KR900008167B1

KR900008167B1 - 유기 폴리설피드의 제조방법 그에 이용되는 촉매계

Info

Publication number: KR900008167B1
Application number: KR1019870013432A
Authority: KR
Inventors: 공고라 앙리; 다르슈 이브
Original assignee: 소시에떼 나쇼날 엘프 아키테느(프로덕시옹); 쟝 르블랑제
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1990-11-05
Also published as: CN87108064A; DE3766078D1; ES2005467A6; EP0269517B1; JPH0351700B2; US4876389A; CA1294628C; FR2607496A1; FR2607496B1; CN1009925B; EP0269517A1; KR880006182A; JPS63150259A

Abstract

내용 없음.

Description

유기 폴리설피드의 제조방법 그에 이용되는 촉매계

본 발명은 신규 촉매계의 존재하에 액체 매질내에서, 메르캅탄에 대한 황의 작용에 의해 유기 폴리설피드를 제조하는 방법에 관한 것이다.

유기 폴리설피드는 특히 절삭유 분야에서 극압 첨가제로서 광범위한 산업 이용성을 갖는다. 황 원자와 메르캅탄 사이의 반응에 의한 액체 매질내에서의 그의 제조방법이 알려져 있다. 이 반응은 일반적으로 유기염기, 메르캅티드 또는 알코올레이트에 용해시킨 아민, 알칸올아민 같은 촉매의 존재를 필요로 한다. 이러한 방법은 예를들면, 프랑스공화국 특허 제1,381,265호 및 미합중국 특허 제3,275,693호, 3,314,999호 및 3,340,324호에 기술되어 있다. 그러나, 서로 다른 이들 촉매가 몇몇 단점을 갖는다는 것이 밝혀졌다. 즉, 수율이 낮거나 또는 생성물의 순도가 만족스럽지 못하다든가 또는 얻어진 폴리펩티드가 불쾌한 냄새를 내는 경우가 있다. 아민은 냄새와 다소의 혼탁도를 가지며 메르캅티드와 알코올레이트는 용매를 필요로 하기 때문에 제품이 혼탁해지고 제조 비용이 증가된다.

신규의 특정 촉매를 이용함으로써, 본 발명은 상술한 단점을 극복하있으며, 불쾌한 냄새 또는 바람직하지 않은 색깔을 갖지않으며 잔류 -SH함량이 매우 낮은 고순도의 폴리설피드를 매우 좋은 수율로서 용매없이 규칙적이며 연속적으로 생산할 수 있게 하였다. 이것은 R-S_n-R형(식중, R은 탄화수소, 특히 지방족, 지환족 또는 아릴기이고, n은 2∼8, 특히 3∼5의 값이다.)의 많은 폴리설피드에도 적용된다. 현재 가장 널리 이용되는 폴리펩티드가 식중 R이 직쇄 또는 측쇄 알킬인 것이기 때문에, 본 발명의 방법은 이들을 쉽게 얻을 수 있게 한다. 따라서, 삼차 알킬기, 특히 C₈∼C₁₆, 보다 특별하게는 t-노닐 및 t-도데실 폴리설피드(n은 3∼5이다)를 포함하여, R로서 C₁~C₂₀, 특히 C₆∼C₁₈알킬기를 갖는 폴리설피드를 제조할 수 있다.

촉매의 존재하에 하나 이상의 메르캅탄을 액체 상태에서 황으로 가열하는 것으로 구성된 본 발명에 따른 방법은 촉매가 메르캅탄과 알켄 옥시드 및 알칼리성 염기의 배합으로 구성되어 있음을 특징으로 한다. C₂∼C₄알켄이 특히 적절하다.

본 발명에 따라 촉매로 이용되는 조합은 다음 식으로 정의할 수 있다 :

RSH·x(C_mH_2mO) ·yMOH

(상기 식중, R은 탄화수소, 특히 상술한 것과같은 알킬기이고, x는 메르캅탄 RSH 1몰에 대한 알켄 옥시드의 몰수이고, y는 알칼리성 염기의 몰수이고, M은 알칼리 금속, 특히 Na 또는 K를 나타낸다.) 에틸렌옥시드가 보다 경제적이기 때문에 알켄 옥시드로 바람직하게 사용될 수 있지만, 소망에 따라서는 다른 알켄옥시드로 바꾸거나 또는 다른 알켄 옥시드와 혼합할 수 있다.

일반적으로, x는 1∼20, 대부분의 경우에는 4∼12의 값을 가지며, 폴리설피드의 합성에 요구되는 계면활성제의 특성, 촉매와 생산하고자 하는 폴리설피드와의 융화성 및 촉매계의 균질성등에 의존한다.

y는 바람직하게는 약 0.01∼1, 또는 보다 바람직하게는 0.1∼0.5이다.

상술한 촉매는 폴리설피드로 전환되는 메르캅탄의 부피에 가하기 위하여 그대로 사용하거나 또는 이 메르캅탄의 일부로 희석할 수 있다. 전환될 메르캅탄에 대한 촉매의 비율은 매우 광범위하지만, 약 0.1∼5중량%가 바람직하다.

신규 촉매계를 제조하는 한가지 방법은, 첫번째로 1몰의 메르캅탄 RSH를 αy몰(α=1∼1.5)의 알칼리성염기 MOH와 혼합하는 것을 특징으로 하는데, 이 혼합물은 바람직하게는 균일하게 뜨겁다 ; 특히, 50℃∼100℃에서 수시간동안, 특히 75℃∼85℃에서 4∼6시간동안 작업할 수 있다. 그 다음에, 이러한 방법으로 얻은 액체에 알켄 옥시드를 주입하여 상술한 C_mH_2mO기의 x를 원하는 값으로 고정시킨다. 주입은 바람직하게는, 처리하고자 하는 메르캅탄의 특성에 따라 80℃∼120℃의 온도에서 0.2∼4바아의 압력에서 실시한다 ; 알켄 옥시드의 고정반응에는 일반적으로 1∼10시간이 소요된다.

이러한 조작후에 용해되어 있는 과량의 옥시드를 제거하기 위하여 감압 반응 혼합물을 탈기시키는 것이 바람직하다 ; 탈기는 질소 같은 불활성기체를 이용하여 유리하게 실시한다.

폴리설피드의 제조에 이용하기 전에 얻어진 액체를 여과하는 것이 좋다.

촉매계를 제조하기 위한 설비는 적절한 컬럼을 지지하는, 과량의 옥시드를 탈기시키기 위한 용기 뿐만아니라 알켄 옥시드가 알칼리-처리 메르캅탄에 고정되는 반응이 일어나는 반응기를 필수적으로 포함한다. 이들 단위와 부속물은 필요한 촉매가 공급될 수 있도록 메르캅탄으로부터 폴리설피드를 제조하는 설비의 일체로 된 부분을 형성하는 것이 유리하다.

일반적인 법칙대로, 신규의 촉매를 사용하는 본 발명에 따른 방법은 액체 상태의 하나 이상의 메르캅탄에 대한 황의 작용을 이용하는 공지의 방법과 비슷하게 실시할 수 있다. 사용된 메르캅탄이 6이상의 탄소원자를 함유하는 경우에는, 60℃∼150℃, 특히 70℃∼140℃의 온도에서 폴리설피드 합성반응을 수행하는 것이 바람직한데, 이 온도는 폴리설피드의 경우에 요구되는 황의 랭크가 높을수록 비례적으로 낮아진다. 따라서, 예를들면, t-도데실 메르캅탄을 사용함으로써 75℃에서는 랭크가 5인것, 즉RS₅R을 얻을수 있고, 130℃에서는 랭크가 3인것, 즉 RS₃R을 얻을 수 있다.

바람직한 상대압은 0.4∼1바아이다.

반응이 다음과 같이 진행되기 때문에, 황 랭크 n의 폴리설피드를 제조하는데 요구되는 몰 비율 S/RSH는(n-1) : 2로 계산된다.

2RSH + (n -1) S→ R - S_n-R + H₂S

본 발명의 방법은 세 출발물질, 즉 메르캅탄, 황 및 촉매를 동시에 액체상태로 반응기에 도입시킬 수 있기 때문에, 특히 연속 작업에 매우 적절하다. 이러한 형태의 작업에서는, 첫번째 반응기에서 생산한 조 생성물을 반응이 완결되는 두번째 반응기로 옮기기 전에, 적절한 기기내에서 특히 질소를 블로우잉시킴으로써 탈기 작업을 실시한다.

여과후에, 촉매를 더 이상 함유하지 않는 폴리설피드를 수집한다.

연속 생산에 있어서, 반응기에 공급하는 촉매는, 또한 연속적인 이 촉매의 생산으로부터 유래할 수 있다. 촉매생산을 위한 설비를 폴리설피드 생산용 단위와 결합시킬 수 있다.

본 발명은 하기의 비제한적인 실시예에 의해 설명된다.

실시예 1

신규 촉매의 제조

68kg(0.3366kmole)의 t-도데실 메르캅탄 C₁₂H₂₅SH 및 6.3kg(0.1575kmole)의 무수 NaOH를 스테인레스 강철로 만들어진 150-l반응기에 도입시킨다. 80℃에서 5시간동안 가열함으로써 혼합물이 잘 분산되고 균질화되도록 한다. 그 후에, 7kg/시간의 연속적인 속도로 에틸렌 옥시드를 반응기에 주입한다 ; 반응기내의 상대압을 초기 0.2바아에서 반응 말기에는 4바아로 상승시킨다.

반응 혼합물을 100℃∼110℃로 2시간동안 가열하고, 감압한 후에 질소를 통과시켜 탈기함으로써 용해되어있는 과량의 에틸렌 옥시드를 모두 제거한다. 얻어진 액체를 여과하여 5μm이하의 고체 입자를 갖도록 한다. 생성된 촉매는[C₁₂H₂₅S(CH₂CH₂O)₆H](NaOH)_0.349, 즉 [C₁₂H₂₅S(CH₂CH₂O)₆H] 3%NaOH의 성분을 갖는데 이는 중량비로 보면 다음과 같다 :

이 촉매의 클라우드 포인트는 약 62℃이다.

실시예 2

디-t-노닐 트리실피드[(C₉H₁₉)₂S₃]의 제조

상술한, 연속된 두 반응기를 이용하여, C₉H₁₉SH 1몰당 S 1원자, 즉 메르캅탄 100kg당 S 20kg의 비율로 t-노닐 메르캅탄과 용융 황을 반응시킨다.

실시예 1에 나타낸 것와 비슷한 방법으로 제조한 촉매 C₉H₁₉S

(CH₂CH₂O)₆H

(NaOH)_0.3491.25kg을 100kg의 메르캅탄에 가한다. 혼합물을 첫번째 반응기내에서 130℃에서 1.25시간동안 가열하고, 출발 메르캅탄 100kg에 대하여 18Nm³의 질소를 블로우잉시켜 탈기시킨다.

두번째 반응기내에, 130℃에서 2.5시간동안 최종 가열을 실시하고, 이용된 메르캅탄 100kg당 18Nm³의 N₂를 이용하여 탈기시킨다. 이 생산을 연속적으로 실시하면, 주 합성 반응기의 용량 m³에 대하여, 매 시간당 800kg의 폴리설피드를 얻을 수 있다.

실시예 3

디 -t-도데실 트리설피드[(C₁₂H₂₅)₂S₃]의 제조

작업 방법은 실시예 2와 동일하지만, 실시예 1에 따라 얻은 촉매 1.25%를 가한 t-도데실 메르캅탄 C₁₂H₂₅SH로부터 출발한다. 용융 황의 비율은 메르캅탄 100kg당 15 .84kg이며, 다른 나머지 조작 조건은 실시예 2와 동일하다.

폴리설피드는 이용된 메르캅탄을 기초로 하여 98%의 수율로 얻어지며, 연속작업의 경우에 공간 시간 생산율은 반응기 용량 m³당 800kg/h이다.

실시예 4

디 -t-도데실 펜타설피드[(C₁₂H₂₅)₂S₅]의 제조

연속된 두 반응기를 이용하여 상술한대로 작업을 실시하되, 두 경우 모두 온도를 75℃로 한다. 탈기 조작도, 각각 메르캅탄 100kg당 18Nm³의 질소를 이용하여 75℃에서 실시한다. 황의 사용량은 출발 t--도데실 메르캅탄 1몰당 2원자, 즉 C₁₂H₂₅SH 100kg당 0.4kg의 S이다. 실시예 1의 촉매릍 메르캅탄 100kg당 0.4kg의 비율로 가한다.

상대압은 0.4∼1바아이다.

공정을 연속적으로 실시하는 경우에, 공간 시간 생산율은 주 합성 반응기 용량 m³에 대하여 매 시간당1,000kg의 폴리설피드이다.

실시예 5

디-t-도데실 펜타설피드의 연속 제조

150

용량의 첫번째 반응기에 80kg/시간의 t-도데실 메르캅탄, 0.32kg/시간의 실시예 1에 따른 촉매 및22.8kg/시간의 액체 황을 연속적으로 공급한다. 반응기의 내용물을 75℃로 유지하고 반응기의 외부에 있는 루우프를 통하여 펌프를 이용하여 순환시킴으로써 격렬하게 교반한다. 형성된 H₂S를 너울거리는 불꽃의 상태로 제거하고, 반응기에 남아있는 액체를 5Nm³/시간의 질소를 이용하여 탈기를 목적으로 하여 장치한 컬럼내에서 탈기시킨다.

60℃에서 여과하여, 10ppm이하의 SH함량, 31.5%의 황함량 및

10가드너의 색깔을 갖는 최종 생성물 95kg(98%수율)을 수득한다. 이 생성물은 원하지 않는 냄새 또는 혼탁도를 갖지 않는다.

실시예 6

비교

실시예 4의 작업을 반복 실시하되, 옥시에틸화된 촉매를 트리에틸아민으로 바꾸어 실시한다. 실시예 4와 동일하게 실시한 탈기후에도, 본 발명에 따른 실시예 4의 화합물이 불쾌한 냄새를 갖지 않고 맑은 것에 비하여, 본 실시예에 따라 수득한 폴리설피드는 불쾌한 냄새, 뚜렷한 색깔 및 혼탁도를 갖는다. 덧붙여, 신규촉매의 강력화된 염기성은 보다 빠르고 완전한 메르캅탄의 전환을 가능하게 한다.

실시예 7

비교

실시예 3의 작업을 반복 실시하되, 본 발명에 따른 촉매를 미합중국 특히 3,340,324호에 기술된 것과 같이 t-도데실 메르캅탄 1몰당 0.125몰의 NaOH 및 0.125몰의 헥사놀로 바꾸어 실시한다.

폴리설피드는 실시예 3의 98%와는 달리, 이용된 메르캅탄을 기초로 하여 겨우 70%의 수율로 얻어지며, 실시예 3의 생성물이 완전하게 균질한데 비해 매우 혼탁하다.

실시예 8

실시예 1과 동일하게 실시하되, 본 발명에 따른 촉매대신에 동일한 양의 소듐 메르캅티드로 대체한다. 반응 혼합물은 균질하지 않으며 얻어진 생성물은 혼탁하다.

이용된 촉매가 소듐 에탄올레이트인 경우에도 동일한 단점이 발견된다.

본 발명은 적절한 화학량의 반응물, 즉 황 및 메르캅탄을 연속적으로 공급함으로써 잘 결정된 평균 황 랭크를 갖는 폴리설피드의 생산을 가능하게 하는 장점을 제공한다. 이러한 것은 비연속적으로 조작되거나, 황이 부족하거나, 메르캅탄 포화상태에서 공급하는 경우에는 달성되지 않는데, 이는 낮은 랭크의 폴리실피드의 형성을 유발하며 바람직하지 않다. 상기에서 살펴본 바와같이, 본 발명은 용해된 반응하지 않은 황에 의한 최종 생성물의 혼탁성을 없앤다. 따라서 새로운 방법은 제조방법 및 최종 생성물의 질을 보다 균일하게 만드는데 이바지한다.

Claims

촉매의 존재하에 하나 또는 그 이상의 메르캅탄을 황과 가열함으로써 R-S_n-R(식중, R은 탄화수소기이고, n은 2∼8의 정수이다) 형태의 유기 폴리설피드를 제조하는 방법에 있어서, 그 촉매가 메르캅탄과 알켄 옥시드 및 알칼리성 염기의 배합으로 구성되어 있음을 특징으로 하는 제조방법.
제1항에 있어서, 촉매가 식중, R이 탄화수소, 특히 알킬기를 나타내고, x가 메르캅탄 1몰에 대한 알켄 옥시의 몰수이고, M이 알칼리 금속 원자를 나타내고 y가 메르캅탄 1몰에 대한 알칼리성 염기의 몰수를 나타내는 RSH·x(C_mH_2mO)·yMOH배합임을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 또는 2항에 있어서, x가 1∼20, 바람직하게는 4∼12이고, y가 0.01∼1, 바람직하게는 0.1∼0.5임을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 또는 2항에 있어서, R이 C₁∼C₂₀, 특히 C₆∼C₁₈알킬이고, 알켄 옥시드가 C₂∼C₄이며 바람직하게는 에킬렌 옥시드임을 특징으로 하는 제조방법.
제4항에 있어서, 알킬이 측쇄, 특히 삼차 알킬이며, 특히 t-노닐 또는 t-도데실임을 특징으로 하는 제조방법.
제1항에 있어서, 가열을 60∼150℃보다, 특별하게는 70∼140℃에서 실시함을 특징으로 하는 제조방법.
제6항에 있어서, 조작을, 원하는 숫자 n이 낮을수록 비례적으로 높은 온도에서 실시함을 특징으로 하는, n이 3∼5의 값을 갖는 제조방법.
제1항에 있어서, 메르캅탄과 황 및 촉매와의 가열을, 각각 특히 불활성 기체를 이용하여 H₂S를 탈기시키는 과정이 뒤따르는 두 단계로 실시함을 특징으로 하는 제조방법.
제1항에 있어서, 0.2∼1바아의 상대압에서 실시함을 특징으로 하는 제조방법.
제1항에 있어서, 바람직하게는 50∼100℃에서 1몰의 메르캅탄을 αy몰(α=1∼1.5)의 알칼리성 염기로 균질화하고, 얻어진 생성물을 80∼120℃의 온도, 0.2∼4바아의 상대압에서 알켄 옥시드로 포화시킨 후에, 불활성 기체를 이용하여 과량의 알켄 옥시드를 탈기시킴으로써, 촉매를 제조함을 특징으로 하는 제조방법.
제10항에 있어서, 균질화반응을 약 75∼85℃에서 4∼6시간동안 실시하고, 알켄 옥시드에 의한 포화를 약 100∼110℃에서 실시함을 특징으로 하는, 출발 메르캅탄이 C₆∼C₁₈, 특히 t-알킬 메르캅탄인 제조방법.
제1항에 있어서, 연속적으로 실시함을 특징으로 하는 제조방법.
R이 C₁∼C₂₀알킬기이고, x가 1∼20의 숫자이고, m이 2∼4의 숫자이고, M이 알칼리 금속이고 y가0.01∼1의 숫자인 R-S(C_mH_2mO)xH·(MOH)y배합을 함유함을 특징으로 하는 신규의 촉매계.
제13항에 있어서, R이 C₆∼C₁₈알킬기이고, m이 2와 동일하고, x가 4∼12의 숫자이고, y가 0.1∼0.5의 숫자임을 특징으로 하는 촉매계.