KR101239493B1 - 유기 용매 중 희토류 유기포스페이트 용액의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물, 질산, 염산, 아세트산, 포름산 및 프로피온산, 및 이들 산의 희토류 염으로부터 선택된 촉진제의 존재 하에 희토류의 옥시드, 히드록시드, 카르보네이트 및 히드록시카르보네이트로부터 선택된 희토류 화합물을 유기아인산과 유기 용매 중에서 반응시키는 것을 포함하는, 유기 용매 중 희토류 유기포스페이트 용액의 제조 방법에 관한 것이다. 촉진제의 사용은 상기 방법을 간단하게 하여, 반응 시간을 줄이고 잔류 고체 함량이 낮은 용액을 얻을 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 유기 용매 중 희토류 유기포스페이트 용액의 제조 방법에 관한 것이다.
희토류 유기포스페이트 용액은 특히 디엔 중합용 촉매의 제조를 위한 출발 물질로서 사용된다.
일반적으로, 무기 희토류 염의 반응을 통한 희토류 유기포스페이트 용액의 제조는 어렵다. 이는 생성물에서 산 잔류물 (이의 존재는 사용하기에 바람직하지 않음)을 생성하는 무기 희토류 염을 완전히 용해시키기 위해 매우 과량의 유기아인산을 필요로 하거나, 또는 산업적 용도에서 부적절한 매우 긴 반응 시간을 필요로 하기 때문이다. 게다가, 얻어진 용액은 일반적으로 높은 점도 (> 15000 cPs)를 가지며, 이는 생성물에 존재하는 잔류 고체를 여과하기 위한 어떠한 작업도 실질적으로 수행할 수 없도록 한다.
따라서, 산업적 조건 하에, 낮은 함량의 고체 형태의 무기 희토류 염을 가지며 허용가능한 잔류 산도를 갖는 용액을 얻을 수 있도록 하는 방법을 갖는 것이 중요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해, 유기 용매 중 희토류 유기포스페이트 용액을 제조하기 위한 본 발명의 방법은 희토류의 옥시드, 히드록시드, 카르보네이트 및 히드록시카르보네이트로부터 선택된 희토류 화합물을 상기 용매의 존재 하에 유기아인산과 반응시키며, 상기 반응은 물, 질산, 염산, 아세트산, 포름산 및 프로피온산, 및 이들 산의 희토류 염으로부터 선택된 촉진제 (promoter)의 존재 하에 수행되는 것을 특징으로 하는 형태이다.
본 발명에 따른 촉진제의 사용은, 특히 상기 방법을 간단하게 하여 반응 시간을 줄이고 잔류 고체 함량이 낮은 용액을 얻을 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 특성, 세부사항 및 이점은 하기 설명, 및 구체적이되 제한되지 않는 예시 목적의 여러 실시예의 해석으로부터 보다 완전히 명백하게 될 것이다.
용어 "희토류"는 이트륨 및 원자 번호 57 내지 71 (경계 포함)을 갖는 주기율표의 원소로 구성된 군의 원소를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 방법은 가장 특히 네오디뮴, 란탄, 프라세오디뮴, 사마륨 및 세륨으로부터 선택된 희토류 원소의 유기포스페이트의 제조에 적용한다.
본 발명의 방법은 희토류 화합물과 유기아인산의 반응을 포함한다.
희토류 화합물로서, 상기 언급된 것들이 사용된다. 이들 중에서, 바람직하게는 옥시드를 사용한다.
보다 특히, 유기아인산은 인산 모노에스테르 또는 디에스테르, 포스폰산 및 포스핀산으로부터 선택될 수 있다.
인산 모노에스테르 또는 디에스테르는 각각 화학식 (RO)PO(OH)2 및 (RO)(R'O)PO(OH)에 해당될 수 있으며, 여기서 R 및 R'는 알킬 또는 아릴 라디칼을 나타낸다 (동일하거나 또는 상이할 수 있음).
예로서, R 및 R'는 n-부틸, 이소부틸, 펜틸, 아밀, 이소펜틸, 2,2-디메틸헥실, 2-에틸헥실, 1-에틸헥실, 옥틸, 노닐, 데실, 2,2-디메틸옥틸, 톨릴 또는 노나페닐 라디칼일 수 있다.
또한, 유기아인산은 화학식 (RO)R'P(O)(OH) 및 RP(O)(OH)2의 포스폰산으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 R 및 R'는 알킬 또는 아릴 라디칼을 나타낸다 (동일하거나 또는 상이할 수 있음). 예로서, R 및 R'는 n-부틸, 이소부틸, 펜틸, 아밀, 이소펜틸, 2,2-디메틸헥실, 2-에틸헥실, 1-에틸헥실, 옥틸, 노닐, 데실, 2,2-디메틸옥틸, 톨릴 또는 노나페닐 라디칼일 수 있다.
또한, 유기아인산은 화학식 R(R')P(O)OH 및 R(H)P(O)OH의 포스핀산으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 R 및 R'는 알킬 또는 아릴 라디칼을 나타낸다 (동일하거나 또는 상이할 수 있음). 예로서, R 및 R'는 n-부틸, 이소부틸, 펜틸, 아밀, 이소펜틸, 2,2-디메틸헥실, 2-에틸헥실, 1-에틸헥실, 옥틸, 노닐, 데실, 2,2-디메틸옥틸, 톨릴 또는 노나페닐 라디칼일 수 있다.
물론, 상기 기재된 유기아인산의 혼합물을 사용할 수도 있다.
본 발명의 필수 특징은 희토류 화합물과 유기아인산의 반응이 상기 주어진 형태의 촉진제의 존재 하에 수행된다는 것이다.
일반적으로, 반응은 희토류 화합물, 유기아인산 및 촉진제를 유기 용매 중에서 혼합하여 수행한다.
사용되는 유기 용매는 일반적으로 탄화수소-계 용매, 보다 특히 지방족, 지환족, 또는 심지어 방향족 용매이다.
상기 용매는 헥산, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 헵탄, 메틸펜탄, 메틸시클로펜탄, 펜탄, 3-메틸펜탄, 2-메틸펜탄, 2,3-디메틸펜탄 및 이들의 이성질체, 톨루엔 및 크실렌, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 헥산, 시클로헥산 및 메틸시클로헥산, 및 이들의 이성질체, 및 이들의 혼합물이 바람직하다. 상업적으로 입수가능한 탄화수소-계 용매로는 엑솔 (Exxsol)? 헥산 (엑손 (Exxon)에 의해 제공됨), 엑솔? 헵탄 (엑손에 의해 제공됨), 이소파르 (Isopar)?, 이소파르-M? 및 이소파르-L? (엑손에 의해 제공됨), 솔벤트 (Solvent) 140? (엑손에 의해 제공됨), 미네랄 스피리츠 (Mineral Spirits) 66? (필립스 (Philips)에 의해 제공됨), 시클로헥산 (BASF에 의해 제공됨) 및 메틸시클로헥산 (토탈 플루이즈 (Total Fluides)에 의해 제공됨)이 있다.
사용되는 촉진제의 양은 하기에 상술될 것이다. 일반적으로, 최소량은 촉진제가 소정의 역할을 시작할 수 있는 양, 즉 반응으로부터의 수율이 허용가능하게 되기 시작하는 양임에 주목해야 할 것이다. 반응의 종료시 반응 매질이 더 이상 어떠한 혼탁성도 나타내지 않는 경우 이러한 수율은 허용가능하다. 이에 따라, 상기 양은 당업자들이 쉽게 측정할 수 있다. 최대량은 일반적으로 중요하지 않으며, 산업적 제한 사항에 따라 고정될 수 있다. 하기 주어지는 양은 예시 목적으로만 수행되며, 이에 따라 이들 최소 및 최대량 사이에 있다고 이해하여야 한다.
촉진제가 물인 경우, 사용되는 물의 양은 물/희토류 몰 비로 표현시 일반적으로 대략 1 내지 대략 500, 보다 특히 1 내지 300, 보다 더 특히 5 내지 100이다. 한 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 비는 25 이상, 보다 특히 50 이상, 보다 더 특히 90 이상이며, 상기 주어진 값의 상한치 또한 본 실시양태에 적용 가능하다.
촉진제가 산인 경우, 사용되는 산의 양은 산/희토류 몰 비로 표현시 일반적으로 대략 0.005 내지 대략 0.2, 특히 0.005 내지 0.1, 보다 더 특히 0.005 내지 0.06이다.
산은 순수한 산을 사용하거나, 또는 농축 또는 희석 용액으로서 사용할 수 있다는 것을 주목할 수 있다.
상기 언급된 것과 같이, 촉진제는 희토류의 니트레이트, 클로라이드, 아세테이트, 포르메이트 또는 프로피오네이트일 수 있다. 상기 경우에서, 염의 양은 염/희토류 몰 비로 표현시 일반적으로 대략 0.005 내지 대략 0.2, 보다 특히 0.005 내지 0.1이다.
촉진제의 존재 하의 희토류 화합물과 유기아인산의 반응은 일반적으로 60℃ 이상, 보다 특히 80℃ 내지 100℃의 온도에서 수행된다. 100℃ 초과의 온도 또한 구상할 수 있다.
상기 반응의 지속시간은 광범위하게, 예를 들어 1 내지 6시간으로 변할 수 있으며, 실제적으로는 1 내지 2시간일 수 있다.
바람직하게는, 용액이 공기로부터의 산소로 오염되는 것을 방지하기 위해 반응은 불활성 분위기, 예를 들어 질소 하에 수행된다.
반응의 종결시 희토류 유기포스페이트 용액을 얻는다.
임의로, 산 잔류물을 제거하기 위해 용액을 물로 세척할 수 있다. 상기 세척은 유기 용액을 물과 혼합하고, 교반하고, 침강에 의해 분리시키고, 이후 수성 상을 유기 상으로부터 분리하여 수행할 수 있다.
또한, 잔류 물을 제거하기 위해 상기 용액을 임의로 증류시킬 수 있다. 상기 방식으로, 수분 함량이 최대 500 ppm, 보다 특히 최대 100 ppm인 용액을 얻을 수 있다. 상기 수분 함량은 물/희토류 몰 비로 표현시 최대 0.2, 보다 특히 최대 0.04일 수 있다.
잔류 산도는 유기아인산/희토류 몰 비로 표현시 최대 0.75, 보다 특히 최대 0.6, 보다 더 특히 최대 0.4일 수 있다.
매우 소량의 출발 희토류 화합물이 용액에 남아있는 한, 반응으로부터의 수율은 높다. 실제로, 용액은 투명한 외관을 갖는다. 얻어진 수율은 일반적으로 95% 이상이고, 100%의 수율을 달성할 수 있다.
알콜, 카르복실산 또는 인산으로부터 선택된 화합물을 첨가하여, 얻어진 용액의 점도를 조절할 수 있다. 비제한적인 예로서, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 아세트산 및 프로피온산을 언급할 수 있다.
상기 언급된 것과 같이, 본 발명의 방법으로부터 유래된 희토류 유기포스페이트 용액은 디엔, 예컨대 부타디엔 및 이소프렌의 중합을 위한 촉매를 제조하기 위해 사용할 수 있다.
실시예가 아래 주어진다.
<실시예>
실시예 1
네오디뮴 72.4 중량%를 함유하는 네오디뮴 옥시드 3.03 g, 디(2-에틸헥실)인산 (DEHPA) 17.39 g, 메틸시클로헥산 (MCH) 80 g 및 물 25.9 g을 아르곤으로 미리 불활성화시킨 반응기에 도입하였다. 혼합물을 교반하고, 고체가 완전히 사라질 때까지, 즉 이 경우 1시간 동안 95℃가 되도록 하였다. 혼합물을 냉각시키고, 침강에 의해 분리시켰다. 이에 따라 물 22.5 g이 혼합물로부터 제거되었다. 후속적으로, 물/MCH 공비혼합물을 딘 스탁 (Dean Stark) 장치로 증류시켰다. 이에 따라, MCH 중 네오디뮴 디(2-에틸헥실)포스페이트 용액 84 g을 얻었다.
상기 용액은 투명한 외관, 용액 중 네오디뮴 함량 2.65%, 잔류 유리 산도 (DEHPA 중량 백분율로 표현됨) 2.2% 및 수분 함량 382 ppm으로 특성화되었다. 이 경우에서, 몰 비는 다음과 같다: DEHPA/Nd = 0.37 및 물/Nd = 0.11. 반응 수율은 100%였다.
실시예 2
네오디뮴 72.4 중량%를 함유하는 네오디뮴 옥시드 3.03 g, 디(2-에틸헥실)인산 (DEHPA) 17.39 g, 메틸시클로헥산 (MCH) 80 g 및 0.5 mol/l의 질산 1.8 ml를 아르곤으로 미리 불활성화시킨 반응기에 도입하였다. 상기 질산의 양은 네오디뮴에 대하여 0.06 몰 당량의 HNO3에 해당하였다. 혼합물을 교반하고, 고체의 존재가 더이상 시각적으로 구별되지 않을 때까지, 즉 이 경우 3시간 동안 80℃가 되도록 하였다. 혼합물을 냉각시켰다. 질산 잔류물을 제거하기 위해 물 20 g으로의 3회 세척을 연속적으로 수행하였다. 각 세척은 30분 동안의 교반 단계, 및 이후 30분 동안의 침강에 의한 분리 단계를 포함하였으나, 단 최종 침강에 의한 분리는 12시간 동안 지속하였다. 이에 따라, 18 g, 18 g 및 이후 23 g의 물을 연속적으로 회수하였다. 후속적으로, 물/MCH 공비혼합물을 딘 스탁 장치로 증류시켰다. 이에 따라 MCH 중 네오디뮴 디(2-에틸헥실)포스페이트 용액 100 g을 얻었다.
상기 용액은 투명한 외관, 용액 중 네오디뮴 함량 2.15%, 잔류 유리 산도 (DEHPA 중량 백분율로 표현됨) 3.0%, 및 수분 함량 72 ppm으로 특성화되었다. 이 경우에서, 몰 비는 다음과 같다: DEHPA/Nd = 0.62 및 물/Nd = 0.03. 반응 수율은 98%였다.
실시예 3
네오디뮴 72.4 중량%를 함유하는 네오디뮴 옥시드 3.03 g, 디(2-에틸헥실)인산 (DEHPA) 17.39 g, 메틸시클로헥산 (MCH) 80 g 및 1 mol/l의 염산 0.9 ml를 아르곤으로 미리 불활성화시킨 반응기에 도입하였다. 상기 염산의 양은 네오디뮴에 대하여 0.06 몰 당량의 HCl에 해당하였다. 혼합물을 교반하고, 3시간 동안 80℃가 되도록 하였다. 혼합물을 냉각시켰다. 염산 잔류물을 제거하기 위해 물 20 g으로의 3회 세척을 연속적으로 수행하였다. 각 세척은 30분 동안의 교반 단계, 및 이후 30분 동안의 침강에 의한 분리 단계를 포함하였으나, 단 최종 침강에 의한 분리는 12시간 동안 지속하였다. 후속적으로, 물/MCH 공비혼합물을 딘 스탁 장치로 증류시켰다. 이에 따라 MCH 중 네오디뮴 디(2-에틸헥실)포스페이트의 투명한 용액을 얻었다.
상기 용액은 투명한 외관, 용액 중 네오디뮴 함량 2.25%, 잔류 유리 산도 (DEHPA 중량 백분율로서 표현됨) 2.85% 및 수분 함량 249 ppm으로 특성화되었다. 이 경우에서, 몰 비는 다음과 같다: DEHPA/Nd = 0.56 및 물/Nd = 0.09. 반응 수율은 100%였다.
실시예 4
네오디뮴 72.4 중량%를 함유하는 네오디뮴 옥시드 2.88 g, 네오디뮴 24.4 중량%를 함유하는 네오디뮴 니트레이트 수용액 0.53 g, 디(2-에틸헥실)인산 (DEHPA) 17.39 g 및 메틸시클로헥산 (MCH) 80 g을 아르곤으로 미리 불활성화시킨 반응기에 도입하였다. 혼합물을 교반하고, 고체가 완전히 사라질 때까지, 즉 이 경우 1시간 동안 80℃가 되도록 하였다. 혼합물을 냉각시켰다. 무기 잔류물을 제거하기 위해 물 20 g으로의 3회 세척을 연속적으로 수행하였다. 각각의 세척은 30분 동안의 교반 단계, 및 이후 30분 동안의 침강에 의한 분리 단계를 포함하였으나, 단 최종 침강에 의한 분리 단계에 대하여 12시간 동안 지속하였다. 후속적으로, 물/MCH 공비혼합물을 딘 스탁 장치로 증류시켰다. 이에 따라, MCH 중 네오디뮴 디(2-에틸헥실)포스페이트의 투명한 용액을 얻었다.
상기 용액은 투명한 외관, 용액 중 네오디뮴 함량 2.1%, 잔류 유리 산도 (DEHPA 중량 백분율로서 표현됨) 3.2% 및 수분 함량 369 ppm으로 특성화되었다. 이 경우에서, 몰 비는 다음과 같다: DEHPA/Nd = 0.68 및 물/Nd = 0.14. 반응 수율은 99%였다.
실시예 5
네오디뮴 72.4 중량%를 함유하는 네오디뮴 옥시드 2.88 g, 네오디뮴 22.2 중량%를 함유하는 네오디뮴 클로라이드 수용액 0.58 g, 디(2-에틸헥실)인산 (DEHPA) 17.39 g 및 메틸시클로헥산 (MCH) 80 g을 아르곤으로 미리 불활성화시킨 반응기에 도입하였다. 혼합물을 교반하고, 5시간 동안 80℃가 되도록 하였다. 혼합물을 냉각시켰다. 무기 잔류물을 제거하기 위해 물 20 g으로의 3회 세척을 연속적으로 수행하였다. 각각의 세척은 30분 동안의 교반 단계, 및 이후 30분 동안의 침강에 의한 분리 단계를 포함하였으나, 단 최종 침강에 의한 분리는 12시간 동안 지속하였다. 후속적으로, 물/MCH 공비혼합물을 딘 스탁 장치로 증류시켰다. 이에 따라, MCH 중 네오디뮴 디(2-에틸헥실)포스페이트의 투명한 용액을 얻었다.
상기 용액은 투명한 외관, 용액 중 네오디뮴 함량 2.05%, 잔류 유리 산도 (DEHPA 중량 백분율로서 표현됨) 3.3% 및 수분 함량 406 ppm으로 특성화되었다. 이 경우에서, 몰 비는 다음과 같다: DEHPA/Nd = 0.72 및 물/Nd = 0.16. 반응 수율은 98%였다.
실시예 6
네오디뮴 72.4 중량%를 함유하는 네오디뮴 옥시드 3.03 g, 디(2-에틸헥실)인산 (DEHPA) 16.15 g, 메틸시클로헥산 (MCH) 80 g 및 0.5 mol/l의 질산 1.8 ml를 아르곤으로 미리 불활성화시킨 반응기에 도입하였다. 상기 질산의 양은 네오디뮴에 대하여 0.06 몰 당량의 HNO3에 해당하였다. 혼합물을 교반하고, 고체의 존재가 더 이상 시각적으로 구별되지 않을 때까지, 즉 이 경우 3시간 동안 80℃가 되도록 하였다. 혼합물을 냉각시켰다. 무기 잔류물을 제거하기 위해 물 20 g으로의 3회 세척을 연속적으로 수행하였다. 각 세척은 30분 동안의 교반 단계, 및 이후 30분 동안의 침강에 의한 분리 단계를 포함하였다. 이에 따라, 20 g, 19.5 g 및 이후 19.5 g을 회수하였다. 후속적으로, 물/MCH 공비혼합물을 딘 스탁 장치로 증류시켰다. 이에 따라, 투명한 외관을 갖는 MCH 중 네오디뮴 디(2-에틸헥실)포스페이트의 용액을 얻었다. 이는 용액 중 네오디뮴 함량 2.05%, 잔류 유리 산도 (DEHPA 중량 백분율로서 표현됨) 1.59%, 및 수분 함량 209 ppm으로 특성화되었다. 이 경우에서, 몰 비는 다음과 같다: DEHPA/Nd = 0.34 및 물/Nd = 0.08. 반응 수율은 95%였다.
실시예 7
네오디뮴 72.4 중량%를 함유하는 네오디뮴 옥시드 3.03 g, 디(2-에틸헥실)인산 (DEHPA) 17.39 g, 메틸시클로헥산 (MCH) 80 g 및 99.8% 아세트산 0.054 g을 아르곤으로 미리 불활성화시킨 반응기에 도입하였다. 상기 아세트산의 양은 네오디뮴에 대하여 0.06 몰 당량의 CH3COOH에 해당하였다. 혼합물을 교반하고, 고체의 존재가 더 이상 시각적으로 구별되지 않을 때까지, 즉 이 경우 1시간 동안 80℃가 되도록 하였다. 혼합물을 냉각시켰다. 무기 잔류물을 제거하기 위해 물 20 g으로의 3회 세척을 연속적으로 수행하였다. 각 세척은 30분 동안의 교반 단계, 및 이후 30분 동안의 침강에 의한 분리 단계를 포함하였으나, 단 최종 침강에 의한 분리 단계는 밤새 수행하였다. 이에 따라, 16 g, 24.2 g 및 이후 17.1 g을 회수하였다. 후속적으로, 물/MCH 공비혼합물을 딘 스탁 장치로 증류시켰다. 이에 따라, 투명한 외관을 갖는 MCH 중 네오디뮴 디(2-에틸헥실)포스페이트의 용액을 얻었다. 이는 용액 중 네오디뮴 함량 2.3%, 잔류 유리 산도 (DEHPA 중량 백분율로서 표현됨) 2.65%, 및 수분 함량 77 ppm으로 특성화되었다. 이 경우에서, 몰 비는 다음과 같다: DEHPA/Nd = 0.51 및 물/Nd = 0.026. 반응 수율은 100%였다.
Claims (10)
- 희토류의 옥시드, 히드록시드, 카르보네이트 및 히드록시카르보네이트로부터 선택된 희토류 화합물을 유기 용매의 존재 하에 유기아인산과 반응시키며, 상기 반응이 질산, 염산, 아세트산, 포름산 및 프로피온산, 및 이들 산의 희토류 염으로부터 선택된 촉진제의 존재 하에 수행되는 것을 특징으로 하는, 유기 용매 중 희토류 유기포스페이트 용액의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 인산 모노에스테르 또는 디에스테르, 포스폰산 및 포스핀산으로부터 선택된 유기아인산을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄화수소-계 용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 네오디뮴, 란탄, 프라세오디뮴, 사마륨 및 세륨으로부터 선택된 희토류 원소의 유기포스페이트를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 희토류 화합물과 유기아인산과의 반응을 60℃ 이상의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 유기아인산과의 반응을 위한 희토류 화합물로서 옥시드를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항에 있어서, 지방족 또는 지환족 용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 희토류의 옥시드, 히드록시드, 카르보네이트 및 히드록시카르보네이트로부터 선택된 희토류 화합물을 유기 용매의 존재 하에 유기아인산과 반응시키며, 상기 반응이 촉진제로서 25 이상의 양 (물/희토류 몰 비로 표현됨)의 물의 존재 하에 수행되는 것을 특징으로 하는, 유기 용매 중 희토류 유기포스페이트 용액의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 물/희토류 몰 비가 50 이상인 방법.
- 제8항에 있어서, 물/희토류 몰 비가 90 이상인 방법.
Applications Claiming Priority (3)
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