JPS5925387A - トリオキサンの気相合成法 - Google Patents

トリオキサンの気相合成法

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JPS5925387A
JPS5925387A JP57133638A JP13363882A JPS5925387A JP S5925387 A JPS5925387 A JP S5925387A JP 57133638 A JP57133638 A JP 57133638A JP 13363882 A JP13363882 A JP 13363882A JP S5925387 A JPS5925387 A JP S5925387A
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heteropolyacid
trioxane
formaldehyde
acid
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一彦 松崎
Junzo Masamoto
正本 順三
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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  • Heterocyclic Compounds That Contain Two Or More Ring Oxygen Atoms (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トリオキサンの新規な合成法に関するもので
あり、更に詳しくは気相状態のホルムアルデヒドを、相
体に担持されたへテロポリ酸と接触させる事によって、
トリオキサンに転化させる方法に関するものである。
トリオキサンは、ホルムアルデヒドの環状3量体であり
、主としてポリオキシメチレンの出発原料として用いら
れる。
トリオキサンの合成法については、舷多くの横側が成さ
れている。最も慣用的な合成法は、硫酸、リン酸等の酸
性触媒を用いて、ホルムアルデヒドを液相状態で加熱す
る方法である。
液相状態でのトリオキサンの合成に際しては(1)  
副反応に起因するギ酸、メタノール、ギ酸メチル等の副
生物の増加、(2)パラホルムの析出、(3)  酸性
触媒に起因する材質の爬食が問題となる。
一方特公昭40−12898号公報においては、金属酸
化物を固体酸触媒とするトリオキサンの製法が開示され
ている。また特公昭40−20552号公報に、おいて
は、金属の硫酸塩、カチオン交換樹脂を固体酸触媒とす
るトリオキサンの合成法が示されている。これらの固体
酸触媒を用いる方法においては副反応が頻発し、得られ
たトリオキサンに含有される副生成物の量が著るしく多
く、純度の高いトリオキサンを得る事が困錐である。十
分な分子量を有するポリオキシメチレンを得るためには
、出発原料として用いられるべきトリオキサンは、極め
て純粋である事が必要であり、これらの方法はこの要請
に応える事が出来ない、。
特公昭44−30735号公報においては、ガス状半量
状のホルムアルデヒドをシリカゲルに保持された硫酸、
リン酸と接触させる事が述べられている。
この方法では、ガス状ホルムアルデヒド中に含まれる水
分量が20チを越えるとパラホルムが析出する欠点があ
り、使用するホルムアルデヒド原料が制限される。則ち
この方法では、ホルムアルデヒド源として通常用いられ
るホルマリンを原料として用いる事が不可能であり、α
−ポリオキシメチレン等の高価な原料を用いざるを得な
い。
本発明者的は、トリオキサンの合成方法を広く検討した
結果、気相状態のホルムアルデヒドを、担体に担持され
たへテロポリ酸と接触させる事により純度の良好庁トリ
オキサンを高い収率で合成しうる律を見い出し本発明を
完成するに至った。
即ち、本発明は、気相状態のホルムアルデヒドを、担体
に担持されたヘテロポリ酸と接触させるトリオキサンの
製造方法である。
本発明において目2.担体に担持されたヘテロポリ酸が
トリオキサン合成触媒として用いられる。
ヘテロポリ酸は、一般式 %式% で表わされる異核縮合酸である。ここでMは中心元素、
M′は配位元素を示す。丑たXは0.1〜1o、yけ6
〜30.2け10〜80、nは1より大きい数、mはO
〜40の範囲を示す。
Mで表わされる中心元素は、P、 B、 Si 、 G
e、 Sn。
As、 Sb、 U、 Mn、 1(e、 Cu、 N
i、 Co、 Fe、 Ce、 Th、Crよシ成る群
から選ばれる。中心元素としては p。
Sl 、 B、 Ge、 Cu、 Snが好ましく、更
にはP、 Siが特に好ましい。
一方、M′で表わされる配位元素は、W、 Mo 、 
V 。
Nb  より成る群から選ばれ、W、 Mo 、 V 
が特に好ましい。
これらの中心元素と配位元素の組み合せよりなるヘテロ
ポリ酸の中でも入手の容易さの観点より特に、ケイタン
グステン酸、ケイモリブデン酸、リンタングステン酸、
リンモリブデン酸が特に好せしい。
ヘテロポリ酸は一種類のみ単独で用いる事も出来るし、
或いは二種類以上混合して用いる事も可能である。また
中心元素が二種類もしくはそれ以上の元素よ殴なるヘテ
ロポリ酸も本発明では有効に用いる事が出来る。
本発明でヘテロポリ酸を担持すべき担体としては、シリ
カ、アルミナ、ケイソウ土、活性炭、ゼオライト、カオ
リン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、活性白土等の無
機担体、ポリオキシメチレン、ポリアミド、ポリフェニ
レンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリスチレ
ン%ABS It JIFf等の有機担体があげられる
担持率、即ち担体100重介部当りに相持される結晶水
を除いたヘテロポリ酸の重量(部)は、0.1〜400
の間である。相持率が借すぎる場合には。
ホルムアルデヒドのトリオキサンへの転化率が低く、逆
に相持率が高すぎる場合には、副反応生成物が増加する
。相持率は、接触温度及び接触時間とのバランスにおい
て、実験により決定されるべきものである。
本発明においてはトリオキサン合成触媒として、気相状
態のホルムアルデヒドが用いられる。ヘテロポリ酸と接
触されるべきホルムアルデヒドの濃度は10〜100%
の範囲にあり、より好ましい濃度は30〜100係の範
囲である。ホルムアルデヒド濃度が低すぎる場合には、
トリオキサンへの転化率が低くなる。一方転化率の観点
からは、高濃度のホルムアルデヒドを用いる方が好捷し
いが、高濃度のホルムアルデヒドは、パラホルム、α−
ボリオキシメチレン等の高価な物質より得られるので、
高濃度ホルムアルデヒドを用いる事は、工業的には必ず
しも有利とは言えない。工業的に最も有利な合成原料は
、ホルマリン(ホルムアルデヒド濃度30〜70チ)を
加熱・気化させたものである。
本発明では、このホルマリンを気化させた蒸気ヲ効率ヨ
<用いる事が出来る。ホルムアルデヒド以外の物質、例
えば、水、メタノール等の化合物、窒素、炭酸ガス等の
不活性気体が高濃度で含有されている気相状態のホルム
アルデヒドも本発明においては、伺ら支障なく使用する
事が可能である。
本発明においては、ホルムアルデヒドは、気相状態で担
体に担持されたヘテロポリ酸と接触する。
接触時において、原料ホルムアルデヒド及び反応生成物
は気相状態を保つ事が必要であり、接触温度の下限は、
この観点よυ決定される。また接触温度を上げて行くと
、ホルムアルデヒドノトリオキサンへの転化率は低下し
、同時に副反応も増加する傾向にある。従って高すぎる
接触温度は選択すべきではない。
この様なf6((点から接触温度は通常50〜200℃
、より好捷しくけ70〜150℃の間で設定される。
また接触時間は、0.5〜600秒の間で設定される。
接触時間が短かすぎる場合には、ホルムアルデヒドのト
リオキサンへの転化が十分に適寸ない。一方接触時間が
長すぎる場合には、副反応生成物が増加する。JI速適
の接触時間は、ゾ25力によって容易に決定する事が出
来る。
次に木兄りJを工業的【τ実施する態様の1例は以下の
通りでを)る。
あらかじめ加熱されて気化したホルムアルデヒドを含む
ガスを、固定床として反応塔に充テンされた、相体に担
持されたヘテロポリ酸よりなる触媒層を通過させる。ホ
ルムアルデヒドガスの流れは、上から下へ、或い1づ一
下から上へのいづれの方向でも良い。また触妨層は、ジ
ャケットに蒸気或いは冷却水を通ず事によって、所定温
度となるよう調節される。反応塔を出たトリオキサンを
含む反応ガスは、次いで蒸留柑に壽びかれトリオキサン
が濃縮される。捷たは反応屹を出た反応ガスは、仕組操
作により、トリオキサンに富む部分が部分凝縮される。
この様にして濃縮されたトリオキサンは、次いで有機溶
剤で抽出された後、iV氷jされる。
以上詳細に述べて来た本発明の特徴は、次の通りである
(1)  副反応生成物が少なく、生成トリオキサンの
純度の高い事 従来公知の酸性触媒を用いてトリオキサンを合成する際
には、メタノール、ギ酸、ギ酸メチル、糖秋物等の化合
物が副反応により生成し、トリオキサンの純度を低下せ
しめていた。本発明の方法ではこれ等の化合物の生成量
が少なく、トリオキサンの純度が高い。本発明のトリオ
キサンは、容易に精製されて高純度トリオキサンとなシ
うるものである。
(2)パラホルム等の固体状物質の析出がない事(3)
材質の腐食がない事 本発明の方法を用いると、トリオキサン合成装置の材質
腐食が実質的に皆無となる。本発明以前に公知である酸
性触庁、たとえに丁硫酸を反応に用いると、材質は著る
しい腐食をうける。しかるに本発明の方法では、月質の
肘食は全く起こらず、トリオキサン合成装置の長期安定
運転が可能となる0 以下、実施例により本発明を説明するが本発明はこれら
の次施例により限定されるものでU]ない。
実施例1 (1)  触媒のuJ !li斃 リンタングステン酸H3CPW+zO4o)・29H2
0のsowt%、水溶液135frに、粒度を20〜8
0mesh(Tyler mesh )に調節した乾燥
シリカゲル100りrを加え、80℃にて15分間ダj
、TIかK 攪拌する。次いで攪拌を止めシリカゲルと
液とを戸別する。分離されたシリカゲルを、120℃に
て5時間10□H2の真空下で乾燥する。この様にして
調整された触媒のリンタングステン酸の担持率は、螢光
X線分析によると46.7 (リンタングステン酸−月
【f11部/シリカゲル−100重聞部)であった。
(2)トリオキサン合成 (1)にて調整した触媒100 CCをジャケットを有
する内径2.5tnrのステンレス管(8118304
製)に充テンする。このステンレス管の上方より、次の
組成を有するポルマリン蒸気を、45fr/T(の割合
で、1500時間に渡って連続的に供給する。
ホルムアルデヒド    55.3  wt%水   
           43.9  wt襲メタノール
      0.8  wt慢ヤギ酸        
490  ppmギ酸メチル      83  pp
mジャケットに熱媒を通す事によってステンレス管に充
テンされた触媒層の温度を106℃に維持する。ステン
レス管の下部より出てくる反応ガスを所定時間毎にサン
プリング・分析したと。
こる次の組成を有していた。
以下余白 上衣より明らか力如く、ホルムアルデヒドのトリオキサ
ンへの転化率は高い。またメタノール、ギ酸、ギ酸メチ
ルの増力1j率は非常に低く、高純度のトリオキサンが
取イ(1出来ている。
また1500時間経過したところで反応を停止し、触媒
層のa案を行なったが、パラホルム等の固体状物鋼の析
出は全く認められなかった。またステンレス管内面の顕
微鏡組織観察の結果、何ら異常は見い出せなかった。
実施例2〜1O (1)触媒の調整 第19に示したヘテロポリ酸の45wt%水溶液2oo
yr に、粒度を20−80 mesh K調節した、
jg1表に示す担体150fr を加え、95℃にて3
0分間攪拌した。担体と液との分離後、担体を真空乾燥
した。この様にして調整された各々の触媒について、螢
光X線を用いて、ヘテロポリ酸の担持率を求め、第1表
に結果を示した。
(2)トリオキサン合成 (1)Kて方周整した乃虫媒120ωを、ジャケットを
有する内径lイ′ンテのステンレス管(Sus 316
1M)に充テンした。このステンレス管の下方よシ、次
の組成を有するホルマリン蒸気を60fr/Hの割合で
500時間連続的に供給した。この間触媒層の温度は1
08℃に維持した。ステンレス管の上部より出てくる反
応ガスを分析し、結果を第1六に併〜せて示した。
ポルマリン蒸気組成 ホルムアルデヒド   (wt%)   $2.5  
wt%水         (wt%)   36.8
  wt%メタノール  (wtチ)0.7wt%ギ 
    酸    (pPm)    390  1’
lpmギ酸メチル  (ppm)   90  ppm
いづれの実施例においても、副反応生成物含有率の低い
トリオキサンが効率よく合成されている。またいづれの
実施例においても固体状析出物の析出及び腐食d[全く
認められなかった。
比較例1 (1)固体酸触Iν、の調整(特公昭44−30735
号公報の方法)6粒度20〜80 meahのシリカゲ
ルZo。
fr VC硫酸5饅水溶液200frを加え、次いで水
を蒸発させ、最後にSvug■i?の圧力下、150℃
で5時間乾燥させる。この方法で得られた触媒のイヴC
酸担持率は10(硫酸−正月一部/シリカゲルー100
重量部)である。
(2)トリオキサン合成 実力(h例1において用いた触媒に代えて、上記(1)
にて調整した触媒を用いた以外は、全て実施例1と同じ
試薬・装置を用い、実施例1と同じ操作を操り返した。
結果を第1表に併せて示した。硫酸触媒を用いるとメタ
ノール、ギ酸、ギ酸メチルの生成量が多い事が第1衣よ
り明らかとなる。また1500時間経過後の触媒層には
、パラホルムと穂状固形物の析出が認められた。
またステンレス管の腐食にょシ、触#I!:層がFe。
Cr、Ni  で汚染されていた。
比較例2〜4 実施例1において用いた触媒に代えて、第1表に示した
固体酸触媒を用いた他は、全て実施例1と同じ試薬・装
置を用い、実施例1と同じ操作を操り返した。結果を第
1表に併せて示した。いづれの比較例においても、副生
成物の発生量は多く、触媒層に固形状析出物が認められ
た。また活性白土、シリカゲル−アルミナ混合物は触媒
活性が低く、ホルムアルデヒドを十分トリオキサンに転
化せしめない。
実施例11〜15 (1)触媒の調整 ケイタングステン酸H4[siw、、o4.)−3on
、o (D60 wt ’16水溶液1250 frに
、粒度を20〜80 meshに調整した耐酸性ゼオラ
イト(商品名モレキュラーシーブAW300昭和ユノツ
クス■製)8002rを加え、90℃にて30分攪拌し
た後、担体と液を分離した。担体を180℃、減圧下に
て10時間加熱し、水分を蒸発せしめた。螢光X線を用
いて求めたケイタングステン酸の担持率は40チであっ
た。
(2)トリオキサン合成 (1)にて調整した触媒150 CCをジャケットを有
する内径1インチのステンレス管(Sus 304製)
に充テンした。このステンレス管の上方より、第2表に
示す組成を有するホルムアルデヒド蒸気を105りr/
)(の割合で供給した。この間触媒層の温度は118℃
に維持した。ステンレス管の上部より出てくる反応ガス
を分析し、結果を第2衣に示した。いづれの実施例にお
いても、冨11反応生成物含有率の低いトリオキサンが
得られている。
実施例16〜29 (1)  第3衣に示したヘテロポリ酸の50 wtチ
水溶液200りrに、粒度を40〜80mesh K調
節した、第3弐に示す担体150rrを加え、95℃に
て30分間攪拌した。担体と液との分離後、担体を真空
乾燥した。この様にして調整された各々の触媒について
螢光X線を用いて、ヘテロポリ酸の担持率を求め、第3
表に結果を示した。
(2)トリオキサン合成 上記(1)にて調整した触媒120CCを、ジャケット
を有する内径1インチのステンレス管(DP−3:二層
合金製)に充填した。このステンレス管の上方より、次
の組成を有するホルマリン蒸気を1oa rr/Hの割
合で800時間連続的に供給した。この間触媒層の温度
は、118℃に維持した。ステンレス管の下方より出て
くる反応ガスを分析し、結果を第3表に併せて示した。
ホルマリン蒸気組成 ホルムアルデヒド (wtチ)     98.7水 
       (wt%)1.2 メタノール (wt%)   o、osギ      
酸  (ppm)       75ギ酸メチ#  (
ppm)    a。
いづれの実施例においても、副反応生成物含有率の低い
トリオキザンが効率良く合成されている。また固体状析
出物、腐食は見い川せながった。
以下余白

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L 気相状態のボルムアルデヒ′ドを、担体に担持され
    たヘテロポリ酸と接触させる事を特徴とするトリオキサ
    ンの気相合成法 2 ヘテロポリ酸がP及び/またはSiを中心元素とす
    るヘテロポリ酸である特許請求の範囲第1項記載の合成
    法 λ へテロポリ酸が、W、 Mo 、 V  よりなる
    群から選ばれた金属を配位元素とするヘテロポリ酸であ
    る市許請求の範囲第1項記載の合成法4、 ヘテロポリ
    酸が、ケイタングステン酸、ケイモリブデン酸、リンタ
    ングステン酸、又はリンモリブデン酸の単独もしくはそ
    れらの混合物である特許請求の範囲第1項記載の合成法
    5、ヘテロポリ酸を担持すべき担体が無機担体である特
    許請求の範囲第1項記載の合成法6、 ヘテロポリ酸を
    担持すべき担体が有機担体である特許請求の範囲第1項
    記載の合成法
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