JPS5833244B2 - Manufacturing method of polytetramethylene glycol - Google Patents

Manufacturing method of polytetramethylene glycol

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JPS5833244B2
JPS5833244B2 JP9918879A JP9918879A JPS5833244B2 JP S5833244 B2 JPS5833244 B2 JP S5833244B2 JP 9918879 A JP9918879 A JP 9918879A JP 9918879 A JP9918879 A JP 9918879A JP S5833244 B2 JPS5833244 B2 JP S5833244B2
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JP
Japan
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temperature
reaction
polytetramethylene glycol
catalyst
reaction mixture
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JP9918879A
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JPS5624421A (en
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ミチオ 岡
修身 柳田
敏行 末吉
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Mitsubishi Kasei Corp
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Mitsubishi Kasei Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はポリテトラメチレングリコール(以下PTMG
と略称する)の製造法に関する。
Detailed Description of the Invention The present invention relates to polytetramethylene glycol (hereinafter referred to as PTMG).
(abbreviated as )).

更に詳しくは、本発明は、フルオロ硫酸(以下FSAと
略称する)を触媒とするテトラヒドロフラン(以下TH
Fと略称する)の重合反応生成物を加水分解してPTM
Gを製造する方法の改良に関するものである。
More specifically, the present invention utilizes tetrahydrofuran (hereinafter referred to as TH) using fluorosulfuric acid (hereinafter referred to as FSA) as a catalyst.
PTM is obtained by hydrolyzing the polymerization reaction product of
This invention relates to an improvement in a method for manufacturing G.

PTMGは開環重合触媒の存在下THFを開環重合させ
て製造され、各種ポリウレタン及びポリエステル等の原
料として使用されるが、工業的に価値あるPTMGは分
子量が650〜2500程度の製品であることはよく知
られている。
PTMG is produced by ring-opening polymerization of THF in the presence of a ring-opening polymerization catalyst and is used as a raw material for various polyurethanes and polyesters, but industrially valuable PTMG is a product with a molecular weight of about 650 to 2,500. is well known.

THFの開環重合触媒としては、F’SA、過塩素酸、
五弗化隣等が知られているが、FSAを触媒として使用
し重合を行なうと、重合反応混合物を単に水で加水分解
することにより容易にポリマー末端を水酸基にすること
ができるという利点がある。
As a ring-opening polymerization catalyst for THF, F'SA, perchloric acid,
Pentafluoride and the like are known, but polymerization using FSA as a catalyst has the advantage that the terminal of the polymer can be easily converted into a hydroxyl group by simply hydrolyzing the polymerization reaction mixture with water. .

PTMGの分子量調節は、反応温度、反応時間、触媒使
用量等の増減によりなされ、FSAを触媒とする場合に
は、通常原料のTHFに0.5〜20重量%のFSAを
添加し、通常10〜50℃の一定温度で数時間反応させ
ることにより行なわれる。
The molecular weight of PTMG is adjusted by increasing or decreasing the reaction temperature, reaction time, amount of catalyst used, etc. When FSA is used as a catalyst, 0.5 to 20% by weight of FSA is usually added to THF as a raw material, and This is carried out by reacting for several hours at a constant temperature of ~50°C.

しかし、THFの開環重合は発熱反応であり、しかもそ
の発熱は反応初期の短時間に集中するから(約30分間
)、反応初期に於て、反応温度を一定に保とうとする場
合には、除熱が必要である。
However, the ring-opening polymerization of THF is an exothermic reaction, and the heat is concentrated in a short period of time at the beginning of the reaction (approximately 30 minutes), so when trying to keep the reaction temperature constant at the beginning of the reaction, Heat removal is required.

従来、この除熱は、冷却、THF還流等によりなされ、
反応初期より温度一定となるよう温度制御を行っていた
が、この操作は容易でなく、特に触媒量を多く必要とす
る低分子量PTMGの生産時に問題となり、ともすれば
反応温度の振幅が太き(なって正確な分子量制御は困難
である。
Conventionally, this heat removal is done by cooling, THF reflux, etc.
Temperature control was performed to keep the temperature constant from the beginning of the reaction, but this operation is not easy and becomes a problem, especially when producing low molecular weight PTMG that requires a large amount of catalyst, and the amplitude of the reaction temperature may become large. (Accurate molecular weight control is therefore difficult.

又、反応温度の振れが甚だしい場合には分子量分布も広
がる傾向にある。
Furthermore, when the reaction temperature fluctuates significantly, the molecular weight distribution also tends to widen.

本発明者らは、このような事情に鑑み、工業的に価値の
ある分子量約650〜2500のPTMGを工業的有利
に製造する方法を見出すべく鋭意検討した結果、触媒の
使用量、熱量、収率及び反応の制御の面からみて、従来
法より有利な方法を見い出し、本発明に到達した。
In view of these circumstances, the present inventors conducted extensive studies to find an industrially advantageous method for producing PTMG having an industrially valuable molecular weight of approximately 650 to 2,500. We have discovered a method that is more advantageous than conventional methods in terms of rate and control of the reaction, and have arrived at the present invention.

すなわち、本発明は、FSAを触媒としてTHFを重合
させ、得られた重合反応生成物に水を加え、加水分解し
てPTMGを製造する方法に於いて、実質的にテトラヒ
ドロフランとフルオロ硫酸を混合して発生する熱のみに
よって反応混合物を最高反応温度に到達させ、その後3
0℃〜45°Cまで冷却して反応させることによりポリ
テトラメチレングリコールを製造することを要旨とする
That is, the present invention involves polymerizing THF using FSA as a catalyst, adding water to the obtained polymerization reaction product, and hydrolyzing it to produce PTMG, in which substantially tetrahydrofuran and fluorosulfuric acid are mixed. The reaction mixture was allowed to reach the maximum reaction temperature solely by the heat generated by
The gist is to produce polytetramethylene glycol by cooling to 0°C to 45°C and reacting.

本発明の好ましい実施態様に於ては、最高反応温度が5
0℃〜70℃に到達した後、1時間以内に反応混合物を
30℃〜45℃まで冷却して、この温度に2時間以上保
つ。
In a preferred embodiment of the invention, the maximum reaction temperature is 5
After reaching 0°C to 70°C, the reaction mixture is cooled to 30°C to 45°C within 1 hour and kept at this temperature for at least 2 hours.

次に本発明を更に詳細に説明する。Next, the present invention will be explained in more detail.

FSAを触媒としてTHFを重合する場合、FSAの使
用量は、目的とするPTMGの分子量により異なるが、
分子量650〜2500のPTMGを得るには、THF
に対して0.5〜15重量%、好ましくは1〜IO重量
%の範囲から選択される。
When THF is polymerized using FSA as a catalyst, the amount of FSA used varies depending on the molecular weight of the target PTMG, but
To obtain PTMG with a molecular weight of 650 to 2500, THF
The amount is selected from the range of 0.5 to 15% by weight, preferably 1 to 1% by weight.

THFの重合は、反応初期急激な発熱を伴うが、この際
発生する熱を全然除かないかあるいは極く一部除いて反
応混合物を最高温度に到達させる。
The polymerization of THF is accompanied by rapid heat generation at the initial stage of the reaction, but the heat generated at this time is not removed at all or is removed only partially to allow the reaction mixture to reach the maximum temperature.

この最高反応温度は、好ましくは、50℃〜70℃、さ
らに好ましくは、55℃〜65℃であり、好ましくはこ
の温度に一時間以内保って触媒を活性化し、次いで反応
混合物と好ましくは、30℃〜45℃、さらに好ましく
は、35℃〜45℃に2時間以上維持することにより、
重合が行なわれる。
This maximum reaction temperature is preferably between 50°C and 70°C, more preferably between 55°C and 65°C, preferably kept at this temperature for no more than one hour to activate the catalyst, and then the reaction mixture preferably By maintaining the temperature at ℃ to 45℃, more preferably 35℃ to 45℃ for 2 hours or more,
Polymerization takes place.

周知のとおり、FSA触媒におけるTHFの開環重合は
まずTHFの酸素原子にFSAのプロトンが付加して安
定なオキソニウムイオンを形成し、別のTHF分子が、
オキソニウムイオン中の酸素原子に隣接する活性メチレ
ン基を求核的に攻撃することにより開環をおこし、次い
でこの活性オキソニウムイオンが他のTHF分子と反応
して開環する。
As is well known, in the ring-opening polymerization of THF using an FSA catalyst, a proton of FSA is first added to the oxygen atom of THF to form a stable oxonium ion, and another THF molecule
Ring opening occurs by nucleophilic attack on the active methylene group adjacent to the oxygen atom in the oxonium ion, and then the active oxonium ion reacts with other THF molecules to open the ring.

順次同様な反応が進行して長い触媒活性のある重合体鎖
になると推測される。
It is presumed that similar reactions proceed one after another to form a long polymer chain with catalytic activity.

同一分子量の重合体を作る場合、分子量は、温度一定な
らば活性種濃度により決定され、活性種濃度が高い程分
子量は小さく、又、活性種濃度は同一触媒量に対して温
度を上げる程高くなりある一定の値に近づくものと推論
される。
When producing polymers with the same molecular weight, the molecular weight is determined by the concentration of active species if the temperature is constant; the higher the concentration of active species, the lower the molecular weight, and the higher the concentration of active species is as the temperature increases for the same amount of catalyst. It is inferred that the value approaches a certain value.

それ故、本発明の意図するところは、反応温度制御が難
しい反応初期は除熱することなく、重合熱による発熱に
まかせると同時に触媒を活性化させ、活性種濃度を高く
し有効触媒濃度を上げることにある。
Therefore, the purpose of the present invention is to allow heat to be generated by polymerization heat without removing heat during the initial stage of the reaction, where it is difficult to control the reaction temperature, and at the same time activate the catalyst to increase the active species concentration and increase the effective catalyst concentration. There is a particular thing.

しかし、重合熱のみによる温度上昇は、触媒量あるいは
放熱により異なるが、一般的にFSA滴下時の温度を3
0℃以下とした場合70℃を越えることはほとんどなく
、又、高温では活性種の失活も予想されるので、活性化
条件としては反応混合物の最高温度を好ましくは、50
℃〜70’C1さらに好ましくは55℃〜65℃の範囲
とすることが望ましい。
However, the temperature increase due only to polymerization heat varies depending on the amount of catalyst or heat dissipation, but generally the temperature at the time of dropping FSA is set to 3.
If the temperature is below 0°C, it will hardly exceed 70°C, and deactivation of active species is expected at high temperatures.
It is desirable to set it as the range of 55 degreeC - 65 degreeC more preferably 70'C1.

一方、収率は、反応温度が高い程低く、45℃〜50℃
を境にして急激に低下する傾向がある為、収率の面から
見れば反応温度は低い方が望ましいが、あまり低く下げ
過ぎると、平衡に達するのに長時間を要すこと及び同一
分子量の重合体を得るのに触媒量を多く使用しなげれば
ならない事等により反応温度は好ましくは30℃〜45
℃、更に好ましくは、35℃〜45℃に維持し、一定の
分子量を得る為、2時間以上その温度を保持するのが好
ましい。
On the other hand, the higher the reaction temperature, the lower the yield, 45°C to 50°C.
From the viewpoint of yield, it is desirable to lower the reaction temperature, but if it is lowered too low, it will take a long time to reach equilibrium and Because a large amount of catalyst must be used to obtain the polymer, the reaction temperature is preferably 30°C to 45°C.
℃, more preferably 35°C to 45°C, and in order to obtain a constant molecular weight, it is preferable to maintain the temperature for 2 hours or more.

以上詳述した如く、本発明によれば触媒の使用量、熱量
、収率及び反応の制御の面から見て工業的に有利にPT
MGを製造することが可能である。
As described in detail above, according to the present invention, PT
It is possible to manufacture MG.

なお重合反応終了後の処理は、従来法と同様にして行な
われる。
The treatment after the completion of the polymerization reaction is carried out in the same manner as in the conventional method.

すなわち、重合反応混合物に水を添加し、これを加熱し
て加水分解しく所望により、未反応THFを同時に回収
する。
That is, water is added to the polymerization reaction mixture, which is heated to be hydrolyzed and, if desired, unreacted THF is recovered at the same time.

)、PTMG層を分離し、次いでアルカリを添加して、
FSA触媒の分解で生じた酸分を中和し、未反応THF
を回収した後ベンゼン、トルエン、n−ブタノール等の
有機溶媒を添加して共沸蒸留により水分を除き、塩類を
濾過分離する。
), separating the PTMG layer, then adding alkali,
Neutralizes the acid content generated by decomposition of the FSA catalyst and removes unreacted THF.
After recovering, organic solvents such as benzene, toluene, n-butanol, etc. are added, water is removed by azeotropic distillation, and salts are separated by filtration.

濾過後有機溶媒を減圧蒸留により除去するとPTMGが
得られる。
After filtration, the organic solvent is removed by vacuum distillation to obtain PTMG.

次に本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発
明はその要旨を超えない限りこれらの実施例に限定され
るものではない。
Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples unless the gist thereof is exceeded.

実施例 1 THF400S’を氷冷して10℃に保った後、攪拌し
ながら、FSA30.6Pを滴下した。
Example 1 After ice-cooling THF400S' and keeping it at 10°C, FSA30.6P was added dropwise while stirring.

滴下に要した時間は20分である。The time required for dropping was 20 minutes.

滴下開始と同時に水冷をやめ、反応混合物の発熱による
温度上昇を成り行きにまかせた。
At the same time as the dropwise addition started, water cooling was stopped, and the temperature rise due to heat generation of the reaction mixture was allowed to take its course.

その結果、56℃まで温度が上昇し、その後下降し始め
た。
As a result, the temperature rose to 56°C and then began to fall.

最高温度に到達後10分間成り行きにまかせた後(この
10分間をピーク保持時間とする。
After reaching the maximum temperature, let it take its course for 10 minutes (this 10 minutes is the peak retention time).

)、35℃まで急冷し、次いで、窒素気流中35℃で攪
拌下5時間反応させてから水400?を加え、70℃5
時間攪拌を行なって加水分解した。
), rapidly cooled to 35°C, then reacted at 35°C in a nitrogen stream for 5 hours with stirring, and then cooled to 400°C with water. Add and heat to 70℃5
Hydrolysis was carried out by stirring for hours.

加熱、攪拌を停止するとPTMG層と水層に分離した。When heating and stirring were stopped, the mixture was separated into a PTMG layer and an aqueous layer.

水層を除去した後温水20(lを加え、70℃で30分
間攪拌してPTMG層中の含有酸分を洗浄した。
After removing the aqueous layer, 20 (l) of warm water was added and stirred at 70°C for 30 minutes to wash away the acid content in the PTMG layer.

水層を静置分離し、PTMG層に少量台まれる残存酸分
を水酸化カルシウムにより中和した後100℃まで加熱
して未反応THFを回収し、トルエンを加えて共沸蒸留
により残存する水分を除去し、中和で生じた塩類を濾過
して除いた。
Separate the aqueous layer by standing, neutralize the residual acid present in a small amount in the PTMG layer with calcium hydroxide, heat it to 100°C to recover unreacted THF, add toluene, and remove the remaining acid by azeotropic distillation. Water was removed and salts formed during neutralization were filtered off.

濾過後、トルエンを減圧蒸留により除くと、無色(AP
RAIO以下)透明な分子量1480のPTMGが得ら
れた。
After filtration, toluene is removed by vacuum distillation, resulting in a colorless (AP
A transparent PTMG with a molecular weight of 1480 was obtained.

この時の収率は685%であった。The yield at this time was 685%.

なお、分子量は無水フタール酸法により求めたOH価か
らの計算値であり、収率は、反応混合物中の未反応TH
Fを分析することにより下記の式で求めた値である。
In addition, the molecular weight is a calculated value from the OH value determined by the phthalic anhydride method, and the yield is the value calculated from the OH value determined by the phthalic anhydride method.
This is a value determined by the following formula by analyzing F.

比較例 1 実施例1と同じ<THF400fを10℃に氷冷し、F
SA30.6fを20分かげて滴下した。
Comparative Example 1 Same as Example 1 <THF400f was ice-cooled to 10°C, and F
SA30.6f was added dropwise over 20 minutes.

反応混合物の温度が上昇して35℃になった時点で氷冷
し、その後窒素気流中35℃で5時間攪拌反応させた。
When the temperature of the reaction mixture rose to 35°C, it was cooled with ice, and then reacted with stirring at 35°C in a nitrogen stream for 5 hours.

加水分解及び後処理は、実施例1と同様に行なった結果
、分子量1600のPTMGが得られ、この時の収率は
63.0%であった。
Hydrolysis and post-treatment were carried out in the same manner as in Example 1, and as a result, PTMG with a molecular weight of 1600 was obtained, with a yield of 63.0%.

実施例 2〜8(比較例2〜5) 実施例1におけるFSA滴下開始時のTHF設定温度、
触媒量、触媒の活性化条件(最高反応温度及びピーク保
持時間)あるいは活性化後の反応温度を変えて実験した
結果を表−1に示す。
Examples 2 to 8 (Comparative Examples 2 to 5) THF set temperature at the start of FSA dropping in Example 1,
Table 1 shows the results of experiments conducted by changing the amount of catalyst, catalyst activation conditions (maximum reaction temperature and peak retention time), or reaction temperature after activation.

表1の比較例は、比較例1と同様反応初期より反応温度
を一定とした実験例である。
The comparative example in Table 1 is an experimental example in which the reaction temperature was kept constant from the initial stage of the reaction, similar to comparative example 1.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 フルオロ硫酸を触媒としてテトラヒドロフランを重
合させ、得られた重合反応混合物に水を加え、加水分解
してポリテトラメチレングリコールを製造する方法に於
て、実質的に、テトラヒドロフランとフルオロ硫酸とを
混合して発生する熱のみによって反応混合物を最高反応
温度に到達させ、その後30℃〜45℃まで冷却して反
応させることを特徴とするポリテトラメチレングリコー
ルの製造法。 2、特許請求の範囲第1項記載のポリテトラメチレング
リコールの製造法に於て、最高反応温度が50℃〜70
℃に到達した後、1時間以内に反応混合物を30℃〜4
5℃まで冷却して、この温度に2時間以上保つことを特
徴とする方法。 3 特許請求の範囲第1項記載のポリテトラメチレング
リコールの製造法に於て、最高反応温度が55℃〜65
℃であることを特徴とする方法。 4 特許請求の範囲第2項記載のポリテトラメチレング
リコールの製造法において、反応混合物を35℃〜45
℃まで冷却することを特徴とする方法。
[Claims] 1. In a method for producing polytetramethylene glycol by polymerizing tetrahydrofuran using fluorosulfuric acid as a catalyst, adding water to the resulting polymerization reaction mixture, and hydrolyzing the mixture, substantially tetrahydrofuran and A method for producing polytetramethylene glycol, which comprises allowing the reaction mixture to reach the maximum reaction temperature using only heat generated by mixing with fluorosulfuric acid, and then cooling the reaction mixture to 30°C to 45°C for reaction. 2. In the method for producing polytetramethylene glycol according to claim 1, the maximum reaction temperature is 50°C to 70°C.
After reaching ℃, the reaction mixture was heated from 30℃ to 4℃ within 1 hour.
A method characterized by cooling to 5°C and maintaining this temperature for 2 hours or more. 3. In the method for producing polytetramethylene glycol according to claim 1, the maximum reaction temperature is 55°C to 65°C.
℃. 4 In the method for producing polytetramethylene glycol according to claim 2, the reaction mixture is heated at 35°C to 45°C.
A method characterized by cooling to ℃.
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