KR20190142642A - 지방족 이소시아네이트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지방족 이소시아네이트의 제조방법에 대한 것이다. 보다 구체적으로, 미반응물을 효율적으로 회수하여 반응 단계로 재활용하며 반응물 분리시 소비되는 에너지를 절감할 수 있는 이소시아네이트의 고순도 제조방법에 관한 것이다.

Description

지방족 이소시아네이트의 제조방법{METHOD FOR PREPARING ALIPHATIC ISOCYANATE}

본 발명은 지방족 이소시아네이트의 제조방법에 대한 것이다. 보다 구체적으로, 포스겐화 반응시 발생하는 미반응물을 효율적으로 회수하여 반응 단계로 재활용하여 반응물 분리시 소비되는 에너지를 절감할 수 있는, 지방족 이소시아네이트의 고순도 제조방법에 관한 것이다.

자일릴렌 디이소시아네이트(xylylene diisocyanate, 이하 XDI)는 방향족 고리를 포함하고 있지만 지방족 이소시아네이트로 분류되며, 화학 공업, 수지 공업 및 페인트 공업분야에서 폴리우레탄계 재료, 폴리우레아계 재료 또는 폴리이소시아누레이트계 재료 등의 원료로서 매우 유용한 화합물이다.

통상 지방족 이소시아네이트는 합성시 부반응이 많이 발생하여 무수염산, 또는 탄산과 반응시켜 염을 형성하고 이를 포스겐과 반응시키는 방법으로 제조된다. 일례로, XDI의 경우 자일릴렌 디아민(xylylene diamine, 이하 XDA)을 무수염산과 반응시켜 아민-염산염을 형성하고 이를 포스겐과 반응시킴으로써 제조된다. 보다 구체적으로, 기존에는 액상의 원료 아민, 예를 들어, XDA 함유 용액을 무수염산과 반응시켜 XDA-HCl 염산염을 형성하고, 이를 적어도 100℃ 이상의 고온으로 가열한 후, 기상의 포스겐을 주입하여 기-액 반응을 진행하는 방법을 수행하여, XDI 등 지방족 이소시아네이트를 제조하는 방법을 적용하여 왔다.

이와 같이, 고온 가열 하에 반응이 진행되었던 것은 특히, 상기 지방족 이소시아네이트의 형성 반응이 대표적인 흡열반응으로서, 이의 수율을 높이기 위해서 반응 중에 지속적인 가열 및 고온의 유지가 필요하기 때문이다.

그런데, XDI 등의 지방족 이소시아네이트는 대체로 아미노기의 반응성이 커서 포스겐화 반응 중 부반응이 많이 발생하며, 부반응을 통해 형성되는 불순물들은 폴리우레탄 수지가 형성되는 반응에 영향을 미쳐 수지의 품질 저하를 초래하는 문제가 있다.

상술한 바와 같은, 지방족 이소시아네이트 제조 과정 중의 고온의 유지 필요성과, XDI 등 생성된 지방족 이소시아네이트의 큰 반응성으로 인해, 제품의 열 변성 등에 의한 부산물의 생성이나 부반응의 발생 우려는 더욱 높아지게 되는 단점이 있었으며, 이로 인해 정제 공정에도 큰 부하가 발생하는 경우가 많았다.

본 발명은 포스겐을 이용한 지방족 이소시아네이트의 제조시, 반응 후단에서 미반응물을 효율적으로 분리, 및 회수하여 반응 단계로 재활용함에 따라 반응물 분리시 소비되는 에너지를 절감할 수 있는, 고순도의 지방족 이소시아네이트의 제조방법을 제공하는 것이다.

이에 본 발명의 일 측면은,

지방족 아민과 포스겐을 용매 하에서 반응시키는 포스겐화 반응 단계;

상기 포스겐화 반응 단계의 반응 혼합물 중 생성물인 지방족 이소시아네이트를 분리하고, 염화수소, 미반응 포스겐, 및 용매를 포함하는 혼합물을 응축기로 보내 응축하는 단계;

상기 응축된 혼합물을 스크러버로 보내 상단으로 염화수소를 배출하고 하단으로 미반응 포스겐, 및 용매를 분리하는 단계;

상기 분리된 미반응 포스겐, 및 용매를 증류탑으로 보내 상단으로 미반응 포스겐을 회수하고 하단으로 용매를 분리하는 단계; 및

상기 회수된 미반응 포스겐을 상기 포스겐화 반응 단계로 투입하고, 상기 하단으로 분리된 용매는 상기 스크러버로 보내는 단계;

를 포함하는, 지방족 이소시아네이트의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제조방법에 따르면, 포스겐화 반응 후 혼합물 형태로 배출되는 미반응물, 용매, 반응 생성물들에서 미반응물을 효율적으로 회수하여 반응 단계로 재활용함에 따라 반응물 분리시 소비되는 에너지를 크게 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 지방족 이소시아네이트의 제조방법에 사용되는 장치를 도시하는 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 지방족 아민과 포스겐을 용매 하에서 반응시키는 포스겐화 반응 단계; 상기 포스겐화 반응 단계의 반응 혼합물 중 생성물인 지방족 이소시아네이트를 분리하고, 염화수소, 미반응 포스겐, 및 용매를 포함하는 혼합물을 응축기로 보내 응축하는 단계; 상기 응축된 혼합물을 스크러버로 보내 상단으로 염화수소를 배출하고 하단으로 미반응 포스겐, 및 용매를 분리하는 단계; 상기 분리된 미반응 포스겐, 및 용매를 증류탑으로 보내 상단으로 미반응 포스겐을 회수하고 하단으로 용매를 분리하는 단계; 및 상기 회수된 미반응 포스겐을 상기 포스겐화 반응 단계로 투입하고, 상기 하단으로 분리된 용매는 상기 스크러버로 보내는 단계를 포함하는, 지방족 이소시아네이트의 제조방법이 제공된다.

이하, 일 구현예의 제조 방법을 각 단계별로 설명하기로 한다.

먼저, 지방족 아민과 포스겐을 반응시키는 포스겐화 반응 단계를 수행한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 지방족 이소시아네이트의 제조는 지방족 아민과 포스겐의 반응에서 발생하는 부반응 및/또는 부산물의 발생을 억제하기 위해, 지방족 아민과 염화수소를 먼저 반응시켜 지방족 아민의 염을 먼저 형성하는 제 1 반응 단계, 및 상기 지방족 아민 염과 포스겐을 반응시키는 제 2 단계 반응의 2 단계 의해 포스겐화 반응을 수행할 수 있다.

보다 상세하게, 상기 제 1 반응 단계는 포스겐과의 급격한 반응을 억제하기 위해, 지방족 아민과 염화수소를 반응시키는 중화 반응에 지방족 아민 염을 형성하는 단계이다. 상기 염 형성을 위한 중화 반응은 예를 들어, 20 내지 80℃의 온도에서 수행될 수 있다.

이때, 사용가능한 지방족 아민으로는 지방족 기를 갖는 아민이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 지방족 아민은 사슬상 또는 환상의 지방족 아민일 수 있으며, 보다 구체적으로는 분자내 2개 이상의 아미노기를 포함하는, 2 관능 이상의 사슬상 또는 환상 지방족 아민일 수 있다. 구체적인 예로는 헥사메틸렌디아민, 2,2-디메틸펜탄디아민, 2,2,4-트리메틸헥산디아민, 부텐디아민, 1,3-부타디엔-1,4-디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 1,6,11-운데카트리아민, 1,3,6-헥사메틸렌트리아민, 1,8-디이소시아네이토-4-이소시아네이토메틸옥탄, 비스(아미노에틸)카보네이트, 비스(아미노에틸)에테르, 자일릴렌디아민, α,α.α',α'-테트라메틸자일릴렌디아민, 비스(아미노에틸)프탈레이트, 비스(아미노메틸)시클로헥산, 디시클로헥실메탄디아민, 시클로헥산디아민, 메틸시클로헥산디아민, 디시클로헥실디메틸메탄디아민, 2,2-디메틸디시클로헥실메탄디아민, 2,5-비스(아미노메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 2,6-비스(아미노메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 3,8-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 3,9-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 4,8-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 4,9-비스(아미노메틸)트리시클로데칸 또는 비스(아미노메틸)노보넨 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 한편, 발명의 일 구현예에 있어서, 자일릴렌 디아민은 지방족 디아민으로 분류된다.

또 상기 지방족 아민으로서 비스(아미노메틸)설피드, 비스(아미노에틸)설피드, 비스(아미노프로필)설피드, 비스(아미노헥실)설피드, 비스(아미노메틸)설폰, 비스(아미노메틸)디설피드, 비스(아미노에틸)디설피드, 비스(아미노프로필)디설피드, 비스(아미노메틸티오)메탄, 비스(아미노에틸티오)메탄, 비스(아미노에틸티오)에탄, 비스(아미노메틸티오)에탄, 1,5-디아미노-2-아미노메틸-3-티아펜탄 등의 황 함유 지방족 아민이 사용될 수도 있다.

상기한 지방족 아민 중에서도 자일릴렌 디아민이 발명의 일 구현예에 따른 지방족 이소시아네이트 제조방법에 적용시 보다 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 구체적으로, m-자일릴렌 디아민, p-자일릴렌 디아민 또는 o-자일릴렌 디아민과 같은 자일릴렌 디아민(XDA) 중 1종 이상의 화합물이 사용될 수 있다.

다음에, 상기 지방족 아민 염과 포스겐을 반응시키는 제 2 반응 단계 단계를 수행한다.

상기와 같은 지방족 아민 염과 포스겐의 반응시 부반응이 발생하며, 부반응물로서, 예를 들어, 클로로메틸벤질이소시아네이트(CMBI)와 같은 모노이소시아네이트 등이 생성된다. 이러한 부반응의 발생 및 부산물의 생성은 지방족 이소시아네이트 제조 과정 중의 고온의 유지 필요성과, XDI 등 생성된 지방족 이소시아네이트의 큰 반응성으로 인해 초래되는 것으로 알려져 있다. 특히, 최종 생성물인 지방족 이소시아네이트는 고온에 일정 시간 노출될 경우, 부반응을 일으키거나 고분자 형태의 부산물을 형성시킬 수 있다.

이에 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 반응 단계를 수행할 때 포스겐을 한번에 투입하지 않고 분할하여 투입하면서 지방족 이소시아네이트를 형성할 수 있다.

예를 들어, 상기 제 2 반응 단계를 수행할 때 상대적으로 낮은 온도에서 포스겐을 상대적으로 적은 양으로 1차 투입하여 중간체를 생성시키고, 고온 하에 잔량의 포스겐을 2차 투입하면서, 이러한 포스겐과, 상기 중간체를 반응시켜 지방족 이소시아네이트를 형성할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

일 예로서, 지방족 이소시아네이트에 속하는 자일릴렌 디이소시아네이트(XDI)의 경우 자일릴렌 디아민과 포스겐의 반응에 의해 형성되는데, 먼저 상기 작은 양의 포스겐을 1차 투입하여 자일릴렌 디아민의 염과 반응시키게 되며, 이로서 카바모일계 염 형태의 중간체를 생성하게 된다.

이후, 잔량의 포스겐을 2차 투입하면서, 이러한 포스겐과, 상기 카바모일계 염 형태의 중간체를 반응시켜 자일릴렌 디이소시아네이트와 같은 지방족 이소시아네이트를 형성할 수 있다.

이러한 일 구현예의 방법에 따르면, 최종 생성물인 지방족 이소시아네이트가 고온의 열에 노출되는 시간을 최소화할 수 있으며, 더 나아가, 상대적으로 낮은 온도에서의 반응 단계에서 중간체를 형성함에 따라, 전체적인 반응 공정에서 고온의 유지 필요 시간을 줄일 수 있다. 그 결과, 지방족 이소시아네이트의 제조 과정 중 부반응의 발생이나, 부산물의 생성을 크게 줄일 수 있다.

부가하여, 전체 공정에 투입되는 열량이 감소함에 따라, 전체적인 공정 비용 역시 감소될 수 있다. 따라서, 일 구현예의 제조 방법에 따르면, 간단한 제조 공정을 통해 고순도의 지방족 이소시아네이트를 고수율로 제조할 수 있으며, 더 나아가, 포스겐의 고온 반응 시간을 상대적으로 단축시켜 포스겐의 폭발적 기화에 의한 위험성 역시 줄일 수 있다.

한편 상기 2 반응 단계는 100℃ 이상, 보다 구체적으로는 100 내지 200℃의 비점을 갖는 유기 용매 중에서 진행될 수 있다. 이와 같이 높은 비점을 갖는 용매 중에서 진행될 때 고순도의 지방족 이소시아네이트를 고수율로 제조할 수 있다.

또, 상기 유기 용매는 방향족 탄화수소계 유기 용매 및 에스테르계 유기 용매 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

상기 방향족 탄화수소계 유기 용매는 구체적으로, 모노클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 또는 1,2,4-트리클로로벤젠 등과 같은 할로겐화 방향족 탄화수소계 유기 용매일 수 있다.

또, 상기 에스테르계 유기 용매는 구체적으로, 아밀 포르메이트, n-부틸 아세테이트, 이소부틸 아세테이트, n-아밀 아세테이트, 이소아밀 아세테이트, 메틸이소아밀 아세테이트, 메톡시부틸 아세테이트, sec-헥실 아세테이트, 2-에틸부틸 아세테이트, 2-에틸헥실 아세테이트, 시클로헥실 아세테이트, 메틸시클로헥실 아세테이트, 벤질 아세테이트, 에틸 프로피오네이트, n-부틸 프로피오네이트, 이소아밀 프로피오네이트, 에틸 아세테이트, 부틸 스테아레이트, 부틸 락테이트 또는 아밀 락테이트 등과 같은 지방산 에스테르; 및 메탈살리실레이트, 디메틸 프탈레이트 또는 메틸 벤조에이트 등과 같은 방향족 카르복실산 에스테르일 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 유기 용매는 상기한 방향족 탄화수소계 유기 용매 및 에스테르계 유기 용매 중에서도 100℃ 이상, 혹은 100 내지 200℃의 비점을 갖는 방향족 탄화수소계 유기 용매 및 에스테르계 유기 용매 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

이와 같이 유기 용매 중에서 포스겐화 반응이 수행되는 경우, 상기 지방족 아민 염은 20 부피% 이하의 농도, 예를 들어 1 내지 20 부피%, 또는 5 내지 20 부피%,의 농도로 사용될 수 있다. 지방족 아민 또는 그 염의 농도가 20 부피%를 초과할 경우, 다량의 아민 염산염이 석출될 우려가 있다.

추가로, 상술한 포스겐화 반응 단계는 회전축을 가진 반응기; 상기 반응기 내부로 연결된 반응물 공급부; 상기 반응기에 열량을 공급하는 열원; 및 상기 반응기에서 생성된 반응물을 수집하는 생성물 수집부를 포함하는 반응 장치 내에서 단속적 또는 연속적으로 수행될 수 있다.

상술한 일 구현예의 제조방법은, 통상의 지방족 이소시아네이트 또는 지방족 폴리이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트의 제조에 적합하다. 구체적으로는 n-펜틸 이소시아네이트, 6-메틸-2-헵탄 이소시아네이트, 시클로펜틸 이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 디이소시아네이토메틸시클로헥산(H6TDI), 자일릴렌 디이소시아네이트(XDI), 디이소시아네이토시클로헥산(t-CHDI) 또는 디(이소시아네이토시클로헥실)메탄(H12MDI) 등의 제조에 유용하며, 특히 이중에서도 자일릴렌 디이소시아네이트(XDI)의 제조에 보다 유용할 수 있다.

다음에, 상기 포스겐화 반응 단계의 반응 혼합물에서 포스겐화 반응의 반응 생성물인 지방족 이소시아네이트를 반응기 하부로 별도로 분리하고, 이를 제외한 나머지 염화수소, 미반응 포스겐, 및 용매를 포함하는 혼합물을 반응기 상부에 연결된 응축기로 보내 응축한다.

상기 포스겐화 반응 단계의 반응 혼합물에는 수득하고자 하는 지방족 이소시아네이트외에도 염화수소, 미반응 포스겐, 용매, 및 기타 중간체 부산물들이 기상과 액상이 혼합된 상태로 포함되어 있다. 종래에는 반응기 상부에 응축기를 사용하지 않으며, 이러한 반응 혼합물에 불활성 가스 등을 퍼지하여 반응기 내의 가스 형태의 미반응 포스겐 및 염화수소, 그리고 일부의 용매를 제거하고 반응액을 여과하고 탈용매하여 생성물을 수득하며, 남은 용매는 재회수하는 방식으로 처리하였다. 그러나, 상기 처리 방법에 의할 경우 용매와 포스겐의 계속적인 보충이 필요하므로 이는 생산 비용의 상승으로 이어진다. 포스겐화 반응에서 생성물의 수득률을 높이기 위해 당량보다 과량의 포스겐을 사용하므로 미반응 포스겐이 상당량 발생하는데 이를 그대로 버리게 되거나, 또는 회수하기 위한 설비의 규모가 커지기 때문에 에너지 사용이 증가하며, 이는 생산 비용을 증가시키는 큰 원인이 된다.

이에, 본 발명의 구현예에 따르면, 상기 반응 혼합물에서 생성물을 제외한 나머지 혼합물을 응축하고, 응축된 혼합물에서 염화수소, 미반응 포스겐, 및 용매를 각각 분리하며, 분리된 미반응 포스겐을 전단의 포스겐화 반응 단계로 환류하여 재투입함으로써, 새로운 포스겐화 반응시 필요로 하는 프레쉬 포스겐의 양을 현저하게 줄일 수 있다.

또한, 상기 혼합물을 응축하는 단계에 있어 상기 미반응 포스겐의 환류에 소비되는 총 에너지와 재투입하는 포스겐의 양이 균형을 이룰 수 있는 최적화된 응축 온도 범위를 찾아내어 전체적인 에너지 소비를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 지방족 이소시아네이트의 제조방법에 사용되는 장치를 간략히 도시하는 도면이다.

도 1을 참고하면, 먼저 포스겐화 반응기(10)에서 포스겐화 반응 단계를 수행한다. 도 1에서는 상세히 도시하지 않았으나, 상기 포스겐화 반응 단계는 앞서 설명한 대로 지방족 아민과 염화수소를 반응시켜 지방족 아민의 염을 먼저 형성하는 제 1 반응 단계, 및 상기 지방족 아민 염과 포스겐을 반응시키는 제 2 단계 반응의 2 단계로 수행될 수 있다.

다음에, 상기 포스겐화 반응 단계의 반응 혼합물에서 포스겐화 반응의 생성물인 지방족 이소시아네이트를 용매와 함께 포스겐화 반응기(10) 하부로 별도로 분리하고, 이를 제외한 나머지 염화수소, 미반응 포스겐, 및 일부 용매를 포함하는 혼합물을 반응기 상부에 연결된 응축기(20)로 보내 응축한다.

응축기(20)는 상기 혼합물의 온도가 -20℃ 이상, 또는 -15℃ 이상, 또는 -10℃ 이상이면서, 40℃ 이하, 또는 36℃ 이하, 또는 0℃ 이하의 온도가 되도록 운전할 수 있다. 응축기(20)의 온도가 -20℃ 미만으로 너무 낮으면 응축기 내에서 결빙이 발생할 수 있고, 운전 온도가 40℃를 초과하여 너무 높으면 응축되지 않고 배출되는 용매 및 포스겐 가스가 증가할 수 있다. 이러한 관점에서 응축기(20)의 온도를 -20 내지 30℃ 범위 내의 온도로 운전할 필요가 있으며, 바람직하게는 -20 내지 0℃의 범위로 할 수 있다.

응축기(20)를 거친 혼합물은 스크러버(30)로 보내진다. 스크러버(30)의 상부로는 염화수소가 기체 상태로 배출되고, 하단으로는 미반응 포스겐, 및 용매가 분리된다.

상기 분리된 미반응 포스겐, 및 용매는 증류탑(40)으로 보내진다. 증류탑(40)의 상단으로 미반응 포스겐이 회수되고 하단으로는 용매가 분리된다. 분리된 용매 중 일부는 용매 회수 용기(70)를 거쳐 용매 냉각기(90)에 의해 냉각되며 스크러버(30) 상단으로 보내어져 염화수소의 스크러빙에 이용될 수 있다. 또한 나머지 일부 용매는 용매 회수 용기(70)에 저장되었다가 지방족 아민 염을 생성하는 반응에 사용할 수 있다.

증류탑(40)에서 분리된 미반응 포스겐은 증류탑 응축기(60)에 의해 냉각되며 환류 용기(13)를 거쳐 포스겐 회수 용기(50)에 저장되었다가 포스겐화 반응 단계로 재투입한다. 상기 미반응 포스겐의 회수량은 응축기(20)의 운전 온도에 따라 달라질 수 있다. 응축기(20)의 운전 온도가 낮을수록 회수되는 미반응 포스겐은 많아질 수 있지만 응축기(40)에서의 에너지 소비는 증가하게 된다. 반면 응축기(20)의 운전 온도가 높으면 에너지 소비는 낮아지지만 회수가능한 미반응 포스겐이 줄어든다. 이의 균형을 맞추어 에너지 소비를 적게 하면서도 미반응 포스겐을 늘려 환류되는 포스겐의 양을 확보함으로써 다음 배치에서 새로 투입해야 하는 프레쉬(fresh) 포스겐의 양을 줄여 최종적으로는 총 생산 비용을 절감하는 것이 본 발명의 주요 효과 중 하나이다.

상기 재순환되는 미반응 포스겐은 포스겐 공급부(11)에 연결된 포스겐 저장 용기(12)를 거쳐 포스겐화 반응기(10)로 투입될 수 있으며, 포스겐 공급부(11)를 통해 공급되는 프레쉬 포스겐의 양(A)과, 포스겐 회수 용기(50)로부터 재순환되는 미반응 포스겐 양(B)의 합이 일정하게 되도록 프레쉬 포스겐의 양(A)을 조절할 수 있다.

한편, 스크러버(30)에 의해 염화수소가 완전히 제거되기 어려우며, 스크러버(30) 하단으로 분리된 미반응 포스겐, 및 용매에는 여전히 염화수소가 일부 혼합되어 있을 수 있다. 따라서, 이러한 잔류 염화수소를 분리하기 위하여 증류탑(40)에서 분리된 미반응 포스겐 중 일부는 증류탑 응축기(60)를 거쳐 스크러버(30)로 재순환되도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 지방족 이소시아네이트의 제조방법에 따르면, 종래 공정보다 프레쉬 포스겐의 투입량이 60% 이상 줄어들 수 있어 생산 비용 절감에 크게 도움이 될 수 있다.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.

<실시예>

실시예 1

도 1에 도시된 바와 같은 장치 및 공정으로 지방족 이소시아네이트를 제조하였다.

상온, 상압의 조건 하에, 1,2-디클로로벤젠의 용매 6500kg 내에서 염산 500kg과 자일릴렌디아민(XDA) 560kg을 4시간 동안 반응시켜 자일릴렌디아민의 염산염 870kg을 형성하였다.

상기 자일릴렌디아민의 염산염 870kg이 포함된 반응기의 온도를 125℃로 승온하고 온도를 유지한 상태에서, 반응 진행 시간 동안 포스겐 1359kg을 반응기에 넣고 교반하였다. 포스겐 투입 시점부터 반응 종료 시점까지 반응기 상부 응축기(20)의 온도를 -20℃로 유지하고, 도 1에 도시된 공정에 따라 응축된 포스겐 및 용매를 재순환시키면서, 반응기로 유입되는 포스겐의 양을 일정하게 유지하였다. 반응 용액이 투명해질 때까지 교반하였다. 반응 용액이 투명해지면 가열을 중단하고 80℃까지 냉각한 후 질소 버블링을 실시하였다.

실시예 2

상기 지방족 이소시아네이트를 제조하는 공정에서 반응기 상부 응축기(20)의 온도를 -15℃로 유지하고, 반응 시간 동안 포스겐을 1517kg 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.

실시예 3

상기 지방족 이소시아네이트를 제조하는 공정에서 반응기 상부 응축기(20)의 온도를 -10℃로 유지하고, 반응 시간 동안 포스겐을 1673kg 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.

실시예 4

상기 지방족 이소시아네이트를 제조하는 공정에서 반응기 상부 응축기(20)의 온도를 36℃로 유지하고, 반응 시간 동안 포스겐을 2993kg 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.

비교예 1

상기 지방족 이소시아네이트를 제조하는 공정에서 반응기 상부의 응축기를 사용하지 않고, 반응 시간 동안 포스겐을 3470kg 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.

상기 실시예 및 비교예에서의 주요 공정 조건에 따른 포스겐의 투입량 및 소모 에너지량을 하기 표 1에 기재하였다.

조건	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예 1
Cond.Temp (℃)	-20	-15	-10	36	Non
CDC.fresh (kg)	1358.79	1517.25	1673.08	2992.77	3470.09
CDC.vent	30.23%	37.45%	43.17%	68.05%	70.97%
CDC.solu	10.36%	9.35%	8.59%	4.98%	4.53%
CDC.reacted	59.41%	53.20%	48.25%	26.97%	24.50%
Recovered Duty (kcal/hr)	95,563	98,987	111,187	134,575	381,020

상기 표 1에서 사용한 용어의 의미는 다음과 같다:

Cond.Temp: 반응기 상부 반응기(20)의 온도

CDC.fresh: 신규 포스겐 투입량

CDC.vent: 미반응 포스겐량

CDC.solu: 용매 내에 녹아있는 포스겐의 양

CDC.reacted: 반응한 포스겐량

Recovered Duty: 포스겐 회수에 필요한 열량

상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 반응기 상부에 응축기를 설치한 실시예 1 내지 4의 경우, 응축기가 없는 비교예보다 포스겐 회수에 필요한 열량 및 신규로 투입해야 하는 포스겐량이 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있다.

10: 포스겐화 반응기
11: 포스겐 공급부
12: 포스겐 저장 용기
13: 환류 용기
20: 응축기
30: 스크러버
40: 증류탑
50: 포스겐 회수 용기
60: 증류탑 응축기
70: 용매 회수 용기
80: 증류탑 재비기
90: 용매 냉각기

Claims (10)

1. 지방족 아민과 포스겐을 용매 하에서 반응시키는 포스겐화 반응 단계;
   상기 포스겐화 반응 단계의 반응 혼합물 중 생성물인 지방족 이소시아네이트를 분리하고, 염화수소, 미반응 포스겐, 및 용매를 포함하는 혼합물을 응축기로 보내 응축하는 단계;
   상기 응축된 혼합물을 스크러버로 보내 상단으로 염화수소를 배출하고 하단으로 미반응 포스겐, 및 용매를 분리하는 단계;
   상기 분리된 미반응 포스겐, 및 용매를 증류탑으로 보내 상단으로 미반응 포스겐을 회수하고 하단으로 용매를 분리하는 단계; 및
   상기 회수된 미반응 포스겐을 상기 포스겐화 반응 단계로 투입하고, 상기 하단으로 분리된 용매는 상기 스크러버로 보내는 단계;
   를 포함하는, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 염화수소, 미반응 포스겐, 및 용매를 포함하는 혼합물은 -20 내지 40℃의 온도로 응축하는, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 염화수소, 미반응 포스겐, 및 용매를 포함하는 혼합물은 -15 내지 0℃의 온도로 응축하는, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 회수된 미반응 포스겐을 상기 포스겐화 반응 단계로 투입하기 전에 증류탑 응축기에 의해 냉각하는 단계를 더 포함하는, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 증류탑 하단으로 분리된 용매 중 일부는 용매 냉각기에 의해 냉각되며 상기 스크러버 상단으로 보내어져 염화수소의 스크러빙에 이용되고, 일부는 지방족 아민 염을 생성하는 반응기로 순환되는, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 증류탑에서 분리된 미반응 포스겐 중 일부는 포스겐 냉각기를 거쳐 스크러버로 재순환되는, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 지방족 아민은 m-자일릴렌 디아민, p-자일릴렌 디아민 또는 o-자일릴렌 디아민인, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 포스겐화 반응 단계는,
   지방족 아민과 염화수소를 반응시켜 지방족 아민 염을 형성하는 제 1 반응 단계; 및
   상기 지방족 아민 염과 포스겐을 반응시키는 제 2 반응 단계를 포함하는, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 지방족 아민 염의 농도는 20 부피% 이하인, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 비점이 100℃ 이상인 방향족 탄화수소계 유기 용매인, 지방족 이소시아네이트의 제조방법.

Images