KR100944428B1 - Process for Preparing Polytetramethylene ether glycol with Low Molecular Weight Distribution - Google Patents

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Abstract

본 발명은 헤테로폴리산(HPA) 촉매층을 사용하여 테트라히드로푸란(THF)으로부터 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 테트라히드로푸란을 개환 중합하여 분자량이 300~2,000달톤인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 생성하는 1차반응단계; 및 The present invention relates to a method for producing polytetramethylene ether glycol from tetrahydrofuran (THF) using a heteropoly acid (HPA) catalyst layer, wherein polytetramethylene ether glycol having a molecular weight of 300 to 2,000 Daltons by ring-opening polymerization of tetrahydrofuran. Generating a first reaction step; And

1차반응에서 생성된 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 쇄 연장반응시키는 2차반응단계를 포함하고, 상기 2차반응단계는 수분제거가 가능한 컬럼과 병렬로 연결되고 그리고 표면에 헤테로폴리산 촉매를 접착시킨 별도의 튜브형 반응기에서 이루어지는 제조방법을 제공한다. 또한 본 발명의 제조방법에 따르면 좁은 분자량 분포(Mw/Mn)을 가지는 폴리테트라메틸렌글리콜을 제조할 수 있다.And a second reaction step of chain-extending the polytetramethylene ether glycol produced in the first reaction, the second reaction step being connected in parallel with a column capable of removing water, and attaching a heteropolyacid catalyst to the surface. It provides a production method made in a tubular reactor. In addition, according to the production method of the present invention, polytetramethylene glycol having a narrow molecular weight distribution (Mw / Mn) can be prepared.

헤테로폴리산, 폴리테트라메틸렌글리콜, 분자량분포, 쇄 연장 반응, HPA 촉매접착 Heteropoly acid, polytetramethylene glycol, molecular weight distribution, chain extension reaction, HPA catalyst adhesion

Description

좁은 분자량 분포를 가지는 폴리테트라메틸렌 에테르글리콜의 제조방법{Process for Preparing Polytetramethylene ether glycol with Low Molecular Weight Distribution} Process for Preparing Polytetramethylene ether glycol with Low Molecular Weight Distribution

본 발명은 헤테로폴리산(HPA) 촉매층을 사용하여 테트라히드로푸란(THF)으로부터 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(Polytetramethylene ether glycol, 이하 "PTMG"라 한다.)을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 1차반응단계에서 중합반응을 일으키고, 모노머가 제거된 상태에서 폴리머의 자체 반응 - 쇄 연장 반응인 2차반응단계를 진행시켜 분자량 조절이 용이하고 좁은 분자량분포를 갖는 PTMG를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing polytetramethylene ether glycol (hereinafter referred to as "PTMG") from tetrahydrofuran (THF) using a heteropolyacid (HPA) catalyst layer, the polymerization in the first reaction step The present invention relates to a method for producing PTMG having a narrow molecular weight distribution with easy molecular weight control by performing a second reaction step, which is a reaction of a polymer and a chain extension reaction in a state where a monomer is removed.

현재 스판덱스 주원료로서 사용되는 PTMG를 중합하는 방법에는 몇 가지 방법이 있는데 크게 헤테로폴리산(이하 "HPA"라 한다.) 촉매를 이용하여 단일단계(One-Step)로 PTMG를 생성하는 방법과 실리카 알루미나(Sillica Alumina) 촉매를 이용하여 PTMEA를 생성시키고 말단을 치환하여 PTMG를 생성시키는 방법 등이 있다. 이 때 PTMG를 생성하는 프로세스를 결정하는 주 요소는 촉매의 종류이다. 즉 어떤 촉매를 사용하였는가에 따라 프로세스가 결정되고 이를 조절 하는 방법에 따라 결정된다. There are several methods of polymerizing PTMG, which is currently used as a spandex main material. The method of producing PTMG in one-step using a heteropoly acid (hereinafter referred to as "HPA") catalyst and silica alumina (Sillica) Alumina) is used to generate PTMEA and displace the terminal to generate PTMG. The main factor in determining the process of producing PTMG is the type of catalyst. That is, the process is determined by which catalyst is used and how it is controlled.

즉, 프로세스의 종류에 따라 분자량 분포도가 결정되고 이를 사용함으로써 분자량 분포도가 결정되게 된다. 하지만 스판덱스에서 요구하는 PTMG는 그 요구 물성에서 분자량분포도가 좁을 경우 물성의 균일성을 유지하게 되고 이로 인해 저온특성 및 프로세스진행에 있어서 유리한 고지를 점하게 된다. 또한 이를 사용한 스판덱스 품질의 균일성에 유리하게 할 수 있는 장점이 있다. 따라서 종래의 기술들은 분자량 분포도를 조절하는 방법에 대하여 설명하는 부분들이 있으며 특히 캐나다 출원특허 제800 659호에 따르면 평형에 도달하기 전에 중합화를 중단시킴으로써 비교적 좁은 분자량 분포를 가지는 중합체를 얻을 수 있다. 독일 특허 제2453114호에 따르면 산성 양이온 교환자로 중합체를 부분적으로 생분해시켜 다분산성을 감소시킬 수 있다. 미국특허 제4510333호 또는 독일특허 제4205984호와 같은 다른 특허 출원들은 분자량 분포를 좁히기 위하여 단계반응온도에서 행하는 중합화를 기술하고 있다. 또한 한국등록특허 제422177호에 따르면 씨크로 알칸 메탄올 및 물과 출발 중합체를 혼합시키고 40~80℃의 온도에서 혼합시 생성된 상이한 상들을 분리시키는 것을 특징으로 하는 테트라하이드로퓨란 중합체 또는 테트라하이드로퓨란 알킬렌 옥사이드 공중합체를 분류시키는 기술을 명시하고 있다. In other words, the molecular weight distribution is determined according to the type of the process and by using this the molecular weight distribution is determined. However, PTMG, which is required by spandex, maintains uniformity of physical properties when the molecular weight distribution is narrow in the required physical properties, and thus has advantages in low temperature characteristics and process progress. In addition, there is an advantage that can be advantageous to the uniformity of the spandex quality using the same. Therefore, the conventional techniques have a part for explaining a method for controlling the molecular weight distribution, and in particular, according to Canadian Application No. 800 659, a polymer having a relatively narrow molecular weight distribution can be obtained by stopping the polymerization before reaching equilibrium. According to German patent 2453114 it is possible to partially biodegrade the polymer with an acidic cation exchanger to reduce polydispersity. Other patent applications, such as U.S. Patent No. 4510333 or German Patent No. 4205984, describe polymerization carried out at step reaction temperatures to narrow the molecular weight distribution. In addition, according to Korean Patent No. 422177, tetrahydrofuran polymer or tetrahydrofuran alkyl, characterized by mixing the starting polymer with cycloalkane methanol and water and separating the different phases generated when mixing at a temperature of 40 ~ 80 ℃ A technique for classifying lene oxide copolymers is specified.

하지만 전술한 기술들은 반응중간 생성물을 조절하기 힘들고 반응 이후에 분자량의 분리를 위한 첨가제를 투입함으로써 별도의 첨가제 제거 공정이 필요하고 이는 후가공에서 또 다른 불순물에 의한 영향이 생길 수 있다.However, the above-described techniques are difficult to control the product in the middle of the reaction and after the reaction by adding an additive for separation of molecular weight requires a separate additive removal process, which may be affected by another impurity in the post-processing.

이에 본 발명에서는 별도의 첨가제 투입 없이 폴리테트라메틸렌글리콜 분자량 분포도를 용이하게 조절하는 방법 및 부가적으로 수평균분자량(Mn) 값의 이동이 용이한 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to provide a method for easily controlling the polytetramethylene glycol molecular weight distribution and additionally easy to move the number average molecular weight (Mn) value without the addition of additives.

본 발명은 궁극적으로 테트라하이드로푸란(THF)을 HPA촉매로 개환중합 시키는 1차반응을 일으키고 여기서 생성된 고분자의 자체 반응, 즉 쇄 연장반응인 2차반응을 이용하여 분자량 분포도를 조절하고 또한 적절한 쇄 연장반응을 조절하여 목표 분자량을 조절 할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention ultimately results in a primary reaction of ring-opening polymerization of tetrahydrofuran (THF) with an HPA catalyst, whereby the molecular weight distribution is controlled using a self-reaction of the resulting polymer, i. It is an object of the present invention to provide a method for controlling the target molecular weight by controlling the extension reaction.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 헤테로폴리산(HPA) 촉매층을 사용하여 테트라히드로푸란(THF)으로부터 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 제조하는 방법에 있어서, 테트라히드로푸란을 개환 중합하여 분자량이 300~2,000달톤인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 생성하는 1차반응단계; 및 According to a preferred embodiment of the present invention, a method for producing polytetramethylene ether glycol from tetrahydrofuran (THF) using a heteropolyacid (HPA) catalyst layer, wherein the tetrahydrofuran is ring-opened polymerized to have a molecular weight of 300 to 2,000 Daltons. A first reaction step of producing polytetramethylene ether glycol; And

1차반응에서 생성된 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 쇄 연장반응시키는 2차반응단계를 포함하고, 상기 2차반응단계는 수분제거가 가능한 컬럼과 병렬로 연결되고 그리고 표면에 헤테로폴리산 촉매를 접착시킨 별도의 튜브형 반응기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 방법을 제공한다.And a second reaction step of chain-extending the polytetramethylene ether glycol produced in the first reaction, the second reaction step being connected in parallel with a column capable of removing water, and attaching a heteropolyacid catalyst to the surface. It provides a process for producing polytetramethylene ether glycol, characterized in that it is made in a tubular reactor.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 1차반응에서 생성되는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 분자량은 2차반응 이후 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 분자량의 5 ~ 50 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 방법을 제공한다.According to another suitable embodiment of the present invention, the polytetramethylene ether glycol produced in the first reaction has a molecular weight of 5 to 50 wt% of the molecular weight of the polytetramethylene ether glycol after the second reaction. Provided are methods for preparing glycols.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 2차반응은 튜브형 반응기 내에서 테트라히드로푸란이 제거된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 방법을 제공한다.According to another suitable embodiment of the present invention, the secondary reaction provides a process for producing polytetramethylene ether glycol, wherein the tetrahydrofuran is removed in a tubular reactor.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 2차반응 온도는 50 ~ 70℃인 것을 특징으로 하는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 방법을 제공한다.According to another suitable embodiment of the present invention, the secondary reaction temperature provides a process for producing polytetramethylene ether glycol, characterized in that 50 ~ 70 ℃.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 최종 생산되는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 분자량 분포도(Mw/Mn)는 1차반응단계에서 생성되는 분자량 분포도의 5 ~ 30%인 것을 특징으로 하는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 방법을 제공한다.According to another suitable embodiment of the present invention, the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polytetramethylene ether glycol produced in the final production is polytetra, characterized in that 5 to 30% of the molecular weight distribution produced in the first reaction step Provided is a method for producing methylene ether glycol.

폴리테트라메틸렌에테르글리콜은 폴리우레탄의 원료, 오일 첨가제 또는 연화제로 사용될 수 있는 중합체로서, 분자량 범위(Range)의 폭도 다양하고 분포도 조절할 필요가 있다. 특히 PTMG의 활용도가 가장 높은 스판덱스의 경우, 분자량이 일정하고 분자량 분포도가 낮을수록 기계적 요구특성 및 원사의 저온특성, 회복성 등에서 보다 우수한 특성을 가지게 하는 것이 가능하다. 이러한 특성의 발현을 위해서 1차반응 단계에서의 변화보다는 별도의 2차 반응단계에서 조절하는 것이 보다 용이하고, 기존에 생성된 분자량 분포보다 좁은 분자량 분포를 가지는 PTMG 생성이 가능하였고 간단한 프로세스 구성이 가능하였다. Polytetramethylene ether glycol is a polymer that can be used as a raw material, an oil additive, or a softener of polyurethane, and the width of the molecular weight range (Range) is required to vary in width and distribution. In particular, in the case of spandex having the highest utilization of PTMG, the lower the molecular weight and the lower the molecular weight distribution, the better the mechanical properties, the low temperature properties of the yarn, and the recovery properties. For the expression of these properties, it is easier to control in a separate second reaction step than the change in the first reaction step, and it is possible to generate PTMG with a narrow molecular weight distribution than the existing molecular weight distribution and to make a simple process configuration. It was.

아래에서 본 발명은 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 되지만, 제시된 실시 예는 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by using examples, but the examples presented are for a clear understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 중합 장치를 도시한 것이다.1 shows a polymerization apparatus of polytetramethylene ether glycol according to the present invention.

도 1을 참조하면, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조를 위한 연속 중합 장치는 1차 반응기(1), 상 분리 용기(2), 모노머 분리 및 수분제거 컬럼(Column, 3) 및 2차 반응기(4)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 1, a continuous polymerization apparatus for preparing polytetramethylene ether glycol includes a primary reactor 1, a phase separation vessel 2, a monomer separation and water removal column 3, and a secondary reactor 4. ) Is included.

본 발명에 따른 PTMG의 제조방법에서 사용될 수 있는 촉매는 헤테로폴리산(HPA)을 포함한다. 일반적으로 HPA의 단위 분자당 20 내지 40 분자의 물이 배위가 되지만, 이러한 형태의 HPA는 테트라히드로푸란(THF)의 중합 반응을 효과적으로 유도할 수 없다. 그러므로 테트라히드로푸란의 중합반응을 적절하게 유도하기 위하여 헤테로폴리-음이온에 배위되는 물 분자의 수가 조절될 필요가 있다. 헤테로폴리산에 배위되는 물 분자의 수를 조절하기 위하여 일반적으로 촉매의 활성을 변화시키는 방법으로 사용되는 것과 같이 헤테로폴리산을 예를 들어 100 내지 300 ℃의 온도로 가열하는 것이다. 가열 온도 및 가열 시간은 배위되는 물 분자의 수에 따라 조정이 가능하지만 예를 들어 헤테로폴리산에 대한 물 분자의 배위수가 3 내지 18 이 되도록 조절될 수 있다. Catalysts that can be used in the process for producing PTMG according to the present invention include heteropolyacids (HPA). Generally, 20 to 40 molecules of water per unit molecule of HPA are coordinated, but this type of HPA cannot effectively induce the polymerization of tetrahydrofuran (THF). Therefore, in order to properly induce the polymerization of tetrahydrofuran, the number of water molecules coordinated to a heteropoly-anion needs to be controlled. In order to control the number of water molecules coordinated to a heteropoly acid, the heteropoly acid is heated to a temperature of, for example, 100 to 300 ° C. as is generally used as a method of changing the activity of the catalyst. The heating temperature and the heating time can be adjusted according to the number of water molecules to be coordinated, but can be adjusted such that the coordination number of water molecules to heteropoly acid is 3 to 18, for example.

1차반응기(1)에 먼저 테트라히드로푸란이 투입이 된다. 테트라히드로푸란은 예를 들어 1,4-부탄디올로부터 제조될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 PTMG의 제조에 사용되는 테트라히드로푸란은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 제조된 테트라히드로푸란은 물과 함께 1차반응기(1)에 투입된다. 그리고 물의 배위수가 조절된 헤테로폴리산이 다시 1차반응기(1)에 첨가된다. 반응기(1) 내 촉매 상에 존재하는 물의 양은 물의 배위수가 3 내지 18이 되도록 조절될 수 있다. Tetrahydrofuran is first introduced into the first reactor (1). Tetrahydrofuran can be prepared, for example, from 1,4-butanediol. However, tetrahydrofuran used in the preparation of PTMG according to the invention can be prepared according to methods known in the art. The prepared tetrahydrofuran is introduced into the primary reactor (1) with water. Then, the heteropolyacid with the coordination number of water is added to the first reactor 1 again. The amount of water present on the catalyst in the reactor 1 can be adjusted so that the coordination number of the water is 3 to 18.

중합 반응이 진행되면 물의 양은 감소될 수 있다. 그러므로 중합 반응이 일정한 수의 물의 배위수를 가지는 상태에서 진행될 수 있도록 물이 첨가될 수 있다. 만약 물의 양이 헤테로폴리-음이온에 대한 물의 배위수가 20 이상이 되도록 존재하거나 또는 헤테로폴리산에 대한 물의 몰 비가 0.1 이하가 되는 경우 중합 반응의 효율은 현저히 저하가 될 수 있다. 첨가되는 물의 양은 중합 반응의 진행 정도에 따라 결정될 수 있다. As the polymerization reaction proceeds, the amount of water may be reduced. Therefore, water may be added so that the polymerization reaction can proceed in a state having a constant number of coordination water. If the amount of water is present so that the coordination number of water to heteropoly-anion is 20 or more, or the molar ratio of water to heteropoly acid is 0.1 or less, the efficiency of the polymerization reaction can be significantly reduced. The amount of water added may be determined depending on the progress of the polymerization reaction.

반응계에서 생성되는 PTMG의 분자량은 300~2,000 달톤으로 최종생산 하려는 분자량 대비 0.05 ~ 0.5배 수준으로 분자량을 형성 시킨다. The molecular weight of PTMG produced in the reaction system is 300-2,000 Daltons to form a molecular weight of 0.05 ~ 0.5 times the final molecular weight to be produced.

그 다음 단계로 비중 분리기(2)에 반응물과 촉매가 혼합상으로 이송되고 비중분리기 내에서 일정한 체류시간을 가짐으로써 촉매층과 폴리머층으로 상분리가 일어 나게 된다. 이 때 촉매층은 1차반응기(1)로 환원시키고 폴리머층은 잔량 촉매 제거 공정으로 이송하게 된다.  In the next step, the reactant and the catalyst are transferred to the mixed phase in the specific gravity separator 2 and the phase separation occurs in the catalyst layer and the polymer layer by having a constant residence time in the specific gravity separator. At this time, the catalyst layer is reduced to the primary reactor 1 and the polymer layer is transferred to the residual catalyst removal process.

잔량촉매 제조공정에서는 필터 및 이온수지탑 등을 통과하여 폴리머 상에 잔 존하는 촉매 가 제거되고 생성된 폴리머는 및 미반응 모노머 및 수분제거 컬럼(Column)이 포함되어 있는 2차반응기로 투입되면서 2차반응(쇄 연장반응)이 일어나게 된다. In the residual catalyst production process, the catalyst remaining on the polymer is removed by passing through a filter, an ion resin tower, and the like, and the produced polymer is introduced into a secondary reactor including an unreacted monomer and a water removal column. Difference reactions (chain extension reactions) occur.

2차반응기의 형태는 HPA 촉매가 접착된 튜브형(Tube type) 즉 열교환기 쉘 앤 튜브형(Shell & Tube type)이다. HPA 촉매의 효율성을 높이기 위하여, THF:HPA는 10 : 1(중량비)로 THF에 용해된 HPA 촉매를 2차 반응기인 열교환기 튜브 사이드 전체 표면적에 비레하여 투입한다. 그 후 상온에서 10℃/min로 150℃~180℃까지 승온시키면서 펌프를 사용하여 순환(circulation)시킨다. 이 때 투입하는 혼합액의 총량은 튜브 사이드의 표면적과 대비하여 촉매 함량이 1m2당 1kg이 되도록 조절한다. THF가 증발된 이후 150℃~180℃에서 2시간 가량 유지시킨후 강온시키면 촉매가 접착된 형태의 2차 반응기를 얻을 수 있다. 이러한 형태의 2차 반응기는 반응기의 표면에 배위수 1이하의 촉매가 접착되게 되어 PTMG의 쇄 연장반응을 일으키기에 충분한 조건을 형성하게 된다. 인위적으로 접착된 HPA 촉매는 PTMG나 모노머 상에서 용해 되지 않으므로 쇄연장 반응 이후 별도의 정제 공정 없이 PTMG를 사용 할 수 있다. The type of secondary reactor is a tube type to which the HPA catalyst is attached, that is, a heat exchanger shell and tube type. In order to increase the efficiency of the HPA catalyst, THF: HPA is injected at a ratio of 10: 1 (weight ratio) of the HPA catalyst dissolved in THF to the total surface area of the heat exchanger tube side of the secondary reactor. Thereafter, the temperature is raised to 150 ° C to 180 ° C at 10 ° C / min at room temperature and circulated using a pump. At this time, the total amount of the mixed solution to be added is adjusted so that the catalyst content is 1 kg per 1 m 2 relative to the surface area of the tube side. After THF is evaporated, the temperature is maintained at 150 ° C. to 180 ° C. for about 2 hours, and then the temperature is lowered to obtain a secondary reactor in which a catalyst is attached. In this type of secondary reactor, a catalyst having a coordination number of 1 or less adheres to the surface of the reactor, thereby forming a condition sufficient to cause chain extension reaction of PTMG. Artificially bonded HPA catalysts do not dissolve on PTMG or monomers, so after the chain extension reaction, PTMG can be used without a separate purification process.

2차반응에서의 반응 체류시간은 0.1 ~ 1 시간 이내로 매우 짧은 시간에 반응이 일어나게 되며 분자량 및 분자량 분포도는 반응 온도, 반응 접촉 길이 등에 의하여 조절 된다. The reaction residence time in the secondary reaction is within 0.1 ~ 1 hour, the reaction occurs in a very short time, the molecular weight and molecular weight distribution is controlled by the reaction temperature, the reaction contact length.

그리고 쇄 연장 반응에서 생성되는 PTMG의 말단제거에 의한 물 분자를 효율적으로 제거하는 것이 반응의 균일성을 좌우하는 가장 큰 요소가 된다. Efficient removal of water molecules by end elimination of PTMG produced in the chain extension reaction is the biggest factor in determining the uniformity of the reaction.

본 발명에서 쇄연장반응이 일어나면 말단에 H2O 분자가 반응 후 부산물로 발생하기 때문에 예비반응과 동시에 수분을 제거하는 공정을 반드시 포함하여야 한다. When the chain extension reaction occurs in the present invention, since the H 2 O molecules are generated as by-products after the reaction, the step of removing water at the same time as the preliminary reaction must be included.

반응에서의 물 분자는 2차반응기와 연결되어 있는 컬럼상에서 제거가 되며 반응계 내에서의 수분함량은 100 ppm 이하가 되도록 컬럼의 조건을 조절하게 된다. 반응 이후에 생성되는 분자량은 1500 ~ 10,000 달톤으로 사용자의 편의에 맞게 조절 가능하다.Water molecules in the reaction are removed on the column connected to the secondary reactor, and the conditions of the column are controlled so that the water content in the reaction system is 100 ppm or less. The molecular weight produced after the reaction is 1500 ~ 10,000 Daltons can be adjusted according to the user's convenience.

분자량의 조절은 NIR 등의 PTMG 분자량의 대표특성을 나타낼 수 있는 장비를 On-line으로 설치하여 체류시간을 조절함으로써 원하는 분자량으로 조절 가능하게 된다.In order to control the molecular weight, it is possible to control the desired molecular weight by adjusting the residence time by installing equipment that can exhibit representative characteristics of PTMG molecular weight such as NIR on-line.

본 발명에서는 제조공정상 2차반응기를 사용함으로써 PTMG 쇄 사이의 반응을 일으킴으로 분자량 분포도가 더욱 균일해지게 된다. 즉 1차반응에서 300~2,000 달톤의 분자량을 가지는 PTMG를 생성하고 1차반응에서 생성된 PTMG를 2차반응으로 쇄 연장 반응(부가반응)을 시켜서 원하는 분자량을 형성시킬 수 있다. 원하는 분자량으로는 1,500 ~ 10,000 달톤까지 다양한 분자량을 얻을 수 있으며 이때 생성되는 PTMG의 분자량 분포 값은 1.2~1.4로서 전단계 반응(1차반응)에서 생성되는 1.4 ~ 1.5보다 더욱 균일하게 된다. 이로서 균일한 분포를 가지는 PTMG를 생성할 수 있게 되며 이로 인해 후가공 프로세스에서 기계적 특성이 우수해질 것을 예상 할 수 있다. 여기서 기계적 특성이라고 함은 스판덱스 프로세스의 1차중합에서 PTMG와 MDI의 반응을 시키는 것인데 이는 당량 반응을 일으키게 되는 분자량 분포도가 낮을 경우 당량 반응 이후 균일한 1차 중합물을 생성 가능하게 되며 이는 프로세스 진행시 점도 조절 등에서 유리하게 작용한다. 또한 분자량 분포도가 좁으면 낮은 점도를 유지함으로써 용매(Solvent) 등에 용융시키는 비율을 높일 수 있으며 이는 공정상에서의 원가를 낮출 수 있는 요인으로 작용한다. In the present invention, the use of a secondary reactor in the manufacturing process causes a reaction between the PTMG chains, resulting in a more uniform molecular weight distribution. In other words, PTMG having a molecular weight of 300 ~ 2,000 Daltons in the first reaction can be produced, and a chain extension reaction (addition reaction) of the PTMG generated in the first reaction can be formed to form a desired molecular weight. As the desired molecular weight, various molecular weights can be obtained from 1,500 to 10,000 Daltons, and the molecular weight distribution value of the produced PTMG is 1.2 to 1.4, which is more uniform than 1.4 to 1.5 generated in the previous step (first reaction). This makes it possible to produce PTMG with a uniform distribution, which can be expected to be excellent mechanical properties in the post-processing process. In this case, the mechanical property is the reaction of PTMG and MDI in the first polymerization of the spandex process. When the molecular weight distribution resulting in the equivalent reaction is low, a uniform primary polymer can be produced after the equivalent reaction. It acts advantageously in regulation and the like. In addition, if the molecular weight distribution is narrow, the ratio of melting to a solvent (Solvent) by maintaining a low viscosity can be increased, which acts as a factor that can lower the cost in the process.

또한 부가적으로 기존공정에서는 실제 공정에서 생산되는 제품의 규격(Spec.)을 이동해야 하는 경우에는 반응단계에서 변수들을 조정하고 각 흐름(Stream)별 분자량을 치환하기 위해서 시간이 소요되지만, 본 발명에서는 분자량을 중앙값을 큰 폭(2000 달톤이상)으로 조정하지 않는다면 후 반응에서의 체류시간 조정만으로도 이동이 가능하다. 즉 1차반응에서의 분자량을 크게 변화시키지 않고 2차반응에서의 체류시간 조정만으로도 분자량 분포도를 조절할 수 있다. In addition, in the existing process, if it is necessary to move the specification of the product produced in the actual process, it takes time to adjust the variables in the reaction stage and to replace the molecular weight of each stream, but the present invention In the case of the molecular weight can be shifted only by adjusting the residence time in the post-reaction unless the median is adjusted to a large width (more than 2000 Daltons). That is, the molecular weight distribution can be adjusted only by adjusting the residence time in the secondary reaction without significantly changing the molecular weight in the primary reaction.

아래의 본 발명에 대한 실시예를 기재한다.Examples for the present invention are described below.

2차반응기의 제조예Preparation Example of Secondary Reactor

2차 반응기는 열교환기 셀앤튜브형(Shell & Tube type)이고 THF:HPA가 10 : 1(중량비)로 THF에 용해된 HPA 촉매를 2차 반응기인 열교환기 튜브 사이드 전체 표 면적에 비레하여 투입한다. 그 후 상온에서 10℃/min로 150℃까지 승온시키면서 펌프를 사용하여 순환(circulation)시킨다. 이 때 투입하는 혼합액의 총량은 튜브 사이드의 표면적 대비 하여 촉매 함량이 1m2당 1kg이 되도록 조절한다. THF가 증발된 이후 150℃에서 2시간 가량 유지시킨후 강온시키면 촉매가 접착된 형태의 2차 반응기를 얻을 수 있다. The secondary reactor is a heat exchanger shell and tube type, and the HPA catalyst dissolved in THF with a THF: HPA of 10: 1 (weight ratio) is added to the total surface area of the heat exchanger tube side of the secondary reactor. Thereafter, using a pump while circulating at room temperature to 10 ℃ / min to 150 ℃. At this time, the total amount of the mixed solution to be added is adjusted so that the catalyst content is 1 kg per 1 m 2 relative to the surface area of the tube side. After THF is evaporated, the temperature is maintained at 150 ° C. for 2 hours and then lowered to obtain a secondary reactor in which a catalyst is attached.

실시예 1Example 1

60 kg의 테트라히드로푸란 단량체를 반응기에 투입하고 그리고 촉매 및 생성되는 PTMG의 몰 수와 동일한 양과 같은 소량의 물과 함께 인텅스텐산 60 kg을 1차반응기에 첨가하였다. 반응기의 온도를 60 ℃로 유지하였다. 이때 반응기 내의 인텅스텐산은 배위수가 7로 조정되어 있는 것을 사용하였다. 교반기를 연속 가동하면서 24시간 이후에 THF 단량체를 6 kg/hour의 속도로 지속적으로 공급하면서 비중분리기로 촉매층과 PTMG 혼합액을 내보내고 촉매 층을 1차반응기 내부로 회수하였다. 그 후 촉매가 제거된 PTMG를 컬럼(Column)이 부착되어 있고 상기 방법으로 촉매가 접착되어 있는 2차반응기로 이송하였다. 1차반응기에서 생성된 PTMG는 분자량(Mn)이 300 달톤, 분자량 분포도(Mw/Mn)는 1.49였다. 2차반응기는 반응온도 60℃로 유지하면서 체류시간을 20분으로 조절하면서 2차반응기에서 생성된 PTMG를 저장탱크로 이송하였다. 이때 2차반응기를 거쳐 생성된 PTMG의 분자량은 1800, 분자량 분포도는 1.30을 확보 할 수 있었다.60 kg of tetrahydrofuran monomer was charged to the reactor and 60 kg of phosphotungstic acid was added to the first reactor with a small amount of water equal to the number of moles of catalyst and PTMG produced. The temperature of the reactor was maintained at 60 ° C. At this time, as the tungsten acid in the reactor, a coordination number of 7 was used. After 24 hours of continuous operation of the stirrer, THF monomer was continuously supplied at a rate of 6 kg / hour, and the catalyst layer and the PTMG mixture were sent to the specific gravity separator, and the catalyst layer was recovered into the first reactor. Then, the PTMG without the catalyst was transferred to a secondary reactor to which a column was attached and to which the catalyst was attached in this manner. The PTMG produced in the first reactor had a molecular weight (Mn) of 300 Daltons and a molecular weight distribution (Mw / Mn) of 1.49. The secondary reactor transported the PTMG produced in the secondary reactor to the storage tank while controlling the residence time to 20 minutes while maintaining the reaction temperature of 60 ℃. At this time, the molecular weight of PTMG produced through the secondary reactor was 1800, and the molecular weight distribution was 1.30.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1과 동일하게 1차반응만을 진행하여 분자량은 1,800, 분자량 분포도는 1.49를 얻었다. As in Example 1, only the first reaction was carried out to obtain a molecular weight of 1,800 and a molecular weight distribution of 1.49.

후공정으로 촉매 잔량과 올리고머 제거 공정 등을 거쳐 최종 분자량은 1790, 분자량 분포도는 1.48을 얻을 수 있었다. As a later step, the final molecular weight was 1790 and the molecular weight distribution was 1.48 through a catalyst residual amount and an oligomer removal step.

실시예 2Example 2

실시예 1과 동일하게 반응을 진행 하여 1차반응에서 분자량 300, 분자량 분포 값 1.49등을 얻을 수 있었다. 이를 2차반응에서 실시예 1과 동일한 조건에서 체류시간을 40분으로 조정하여 분자량 2500 분자량 분포도는 1.24인 PTMG를 얻을 수 있었다. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a molecular weight of 300, a molecular weight distribution of 1.49, and the like in the first reaction. In the second reaction, the residence time was adjusted to 40 minutes under the same conditions as in Example 1 to obtain PTMG having a molecular weight of 2500 molecular weight distribution of 1.24.

실시예 3Example 3

실시예 1과 동일방식으로 1차반응을 준비하면서 투입되는 촉매의 배위수를 6으로 조절하여 투입하고 반응을 진행시켜 분자량 1,000이고 분자량 분포가 1.49인 PTMG를 얻을 수 있었다. 촉매를 제거하고 2차반응기에 투입하여 체류시간을 50분간으로 조정하여 분자량 10,000 분자량 분포도가 1.18 인 PTMG를 얻을 수 있었다. In the same manner as in Example 1, the preparation of the first reaction was carried out by adjusting the coordination number of the introduced catalyst to 6 and proceeding with the reaction to obtain a PTMG having a molecular weight of 1,000 and a molecular weight distribution of 1.49. The catalyst was removed and introduced into a secondary reactor to adjust the residence time to 50 minutes to obtain PTMG having a molecular weight 10,000 molecular weight distribution of 1.18.

도 1은 본 발명에 따른 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 공정을 개략적으로 도시한 것이다. 1 schematically illustrates a process for preparing polytetramethylene ether glycol according to the present invention.

Claims (6)

헤테로폴리산(HPA) 촉매층을 사용하여 테트라히드로푸란(THF)으로부터 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 제조하는 방법에 있어서, In the process for producing polytetramethylene ether glycol from tetrahydrofuran (THF) using a heteropoly acid (HPA) catalyst layer, 테트라히드로푸란을 개환 중합하여 분자량이 300~2,000달톤인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 생성하는 1차반응단계; 및 A first reaction step of ring-opening polymerization of tetrahydrofuran to produce polytetramethylene ether glycol having a molecular weight of 300 to 2,000 Daltons; And 1차반응에서 생성된 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 쇄 연장반응시키는 2차반응단계를 포함하고,And a second reaction step of chain extending the polytetramethylene ether glycol produced in the first reaction, 상기 2차반응단계는 수분제거가 가능한 컬럼과 병렬로 연결되고 그리고 표면에 헤테로폴리산 촉매를 접착시킨 별도의 튜브형 반응기내에서 테트라히드로푸란이 제거된 상태에서 이루어지고,The secondary reaction step is carried out in a state in which the tetrahydrofuran is removed in a separate tubular reactor in which a heteropoly acid catalyst is adhered to the surface in parallel with the water-removable column, 최종 생산되는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 분자량은 2차 반응기에서 체류시간을 0.1 내지 1시간으로 하여 조절하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 방법.The method for producing polytetramethylene ether glycol is characterized in that the molecular weight of the final produced polytetramethylene ether glycol is adjusted to have a residence time of 0.1 to 1 hour in a secondary reactor. 제 1 항에 있어서, 상기 1차반응에서 생성되는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 분자량은 2차반응 이후 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 분자량의 5 ~ 50 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 방법.The method for preparing polytetramethylene ether glycol according to claim 1, wherein the molecular weight of polytetramethylene ether glycol produced in the first reaction is 5 to 50% by weight of the molecular weight of polytetramethylene ether glycol after the second reaction. . 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 2차반응 온도는 50 ~ 70℃인 것을 특징으로 하는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the secondary reaction temperature is 50 ~ 70 ℃. 제 1 항에 있어서, 상기 최종 생산되는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 분자량 분포도(Mw/Mn)는 1차반응단계에서 생성되는 분자량 분포도의 5 ~ 30%인 것을 특징으로 하는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 제조 방법.According to claim 1, wherein the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polytetramethylene ether glycol produced in the final production of polytetramethylene ether glycol, characterized in that 5 to 30% of the molecular weight distribution produced in the first reaction step Way.
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