JPH09216860A - エーテルイソシアネートの製造方法 - Google Patents

エーテルイソシアネートの製造方法

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JPH09216860A
JPH09216860A JP8267705A JP26770596A JPH09216860A JP H09216860 A JPH09216860 A JP H09216860A JP 8267705 A JP8267705 A JP 8267705A JP 26770596 A JP26770596 A JP 26770596A JP H09216860 A JPH09216860 A JP H09216860A
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ether
isocyanate
poly
amine
phosgene
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JP8267705A
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Frank Dr Richter
フランク・リヒター
Josef Dr Pedain
ヨーゼフ・ペダイン
Klaus Dr Nachtkamp
クラウス・ナハトカムプ
Andreas Flink
アンドレアス・フリンク
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Bayer AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C263/00Preparation of derivatives of isocyanic acid
    • C07C263/10Preparation of derivatives of isocyanic acid by reaction of amines with carbonyl halides, e.g. with phosgene

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エーテル(ポリ)イソシアネートの製造方法
を提供する。 【解決手段】 エーテル(ポリ)アミンからエーテル
(ポリ)イソシアネートを調製する方法であって、 a)エーテル(ポリ)アミンを、 b)成分a)に含まれる第一級アミン基の数に対して少
なくとも化学量論量の反応条件下にあるホスゲンまたは
ホスゲン生成化合物と、気相中、加圧下にて、成分a)
の該圧力下での沸点付近あるいは沸点以上の温度である
約50〜約800℃の温度で反応させることからなる上
記方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エーテルアミンの
気相ホスゲン化によるエーテル(ポリ)イソシアネート
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】エーテル基を含有するイソシアネートま
たはエーテルイソシアネートは公知である(例えば、化
学年鑑、562(1949)83頁以降参照)。しかし
ながら、前記公知のエーテル含有イソシアネートは、通
常収量が少ない上純度も低いものである。エーテルアミ
ンの反応では、多くの場合エーテルの分解により塩素化
生成物が得られる(米国特許発明明細書第3,267,
122号)。従って、例えば H2N(CH2)3-O-(CH2)4-O-(C
H2)3NH2 は、COCl2 との反応時に OCN(CH2)3Clに分解す
る(Angew. Chem., A59(1949)271頁参
照)。80℃未満の温度でエーテルイソシアネートに変
換できるのは、塩素化炭化水素(C4H9-O-(CH2)3NH2等)
に溶解するHCl塩を有する脂肪族エーテルアミンのみ
である(化学年鑑、562(1949)105頁参
照)。しかしながら、前記イソシアネートの収率は理論
収量のわずか86%に過ぎない。このような方法では、
ホスゲン化を行う前にアミンを塩酸塩に変換しなければ
ならない。1−クロロナフタレン中、140〜150℃
にてメトキシプロピルアミン塩酸塩の約80%が分解
し、ホスゲンと反応して3−クロロプロピルイソシアネ
ートを形成する(化学年鑑、562(1949)104
頁参照)。
【0003】単純なベースホスゲン化により、約80%
までの収率にてある種のエーテルイソシアネートが得ら
れる(例えば、ドイツ特許出願公開明細書第1,15
4,092号参照)。しかしながら、このような方法で
得られる生成物は残存塩素含有量が非常に高いものであ
る(0.1%)。このようにジイソシアネート中に多量
の塩素が含まれていると、得られた生成物の利用が困難
になる場合が多い。例えば、このような塩素含有ジイソ
シアネートは、被膜形成用の非変色性原料の調製には利
用できない。この種の方法には、対応するアミンの塩酸
塩またはカルバメートを用いなければならない。しかし
ながら、この種の不均一反応混合物を扱うのは非常に難
しく、またイソシアネートの円滑かつ経済的な製造に対
して障害ともなっている。エーテル基を含有する(ポ
リ)イソシアネートは、有機ハロゲン化物を金属シアン
酸塩で求核置換しても得られる(例えば、特開昭50−
036424号公報、Arch. d. Pharm.,302(196
9)617頁、及びドイツ特許出願公開明細書第2,0
31,291号参照)。前記方法に付随する塩の堆積、
低変換速度及び環境問題は、この方法の工業化を困難に
している。エーテル(ポリ)アミンを低分子量アルキル
イソシアネートと反応させ、次いで形成された尿素を熱
分解し、アルキルアミンを分離する方法は、エーテル
(ポリ)イソシアネートの調製方法として既に提案され
ているものである(「イソシアネート交換」、例えばド
イツ特許出願公開明細書第3,232,917号参
照)。しかしながら、この方法にはいくつかの欠点があ
る。第一の欠点は、後処理を要する副生成物が得られる
ことである。第二の欠点は、エーテル(ポリ)イソシア
ネートを精製工程で後処理できないような場合に、多量
の尿素が生成物中に残存することである。この方法の他
の欠点は、「イソシアネート交換」が典型的な平衡反応
であり、そのため定量的な実施が困難である点である。
【0004】エーテル基を含有するイソシアネートは、
対応するカルボン酸アジドのクルチウス転移によっても
調製が可能であるが(J. Prakt. Chem.,335(199
3)294頁及び引用文献参照)、これは実験室レベル
でのみ可能な方法である。ドイツ特許出願公開明細書第
1,165,580号に述べられているように、例え
ば、エーテル基を含有するポリイソシアネートの塗料及
び被膜への利用に大きな関心が寄せられている。高温度
になるほど、エーテルアミン中のエーテル基は容易にか
つ完全に分解すうようになる。例えば、110℃未満に
てトルエン中で3−メトキシプロピルアミンをホスゲン
化すると、3−メトキシプロピルイソシアネートと3−
クロロプロピルイソシアネートの混合物が生成する。し
かしながら、溶剤にクロロナフタレンを用いて温度を上
げると(例えば、140〜150℃)、実質的に3−ク
ロロプロピルイソシアネートのみが形成される(化学年
鑑、562(1949)83頁)。ドイツ特許出願公開
明細書第1,793,329号には、エーテル(ポリ)
イソシアネートを調製するための溶液中における低温相
−高温相ホスゲン化が記載されている。エーテル基は分
解するとしてもごくわずかしか分解しないと考えられて
いるが、イソシアネートの収率は理論収量のわずか60
〜75%に過ぎない。生成物の塩素含有量は400〜2
000ppm であり、多くの用途、特に塗料及び被膜に対
しては高すぎる値である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エー
テル(ポリ)イソシアネートの製造方法を提供すること
である。エーテル基を含有するイソシアネートの簡便な
製造方法を提供することも、本発明の目的である。本発
明の別の目的は、エーテル基を含有する高品質イソシア
ネートの製造方法を提供することである。さらに、エー
テル基の分解等による生成物の喪失を実質的に招くこと
なく、高収率にて高品質エーテルイソシアネートを製造
する方法を提供することも、本発明の目的である。
【0006】
【課題を解決するための手段】当業者には明らかな上記
目的は、エーテル基の分解を伴わずに極めて高収率かつ
高純度にて、エーテル基を含有するモノ−及びポリアミ
ンを対応するイソシアネートに変換することにより達成
される。この変換は、エーテル基含有アミンを気相中で
ホスゲンと、加圧下、50〜800℃、好ましくは10
0〜550℃(アミンの沸点による)の温度範囲にて、
任意に不活性キャリヤーガスの存在下にて反応させるこ
とにより達成される。
【0007】本発明は、エーテル(ポリ)アミンからエ
ーテル(ポリ)イソシアネートを調製する方法に関す
る。前記方法は、エーテル(ポリ)アミンを、少なくと
もNH2 基に対して化学量論量のホスゲンまたはこれに
相当する量のホスゲン生成材料と、気相中、加圧下に
て、出発(ポリ)アミンの該圧力下での沸点付近あるい
は沸点以上の温度である50〜800℃、好ましくは1
00〜550℃の温度で反応させるものである。本発明
では、用いるエーテルアミンには式(I)
【化2】 X−(−R1 −O−R2 −NH2)n (I) (式中、XはH、NH2 またはC(R3)4-n を表し、R
1 、R2 及びR3 は各々同一または異なる基であって、
任意に分枝し、任意にCl、Br等で置換され、任意に
ヘテロ原子(N、O、S等)を含有するC1〜C10アル
キル、C3 〜C24シクロアルキル、C7 〜C24アラルキ
ル、またはC6 〜C24アリール基を表し、またR1 はR
2 に結合しているエーテル酸素原子とXとの間の直接結
合を表してもよく、nは1、2または3を表す)を有す
る化合物が含まれる。
【0008】本発明の方法は、公知技術を用いて行うこ
とができる。適切な技術は、欧州特許出願公開明細書第
0,570,799号及びドイツ特許出願公開明細書第
4,412,327号に開示されており、出発アミンま
たはアミン混合物の沸点付近または沸点以上の温度に維
持された適切な反応器に共反応体を導入し、次いで共反
応体を互いに混合して反応させるものである。温度は圧
力に依るが、通常50〜800℃、好ましくは100〜
550℃である。方法は、通常10ミリバール〜5バー
ル、好ましくは200ミリバール〜3バールの圧力範囲
内で行われる。気相ホスゲン化時の反応成分の導入を、
任意にキャリヤーガス等の不活性添加剤の存在下にて行
ってもよい。キャリヤーガスには、窒素、アルゴン、ま
たは他の不活性ガス並びにクロロベンゼン、ジクロロベ
ンゼン、キシレン、クロロナフタレン及びデカヒドロナ
フタレンといった市販の溶剤の蒸気を用いることが可能
である。ホスゲン化反応では、ホスゲンを、アミン出発
材料中に含まれる第一級アミノ基の数に対して化学量論
量あるいはそれよりも過剰に用いる。ホスゲンの量は、
通常理論量の100〜300%、好ましくは100〜2
00%であれば十分である。ホスゲンと反応させた後、
対応する中間体カルバン酸塩化物の分解温度より高い温
度までガス流を冷却し、エーテルイソシアネートを回収
する。次いでエーテルイソシアネートを、蒸留、結晶
化、抽出または膜蒸留等の常法にて純粋な状態で単離す
るか、あるいは粗生成物(溶液)として回収する。
【0009】本発明の方法により対応するイソシアネー
トに変換されるアミン出発材料は、数多くの公知方法に
て得られる。適切な一方法は、水、あるいはアルコー
ル、フェノール及び/またはカルボン酸等の他の任意に
高官能性のOH官能性化合物をアルコキシル化し、次い
でアミノ化するものである(例えば、フランス特許出願
公開明細書第1,361,810号参照)。アミン出発
材料を製造する他の適切な方法は、テトラヒドロフラン
を重合し、任意にアルキレンオキシドとさらに反応させ
た後、フランス特許出願公開明細書第1,361,81
0号に記載の後処理を行うものである。適切なアミン出
発材料は、水をシアノエチル化し、次いで水素化してビ
ス(3−アミノプロピル)エーテルを形成させるか(ド
イツ特許出願公開明細書第731,708号)、あるい
は他の任意に高官能性のOH官能性化合物(特にジオー
ル及びトリオール)をシアノエチル化し、次いで水素化
しても得られる。エーテル基を含有するモノ−及びポリ
アミンが本発明のホスゲン化に対して有用であるかどう
かは、所定の圧力におけるアミンの蒸気圧によって実質
的に判断する。特に高沸点化合物の場合には、アミンを
他の物質との共沸混合物としてホスゲン化反応に導入す
るか、あるいはキャリヤーガスを用いてアミン成分を反
応室内に導入するのが有利である。
【0010】単独であるいは混合して用いる式(I)の
適切な(ポリ)アミンの例としては、アミノメチルメチ
ルエーテル、アミノメチルエチルエーテル、アミノメチ
ルプロピルエーテル(並びにその異性体)、1−アミノ
エチルメチルエーテル、2−アミノエチルメチルエーテ
ル、及びアミノプロピルメチルエーテル(並びにその異
性体)等のアルキルアミノアルキルエーテル、1,1’
−ビス(アミノメチル)エーテル、1,1’−ビス(ア
ミノエチル)エーテル、1,2’−ビス(アミノエチ
ル)エーテル、2,2’−ビス(アミノエチル)エーテ
ル、及び後者3種のジアミンの工業用混合物、ビス(ア
ミノプロピル)エーテル(全異性体、任意に混合物)等
のジアミノオキソアルカン、1,8−ジアミノ−1,
5,8−トリメチル−3,6−ジオキサオクタン、1,
11−ジアミノ−1,5,8,11−テトラメチルウン
デカン、及びビシナルO−N結合を有する純粋なまたは
混合物の状態の後者2種の化合物の全異性体(例えば、
市販のジェファミンD230)、1,8−ジアミノ−
3,6−ジオキサオクタン(例えば、市販のジェファミ
ンEDR148)、1,10−ジアミノ−4,7−ジオ
キサデカン、1,12−ジアミノ−4,9−ジオキサド
デカン、1,14−ジアミノ−3,10−ジオキサテト
ラデカン及び1,13−ジアミノ−4,7,10−トリ
オキサトリデカン等のジアミノ(ポリ)オキソアルカ
ン、1,7−ジアミノ−2,6−ジオキサ−4−アミノ
メトキシヘプタン、1−アミノ−2−オキサ−3,3−
ビス(アミノメトキシ)ヘキサン、1,9−ジアミノ−
3,7−ジオキサ−5−(1−アミノ−2−エトキシ)
−ノナン、1−アミノ−3−オキサ−4,4’−ビス
(1−アミノ−2−エトキシ)ヘプタン、1,11−ジ
アミノ−4,8−ジオキサ−6−(1−アミノ−5−オ
キソブチル)ウンデカン、1−アミノ−4−オキサ−
5,5−ビス(1−アミノ−5−オキソブチル)オクタ
ン等のトリアミノ(ポリ)オキソアルカン、並びに上記
モノアミン、ジアミンン及びトリアミンの混合物が挙げ
られる。
【0011】本発明の方法にて調製された2−(2−イ
ソシアナトプロポキシ)−1−プロピルイソシアネー
ト、1,1’−オキシジ−2−プロピルイソシアネート
及び2,2’−オキシジ−1−プロピルイソシアネート
からなる異性体混合物(「ジプロピレングリコールジイ
ソシアネート」、異性体混合物)は、新規なものであ
る。本発明の方法にて調製されたエーテルイソシアネー
トは、ポリウレタン(任意に発泡したもの)、接着剤、
被覆材料、乳化剤、増粘剤、オリゴマーイソシアネート
変性物(例えば、ウレトジオン、イソシアヌレート、カ
ルボジイミド、ビウレット、ウレタン及びアロファネー
ト基を含有するポリイソシアネート)、並びに紙や他の
セルロース製品に添加して湿潤強度等を向上させる補助
物質の製造に有用な原料である。前記エーテルイソシア
ネートは、活性物質及び医薬品の製造及び/または配合
用の原料として有用である(ドイツ特許出願公開明細書
第3,232,917号)。
【0012】以下、実施例により本発明をさらに記載す
るが、以下の実施例は本発明を限定するものではない。
特に記載がない限り、部及び%は全て重量に基づくもの
とする。
【0013】
【発明の実施の形態】実施例1 2−(2−イソシアナトプロポキシ)−1−プロピルイ
ソシアネート、1,1’−オキシジ−2−プロピルイソ
シアネート及び2,2’−オキシジ−1−プロピルイソ
シアネート(「ジプロピレングリコールジイソシアネー
ト」、異性体混合物)を以下の手順で調製した。反応を
実施する装置は、直径2.5mm、長さ17.5mmの40
0℃に加熱されたミキサーチューブを包含するものであ
る。前記ミキサーチューブは直列に配置された凝縮段を
備え、活性炭を充填したCOCl2 吸着塔に接続してい
る。前部に接続された熱交換器内にてCOCl2 を95
0ミリバールの圧力にて420℃に加熱し、ミキサーチ
ューブ内に突出したノズルを介して2.5モル/hの速
度にて連続的に供給した。同時に、工業用ジプロピレン
グリコール(2−(2−ヒドロキシプロポキシ)−1−
プロパノールが約50%、1,1’−オキシジ−2−プ
ロパノールが約40%、2,2’−オキシジ−1−プロ
パノールが約10%)を加圧下にて接触アミノ化して得
られたアミン混合物(7.5ミリバールでの沸点範囲は
72〜78℃)を320℃に加熱し、ノズルとミキサー
チューブの間の環状通路より1モル/hの供給速度に
て、希釈剤である乾燥窒素0.1モル/hと共に反応室
へ導入した。凝縮段の端部を減圧することにより、ミキ
サーチューブ内の圧力を約350ミリバールに維持し
た。反応室から流出した反応混合物を、150〜160
℃に維持した1,2−ジクロロベンゼンを通して凝縮段
へ送った。ここで、形成したジイソシアネートを選択的
に凝縮させた。吸着塔内にて、洗浄段を通過したガス混
合物からCOCl2 を分離した。前記ガス混合物には、
窒素、HCl、及び過剰分のCOCl2 が含まれてい
る。蒸留により、ジイソシアネート混合物を純粋な状態
で回収したところ(Kp=95℃/0.05ミリバー
ル、nD =1.4393/20℃)、DIN53185
に従って滴定により求めたNCO含有量が45.4%
(理論値=45.6%)である無色の液体を得た。純粋
な蒸留済のジイソシアネート混合物の収率は、用いたジ
アミン混合物を基準にして理論収量の98.2%であ
り、ガスクロマトグラフィーより求めた純度は99.7
%、加水分解性塩素の含有量は43ppm であった。
【0014】実施例2 1,8−ジイソシアナト−3,6−ジオキサオクタンを
以下の手順で調製した。アルドリッチからジェファミン
EDR48として市販されている1,8−ジアミノ−
3,6−ジオキサオクタン2.5kg(16.87モル)
を、1,8−ジイソシアナト−3,6−ジオキサオクタ
ンに変換し、実施例1と同様に単離した。 収率:3360g=理論収量の99.5%、純度(G
C):99.8%、DIN53185によるNCO含有
量:42.0%(理論値=42.0%)、加水分解性塩
素含有量:48ppm 、Kp:95℃/0.5ミリバー
ル。
【0015】実施例3 1,12−ジアミノ−4,9−ジオキサドデカン(アル
ドリッチ製)2.5kg(12.24モル)から1,12
−ジイソシアナト−4,9−ジオキサドデカンを調製
し、実施例1と同様に単離した。 収率:3056g=理論収量の97.4%、純度(G
C):99.5%、DIN53185によるNCO含有
量:32.9%(理論値=33.0%)、加水分解性塩
素含有量:34ppm 、Kp:83℃/0.2ミリバー
ル。
【0016】実施例4 1,3−ビス(3−アミノプロポキシ)−2,2−ジメ
チルプロパン(アルドリッチ製)2.5kg(11.45
モル)から1,3−ビス(3−イソシアナトプロポキ
シ)−2,2−ジメチルプロパンを調製し、実施例1と
同様に単離した。 収率:3067g=理論収量の99.1%、純度(G
C):99.8%、DIN53185によるNCO含有
量:31.0%(理論値=31.1%)、加水分解性塩
素含有量:24ppm 、Kp:108℃/0.1ミリバー
ル。
【0017】実施例5 3−メトキシプロピルアミン(アルドリッチ製)100
0g(11.2モル)から3−メトキシプロピルイソシ
アネートを調製し、実施例1と同様に単離した。 収率:1250g=理論収量の96.8%、純度(G
C):99.1%、DIN53185によるNCO含有
量:36.5%(理論値=36.50%)、加水分解性
塩素含有量:44ppm 、Kp:55℃/20ミリバー
ル。 上記実施例にて調製した化合物は全て、IR、 1H−N
MR、13C−NMR、質量分析及び元素分析にて同定を
行った。
【0018】比較実施例(液相ホスゲン化) 還流凝縮器、内部温度計、滴下漏斗及び注入管を備えた
四ッ口混合フラスコ内にて、モノクロロベンゼン440
gを5℃にてホスゲン330gと混合した。次いで、実
施例1のジアミン混合物71.5gをモノクロロベンゼ
ン900gに溶解した溶液を90分かけて滴下した。反
応混合物を攪拌しながら内部温度が90℃になるまでゆ
っくりと加熱し、同時にホスゲンを導入して(約1モル
/h)この温度に数時間維持した。反応混合物は完全に
は透明にならなかった。過剰のホスゲンを窒素でとばし
て濾過し、蒸留にて後処理を行った後、19.5g(理
論収量の19.6%)のわずかに着色した液体を得た。
前記生成液体の沸点範囲は80〜85℃/0.07ミリ
バールであり、DIN53185によるNCO含有量は
45.2%であった。溶剤を変えても(1,2−ジクロ
ロベンゼン(34%理論収率)及びトルエン(22.3
%理論収率))、あるいはジアミン混合物を二塩酸塩及
びビス(カルバメート)に変換しても(各々15.3%
及び27.6%収率)、ジイソシアネートの収率が実質
的に上がることはなかった。生成物の残存塩素含有量が
0.1%未満になったものも皆無であった。なお、エー
テルジアミンの液相ホスゲン化の例は、例えば、化学年
鑑、562(1949)6頁以降、ドイツ特許出願公開
明細書第1,154,092号、日本国特許第4,02
7,365号及びフランス特許発明明細書第1,57
8,622号に記載されている。
【0019】以上、本発明を明確にするために詳細に記
載してきたが、このような詳細は単に発明を明らかにす
るためのものにすぎず、当業者であれば、特許請求の範
囲で制限される範囲を除いて、本発明の思想及び範囲か
らはずれることのない様々な態様も実施可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ・ペダイン ドイツ連邦共和国デイー51061 ケルン、 ハーフエルカムプ 6 (72)発明者 クラウス・ナハトカムプ ドイツ連邦共和国デイー40593 デユツセ ルドルフ、ジルヒヤーシユトラーセ 13 (72)発明者 アンドレアス・フリンク ドイツ連邦共和国デイー41539 ドルマー ゲン、イム・メルハイマー・レーム 13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エーテル(ポリ)アミンからエーテル
    (ポリ)イソシアネートを調製する方法であって、 a)エーテル(ポリ)アミンを、 b)成分a)に含まれる第一級アミン基の数に対して少
    なくとも化学量論量の反応条件下にあるホスゲンまたは
    ホスゲン生成化合物と、気相中、加圧下にて、成分a)
    の該圧力下での沸点付近あるいは沸点以上の温度である
    約50〜約800℃の温度で反応させることからなる上
    記方法。
  2. 【請求項2】 エーテル(ポリ)アミンa)が、式 【化1】 X−(−R1 −O−R2 −NH2)n (I) (式中、 XはH、NH2 またはC(R3)4-n を表し、 R1 、R2 及びR3 は各々任意に分枝し、任意に置換さ
    れ、任意にヘテロ原子を含有するC1 〜C10アルキル、
    3 〜C24シクロアルキル、C7 〜C24アラルキル、ま
    たはC6 〜C24アリール基を表し、またR1 はR2 に結
    合しているエーテル酸素原子とXとの間の直接結合を表
    してもよく、 nは1、2または3を表す)を有する請求項1に記載の
    方法。
  3. 【請求項3】 2−(2−イソシアナトプロポキシ)−
    1−プロピルイソシアネート、1,1’−オキシジ−2
    −プロピルイソシアネート、2,2’−オキシジ−1−
    プロピルイソシアネート及びこれらの混合物から選ばれ
    たエーテル(ポリ)イソシアネート。
  4. 【請求項4】 請求項1に従って製造されたエーテル
    (ポリ)イソシアネートをイソシアネート反応性材料と
    反応させることからなるポリウレタンの製造方法。
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