst Although not necessary for the alkoxylation reaction,
If a narrower distribution of the alkoxylation product is desired, the lime/activator derivative or its alcohol exchanged product is partially neutralized with an acid prior to use as a catalyst for the alkoxylation. is highly preferred. Although the exact chemistry of this procedure is not well understood, it does provide a demonstrable improvement to the overall procedure in that the molecular weight distribution is narrowed even further. Additionally, acid-modified catalysts tend to require little or no induction period in alkoxylation reactions, yet also increase the reaction rate over that of their unmodified counterparts. In contrast, addition of acid to conventional catalysts such as calcium hydroxide slows down the alkoxylation rate while not producing any beneficial effect on product distribution. Useful acids are polyhydric oxyacids of elements of Groups A and B, Groups A and B, and Group B, in which the oxyanion has a valency greater than one. Preferred oxyacids are sulfuric acid, phosphoric acid and molybdic acid and tungstic acid; among these sulfuric acid is particularly preferred. The acid added may be in concentrated or diluted form, but concentrated form is preferred to minimize the amount of water present. The acid can be added to the catalytically active reaction mixture at any time prior to alkoxylation and then briefly stirred to gradually form a reaction mixture slurry. Although the acid can be added under any prevailing ambient conditions, it is preferred to cool the slurry to 75°C or less prior to adding the acid. Neutralization often occurs without significantly affecting the physical properties of the slurry. Often about 20 to 90%, such as about 25 to about 75%, and sometimes about 40 to about 60% of the titratable alkalinity of the slurry is neutralized. Higher degrees of neutralization can be employed but care should be taken not to form a complete calcium salt of the oxyanion. In no case should more acid be used than there are equivalents of lime available to react with the acid. Advantageous results can be obtained if the catalyst is used in its "crude" form, ie without separation from the reaction mixture or purification.
Nevertheless, the lime/activator derivative, with or without acid modification, can be separated from the reaction mixture, purified, dried and then stored, if desired. An operation such as that described above involves stripping off excess activator or other organic material with active hydrogen, filtering the resulting slurry, reslurriing the wet solids with a solvent (e.g., tetrahydrofuran), and then refiltering. This can be carried out in a straight-line manner, such as by drying and then preferably drying under reduced pressure. Although the solids thus obtained are catalytically active, they are often
The activity is substantially less than that of the catalyst in the form of a catalyst. However, despite the reaction rate, the desired narrow molecular weight distribution and other advantages can still be obtained. It is a highly desirable and entirely unexpected aspect of this aspect of the invention that the overall process embodied in the various procedures described above for producing catalyst from lime is highly "tolerant" of process variation. This is an advantage. Thus, as already indicated, the acid is added, yet within reasonable limits there is considerable flexibility in how much acid to use. Likewise, unreacted activator can be removed in whole or in part, for example prior to an exchange reaction, if employed, or it can remain present during the exchange reaction. Furthermore, the catalyst can be reused indefinitely, used and stored in its "crude" form, or purified and dried, with any loss in reaction rate being compensated for by increasing the temperature. Next, the procedure for producing a nonionic surfactant will be described for reference. An embodiment of this method includes:
Illustrated by the following generalized procedure for the preparation of a slurry of calcium alkoxylation catalyst intended for use in the preparation of "peaked" (narrow molecular weight distribution) linear alcohol ethoxylates (nonionic surfactants) be able to. When applied to the specific case of producing nonionic surfactants, the process of the invention is characterized by a considerable degree of operating latitude. This is true in preferred process formats that produce acid-modified forms of the catalyst. In terms of the chemistry that occurs, there are two separate steps in the preparation of non-reformed catalysts and three separate steps in the preparation of acid-reformed catalysts. Steps 1 and 2, which are common to both catalyst types, involve the following reactions: Step 1 - Lime (or a mixture of a major amount of lime and a minor amount of other alkaline earth base) and a suitable activator. reaction. Step 2 - Reaction of the product produced in step 1 above with an alcohol of the detergent range to effect an exchange of organic groups derived from the activator for organic groups derived from the alcohol of the detergent range. During or after the exchange reaction of step 2, the activator, which is preferably substantially more volatile than the detergent range alcohol, is removed from the system by distillation. At the end of this operation, the unmodified catalyst is obtained in the form of an activator-free slurry in detergent range alcohol. In the preparation of the unmodified form of the calcium catalyst, steps 1 and 2 above can be combined into one operation, in which the lime is reacted with a mixture of an activator and an alcohol in the detergent range. If particularly effective activators are used (e.g. ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, ethylene glycol monoethyl ether, etc.), a separate procedure combining the activator with a detergent-range alcohol is often preferred. . This is because it minimizes color build-up in the catalyst slurry. Both procedures are equally acceptable from the point of view of the properties of the final product. A modified method in which the activator is provided in a slurry of detergent range alcohol and calcium base, or the detergent range alcohol is provided in a slurry (or in some cases a solution) of calcium base in the activator. Although both are operationally viable, their use has not been shown to provide any advantage over batch-feeding formats. The production of acid reforming catalysts involves a third major processing operation, which, like steps 1 and 2, is a separate step from the standpoint of the chemistry that occurs. Step 3 - Certain suitable polyoxyacids (e.g.
Treatment of unreformed catalysts in detergent range alcohols deficient in H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , H 2 MoO 4 , etc.). This process provides a highly active acid reforming catalyst in the form of a slurry in detergent range alcohol. Water is believed to be produced as a by-product of this partial neutralization reaction; therefore, the product slurry is usually vacuum-treated before use in the ethoxylation reaction for the production of nonionic surfactants. Subject to drying operation. The acid modifier charge can be based on the initial lime charge or, even more preferably if possible, the lime/activator using 0.01N alcoholic HCl in the presence of bromothymol blue indicator. It can either be based on the "active catalyst" value obtained by titrating the reaction mixture for alkalinity content. A particularly advantageous procedure is to follow the course of the lime/activator reaction by titration and to base the charge of acid modifier on the alkalinity value obtained when a certain level of alkalinity is reached. It is. A particularly convenient and effective procedure is, for example, to add acid modifiers at a level of about 50% of this "constant" alkalinity value. Monitoring the lime/activator reaction by titration and ultimately determining the acid modifier charge based on this analysis is often the preferred procedure, but the procedure should not be used with amino-functional activators. I can't. This is because amine functionality interferes with alkalinity analysis. In such cases, the preferred procedure is to base the acid modifier charge on the alkalinity obtained by titrating an activator-free (stripped) slurry of catalyst in detergent alcohol. Acid modifiers are often optionally added at or during the lime/activator reaction, at or during the activator stripping operation, at the end of the activator stripping operation, or during the alkoxylation reaction itself. It can be added just before starting. In the case of amino-functional activators, of course, the modifier cannot be added until all of the activator has been removed from the slurry. GENERAL PROCEDURES FOR PROCESS OPERATIONS Because the method affords such wide operational latitude as described above, no single procedure can be said to represent a "general procedure." Despite this idea, one procedure sufficient to illustrate the method is the format used to make a number of formulations summarized in the table. Lime (commercially available or calcined for 6 hours at 600°C) and 2-ethoxyethanol (obtained from Union Carbide) were placed in a reflux condenser, thermocouple,
A 10-tray distillation column and an appropriately sized agitated vessel equipped with an inert gas purge inlet were charged. Reactant is 2-ethoxyethanol 60 to 80
The weight ratios ranged from 1 part to 1 part lime. The charge was heated to reflux temperature (approx.
135°C) for 2 to 6 hours,
During this time, the refluxing solvent is removed from the overhead distillate at a make rate slow enough so that only about 10 to 15% of the raw solvent charge is removed from the overhead distillate during the total reaction time. continuously or intermittently from the overhead distillate. The purpose of this operation is to remove water from the system, either introduced with the reactants or produced by the chemical reaction. The countermixture was sampled at periodic intervals during the reflux period to monitor alkalinity build-up. Accumulation of alkalinity indicates the formation of catalytically active substances. The analytical method employed for this purpose is titration with 0.01 NHCl in 2-ethoxyethanol using a promothymol blue indicator. The lime/activator reaction step is considered complete if two consecutive titrations yield similar "alkalinity" levels. The normal time to reach this point is about 4 hours under the typical conditions of the experiments shown in the table. At this point, the reaction mixture is diluted with detergent range alcohol for ethoxylation; typically the amount of alcohol added is approximately 100 g/g of lime (calculated as CaO) used in the first reaction.
It is. The resulting mixture is cooled to about 75°C and then treated with sufficient acid modifier, preferably sulfuric acid or phosphoric acid, with stirring to determine the presence of the lime/activator mixture by a final titration performed on the lime/activator mixture. Neutralizes approximately 50% (on an equivalent basis) of the indicated alkalinity. The temperature is then increased to remove the activator from the reaction mixture by distillation at atmospheric pressure. Distillation at atmospheric pressure is continued until the kettle temperature reaches about 175-180°C. At this point, the pressure in the system is approximately
180 mmHg and stripping of the activator until the kettle reaches a temperature of about 215 to 225°C and both the kettle product and distillate are active as shown by gas chromatography (GC) analysis. until it no longer contains the agent (e.g. 1000 wt.
ppm or less, often less than 100 ppm by weight). The activator-free catalyst slurry thus obtained in detergent alcohol can be used directly as feed to the ethoxylation reactor or optionally diluted with sufficient dry detergent range alcohol. Either can be used to achieve any desired concentration in the slurry. The final "alkalinity" value for this slurry can be obtained, if desired, by the same titration procedure described above. The above procedure represents only one of many equally possible forms of the method. The experiments summarized in the table illustrate several, but by no means all, uses of the format possible with the various combinations that can be obtained in the various process steps. EXAMPLES The invention is further illustrated by the following examples. The examples do not in any way limit the applicability and scope of the present invention. Example 1 Using the general procedure described above under various reaction conditions to prepare 1-dodecanol or two commercially available C12 ~
Specific ionic surfactants were produced that were "started" with one of a mixture of C 14 linear fatty alcohols. The data for these experiments are detailed in the table. In the table, "Alfol 1214" and "Lorol" 1214 are C 12 and
A mixture of C14 alcohols, each named Conco from Lake Charles, Louisiana.
It is commercially available from Henkel & Co., Germany, Germany. MEEG (available as Cellosolve™ solvent from Union Carbide, Danbury, CT) was used as the activator. In some experiments, marked by stars in the CaO column, the CaO was calcined to drive off all water. MEEG was removed by stripping (eg, to <100 ppm by weight) prior to ethoxylation in all experiments. In some experiments the H 2 SO 4 modifier was added prior to stripping off the activator and in some experiments after stripping. Experiment 23 (control example)
illustrates the use of metallic potassium alcoholates as catalysts. These data indicate a narrow molecular weight distribution,
This demonstrates the remarkable flexibility of operating conditions possible for the process of the invention while still producing products with excellent overall properties and low levels of unreacted residual alcohol.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 る理論値

主ピークの 18.7 19.7 21.5
20.7 18.6 17.1
27.6
面積%

未反応アル − − −
− 1.71 1.43 −

コール%

(重量)

[Table] Theoretical values

Main peak 18.7 19.7 21.5
20.7 18.6 17.1
27.6
area%

Unreacted Al − − −
− 1.71 1.43 −

call%

(weight)

【表】【table】

【表】 実施例 2 上記に示したように本発明の好ましい手順は(a)
CaOとの初期反応において単独で使用される活性
剤、(b)改質剤としてのH2SO4、(c)活性剤の除去
に先立つて添加する酸改質剤、及び(d)還流時間の
終点における上記滴定により測定される「活性」
CaO含量の50%である酸の量、を使用する。 本発明方法のこの形式を使用して、逐次エトキ
シル化により一連の界面活性剤を製造した。この
場合、単一の反応器仕込物を使用し、それぞれ所
望のエトキシル化水準に達した際に反応器内容物
の一部を除去した。これらの実験に対するデータ
を表に示す。
[Table] Example 2 As shown above, the preferred procedure of the present invention is (a)
activator used alone in the initial reaction with CaO, (b) H 2 SO 4 as a modifier, (c) acid modifier added prior to removal of the activator, and (d) reflux time. "Activity" measured by the above titration at the end point of
Use an amount of acid, which is 50% of the CaO content. Using this format of the process of the invention, a series of surfactants were prepared by sequential ethoxylation. In this case, a single reactor charge was used and a portion of the reactor contents was removed each time the desired ethoxylation level was reached. Data for these experiments are shown in the table.

【表】【table】

【表】 重量%

実施例 3 更に一連の逐次エトキシル化実験を実物大の生
成設備において行つた。これらの実験に対するデ
ータを表に要約する。この表において「Ca」
はCaOから誘導される触媒を示し、「K」はKOH
触媒を使用する対照実験を示す。これらのデータ
から、CaO触媒により生成されるエトキシレート
に見出される大きな主GCピークによつて明示さ
れるように、CaOから誘導される触媒がKOH触
媒よりも有意により狭い分子量分布を生じたこと
が観察される。更にその上、CaO触媒作用の生成
物に対しては残留アルコール含量が実質的に低か
つた。 実験2、3及び7の生成物を毛管ガスクロマト
グラフイによつて分析し、下記の組成を定めた
(それぞれの種に対する応答フアクターを基準と
して誤差±10%)
[Table] Weight%

Example 3 A further series of sequential ethoxylation experiments were conducted in a full-scale production facility. The data for these experiments are summarized in the table. In this table, “Ca”
indicates a catalyst derived from CaO, “K” is KOH
A control experiment using a catalyst is shown. These data demonstrate that the CaO-derived catalyst produced a significantly narrower molecular weight distribution than the KOH catalyst, as evidenced by the large predominant GC peak found in the ethoxylate produced by the CaO catalyst. be observed. Furthermore, the residual alcohol content was substantially lower for the CaO catalyzed product. The products of Experiments 2, 3 and 7 were analyzed by capillary gas chromatography and the following compositions were determined (±10% error based on response factors for each species):

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 定した。
実施例 4 上述したように本発明の触媒は前記実施例にお
けるようにその「粗製」形態で使用できるのみな
らず、回収して使用前に精製することもできる。
本実施例はさきに記載した技術にしたがつて分離
し、精製し、次いで乾燥したCaO−誘導された触
媒の性質及び使用について例証する。表は酸改
質触媒を使用した実験対非改質触媒を使用した実
験に対するキーデータを示す。比較のために金属
カルシウムと1−ドデカノールとを反応させるこ
とにより製造した慣用のカリウム触媒に対して適
当なデータを与えた。後者の触媒は均一触媒系で
あり、かつ活性触媒種を単離させる試みはしなか
つた。該乾燥CaO触媒は黄色の、粒状(むしろ塊
状)の微粒子として得られ、アルカリ度に対する
陽性(po−sitive)試験をもたらすためには
MEEG1214又はアルホル1214に余りにも不溶性
であつた。事実、これらの固体はスラリー調製段
階において添加されるアルホル1214中において、
これもまたアルカリ度に対する陽性試験が観察さ
れないような貧弱なスラリーを形成した。(「貧弱
な」スラリーとは該固体が適当に懸濁することが
できなかつたこと、すなわち該スラリーが不安定
であり、1時間又は2時間以内に沈でんしたこと
を意味する)。反射率IR、粉末X線、及び微量分
析による、これら固体の特徴づけにより該固体が
X線無定形であること、若干の長鎖有機物が存在
すること、酸改質種中に硫黄が存在すること、及
び未反応CaO及びCa(OH)2が少量存在すること
が示された。 表に示すエトキシル化速度のデータにより示
されるように両方の固体は、反応器仕込物中に全
く実質的な濃度においてそれらが存在するにも拘
らず、低活性である。非改質触媒はそれの酸改質
した対応物よりも高濃度において存在するけれど
140℃においては貧弱な活性を示し、したがつて
反応を遂行するために反応器温度を160℃に上昇
させた。CaOをベースとする該2種の触媒により
示される低水準の活性は単離された触媒種により
得られるアルホル1214スラリーの非常に貧弱な性
質に帰することができる。 実験2について、最適よりは劣る調製手順
(CaOをMEEG単独でなくMEEGとアルホル1214
との混合物と共に加熱した)の意図的使用もまた
恐らくは比較的に低い触媒活性の一因であろう。
触媒が単離されていない好ましい調製条件下にお
いては、本発明における研究において観察される
ものよりも3ないし6倍の活性水準が期待され
る。表において、カリウムの触媒作用をさせた
(対照)実験に対して示された7.1g/分の速度は
これら実施例のデータを産み出すために使用され
る特別な環状反応器中、140℃におけるKOH触媒
作用の典型的な値である。このように、単離型の
カルシウム触媒により得られる比較的に低い活性
についての可能性のある原因として機械的フアク
ターが価値減少する場合がある。 CaOから誘導され、単離された触媒は低い活性
を示すとはいえ、それらの性能特性は、その他の
点ではそれらの非単離対応物の性能特性から区別
し難い。すなわち、CaOをベースとする両触媒は
カリウムの対照触媒よりも、より狭い分子量分布
のエトキシレートを生成するけれど酸改質触媒は
それの非改質対応物よりも、より一層活性である
のみならず、分子量分布パターン)(酸改質触媒
がより一層狭い)の比較によつて判断されるよう
に、より一層選択的である。
[Table] Established.
Example 4 As mentioned above, the catalyst of the present invention can not only be used in its "crude" form as in the previous examples, but also can be recovered and purified before use.
This example illustrates the properties and use of a CaO-derived catalyst isolated, purified, and dried according to the techniques previously described. The table shows key data for experiments using acid reforming catalysts versus experiments using non-reforming catalysts. For comparison, suitable data are given for a conventional potassium catalyst prepared by reacting calcium metal with 1-dodecanol. The latter catalyst was a homogeneous catalyst system and no attempt was made to isolate the active catalyst species. The dry CaO catalyst is obtained as yellow, granular (rather agglomerated) fine particles and is required to yield a po-sitive test for alkalinity.
It was too insoluble in MEEG1214 or Alfor1214. In fact, these solids are present in Alfor 1214, which is added during the slurry preparation step.
This also formed such a poor slurry that no positive test for alkalinity was observed. (A "poor" slurry means that the solids were not able to be properly suspended, ie, the slurry was unstable and settled within 1 or 2 hours). Characterization of these solids by reflectance IR, powder X-ray, and microanalysis shows that they are X-ray amorphous, some long-chain organics are present, and sulfur is present in the acid-modified species. It was shown that there was a small amount of unreacted CaO and Ca(OH) 2 present. Both solids have low activity, despite their presence in quite substantial concentrations in the reactor feed, as shown by the ethoxylation rate data presented in the table. Although the unreformed catalyst is present in higher concentrations than its acid-modified counterpart,
There was poor activity at 140°C, so the reactor temperature was increased to 160°C to carry out the reaction. The low level of activity exhibited by the two CaO-based catalysts can be attributed to the very poor nature of the Arphor 1214 slurry obtained with isolated catalyst species. For experiment 2, a less than optimal preparation procedure (CaO was mixed with MEEG and alcohol 1214 instead of MEEG alone)
The intentional use of (heated with mixtures with) also probably contributed to the relatively low catalytic activity.
Under the preferred preparation conditions, where the catalyst is not isolated, activity levels 3 to 6 times higher than those observed in the studies in this invention are expected. In the table, the rate of 7.1 g/min shown for the potassium catalyzed (control) experiment at 140°C in the special annular reactor used to produce the data of these examples. This is a typical value for KOH catalysis. Thus, mechanical factors may be diminished as a possible cause for the relatively low activity obtained with isolated calcium catalysts. Although isolated catalysts derived from CaO exhibit lower activity, their performance characteristics are otherwise difficult to distinguish from those of their non-isolated counterparts. That is, although both CaO-based catalysts produce ethoxylates with a narrower molecular weight distribution than the potassium control catalyst, the acid-modified catalyst is only more active than its unmodified counterpart. The acid reforming catalyst is much more selective, as judged by comparison of the molecular weight distribution pattern) (the acid reforming catalyst is much narrower).

【表】【table】

【表】 実施例 5 本実施例は本発明方法により達成された狭めら
れた分子量分布をグラフ的に示す。 第1図はエチレングリコール、酸変性エチレン
グリコール(「H+」により示す)、MEEG酸変性
エチレンジアミン(EDA)及びモノエタノール
アミン(MEA)により活性化したCaO触媒を使
用して製造した、典型的な1−ドデカノールの公
称6モルエトキシレートに対する典型的な分子量
分布を示し、すべてを金属カリウム対照(先行技
術)と比較する。 第2図は同様な比較を提供し、かつ活性剤とし
てエチレングリコールを使用するCaOとCa
(OH)2との間における性能についての実際的な
等価性を立証する。すべての含有水分又は環境水
分がCaOをCa(OH)2に転化させるので本発明は
アルコキシル化前に存在する水分に対して実質的
に無感応であることが本発明の有意な利点であ
る。 第3図はエチレングリコール(「EG」)により
活性化したCaO触媒を使用する混合した界面活性
剤級アルコール(アルホル1214)のエトキシル化
を例証する。 第4図は第3図と同様に、非改質の、及び
H3PO4又はH2SO4のいずれかにより改質した両
方のMEEG活性化したCaOの使用を示す。 第1〜4図に示すエトキシレートの分布はクロ
マゾルブ(Chromasorb)W(商標)パツキング
上の2%OV−1の充てんカラムを使用するガス
クロマトグラフイーを利用して測定した。カラム
の温度の限度は、8個又はそれ以上のオキシエチ
レン基を有するエトキシレートによつては正確度
が殆んど達成されないような点である。 実施例 6 CaOのバツチ及び活性剤(モノエチレングリコ
ール)の三つのバツチを下記のようにして製造し
た: バツチA:モノエチレングリコール約22.500ポン
ド(10225Kg)の入つた混合タンクを窒素で約
1時間、45°ないし50℃においてスパージした。
該タンクの基部におけるジエツトノズル及び該
タンクの頂部におけるスプレーリングにより該
混合タンクを連続的にかきまぜた。石灰
(CaO)約375ポンド(170Kg)を混合タンクに
添加し、この間に該混合タンクを半時間にわた
つて500mmHg(約0.34絶対気圧)の減圧下に維
持した。タンク内の流体の温度が石灰の添加
中、約48℃から59℃に増加した。次いで該混合
タンクを約118℃に加熱し、(この温度を得るの
に約1.5時間を要した)、次いで約118℃ないし
130℃の温度において3時間維持した。 分散剤、すなわち炭素12個ないし14個を有す
る線状アルコール混合物と該アルコール〔ユニ
オン カーバイド社からテルギトール
(TELGITOL)(商標)24−L−3(cmw)界
面活性剤として入手できる〕1モル当り3モル
のエチレンオキシドとから製造される界面活性
剤約400ポンド(182Kg)を1.5時間にわたつて
添加し、この時間中に該混合タンクにおける温
度が約127℃から約110℃に低下した。1時間後
に分散剤の添加を開始し、アルコール(アルホ
ル1214)37500ポンドを添加した。該アルコー
ルの添加は約1時間を要し、この時間に該混合
物の温度は約90℃であつた。アルコールの添加
と同時に2相混合物が形成され、このバツチの
製造の残りの全体にわたつて存在した。該混合
物を更に1.5時間にわたつて連続的に混合し、
次いで1時間にわたり濃硫酸約250ポンド(114
Kg)を添加した。該混合物は酸の添加後に約
6.5時間にわたつて混合し続け、次いで後の使
用のために仕込みタンクにポンプ輸送した。そ
れぞれの分散剤、すなわちアルコール及び酸を
混合タンクの頂部におけるスプレー環を通して
添加した。 バツチB:混合物のために底部ノズルのみを使用
した点を除いて上記と同一の混合タンクを使用
し、エチレングリコール22500ポンド(10225
Kg)の仕込物を窒素により約45〜50℃において
1時間パージし、石灰(CaO)375ポンド(175
Kg)をバツチAにおけるように減圧下に半時間
にわたり50ポンド(23Kg)の区分において添加
した。この時間中に温度は約62℃に上昇した。
混合タンクを116℃に加熱するのに約1.75時間
を要し、次いで該タンクを約116℃ないし130℃
に2.5時間保つた。テルギトール(商標)24−
L−3界面活性剤約400ポンド(182Kg)を0.75
時間にわたつて添加した。分散剤添加の約0.75
時間後に濃硫酸250ポンド(114Kg)を1時間に
わたつて添加した。混合を約2.5時間続け、単
一液相スラリーである反応混合物を、引続いて
使用するために循環貯槽にポンプ輸送した。 バツチC:石灰400ポンド(182Kg)を使用し、石
灰の添加の開始時におけるエチレングリコール
の温度が約39℃であり、該温度が約53℃に上昇
し、濃硫酸300ポンド(136Kg)を使用し、酸の
添加完了後に該混合物を貯槽に輸送するに先立
つて3時間にわたり90℃に保つた点を除いてバ
ツチBの調製に対して記載した手順及び装置を
実質的に反復した。 これらのバツチの調製後に、バツチB及びC
を一緒にして約20時間混合した。バツチB及び
Cの混合物が蒸留塔にポンプ輸送される際にア
ルホル1214アルコールを石灰に添加した。該蒸
留塔は20インチ(50cm)の問隔及び公称直径6
フイート(1.8m)を有する24バルブ(非密閉)
トレーを有する。アルコールの添加速度はアル
コール対エチレングリコールの重量比5:3を
与えるのに十分であつた。該蒸留塔を、該塔の
最上部トレーへの供給(毎時約7000ないし9000
ポンド(毎時3200ないし4000Kg))によりスト
リツピング塔として運転した。約33ないし35mm
Hg絶対圧力における塔の頂部温度は約114℃な
いし116℃であり、基部は約205℃ないし215℃
であつた。基部への蒸気の流れは毎時約6000な
いし7000ポンド(毎時2700ないし3200Kg)であ
つた。塔の液面により残油を周期的に取り出し
た。塔頂留出物の生成速度は毎時3000ないし
5000ポンド(毎時1400ないし2200Kg)であつ
た。次いでバツチA(若干の追加のアルホル
1214により重量比5:3とした)を蒸留塔に通
した。バツチからの残油スラリーを採集し、窒
素雰囲気下の循環タンク中に貯えた。追加のア
ルホル1214をスラリーに添加して触媒(CaOと
して計算)の濃度を1.0重量%とした。このス
ラリーを分析の結果エチレングリコール約0.1
重量%を含有し、エチレングリコールのストリ
ツピングが完了していない(エチレングリコー
ル0.05重量%以下が好ましい)ことが明らかで
ある。 このスラリー、すなわちマスターバツチ触媒
は、140℃及び1500気圧のゲージ圧力下におい
て、エチレンオキシドによるアルホル1214の一
連のエトキシル化に対する触媒として作用す
る。エトキシル化反応器は15000ガロンの容量
の循環される窒素反転(nitrogen inverted)
反応器であつた。 スターター及び触媒のスラリー(スターター
を基準にして触媒の0.1重量%)をエチレンオ
キシドの流れを開始するに先立つて120℃に加
熱した。エチレンオキシドの供給速度は最初に
毎時約3000ポンド(毎時1364Kg)であり、エト
キシレート約100000ポンド(45454Kg)が反応
器中に存在するまで毎時9000ポンド(毎時4091
Kg)に増加させた。該混合物を140℃において
1時間保つことにより残りのエチレンオキシド
を反応させた。硫酸又はリン酸を使用して、
過された生成物を中和した。実験の詳細を表
に示す。
Table: Example 5 This example graphically illustrates the narrowed molecular weight distribution achieved by the method of the invention. Figure 1 shows a typical CaO catalyst prepared using ethylene glycol, acid-modified ethylene glycol (indicated by "H + "), MEEG acid-modified ethylenediamine (EDA), and monoethanolamine (MEA) activated CaO catalyst. Typical molecular weight distributions for nominal 6 mole ethoxylates of 1-dodecanol are shown, all compared to a metallic potassium control (prior art). Figure 2 provides a similar comparison and shows CaO and CaO using ethylene glycol as the activator.
(OH) 2 to demonstrate practical equivalence in terms of performance. It is a significant advantage of the present invention that the present invention is substantially insensitive to moisture present prior to alkoxylation, since any contained or environmental moisture converts CaO to Ca(OH) 2 . Figure 3 illustrates the ethoxylation of a mixed surfactant grade alcohol (Alfor 1214) using a CaO catalyst activated with ethylene glycol ("EG"). Figure 4 shows the unmodified and
The use of both MEEG-activated CaO modified with either H 3 PO 4 or H 2 SO 4 is shown. The ethoxylate distributions shown in Figures 1-4 were determined using gas chromatography using a column packed with 2% OV-1 on Chromasorb W™ packing. The temperature limit of the column is such that little accuracy is achieved with ethoxylates having eight or more oxyethylene groups. Example 6 Three batches of CaO and activator (monoethylene glycol) were prepared as follows: Batch A: A mixing tank containing about 22.500 pounds of monoethylene glycol was heated with nitrogen for about 1 hour. , sparged at 45° to 50°C.
The mixing tank was continuously agitated by a jet nozzle at the base of the tank and a spray ring at the top of the tank. Approximately 375 pounds (170 Kg) of lime (CaO) was added to the mixing tank while the mixing tank was maintained under a vacuum of 500 mm Hg (about 0.34 atmospheres absolute) for half an hour. The temperature of the fluid in the tank increased from approximately 48°C to 59°C during lime addition. The mixing tank was then heated to about 118°C (it took about 1.5 hours to achieve this temperature) and then heated to about 118°C to
A temperature of 130°C was maintained for 3 hours. 3 per mole of a dispersant, i.e. a mixture of linear alcohols having 12 to 14 carbons and the alcohol (available as TELGITOL(TM) 24-L-3 (cmw) surfactant from Union Carbide). About 400 pounds (182 Kg) of a surfactant made from moles of ethylene oxide were added over a 1.5 hour period during which time the temperature in the mixing tank decreased from about 127°C to about 110°C. Dispersant addition was started after 1 hour and 37,500 pounds of alcohol (Alphor 1214) was added. Addition of the alcohol took about 1 hour, during which time the temperature of the mixture was about 90°C. A two-phase mixture formed upon addition of the alcohol and remained throughout the remainder of the batch's manufacture. mixing the mixture continuously for an additional 1.5 hours;
Approximately 250 pounds of concentrated sulfuric acid (114
Kg) was added. The mixture after addition of acid is approximately
Mixing continued for 6.5 hours and then pumped to a charge tank for later use. Each dispersant, alcohol and acid, was added through a spray ring at the top of the mixing tank. Batch B: Used the same mixing tank as above except only the bottom nozzle was used for the mixture, and used 22,500 lbs.
A charge of 375 lbs (175 kg) of lime (CaO) was purged with nitrogen for 1 hour at approximately 45-50°C.
Kg) was added in 50 pound (23 Kg) portions as in Batch A under reduced pressure over half an hour. During this time the temperature rose to approximately 62°C.
It takes approximately 1.75 hours to heat the mixing tank to 116°C, and then the tank is heated to approximately 116°C to 130°C.
It was kept for 2.5 hours. Tergitol (trademark) 24−
Approximately 400 pounds (182Kg) of L-3 surfactant at 0.75
Added over time. Approximately 0.75 of dispersant addition
After an hour, 250 pounds (114 Kg) of concentrated sulfuric acid was added over a one hour period. Mixing continued for approximately 2.5 hours and the reaction mixture, a single liquid phase slurry, was pumped to a circulation reservoir for subsequent use. Batch C: Using 400 pounds (182Kg) of lime, the temperature of the ethylene glycol at the beginning of lime addition is about 39°C, the temperature rises to about 53°C, and using 300 pounds (136Kg) of concentrated sulfuric acid. The procedure and equipment described for the preparation of Batch B was substantially repeated, except that after the acid addition was complete, the mixture was held at 90° C. for 3 hours before being transported to a storage tank. After preparing these batches, batches B and C
were mixed together for approximately 20 hours. Alfor 1214 alcohol was added to the lime as the mixture of batches B and C was pumped to the distillation column. The distillation column has a spacing of 20 inches (50 cm) and a nominal diameter of 6
24 valves (unsealed) with feet (1.8m)
Has a tray. The rate of addition of alcohol was sufficient to give a weight ratio of alcohol to ethylene glycol of 5:3. The distillation column is fed to the top tray of the column (approximately 7000 to 9000 g/hr).
(3200 to 4000 Kg/hour)) was operated as a stripping tower. Approximately 33 to 35mm
The temperature at the top of the column at Hg absolute pressure is about 114°C to 116°C and at the base about 205°C to 215°C.
It was hot. Steam flow to the base was approximately 6000 to 7000 pounds per hour (2700 to 3200 kg per hour). Residual oil was periodically removed by the liquid level of the column. The production rate of overhead distillate is 3000 to 3000 per hour.
It was 5,000 pounds (1,400 to 2,200 kg/hour). Then batch A (with some additional alcohol)
1214 in a weight ratio of 5:3) was passed through a distillation column. The residual oil slurry from the batch was collected and stored in a circulation tank under nitrogen atmosphere. Additional Alfor 1214 was added to the slurry to give a concentration of catalyst (calculated as CaO) of 1.0% by weight. Analysis of this slurry revealed that ethylene glycol was approximately 0.1
% by weight, and it is clear that the stripping of ethylene glycol is not complete (less than 0.05% by weight of ethylene glycol is preferred). This slurry, or masterbatch catalyst, acts as a catalyst for a series of ethoxylations of alcohol 1214 with ethylene oxide at 140° C. and 1500 atmospheres gauge pressure. The ethoxylation reactor has a capacity of 15,000 gallons and is nitrogen inverted.
It was a reactor. A slurry of starter and catalyst (0.1% by weight catalyst based on starter) was heated to 120° C. prior to starting the ethylene oxide flow. The ethylene oxide feed rate is initially approximately 3000 lbs/hour (1364 Kg/hr) and then increased to 9000 lb/hr (4091 Kg/hr) until approximately 100,000 lbs (45,454 Kg) of ethoxylate is present in the reactor.
Kg). The remaining ethylene oxide was allowed to react by keeping the mixture at 140° C. for 1 hour. using sulfuric or phosphoric acid,
The filtered product was neutralized. Details of the experiment are shown in the table.

【表】【table】

【表】 実施例 7 本実施例はエチレングリコール(EG)からト
リエチレングリコール(TEG)及びテトラエチ
レングリコール(TETEG)を製造する手順を例
証する。 下記の一般的手順を実験に使用した。カルシウ
ム含有触媒を、150℃の温度及び約180〜200mmHg
の圧力下において、エチレングリコールの塔頂留
出物を連続的に徐々に除去しつつ4時間にわたり
調造した。濃酸を改質用に使用し、別の態様とし
て示したものを除いて触媒をエトキシル化のため
のエチレングリコールと混合させた後に添加した
(後添加)。エトキシル化を2ガロン容量の循環反
応器において約140℃及び1平方インチ当り60な
いし65ポンドゲージ(約4気圧ゲージ)において
行つた。エチレンオキシド対エチレングリコール
のモル比は2.3:1であつた。反応器への仕込物
はエチレングリコール混合物約500gであつた。
生成物を80℃においてリン酸により中和し、フイ
ルタ−カル(Filter−Cal)(商標)ケイソウ土フ
イルターを通して熱時過した。充てんカラム
〔クロマゾルブW(商標)パツキング上における
OV−1の2%〕を使用するガスクロマトグラフ
イーにより分子量分布(面積%)を測定し、試料
はレギス ケミカル(Regis Chemical)社から
入手されるレジシル(Regisil)(商標)シランと
の反応により誘導した。詳細を表に示す。表に
おいてDEGはジエチレングリコールを表わし;
PENTEGはペンチルエチレングリコールを表わ
し;HEXAEGはヘキサエチレングリコールを表
わす。 実施例 8 本実施例はジエチレングリコールからトリエチ
レングリコール及びテトラエチレングリコールを
製造する手順を説明する。 触媒活性剤がジエチレングリコールであり、触
媒製造中の圧力が40mmHgであつた点を除いて実
施例7に記載のものと同一の一般的手順を使用し
た。エチレングリコール対ジエチレングリコール
のモル比は約1.3:1であつた。詳細を表に示
す。
Table: Example 7 This example illustrates a procedure for producing triethylene glycol (TEG) and tetraethylene glycol (TETEG) from ethylene glycol (EG). The following general procedure was used for the experiment. Calcium-containing catalyst at a temperature of 150℃ and about 180-200mmHg
was prepared over a period of 4 hours with continuous gradual removal of the ethylene glycol overhead distillate. Concentrated acids were used for the modification and were added after the catalyst was mixed with the ethylene glycol for the ethoxylation (post-addition), except as indicated in other embodiments. The ethoxylation was carried out in a 2 gallon capacity circulation reactor at about 140°C and 60 to 65 pounds per square inch (about 4 atmospheres gauge). The molar ratio of ethylene oxide to ethylene glycol was 2.3:1. The charge to the reactor was approximately 500 g of ethylene glycol mixture.
The product was neutralized with phosphoric acid at 80°C and passed hot through a Filter-Cal™ diatomaceous earth filter. Packed column [Chromasorb W (trademark) on packing]
Molecular weight distribution (area %) was determined by gas chromatography using 2% of OV-1] and samples were derivatized by reaction with Regisil™ silane obtained from Regis Chemical. did. Details are shown in the table. In the table, DEG represents diethylene glycol;
PENTEG stands for pentyl ethylene glycol; HEXAEG stands for hexaethylene glycol. Example 8 This example describes a procedure for producing triethylene glycol and tetraethylene glycol from diethylene glycol. The same general procedure as described in Example 7 was used except that the catalyst activator was diethylene glycol and the pressure during catalyst preparation was 40 mm Hg. The molar ratio of ethylene glycol to diethylene glycol was approximately 1.3:1. Details are shown in the table.

【表】【table】

【表】 つたことを意味する。
b. 酸改質剤を反応系に事前添加したので非標準実
験。
c. KOHペレツト、純度85%。
d. 実験用試薬酸、〜85%濃度。
e. 二水和物形態の結晶。
f. MoO形態又は〓85%〓モリブテン酸。
[Table] Means tsuttata.
b. Non-standard experiment because acid modifier was added to the reaction system in advance.
c. KOH pellets, 85% purity.
d. Laboratory reagent acid, ~85% concentration.
e. Crystals in dihydrate form.
f. MoO 3 forms or 85% molybutenic acid.

【表】 たことを意味する。
b. 酸改質剤を事前添加したので非標準実験。
c. CaO触媒仕込量が1.0でなく2.0gであつたので非
標準実験。
[Table] It means something.
b. Non-standard experiment as acid modifier was added in advance.
c. Non-standard experiment because the amount of CaO catalyst charged was 2.0g instead of 1.0g.

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