TWI689527B - 包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物於芳香族碳酸酯之製備方法中之用途 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種製備芳香族碳酸酯之方法,其包括使碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯與芳基醇或烷基芳基碳酸酯反應生成是為烷基芳基碳酸酯或碳酸二芳酯之芳香族碳酸酯,其中使一組合物與醇或有機碳酸酯混合,該組合物包括鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物,其中於鈦或鋯烷氧化物中之烷氧基係其中R為具有1至4個碳原子之烷基之式R-O-的基團、及於鈦或鋯芳氧化物中之芳氧基為其中Ar為具有6至12個碳原子之芳基之式Ar-O-的基團,及其中該組合物額外包括0.1至50重量%醇(基於該組合物之總重量計),及使如此獲得之混合物與該碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯及芳基醇或烷基芳基碳酸酯接觸以催化該芳香族碳酸酯之製備。此外,本發明係關於一種由如此製備之碳酸二芳酯製造聚碳酸酯之方法。
Description
本發明係關於一種使用包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物製備芳香族碳酸酯(諸如碳酸二芳酯)之方法;及係關於一種由如此製備之碳酸二芳酯製造聚碳酸酯之方法。
已知鈦及鋯烷氧化物及芳氧化物於環境溫度及壓力下可變成固體。例如,當剛經蒸餾時,四乙氧化鈦(Ti(OEt)4)於標準狀態下(亦即於25℃之標準溫度及100kPa之標準壓力下)為無色液體。然而,於標準狀態下,液態四乙氧化鈦會隨時間流逝轉化為固體結晶塊(J.A.Ibers,"Crystal and Molecular Structure of Titanium(IV)Ethoxide",Nature 197(4868):686,1963)。亦於環境溫度(其可例如係自-10℃至+25℃)下針對其他鈦烷氧化物或芳氧化物(諸如四甲氧化鈦、四(正丙氧化)鈦、四異丙氧化鈦及四苯氧化鈦)觀察到此現象。
前述亦適用於鋯烷氧化物及芳氧化物(諸如Zr(OEt)4及Zr(OnPr)4(V.W.Day等人,"Isolation and Structural Characterization of Tetra-n-propyl Zirconate in Hydrocarbon Solution and the Solid State",Inorganic Chemistry 40(23):5738-46,2001)。
Ti(OMe)4、Ti(OPh)4及Ti(OEt)4分別具有200至210℃、154℃及54℃之相對高的熔化溫度,因此其等於標準狀態下(於25℃及100kPa下)以固體存在。於該等烷基為異丙基或正丙基之情況下(分別如於Ti(OiPr)4及Ti(OnPr)4中,其分別具有17℃及20℃之熔化溫度),於標準狀態下存在液體。然而,當溫度降至低於此等熔化溫度之溫度時(例如於運輸及/或儲存期間),此等液態四丙氧化鈦將凝固。
鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物可於多種化學製程中用作催化劑。例如,鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物可於芳香族碳酸酯製程中用作催化劑。已知由碳酸二烷基酯及芳基醇製備芳香族碳酸酯。例如,該芳香族碳酸酯可為碳酸二芳酯(諸如碳酸二苯酯),其可由碳酸二烷基酯及芳基醇製備。於此等製程中,經以下步驟將該碳酸二烷基酯轉化為碳酸二芳酯。於第一步驟中,發生該碳酸二烷基酯與該芳基醇之酯交換以產生烷基芳基碳酸酯(亦為芳香族碳酸酯)及烷醇。於第二步驟中,發生該烷基芳基碳酸酯之自身氧化還原以產生碳酸二芳酯及碳酸二烷基酯。亦可發生該烷基芳基碳酸酯與芳基醇之進一步酯交換以產生碳酸二芳酯及烷醇。
於使用上述具有相對高熔化溫度之鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之一者作為催化劑的化學製程中,為使該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物保持呈熔融狀態,於使用上述四乙氧化鈦之情況下,需要使用相對高溫(例如高於55℃)。首先,此強加不期望的大量能量要求。此外,當將鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物長時間於此高溫下保持呈熔融狀態時,其開始變色,且若將其用作製造芳香族碳酸酯之起始材料,則所獲得產品之色調將趨於受損,且該產品無法用作一般的芳香族碳酸酯產品。
此外,鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物於該相對高溫下的熱穩定性相對低。例如,此導致於任何水分(水)存在之情況下,該鈦或鋯烷氧
化物或芳氧化物可於高溫下與此水輕易地發生反應。此參考鈦烷氧化物說明於下文:Ti(OR)4+4H2O → Ti(OH)4+4ROH(水解作用)
Ti(OH)4 → TiO2 .xH2O+(2-x)H2O(縮合作用)
因此,該反應導致產生式TiO2之二氧化鈦,亦稱作氧化鈦(IV)或鈦白(titania)。此TiO2之存在係不利的,因其具有極小催化活性至無催化活性,更尤其係在上述由碳酸二烷基酯及芳基醇製備芳香族碳酸酯之製程中。因此,希望盡可能地防止形成TiO2,及因此而來之寶貴Ti金屬的損失。此外,TiO2為不溶於大部分溶劑之粉末。因此,形成TiO2之另一缺點為此粉末覆蓋任何非均相催化劑之表面,從而堵塞催化劑孔。總而言之,與水之該反應可導致遠低於所期望活性等級之催化劑活性。
此外,即便不存在水分,鈦及鋯烷氧化物亦可經歷縮合反應,尤其係在長期加熱後。此參考鈦烷氧化物說明於下文:(RO)3Ti-OR+RO-Ti(OR)3 → (RO)3Ti-O-Ti(OR)3+R-O-R(縮合)
此縮合反應係不利的,因含有Ti-O-Ti之化合物的觸媒活性較低,但亦具有甚至高於Ti(OR)4之熔化溫度。
此外,用於液體材料之大部分標準運輸容器未經裝備來維持高於70℃之溫度。然而,熔融鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之安全運輸及處置(例如洗槽時有最少浪費)需要將產品維持在較佳高於熔點約20℃之溫度。於此溫度運輸液體材料將需要大量能量,且若未經適當處置則可引致材料凝固之問題。甚至僅有有限數量的容器可於此等溫度進行此適當處置,其均具有相當小的槽尺寸。
因此,有鑑於與以相對高溫將鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物維持在熔融狀態相關之上述問題,於環境條件下將鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物作為固體運輸及儲存將較佳。然而,此繼而亦有問題。例如,將
固體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物催化劑運輸至化學生產地點且將其以固態儲存於此處係有問題的。例如,於固體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物將作為粉末處置的情況中,該粉末將易堵塞(例如)裝置之管道或於溶劑中的溶解可能減損。因此,使用固體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物將難以長時間持續連續操作,且將需要重複停止操作來清洗裝置(諸如輸送器),因此會引致相當大的生產損失。
固體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之處置及運輸具有處置固體一般所常見之缺點。此外,特定言之,固體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物對水分敏感且隨後將易於水解,如以上參照Ti(OR)4所述。因此,固體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物應於乾燥氮氣環境下處置及運輸。必須提供並維持此乾燥氮氣環境係繁瑣的。
因此,呈固態之鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之運輸需要使該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物於其生產後凝固。此通常係藉由容許該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物形成固體及藉由將其形成為適宜顆粒而完成,其可隨後裝袋並作為固體材料運輸。一般而言,此凝固及顆粒形成需要巨大且複雜的設備。或者,可將鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物於其生產後儲存於特殊容器中並凝固及隨後在使用時再熔化。然而,此亦需要複雜的設備,如具有自熱能力或可於(例如)熱室中加熱之特殊容器。
此巨大且複雜之設備使資本投資不必要地增加,且係昂貴及操作時耗能的。因此,一般目標為無需儲存並運輸呈固態之鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物。
鑑於上述,需要降低鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之保持溫度,以致可將鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物於相對低溫下保持為液體。以該方式,可將鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物催化劑於相對低溫下有利地以液體形式運輸並儲存而無上述缺點。
達成此目標之一種解決辦法為摻合不同的鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物。例如,於欲使用之期望催化劑為Ti(OEt)4的情況中,可將其與(例如)3至20重量%之Ti(OiPr)4摻合,從而所得摻合物於標準狀態下(於25℃及100kPa下)為液體。此液體摻合物可商業購得。例如,Santa Cruz Biotechnology,Inc.市售sc-251257,其係一種含有80至97%之乙氧化鈦(IV)及3至20%之異丙氧化鈦(IV)的產品。此外,Sigma-Aldrich市售Aldrich-244759,其係一種含有約80%乙氧化鈦(IV)及約20%異丙氧化鈦(IV)之工業級乙氧化鈦產品。然而,若溫度自25℃之標準狀態溫度下降至相對低溫(其可低至-10℃或甚至更低,該溫度降低可於此等摻合物之運輸及/或儲存期間發生),該等摻合物仍可凝固。
此外,在欲將催化劑用於由碳酸二烷基酯及芳基醇製備芳香族碳酸酯之製程中的情況下,此摻合之缺點為醇雜質將會被引入該製程中。例如,於使碳酸二乙酯與芳基醇反應之情況下,首先形成乙基芳基碳酸酯及乙醇。若於此情況下,使用Ti(OEt)4與Ti(OiPr)4之摻合物作為催化劑,則將通過以下一般配體交換反應形成一定量的異丙醇(R=乙基或異丙基):Ti(OR)4+芳基醇 → Ti(芳氧化物)4+4 ROH
此異丙醇雜質隨後將與更大量乙醇混合。於欲將乙醇再循環(例如)至先前步驟,其中欲使用此再循環之乙醇製備更多的碳酸二乙酯之情況下(例如,藉由使該乙醇與碳酸伸乙酯反應產生碳酸二乙酯及單乙二醇),此醇混合物之形成係不利的,於此情況需先將該異丙醇自醇混合物中分離,此係繁瑣的。此外,所形成之異丙醇可與供應給及/或形成於芳香族碳酸酯製程中之碳酸酯反應從而形成相應碳酸酯,其亦將不利地污染產品及製程流且因此使純化複雜化。
因此,本發明之目標為尋找一種方式,其中無需如以上所討論
摻合任何其他鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物,而可避免或減少與處置固體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物相關之該等問題以及與於相對高溫下處置鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物以使其維持呈液態相關之該等問題。
令人驚訝地,已發現上述目標可藉由提供鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物結合0.1至50重量%醇來實現。此結合令人驚訝且有利地可降低該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之熔化溫度,以致可將該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物於相對低溫下保持為液態,從而使得可於相對低溫下運輸及儲存呈液體形式之鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物催化劑。
相應地,本發明係關於一種製備芳香族碳酸酯之方法,其包括使碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯與芳基醇或烷基芳基碳酸酯反應生成是為烷基芳基碳酸酯或碳酸二芳酯之芳香族碳酸酯,其中使一組合物與醇或有機碳酸酯混合,該組合物包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物,其中於鈦或鋯烷氧化物中之烷氧基係其中R為具有1至4個碳原子之烷基之式R-O-的基團及於鈦或鋯芳氧化物中之芳氧基為其中Ar為具有6至12個碳原子之芳基之式Ar-O-的基團,及其中該組合物額外包括0.1至50重量%醇(基於該組合物之總重量計),及使如此獲得之混合物與該碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯及芳基醇或烷基芳基碳酸酯接觸以催化該芳香族碳酸酯之製備。
因此,用於本發明之鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物組合物通過於相對低溫下為液體而可以極為簡便的方式儲存及處置(包括運輸)。且該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物組合物之存放期可顯著地延長。此外,呈液體意為其可藉由應用泵直接供給至待使用其之製程,此再次簡化其使用方式。
此外,包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物與0.1至50重量%醇結合之組合物係有利的,由於該醇可經選擇以致其對應於在隨後化學製程
中所使用及/或所製備之任何醇,其中該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物係用作催化劑。以該方式,有利地藉由先將該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物與此醇結合,而未將新的化學物質引入隨後的化學製程。例如,於隨後的化學製程涉及由碳酸二乙酯及芳基醇通過形成乙基芳基碳酸酯中間產物而製備碳酸二芳酯之情況中(其中釋放出乙醇),可在將鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物用作催化劑之前先將其與乙醇及/或芳基醇(較佳為乙醇)結合。
此外,本發明係關於一種由根據本發明之芳香族碳酸酯製備方法製備之碳酸二芳酯製造聚碳酸酯之方法。
用於本發明之組合物包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物,其中該鈦或鋯烷氧化物中之烷氧基為式R-O-之基團(其中R為具有1至4個碳原子之烷基)及該鈦或鋯芳氧化物中之芳氧基為式Ar-O-之基團(其中Ar為具有6至12個碳原子之芳基)。
雖然體現本發明之任何方法及/或組合物係以「包含」、「含有」或「包括」各種所述特徵及/或步驟作描述,然其等亦可「基本上由」或「由」各種所述特徵及步驟「組成」。因此,雖然本發明之組合物及方法係以各別地「包含」、「含有」或「包括」一或多個各種所述組分及步驟作描述,然其等亦可各別地「基本上由」或「由」該一或多個各種所述組分及步驟「組成」。
在本說明書內,該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物意為含有鈦或鋯之化合物,其除金屬外尚含有一或多個配體(其可為相同或不同的),其中配體中之一或多個為烷氧基及/或芳氧基,及其中任何剩餘配體係選自由下列組成之群:芳基烷氧基、烷基芳氧基、烷基、芳烷基、
芳基、烷基芳基、氫氧根、羧酸根、碳酸根及鹵化物基團。較佳地,所有該等配體為相同的且為烷氧基及/或芳氧基,更佳為烷氧基或芳氧基。更佳地,該鈦或鋯烷氧化物係為式M(OR)4,其中M=Ti或Zr(最佳為Ti)及其中R為具有1至4個碳原子之烷基,而該鈦或鋯芳氧化物係為式M(OAr)4,其中M=Ti或Zr(最佳為Ti),及其中Ar為具有6至12個碳原子之芳基。
在本說明書中,「芳基烷氧基」基團為式Ar-R-O-之基團,其中Ar為芳基及R為烷基。「芳氧基」基團為式Ar-O-之基團,其中Ar為芳基。「烷基芳氧基」基團為式R-Ar-O-之基團,其中R為烷基及Ar為芳基。「烷基」基團係為式R。「芳基烷基」基團為式Ar-R之基團,其中Ar為芳基及R為烷基。「芳基」基團為式Ar之基團。「烷基芳基」基團為式R-Ar之基團,其中R為烷基及Ar為芳基。「氫氧根」基團為式HO-之基團。羧酸根基為式R’-C(=O)-O-之基團,其中R’可為烷基、芳烷基、芳基或烷基芳基基團。例如,該羧酸根基可為乙醯氧基。碳酸根基為式-O-C(=O)-O-之基團。此等烷基及芳基可經取代或未經取代。此外,該烷基可為支鏈或直鏈(較佳為直鏈)C1-C6烷基,較佳為C1-C4烷基,更佳為C1-C3烷基(甲基、乙基、正丙基或異丙基),更佳為C1-C2烷基(甲基或乙基),最佳為C2烷基(乙基)。該芳基可為苯基。鹵化物基團可選自由下列組成之群:氟化物(F-)、氯化物(Cl-)、溴化物(Br-)及碘化物(I-)。
較佳地,於可含於用於本發明之組合物中之該鈦或鋯烷氧化物中之烷氧基的該烷基具有1至3個碳原子。此外,較佳地,該烷基係選自由下列組成之群:甲基、乙基、正丙基及異丙基,更佳選自由下列組成之群:乙基、正丙基及異丙基,最佳選自由下列組成之群:乙基及異丙基。若烷基為正丙基,則該氧原子係與該丙基之第一、一級碳原子鍵合。若烷基為異丙基,則該氧原子係與該丙基之第二、二級碳
原子鍵合。更佳地,該烷基係選自由下列組成之群:甲基、乙基及正丙基。甚至更佳地,該烷基為甲基或乙基。最佳地,該烷基為乙基。如上所述,較佳地,該鈦或鋯烷氧化物係為式M(OR)4,其中M=Ti或Zr,最佳為Ti,及其中R為該烷基。最佳地,本發明中所用之該組合物包含四乙氧化鈦。
於本發明中,鈦或鋯芳氧化物中之該芳氧基為式Ar-O-之基團,其中Ar為具有6至12個碳原子之芳基。較佳地,該芳基係苯基。如上所述,較佳地,該鈦或鋯烷氧化物係為式M(OAr4,其中M=Ti或Zr,最佳為Ti,及其中Ar為該芳基。鈦或鋯芳氧化物之一尤其適宜的實例為四苯氧化鈦。
除上述鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物外,本發明中所用之該組合物包含醇。已令人驚訝地顯現藉由將醇添加至鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物,所得組合物(摻合物)之熔化溫度相較於單獨鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之熔點降低,因此該組合物可於相對低溫下保持為液體,從而使得於相對低溫下以液體形式運輸及儲存鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物催化劑成為可能。
較佳地,該醇為在標準狀態下(亦即於25℃之標準溫度及100kPa之標準壓力下)為液體之醇。
關於該醇之化學組成,可使用任何醇。該醇可為烷醇或芳基醇。可使用式Ar-OH之芳基醇,其中Ar為具有6至12個碳原子之芳基。例如,該芳基醇可為酚。較佳地,該醇為烷醇。可使用式R-OH之烷醇,其中R為具有1至4個碳原子(適宜為1至3個碳原子)之烷基。該烷基可為直鏈或支鏈,較佳地為直鏈。烷醇之適宜實例為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、二級丁醇、異丁醇及三級丁醇。較佳地,該烷醇係選自由下列組成之群:甲醇、乙醇、正丙醇及異丙醇。更佳地,該烷醇為甲醇或乙醇,最佳為乙醇。此外,適宜地,該烷醇
係選自由下列組成之群:乙醇、正丙醇及異丙醇,或選自由下列組成之群:乙醇及異丙醇。
本發明中所用之組合物中之該醇的量非至關重要且基於該組合物之總重量計為0.1至50重量%。因此,本發明中所用之該組合物可包含50至99.9重量%之該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物(基於該組合物之總重量)。較佳地,本發明中所用之該組合物包含基於該組合物之總重量計0.1至20重量%(更佳為0.5至10重量%,最佳為1至6重量%)之醇。相應地,本發明中所用之該組合物較佳包含基於該組合物之總重量計70至99.9重量%(更佳為90至99.5重量%,最佳為94至99重量%)之鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物。保持本發明中所用之該組合物呈液體所需之醇之最小量取決於欲運輸及/或儲存該組合物之溫度。該溫度越低,所需醇越多。此外,此取決於該醇之性質。
本發明中所用之該組合物中之該醇的量為至少0.1重量%(基於該組合物之總重量計),較佳至少0.5重量%,更佳至少1重量%,更佳至少1.5重量%,更佳至少2重量%,更佳至少2.5重量%,更佳至少3重量%,更佳至少3.5重量%,更佳至少4重量%,更佳至少4.5重量%,最佳至少5重量%。此外,該量可為至少6重量%、或至少7重量%、或至少8重量%。
本發明中所用之該組合物中之該醇的量為至多50重量%(基於該組合物之總重量計),較佳至多40重量%,更佳至多30重量%,更佳至多25重量%,更佳至多20重量%,更佳至多15重量%,更佳至多10重量%,最佳至多8重量%。此外,該量可為至多7重量%、或至多6重量%。
於本發明之背景內容中,於本發明中所用之組合物包含兩或多種組分之情況下,此等組分係經選擇為總量不超過100重量%。
包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物(其中該鈦或鋯烷氧化
物中之烷氧基為式R-O-之基團(其中R為具有1至4個碳原子之烷基)及該鈦或鋯芳氧化物中之芳氧基為式Ar-O-之基團(其中Ar為具有6至12個碳原子之芳基))可藉由包含將該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物與醇以使得所得組合物包含(基於該組合物之總重量計)0.1至50重量%之該醇之量摻合之方法製備得。
包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物及醇之本發明中所用之該組合物可以任何方式製備。例如,固體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物可在與醇摻合之前藉由加熱轉化為液體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物。或者,可將固體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物與醇摻合,隨後加熱從而獲得液體組合物。若鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物在經製造後已經凝固,則前述2個選項均可適用。然而,本發明中所用之該組合物亦可於用於製造該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之製程之最後階段中製備,例如直接於其經製造後仍為液體時(例如剛剛經蒸餾)。例如,該組合物可藉由將液體鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物與醇摻合而製備。較佳地,可於製造該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之製造場所製備本發明中所用之該組合物,從而可於其運輸及/或儲存之前製備得液體摻合物。此外,由於鈦及鋯烷氧化物通常係藉由使鈦或鋯之四氯化物與醇反應得到對應鈦或鋯四烷氧化物而製得,因而可於此製造過程中使用過量醇來產生包含鈦或鋯烷氧化物及該醇之本發明中所用之組合物。
因此,本發明係關於一種用於製備芳香族碳酸酯之方法,其包含使碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯與芳基醇或烷基芳基碳酸酯反應,產生是為烷基芳基碳酸酯或碳酸二芳酯之芳香族碳酸酯,其中使包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之上述組合物與醇或有機碳酸酯混合,及使如此獲得之混合物與該碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯及芳基醇或烷基芳基碳酸酯接觸以催化該芳香族碳酸酯之製備。
本發明亦係關於一種用於製備芳香族碳酸酯之方法,其包含根
據上述方法製備包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物,將該組合物與醇或有機碳酸酯混合及使如此獲得之該混合物與碳酸二烷基酯或烷基芳基碳酸酯及芳基醇或烷基芳基碳酸酯接觸從而催化作為烷基芳基碳酸酯或碳酸二芳酯之芳香族碳酸酯之製備。如上述參考包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物及其製備方法之該等實施例及較佳方案亦分別適用於本發明之芳香族碳酸酯製備方法中所用之該組合物及本發明之芳香族碳酸酯製備方法之該組合物製備步驟。
於本發明之芳香族碳酸酯製備方法中,該碳酸二烷基酯及烷基芳基碳酸酯中之該烷基可具有1至4個(適宜地1至3個)碳原子。適宜地,該烷基為甲基或乙基,更適宜地為乙基。此外,於本發明之芳香族碳酸酯製備方法中,該芳基醇、烷基芳基碳酸酯及碳酸二芳酯中之該芳基可具有6至12個碳原子。較佳地,該芳基係苯基。因此,較佳地,該芳基醇為酚及該碳酸二芳酯為碳酸二苯酯。該烷基芳基碳酸酯之適宜實例為甲基苯基碳酸酯及乙基苯基碳酸酯。較佳地,該碳酸二烷基酯係為式ROC(=O)OR’,其中R及R’可為相同或不同的及為C1-4烷基,較佳為C1-3烷基。更佳地,該碳酸二烷基酯為碳酸二甲酯或碳酸二乙酯,最佳為碳酸二乙酯。此外,較佳地,於本發明之芳香族碳酸酯製備方法中,使碳酸二烷基酯與芳基醇反應產生對應的烷基芳基碳酸酯。
於本發明之芳香族碳酸酯製備方法中,可將醇與包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物混合,該醇可為烷醇或芳基醇。較佳地,該醇為烷醇。可使用式R-OH之烷醇,其中R為具有1至4個碳原子(適宜為1至3個碳原子)之烷基。若該醇為芳基醇,則其較佳為酚。如上述參考含於本發明中所用之包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物的醇之該等實施例及較佳方案亦適用於可與後面的組合物混合作為本發明之芳香族碳酸酯製備方法之部分的該醇。較佳地,含在包含鈦或
鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物中之該醇係與和該組合物混合之該醇相同。
此外,於本發明之芳香族碳酸酯製備方法中,可使有機碳酸酯與包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物混合。關於該有機碳酸酯之化學組成,可使用任何有機碳酸酯。例如,該有機碳酸酯可為式ROC(=O)OR’之化合物,其中R及R’可為相同的或不同的且各為烷基或芳基,特定言之為選自由下列組成之群之化合物:碳酸二烷基酯及烷基芳基碳酸酯。該烷基可具有1至4個碳原子,適宜地1至3個碳原子。適宜地,該烷基為甲基或乙基,更適宜地為乙基。該芳基可具有6至12個碳原子。適宜地,該芳基係苯基。該烷基芳基碳酸酯之適宜實例為甲基苯基碳酸酯及乙基苯基碳酸酯。較佳地,式ROC(=O)OR’之該有機碳酸酯為碳酸二烷基酯,其中R及R’為C1-4烷基,較佳為C1-3烷基。更佳地,該碳酸二烷基酯為碳酸二甲酯或碳酸二乙酯,最佳為碳酸二乙酯。此外,該有機碳酸酯可為環狀碳酸酯(如碳酸伸烷酯),例如具有3至6個(適宜地3至4個)碳原子之碳酸伸烷酯。碳酸伸烷酯之適宜實例為碳酸伸乙酯及碳酸伸丙酯。
一般而言,在製備本發明中所用之包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物與作為本發明之芳香族碳酸酯製備過程之部分之將其與醇或有機碳酸酯混合之間,需將包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之該組合物運輸至及視需要儲存於芳香族碳酸酯製備之地點。因此,適宜地,將醇或有機碳酸酯與包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物混合之步驟之前為包含運輸該組合物之步驟,特定言之將該組合物運輸至製備芳香族碳酸酯之地點及/或在該地點運輸該組合物,例如運輸至製備芳香族碳酸酯之地點,及視需要將該組合物儲存於該地點。此運輸(如在製備芳香族碳酸酯之地點運輸)例如涵蓋將該組合物自儲存槽運輸至在同一地點之反應器,該運輸可於管道中進行。此外,適宜
地,此運輸及視需要之儲存期間之溫度為自-10℃至50℃,較佳為0至40℃。於本發明中,與醇結合令人驚訝地且有利地引致該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之熔點降低,從而使得該鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物可於相對低溫下保持為液體,藉此使得可於相對寬廣的溫度範圍內以液體形式運輸及儲存鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物催化劑。
為了通過形成烷基芳基碳酸酯中間產物完成將碳酸二烷基酯及芳基醇轉化為碳酸二芳酯,可應用一系列之總計兩個或三個(較佳為三個)反應蒸餾塔。可將如上述WO2011067263中所揭示之多個實施例應用於本發明之芳香族碳酸酯製備方法,其揭示一種使用三個反應蒸餾塔之方法。將WO2011067263之揭示內容以引用之方式併入本文。
該三個反應蒸餾塔中之壓力可於寬廣限值內變化。第一反應蒸餾塔頂部之壓力可為2至7bar,較佳為2.5至5bar。第二反應蒸餾塔頂部之壓力可為0.1至3bar,較佳為0.3至1.5bar。第三反應蒸餾塔頂部之壓力可為10至600mbar,較佳為20至500mbar。較佳地,第一反應蒸餾塔頂部之壓力係高於第二反應蒸餾塔頂部之壓力,其繼而高於第三反應蒸餾塔頂部之壓力。
該三個反應蒸餾塔中之溫度亦可於寬廣限值內變化。第一、第二及第三反應蒸餾塔底部之溫度可為50至350℃,較佳為120至280℃,更佳為150至250℃,最佳為160至240℃。
該三個反應蒸餾塔之一或多個中之催化劑可為如含於本發明中所用之包含鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物之組合物中的鈦或鋯烷氧化物或芳氧化物。此為均相催化劑。此外,尤其於此等反應蒸餾塔之第一者中,可使用非均相催化劑。
再者,本發明係關於一種用於由根據本發明之芳香族碳酸酯製備方法製備之碳酸二芳酯製造聚碳酸酯之方法。相應地,本發明係關於一種製造聚碳酸酯之方法,其包含使二羥基芳香族化合物與根據上
述芳香族碳酸酯製備方法製備之碳酸二芳酯反應。此外,相應地,本發明係關於一種用於製造聚碳酸酯之方法,其包括根據上述芳香族碳酸酯製備方法製備碳酸二芳酯,及使二羥基芳香族化合物與如此獲得之碳酸二芳酯反應。如上述參考本發明之芳香族碳酸酯製備方法之該等實施例及較佳方案亦適用於本發明之聚碳酸酯製造方法之該碳酸二芳酯製備步驟。
此外,較佳地,該二羥基芳香族化合物為雙酚A,其係4,4'-(丙-2-亞基)二酚。熟知藉由碳酸二芳酯與芳香族二羥基化合物(諸如雙酚A)之聚合反應生產聚碳酸酯。參見(例如)US5747609、WO2005026235及WO2009010486,其等揭示內容以引用的方式併入本文中。
利用以下實例進一步說明本發明。
實例
於本實例中,將純四乙氧化鈦(Ti(OEt)4;99.7%純度,如藉由TiO2含量所測得;其於標準狀態下為結晶固體且具有54℃之熔點)與無水乙醇以多種Ti(OEt)4:乙醇摻合重量比混合,該無水乙醇具有小於10ppmw之水含量。隨後隨時間流逝研究並監測所得摻合物之固相/液相行為。
在與無水乙醇摻合之前,先將固體Ti(OEt)4加熱至約60℃以使其完全熔化。隨後添加無水乙醇並在略微混合後,停止加熱並使Ti(OEt)4/乙醇摻合物冷卻至環境溫度(約25℃)或使該摻合物冷卻至0℃或至-10℃。隨後隨時間流逝監測經冷卻Ti(OEt)4:乙醇摻合物之固相/液相行為。由於Ti(OEt)4對水分敏感,因而所有實驗均係於乾燥、惰性環境下進行。隨時間流逝對該等摻合物之固相/液相行為所作之觀察顯示於下表1中(其中EtOH=乙醇)。
自表1,令人驚訝地顯示藉由添加僅1重量%之乙醇至Ti(OEt)4,所得摻合物於標準狀態下(於25℃及100kPa下)保持為均相液體。此外,令人驚訝地顯示藉由添加更多乙醇,Ti(OEt)4之熔化溫度甚至可進一步降低。例如,若將僅6重量%之乙醇添加至Ti(OEt)4,則所得摻合物於0℃之較低溫度下亦保持為均相液體。此外。若將僅8重量%之乙醇添加至Ti(OEt)4,則所得摻合物於-10℃之再更低溫下亦保持為均相液體。
醇之上述正面效果亦顯示於異丙醇與Ti(OiPr)4之摻合物中,應用如上述用於含有Ti(OEt)4之摻合物之相同實驗程序,其具有17℃之熔點。含有Ti(OiPr)4之摻合物之結果顯示於下表2中。
自表2,亦令人驚訝地顯示藉由將僅6重量%之異丙醇添加至Ti(OiPr)4,所得摻合物於低至5℃之溫度下亦保持為均相液體。此外,令人驚訝地顯示藉由添加更多異丙醇,Ti(OiPr)4之熔化溫度甚至可進一步降低。例如,若將僅10重量%之異丙醇添加至Ti(OiPr)4,則所得摻合物於0℃之更低溫度下亦保持為均相液體。
除了上述令人驚訝的優點外,於欲將所得催化劑組合物用於(例如)由碳酸二乙酯及酚製備碳酸二芳酯之化學製程之情況下,將乙醇添加至Ti(OEt)4並未出現問題。藉由將乙醇添加至Ti(OEt)4,由於乙醇(作為反應產物)於該化學製程中釋出,因而有利地,未引入新的化學物質。同理適用於將異丙醇添加至Ti(OiPr)4,及欲將所得催化劑組合物用於(例如)由二異丙基碳酸酯及酚製備碳酸二芳酯之化學製程之情況。
Claims (11)
- 一種製備芳香族碳酸酯之方法,其包括使碳酸二烷基酯或碳酸烷基芳基酯與芳基醇或碳酸烷基芳基酯反應,生成為碳酸烷基芳基酯或碳酸二芳基酯之芳香族碳酸酯,其中使組合物與醇或有機碳酸酯混合,該組合物包括鈦烷氧化物或鋯烷氧化物,其中該鈦烷氧化物或鋯烷氧化物中之烷氧基係式R-O-之基團,其中R為選自由甲基、乙基、正丙基及異丙基組成之群之烷基,及其中該組合物額外包括以該組合物之總重量計0.1至50重量%之醇,及使如此獲得之該混合物與該碳酸二烷基酯或碳酸烷基芳基酯及芳基醇或碳酸烷基芳基酯接觸,以催化該芳香族碳酸酯之製備。
- 如請求項1之方法,其中在將該組合物與醇或有機碳酸酯混合之前,該組合物中該醇之量以該組合物之總重量計係0.1至20重量%。
- 如請求項1或2之方法,其中在將該組合物與醇或有機碳酸酯混合之前,該組合物中之該醇為烷醇或芳基醇。
- 如請求項3之方法,其中在將該組合物與醇或有機碳酸酯混合之前,該組合物中之該醇為式R-OH的烷醇,其中R為具有1至4個碳原子之烷基。
- 如請求項4之方法,其中該烷醇係選自由甲醇、乙醇、正丙醇及異丙醇組成之群。
- 如請求項1之方法,其中將醇與該包含鈦烷氧化物或鋯烷氧化物之組合物混合,該醇為烷醇或芳基醇。
- 如請求項6之方法,其中該醇為式R-OH的烷醇,其中R為具有1至4個碳原子之烷基。
- 如請求項6或7之方法,其中包含於該含有鈦烷氧化物或鋯烷氧化物之組合物中之該醇和與該組合物混合之該醇係相同。
- 如請求項1或2之方法,其中該將醇或有機碳酸酯與該包含鈦烷氧化物或鋯烷氧化物之組合物混合之步驟係於運輸該組合物之步驟後進行。
- 如請求項9之方法,其中運輸期間之溫度係自-10至50℃。
- 一種製造聚碳酸酯之方法,其包括使二羥基芳香族化合物與根據請求項1至10中任一項之方法製備之碳酸二芳基酯反應。
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