JPH1112206A - アルキレングリコール類の製造方法 - Google Patents
アルキレングリコール類の製造方法Info
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Abstract
ルキレングリコールを製造する。 【解決手段】 モノビニル芳香族化合物とポリビニル化
合物との架橋共重合体の構造を有する基体に、3原子以
上の鎖長を有する連結基を介して第4級アンモニウム基
が結合している構造の陰イオン交換樹脂の存在下に水和
反応を行う。
Description
類からアルキレングリコール類を製造する方法に関す
る。アルキレングリコール類、なかでもエチレングリコ
ールは樹脂原料、不凍液などに用いられ、工業的に重要
な化合物である。
レングリコールを製造する技術は知られている。なかで
もエチレンオキサイドの水和によるエチレングリコール
の製造は大規模に行われている。しかしながら従来の技
術では、アルキレングリコール以外にジアルキレングリ
コール、トリアルキレングリコール等の好ましくない副
生物が生成する。これらの副生を抑えてアルキレングリ
コールの選択性を高めるには、アルキレンオキサイドに
対し10〜20倍の水を用いる必要があり、精製工程で
の水の除去を考えると好ましくない。この問題を解決す
る手段として各種触媒の使用による選択性の向上が検討
され、多数報告されている。
は公知であるが、選択性の改善に関しては不十分であ
る。特開昭51−127010号には、触媒として有機
塩基と炭酸ガスを用いることが開示されている。有機塩
基としては3級アミン類が用いられている。特公昭49
−24448号には、触媒としてアルカリハライド又は
アンモニウムハライドと、炭酸ガスを用いることが開示
されている。特公昭60−45610号には、触媒とし
てモリブデン酸塩を用いることが開示されている。特公
昭60−45611号には、触媒としてタングステン酸
塩を用いることが開示されている。
溶解するため、反応液からの回収が困難である。そのた
め、これらの触媒の活性成分を固定化する手段がいくつ
か報告されている。特公昭60−56141号には、触
媒としてハロゲンアニオンで交換された陰イオン交換樹
脂と炭酸ガスを用いることが開示されている。特公平5
−47528号には、触媒としてモリブデン酸イオン、
タングステン酸イオン、バナジン酸イオンなどの金属酸
化物アニオンで交換された陰イオン交換能をもつ固体支
持体を用いることが開示されている。固体支持体として
は陰イオン交換樹脂が用いられている。EP74168
3号には、触媒として炭酸水素イオン、亜硫酸水素イオ
ン、カルボン酸イオンなどで交換された陰イオン交換能
を持つ固体を用いることが開示されている。固体として
は陰イオン交換樹脂が用いられている。
陰イオン交換樹脂は耐熱温度が低く、これらの触媒も触
媒寿命の点で必ずしも十分なものではない。従って本発
明は触媒寿命が長く、かつ高選択率でアルキレングリコ
ールを与える触媒を提供せんとするものである。
存在下にアルキレンオキシドと水とを反応させてアルキ
レングリコール類を製造するにあたり、触媒としてビニ
ル芳香族化合物の重合体を基体とし、その芳香族基に鎖
長が3原子以上の連結基を介して第4級アンモニウム基
が結合した構造を有する陰イオン交換樹脂を使用するこ
とにより、長期間にわたり高選択率でアルキレングリコ
ール類を製造することができる。
する。本発明においては、触媒として、ビニル芳香族化
合物の重合体を基体とし、その芳香族基に鎖長が3原子
以上の連結基を介して第4級アンモニウム基が結合した
構造を有する陰イオン交換樹脂を使用する。基体は基本
的には、スチレン、ビニルトルエン、エチルビニルベン
ゼン、ビニルナフタレン等のモノビニル芳香族化合物の
重合体の構造を有している。これらのモノビニル化合物
と架橋剤として使用する少量のポリビニル化合物、例え
ばジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルナフ
タレン、エチレングリコールジメタクリレート等との架
橋共重合体、特にスチレンと少量のジビニルベンゼンと
の架橋共重合体の構造を有している基体が好ましい。基
体と第4級アンモニウム基とを結合する連結基は、鎖長
が3原子以上であることが必要である。連結基の骨格
は、通常は炭素原子又は炭素原子を酸素原子から成って
いる。
般式(III)で表される上述のモノビニル芳香族化合物
に、末端に塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子又はト
シル基などのような置換活性部位を有する置換基が結合
しているモノビニル芳香族化合物と、上述のポリビニル
化合物とを共重合させ、次いでこれに3級アミンを反応
させることにより製造することができる。
価の基であり、Pはその先端の置換活性部位を示す。ベ
ンゼン環には更に置換基が結合していてもよく、また縮
合芳香環を形成していてもよい。) 本発明で使用するのに好適な陰イオン交換樹脂の1例
は、下記一般式(I)で表される構造単位を有するもの
である。
3〜6のアルキレン基を表す。なお、アルキレン基は中
に環状炭化水素基を介在させていてもよく、また置換基
としてアルキル基が結合していてもよい。R1 〜R
3 は、それぞれ炭素数1〜4のアルキル基又はアルカノ
ール基を表し、X- はアニオンを表す。ベンゼン環はア
ルキル基、例えば炭素数1〜4のアルキル基やハロゲン
原子で置換されていてもよく、またナフタレン環、アン
トラセン環などの縮合芳香環を形成していてもよい。)
を例示すると、n−プロピレン基、1−アルキル−n−
プロピレン基、2−アルキル−n−プロピレン基、3−
アルキル−n−プロピレン基、n−ブチレン基、1−ア
ルキル−n−ブチレン基、2−アルキル−n−ブチレン
基、3−アルキル−n−ブチレン基、4−アルキル−n
−ブチレン基、n−ペンチレン基、1−アルキル−n−
ペンチレン基、2−アルキル−n−ペンチレン基、3−
アルキル−n−ペンチレン基、4−アルキル−n−ペン
チレン基、5−アルキル−n−ペンチレン基、n−ヘキ
シレン基、1−アルキル−n−ヘキシレン基、2−アル
キル−n−ヘキシレン基、3−アルキル−n−ヘキシレ
ン基、4−アルキル−n−ヘキシレン基、5−アルキル
−n−ヘキシレン基、6−アルキル−n−ヘキシレン
基、2,4−ジアルキル−n−ペンチレン基、2,4−
ジアルキル−n−ヘキシレン基、2,5−ジアルキル−
n−ヘキシレン基、3,5−ジアルキル−n−ヘキシレ
ン基などが挙げられる。なお、上記において「n−アル
キレン」とは両鎖端に遊離原子価を有する直鎖を意味
し、「アルキル」はメチル基又はエチル基を意味する。
カノール基の代表的なものを例示すると、メチル基、エ
チル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル
基、s−ブチル基、t−ブチル基、i−ブチル基、2−
ヒドロキシエチル基、3−ヒドロキシプロピル基、4−
ヒドロキシブチル基などが挙げられる。
キシルイオン、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオ
ン、ヨウ素イオン、モリブデン酸イオン、タングステン
酸イオン、メタバナジン酸イオン、ピロバナジン酸イオ
ン、水素ピロバナジン酸イオン、硫酸水素イオン、カル
ボン酸イオン、炭酸水素イオンなどが挙げられる。これ
らの中でも、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオ
ン、メタバナジン酸イオン、ピロバナジン酸イオン、水
素ピロバナジン酸イオン、カルボン酸イオンおよび炭酸
水素イオンが好ましい。アニオンは複数種存在していて
もよい。アニオンは一般的なイオン交換手法により容易
に交換可能である。また、反応に用いる水に所望のアニ
オンを存在させておくことにより、反応中にアニオン交
換を行うことも可能である。(I)式の構造単位を有す
る陰イオン交換樹脂は、例えば特開平4−349941
号公報の記載に従って製造することができる。本発明で
使用するのに好適な陰イオン交換樹脂の他の1例は、下
記一般式(II)で表される構造単位を有するものであ
る。
を、Bは炭素数1〜8、好ましくは4〜8のアルキレン
基をそれぞれ表す。これらのアルキレン基には置換基と
してアルキル基が結合していてもよい。R1 〜R3 及び
X- は一般式(I)におけると同義である。ベンゼン環
はアルキル基、例えば炭素数1〜4のアルキル基やハロ
ゲン原子で置換されていてもよく、またナフタレン環、
アントラセン環などの縮合芳香環を形成していてもよ
い。)
されるアルキレン基としては、メチレン基及びエチレン
基のほか、一般式(I)のRが表すアルキレン基として
例示したものと同様のものが挙げられる。(II)式の構
造単位を有する陰イオン交換樹脂は、例えば特開平7−
289921号公報の記載に従って製造することができ
る。
重合体を基体とし、これに鎖長が3原子以上の連結基を
介して第4級アンモニウム基が結合している陰イオン交
換樹脂の存在下に、アルキレンオキシドと水とを反応さ
せてアルキレングリコール類を生成させる。アルキレン
オキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピ
レンオキシドなどの脂肪族アルキレンオキシド、スチレ
ンオキシドなどの芳香族アルキレンオキシドなどを用い
ることができるが、特にエチレンオキシド、プロピレン
オキシドが好適である。
行うこともできる。炭酸ガスの存在は、特にアニオンが
ヒドロキシイオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イ
オンである場合に好ましい。なお、ヒドロキシルイオン
の場合は、実質的に炭酸水素イオン型の陰イオン交換樹
脂を用いるのに等しいと考えられる。不活性ガスとして
は窒素、アルゴン、ヘリウムなどを用いることができ
る。
続式のいずれでもよい。原料の水とアルキレンオキシド
とのモル比は、通常、1/1〜10/1、好ましくは
1.2/1〜6/1の範囲である。水の割合がこの範囲
未満ではジアルキレングリコール、トリアルキレングリ
コール等の副生物の生成量が増加し、アルキレングリコ
ールの選択性が悪化する。逆に水の割合がこの範囲より
過大になると、反応器もより大きなものが必要となり、
また精製系で水を生成物から分離する際に多大なエネル
ギーを必要とすることになる。反応温度は、通常、50
〜200℃、好ましくは60〜160℃である。反応圧
力は、通常、0.1〜5MPa、好ましくは0.2〜2
MPaの範囲である。
説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下
の実施例に限定されるものではない。なお実施例中の転
化率、選択率は次式によって算出した。 プロピレンオキシド転化率={(プロピレンオキシドの
消費モル数)/(仕込みのプロピレンオキシドのモル
数)}×100(%) プロピレングリコール選択率={(プロピレングリコー
ルの生成モル数)/(プロピレンオキシドの消費モル
数)}×100(%) ジプロピレングリコール選択率={(ジプロピレングリ
コールの生成モル数)/(プロピレンオキシドの消費モ
ル数)}×200(%) トリプロピレングリコール選択率={(トリプロピレン
グリコールの生成モル数)/(プロピレンオキシドの消
費モル数)}×300(%)。 エチレンオキシド転化率={(エチレンオキシドの消費
モル数)/(仕込みのエチレンオキシドのモル数)}×
100(%) エチレングリコール選択率={(エチレングリコールの
生成モル数)/(エチレンオキシドの消費モル数)}×
100(%) ジエチレングリコール選択率={(ジエチレングリコー
ルの生成モル数)/(エチレンオキシドの消費モル
数)}×200(%) トリエチレングリコール選択率={(トリエチレングリ
コールの生成モル数)/(エチレンオキシドの消費モル
数)}×300(%)。 また、触媒の陰イオン交換樹脂としては下記のものを用
いた。
レンとジビニルベンゼンとを水性媒体中で懸濁重合させ
て架橋共重合体とし、これにトリメチルアミンを反応さ
せて4級アンモニウム型の陰イオン交換樹脂とし、次い
で炭酸水素ナトリウム水溶液で炭酸水素塩に転換するこ
とにより調製した下記式(IV)で表される構造単位を有
する陰イオン交換樹脂(Cl型での交換容量1.27m
eq/ml、水分含有量45.7%)
チレンとジビニルベンゼンとを水性媒体中で懸濁重合さ
せて得た架橋共重合体に、触媒Aと同様の処理を施して
調製した下記式(V)で表される構造単位を有する陰イ
オン交換樹脂(Cl型での交換容量1.10meq/m
l、水分含有量52.7%)
するスチレンとジビニルベンゼンとを水性媒体中で懸濁
重合させて得た架橋共重合体に、触媒Aと同様の処理を
施して調製した下記式(VI)で表される構造単位を有す
る陰イオン交換樹脂(Cl型での交換容量1.21me
q/ml、水分含有量46.6%)
素ナトリウム水溶液でイオン交換して調製(ダイアイオ
ンは三菱化学社の製品で、スチレン−ジビニルベンゼン
共重合体骨格に、トリメチルアミノメチル基が結合した
構造を有している。Cl型での交換容量1.26meq
/ml、水分含有量45%。ダイアイオンは三菱化学社
の登録商標)
(バイエル社製商品名:交換容量1.4eq/l、水分
含有量43〜49%)を、炭酸水素ナトリウム水溶液で
イオン交換して調整したもの 触媒F;触媒Aの調製過程で得られた陰イオン交換樹脂
を、モリブデン酸ナトリウム水溶液でイオン交換するこ
とにより調製した下記式(VII)で表される構造単位を有
する陰イオン交換樹脂
オン交換樹脂を、モリブデン酸ナトリウム水溶液でイオ
ン交換することにより調製した下記(VIII)式で表され
る構造単位を有する陰イオン交換樹脂
オン交換樹脂をモリブデン酸ナトリウム水溶液でイオン
交換することにより調製した下記式(IX)で表される構
造単位を有する陰イオン交換樹脂
デン酸ナトリウム水溶液でイオン交換して調製 触媒J;DOWEX MSA−1(ダウケミカル社製商
品名:交換容量1.2eq/l、水分含有量57〜63
%)を、モリブデン酸ナトリウム水溶液でイオン交換し
て調整したもの 実施例1 SUS製の内容積30mlのオートクレーブに、湿潤状
態の触媒2g、水5.4g及びプロピレンオキシド8.
7gを装入した。オートクレーブを150℃の油浴に浸
漬し、撹拌しながら1.5時間反応させた。反応温度は
140℃であった。反応液をガスクロマトグラフィーで
分析した。結果を表1に示す。
と同じ条件で反応を行うことを3回反復した(触媒は毎
回水洗して用いた)。3回目の反応結果を表2に示す。
態の触媒2g、水5.4g及びプロピレンオキシド8.
7gを装入した。オートクレーブを150℃の油浴に浸
漬し撹拌しながら1.5時間反応させたのち、オートク
レーブを150℃の油浴に浸漬したまま48時間保持し
た。反応液から触媒を分離して水洗したのち、これを用
いて実施例1と同じ条件で反応を行った。結果を表3に
示す。
潤状態の触媒40ml、水270g及びエチレンオキシ
ド132gを装入した。触媒としてAおよびDを用い、
オートクレーブを反応温度が120に維持されるよう加
熱し、攪拌しながら2時間反応させた。反応液をガスク
ロマトグラフィーで分析した。結果を下記表4に示す。
で用いる基体と第4級アンモニウム基とが鎖長が3原子
以上の連結基を介して結合している陰イオン交換樹脂
は、高温に長時間さらされても高い選択率でアルキレン
グリコールを与える。
Claims (10)
- 【請求項1】 触媒の存在下にアルキレンオキシドと水
とを反応させてアルキレングリコール類を製造するにあ
たり、触媒としてビニル芳香族化合物の重合体を基体と
し、その芳香族基に鎖長が3原子以上の連結基を介して
第4級アンモニウム基が結合した構造を有する陰イオン
交換樹脂を使用することを特徴とするアルキレングリコ
ール類の製造方法。 - 【請求項2】 触媒が、下記一般式(I)で表される構
造単位を有する陰イオン交換樹脂であることを特徴とす
る請求項1に記載のアルキレングリコール類の製造方
法。 【化1】 (式中、Rは、中間に環状炭化水素基を含んでいてもよ
い炭素数3〜10のアルキレン基を表し、これらの基は
さらにアルキル基で置換されていてもよい。R1〜R3
は、それぞれ炭素数1〜4のアルキル基又はアルカノー
ル基を表し、X-はアニオンを表す。ベンゼン環はアル
キル基又はハロゲン原子で置換されていてもよく、また
縮合芳香環を形成していてもよい。) - 【請求項3】 触媒が、下記一般式(II)で表される構
造単位を有する陰イオン交換樹脂であることを特徴とす
る請求項1または2に記載のアルキレングリコール類の
製造方法。 【化2】 (式中、Aは炭素数1〜4のアルキレン基を、Bは炭素
数1〜8のアルキレン基を表し、それぞれさらにアルキ
ル基で置換されていてもよい。R1 〜R3 は、それぞれ
炭素数1〜4のアルキル基又はアルカノール基を表し、
X- はアニオンを表す。ベンゼン環はアルキル基又はハ
ロゲン原子で置換されていてもよく、また縮合芳香環を
形成していてもよい。) - 【請求項4】 触媒がビニル芳香族化合物の架橋共重合
体を基体とする陰イオン交換樹脂であることを特徴とす
る請求項1ないし3のいずれかに記載のアルキレングリ
コール類の製造方法。 - 【請求項5】 架橋共重合体がスチレンとジビニルベン
ゼンとの共重合体であることを特徴とする請求項4に記
載のアルキレングリコール類の製造方法。 - 【請求項6】 アルキレンオキシドが、エチレンオキシ
ド又はプロピレンオキシドであることを特徴とする請求
項1ないし5のいずれかに記載のアルキレングリコール
類の製造方法。 - 【請求項7】 アニオンが、ヒドロキシルイオン、塩素
イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、モリブデン酸イオ
ン、タングステン酸イオン、メタバナジン酸イオン、ピ
ロバナジン酸イオン、水素ピロバナジン酸イオン、亜硫
酸水素イオン、カルボン酸イオン、又は炭酸水素イオン
であることを特徴とする請求項2ないし6のいずれかに
記載のアルキレングリコール類の製造方法。 - 【請求項8】 アニオンが、モリブデン酸イオン、タン
グステン酸イオン、メタバナジン酸イオン、ピロバナジ
ン酸イオン、水素ピロバナジン酸イオン、カルボン酸イ
オン、又は炭酸水素イオンであることを特徴とする請求
項2ないし6のいずれかに記載のアルキレングリコール
類の製造方法。 - 【請求項9】 反応温度が50〜200℃であることを
特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載のアルキ
レングリコール類の製造方法。 - 【請求項10】 反応圧力が0.1〜5MPaであるこ
とを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載のア
ルキレングリコール類の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11179198A JP3815045B2 (ja) | 1997-04-30 | 1998-04-22 | アルキレングリコール類の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11209897 | 1997-04-30 | ||
JP9-112098 | 1997-04-30 | ||
JP11179198A JP3815045B2 (ja) | 1997-04-30 | 1998-04-22 | アルキレングリコール類の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH1112206A true JPH1112206A (ja) | 1999-01-19 |
JP3815045B2 JP3815045B2 (ja) | 2006-08-30 |
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ID=26451103
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JP11179198A Expired - Fee Related JP3815045B2 (ja) | 1997-04-30 | 1998-04-22 | アルキレングリコール類の製造方法 |
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JP (1) | JP3815045B2 (ja) |
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