NO180327B

NO180327B - Fremgangsmåte til fremstilling av en kalsiumbasert alkoksyleringskatalysator og fremgangsmåte til alkoksylering av en alkohol ved anvendelse av denne katalysatoren

Info

Publication number: NO180327B
Application number: NO881818A
Authority: NO
Inventors: Bruce Eugene Leach; Mark L Shannon; Donald L Wharry
Original assignee: Condea Vista Co; Vista Chemical
Priority date: 1987-04-28
Filing date: 1988-04-26
Publication date: 1996-12-23
Also published as: MX169595B; IE881039L; KR910004076B1; EP0289159A3; KR880012269A; DK199488D0; MY102324A; JPH0577456B2; US4775653A; CN1022990C; PH24082A; EP0289159A2; IN169732B; JPH0686936A; CN88102512A; EP0289159B1; NO881818L; AU1519788A; NO180327C; NO881818D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til fremstilling av alkylenoksidaddukter av aktive hydrogenforbindelser såsom alkoholer, og en fremgangsmåte til fremstilling av katalysatorer som er anvendelige i slike alkoksy-leringsreaksj oner.

Alkylenoksidaddukter av hydrogenforbindelser er nyttige i mange forskjellige produkter såsom overflateaktive midler, oppløsningsmidler, kjemiske mellomprodukter etc. Disse alkylenoksidaddukter fremstilles typisk ved en addisjons- eller alkoksyleringsreaksjon ved hvilken et alkylenoksid såsom et etylenoksid omsettes under hensiktsmessige betingelser med en organisk forbindelse såsom en alkohol med ett eller flere aktive hydrogenatomer. Særlig etylenoksidaddukter av alifatiske alkoholer eller substituerte fenoler med 8-20 karbonatomer er blitt anvendt i stor utstrekning som ikke-ioniske vaskemiddelbestanddeler i rengjøringsblandinger til anvendelse innenfor industri og husholdning.

Alkoksyleringsreaksjonen gir en produktblanding av forskjellige alkoksylatmolekyler med flere forskjellige alkylenoksidaddukter (oksyetylenaddukter). Da antallet oksyalkylenaddukter eller oksyalkylengrupper påvirker produktets egenskaper, er det ønskelig å tilpasse adduktantallsfordelingen i en gitt produktblanding til dens påtenkte anvendelse. For eksempel er det ved anvendelse av overflateaktivt middel kjent at et addukt med for få etylenoksidmolekyler ikke er effektivt på grunn av dårlig vannoppløselighet, méns et addukt med for mange etylenoksidmolekyler er uønsket, fordi overflatespen-ningsreduksjonen pr. masseenhet minskes kraftig med økende molekylvekt. Som beskrevet i US-PS 4 239 917 er det således ønskelig, særlig i forbindelse med anvendelse av overflateaktive midler, å anvende etoksylater eller alkoksylater med en snever fordeling i det ønskede mol-adduktområde av fra 5 til 10 alkylenoksidaddukter pr. alkylatmolekyl.

PCT WO85/00365 omhandler en alkoksyleringsprosess ved hvilken en kalsiumbasert katalysator anvendes til å fremstille alkok-syleringsprodukter med en snever fordeling av alkoksylerings-stoffer.

US-PS 3 941 606 omhandler blandinger som er nyttige som sikkativer i maling, og som er sammensatt av reaksjonsproduktet av en flerverdig metallforbindelse såsom et kalsiumoksid, en forgrenet alifatisk forbindelse eller en ikke-aromatisk cyklisk syre og en polyol eller alkoksyalkanol.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe en hittil ukjent fremgangsmåte til fremstilling av kalsiumbaserte alkoksyleringskatalysatorer med forbedret aktivitet.

Nok en hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å fremstille en kalsiumbasert katalysator for alkoksyleringsreak-sjoner, hvilken katalysator er stabil og oppviser øket aktivitet med eldning.

En annen hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en fremgangsmåte til fremstilling av alkoksy-leringsprodukt-blandinger med snevre alkoksyleringsproduktfordelinger.

De ovennevnte og andre hensikter med den foreliggende oppfinnelse vil fremgå fra beskrivelsen og de tilhørende krav.

En side ved oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av en alkoksyleringskatalysator, som er kjennetegnet ved at en katalysatorforblanding dannes ved å blande en alkoksylert alkoholblanding inneholdende en alkoksylert alkohol med den generelle formel

hvor R;l er et hydrokarbonradikal inneholdende 1-30 karbonatomer og n er 1-2 0, med 1-60 vektprosent fri alkohol, en kalsiumholdig forbindelse som i det minste er delvis disper-

gerbar i den alkoksylerte alkoholblanding, en uorganisk syre og et aluminiumalkoksid med den generelle formel

hvor R2/ R3°9 R4 hver er et hydrokarbonradikal inneholdende 1-3 0 karbonatomer, idet den kalsiumholdige forbindelse og den alkoksylerte alkoholblanding blandes før tilsetning av aluminiumalkoksidet, og at katalysatorforblandingen oppvarmes til en temperatur og i et tidsrom som er tilstrekkelig til å bevirke i det minste en delvis utvekslingsreaksjon mellom aluminiumalkoksidets alkoksidgrupper og den alkoksylerte alkohols hydroksylgruppe og derved danne en aktiv alkoksyleringskatalysator. En annen side ved oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til alkoksylering av en alkohol, hvor en alkoholreaktant og et alkylenoksid under alkoksyleringsbetingelser introduseres i en katalysatorforblanding for derved å fremstille alkoksylerte derivater av alkoholreaktanten, som er kjennetegnet ved at der anvendes en katalysatorforblanding fremstilt ved å blande en alkoksylert alkohol med den generelle formel hvor Ri er et hydrokarbonradikal inneholdende 1-30 karbonatomer og n er 1-2 0, en kalsiumholdig forbindelse som i det minste er delvis dispergerbar i den alkoksylerte alkohol, en uorganisk syre og et aluminiumalkoksid med den generelle formel hvor R2, R3 og R4 hver er et hydrokarbonradikal inneholdende 1-3 0 karbonatomer, idet den kalsiumholdige forbindelse og den alkoksylerte alkohol blandes før tilsetning av alumini-uma lkoks idet , og at katalysatorforblandingen oppvarmes til en temperatur og i et tidsrom som er tilstrekkelig til å bevirke i det minste en delvis utvekslingsreaksjon mellom aluminiumalkoksidets alkoksidgrupper og den alkoksylerte alkohols hydroksylgruppe og derved danne en aktiv alkoksyleringskatalysator. Ved fremstilling av alkoksyleringskatalysatoren ifølge fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen dannes der først en katalysatorforblanding ved at man blander en alkoksylert alkoholblanding inneholdende en alkoksylert alkohol med 1-60 vektprosent fri alkohol, en kalsiumholdig forbindelse som i det minste er delvis dispergerbar i den alkoksylerte alkohol, en uorganisk syre og et aluminiumalkoksid. De alkoksylerte alkoholer som er anvendelige for dannelse av katalysatoren, er de som har den generelle formel

hvor R^ er et hydrokarbonradikal som inneholder fra 1 til 3 0 karbonatomer og n er et middeltall og fra 2 til 20. Alkoksylerte alkoholer hvor R-^ er fra 8 til 14, fortrinnsvis fra 10 til 12, er særlig anvendelige. I foretrukne alkoksylerte alkoholer er n fra 1 til 12, fortrinnsvis fra 1 til 4. Etoksylater av fettalkoholer såsom dekanol og dodekanol hvor der er fra 1 til 12 og fortrinnsvis fra 1 til 4 mol etylenoksid er således særlig foretrukne. R^gruppen er generelt en organisk rest av en alifatisk alkohol som kan ha en forgrenet eller rettkjedet struktur, selv om det fortrinnsvis, særlig for anvendelse som overflateaktivt middel, foretrekkes at mer enn 50%, helst mer enn 60% og

aller helst mer enn 7 0% av slike alkoholmolekyler har en lineær (rettkjedet) karbonstruktur.

Spesifikke eksempler på primære, rettkjedede enverdige, alifatiske alkoholer fra hvilke R^-gruppen kan avledes, omfatter etanol, heksanol, oktanol, dekanol, dodekanol, tetradekanol, pentadekanol, oktadekanol, eikosanol etc. Eksempler på forgrenede kjeder eller sekundære alkoholer,

fra hvilke R -gruppen kan avledes, omfatter isopropanol, isoheptanol, 3-heptanol, isodekanol, 2-metyl-l-nonanol, 2-metyl-l-undekanol, 4-tetradekanol og 4-heksadekanol.

De alkoksylerte alkoholer som anvendes i den katalysator-dannende fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen, kan fremstilles ved fremgangsmåter som er kjent innenfor teknikken til fremstilling av etylenoksidaddukter av alkoholer. Alternativt kan etylenoksidadduktene fremstilles ved fremgangsmåten ifølge oppf innelsen.

Den kalsiumholdige forbindelse som anvendes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er en som er i det minste delvis dispergerbar i den alkoksylerte alkohol. Slik det anvendes i den foreliggende beskrivelse og kravene betegner uttrykket "dispergerbar" en kalsiumforbindelse som oppløseliggjøres eller på annet vis samvirker med den alkoksylerte alkohol på en slik måte at den blir en ny type kalsiumforbindelse. Det skal imidlertid forstås at ettersom mekanismen ikke er fullt ut forstått, skal uttrykket "dispergerbar" eller "oppløselig" ikke forstås slik at det er begrenset til dannelsen av virke-lig oppløste kalsiumforbindelsestyper, slik det vanligvis ville forstås i tilfellet av vanlig oppløseliggjørelse.

Mens forbindelser såsom kalsiumhydrid, kalsiumacetat, kalsium-oksalat, kalsiumnitrat etc. kan anvendes, foretrekkes det at den kalsiumholdige forbindelse er kalsiumoksid, kalsiumhydroksid eller en blanding derav.

De uorganiske syrer som er nyttige ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse, omfatter syrene i seg selv såvel som "sure salter". Således omfatter ikke-begrensende

eksempler på uorganiske syrer svovelsyre, saltsyre, fluorsyre, fosforsyre, pyrofosforsyre, ammoniumhydrogenfluorid, ammonium-sulfat etc. Særlig foretrukket er oksysyrene såsom svovelsyre.

Det aluminiumalkoksid som anvendes ved fremgangsmåten ifølge

oppfinnelsen, har den følgende generelle formel

hvor R2, R3 og R4 hver er et hydrokarbonradikal som inneholder fra 1 til 3 0 karbonatomer. I det store og hele kan den beskrivelse som er gitt ovenfor med hensyn til R1-radi-kalet generelt anvendes om R2-radikalet, dvs. at R2-radi-kalet generelt er en organisk rest som er avledet fra en alkohol. Aluminiumtrialkoksidet oppnås fortrinnsvis ved omsetning av et aluminiumtrialkyl med etylen etterfulgt av oksidering, hvilket gir aluminiumalkoksider hvor kjedelengden av gruppene R2, R3 og R4 varierer. Det skal forstås at mens gruppene R2, R3 og R4 hver kan være, og generelt er, forskjellige fra hinannen, kan de alle være det samme. Det foretrekkes i alminnelighet å anvende aluminiumalkoksider, hvor hver av gruppene R2, R3 og R4 er således at der skaffes en samlet midlere kjedelengde på 8-14 karbonatomer for R2, R3 og R4.

Ved fremstilling av katalysatorforblandingen kan relative mengder av de forskjellige bestanddeler variere meget. For eksempel kan molforholdet mellom kalsiumforbindelsen og aluminiumalkoksidet variere fra 1:1 til 10:1 basert på henholdsvis kalsium og aluminium. Molforholdet mellom den uorganiske syre og aluminiumalkoksidet kan variere fra 0,25:1 til 4:1 basert på forholdet mellom henholdsvis syreekvi-valenten, f.eks. syrehydrogener, i den uorganiske syre og aluminiumet. Det foretrekkes generelt at den kombinerte konsentrasjon av kalsiumforbindelsen, den uorganiske syre og aluminiumalkoksidet foreligger i katalysatorforblandingen i en mengde på 1-10 vektprosent, idet den alkoksylerte alkohol og fortynningsmidler såsom fri alkohol foreligger i en mengde på 90-99 vektprosent. Avhengig av den alkoksylerte alkohols kilde og type kan det frie alkoholinnhold variere fra 1 vektprosent til 60 vektprosent.

I det store og hele er den rekkefølge i hvilken katalysator-forblandingens forskjellige bestanddeler tilsettes, uten betydning med den unntagelse at kalsiumforbindelsen skal tilsettes før tilsetning av aluminiumalkoksidet. Selv om det ved utførelsen av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er vanlig praksis å blande den alkoksylerte alkohol, kalsiumforbindelsen og den uorganiske syre fulgt av aluminiumalkoksidets tilsetning, kan fremgangsmåten også utføres ved å reversere tilsetningsrekkefølgen av aluminiumalkoksidet og den uorganiske syre.

Foruten de ovennevnte bestanddeler i katalysatorforblandingen kan forblandingen med fordel inneholde organiske syrer. Egnede organiske syrer er de karboksylsyrer som er mer bland-bare i hydrokarbonoppløsningsmidler enn i vann. Slike karboksylsyrer, som generelt kan betraktes som fettsyrer, har en karbonkjedelengde i forhold til syrefunksjonalitet som skaffer den høyere blandbarhet eller oppløselighet i hydrokarboner. Ikke-begrensende eksempler på fettsyrer omfatter de naturlige eller syntetiske monofunksjonelle karboksylsyrer i hvilke karbonkjedelengden er større enn 5 karbonatomer, generelt 5-15 karbonatomer. Spesielle eksempler på sådanne egnede syrer omfatter heksansyre, oktansyre, nonansyre, 2-etylheksan-syre, neodekansyre, isooktansyre, stearinsyre, naftansyre og blandinger eller isomerer av slike syrer. Skjønt det foretrekkes at syrene, dersom de anvendes, er mettede, kan de eventuelt inneholde andre funksjonelle grupper såsom hydroksylgrupper, amingrupper etc, som ikke virker forstyr-rende inn på fremgangsmåten. Det har vist seg at anvendelsen av fettsyrene fører til en bedre dispergering av kalsiumforbindelsen, og at den aktive katalysatorsuspensjon er mer stabil uttrykt ved de faste stoffer som forblir dispergerte.

Ved fremstilling av katalysatoren ifølge fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen blandes en typisk alkoksylert alkohol med en egnet kalsiumholdig forbindelse såsom kalsiumoksid,

og blandingen omrøres i et passende tidsrom inntil i det minste en del av kalsiumforbindelsen dispergeres eller opp-løseliggjøres i den alkoksylerte alkohol. Dette oppnås generelt ved omrøring eller andre former for bevegelse for opp-nåelse av tett og grundig kontakt ved en temperatur på generelt 25-150°C (vanligvis under den alkoksylerte alkohols kokepunkt) i et tilstrekkelig tidsrom. Dispergeringstiden kan variere fra 0,5 til 2 0 h. Som det kan ses kan der anvendes mer tid hvis det ønskes. Når dispersjonen en gang er blitt dannet, således som det f.eks. kan vises ved det titrerbare alkalinitetstrykk, tilsettes den uorganiske syre deretter langsomt eller trinnvis. Aluminiumalkoksidet tilsettes deretter, og omrøring av blandingen fortsetter, og blandingen oppvarmes til en temperatur og i et tidsrom som er tilstrekkelig til å bevirke i det minste en delvis uivekslingsreaksjon mellom aluminiumalkoksidets alkoksidgrupper og den alkoksylerte alkohols hydroksylgrupper.

Den nøyaktige temperatur, til hvilken katalysatorforblandingen oppvarmes, vil selvsagt avhenge av beskaffenheten av de bestanddeler som er anvendt til dannelse av forblandingen.

Som nevnt ovenfor blir imidlertid oppvarmingen av katalysatorforblandingen for å aktivere denne vanligvis utført ved en temperatur og i et tidsrom som er tilstrekkelige til å bevirke at i det minste en delvis utvekslingsreaksjon mellom aluminiumalkoksidets alkoksidgrupper og den alkoksylerte alkohols hydroksylgruppe. Dette punkt kan generelt bestemmes ved utviklingen av alkohol som destillerer fra blandingen. Skjønt katalysatoraktivering i noen grad finner sted med en hvilken som helst oppvarming i det ønskede område, vises aktiveringen best ved den alkoholutvikling som er et resultat av utvekslingsreaksjonen. For å oppnå en meget aktiv katalysator er det imidlertid foretrukket at oppvarminger finner sted inntil blandingen har oppnådd et stort sett konstant kokepunkt.

Den ønskede aktiveringstemperatur bør ved et gitt trykk

nærme seg kokepunktet for en vesentlig del av de frie alkoholer som fås fra aluminiumalkoksidets 1*2"/ ^3" og 114-gruppe. På dette punkt har maksimal utveksling mellom aluminiumalkoksidets alkoksidgrupper og den alkoksylerte alkohols hydroksylgruppe sannsynligvis funnet sted. Det vil ses at når det anvendte aluminiumalkoksid er et alkoksid hvor R2/

R3 og R4 er lange kjeder, f.eks. 10-14 karbonatomer og lengre, er de-alkoholer som er fremstilt ved utvekslingsreaksjonen, høytkokende. Det finner derfor sted en meget liten, om overhodet noen, alkoholdestillering når der ikke anvendes ekstremt høye temperaturer som kan forårsake uønskede side-reaksjoner. I slike tilfeller kan der oppvarmes til en temperatur på 190-300°C og fortrinnsvis 230-260°C. Lavere temperaturer kan anvendes når fremgangsmåten utføres under trykk, f.eks. er temperaturer i området 160-210°C egnede ved et trykk på 2 0-40 MPa. Det har vist seg at nedsatt trykk resulterer i meget kraftig virkende katalysatorer. Det ønskede temperaturområde for en gitt katalysatorforblanding kan bestemmes ved at man tar prøver av katalysatordispersjonen idet den oppvarmes til forskjellige tider under oppvarmings-cyklusen, og ved at prøvene underkastes en etoksylerings-reaksjon. Når den ønskede aktivitetsgrad er nådd i etoksyleringsreaksjonen, kan oppvarmingen avbrytes, og alle fremtidige katalysatorforblandinger med samme sammensetning kan oppvarmes til denne temperatur og selvsagt i det tidsrom. Oppvarmings-tiden kan imidlertid generelt variere fra 0,1 til 0,5 h, generelt i området fra 0,2 til 1 h.

Det har vist seg at hvis katalysatoren eldes etter at den

er fremstilt, f.eks. ved at den får henstå ved værelse-temperatur, kan aktiviteten økes meget. Selv om eldningstiden for en gitt katalysatorforblanding selvsagt vil avhenge av denne forblandings bestanddeler, kan den ønskede eldningstid bestemmes på en lignende måte som den som er beskrevet ovenfor med hensyn til bestemmelse av den ønskede temperatur og

oppvarmingstid. Prøver av katalysatoren som eldes, kan således anvendes ved etoksyleringsreaksjoner og aktivitetsgraden kan bestemmes. Generelt kan eldningstider som varierer fra 2 h til 1 uke eller lengre, anvendes.

Det har vist seg at for fremstilling av meget aktive katalysatorer foretrekkes det at vann, som er tilstede når katalysatorblandingen dannes, fjernes før aluminiumalkoksidet tilsettes, uansett om aluminiumalkoksidet tilsettes før eller etter tilsetningen av den uorganiske syre.

For ytterligere å forklare den foreliggende oppfinnelse er de følgende ikke-begrensende eksempler angitt.

EKSEMPEL 1

400 g av en etoksylert alkohol som er kjent som ALFONIC 1412-40<1>) som markedsføres av Vista Chemical Company, ble gjennomluftet med nitrogen i 1 h. Til denne etoksylerte alkohol sattes 3 0,27 g kalsiumoksid fremstilt ved kalsinering av kalsiumhydroksidet ved 600°C i 12 h. Denne blanding ble deretter omrørt ved 90°C i 16 h. Til denne dispersjon ble der tilsatt 80,9 g av et aluminiumtrialkoksid hvor alkok-sidgruppene har en midlere kjedelengde på 10 karbonatomer (blandede 2-30 karbonkjedelengder), og som inneholder 6% aluminium. Denne blanding ble omrørt i ytterligere 1 h ved 9 0°C. Konsentrert svovelsyre (18,2 g) ble deretter dråpevis tilsatt og blandingen ble oppvarmet til 240°C idet lett alkohol og spormengder av vann ble destillert av. Blandingen ble avkjølt og undersøkt for aktivitet. <1>) Blanding av 60 vektprosent C14-alkohol og 40 vektprosent C^-alkohol ™ed 40 vektprosent etylenoksidaddukt.

EKSEMPEL 2

Den i eksempel 1 fremstilte katalysator ble undersøkt for aktivitet for fremstilling av alkoholetoksylater. For fremstilling av etoksylatene ble en 60 vektprosent tetradekanol/ 4 0 vektprosent dodekanolblanding anvendt som reaktantalkohol. Etoksyleringsreaksjonen ble utført ved 175°C og et etylenoksidtrykk på 2,72 atm. Mengden av tilstedeværende aktivert katalysator var slik at der ble skaffet ca. 0,5 g metall (kalsium pluss aluminium) under reaksjonen. Resultatene er vist nedenfor i tabell I.

EKSEMPEL 3

En meget aktiv etoksyleringskatalysator ble fremstilt ved

at 37,75 g kalsiumhydroksid ble satt til 500 g ALFONIC 1412-40 alkoholetoksylat som var blitt renset med nitrogen i 0,5 h. Blandingen ble omrørt i 24 h ved 95°C. Svovelsyre (17,25 g) ble tilsatt, og 0,5 h senere ble 128,1 g av et aluminiumalkoksid tilsatt, som var spesielt fremstilt ved utveksling av aluminiumtriisopropoksid med en blandet Cf12/ci4~alkohol-inneholdende ca. 60 vektprosent C^-alkohol og ca. 40 vekt prosent C12-alkohol. Denne blanding ble deretter oppvarmet til en bunntemperatur på 240°C i ca. 30 min. Der ble samlet opp en meget liten overløpsfraksjon. Den således fremstilte katalysatorprøve 3-1 ble anvendt til å etoksylere forskjellige alkoholer. Dessuten ble det nødvendige katalysatornivå variert for å undersøke aktiviteten. Med denne katalysator ble det funnet at aktiviteten etter ca. 1 ukes eldning ved værelse-temperatur ble så høy at det innledende trinn i etoksyleringen ble for voldsomt ved et etylenoksidtrykk på 2,72 atm. Følgelig var det nødvendig å begynne etoksyleringen ved kun 1,70

atm og gradvis øke trykket til 2,72 atm etter at 40-50% av reaksjonen var fullført. Resultatene er angitt nedenfor i tabell II.

Som et referansepunkt med hensyn til tabell II skaffer 10,0 g katalysator ca. 0,5 g metall (kalsium pluss aluminium) til reaksjonen, og den samlede mengde produsert etoksylat er 3 00 g pr. sats. Den nødvendige mengde metall i forhold til etoksylatprodukt er således <0,17 vektprosent. Det kan ses at den beste aktivitet uttrykt som reaksjonstid ble oppnådd ved anvendelse av metall/etoksylat-forhold på ca. 0,09 vektprosent .

Som det kan ses oppviser den katalysator som er produsert i dette eksempel, større aktivitet uttrykt sonf reaksjonstid enn den katalysator som er fremstilt ifølge eksempel 1. Eldning av katalysatoren påvirker således aktiviteten. Dessuten skal det bemerkes at når katalysatoren"som er fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes, er etoksy-latets innhold av fri alkohol forholdsvis lavt. Dette er viktig i fremstillingen av overflateaktive midler, da et høyt innhold av fri alkohol fører til luktproblemer. Dessuten er det viktig at forstøvningstørket etoksylat ikke danner aerosoler (plume). Et høyt innhold av fri alkohol i etoksylatene bidrar til aerosoldannelse.

EKSEMPEL 4

500 g ALFONIC 1412-40 etoksylert alkohol ble renset med nitrogen og varmet opp til 90°C. 37,75 g kalsiumoksid ble tilsatt, og blandingen ble omrørt i 24 h. Svovelsyre (17,25 g) ble tilsatt, og blandingen ble omrørt i 1 h. En prøve av katalysatoren (prøve 4-1) ble tatt ut på dette tidspunkt i fremstillingen og viste seg å være inaktiv. Aluminiumalkoksid

fremstilt fra en blanding av ca. 60 vektprosent tetradekanol og ca. 4 0 vektprosent dodekanol ble satt til en porsjon av prøve 4-1-katalysatoren. Aluminiumalkoksidtilsetningen hadde ingen virkning, da prøve 4-1-katalysatoren forble inaktiv. Den resterende katalysator som ikke var tilsatt aluminium-forbindelsen, ble deretter varmet opp til 240°C i ca. 30 min. En prøve av denne katalysator (prøve 4-2) ble tatt ut og viste seg å være inaktiv i et standard-etoksyleringsforsøk. Tilsetningen av mer svovelsyre til prøve 4-2, inntil to ganger den tidligere anvendte normale mengde, og ytterligere oppvarming t-il 24 0°C resulterte også i en inaktiv katalysator (prøve 4-3). Dette eksempel viser at den katalysator hvor kalsiumoksid anvendes som kalsiumforbindelsen, er inaktiv før tilsetningen av aluminiumalkoksidet og varmebehandling av blandingen .

EKSEMPEL 5

For å bestemme om den inaktive katalysatorprøve 4-2 som

ikke inneholdt aluminiumalkoksid kunne aktiveres ved tilsetning av aluminiumalkoksid og oppvarming, ble- 86,2 g av prøve 4-2 satt til en reaksjonsbeholder og blandet med 2 0,5 g aluminiumalkoksid som var fremstilt fra en blanding av ca. 60 vektprosent C^-alkohol og 40 vektprosent C^-alkohol. Temperaturen ble øket til 240°C (bunntemperatur), og katalysatoren ble undersøkt for aktivitet. Katalysatoren ble nå funnet å være aktiv for etoksylering. Denne katalysator ble anvendt i et etoksyleringsforsøk hvor der ble anvendt en alkoholblanding omfattende ca. 60 vektprosent tetradekanol og ca. 4 0 vektprosent dodekanol ved 175°C og et etylenoksidtrykk på 2,72 atm. Reaksjonstiden var 4,24 h. Det viste seg at den frie alkohol utgjorde 0,06 vektprosent, og hydroksyl-tallet var 96,0.

EKSEMPEL 6

Til 400 g ALFONIC 1412-40 etoksylert alkohol ble der satt

100 g isopropanol og 32,5 g aluminiumtriisopropoksid. Isopro-

panolen ble destillert som en toppstrøm til en bunntemperatur på 240°C. Kalsiumoksid (30,2 g) ble tilsatt, og blandingen ble omrørt natten over ved en temperatur på 90°C. Svovelsyre (13,8 g) ble tilsatt, og omrøringen ble fortsatt ved 90°C i 0,5 h. Temperaturen ble deretter øket til 240°C, og denne temperatur ble holdt i 15 min. Katalysatorblandingen ble avkjølt og undersøkt for etoksyleringsaktivitet og viste seg å være inaktiv. Dette eksempel viser at det ved denne fremgangsmåte er nødvendig at kalsiumforbindelsen tilsettes før aluminiumalkoksidtilsetningen for å oppnå en aktiv katalysator-.

EKSEMPEL 7

Dette eksempel viser at katalysatoren er meget mer aktiv hvis kalsiumforbindelsen og den etoksylerte alkohol omrøres eller på annen måte beveges i et tilstrekkelig tidsrom når katalysatorforblandingen dannes. To preparater ble fremstilt, prøve 7-1 og prøve 7-2. Hvert preparat hadde de samme bestanddeler felles. Prøve 7-2 ble imidlertid omrørt i 16 h ved 90-100°C, mens prøve 7-1 ble omrørt i 3 h ved 150°C i et forsøk på å kompensere tid med temperatur. I preparatene ble 300 g ALFONIC 1412-70<2>) og 100 g ALFONIC 1412-40 alkoholetoksylater blandet. Til denne blanding sattes 30,2 g kalsiumoksid. De angitte omrøringstider ble oppnådd før tilsetning av 80,9 g av det i eksempel 1 anvendte aluminiumalkoksid, omrøring i 0,5 h og tilsetning av 13,6 g svovelsyre fulgt av oppvarming til en bunntemperatur på 240°C. Prøve 7-1

viste kun svak etoksyleringsaktivitet, mens derimot prøve 7-2 var meget aktiv for etoksylering. Prøve 7-2 som ble utprøvet under vanlige etoksyleringsbetingelser, gav reak-sjonstider på 2,21 og 2,2 h, frie alkoholmengder på 0,15 og 0,12 vektprosent og hydroksyltall på 88,0 og 89,0. De fak-tiske nivåer av etylenoksidinnlemmelse for 70 vektprosent <2>) Blanding av 60 vektprosent C^-alkohol og 40 vektprosent C12-alkohol med 70 vektprosent etylenoksidaddukt.

normalt etoksylat var 68,62 og 69,63 vektprosent med et midlere antall mol etylenoksid pr. alkoholkjede på henholdsvis 10,20 og 10,70. På den annen side var katalysatorpreparatet 7-1 så godt som inaktivt for alkoholetoksylering, da ikke noe etylenoksidopptak ble observert etter starttidspunktet eller etter å ha ventet i 1 h.

EKSEMPEL 8

500 g ALFONIC 1412-40 alkoholetoksylat inneholdende 5-10 g vann ble satt til en 2-liters omrøringskolbe. 28,8 g nonansyre ble umiddelbart etter tilsatt, og blandingen varmet opp til 100°C under omrøring. Kalsiumhydroksid (43,5 g) ble tilsatt, og blandingen ble omrørt i 16 h ved 100°C. Svovelsyre (9,0 g) ble tilsatt, og blandingen ble oppvarmet til 170°C for å avdestillere vann. På dette tidspunkt ble 85,0 g av det i eksempel 1 anvendte aluminiumalkoksid tilsatt, og en nitrogen-rensing startet; Temperaturen ble øket til 240°C og holdt der i 3 0 min mens alkohol destillerte av. Reaksjonsproduktet ble deretter avkjølt. Denne katalysatorprøve ble betegnet prøve 8-1. Tabell III viser etylenoksidadduktfordelinger for etoksylert alkohol fremstilt ved omsetning av etylenoksid med en blanding av ca. 60 vektprosent tetradekanol og 40 vektprosent dodekanol under anvendelse av katalysatorprøver 8-1 og prøve 3-1.

Som det kan ses av tabell III oppviser etylenoksidadduktfor-delingen, når katalysatoren med nonansyre anvendes, et midlere maksimalt bestanddelsnivå som er lavere enn det som oppnås når katalysatorprøve 3-1 anvendes, dvs. uten nonan- eller annen fettsyre. Med andre ord er der en utflating av for-delingen når den katalysator i hvilken fettsyren er innlemmet, anvendes. Ved visse anvendelser som overflateaktivt middel kan imidlertid en slik bredere fordeling være fordelaktig.

EKSEMPEL 9

En kalsiumforbindelsesdispersjon ble fremstilt ved å tilsette 1 kg ALFONIC 1012-40, 16 g nonansyre, 3 g vann og 87 g kalsiumhydroksid og oppvarming ved 95°C i 16 h. Blandingen ble deretter gjennomluftet med nitrogen og varmet opp til 200°C for å fjerne vann. En 330 g porsjon av kalsiumforblandingen ble blandet med 7,0 g svovelsyre og 65 g av det aluminiumalkoksid som ble anvendt i eksempel 1, og varmet opp under delvis vakuum (220 mm Hg) til 195°C, hvor alkohol begynte å destillere av. Det ble funnet at 10 g av den ovenfor angitte katalysatorblanding etoksylerte 90 g av en alkohol (60% C14/40% C12) til et 70%'s etoksylat ved 175°C i 51 min. Det ble funnet at katalysatoren under disse betingelser var så aktiv at regulering av etylenoksid inn i reaktoren var nødvendig til å begynne med for å kontrollere temperaturen. Dette eksempel viser de ønskelige virkninger som oppnås ved

å utføre oppvarmingen av katalysatorforblandingen under redusert trykk. Spesielt kan det ses at katalysatorene virker hurtigere ved anvendelse av aktivering ved redusert trykk, men gir den samme kvalitet av etoksylater uttrykt som inn-holdet av frie alkoholer.

EKSEMPEL 10

Prøver av katalysatorene som ble fremstilt ved bruk av fremgangsmåten i eksempel 9, men under anvendelse av andre syrer enn svovelsyre, ble fremstilt. Katalysatorene ble således fremstilt ved anvendelse av saltsyre, maursyre, ammoniumhydrogenfluorid, karbonert aluminiumalkoksid og bortrifluorid. Skjønt alle disse katalysatorer oppviste noen aktivitet, viste de seg å være meget mindre aktive enn den katalysator som ble fremstilt under anvendelse av svovelsyre.

EKSEMPEL 11

En kalsiumforbindelsesdispersjon ble fremstilt ved omrøring av 43,5 g kalsiumhydroksid i 500 g ALFONIC 1214-40 alkoholetoksylat i 19 h ved 100°C. På dette tidspunkt ble 9,2 g konsentrert svovelsyre langsomt tilsatt under omrøring, og blandingen ble omrørt i ytterligere 5 h. En 100 g porsjon av denne katalysator ble fjernet og varmet opp til 240°C i 3 0 min for dannelse av den aktiverte katalysator. 10 g av denne aktiverte katalysator ble anvendt til å etoksylere 90 g av en 60% C14/40% C12-alkohol. Etoksyleringsreaksjonenble utført ved 2,72 atm etylenoksidtrykk ved 175°C for fremstilling av 7 0 vektprosent etylenoksidaddukter. Etoksyleringsdata er angitt i tabell IV nedenfor.

EKSEMPEL 12

En kalsiumforbindelsesdispersjon ble fremstilt og behandlet med konsentrert svovelsyre, som angitt i eksempelet ovenfor. Etter dette ble 73,7 g aluminiumalkoksid som ble fremstilt av en 60% C14/40% C12-alkoholblanding, tilsatt, og hele blandingen ble varmet opp til 240°C i 30 min for dannelse av den aktive katalysator. Det viste seg at hvis denne katalysator ble anvendt under de samme trykk- og temperaturbe-tingelser som de som ble anvendt i eksempel 11 til etoksy-leringsreaks jonen, kunne denne reaksjon ikke styres. Faktisk ble hele reaksjonen fullført i løpet av 1,08 h innbefattet 10-15 minutter, hvorunder etylenoksidtilsetningen ble stoppet for å tillate reduksjon av temperaturen. Da der ble oppnådd en for høy temperatur, ble ikke noen data samlet inn for det fremstilte etoksylat.

Et annet etoksyleringsforsøk ble utført med den katalysator som ble fremstilt i eksempel 12, men denne gang under anvendelse av 5,0 g katalysatorblanding istedenfor 10 g katalysatorblanding. Etoksyleringstemperaturen b-le redusert til 150°C for å unngå for høy temperatur. Når tilsetningen av etylenoksid ble tillatt å skride frem etter behov, var reak-sjonshastigheten så høy at trykket i reaktoren ikke nådde 2,72 atm før 25 min inne i forsøket. Forsøket ble fullført på 1,19 h. Etoksyleringsdata er vist nedenfor i tabell V. Eksempel 11 og 12 viser to viktige ting. For det første oppviser katalysatorprøver fremstilt under anvendelse av aluminiumalkoksid langt større aktivitet i forhold til de som ikke inneholder aluminiumalkoksidet. Dessuten ble det observert at mens katalysatorer som innlemmer aluminiumalkoksidet fortsatt forbedres med eldning (se eksempel 3, tabell II), viser katalysatorer som er fremstilt uten aluminiumalkoksidet nedsatt aktivitet med eldning (se tabell IV).

Den ovenstående beskrivelse av den foreliggende oppfinnelse illustrerer og forklarer denne, og der kan foretas forskjellige endringer i fremgangsmåtetrinnene innenfor de etter-følgende kravs rammer uten å avvike fra oppfinnelsens idé.

Claims

l. Fremgangsmåte til fremstilling av en alkoksyleringskatalysator, karakterisert ved at en katalysatorforblanding dannes ved å blande en alkoksylert alkoholblanding inneholdende en alkoksylert alkohol med den generelle formel

hvor R-L" er et hydrokarbonradikal inneholdende 1-30 karbonatomer og n er 1-20, med 1-60 vektprosent fri alkohol, en kalsiumholdig forbindelse som i det minste er delvis dispergerbar i den alkoksylerte alkoholblanding, en uorganisk

syre og et aluminiumalkoksid med den generelle formel

hvor R2/ R3°9 R4 hver er et hydrokarbonradikal inneholdende 1-3 0 karbonatomer, idet den kalsiumholdige forbindelse og den alkoksylerte alkoholblanding blandes før tilsetning av aluminiumalkoksidet, og

at katalysatorforblandingen oppvarmes til en temperatur og i et tidsrom som er tilstrekkelig til å bevirke i det minste en delvis utvekslingsreaksjon mellom aluminiumalkoksidets alkoksidgrupper og den alkoksylerte alkohols hydroksylgruppe og derved danne en aktiv alkoksyleringskatalysator.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at R^ velges fra et hydrokarbonradikal inneholdende 8-14 karbonatomer.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved atn velges fra 1-12.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved atn velges fra 1-4.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at R2 , R3 og R4 hver velges fra et hydrokarbonradikal inneholdende 8-14 karbonatomer.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den kalsiumholdige forbindelse velges fra gruppen bestående av kalsiumoksid, kalsiumhydroksid og blandinger derav.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den uorganiske syre velges fra gruppen bestående av svovelsyre og saltsyre.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at molforholdet mellom den kalsiumholdige forbindelse og aluminiumalkoksidet velges fra 1:1 til 10:1 regnet som henholdsvis kalsium og aluminium.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at molforholdet mellom den uorganiske syre og aluminiumalkoksidet velges fra 0,25:1 til 4:1 regnet som henholdsvis syrehydrogen og aluminium.
10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter at der til forblandingen settes en organisk syre, som er lettere blandbar i hydrokarbonoppløsningsmidler enn i vann.
11. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

karakterisert ved at den omfatter at vann fjernes fra forblandingen før aluminiumalkoksidet tilsettes.
12. Fremgangsmåte til alkoksylering av en alkohol, hvor en alkoholreaktant og et alkylenoksid under alkoksyleringsbetingelser introduseres i en katalysatorforblanding for derved å fremstille alkoksylerte derivater av alkoholreaktanten, karakterisert ved at der anvendes en katalysatorforblanding fremstilt, ved å blande en alkoksylert alkohol med den generelle formel

hvor R-l er et hydrokarbonradikal inneholdende 1-3 0 karbonatomer og n er 1-2 0, en kalsiumholdig forbinde-lse som i det minste er delvis dispergerbar i den alkoksylerte alkohol, en uorganisk syre og et aluminiumalkoksid med den generelle formel

hvor R2, R3 og R4 hver er et hydrokarbonradikal inneholdende 1-3 0 karbonatomer, idet den kalsiumholdige forbindelse og den alkoksylerte alkohol blandes før tilsetning av aluminiumalkoksidet, og

at katalysatorforblandingen oppvarmes til en temperatur og i et tidsrom som er tilstrekkelig til å bevirke i det minste en delvis utvekslingsreaksjon mellom aluminiumal

koksidets alkoksidgrupper og den alkoksylerte alkohols hydroksylgruppe og derved danne en aktiv alkoksyleringskatalysator.
13. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at R^ velges fra et hydrokarbonradikal inneholdende 8-14 karbonatomer.
14. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved atn velges fra 1-12.
15. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved atn velges fra 1-4.
16. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at R2, R3 og R4 hver velges fra et hydrokarbonradikal inneholdende 8-14 karbonatomer .
17. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at den kals-iumholdige forbindelse velges fra gruppen bestående av kalsiumoksid, kalsiumhydroksid og blandinger derav.
18. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at den uorganiske syre velges fra gruppen bestående av svovelsyre og saltsyre.
19. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at molforholdet mellom den kalsiumholdige forbindelse og aluminiumalkoksidet velges fra 1:1 til 10:1 regnet som henholdsvis kalsium og aluminium.
20. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at molforholdet mellom den uorganiske syre og aluminiumalkoksidet velges fra 0,25:1 til 4:1 regnet som henholdsvis syrehydrogen og aluminium.
21. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at den omfatter at der til forblandingen settes en organisk syre, som er lettere blandbar i hydrokarbonoppløsningsmidler enn i vann.
22. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at den omfatter at vann fjernes fra forblandingen før aluminiumalkoksidet tilsettes.
23. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at alkylenoksidet velges fra etylenoksid.
24. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

karakterisert ved at alkoholen velges fra en enverdig alifatisk alkohol inneholdende 8-14 karbonatomer .