KR20090067071A - 1차 아민의 포스겐화에 의한 이소시아네이트의 제조를 위한방법 및 혼합 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터-스테이터형 믹서 반응기에 대한 것이다. 이 믹서 반응기는 분배실, 혼합실, 및 분배실과 혼합실 사이에서 하우징 단면을 변형하는 전면판을 갖는 실질적으로 회전 대칭형인 하우징을 포함하고, 2종 이상의 상이한 물질을 위한 혼합실 내로의 분리된 유입구, 및 혼합실로부터 혼합물 또는 생성물을 제거하기 위한 배출구가 있다. 제1 물질을 위한 유입구는 혼합실의 회전축에 제공된다. 2개 이상의 채널이 이 유입구로부터 방사상으로 배열되고, 제1 물질이 이들 채널을 통해 혼합실로 운반된다. 제2 이상의 물질을 위한 유입구는 전면판에서 복수의 개구 형태로 구성되고, 이들 유입 개구는 회전축에 대해 회전 대칭적으로 배열된다. 제2 이상의 물질을 위한 이들 유입 개구 각각은 그에 대응하는, 축 방향으로 이동할 수 있는 핀을 갖는다.

믹서 반응기, 로터-스테이터, 포스겐화

Description

1차 아민의 포스겐화에 의한 이소시아네이트의 제조를 위한 방법 및 혼합 장치{PROCESS AND MIXING UNIT FOR THE PREPARATION OF ISOCYANATES BY PHOSGENATION OF PRIMARY AMINES}

관련 특허 출원의 상호 참조

본 특허 출원은 2007년 12월 19일자 독일 특허 출원 제10 2007 061 688.2호의 35 U.S.C. §119 (a)-(d)하의 우선권을 주장한다.

본 발명은 1차 아민의 포스겐화에 의한 이소시아네이트의 제조 방법, 및 유리체(educt) 포스겐 및 1차 아민을 포함한 2종 이상의 상이한 물질을 혼합하는데 적합한 로터-스테이터형(rotor-stator type) 혼합기에 관한 것이다. 로터-스테이터형 혼합기는 믹서 반응기(mixer reactor)이며, 상당한 점도차를 가질 수 있는 2종 이상의 유동성 물질의 혼합, 개시 및 반응의 실시에 적합하다. 이 믹서 반응기는 유기 용매에 용해된 모노- 또는 폴리아민을 포스겐과 반응시켜 모노- 또는 폴리이소시아네이트를 제조하는데 특히 적합하다.

로터-스테이터 혼합기는 일반적으로 혼합 요소가 제공된 하나 이상의 로터, 및 흐름을 끊을 수 있는 요소가 구비된 로터 주변의 스테이터를 포함한다. 이러한 로터-스테이터 혼합기는 일반적으로 공지되어 있다. 여기에서, 로터는 높은 회전 속도로 회전하는 반면, 스테이터는 고정된 위치로 유지된다. 로터의 움직임에 의해, 로터와 스테이터 간의 환형 간극 내의 액체가 고난류로 혼합된다. 비혼화성 액체의 경우, 두 액체 중 하나는 높은 에너지 투입에 의해 다른 액체 중에 미세하게 분산된다. 여기에서, 형성된 분산액은 회전 속도가 증가하여(즉, 높아져) 에너지 투입이 높아질수록 더욱 미세하게 분산된다. 로터의 고속 회전으로 인해, 대량의 에너지가 액체에 도입되고 혼합 동안 열로 전환된다. 그 결과, 혼합 공정 중 액체 혼합물의 온도 증가가 발생한다.

신속하게 개시되는 반응, 예컨대 모노- 또는 폴리아민과 포스겐의 반응에 의한 모노- 또는 폴리이소시아네이트의 제조를, 실질적으로 회전 대칭형 하우징을 포함하며 여기에서 하우징은 실질적으로 회전 대칭형인 혼합실에 2개 이상의 물질을 위한 분리된 유입구 및 출구를 가지며 여기에서 제1 물질의 유입구는 혼합실의 축에 제공되고 제2 이상의 물질의 유입구는 혼합실 축에 대해 회전 대칭적으로 배열된 복수의 개구 형태로 구성되는 로터-스테이터형의 믹서 반응기 (및 임의로는 추가의 후속 반응 장치)에서 실시하는 것이 알려져 있다. 예를 들어 EP 291 819 B1 (미국 특허 제4,851,571호에 대응한다고 생각됨) 및 EP 291 820 B1 (미국 특허 제4,915,509호에 대응한다고 생각됨)을 참조하라.

종래기술에 따르면, 혼합실 축에 대해 회전 대칭적으로 배열된 개구 형태로 구성된 혼합 장치의 각 개구에 수직으로 이동할 수 있는 핀(pin)이 할당된다. 핀을 축 방향으로 이동함으로써, 개구는 핀으로 관통되어 임의의 존재하는 침적물이 제거된다. 공급관의 압력 증가시에 또는 주기적으로 핀을 개구 내로 이동시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, EP 830 894 B1 (미국 특허 제5,931,379호에 대응한다고 생각됨)을 참조하라.

신속하게 개시되는 반응, 예컨대 모노- 또는 폴리아민과 포스겐의 반응을, 실질적으로 회전 대칭형 하우징을 포함하며 여기에서 하우징은 실질적으로 회전 대칭형인 혼합실에 2개 이상의 물질을 위한 분리된 유입구 및 배출구를 가지며 여기에서 첫번째 물질을 위한 유입구는 혼합실의 축에 제공되고 제2 이상의 물질을 위한 유입구는 혼합실의 축에 대해 방사상 또는 측방향으로 있으며 혼합실은 움직이는 부분이 없는 혼합 장치에서 실시하는 것이 또한 알려져 있다. 예를 들어 EP 322 647 B1 (미국 특허 제5,117,048호에 대응함) 및 WO 2002/002217 A1을 참조하라.

신속하게 개시되는 반응, 예컨대 모노- 또는 폴리아민과 포스겐의 반응을, 실질적으로 회전 대칭형 하우징을 포함하며 여기에서 하우징은 실질적으로 회전 대칭형인 혼합실에 2개 이상의 물질을 위한 분리된 유입구 및 배출구를 가지며 여기에서 적어도 두 유입구가 모두 혼합실의 축에 대해 방사상으로 배열되는 혼합 장치에서 실시하는 것이 또한 알려져 있다. 예를 들어, DE 10 034 621 A1, 미국 특허 제4,886,368호 및 DE 42 20 239 C2를 참조하라.

이러한 장치에서 제조된 모노- 또는 폴리이소시아네이트의 품질은 2종 이상의 유동성 물질의 혼합의 품질 및 속도에 결정적으로 좌우된다. 여기에서, 믹서 반응기를 통한 물질 유량을 균일하게 유지하는 것이, 이미 서로 반응한 물질이 미 반응 출발 물질의 물질 스트림에 역혼합(backmixing)되는 것을 방지할 수 있기 때문에 특히 중요한 역할을 한다.

혼합 장치의 품질의 일반적 기준은 그 특정 장치에서 달성될 수 있는 혼합 시간이다. 신속한 반응, 예컨대 유기 용매에 용해된 모노- 또는 폴리아민과 포스겐의 반응에 의한 모노- 또는 폴리이소시아네이트의 제조를 개시하기 위해 사용되는 혼합 장치의 혼합 시간은 통상 0.0001초 내지 5초, 바람직하게는 0.0005초 내지 4초, 특히 바람직하게는 0.001초 내지 3초이다 (예를 들어, DE 10 2005 014846 A1 참조). 여기에서 사용된 혼합 시간은, 혼합 공정의 시작으로부터 얻어지는 혼합물의 유체 요소의 97.5％가 특정 혼합 분율에 도달할 때까지 경과된 시간을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 혼합 분율은 완벽한 혼합물의 상태를 가정할 경우 얻어진 혼합물의 이론적 최종값으로부터 2.5％ 이상 벗어나지 않을 것이다. 혼합물 브레이크(mixture break)의 개념은 예를 들어 문헌[J. Warnatz, U. Maas, R.W. Dibble: Combustion, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 206, 4th edition, p. 136 - 137]에 설명되어 있다.

철저한 혼합의 품질 및 역혼합 방지의 완전성은 몇몇 기준으로부터 구체적으로 알 수 있다.

불충분한 혼합에 의해, 막힘을 일으키는 케이크화(caking)가 시간 경과에 따라 제2 이상의 물질을 위한 유입구 내부에서 발생하여, 모든 개구를 통한 동일 물질 유량의 도입을 방해한다. 이것은 믹서 반응기를 통한 유량 특성을 손상시켜, 역혼합 발생을 증가시킨다.

반응 동안에 형성되는 아민 히드로클로리드 및 카르바모일 클로리드 입자의 크기 및 크기 분포(이 크기는 나노미터 내지 마이크로미터 범위이어야 함)는 혼합의 철저성에 대한 추가의 기준이다. 이러한 비교적 대량의 고체 형성은 방지되어야 하며, 이는 이에 의해 대량의 응집된 아민 히드로클로리드 입자 형성이 발생할 수 있고, 그의 포스겐화는 문헌에 기재된 대로 매우 느리기 때문이다 (예를 들어, WO 2004/056756 A1 참조).

얻어진 모노- 또는 폴리이소시아네이트의 색상 또는 점도도 혼합의 철저성에 대해 추가의 기준인데, 이는 모든 부반응이 완전히 억제된다면 무색 및 저점도 생성물이 얻어질 것이기 때문이다.

얻어진 생성물 중의 유리 이소시아네이트기 함량(NCO 값)은 혼합의 철저성의 추가 기준인데, 이는 혼합의 철저성이 불충분하다면 상기 함량이 낮게 유지될 것이고 역혼합이 있을 경우 더욱 떨어질 것이기 때문이다. 유리 이소시아네이트기 함량은 소위 NCO 값으로서 간단한 방식으로 측정할 수 있다. NCO 값은 이소시아네이트를 과량의 디부틸아민과 반응시켜 상응하는 우레아를 생성하고, 소비되지 않은 아민을 염산 표준 용액으로 역적정하여 측정한다. 공업적으로 적합한 모노- 및 폴리이소시아네이트를 위해 높은 NCO 값이 바람직하다.

공지된 로터-스테이터형 혼합 장치에서, 혼합은 축 방향으로 투입된 제1 물질이 제1 로터 디스크의 원심력 형태로 인해 바깥쪽으로 흘러서 도입된 제2 물질과 함께 충전되고, 두 물질 스트림이 원심력에 의해 서로 혼합되는 절차로 실시된다.

로터-스테이터형 혼합기를 이용한, 유기 용매에 용해된 모노- 또는 폴리아민 과 포스겐의 반응에 의한 모노- 또는 폴리이소시아네이트의 제조에서, 포스겐 용액을 바람직하게는 혼합실 축에 축 방향으로 투입하고, 아민 용액을 회전 대칭형으로 배열된 유입 개구를 통해 투입한다. 이것은 아민 용액의 유입구가 막힐 가능성이 더 높다는 사실에 기인하며, 따라서 아민 용액을 바람직하게는 침적물을 제거할 수 있는 핀이 각각 할당된 유입 개구를 통해 투입한다.

공지된 로터-스테이터형 믹서 반응기의 단점은 점도의 비가 0.5 미만 또는 2 초과인 두 용액을 더 이상 충분하게 혼합될 수 없다는 것이며, 이는 보다 낮은 점도를 갖는 물질을 혼합실 축을 따라 축 방향으로 투입할 경우, 제1 로터 디스크를 통해 전달될 때의 그의 원심력은 보다 높은 점도의 제2 물질이 회전 대칭형으로 배열된 개구를 통해 들어올 때 혼합실의 배출구 방향으로 이동시키기에 더 이상 충분하지 못하기 때문이다. 그 결과, 혼합실에서 역혼합이 발생하고, 이것은 특히 하우징의 단면을 변형하는 전면판(front plate) 및 스테이터 간의 하우징 벽 내면에서 문제가 된다. 이 역혼합은 고체의 케이크화 및 믹서 반응기로부터 얻어지는 모노- 또는 폴리이소시아네이트의 유리 이소시아네이트기의 낮은 함량으로 이어진다.

공지된 로터-스테이터형 믹서 반응기의 단점은 또한 용해된 물질 농도를 원하는대로 선택할 수 없다는 것이다. 안타깝게도, 공지된 믹서 반응기에서는, 보다 높은 점도의 용액의 농도는 제2 이상의 용액의 점도의 2배를 초과해서는 안된다는 사실에 의해 제한된다. 이것은 특히 유기 용매에서 모노- 또는 폴리아민과 포스겐의 반응에 의해 모노- 또는 폴리이소시아네이트를 제조하는데 있어서 단점이 되는데, 이는 모노- 또는 폴리아민 용액의 점도는 용액에 존재하는 모노- 또는 폴리아 민의 농도와 함께 크게 변화 또는 변경되지만, 포스겐 용액의 점도는 상이한 포스겐 농도에서 단지 약간만 증가하기 때문이다. 즉, 0℃에서 0 내지 80 중량％ 농도 범위의 모노클로로벤젠(MCB) 중 포스겐 용액의 점도는 0.5 내지 1.0 mPa·s (0℃ 및 50 또는 56 중량％에서 점도 0.765 mPa·s 및 밀도 1.27 g/L)이지만, 25℃에서 15 내지 65 중량％ 농도 범위의 모노클로로벤젠 중 메틸렌디페닐디아민(MDA) 용액의 점도는 1 내지 200 mPa·s이기 때문이다 (표 1 참조). 반면, 용액 간의 밀도 차이는 단지 약간이며, 혼합 작업을 어렵게 하는 효과를 갖지 않는다.

DIN 53015에 따라 하케(Haake)로부터의 회플러 낙구 점도계(Hoeppler falling ball viscometer)로 측정한, 다양한 25℃ MCB 중 MDA 용액의 밀도 및 점도

MCB 중 MDA의 농도 (％)	온도 (℃)	밀도 (g/mL)	점도 (mPa·s)
15	25	1.10	0.99
30	25	1.10	1.89
45	25	1.10	4.29
50	25	1.10	5.40
65	25	1.14	20.98
95	25	1.20	>200

따라서, 본 발명의 목적은 위에 언급한 단점을 피하고, 매우 상이한 점도의 두 유동성 물질의 품질 및 속도 면에서 철저한 혼합을 보장하는 믹서 반응기를 제공하는 것이다. 특히, 이 믹서 반응기는 유리 이소시아네이트기 함량이 높은 모노- 또는 폴리이소시아네이트의 제조를 허용해야 하고, 따라서 고농축 아민 및 포스겐 용액의 사용을 가능하게 해야 한다.

본 발명은 로터-스테이터형 믹서 반응기에 대한 것이다. 이 믹서 반응기는 분배실, 혼합실, 및 전면 및 후면 및 전면과 후면을 횡단하는 중심 유입구를 갖는 전면판을 포함하며, 이 전면판은 분배실과 혼합실 사이에서 하우징 단면을 변형하는 것인, 실질적으로 회전 대칭형인 하우징을 포함한다. 전면판의 후면은 분배실에 가장 가깝고, 전면판의 전면은 혼합실에 가장 가깝다. 또한, 2종 이상의 상이한 물질을 위한 혼합실 내로의 분리된 유입구, 및 혼합실로부터 혼합물 또는 생성물이 빠져나가는 배출구가 있다. 또한, 하우징에는 제1 물질을 도입하기 위한 유입구가 분배실에 있으며, 이것은 이 제1 물질을 혼합실의 회전축을 따라 전면판의 중심 유입구로 운반하기 위한 수단으로 통해 있다. 하우징은 또한 제2 물질을 분배실에 도입하기 위한 제2 유입구를 분배실에 갖는다.

분배실과 혼합실 사이에서 하우징의 단면을 변형하는 전면판은 복수의 평행한 유입 개구(이것은 전면판의 후면으로부터 전면까지 횡단함)를 포함하며, 이들 유입 개구는 중심 유입구 둘레에 회전 대칭 방식으로 배열된다. 제2 물질은 바로 이들 유입 개구를 통해 분배실로부터 혼합실로 운반된다. 또한, 전면판은 전면판의 중심 유입구로부터 방사상으로 나가는 복수의 채널을 가지며, 제1 물질은 이를 통해 전면판의 중심 유입구로부터 혼합실로 흐른다. 이들 채널은 바람직하게는 제2 물질을 위한 복수의 평행 유입 개구와 교호하는 방식으로 대칭적으로 배열된다. 또한, 전면판의 평행 유입 개구의 수에 대응하는 복수의 핀이 또한 존재하며, 이들 핀은 바람직하게는 개별적으로 축 방향으로 이동할 수 있다.

전면판의 중심 유입구는 바람직하게는 회전축에 위치하여, 제1 물질이 이 중심 유입구로 들어갈 때 회전축을 따라 흐르도록 한다.

본 발명에 따른 믹서 반응기는 2종 이상의 유동성 물질의 혼합 및 반응의 실시 또는 개시에 적합하다. 이것은 믹서 반응기에 유입시의 제1 물질과 제2 이상의 물질의 점도의 비가 0.5 미만 또는 2 초과(여기에서, 점도 측정은 DIN 53015에 따라 하케로부터의 회플러 낙구 점도계를 사용함)인 2종 이상의 유동성 물질, 현탁액 또는 용액의 혼합에 바람직하게 사용된다. 믹서 반응기는 특히 용매에 용해된 포스겐을 제1 물질로서 사용하고 1차 아민의 용액을 제2 물질로서 사용하는 포스겐화 반응의 혼합, 실시 또는 개시에 특히 적합하다.

전면판의 전면에는 복수의 채널이 있다. 바람직하게는, 이 채널들은 전면판에 존재하는 중심 유입구로부터 바깥쪽으로 방사상으로 이어지며, 제1 물질은 중심 유입구를 통해 혼합실의 회전축을 따라 혼합실에 도입되고, 회전축은 전면판의 상 기 중심 유입구를 통과한다. 이 채널들은 바람직하게는 회전축에서 가장 멀리 위치하는 제2 이상의 물질을 위한 유입 개구의 가장 최외곽 지점과 회전축으로부터 등거리에 있는 지점에서 종료된다. 채널은 전면판에 함몰부로서 또는 부착된 유도체(guide)로서 구성되며, 다양한 모양을 가질 수 있다. 즉, 채널은 예를 들어 삼각형, 직사각형, 반원 또는 타원 단면 형상일 수 있다. 최소한, 채널은 적어도 그의 시작점, 즉, 제1 물질 스트림을 위한 중심 유입구에 물리적으로 가장 가까운 지점 및 적어도 그의 종료점, 즉, 제1 물질 스트림을 위한 중심 유입구로부터 물리적으로 가장 먼 지점 또는 부위에서 개방되어 있다. 상기와 같이, 바람직한 실시양태에서, 이 채널들 각각의 종료점은 반경 방향으로 가장 바깥쪽에 위치하는 제2 스트림용 유입 개구의 가장 바깥쪽 지점과 회전축으로부터 등거리에 있는 지점 또는 부위에서 또한 개방되어 있다. 그 사이에 있는 채널 영역은 개방되거나 또는 폐쇄되어 있을 수 있다. 폐쇄되었다는 것은, 이 채널들이 혼합실의 방향에 연장된 덮개(예컨대 판)에 의해 가려져 있고, 전면판의 면에 평행한 유동 방향으로만 개방되어 있음을 의미한다. 즉, 제1 물질은 중심 유입구를 통해 채널로 흘러들고, 채널로부터 빠져나가 혼합실에 유입된다.

바람직한 실시양태에서, 채널은 바람직하게는 그 사이에 있는 영역, 즉, 채널의 시작점 또는 시작점보다 약간 뒤로부터 채널의 종료점에 가까운 지점(또는 약간 앞)까지 폐쇄 또는 가려져 있으며, 이는 이렇게 함으로써 혼합실 내부에서 제2 물질과의 혼합이 보다 빠르고 양호하게 일어나기 때문이다. 채널은 바람직하게는 그의 길이의 5％ 내지 95％, 보다 바람직하게는 그의 길이의 20％ 내지 90％, 가장 바람직하게는 그의 길이의 40 내지 85％에 걸쳐 폐쇄 또는 가려져 있다. 본 발명에 따르면, 상기 상한 및 하한의 임의의 조합(경계값 포함)을 사용할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 덮개는 제1 물질용 중심 유입구 수준에서 이미 채널을 덮을 수 있으며, 이에 따라 제1 물질은 반드시 채널을 따라 흐른 후, 제1 스트림을 위한 채널 개구를 통해 채널을 떠나서 혼합실에 유입되고, 혼합실에서 제2 물질과 혼합된다.

임의의 수의 채널을 본 발명에 따라 사용할 수 있지만, 혼합실의 방향으로 전면판의 전면 내에 또는 위에 2 내지 48개의 채널이 있는 것이 바람직하다. 또한, 믹서 반응기는 제2 물질 스트림이 분배실을 빠져나가 혼합실로 들어가는 통로가 되는, 2 내지 48개의 개구(즉, 유입 개구)를 전면판에 갖는 것이 바람직하다. 제2 물질 스트림을 위한 이 개구(즉, 유입 개구)는 바람직하게는 회전축 둘레에 1개, 2개 또는 3개의 동심원으로 배열된다. 그러나, 유입 개구가 회전축 둘레에 더 많은 동심원으로 배열되는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명에 따른 믹서 반응기는 모노- 또는 폴리이소시아네이트의 제조를 위한 포스겐화 반응기로서 특히 적합하다. 이 포스겐화 반응에서, 유기 용매에 용해된 포스겐을 제1 물질로서 사용하고, 임의로 용매에 용해된 1차 모노- 또는 폴리아민을 제2 이상의 물질로서 사용한다.

본 발명은 또한 1차 아민 및 포스겐을 본 명세서에 기재한 바와 같은 믹서 반응기에서 혼합하고 반응시키는, 1차 아민의 포스겐화에 의한 (모노- 또는 폴리-)이소시아네이트의 제조 방법에 관한 것이다. 이 믹서 반응기를 사용한 이 방법에 서, 용매에 용해된 포스겐을 제1 물질로서 사용하고, 1차 아민의 용액을 제2 물질로서 사용하는 것이 바람직하다. 믹서 반응기에 유입시의 제1 및 제2 물질의 점도의 비는 바람직하게는 0.5 미만이다. 여기에서, 이들 물질의 점도는 바람직하게는 DIN 53015에 따라 회플러 낙구 점도계를 사용하여 측정한다.

적합한 출발 물질 및 반응 조건은 예를 들어 EP 291 819 B1, EP 322 647 B1 및 EP 1616 857 A1 (각각 미국 특허 제4,851,571호, 미국 특허 제5,117,048호 및 미국 공개 출원 제20060025556에 대응한다고 생각됨)에 개시되어 있으며, 그의 개시 내용을 본원에 인용한다.

본 발명에 따른 믹서 반응기는 임의의 목적하는 1차 모노- 및 폴리아민의 포스겐화, 및 특히 폴리우레탄 화학 분야에 통상적으로 공지되고 사용되는 유기 폴리이소시아네이트의 제조에 적합하다. 이것은 유기 폴리이소시아네이트, 예컨대 디페닐메탄 계열(MDI, 단량체 MDI 및/또는 중합체 MDI), 톨루엔-디이소시아네이트(TDI), 크실렌-디이소시아네이트(XDI), 헥사메틸렌-디이소시아네이트(HDI), 이소포론-디이소시아네이트(IPDI) 또는 나프탈렌-디이소시아네이트의 디- 및 폴리이소시아네이트를 포함한다. 본 발명에 따른 방법을 위한 바람직한 출발 물질은 적합한 용매 중의 3 내지 95 중량％ 농도, 바람직하게는 20 내지 75 중량％ 농도의 포스겐 용액, 및 적합한 용매 중의 5 내지 95 중량％ 농도, 바람직하게는 20 내지 70 중량％ 농도의 모노- 또는 폴리아민 용액이다.

포스겐 및 아민 용액의 제조를 위한 적합한 농도는 반응 조건 하에서 불활성인 임의의 바람직한 용매이다. 예를 들어, 클로로벤젠, 오르토-디클로로벤젠, 디 옥산, 톨루엔, 크실렌, 메틸렌 클로리드, 퍼클로로에틸렌, 트리클로로플루오로메탄 또는 부틸 아세테이트와 같은 용매가 적합하다.

클로로벤젠 또는 오르토-디클로로벤젠이 용매로서 바람직하게 사용된다. 용매는 예로서 언급한 용매들의 순수한 형태 또는 임의의 바람직한 혼합물로서 사용할 수 있다. 아민 성분 및 포스겐에 동일한 용매 또는 용매 혼합물을 사용하는 것이 편리하나, 반드시 그래야 하는 것은 아니다.

포스겐 용액 및 아민 용액은 바람직하게는 포스겐:1차 아민기의 몰비가 혼합실의 혼합 공간에서 1.1:1 내지 30:1, 보다 바람직하게는 1.25:1 내지 3:1이 되도록 하는 양으로 믹서 반응기에 사용한다.

사용되는 포스겐 용액 및 아민 용액은 믹서 반응기에 도입하기 전에 온도를 조절한다. 포스겐 용액은 통상적으로 -50℃ 내지 +80℃, 보다 바람직하게는 -20℃ 내지 +70℃의 바람직한 온도를 갖는다. 아민 용액은 +25℃ 내지 +160℃, 보다 바람직하게는 +40℃ 내지 +140℃의 바람직한 온도로 조절한다. 아민 용액의 온도는 가장 바람직하게는 +50℃ 내지 +120℃가 되도록 조절한다. 유리체 용액의 온도 조절 및 계량 투입은 바람직하게는 그 특정 용액의 증기압보다 높은 압력 수준에서 실시한다. 포스겐 용액 및 아민 용액은 가장 특히 바람직하게는 각각 0℃ 내지 +70℃ 및 +80℃ 내지 +120℃의 온도로 사용한다. 여기에서, 1 내지 70 bar, 바람직하게는 3 내지 45 bar의 절대 압력을 사용할 수 있다.

믹서 반응기에서 포스겐 용액과 아민 용액을 혼합하기 위해, 믹서 반응기를 가열하거나, 단열하거나 또는 냉각시킬 수 있으며, 바람직하게는 단순히 단열시킨 다. 단열은 당업계에 공지된 다양한 방법에 의해 구현될 수 있으며, 혼합기를 포함할 수 있다.

이제 도 1 및 2를 이용하여 발명을 보다 상세히 설명하겠다.

이제 믹서 반응기의 단면도인 도 1에 예시된 본 발명의 한 실시양태를 참조하겠다. 이 믹서 반응기는, 혼합실(2) 및 분배실(3)를 가지는 하우징(1)을 포함한다. 적어도 제1의 물질 스트림(4)이 유입구, 바람직하게는 구부러진 관(5)을 통해 축 방향으로 도입되며, 관(5)는 분배실(3)의 외벽에 측방향으로 유입되며, 제1 물질 스트림을 전면판(23)의 중심 유입구(도 1에는 나타내지 않음)를 통해 혼합실 내로 운반한다. 제1 물질을 위한 전면판의 상기 중심 유입구는 혼합실(2)에 유입될 때 회전축(22)(가상의 선임)에 배열된다. 이 중심 유입구(도 1에는 나타내지 않음)로부터, 제1 물질이 전면판(23)의 채널(도 1에는 나타내지 않음)을 경유하여 제1 물질을 위한 채널 개구(27)(도 1에는 나타내지 않음)까지 전달된다. 제2 물질 스트림(6)은 유입구를 통해 분배실(3) 내로 도입된 후, 믹서 반응기의 회전축(22)(가상의 선임)에 대해 동심으로 전면판(23)에 배열된 복수의 평행 유입 개구(7)를 통해 혼합실(2)에 유입된다. 혼합실(2)은 바람직하게는 (가상의) 회전축(22)상에 배열된 축(10)를 통해 구동되는 로터 요소(8), 및 하우징에 결합된 스테이터 요소(9)를 포함한다. (참고로, 혼합실(2) 자체는 실제로 회전하지 않으며, 혼합실(2) 내의 로터 요소(8)가 축(10)에 의해 구동된다.) 환상 채널(12)를 통해 혼합물을 배출관(13)으로 이송하는 회전 휠(11)이 또한 바람직하게 존재한다. 유입 개구(7) 각각에는 축 방향으로 이동할 수 있는 핀(15)이 할당된다. 핀(15)은 바람직하게는 운반체 고리(17) 상에 고정된다. 운반체 고리(17)는 스페이서 부품(18)을 경유하여, 수동 핸들(21)에 의해 축(10)을 통해 축 방향으로 이동할 수 있는 판(19)에 결합된다. 상기 축(10)이 분배실(3)을 통과하는 부분은 벨로우(bellow)(22)에 의해 기체가 통하지 않게 밀봉된다.

본 발명에 따르면, 핀(15)의 축 방향 이동은 각 핀(15)을 대응하는 유입 개구(7)내로 밀어넣어 유입 개구(7)의 위, 둘레 및 안에 잔류하는 임의의 고체 또는 기타 잔류물을 제거 및/또는 이동시킨다.

도 2는 도 1에 나타낸 본 발명에 따른 믹서 반응기의 구성 성분인 전면판(23)의 정면도를 나타낸다. 전면판(23)은 제1 물질 스트림을 위한 중심 유입구(26), 및 상기 제1 물질을 전면판(23)의 전면의 중심 유입구(26)으로부터 방사상으로 제2 이상의 스트림을 위한 복수의 평행 유입 개구(7)가 회전축(22)으로부터 떨어져 있는 것과 동일한 거리까지 보내는 복수의 채널(24)을 갖는다. 채널(24)는 전면판(23) 상에 예를 들어 함몰부로서 또는 부착물로서 설치될 수 있다. 또한, 이 채널(24)은 완전히 개방될 수도 있으나, 바람직하게는 그의 길이의 5 내지 95％의 영역에서 덮개(25)에 의해 혼합실로부터 완전히 또는 부분적으로 가려져 있다. 이 경우, 제1 물질 스트림은 전면판(23)의 중심 유입구(26)을 통과하여, 덮개(25)에 의해 임의로 덮여 있는 채널(24)을 통해 흐른 후, 채널 개구(27)를 통해 채널 (24)를 떠나(또는 빠져나가) 혼합실(2)(도 2에는 나타내지 않음)로 유입된다. 바람직한 실시양태에서(도 2에는 나타내지 않음), 덮개(25)는 이미 제1 물질을 위한 중심 유입구(26)의 수준 또는 지점에서 채널(24)을 덮어서, 제1 물질 스트림이 반 드시 채널을 통해 흐른 후, 채널 개구(27)을 통해 채널을 떠나 혼합실(2)(도 2에는 나타내지 않음)에 유입되도록 한다.

이상 예시를 위해 발명을 상세히 설명하였으나, 그러한 세부내용은 단지 예시 목적을 위한 것이며, 청구범위에 의해 제한될 수 있는 것 외에는 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남 없이 당업자에 의해 그에 대한 변경이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 채널이 있는 전면판을 포함하는 본 발명에 따른 로터-스테이터형 믹서 반응기의 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 믹서 반응기의 구성 성분인 전면판의 전면의 정면도이다.

Claims (16)

1. a) 분배실,

   b) 혼합실,

   c) 후면, 전면, 및 후면으로부터 전면까지 횡단하는 중심 유입구를 갖는 전면판(front plate) (여기에서, 상기 전면판은 상기 분배실과 상기 혼합실 사이에서 상기 하우징의 단면을 변형하며, 상기 전면판의 후면은 상기 분배실에 가장 가깝고, 상기 전면판의 전면은 상기 혼합실에 가장 가까움),

   d) 제1 물질을 도입하기 위한, 분배실에 가까운 하우징내 유입구,

   e) 상기 유입구 d)로부터의 상기 제1 물질을 상기 전면판의 중심 유입구로 운반하기 위한 수단,

   f) 제2 물질을 상기 분배실에 도입하기 위한, 하우징내 제2 유입구,

   g) 상기 전면판에 대해 회전 대칭적인 방식으로 배열되고, 제2 물질이 상기 분배실로부터 상기 혼합실로 운반되는 통로가 되는, 상기 전면판내 복수의 평행 유입 개구,

   h) 상기 전면판의 중심 유입구로부터 방사상으로 나가며, 제1 물질이 상기 운반 수단으로부터 상기 혼합실로 운반되는 통로가 되는 복수의 채널 (여기에서, 상기 채널은 상기 전면판의 전면에, 전면상에, 또는 전면의 위에 배열됨),

   i) 상기 전면판의 복수의 평행 유입 개구에 대응하는, 축 방향으로 이동할 수 있는 복수의 핀, 및

   j) 혼합된 물질이 제거되는 통로가 되는 혼합실내 배출구를 포함하는,

   실질적으로 회전 대칭형 하우징을 포함하는 로터-스테이터형 믹서 반응기(rotor-stator type mixer reactor).
2. 제1항에 있어서, 전면판에 존재하는 상기 복수의 채널이 제1 물질을 위한 중심 유입구로부터 반경 방향으로, 상기 전면판에 존재하는 가장 바깥쪽에 위치하는 복수의 평행 유입 개구가 배열된 위치까지 연장되어 있어, 상기 채널의 종료점이 상기 각각의 평행 유입 개구의 최외곽 지점과 상기 중심 유입구로부터 등거리에 있도록 한 믹서 반응기.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 채널이 상기 혼합실의 방향에서 각 채널 상의 덮개에 의해 폐쇄되어, 채널이 그의 길이의 5 내지 95％에 대해 폐쇄되어 있는 믹서 반응기.
4. 제1항에 있어서, 혼합실이 상기 혼합실의 중심을 통과하는 회전축 상의 로터 요소 및 스테이터 요소를 추가로 포함하는 것인 믹서 반응기.
5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 핀이, 스페이서(spacer) 부품을 경유하여 분배실 내의 판에 결합된 운반체 고리에 고정되어 있는 믹서 반응기.
6. 제5항에 있어서, 상기 판이 분배실의 외부에 위치하는 수동 핸들에 연결된 축에 의해 축 방향으로 이동하고, 여기에서 상기 축이 분배실을 통과할 때 벨로우(bellow)에 의해 공기가 통하지 않게 밀봉되어 있는 믹서 반응기.
7. 제1항에 있어서, 상기 유입구(d)로부터의 상기 제1 물질을 상기 전면판의 중심으로 운반하기 위한 수단이 구부러진 관인 믹서 반응기.
8. 제1항에 있어서, 상기 혼합실이 혼합물을 환형 채널을 통해 상기 배출관으로 이송하는 회전휠을 추가로 포함하는 것인 믹서 반응기.
9. 제3항에 있어서, 채널이 그의 길이의 20 내지 90％에 대해 폐쇄되어 있는 믹서 반응기.
10. 제1항에 있어서, 제1 물질을 위한 채널의 수가 2 내지 48개이고, 제2 물질을 위한 유입 개구의 수가 2 내지 48개이며, 여기에서 채널의 수와 유입 개구의 수가 동일하거나 상이할 수 있는 믹서 반응기.
11. 제1항에 있어서, 제2 물질을 위한 평행 유입 개구가 상기 전면판의 중심 유입구 둘레에 1개, 2개 또는 3개의 동심원으로 배열된 믹서 반응기.
12. 제1항의 믹서 반응기에서 제1 물질과 제2 물질을 혼합하는 것을 포함하며, 여기에서 상기 제1 물질과 상기 제2 물질을 유동성 물질, 현탁액 또는 용액으로부터 각각 개별적으로 선택하는, 적어도 2종의 상이한 물질을 혼합하는 방법.
13. 제1항의 믹서 반응기에서 제1 물질과 제2 물질을 혼합하는 것을 포함하며, 여기에서 상기 믹서 반응기에 유입시의 상기 제1 물질과 제2 물질의 점도의 비가 0.5 미만 또는 2 초과인, 적어도 2종의 상이한 물질을 혼합하는 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 제1 물질이 용매에 용해된 포스겐을 포함하고, 상기 제2 물질이 제1 아민의 용액을 포함하는 방법.
15. 1차 아민의 포스겐화를 포함하는 이소시아네이트의 제조 방법에 있어서, 1차 아민과 포스겐을 제1항의 믹서 반응기에서 혼합시키고 반응시키는 것을 개선된 점으로 하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 용매에 용해된 포스겐을 상기 제1 물질로서 사용하고, 1차 아민의 용액을 상기 제2 물질로서 사용하며, 믹서 반응기에 유입시의 상기 제1 및 제2 물질의 점도의 비가 0.5 미만인 방법.

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