WO2006063749A1 - Method for the production of polyisocyanates - Google Patents

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WO2006063749A1
WO2006063749A1 PCT/EP2005/013275 EP2005013275W WO2006063749A1 WO 2006063749 A1 WO2006063749 A1 WO 2006063749A1 EP 2005013275 W EP2005013275 W EP 2005013275W WO 2006063749 A1 WO2006063749 A1 WO 2006063749A1
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reaction
mixing
isocyanate
catalyst
optionally
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PCT/EP2005/013275
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Carl Jokisch
Bernd Bruchmann
Andreas Wölfert
Oliver Bey
Alexander Bayer
Horst Binder
Eva Wagner
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Basf Aktiengesellschaft
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    • C09D175/00Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D175/04Polyurethanes

Definitions

  • discontinuous reaction routes are known in which isocyanate is heated to the desired reaction temperature and then catalyst is added. The reaction is then conducted and stopped until the desired target conversion is achieved.
  • a disadvantage of this disclosed reaction regime is the formation of a relatively high proportion of higher, i. polynuclear isocyanurates, which can be seen from the NCO content obtained in the examples: e.g. in the examples of EP-A1 17998 in the case of 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI) as isocyanate an NCO content of only 20.9 to 21.4 is obtained, the NCO content for an ideal HDI isocyanurate being 25% by weight and for IPDI trimer is between 17.25 and 17.5, with the NCO content of an ideal trimer being 18.9% by weight.
  • Such higher oligomers reduce the NCO content and undesirably increase the viscosity of the product.
  • the object has been achieved by a continuous process for the partial trimerization of (cyclo) aliphatic isocyanates in the presence of at least one catalyst which is carried out at least partly in at least two back-mixed reaction zones.
  • aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates Preference is given to aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates, more preferably the abovementioned aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates, or mixtures thereof.
  • a preferred embodiment of the present invention is based on isocyanurates of 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate manufacture.
  • 2,2,4- and 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate fall production-related mostly as a mixture of isomers in the ratio of 1, 5: 1 to 1: 1, 5, preferably 1, 2: 1 - 1: 1 , 2, more preferably 1, 1: 1 - 1: 1, 1 and most preferably 1: 1 at.
  • trimerization catalyst plays no essential role in carrying out the process according to the invention.
  • Quaternary ammonium hydroxides preferably N, N, N-trimethyl-N-benzylammonium hydroxide and N, N, N-trimethyl-N- (2-hydroxypropyl) -ammonium hydroxide, according to DE-A-38 06 276.
  • ammonium ions may also be part of a mono- or poly-ring system, for example derived from piperazine, morpholine, piperidine, pyrrolidine or di-aza-bicyclo [2.2.2] octane. ⁇
  • trimerization catalysts as are known from the German patent application with the file reference 10 2004 012571.6, and from EP-A1 668 271, there especially from page 4, Z. 16 to page 6, Z. Al.
  • DABCO TMR® N-(2-hydroxypropyl) -N, N, N-trimethylammonium 2-formate
  • the above-mentioned catalysts DABCO TMR® and DABCO TMR®-2 are preferably used as approximately 75% strength by weight solution in ethylene glycol.
  • the catalysts listed above are usually used in an amount of up to 2% by weight, based on the diisocyanate, preferably up to 1% by weight, more preferably up to 0.5, very preferably up to 0.25 and in particular up to to 0.1% by weight, optionally dissolved or dispersed in a solvent (mixture) as indicated above.
  • the catalyst is usually used in amounts of at least 10 ppm by weight, preferably at least 20, more preferably at least 30, very preferably at least 50 and in particular at least 70 ppm by weight, depending on the type of catalyst used.
  • the reaction of the isocyanate to the isocyanurate can optionally be carried out in the presence of a solvent.
  • the isocyanate- and catalyst-containing educt streams can be mixed with one another.
  • the catalysts listed above are usually used in an amount, based on the diisocyanate, as indicated above, optionally dissolved in a solvent (mixture), as indicated above.
  • the mixing of the educt streams, ie isocyanate and catalyst, optionally dissolved or dispersed in at least one solvent, can be carried out before being fed into the tubular reactor in a separate mixing device or in the tubular reactor or with a mixing device connected directly to the tubular reactor.
  • an energy input into the mixing device of 0.2 W / l or more is generally sufficient, preferably 1 W / l, particularly preferably 2, very particularly preferably 10 W / l and in particular 100 W / l or more.
  • the specified specific power input is to be understood here as a registered power per liter of mixing chamber volume of the mixing device.
  • mixer preferably a stirred tank, a static mixer or a pump is used.
  • static mixer all the usual static mixer (eg Sulzer SMX / SMV) or nozzle or orifice mixing devices, such as coaxial mixing, Y or T mixer can be used.
  • a mixing circuit is understood to mean a pumped-circulation system which contains at least one pump and optionally at least one heat exchanger and into which at least one of the components to be mixed, preferably the polyisocyanate, more preferably polyisocyanate and catalyst, is metered, preferably before a pump.
  • the pumping circuit may also contain other static mixers and / or mixing elements.
  • the velocities of the streams immediately before mixing are between 1 and 100 m / s, preferably between 2 and 80 m / s, more preferably between 5 and 50 m / s.
  • non-axisymmetric or preferably axially symmetrical mixing nozzles can be used.
  • axially symmetrical mixing nozzles usually one of the educt streams is injected via a coaxial inlet pipe or more coaxially arranged inlet pipes in a mixing tube.
  • the second reactant stream is introduced via the annular gap between the coaxial inlet tube and the mixing tube.
  • the diameter ratio of the coaxial inlet tube to the mixing tube is usually 0.05 to 0.95, preferably 0.2 to 0.8.
  • the catalyst-containing stream can be injected centrally via the internal coaxial introduction or through the annular gap.
  • the catalyst is preferably introduced via the internal coaxial injection.
  • the length of the mixing tube is usually 2 to 20 times the mixing tube diameter, preferably 4 to 10 times the mixing tube diameter.
  • the pressure in the feed lines to the nozzle is higher than at the outlet of the mixing nozzle, but usually not higher than 110 bar abs, preferably not higher than 100 bar abs, more preferably not higher than 90 bar abs, most preferably not higher than 70 bar abs, in particular not higher than 50 bar abs and especially not higher than 20 bar abs.
  • the step a) for premixing the reactants is present. This is especially the case when isophorone diisocyanate is reacted. If, on the other hand, 1, 6-hexamethylene diisocyanate is reacted or if the reaction product is a predominantly biuret-containing polyisocyanate, no premixing in a stage a) is generally required.
  • the isocyanate used in the partial trimerization is freshly distilled shortly before the partial trimerization.
  • the period between distillation and mixing with the catalyst should not be more than 5 hours, preferably not more than 2 hours, more preferably not more than 1 hour, and most preferably not more than 30 minutes. In general, a simple distillation over, for example, a falling-film or thin-film evaporator is sufficient for this purpose.
  • the mixed stream can either be added directly to the first of the at least two back-mixed reaction zones or, if present, for example into a circulating stream (see below).
  • the performance can be entered via all types of stirrers, such as propeller, swash plate, anchor, disc, turbine or bar stirrers.
  • Disc and turbine stirrers are preferably used.
  • the stirred tank can be operated with or without baffle.
  • the operation is carried out with baffles.
  • the operation is usually carried out with 1 to 10 Stromstö- rem, preferably with 2 to 4 baffles per segment.
  • stirrers may also be installed on the shaft.
  • a stirrer is used on the shaft per segment of the cascade.
  • the diameter of the stirring elements is 0.1 to 0.9 times the Rhakkessel bemessers, preferably 0.2 to 0.6 times the Rhakkessel bemessers.
  • radially extending inwardly extending baffles may be disposed on the inner wall thereof parallel to its longitudinal axis. These may preferably be attached at a distance from the inner wall of the reactor.
  • at least 4 are provided at the same angular distance from each other arranged Störlichn.
  • the Stromstörlichn can take in their width while the 0.1-0.4 times the diameter of the container.
  • stage a) when stage a) is absent, the catalyst and fresh isocyanate are mixed together in a pump circulation loop by contacting the two streams directly in front of a pump.
  • This pumping circulation mixes the contents of the first reaction zone.
  • Recycled isocyanate from step e) (see below) can be passed into the pumped circulation, directly into this first or second reaction zone.
  • the isocyanate-containing stream and the catalyst-containing stream are then mixed in the mixing device.
  • the discharge from the mixing device is at least partially conveyed back into the pump template when executed as a mixing circuit.
  • the remaining partial stream of the discharge is transferred to the reaction zone.
  • the use of the pump template is not mandatory, it only facilitates the technically meaningful operation of the pump.
  • the transfer of the reaction output from a reaction zone in the following can advantageously be done with level-controlled valves.
  • the temperature can be further increased by 5, preferably by 10, more preferably by 15 and most preferably by 20 0 C.
  • the tube reactor is designed so that the Reynolds number Re of the reaction mixture in the course of the tubular reactor between Ei ⁇ - and output by at least 100 units, preferably by at least 500, more preferably by at least 1000 and most preferably by at least 2000 units sinks.
  • the temperature in the tubular reactor is generally between 40 0 C and 150 0 C, preferably between 45 0 C and 130 0 C and particularly preferably between 50 and 12O 0 C, wherein the temperature can be staggered, as stated above.
  • Suitable deactivating agents are, for example, inorganic acids, e.g. Hydrogen chloride, phosphorous acid or phosphoric acid, carboxylic acid halides, e.g. Acetyl chloride or benzoyl chloride, sulfonic acids or esters, e.g. Methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid methyl or ethyl ester, m-chloroperbenzoic acid and preferably dialkyl phosphates such as e.g. Dibutyl phosphate and especially di-2-ethylhexyl phosphate.
  • inorganic acids e.g. Hydrogen chloride, phosphorous acid or phosphoric acid, carboxylic acid halides, e.g. Acetyl chloride or benzoyl chloride, sulfonic acids or esters, e.g. Methanesulfonic acid,
  • the addition of the deactivating agent is usually carried out at the reaction temperature, but can also be carried out at a lower temperature.
  • a thermal deactivation can preferably take place when a trimerization catalyst having a 2-hydroalkylalkylammonium group is used.
  • Such catalysts are thermolabile at temperatures above 80.degree. C., preferably above 100.degree. C., more preferably above 120 and most preferably above 130, which can be exploited for their deactivation.
  • Such deactivation can be carried out, for example, in a section having the corresponding temperature in a back-mixed reaction zone b) or, if present, in the tubular reactor c) (see above), by a heat exchanger operating between stirred reactor b) or tubular reactor c) and distillation e) is switched and which is operated at the temperature in question, or in the distillation e) when operated at a corresponding wall temperature.
  • the reaction mixture containing isocyanurate-containing polyisocyanates prepared by the process according to the invention can finally be in a conventional manner, for example by thin film distillation, at a temperature of 100 to 180 0 C, optionally in vacuo, optionally additionally with passing of inert stripping gas, optionally present Solvent or diluent and / or preferably be liberated from excess, unreacted diisocyanates, so that the isocyanurate polyisocyanates containing monomeric diisocyanates of, for example, under 1, 0 wt .-%, preferably below 0.5 wt. -%, more preferably less than 0.3, most preferably less than 0.2 and in particular not more than 0.1% by weight are available.
  • the apparatuses used for this purpose are flash, falling film, thin film and / or short path evaporators, to which optionally a short column can be placed.
  • the pressure is advantageously lowered from stage to stage, for example starting at 300-500 hPa over 100 to 300 hPa to 10 to 100 hPa and then to 0.1 to 10 hPa.
  • aromatic hydrocarbon mixtures preferred are those which comprise predominantly aromatic C 7 - to C 14 include hydrocarbons and may comprise a boiling range from 110 to 300 0 C, particularly preferably toluene, o-, m- or p-xylene, trimethylbenzene isomers, tetramethylbenzene, Ethylbenzene, cumene, tetrahydronaphthalene and mixtures containing such.
  • Solvesso® brands from ExxonMobil Chemical particularly Solvesso 100 (CAS No. 64742-95-6, predominantly C9 and C 10 aromatics, boiling range about 154 -. 178 0 C), 150 (boiling range about 182-207 0 C) and 200 (CAS No. 64742-94-5), as well as the Shellsol® brands of Shell.
  • Hydrocarbon mixtures of paraffins, cycloparaffins and aromatics are also known under the names of crystal oil (for example, crystal oil 30, boiling range about 158-198 0 C or crystal oil 60: CAS No. 64742-82-1), white spirit (for example, also CAS-No.
  • Examples of (cyclo) aliphatic hydrocarbons include decalin, alkylated decalin and isomer mixtures of straight-chain or branched alkanes and / or cycloalkanes.
  • Such mixtures can be prepared in a volume ratio of 5: 1 to 1: 5, preferably in a volume ratio of 4: 1 to 1: 4, more preferably in a volume ratio of 3: 1 to 1: 3 and most preferably in a volume ratio of 2: 1 to 1 : 2nd
  • Preferred examples are butyl acetate / xylene, methoxypropyl acetate / xylene 1: 1, butyl acetate / solvent naphtha 100 1: 1, butyl acetate / Solvesso® 100 1: 2 and crystal oil 30 / Shellsol® A 3: 1.
  • the content of the polyisocyanates in the solvent mixtures can generally be up to 98% by weight, based on the sum of polyisocyanate and solvent, preferably up to 95% by weight, more preferably up to 90% by weight, very preferably up to 86% by weight and in particular up to 80% by weight.
  • the content of the polyisocyanates in the solvent mixtures is generally 50% by weight or more, based on the sum of polyisocyanate and solvent, preferably 60% by weight or more, more preferably 63% by weight or more and most preferably 65% by weight or more.

Abstract

The invention relates to a method for producing polyisocyanates from diisocyanates and the use thereof.

Description

Verfahren zur Herstellung von PolyisocyanatenProcess for the preparation of polyisocyanates
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyisocyanaten aus Diisocyanaten und deren Verwendung.The present invention relates to a process for the preparation of polyisocyanates from diisocyanates and their use.
Die Herstellung von isocyanuratgruppenhaltigen Polyisocyanaten ist bekannt und weit verbreitet. Für die Herstellung solcher isocyanuratgruppenhaltiger Polyisocyanate sind unterschiedliche Reaktionsführungen bekannt.The preparation of isocyanurate polyisocyanates is known and widely used. For the preparation of such polyisocyanates containing isocyanurate groups, different reaction routes are known.
Generell sind diskontinuierliche Reaktionsführungen bekannt, in denen Isocyanat auf die gewünschte Reaktionstemperatur aufgeheizt wird und dann Katalysator zugegeben wird. Die Reaktion wird dann bis zum Erreichen des gewünschten Zielumsatzes geführt und gestoppt.In general, discontinuous reaction routes are known in which isocyanate is heated to the desired reaction temperature and then catalyst is added. The reaction is then conducted and stopped until the desired target conversion is achieved.
Nachteilig daran ist, daß durch die diskontinuierliche Reaktionsführung die Produktion chargenweise erfolgen muß, so daß sich von Charge zu Charge die Zusammensetzung des Reaktionsgemischs ändern kann.The disadvantage of this is that the production must be carried out batchwise by the discontinuous reaction, so that the composition of the reaction mixture can change from batch to batch.
EP-A1 17998 beschreibt die kontinuierliche Durchführung der Trimerisierung von Iso- cyanaten in einer Reaktionsschlange bei Verweilzeiten von 1 bis 7 Minuten für einen Umsatz von 35 - 45 %. Explizit offenbart zur Durchführung der Reaktion wird eine Rohrschlange mit bestimmten Ausmaßen und einem gerührten Vormischer.EP-A1 17998 describes the continuous carrying out of the trimerization of isocyanates in a reaction coil at residence times of 1 to 7 minutes for a conversion of 35-45%. Explicitly disclosed for carrying out the reaction is a coiled tubing of certain dimensions and a stirred premixer.
Nachteilig an dieser offenbarten Reaktionsführung ist die Bildung eines relativ hohen Anteils höherer, d.h. mehrkerniger Isocyanurate, was an dem in den Beispielen erzielten NCO-Gehält gesehen werden kann: so wird z.B. in den Beispielen der EP-A1 17998 bei 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI) als Isocyanat ein NCO-Gehalt von lediglich 20,9 bis 21 ,4 erhalten, wobei der NCO-Gehalt für ein ideales HDI-Iso- cyanurat 25 Gew% beträgt und für IPDI-Trimer zwischen 17,25 und 17,5, wobei der NCO-Gehalt eines idealen Trimers bei 18,9 Gew% liegt. Derartige höhere Oligomere verringern den NCO-Gehalt und erhöhen die Viskosität des Produkts unerwünschterweise.A disadvantage of this disclosed reaction regime is the formation of a relatively high proportion of higher, i. polynuclear isocyanurates, which can be seen from the NCO content obtained in the examples: e.g. in the examples of EP-A1 17998 in the case of 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI) as isocyanate an NCO content of only 20.9 to 21.4 is obtained, the NCO content for an ideal HDI isocyanurate being 25% by weight and for IPDI trimer is between 17.25 and 17.5, with the NCO content of an ideal trimer being 18.9% by weight. Such higher oligomers reduce the NCO content and undesirably increase the viscosity of the product.
DE-A1 102 32 573 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Isocyanuratgruppen enthalten Polyisocyanaten mit aromatisch gebundenen Isocyanatgruppen, das in einem Rohrreaktor mit turbulenter Strömung bei einer Reynoldszahl von mindestens 2300 in einem oder mehreren hintereinandergeschalteten Reaktoren (Zellreaktoren) mit einem spezifischen Mischleistungseintrag von mindestens 0,2 W/l durchgeführt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß das Verfahren gemäß der DE-A1 102 32 573 lediglich für aromatische Isocyanate offenbart ist. Eine analoge Durchführbarkeit für aliphatische oder cycloaliphatische Isocyanate ist für den Fachmann nicht ohne weiteres zu erwarten, da die Reaktivität von aromatischen Isocyanaten üblicherweise um etwa den Faktor 100 größer ist als die von (cyclo)aliphatischen Isocyanaten.DE-A1 102 32 573 describes a process for the preparation of isocyanurate groups containing polyisocyanates with aromatically bound isocyanate groups in a tubular reactor with turbulent flow at a Reynolds number of at least 2300 in one or more series-connected reactors (cell reactors) with a specific mixing power input of at least 0, 2 W / l is performed. A disadvantage of this method is that the method according to DE-A1 102 32 573 is disclosed only for aromatic isocyanates. An analogous feasibility for aliphatic or cycloaliphatic isocyanates is not readily expected for the skilled person, since the reactivity of aromatic isocyanates is usually greater by about a factor of 100 than that of (cyclo) aliphatic isocyanates.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von isocyanuratgruppenhaltigen Polyisocyanaten zur Verfügung zu stellen, mit dem die Bildung höherer Oligomere weitgehend zurückgedrängt werden kann.The object of the present invention was to provide a continuous process for the preparation of polyisocyanates containing isocyanurate groups, with which the formation of higher oligomers can be largely suppressed.
Die Aufgabe wurde gelöst durch ein kontinuierliches Verfahren zur partiellen Trimeri- sierung von (cyclo)aliphatischen Isocyanaten in Gegenwart mindestens eines Katalysators, das man zumindest teilweise in mindestens zwei rückvermischten Reaktionszonen durchführt.The object has been achieved by a continuous process for the partial trimerization of (cyclo) aliphatic isocyanates in the presence of at least one catalyst which is carried out at least partly in at least two back-mixed reaction zones.
Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß durch eine erfindungsgemäße Reaktionsführung die Bildung von höheren Oligomeren verringert werden kann.It is an advantage of the process according to the invention that the formation of higher oligomers can be reduced by a reaction procedure according to the invention.
Durch die kontinuerliche Reaktionsführung wird zu dem eine gleichmäßige Produktqua- lität produziert.Due to the continual reaction, a uniform product quality is produced.
Für das erfindungsgemäße Verfahren können prinzipiell aliphatische und/oder cycloaliphatische Isocyanate eingesetzt werden, in dieser Schrift als "(cyclo)aliphatische"" Isocyanate zusammengefaßt.In principle, aliphatic and / or cycloaliphatic isocyanates can be used for the process according to the invention, combined in this document as "(cyclo) aliphatic"" isocyanates.
Aromatische Isocyanate sind solche, die mindestens ein aromatisches Ringsystem enthalten.Aromatic isocyanates are those containing at least one aromatic ring system.
Cycloaliphatische Isocyanate sind solche, die mindestens ein cycloaliphatisches Ring- System enthalten.Cycloaliphatic isocyanates are those containing at least one cycloaliphatic ring system.
Aliphatische Isocyanate sind solche, die ausschließlich gerade oder verzweigte Ketten enthalten, also acyclischen Verbindungen.Aliphatic isocyanates are those which contain exclusively straight or branched chains, ie acyclic compounds.
Bei den Diisocyanaten handelt es sich bevorzugt um Isocyanate mit 4 bis 20 C-Ato- men. Beispiele für übliche Diisocyanate sind aliphatische Diisocyanate wie Tetramethy- lendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat (1 ,6-Diisocyanatohexan), 1 ,5-Diisocyanato- hexan, 2-Methyl-1 ,5-Diisocyanatopentan, Octamethylendiisocyanat, Decamethylendi- isocyanat, Dodecamethylendiisocyanat, Tetradecamethylendiisocyanat, Derivate des Lysindiisocyanates, Tetramethylxylylendiisocyanat, 2,4,4- oder 2,2,4-Trimethylhexan- diisocyanat oder Tetramethylhexandiisocyanat, cycloaliphatische Diisocyanate wie 1 ,4-, 1 ,3- oder 1 ,2-Diisocyanatocyclohexan, 4,4'- oder 2,4'- Di(isocyanatocyclohexyl)methan, 1 -lsocyanato-3,3,5- trimethyl-5-(isocyanatomethyl)- cyclohexan (Isophorondiisocyanat), 1 ,3- oder 1 ,4-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan oder 2,4-, oder 2,6-Diisocyanato-1-methylcyclohexan.The diisocyanates are preferably isocyanates having 4 to 20 C atoms. Examples of customary diisocyanates are aliphatic diisocyanates such as tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate (1,6-diisocyanatohexane), 1,5-diisocyanatohexane, 2-methyl-1,5-diisocyanatopentane, octamethylene diisocyanate, decamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, tetradecamethylene diisocyanate, derivatives of lysine diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate, 2,4,4- or 2,2,4-trimethylhexane diisocyanate or tetramethylhexane diisocyanate, cycloaliphatic diisocyanates such as 1,4-, 1, 3- or 1,2-diisocyanatocyclohexane, 4,4'- or 2 , 4' Di (isocyanatocyclohexyl) methane, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5- (isocyanatomethyl) -cyclohexane (isophorone diisocyanate), 1, 3- or 1, 4-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane or 2,4-, or 2,6-diisocyanato-1-methylcyclohexane.
Es können auch Gemische der genannten Diisocyanate vorliegen.There may also be mixtures of said diisocyanates.
Die einsetzbaren Diisocyanate haben bevorzugt einen Gehalt an Isocyanatgruppen (berechnet als NCO, Molekulargewicht = 42) von 10 bis 60 Gew% bezogen auf das Di- und Polyisocyanat(gemisch), bevorzugt 15 bis 60 Gew% und besonders bevorzugt 20 bis 55 Gew%.The usable diisocyanates preferably have a content of isocyanate groups (calculated as NCO, molecular weight = 42) of 10 to 60% by weight, based on the di- and polyisocyanate (mixture), preferably 15 to 60% by weight and particularly preferably 20 to 55% by weight.
Bevorzugt sind aliphatische bzw. cycloaliphatische Diisocyanate, besonders bevorzugt die vorstehend genannten aliphatischen bzw. cycloaliphatischen Diisocyanate, oder deren Mischungen.Preference is given to aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates, more preferably the abovementioned aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates, or mixtures thereof.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beruht darin, Isocyanu- rate von 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Dicyclohexylmethan- 4,4'-diisocyanat, 2,2,4- oder 2,4,4-Trimethyl-1 ,6-hexamethylendiisocyanat herzustellen.A preferred embodiment of the present invention is based on isocyanurates of 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate manufacture.
2,2,4- und 2,4,4-Trimethyl-1 ,6-hexamethylendiisocyanat fallen dabei produktionsbedingt zumeist als Isomerengemisch im Verhältnis 1 ,5:1 bis 1 :1 ,5, bevorzugt 1 ,2:1 - 1 :1 ,2, besonders bevorzugt 1 ,1 :1 - 1 :1 ,1 und ganz besonders bevorzugt 1 :1 an.2,2,4- and 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate fall production-related mostly as a mixture of isomers in the ratio of 1, 5: 1 to 1: 1, 5, preferably 1, 2: 1 - 1: 1 , 2, more preferably 1, 1: 1 - 1: 1, 1 and most preferably 1: 1 at.
Isophorondiisocyanat, liegt beispielsweise ebenfalls als ein Gemisch, und zwar der cis- und trans-lsomere vor, in der Regel im Verhältnis von ca. 60:40 bis 80:20 (w/w), bevorzugt im Verhältnis von ca. 70:30 bis 75:25 und besonders bevorzugt im Verhältnis von ca. 75:25.Isophorone diisocyanate, for example, is also present as a mixture, namely the cis and trans isomers, usually in the ratio of about 60:40 to 80:20 (w / w), preferably in the ratio of about 70:30 to 75:25 and most preferably in the ratio of about 75:25.
Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat liegt ebenfalls als Gemisch der verschiedenen eis- und trans-lsomere vor.Dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate is also present as a mixture of the different cis and trans isomers.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren Isocyanate können nach beliebigen Verfahren, beispielsweise durch Phosgenierung der entsprechenden Diamine und thermische Spaltung der intermediär gebildeten Dicarbaminsäurechloride hergestellt werden. Nach phosgenfreien Verfahren hergestellte Polyisocyanate sind bevorzugte Ausgangsverbindungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und enthalten als Nebenprodukte keine Chlorverbindungen und besitzen daher herstellungsbedingt ein grundsätzlich anderes Nebenproduktspektrum.The isocyanates which can be used according to the invention can be prepared by any desired process, for example by phosgenation of the corresponding diamines and thermal cleavage of the intermediately formed dicarbamic acid chlorides. Polyisocyanates prepared by phosgene-free processes are preferred starting compounds of the process according to the invention and do not contain any chlorine compounds as by-products and therefore have a fundamentally different by-product spectrum due to their production.
Die Herstellung der für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Diisocyanate erfolgt bevorzugt nach phosgenfreien Verfahren, vorzugsweise durch thermische Spaltung der entsprechenden Carbamate. Diese Spaltung wird bei Temperaturen von 150 bis 3000C, meist unter Verwendung von Katalysatoren, durchgeführt. Die bei der Spaltung entstehenden Diisocyanate und Alkohole werden, zumeist durch Destillation, aus dem Reaktionsgemisch entfernt und gereinigt. Derartige Verfahren werden beispielsweise beschrieben in US-A-3 919 279 und EP-B-O 092 738.The preparation of the diisocyanates used for the process according to the invention is preferably carried out by phosgene-free process, preferably by thermal cleavage of the corresponding carbamates. This cleavage occurs at temperatures of 150 to 300 0 C, usually using catalysts performed. The resulting in the cleavage diisocyanates and alcohols are removed, usually by distillation, from the reaction mixture and purified. Such methods are described, for example, in US-A-3 919 279 and EP-B-0 092 738.
Isocyanate, die aus einen Phosgenierungsprozeß stammen, weisen häufig einen Gesamtchlorgehalt von 100-400 mg/kg auf, wohingegen die bevorzugt in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Isocyanate, die aus einem phosgenfreien Prozeß erhalten werden, einen Gesamtchlorgehalt von weniger als 80 mg/kg aufweisen, bevor- zugt weniger als 60, besonders bevorzugt weniger als 40, ganz besonders bevorzugt weniger als 20 und insbesondere weniger als 10 mg/kg.Isocyanates originating from a phosgenation process often have a total chlorine content of 100-400 mg / kg, whereas the isocyanates preferably used in the process according to the invention, which are obtained from a phosgene-free process, have a total chlorine content of less than 80 mg / kg, preferably less than 60, more preferably less than 40, most preferably less than 20 and especially less than 10 mg / kg.
Selbstverständlich können auch Gemische von Isocyanaten, die nach dem Phosgenverfahren und nach phosgenfreien Verfahren hergestellt sind, eingesetzt werden, ins- besondere um so einen Gesamtchlorgehalt von weniger als 80 mg/kg zu erreichen.Of course, it is also possible to use mixtures of isocyanates prepared by the phosgene process and by phosgene-free processes, in particular in order to achieve a total chlorine content of less than 80 mg / kg.
Die Herstellung von Isocyanuraten von Isocyanaten ist prinzipiell bekannt.The preparation of isocyanurates of isocyanates is known in principle.
Verfahren zur partiellen oder vollständigen Trimerisierung von organischen Polyisocy- anaten zur Herstellung von Isocyanuratgruppen aufweisenden Polyisocyanaten oder zelligen oder kompakten Isocyanuratgruppen aufweisenden Polyurethanen sind bekannt und werden in zahlreichen Literaturveröffentlichungen, wie z.B. dem Kunststoff- Handbuch, Polyurethane, Band 7, 2. Auflage 1983 (Seite 81) herausgegeben von Dr. G. Oertel, Carl Hanser Verlag, München, Wien, in Polyurethanes, Chemistry and Technology, Part 1, 1962, von J. H. Saunders and K.C. Frisch, (Seite 94), Advances in Urethane Science and Technology, Vol. 3, (Technomic Publishing Co., Inc. 1974, Seite 141) und Plaste und Kautschuk 23, Seiten 162ff und 177ff (1976), und Patentschriften beschrieben.Processes for the partial or complete trimerization of organic polyisocyanates for the preparation of isocyanurate group-containing polyisocyanates or cellular or compact isocyanurate groups containing polyurethanes are known and are described in numerous literature publications, such as. the Kunststoff-Handbuch, Polyurethane, volume 7, 2nd edition 1983 (page 81) edited by Dr. med. G. Oertel, Carl Hanser Verlag, Munich, Vienna, in Polyurethanes, Chemistry and Technology, Part 1, 1962, by J.H. Saunders and K.C. Frisch, (page 94), Advances in Urethane Science and Technology, Vol. 3, (Technomic Publishing Co., Inc. 1974, page 141) and Plastics and Rubber 23, pages 162ff and 177ff (1976), and patents.
Hierbei läßt man die bevorzugt aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Diisocyanate in Gegenwart von Katalysatoren, gegebenenfalls unter Verwendung von Lösungsmitteln und/oder Hilfsstoffen, bis zum Erreichen des gewünschten Umsatzes reagieren. Danach wird die Reaktion beispielsweise durch Desaktivierung des Katalysators abgebrochen und das überschüssige monomere Diisocyanat abdestilliert. Je nach dem verwendetem Katalysatortyp und der Reaktionstemperatur erhält man Polyisocyanate mit unterschiedlichen Anteilen an Isocyanurat- bzw. Uretdiongruppen.In this case, the preferably aliphatic and / or cycloaliphatic diisocyanates are allowed to react in the presence of catalysts, if appropriate using solvents and / or auxiliaries, until the desired conversion is achieved. Thereafter, the reaction is stopped, for example, by deactivation of the catalyst and distilling off the excess monomeric diisocyanate. Depending on the type of catalyst used and the reaction temperature, polyisocyanates having different proportions of isocyanurate or uretdione groups are obtained.
Die Umsetzung des Isocyanats zum Isocyanurat erfolgt gegebenenfalls mit einem Lösungsmittel versetzt in Gegenwart eines Katalysators.The reaction of the isocyanate with the isocyanurate is optionally carried out with a solvent added in the presence of a catalyst.
Als geeignete Trimerisierungskatalysatoren seien beispielsweise Alkalioxide, Alkalihydroxide und starke organischen Basen, wie z.B. Alkalialkoholate, -phenolate, Metall- salze von Carbonsäuren, beispielsweise Kobaltnaphthoat, Natriumbenzoat, Natrium- acetat und Kaliumformiat, tertiäre Amine, beispielsweise Triethylamin, N,N-Dimethyl- benzylamin, Triethylendiamin, Tris-2,4,6-(dimethylaminomethyI)-phenol und Tris- 1 ,3,5-(dimethylaminopropyl)-S-hexahydrotriazin, tertiäre Phosphine und tertiäre Am- moniumverbindungen genannt.Examples of suitable trimerization catalysts are alkali metal oxides, alkali metal hydroxides and strong organic bases, such as, for example, alkali metal alkoxides, phenolates, metal oxides salts of carboxylic acids, for example cobalt naphthoate, sodium benzoate, sodium acetate and potassium formate, tertiary amines, for example triethylamine, N, N-dimethylbenzylamine, triethylenediamine, tris-2,4,6- (dimethylaminomethyl) -phenol and tris-1, 3 , 5- (dimethylaminopropyl) -S-hexahydrotriazine, tertiary phosphines and tertiary ammonium compounds.
Als Katalysatoren können weiterhin Hydroxide oder organische Salze von schwachen Säuren mit tetrasubstituierten Ammonium-Gruppen, Hydroxide oder organische Salze von schwachen Säuren mit Hydroxyalkylammonium-Gruppen, Alkalimetallsalze oder Zinn-, Zink- bzw„ Bleisalze von Alkylcarbonsäuren eingesetzt werden.As catalysts it is also possible to use hydroxides or organic salts of weak acids with tetrasubstituted ammonium groups, hydroxides or organic salts of weak acids with hydroxyalkylammonium groups, alkali metal salts or tin, zinc or lead salts of alkylcarboxylic acids.
Die Art des Trimerisierungskatalysators spielt für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine wesentliche Rolle.The nature of the trimerization catalyst plays no essential role in carrying out the process according to the invention.
Bevorzugt können für das erfindungsgemäße Verfahren folgende Katalysatoren eingesetzt werden:The following catalysts may preferably be used for the process according to the invention:
Quarternäre Ammoniumhydroxide, vorzugsweise N,N,N-Trimethyl-N-benzylammo- niumhydroxid und N,N,N-Trimethyl-N-(2-hydroxypropyl)-ammoniumhydroxid, gemäß DE-A-38 06 276.Quaternary ammonium hydroxides, preferably N, N, N-trimethyl-N-benzylammonium hydroxide and N, N, N-trimethyl-N- (2-hydroxypropyl) -ammonium hydroxide, according to DE-A-38 06 276.
Hydroxyalkyl substituierte quarternäre Ammoniumhydroxide gemäß EP-A-O 010 589 (US-A-4 324 879).Hydroxyalkyl-substituted quaternary ammonium hydroxides according to EP-A-0 010 589 (US Pat. No. 4,324,879).
Organische Metallsalze der Formel (A)n-R-O-CO-O^M*1 gemäß US-A-3 817 939, in der bedeuten, A eine Hydroxylgruppe oder ein Wasserstoffatom, n eine Zahl von 1 bis 3, R einen polyfunktionellen linearen oder verzweigten, aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoff rest und M ein Kation einer starken Base, z.B. ein Alkalimetallkation oder ein quarternäres Ammoniumkation, wie Tetraalkylammonium.Organic metal salts of the formula (A) n -RO-CO-O-M * 1 according to US Pat. No. 3,817,939, in which A, a hydroxyl group or a hydrogen atom, n is a number from 1 to 3, R is a polyfunctional linear or branched, aliphatic or aromatic hydrocarbon radical and M is a cation of a strong base, for example an alkali metal cation or a quaternary ammonium cation, such as tetraalkylammonium.
Quartäre Hydroxyalkylammoniumverbindungen der FormelQuaternary hydroxyalkylammonium compounds of the formula
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als Katalysator gemäß DE-A-26 31 733 (US-A-4 040 992). Weiter bevorzugt sind quarternäre Ammoniumcarboxylate und/oder -hydroxylate der allgemeinen Formelas catalyst according to DE-A-26 31 733 (US-A-4 040 992). More preferred are quaternary ammonium carboxylates and / or hydroxylates of the general formula
R"R "
R — C — N— (X),R - C - N - (X),
H,H,
OHOH
mit Y= R1COO- oder OhT als Katalysator, in der X unabhängig voneinander gleiche oder verschiedene (cyclo)- aliphatische, araliphatische oder heterocyclische Kohlenwasserstoffreste darstellen, wobei zwei Reste X mit dem quarternären Stickstoff einen gegebenenfalls ein oder mehrere Heteroatome enthaltenden Ring oder drei Reste X über ein gemeinsames Heteroatom mit dem quarternären Stickstoff einen bicyclischen Ring bilden können, R, R' und R" unabhängig voneinander Wasserstoff oder ein Rest aus der Gruppe Alkyl, Cycloalkyl oder Aralkyl mit 1-12 Kohlenstoffatomen bedeuten.with Y = R 1 COO- or OhT as catalyst, in which X independently of one another represent identical or different (cyclo) -aliphatic, araliphatic or heterocyclic hydrocarbon radicals, where two radicals X with the quaternary nitrogen contain a ring optionally containing one or more heteroatoms or three Radicals X can form a bicyclic ring via a common heteroatom with the quaternary nitrogen, R, R 'and R "independently of one another denote hydrogen or a radical from the group consisting of alkyl, cycloalkyl or aralkyl having 1-12 carbon atoms.
Dabei können die Ammoniumionen auch Teil eines ein- oder mehrgliedrigen Ringsystems sein, beispielsweise abgeleitet von Piperazin, Morpholin, Piperidin, Pyrrolidin oder Di-aza-bicyclo-[2.2.2]-octan. The ammonium ions may also be part of a mono- or poly-ring system, for example derived from piperazine, morpholine, piperidine, pyrrolidine or di-aza-bicyclo [2.2.2] octane.
Besonders bevorzugt sind solche Trimerisierungskatalysatoren wie sie bekannt sind aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2004 012571.6, sowie aus der EP-A1 668 271 , dort besonders von S. 4, Z. 16 bis S. 6, Z. Al.Particularly preferred are such trimerization catalysts as are known from the German patent application with the file reference 10 2004 012571.6, and from EP-A1 668 271, there especially from page 4, Z. 16 to page 6, Z. Al.
Ganz besonders bevorzugt sind N-(2-Hydroxypropyl)-N,N,N-trimethylammonium-2- ethylhexanoat (DABCO TMR®) und N-(2-Hydroxypropyl)-N,N,N-trimethylammonium-2- formiat (DABCO TMR®-2) der Firma Air Products.Very particular preference is given to N- (2-hydroxypropyl) -N, N, N-trimethylammonium 2-ethylhexanoate (DABCO TMR®) and N- (2-hydroxypropyl) -N, N, N-trimethylammonium 2-formate (DABCO TMR®-2) from Air Products.
Zur besseren Handhabung kann der Katalysator in einem Lösungsmittel gelöst oder dispergiert werden. Es eignen sich hierzu beispielsweise Alkohole, insbesondere Diole, Ketone, Ether und Ester.For better handling, the catalyst may be dissolved or dispersed in a solvent. For this purpose, for example, alcohols, in particular diols, ketones, ethers and esters are suitable.
Beispielsweise werden die oben erwähnten Katalysatoren DABCO TMR® und DABCO TMR®-2 bevorzugt als ca. 75 Gew%ige Lösung in Ethylenglykol eingesetzt.For example, the above-mentioned catalysts DABCO TMR® and DABCO TMR®-2 are preferably used as approximately 75% strength by weight solution in ethylene glycol.
Die oben aufgeführten Katalysatoren werden üblicherweise in einer Menge bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Diisocyanat, eingesetzt, bevorzugt bis zu 1 Gew%, besonders bevorzugt bis zu 0,5, ganz besonders bevorzugt bis zu 0,25 und insbesondere bis zu 0,1 Gew%, gegebenenfalls gelöst oder dispergiert in einem Lösungsmittel (- gemisch), wie oben angegeben.The catalysts listed above are usually used in an amount of up to 2% by weight, based on the diisocyanate, preferably up to 1% by weight, more preferably up to 0.5, very preferably up to 0.25 and in particular up to to 0.1% by weight, optionally dissolved or dispersed in a solvent (mixture) as indicated above.
Üblicherweise wird der Katalysator, in Abhängigkeit vom verwendeten Katalysatortyp, in Mengen von mindestens 10 Gew.ppm, bevorzugt mindestens 20, besonders bevor- zugt mindestens 30, ganz besonders bevorzugt mindestens 50 und insbesondere mindestens 70 Gew.ppm eingesetzt.The catalyst is usually used in amounts of at least 10 ppm by weight, preferably at least 20, more preferably at least 30, very preferably at least 50 and in particular at least 70 ppm by weight, depending on the type of catalyst used.
Die Umsetzung des Isocyanats zum Isocyanurat kann optional in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt werden.The reaction of the isocyanate to the isocyanurate can optionally be carried out in the presence of a solvent.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt in einer typischen Ausführungsform folgende Reaktionsschritte:The process according to the invention comprises in a typical embodiment the following reaction steps:
a) gegebenenfalls Vormischen der Reaktanden b) Reaktion der Reaktanden in mindestens zwei rückvermischten Reaktionszonen c) gegebenenfalls Nachreaktion in mindestens einem Rohrreaktor d) Stoppen der Reaktion e) Destillation des Reaktionsgemischs f) optional Vermischen des Reaktionsgemischs mit einem Lösungsmittel(gemisch)a) optionally pre-mixing of the reactants b) reaction of the reactants in at least two back-mixed reaction zones c) optionally after-reaction in at least one tubular reactor d) stopping the reaction e) distillation of the reaction mixture f) optionally mixing the reaction mixture with a solvent (mixture)
Die Stufen werden nachfolgend einzeln näher beschrieben:The stages are described in detail below:
a) Gegebenenfalls Vormischen der Reaktandena) optionally premixing the reactants
In der Stufe a) können die isocyanat- und katalysatorhaltigen Eduktströme miteinander vermischt werden.In stage a), the isocyanate- and catalyst-containing educt streams can be mixed with one another.
Die oben aufgeführten Katalysatoren werden üblicherweise in einer Menge, bezogen auf das Diisocyänat, wie oben angegeben eingesetzt, gegebenenfalls gelöst in ein Lösungsmittel (-gemisch), wie oben angegeben.The catalysts listed above are usually used in an amount, based on the diisocyanate, as indicated above, optionally dissolved in a solvent (mixture), as indicated above.
Die Vermischung der Eduktströme, also Isocyanat und Katalysator, gegebenenfalls gelöst oder dispergiert in mindestens einem Lösungsmittel, kann vor der Zuführung in den Rohrrreaktor in einer seperaten Mischeinrichtung oder im Rohrreaktor oder mit einer direkt mit dem Rohrreaktor verbundenen Mischeinrichtung durchgeführt werden.The mixing of the educt streams, ie isocyanate and catalyst, optionally dissolved or dispersed in at least one solvent, can be carried out before being fed into the tubular reactor in a separate mixing device or in the tubular reactor or with a mixing device connected directly to the tubular reactor.
Zur Erzeugung der Mischungen ist in der Regel ein Energieeintrag in die Mischeinrichtung von 0,2 W/l oder mehr ausreichend, bevorzugt 1 W/l, besonders bevorzugt 2, ganz besonders bevorzugt 10 W/l und insbesondere 100 W/l oder mehr. Der angegebene spezifische Leistungseintrag ist hier als eingetragene Leistung pro Liter Mischraumvolumen der Mischeinrichtung aufzufassen. Als Mischeinrichtung bevorzugt wird ein Rührbehälter, ein statischer Mischer oder eine Pumpe verwendet. Als statischer Mischer können alle üblichen statischen Mischer (z.B. Sulzer SMX/SMV) oder auch Düsen- oder Blendenmischeinrichtungen, beispielsweise Koaxialmischdüsen, Y- oder T-Mischer, verwendet werden.To produce the mixtures, an energy input into the mixing device of 0.2 W / l or more is generally sufficient, preferably 1 W / l, particularly preferably 2, very particularly preferably 10 W / l and in particular 100 W / l or more. The specified specific power input is to be understood here as a registered power per liter of mixing chamber volume of the mixing device. As mixer preferably a stirred tank, a static mixer or a pump is used. As a static mixer, all the usual static mixer (eg Sulzer SMX / SMV) or nozzle or orifice mixing devices, such as coaxial mixing, Y or T mixer can be used.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Mischkreis eingesetzt. Unter einem Mischkreis wird dabei ein Umpumpkreislauf verstanden, der mindestens eine Pumpe sowie gegebenenfalls mindestens einen Wärmetauscher enthält und in den mindes- tens eine der zu vermischenden Komponenten, bevorzugt das Polyisocyanat, besonders bevorzugt Polyisocyanat und Katalysator dosiert wird, bevorzugt vor einer Pumpe. Der Umpumpkreislauf kann darüberhinaus weitere statische Mischer und/oder Mischelemente enthalten.In a preferred embodiment, a mixing circuit is used. A mixing circuit is understood to mean a pumped-circulation system which contains at least one pump and optionally at least one heat exchanger and into which at least one of the components to be mixed, preferably the polyisocyanate, more preferably polyisocyanate and catalyst, is metered, preferably before a pump. The pumping circuit may also contain other static mixers and / or mixing elements.
Bei der Verwendung eines Mischkreises oder eines Rührbehälters als Mischeinrichtung wird eine Komponente mit hoher Geschwindigkeit eingedüst. Üblicherweise liegen die Geschwindigkeiten der Ströme unmittelbar vor der Vermischung zwischen 1 und 100 m/s, bevorzugt zwischen 2 und 80 m/s, besonders bevorzugt zwischen 5 und 50 m/s.When using a mixing circuit or a stirred tank as a mixing device, a component is injected at high speed. Usually, the velocities of the streams immediately before mixing are between 1 and 100 m / s, preferably between 2 and 80 m / s, more preferably between 5 and 50 m / s.
Als Mischdüsen können nicht-axialsymmetrische oder bevorzugt axialsymmetrische Mischdüsen verwendet werden. Bei Verwendung von axialsymmetrischen Mischdüsen wird üblicherweise einer der Eduktströme über ein koaxiales Einleitrohr oder mehrere koaxial angeordnete Einleitrohre in ein Mischrohr eingedüst. Der zweite Eduktstrom wird über den Ringspalt zwischen dem koaxialen Einleitrohr und dem Mischrohr einge- düst. Das Durchmesserverhältnis des koaxialen Einleitrohrs zum Mischrohr beträgt üblicherweise 0,05 bis 0,95, bevorzugt 0,2 bis 0,8. Der katalysatorhaltige Strom kann zentral über die innere koaxiale Einleitung zugedüst werden oder über den Ringspalt. Bevorzugt wird der Katalysator über die innere koaxiale Eindüsung eingebracht.As mixing nozzles non-axisymmetric or preferably axially symmetrical mixing nozzles can be used. When using axially symmetrical mixing nozzles usually one of the educt streams is injected via a coaxial inlet pipe or more coaxially arranged inlet pipes in a mixing tube. The second reactant stream is introduced via the annular gap between the coaxial inlet tube and the mixing tube. The diameter ratio of the coaxial inlet tube to the mixing tube is usually 0.05 to 0.95, preferably 0.2 to 0.8. The catalyst-containing stream can be injected centrally via the internal coaxial introduction or through the annular gap. The catalyst is preferably introduced via the internal coaxial injection.
Die Länge des Mischrohres beträgt üblicherweise das 2 bis 20-fache des Mischrohrdurchmessers, bevorzugt das 4 bis 10 -fache des Mischrohrdurchmessers.The length of the mixing tube is usually 2 to 20 times the mixing tube diameter, preferably 4 to 10 times the mixing tube diameter.
Dabei liegt der Druck in den Zuleitungen zur Düse höher als am Ausgang der Mischdüse, üblicherweise jedoch nicht höher als 110 bar abs, bevorzugt nicht höher als 100 bar abs, besonders bevorzugt nicht höher als 90 bar abs, ganz besonders bevorzugt nicht höher als 70 bar abs, insbesondere nicht höher als 50 bar abs und speziell nicht höher als 20 bar abs.The pressure in the feed lines to the nozzle is higher than at the outlet of the mixing nozzle, but usually not higher than 110 bar abs, preferably not higher than 100 bar abs, more preferably not higher than 90 bar abs, most preferably not higher than 70 bar abs, in particular not higher than 50 bar abs and especially not higher than 20 bar abs.
Bevorzugt beträgt die Mischzeit in der Mischeinrichtung nicht mehr als ein Zehntel der gesamten mittleren Verweilzeit, also der mittleren Zeit zwischen Starten und Stoppen der Reaktion, besonders bevorzugt nicht mehr als ein Zwanzigstel, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als ein Dreißigstel und insbesondere nicht mehr als ein Hundertstel.Preferably, the mixing time in the mixing device is not more than one-tenth of the total average residence time, ie the mean time between starting and stopping the reaction, more preferably not more than one-twentieth, especially preferably not more than one thirtieth, and especially not more than one hundredth.
Die Mischzeit in dieser Mischeinrichtung beträgt üblicherweise von 0,01 s bis 120 s, bevorzugt von 0,05 bis 60 s, besonders bevorzugt von 0,1 bis 30 s, ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 15 s und insbesondere von 0,7 bis 5 s. Als Mischzeit ist diejenige Zeit zu verstehen, die von dem Beginn des Mischvorgangs vergeht, bis 97,5 % der Fluidelemente des erhaltenen Gemisches einen Mischungsbruch haben, der bezogen auf den Wert des theoretischen Endwert des Mischungsbruchs des erhaltenen Gemisches beim Erreichen des Zustandes perfekter Mischung weniger als 2,5 % von die- sem Endwert des Mischungbruches abweichen, (zum Konzept des Mischungsbruches siehe z.B. J.Warnatz, U.Maas, R.W. Dibble: Verbrennung, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1997, 2. Auflage, S. 134.)The mixing time in this mixing device is usually from 0.01 s to 120 s, preferably from 0.05 to 60 s, more preferably from 0.1 to 30 s, very particularly preferably from 0.5 to 15 s and in particular from 0, 7 to 5 s. The mixing time is understood to be the time which elapses from the start of the mixing operation until 97.5% of the fluid elements of the resulting mixture have a mixing fraction less, based on the value of the theoretical final value of the mixture fracture of the resulting mixture upon reaching the state of perfect mixing than 2.5% deviate from this final value of the mixture break (for the concept of mixture fracture, see, for example, J. Warnz, U. Maas, RW Dibble: Verbrennung, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1997, 2nd edition, p. 134.)
Die Vermischung in der Stufe a) kann bei einer Temperatur von 20 bis 80 0C, bevor- zugt bis zu 60 0C erfolgen.The mixing in step a), at a temperature of 20 to 80 0 C, forthcoming Trains t up to 60 0 C take place.
Erfolgt die Vermischung bei einer Temperatur, bei der die Reaktion bereits merklich einsetzt, so ist die Mischzeit bevorzugt sehr viel kleiner als die mittlere Verweilzeit in den Reaktoren bis zum Abstoppen der Reaktion. Bevorzugt wird bei der Vermischung der Reaktanden weniger als 5% des Isocyanats umgesetzt, besonders bevorzugt weniger als 3%, ganz besonders bevorzugt weniger als 2%, insbesondere weniger als 1 % und speziell weniger als 0,5%.If the mixing takes place at a temperature at which the reaction is already noticeably starting, the mixing time is preferably much less than the average residence time in the reactors until the reaction is stopped. Preferably, less than 5% of the isocyanate is reacted during the mixing of the reactants, more preferably less than 3%, very preferably less than 2%, in particular less than 1% and especially less than 0.5%.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere dann, wenn eine Mischung bei höherer Temperatur zu einem ungünstigen Ergebnis führt, erfolgt die Mischung der Eduktströme bei einer Temperatur unterhalb von 50 0C, besonders bevorzugt unterhalb von 45 und ganz besonders bevorzugt unterhalb von 400C1 da bei solchen Temperaturen die Reaktion erfahrungsgemäß noch nicht merklich startet und somit erst in einer Folgestufe gestartet werden kann, in der die Reaktions- temperatur auf einen Wert oberhalb dieser kritischen Temperatur erhöht wird.In a preferred embodiment of the present invention, particularly when a mixture at higher temperature leads to an unfavorable result, the mixing takes place of the feed streams at a temperature below 50 0 C, especially below preferably 45 and especially below preferably from 40 0 C 1 because experience shows that the reaction does not start noticeably at such temperatures and thus can only be started in a subsequent stage in which the reaction temperature is raised to a value above this critical temperature.
Der Austrag aus der Mischeinrichtung kann vor Einleiten in die Stufe b) mit Hilfe beispielsweise eines Wärmetauschers auf die dort gewünschte Temperatur gebracht werden, bevorzugt um dann die Reaktion zu starten.The discharge from the mixing device can be brought to the desired temperature there before being introduced into the step b) with the aid of, for example, a heat exchanger, preferably in order then to start the reaction.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Stufe a) zur Vormischung der Reaktanden vorhanden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Isopho- rondiisocyanat zur Reaktion gebracht wird. Wird dagegen 1 ,6- Hexamethylendiisocyanat zur Reaktion gebracht oder handelt es sich bei dem Reakti- onsprodukt um ein überwiegend biuretgruppenhaltiges Polyisocyanat, so ist in der Regel keine Vormischung in einer Stufe a) erforderlich. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das in die partielle Trimerisie- rung eingesetzte Isocyanat kurz vor der partiellen Trimerisierung frisch destilliert. Der Zeitraum zwischen Destillation und Vermischen mit dem Katalysator sollte nicht mehr als 5 Stunden betragen, bevorzugt nicht mehr als 2 Stunden, besonders bevorzugt nicht mehr als.1 Stunde und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 30 Minuten. In der Regel ist dafür eine einfache Destillation über beispielsweise einen Fallfilm- oder Dünnschichtverdampfer ausreichend.In a preferred embodiment of the present invention, the step a) for premixing the reactants is present. This is especially the case when isophorone diisocyanate is reacted. If, on the other hand, 1, 6-hexamethylene diisocyanate is reacted or if the reaction product is a predominantly biuret-containing polyisocyanate, no premixing in a stage a) is generally required. In a particularly preferred embodiment, the isocyanate used in the partial trimerization is freshly distilled shortly before the partial trimerization. The period between distillation and mixing with the catalyst should not be more than 5 hours, preferably not more than 2 hours, more preferably not more than 1 hour, and most preferably not more than 30 minutes. In general, a simple distillation over, for example, a falling-film or thin-film evaporator is sufficient for this purpose.
Dadurch wird unter anderem bewirkt, daß das eingesetzte Isocyanat einen Gehalt an Kohlenstoffdioxid (CO2) von weniger als 500 ppm aufweist, bevorzugt weniger als 300, besonders bevorzugt weniger als 200, ganz besonders bevorzugt weniger als 100 und insbesondere weniger als 50 ppm aufweist.This causes, inter alia, that the isocyanate used has a content of carbon dioxide (CO 2 ) of less than 500 ppm, preferably less than 300, more preferably less than 200, most preferably less than 100 and in particular less than 50 ppm.
Ein weiterer Vorteil einer Destillation des Isocyanats vor dessen Einsatz ist, daß da- durch gegebenenfalls im Isocyanat gelöst Luft entfernt wird. Es ist vorteilhaft die Umsetzung des Isocyanats in Abwesenheit von Luft, genauer bei einem gesenkten Sauerstoffgehalt oder gar unter Ausschluß von Luft durchzuführen. Der Anteil an gelöstem Sauerstoff im Isocyanat beträgt bevorzugt < 1000, bevorzugt < 200 Gew.ppm.A further advantage of distilling the isocyanate before it is used is that, if appropriate, air is removed in the isocyanate. It is advantageous to carry out the reaction of the isocyanate in the absence of air, more precisely at a reduced oxygen content or even in the absence of air. The proportion of dissolved oxygen in the isocyanate is preferably <1000, preferably <200 ppm by weight.
b) Reaktion der Reaktanden in mindestens zwei rückvermischten Reaktionszonenb) reaction of the reactants in at least two backmixed reaction zones
Unter rückvermischten Reaktionszonen wird hier verstanden, dass die Bodensteinzahl jeder Reaktionszone kleiner 3, bevorzugt kleiner 2 und besonders bevorzugt 1 ist.In this context, back-mixed reaction zones are understood to mean that the number of bottoms of each reaction zone is less than 3, preferably less than 2 and particularly preferably 1.
Wenn zuvor eine Vormischung in Stufe a) erfolgt ist, so kann der Mischstrom entweder direkt in die erste der mindestens zwei rückvermischten Reaktionszonen gegeben werden oder, wenn vorhanden, beispielsweise in einen Umlaufstrom (siehe unten).If a pre-mixing has previously taken place in step a), the mixed stream can either be added directly to the first of the at least two back-mixed reaction zones or, if present, for example into a circulating stream (see below).
Ist jedoch keine Vormischung in Stufe a) erfolgt, so können die Eduktströme in die ers- te der mindestens zwei rückvermischten Reaktionszonen entweder direkt in eine stark gerührte Zone gegeben werden oder, wenn vorhanden, bevorzugt in einen Umlaufstrom (siehe oben), dort besonders bevorzugt direkt vor einer Pumpe.If, however, no premixing has occurred in step a), the educt streams into the first of the at least two back-mixed reaction zones can either be added directly to a strongly stirred zone or, if present, preferably into a circulating stream (see above), there particularly preferably right in front of a pump.
Die Stufe b) besteht in der Regel aus zwei oder mehr rückvermischten Reaktionszo- nen, beispielsweise 2 bis 6, bevorzugt 2 - 5, besonders bevorzugt 3 - 5 und ganz besonders bevorzugt vier. Mehr Reaktionszonen sind denkbar, bringen jedoch in der Regel keine wesentlichen Vorteil.The step b) generally consists of two or more back-mixed reaction zones, for example 2 to 6, preferably 2 to 5, more preferably 3 to 5 and most preferably 4. More reaction zones are conceivable, but usually bring no significant advantage.
Die mittlere Gesamtverweilzeit in allen Rührbehältern zusammen in Stufe b) kann bis zu 7 Stunden betragen, bevorzugt bis zu 90 Minuten, besonders bevorzugt bis zu 60 Minuten, ganz besonders bevorzugt bis zu 45 Minuten und insbesondere bis zu 30 Minuten. Eine längere Verweilzeit ist möglich bringt aber in der Regel keine Vorteile. Die mittlere Gesamtverweilzeit in Stufe b) beträgt in der Regel mindestens 2 Minuten, bevorzugt mindestens 5 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 10 Minuten, ganz besonders bevorzugt mindestens 15 Minuten in und insbesondere mindestens 20 Mi- nuten.The average total residence time in all stirred containers together in stage b) can be up to 7 hours, preferably up to 90 minutes, more preferably up to 60 minutes, very particularly preferably up to 45 minutes and in particular up to 30 minutes. A longer residence time is possible but usually brings no benefits. The mean total residence time in stage b) is generally at least 2 minutes, preferably at least 5 minutes, particularly preferably at least 10 minutes, very particularly preferably at least 15 minutes in, and in particular at least 20 minutes.
Bei den rückvermischten Reaktionszonen kann es sich beispielsweise um eine Hintereinanderschaltung von mehreren Rührkesseln handeln (Rührkesselkaskade) oder um mindestens einen Rührkessel, der durch eine geeignete Aufteilung des Reaktionsvo- lumens beispielsweise durch Trennbleche in mehrere Zonen unterteilt ist (kaskadierter Rührkessel) oder Kombinationen davon.The back-mixed reaction zones may be, for example, a series connection of several stirred tanks (stirred tank cascade) or at least one stirred tank, which is subdivided into a plurality of zones (cascaded stirred tank) by suitable partitioning of the reaction volume, for example by separating plates, or combinations thereof.
Der volumenspezifische Leistungseintrag pro rückvermischter Reaktionszone sollte nicht weniger als 0,1 W/l, bevorzugt nicht weniger als 0,2 W/l und besonders bevorzugt nicht weniger als 0,5 W/l betragen. In der Regel sind bis zu 10 W/l ausreichend, bevorzugt bis zu 5, besonders bevorzugt bis zu 3 und ganz besonders bevorzugt bis zu 2 W/l. Der angegebene spezifische Leistungseintrag ist hier als eingetragene Leistung pro Liter Reaktorraumvolumen des Reaktors aufzufassen.The volume specific power input per backmixed reaction zone should be not less than 0.1 W / L, preferably not less than 0.2 W / L, and more preferably not less than 0.5 W / L. In general, up to 10 W / l are sufficient, preferably up to 5, more preferably up to 3 and very particularly preferably up to 2 W / l. The specified specific power input is to be understood here as a registered power per liter reactor volume of the reactor.
Die Leistung kann über alle möglichen Rührertypen, wie Propeller-, Schrägblatt-, Anker-, Scheiben-, Turbinen- oder Balken-Rührer eingetragen werden. Bevorzugt werden Scheiben- und Turbinen-Rührer eingesetzt.The performance can be entered via all types of stirrers, such as propeller, swash plate, anchor, disc, turbine or bar stirrers. Disc and turbine stirrers are preferably used.
Der Rührkessel kann mit oder ohne Stromstörer betrieben werden. Bevorzugt erfolgt der Betrieb mit Stromstörern. Der Betrieb erfolgt üblicherweise mit 1 bis 10 Stromstö- rem, bevorzugt mit 2 bis 4 Stromstörern je Segment.The stirred tank can be operated with or without baffle. Preferably, the operation is carried out with baffles. The operation is usually carried out with 1 to 10 Stromstö- rem, preferably with 2 to 4 baffles per segment.
Im Fall eines kaskadierten Rührkessels können auch mehrere Rührer auf der Welle installiert sein. Bevorzugt wird pro Segment der Kaskade ein Rührer auf der Welle ver- wendet. Der Durchmesser der Rührelemente beträgt das 0,1 bis 0,9 fache des Rührkesseldurchmessers, bevorzugt das 0,2 bis 0,6 fache des Rührkesseldurchmessers.In the case of a cascaded stirred tank, several stirrers may also be installed on the shaft. Preferably, a stirrer is used on the shaft per segment of the cascade. The diameter of the stirring elements is 0.1 to 0.9 times the Rührkesseldurchmessers, preferably 0.2 to 0.6 times the Rührkesseldurchmessers.
Zur Durchführung des Verfahrens ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein kaskadierter Rührreaktor vorgesehen, der einen senkrecht stehenden rohrförmigen Behälter aufweist, in dem parallel zur Längsachse eine Antriebachse drehbar befestigt ist, an der mindestens zwei Scheibenrührer mit Abstand voneinander befestigt sind und bei dem zwischen diesen Scheibenrührern an der Innenwand des Behälters befestigte Trennelemente angeordnet sind, die eine zentrale Öffnung aufweisen. Es hat sich herausgestellt, daß in Abhängigkeit von den Reaktionsparametern zweckmäßigerweise 2 bis 7 Scheibenrührer und 1 bis 6 Trennelemente eingesetzt werden. Das Verhältnis der Öffnung der Trennelemente zu deren Gesamtfläche ergibt sich aus der Rührergröße. Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rührreaktors können an dessen Innenwand parallel zu seiner Längsachse verlaufende, radial sich nach innen erstreckende Stromstörleisten angeordnet sein. Diese können vorzugsweise mit Abstand zur Innenwand des Reaktors befestigt sein. Vorteilhafterweise werden mindestens 4 im gleichen Winkelabstand voneinander angeordnete Störleisten vorgesehen. Die Stromstörleisten können in ihrer Breite dabei das 0,1- 0,4-fache des Durchmesser des Behälters einnehmen.To carry out the method, in a preferred embodiment, a cascaded stirred reactor is provided which has a vertical tubular container in which a drive shaft is rotatably mounted parallel to the longitudinal axis, are fixed to the at least two disc stirrer with distance from each other and at between these Scheibenrührern the partition of the inner wall of the container are arranged, which have a central opening. It has been found that, depending on the reaction parameters, it is expedient to use 2 to 7 disk stirrers and 1 to 6 separating elements. The ratio of the opening of the separating elements to their total area results from the stirrer size. According to a development of the stirred reactor according to the invention, radially extending inwardly extending baffles may be disposed on the inner wall thereof parallel to its longitudinal axis. These may preferably be attached at a distance from the inner wall of the reactor. Advantageously, at least 4 are provided at the same angular distance from each other arranged Störleisten. The Stromstörleisten can take in their width while the 0.1-0.4 times the diameter of the container.
Ferner kann es sinnvoll sein, in dem Reaktor ungerührte Segmente vorzusehen (Beru- higungszonen). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können sich am Ein- und/oder Ausgang, besonders bevorzugt am Ein- und Ausgang derartige Beruhigungszonen befinden.Furthermore, it may be useful to provide unstirred segments in the reactor (soothing zones). In a preferred embodiment of the invention may be located at the input and / or output, particularly preferably at the input and output such calming zones.
In einer bevorzugten Ausführungsform können Durchmischung und Energieeintrag in den Reaktionszonen auch durch mindestens einen Umpumpkreislauf erfolgen, der gegebenenfalls durch mindestens einen in diesem Umpumpkreislauf angebrachten Wärmetauscher temperiert werden kann.In a preferred embodiment, mixing and introduction of energy in the reaction zones can also be effected by at least one pumped circulation, which can optionally be tempered by at least one heat exchanger mounted in this pumping circulation.
Bei den Rührkesseln kann es sich jeweils beispielsweise um Kessel mit Doppelwand- heizung, aufgeschweißten Voll- oder Halbrohren, oder innenliegenden Heizschlangen handeln. Alternativ sind Kessel mit außenliegendem Wärmetauscher und Naturumlauf, bei dem der Kreislaufstrom ohne mechanische Hilfsmittel bewerkstelligt wird, oder Zwangsumlauf (unter Verwendung einer Pumpe) eingesetzt.The stirred tanks may be, for example, boilers with double-wall heating, welded-on full or half pipes, or internal heating coils. Alternatively, boilers with external heat exchanger and natural circulation, in which the circulation flow is accomplished without mechanical aids, or forced circulation (using a pump) are used.
Geeignete Umlaufverdampfer sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise beschrieben in R. Billet, Verdampfertechnik, HTB-Verlag, Bibliographisches Institut Mannheim, 1965, 53. Beispiele für Umlaufverdampfer sind Rohrbündelwärmetauscher, Plattenwärmetauscher, etc.Suitable circulation evaporators are known to the person skilled in the art and are described, for example, in R. Billet, Verdampfertechnik, HTB-Verlag, Bibliographisches Institut Mannheim, 1965, 53. Examples of circulation evaporators are tube bundle heat exchangers, plate heat exchangers, etc.
Als Pumpen werden im erfindungsgemäßen Verfahren, bevorzugt in allen Strömen, in denen eine isocyanathaltiger Strom gefördert wird, zwangsfördernde Pumpen, beispielsweise Zahnrad-, Schlauch-, Schrauben-, Exzenterschnecken-, Spindel- oder Kolbenpumpen oder Kreiselpumpen eingesetzt.As pumps in the process according to the invention, preferably in all streams in which an isocyanate-containing stream is conveyed, positively-promoting pumps, for example gear, hose, screw, eccentric screw, spindle or piston pumps or centrifugal pumps are used.
Zwangsfördernde Pumpen werden im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt zur Förderung von Strömen eingesetzt, die eine Viskosität von 250 mPas oder mehr aufweisen, besonders bevorzugt 300 mPas oder mehr, ganz besonders bevorzugt 400 mPas oder mehr und insbesondere 500 mPas oder mehr. Kreiselpumpen werden bevorzugt zur Förderung von Strömen mit einer Viskosität bis zu 300 mPas, besonders bevorzugt bis zu 250 mPas und ganz besonders bevorzugt bis zu 200 mPas eingesetzt. Selbstverständlich können im Umlauf auch mehrere Wärmetauscher vorhanden sein.Forced-conveying pumps are preferably used in the process according to the invention for conveying streams which have a viscosity of 250 mPas or more, particularly preferably 300 mPas or more, very particularly preferably 400 mPas or more and in particular 500 mPas or more. Centrifugal pumps are preferably used for conveying streams having a viscosity of up to 300 mPas, particularly preferably up to 250 mPas and very particularly preferably up to 200 mPas. Of course, several heat exchangers may be present in the circulation.
Die rückvermischten Reaktionszonen werden in der Regel beheizt ausgeführt. Die Beheizung kann beispielsweise über eine Mantelheizung, aufgeschweißte Voll- oder Halbrohre, über innenliegende Rohre oder Platten und/oder über einen Kreislauf mit einem externen Wärmetauscher, z. B. Röhren- oder Plattenwärmetauscher, erfolgen. Bevorzugt wird für die Erfindung ein Kreislauf mit einem externen Wärmetauscher verwendet. Die gleichmäßige Durchmischung der Reaktionslösung erfolgt auf bekannte Weise, z.B. durch Rühren, Umpumpen, Zwangs- oder Naturumlauf, vorzugsweise durch Zwangs- oder Naturumlauf. Die Beheizung kann alternativ auch durch Einleiten von gasförmigen, überhitzen Lösungsmittel erfolgen.The back-mixed reaction zones are usually carried out heated. The heating can, for example, a jacket heating, welded full or half pipes, via internal pipes or plates and / or via a circuit with an external heat exchanger, for. B. tube or plate heat exchanger done. Preferably, a circuit with an external heat exchanger is used for the invention. The uniform mixing of the reaction solution is carried out in a known manner, e.g. by stirring, pumping, forced or natural circulation, preferably by forced or natural circulation. The heating can alternatively also be carried out by introducing gaseous, superheated solvent.
Gegebenenfalls kann noch Katalysator und/oder Isocyanat, gegebenenfalls in einem inerten Lösungsmittel, in die Stufe b) nachdosiert werden. Dies kann dann in jede Re- aktionszone einzeln und unabhängig voneinander erfolgen.Optionally, catalyst and / or isocyanate, optionally in an inert solvent, can be added to stage b). This can then be done individually and independently of each other in each reaction zone.
In einer bevorzugten Ausführungsform wenn Stufe a) nicht vorhanden ist wird der Katalysator und frisches Isocyanat in einem Umpumpkreislauf miteinander vermischt, indem die beiden Ströme direkt vor einer Pumpe miteinander in Kontakt gebracht werden. Dieser Umpumpkreislauf vermischt den Inhalt der ersten Reaktionszone. Rückgeführtes Isocyanat aus der Stufe e) (siehe unten) kann in den Umpumpkreislauf, direkt in diese erste oder in die zweite Reaktionszone kann geleitet werden.In a preferred embodiment, when stage a) is absent, the catalyst and fresh isocyanate are mixed together in a pump circulation loop by contacting the two streams directly in front of a pump. This pumping circulation mixes the contents of the first reaction zone. Recycled isocyanate from step e) (see below) can be passed into the pumped circulation, directly into this first or second reaction zone.
Eine weitere Ausführung der Erfindung besteht im Aufbau eines Mischkreises, enthal- tend eine Pumpe zum Umpumpen des Isocyanats, gegebenenfalls versehen mit Pumpenvorlage und/oder Mischeinrichtung. Dabei saugt die Pumpe aus der Pumpenvorlage den isocyanathaltigen Strom und fördert diesen zur Mischeinrichtung. Bevor der Strom in die Mischeinrichtung eintritt, wird dem isocyanathaltigen Strom der Frischiso- cyanatstrom beigefügt. Zur Unterstützung der Einmischung des Frischisocyanatstroms in den isocyanathaltigen Umpumpstrom kann eine statische Mischeinrichtung verwendet werden.A further embodiment of the invention consists in the construction of a mixing circuit, containing a pump for pumping the isocyanate, optionally provided with a pump reservoir and / or mixing device. The pump sucks the isocyanate-containing stream from the pump reservoir and conveys it to the mixing device. Before the stream enters the mixing device, the fresh isocyanate stream is added to the isocyanate-containing stream. To assist in mixing the fresh isocyanate stream into the isocyanate-containing recycle stream, a static mixer can be used.
In der Mischeinrichtung werden dann der isocyanathaltige Strom und der katalysator- haltige Strom vermischt. Der Austrag aus der Mischeinrichtung wird bei der Ausführung als Mischkreis zumindest teilweise wieder in die Pumpenvorlage befördert. Der restliche Teilstrom des Austrage wird in Reaktionszone überführt. Dabei ist die Verwendung der Pumpenvorlage nicht zwingend, sie erleichtert nur den regelungstechnisch sinnvollen Betrieb der Pumpe.The isocyanate-containing stream and the catalyst-containing stream are then mixed in the mixing device. The discharge from the mixing device is at least partially conveyed back into the pump template when executed as a mixing circuit. The remaining partial stream of the discharge is transferred to the reaction zone. The use of the pump template is not mandatory, it only facilitates the technically meaningful operation of the pump.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht in der Kombination eines Mischkreises mit der Reaktionszone. Dazu wird der Reaktionszone ein isocyanathaltiger Strom über eine Pumpe entnommen und zur Mischeinrichtung befördert. In der Misch- einrichtung wird der katalysatorhaltige Strom eingemischt. Der aus der Mischeinrichtung austretende Strom wird in die Reaktionszone zurückgeführt. Der Katalysatorstrom und der Frischisocyanatstrom werden entweder dem isocyanathaltigen Strom vor der Mischdüse zugeführt und/oder direkt in die Reaktionszone eingeleitet. Bevorzugt wird der Frischisocyanatstrom mit dem Katalysatorstrom vorgemischt und dieses Frischiso- cyanat/Katalysatorgemisch wird vor der Mischdüse, besonders bevorzugt vor der Pumpe dem Isocyanatstrom beigefügt.A preferred embodiment of the invention is the combination of a mixing circuit with the reaction zone. For this purpose, an isocyanate-containing stream is removed from the reaction zone via a pump and conveyed to the mixing device. In the mixed device, the catalyst-containing stream is mixed. The effluent from the mixer is returned to the reaction zone. The catalyst stream and the fresh isocyanate stream are either fed to the isocyanate-containing stream upstream of the mixing nozzle and / or introduced directly into the reaction zone. The fresh isocyanate stream is preferably premixed with the catalyst stream and this fresh isocyanate / catalyst mixture is added to the isocyanate stream before the mixing nozzle, more preferably in front of the pump.
Die Temperatur im rückvermischten Reaktorsystem beträgt im allgemeinen zwischen 40 0C und 110 0C, bevorzugt zwischen 50 0C und 110 0C, besonders bevorzugt zwischen 60 und 100 0C und ganz besonders bevorzugt zwischen 60 und 90 0C.The temperature in the mixing reactor system is in general between 40 0 C and 110 0 C, preferably between 50 0 C and 110 0 C, particularly preferably between 60 and 100 0 C and most preferably between 60 and 90 0 C.
Das Überführen des Reaktionsaustrages aus einer Reaktionszone in die nachfolgende kann vorteilhaft mit standgeregelten Ventilen erfolgen.The transfer of the reaction output from a reaction zone in the following can advantageously be done with level-controlled valves.
Es stellt einen Vorteil der vorliegenden Erfindung dar, daß die einzelnen Reaktionszonen unterschiedlich temperiert und mit unterschiedlichen Verweilzeiten betrieben werden können.It is an advantage of the present invention that the individual reaction zones can be heated at different temperatures and operated with different residence times.
So kann es beispielsweise sinnvoll sein, die Reaktionstemperatur entlang der Reaktionszonen anzuheben, so daß beispielsweise die Temperatur in der zweiten Reaktionszone um 5, bevorzugt um 10, besonders bevorzugt um 15 und ganz besonders bevorzugt um 20 0C höher liegt, als in der ersten Reaktionszone.Thus, it may be useful, for example, to raise the reaction temperature along the reaction zones, so that, for example, the temperature in the second reaction zone to 5, preferably 10, more preferably 15 and very particularly preferably 20 0 C higher than in the first reaction zone ,
In einer gegebenenfalls vorhandenen dritten Reaktionszone kann die Temperatur weiter um 5, bevorzugt um 10, besonders bevorzugt um 15 und ganz besonders bevorzugt um 20 0C erhöht werden.In an optional third reaction zone, the temperature can be further increased by 5, preferably by 10, more preferably by 15 and most preferably by 20 0 C.
Es kann auch sinnvoll sein, die letzte Reaktionszone auf eine Temperatur oberhalb von 80, bevorzugt 100, besonders bevorzugt 120 0C zu erhitzen, um den Katalysator thermisch zu desaktivieren.It may also be useful to heat the last reaction zone to a temperature above 80, preferably 100, more preferably 120 0 C to thermally deactivate the catalyst.
Weiterhin kann es sinnvoll sein, diesen dritten Abschnitt auf eine Temperatur unterhalb von 50, bevorzugt 45, besonders bevorzugt 40 0C abzukühlen, um die Reaktion durch Abkühlen zu stoppen (siehe unten unter d)). In diesen Fällen entfällt der Schritt c)Furthermore, it may be useful to cool this third section to a temperature below 50, preferably 45, more preferably 40 0 C to stop the reaction by cooling (see below under d)). In these cases step c) is omitted.
Weiterhin kann es sinnvoll sein, die erste Reaktionszone in eine Misch- und/oder Vorwärmzone, die zweite in eine Reaktionszone und die letzte in eine Katalysator- Desaktivierungs- oder Abkühlzone aufzuteilen. Die Temperatur der Reaktionszonen wählt man dann zweckmäßigerweise so, daß die Vorwärmzone eine Temperatur von ca. 40 - 6O0C, die Reaktionszone 70 - 12O0C, vorzugsweise 70 - 900C, und die Ab- kühlzone 20 - 40 0C aufweist. Diese Temperaturbedingungen sind jedoch jeweils den erforderlichen Bedingungen für das zu trimerisierende Diisocyanat anzupassen.Furthermore, it may be useful to divide the first reaction zone in a mixing and / or preheating zone, the second in a reaction zone and the last in a catalyst deactivation or cooling zone. The temperature of the reaction zones is then expediently chosen so that the preheating, a temperature of about 40 - 6O 0 C, the reaction zone 70 - 12O 0 C, preferably 70-90 0 C, and the waste Cooling zone 20 - 40 0 C has. However, these temperature conditions are in each case adapted to the conditions required for the diisocyanate to be trimerized.
Die Verweilzeiten im Apparat können variiert werden, indem beispielsweise bei Über- laufförderung die Reaktionsvolumina durch Verdränger vermindert werden bzw. bei aktiver Förderung der Füllstand der Reaktionszone vermindert werden oder im Fall des kaskadierten Rührkessels der Überlauf verschoben werden.The residence times in the apparatus can be varied, for example, by overflow promotion the reaction volumes are reduced by displacer or reduced with active promotion the level of the reaction zone or be moved in the case of cascaded stirred tank overflow.
c) Gegebenenfalls Nachreaktion in mindestens einem Rohrreaktorc) optionally afterreaction in at least one tubular reactor
In der Stufe c) kann der Austrag aus der Stufe b) optional in einem Rohrreaktor nachreagiert werden.In stage c), the discharge from stage b) can optionally be post-reacted in a tube reactor.
Die den rückvermischten Reaktor b) verlassende Flüssigphase wird dann einem aus mindestens einem Rohrreaktor bestehenden Reaktorsystem zugeführt.The liquid phase leaving the back-mixed reactor b) is then fed to a reactor system consisting of at least one tube reactor.
Der Rohrreaktor sollte weitestgehend rückvermischungsfrei sein. Dies wird beispielsweise erreicht durch das Verhältnis des Durchmessers des Rohrreaktors zu dessen Länge oder durch Einbauten, wie Lochböden, Schlitzböden oder statische Mischer. Bevorzugt wird die Rückvermischungsfreiheit durch das Verhältnis von Länge zu Durchmessers des Rohrreaktors erreicht.The tubular reactor should be largely free from back-mixing. This is achieved for example by the ratio of the diameter of the tubular reactor to its length or by internals, such as perforated plates, slot floors or static mixer. Preferably, the backmixing freedom is achieved by the ratio of length to diameter of the tubular reactor.
Als Rohrreaktor eignen sich alle Rohre, deren Längen- zu Durchmesserverhältnis größer als 5 ist, bevorzugt größer als 6, besonders bevorzugt größer als 10, ganz beson- ders bevorzugt größer 10 und insbesondere größer 50.Suitable tubular reactors are all tubes whose length to diameter ratio is greater than 5, preferably greater than 6, particularly preferably greater than 10, very particularly preferably greater than 10 and in particular greater than 50.
Die Bodensteinzahl eines solchen Rohrreaktors sollte beispielsweise 3 oder mehr, bevorzugt mindestens 4, besonders bevorzugt mindestens 5, ganz besonders bevorzugt mindestens 8, insbesondere mindestens 10 und speziell mindestens 50 betragen.The Bodenstein number of such a tubular reactor should be, for example, 3 or more, preferably at least 4, more preferably at least 5, even more preferably at least 8, especially at least 10 and especially at least 50.
Prinzipiell ist die Bodensteinzahl nach oben nicht begrenzt, in der Regel ist eine Bodensteinzahl bis zu 600 ausreichend, bevorzugt bis zu 500, besonders bevorzugt bis zu 300 und ganz besonders bevorzugt bis zu 200.In principle, the Bodensteinzahl is not limited to the top, in general, a Bodensteinzahl is sufficient up to 600, preferably up to 500, more preferably up to 300 and most preferably up to 200.
Vorteilhaft ist, wenn eine Reynolds-Zahl Re von mindestens 2300 im Rohrreaktor erreicht wird, bevorzugt mindestens 2700, besonders bevorzugt mindestens 4000, ganz besonders bevorzugt mindestens 6000, insbesondere mindestens 8000 und speziell mindestens 10000.It is advantageous if a Reynolds number Re of at least 2300 in the tube reactor is achieved, preferably at least 2700, particularly preferably at least 4000, very particularly preferably at least 6000, in particular at least 8000 and especially at least 10000.
Zusätzlich sollte der Leistungseintrag im Rohrreaktor nicht weniger als 0,2 W/l betragen, bevorzugt mindestens 0,3 W/l, besonders bevorzugt mindestens 0,5 W/l, und ganz besonders bevorzugt nicht weniger als 1 W/l. In der Regel ist es ausreichend, bis zu 100 W/l, bevorzugt bis zu 50, besonders bevorzugt bis zu 30, ganz besonders bevorzugt bis zu 20 und insbesondere bis zu 10 W/l einzutragen. Der angegebene spezifische Leistungseintrag ist hier als eingetragene Leistung pro Liter Reaktorraumvolumen des Reaktors aufzufassen. Der Leistungseintrag kann durch die Reibung des FIu- ids mit der Reaktorwandung oder durch druckverlusterzeugende Einbauten wie Blenden, Mischelementen, Loch- oder Schlitzböden erzeugt werden.In addition, the power input in the tubular reactor should not be less than 0.2 W / l, preferably at least 0.3 W / l, more preferably at least 0.5 W / l, and most preferably not less than 1 W / l. As a rule, it is sufficient until at 100 W / l, preferably up to 50, particularly preferably up to 30, very particularly preferably up to 20 and in particular up to 10 W / l enter. The specified specific power input is to be understood here as a registered power per liter reactor volume of the reactor. The power input can be generated by the friction of the fluid with the reactor wall or by pressure loss-producing internals such as orifices, mixing elements, perforated or slotted plates.
Der Rohrreaktor kann eine beliebige Orientierung im Raum aufweisen. Bevorzugt wird er als senkrechter Rohrreaktor aufgebaut, der besonders bevorzugt von unten nach oben durchströmt wird.The tubular reactor can have any orientation in space. Preferably, it is constructed as a vertical tube reactor, which is particularly preferably flowed through from bottom to top.
Eine zusätzliche Durchmischung könnte, falls gewünscht, dadurch erreicht werden, daß das Reaktionsgemisch im Rohrreaktor mit einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Gas oder Gasgemisch durchmischt wird, beispielsweise solche mit einem Sau- erstoffgehalt unter 2, bevorzugt unter 1 , besonders bevorzugt unter 0,5 Vol%, bevorzugt sind Stickstoff, Argon, Helium, Stickstoff - Edelgas - Gemische, besonders bevorzugt ist Stickstoff. Zusätzlich oder allein kann als Gas auch Kohlenstoffdioxid (CO2) eingesetzt werden.Additional mixing could, if desired, be achieved by mixing the reaction mixture in the tubular reactor with a gas or gas mixture which is inert under the reaction conditions, for example those having an oxygen content of less than 2, preferably less than 1, particularly preferably less than 0.5, vol %, preferred are nitrogen, argon, helium, nitrogen - noble gas mixtures, particularly preferred is nitrogen. In addition or alone, carbon dioxide (CO 2 ) can also be used as the gas.
Eine solche Gasphase wird bevorzugt im Gleichstrom zur flüssigen Phase gefördert.Such a gas phase is preferably conveyed in cocurrent to the liquid phase.
Der Rohrreaktor kann isotherm oder temperiert ausgeführt werden. Eine Temperierung kann durch eine Mantelheizung, aufgeschweißte Halb- oder Volirohre oder durch innenliegende Rohre oder Platten erfolgen. Die Beheizung erfolgt bevorzugt durch den Mantel.The tubular reactor can be carried out isothermally or tempered. A tempering can be done by a jacket heating, welded semi or Volirohre or through internal pipes or plates. The heating is preferably carried out by the jacket.
Der Rohrreaktor kann falls gewünscht in mehrere Abschnitte mit unterschiedlicher Temperatur untergliedert werden, beispielsweise 2 bis 4, bevorzugt 2 bis 3.If desired, the tubular reactor can be subdivided into several sections with different temperatures, for example 2 to 4, preferably 2 to 3.
So kann es beispielsweise sinnvoll sein, die Reaktionstemperatur längs des Rohrreaktors anzuheben, so daß beispielsweise die Temperatur in dem zweiten Abschnitt um 5, bevorzugt um 10, besonders bevorzugt um 15 und ganz besonders bevorzugt um 20 C höher liegt, als im ersten Reaktionsabschnitt.Thus, it may be useful, for example, to raise the reaction temperature along the tube reactor, so that, for example, the temperature in the second section is 5, preferably 10, more preferably 15 and most preferably 20 C higher than in the first reaction section.
In einem gegebenenfalls vorhandenen dritten Abschnitt kann die Temperatur weiter um 5, bevorzugt um 10, besonders bevorzugt um 15 und ganz besonders bevorzugt um 200C erhöht werden.In an optionally present third section, the temperature can be further increased by 5, preferably by 10, more preferably by 15 and most preferably by 20 0 C.
Es kann auch sinnvoll sein, diesen dritten Abschnitt auf eine Temperatur oberhalb von 80, bevorzugt 100, besonders bevorzugt 120 0C zu erhitzen, um den Katalysator ther- misch zu desaktivieren. Weiterhin kann es sinnvoll sein, diesen dritten Abschnitt auf eine Temperatur unterhalb von 50, bevorzugt 45, besonders bevorzugt 40 0C abzukühlen, um die Reaktion durch Abkühlen zu stoppen (siehe unten unter d)).It may also be useful to heat this third section to a temperature above 80, preferably 100, more preferably 120 0 C in order to thermally deactivate the catalyst. Furthermore, it may be useful to cool this third section to a temperature below 50, preferably 45, more preferably 40 0 C to stop the reaction by cooling (see below under d)).
Selbstverständlich kann der Rohrreaktor auch aus mehreren seriell geschalteten Rohrstücken bestehen.Of course, the tubular reactor can also consist of several serially connected pipe sections.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Rohrreaktor so ausgeführt, daß die Reynolds-Zahl Re des Reaktionsgemischs im Verlauf des Rohrreaktors zwischen Eiη- und Ausgang um mindestens 100 Einheiten, bevorzugt um mindestens 500, besonders bevorzugt um mindestens 1000 und ganz besonders bevorzugt um mindestens 2000 Einheiten sinkt.In a preferred embodiment, the tube reactor is designed so that the Reynolds number Re of the reaction mixture in the course of the tubular reactor between Eiη- and output by at least 100 units, preferably by at least 500, more preferably by at least 1000 and most preferably by at least 2000 units sinks.
Der Rohrreaktor besteht aus einer Rohrstrecke, die aus einem einzelnen Rohr oder aus einer Verschaltung von mehreren Rohren aufgebaut sein kann. Die Rohre müssen nicht sämtlich den gleichen Durchmesser aufweisen, dieser kann sich über die Reaktorlänge ändern, um gezielt auf die Reaktionsbedingungen, wie beispielsweise eine veränderte Viskosität mit fortschreitender Reaktion, zu reagieren. Die Temperaturführung des Rohrreaktors kann z.B. so erfolgen, dass der Reaktor als Doppelrohrwärme- austauscher ausgeführt wird.The tube reactor consists of a tube section, which can be constructed from a single tube or from an interconnection of several tubes. The tubes do not all have to have the same diameter, this can change over the reactor length in order to specifically react to the reaction conditions, such as a change in viscosity as the reaction progresses. The temperature control of the tubular reactor may e.g. be carried out so that the reactor is designed as a double tube heat exchanger.
Zur Vergrößerung der Produktionskapazität können erfindungsgemäß auch mehrere Rohrreaktoren parallel geschalten werden.To increase the production capacity, several tubular reactors can also be connected in parallel according to the invention.
Gegebenenfalls kann in den Rohrreaktor an einer oder mehreren Stellen, beispielsweise am Anfang und in der Mitte des Rohrreaktors, noch Katalysator, Isocyanat und/oder Lösungsmittel nachdosiert werden.Optionally, catalyst, isocyanate and / or solvent can be added to the tubular reactor at one or more points, for example at the beginning and in the middle of the tubular reactor.
Die mittlere Verweilzeit im Rohrreaktor beträgt in der Regel mindestens 1 min, bevor- zugt mindestens 2 min und besonders bevorzugt mindestens 3 min.The average residence time in the tubular reactor is generally at least 1 minute, preferably at least 2 minutes and more preferably at least 3 minutes.
Die mittlere Verweilzeit im Rohrreaktor beträgt in der Regel bis 60 min, bevorzugt bis 45 min und besonders bevorzugt bis 30 min.The average residence time in the tubular reactor is generally up to 60 minutes, preferably up to 45 minutes and more preferably up to 30 minutes.
Die Temperatur im Rohrreaktor beträgt im allgemeinen zwischen 40 0C und 150 0C, bevorzugt zwischen 45 0C und 130 0C und besonders bevorzugt zwischen 50 und 12O0C, wobei die Temperatur gestaffelt werden kann, wie oben ausgeführt.The temperature in the tubular reactor is generally between 40 0 C and 150 0 C, preferably between 45 0 C and 130 0 C and particularly preferably between 50 and 12O 0 C, wherein the temperature can be staggered, as stated above.
Der Druck in Stufe c) beträgt in der Regel nicht mehr als 10 bar abs, bevorzugt nicht mehr als 7 bar abs, besonders bevorzugt nicht mehr als 5 bar abs, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 3 bar abs und insbesondere nicht mehr als 2 bar abs. Der Druck in Stufe c) sollte mindestens 0,9 bar abs betragen, bevorzugt beträgt er mindestens normalen Druck, besonders bevorzugt mindestens 1 ,1 bar abs, ganz besonders bevorzugt mindestens 1 ,2 bar abs und insbesondere 1 ,5 bar abs.The pressure in stage c) is generally not more than 10 bar abs, preferably not more than 7 bar abs, more preferably not more than 5 bar abs, most preferably not more than 3 bar abs and in particular not more than 2 bar Section. The pressure in step c) should be at least 0.9 bar abs, preferably it is at least normal pressure, more preferably at least 1, 1 bar abs, most preferably at least 1, 2 bar abs and in particular 1, 5 bar abs.
Das Überführen des Reaktionsaustrages aus der Stufe c) in die nachfolgende Stufe kann vorteilhaft über Druckhalteventile erfolgen, wobei der Druck in Stufe c) in der Regel mindestens 0,1 bar oberhalb des in Stufe d) herrschenden Druckes betragen sollte. Ist dies nicht der Fall kann das Überführen z.B. mit Hilfe einer Pumpe oder barometrisch erfolgen. Besonders bevorzugt werden standgeregelte Ventile eingesetzt.The transfer of the reaction output from stage c) into the subsequent stage can advantageously take place via pressure-holding valves, wherein the pressure in stage c) should generally be at least 0.1 bar above the pressure prevailing in stage d). If this is not the case, transferring e.g. with the help of a pump or barometric. Particularly preferred level-controlled valves are used.
Die Innenwände des Rohrreaktors in Stufe c) sind in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hydraulisch glatt ausgeführt:The inner walls of the tube reactor in stage c) are designed to be hydraulically smooth in a preferred embodiment of the invention:
d) Stoppen der Reaktiond) stopping the reaction
Nach Erreichen des gewünschten Umsetzungsgrades kann die Reaktion durch Desak- tivierung des Katalysators, beispielsweise durch Zugabe eines Desaktivierungsmittels, durch thermische Zersetzung des Katalysators oder durch Abkühlen gestoppt werden.After reaching the desired degree of conversion, the reaction can be stopped by deactivating the catalyst, for example by adding a deactivating agent, by thermal decomposition of the catalyst or by cooling.
Der Umsatz kann in Abhängigkeit vom eingesetzten Isocyanat unterschiedlich gewählt werden. So kann vorteilhafterweise bei 1 -lsocyanato-3,3,5- trimethyl-5- (isocyanatomethyl)cyclohexan die Reaktion bei einem Umsatz von 20 - 30 %, besonders bevorzugt ca. 25% abgebrochen werden, wohingegen es bei 1 ,6- Hexamethylendiisocyanat vorteilhaft sein kann, die Reaktion bei einem Umsatz von 30 bis 40%, bevorzugt 30 bis 35% abzubrechen.The conversion can be chosen differently depending on the isocyanate used. Thus, advantageously, in the case of 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5- (isocyanatomethyl) cyclohexane, the reaction can be stopped at a conversion of 20-30%, particularly preferably about 25%, whereas for 1,6-hexamethylene diisocyanate may be advantageous to stop the reaction at a conversion of 30 to 40%, preferably 30 to 35%.
Auch die Art der Desaktivierung kann in Abhängigkeit vom eingesetzten Isocyanat unterschiedlich gewählt werden. So wird bei 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat die Umsetzung bevorzugt thermisch gestoppt. Bei der Umsetzung von 1 -lsocyanato-3,3,5- tri- methyl-5-(isocyanatomethyl)cyclohexan kann die Reaktion dagegen thermisch oder durch Zugabe eines Desaktivierungsmittels gestoppt werden.The type of deactivation can be chosen differently depending on the isocyanate used. Thus, in the case of 1,6-hexamethylene diisocyanate, the reaction is preferably stopped thermally. In the reaction of 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5- (isocyanatomethyl) cyclohexane, however, the reaction can be stopped thermally or by adding a deactivating agent.
Als Desaktivierungsmittel eignen sich beispielsweise anorganische Säuren, wie z.B. Chlorwasserstoff, phosphorige Säure oder Phosphorsäure, Carbonsäurehalogenide, wie z.B. Acetylchlorid oder Benzoylchlorid, Sulfonsäuren oder -ester, wie z.B. Methan- sulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäuremethyl- oder -ethylester, m-Chlorperbenzoesäure und vorzugsweise Dialkylphosphate wie z.B. Dibutylphosphat und insbesondere Di-2-ethylhexylphosphat.Suitable deactivating agents are, for example, inorganic acids, e.g. Hydrogen chloride, phosphorous acid or phosphoric acid, carboxylic acid halides, e.g. Acetyl chloride or benzoyl chloride, sulfonic acids or esters, e.g. Methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid methyl or ethyl ester, m-chloroperbenzoic acid and preferably dialkyl phosphates such as e.g. Dibutyl phosphate and especially di-2-ethylhexyl phosphate.
Die Desaktivierungsmittel können, bezogen auf die Menge an aktivem Trimerisie- rungskatalysator im Reaktionsgemisch, in äquivalenten oder überschüssigen Mengen verwendet werden, wobei die kleinste wirksame Menge, die experimentell einfach er- mittelt werden kann, schon aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt wird. Beispielsweise wird das Desaktivierungsmittel im Verhältnis zum aktiven Trimerisierungskatalysator von 1 - 2,5 : 1 mol/mol, bevorzugt 1 - 2 : 1 , besonders bevorzugt 1 - 1 ,5 : 1 und ganz besonders bevorzugt 1 - 1 ,2 : 1 mol/mol eingesetzt. Ist die Menge an aktivem Kataly- sator im Reaktionsgemisch nicht bekannt, so können, bezogen auf die Ausgangsmenge an eingesetztem Katalysator, 0,3 - 1 ,2 mol Desaktivierungsmittel pro mol eingesetztem Katalysator verwendet werden, bevorzugt 0,4 bis 1 ,0 mol/mol, besonders bevorzugt 0,5 bis 0,8 mol/mol.The deactivating agents can be used in the reaction mixture, in equivalent or excess amounts, based on the amount of active trimerization catalyst, with the smallest effective amount being experimentally easily obtained. can be averaged, is preferred for economic reasons. For example, the deactivating agent in relation to the active trimerization catalyst is from 1 to 2.5: 1 mol / mol, preferably 1 to 2: 1, more preferably 1 to 1, 5: 1 and most preferably 1 to 1, 2: 1 mol / mol used. If the amount of active catalyst in the reaction mixture is not known, it is possible, based on the starting amount of catalyst used, to use 0.3-1.2 mol of deactivating agent per mole of catalyst used, preferably from 0.4 to 1.0 mol / mol. mol, more preferably 0.5 to 0.8 mol / mol.
Die Zugabe ist abhängig von der Art des Desaktivierungsmittels. So wird Chlorwasserstoff bevorzugt gasförmig über oder bevorzugt durch das Reaktionsgemisch hindurch geleitet, flüssige Desaktivierungsmittel werden zumeist in Substanz oder als Lösung in einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Lösungsmittel und feste Desaktivierungsmittel in Substanz oder als Lösung oder Suspension in einem unter den Reakti- onsbedingungen inerten Lösungsmittel zugegeben.The addition depends on the type of deactivating agent. Thus, hydrogen chloride is preferably passed through gaseous or preferably through the reaction mixture, liquid deactivating agents are usually added in bulk or as a solution in a solvent inert under the reaction conditions and solid deactivating agent in bulk or as a solution or suspension in a solvent inert under the conditions of reaction ,
Die Zugabe des Desaktivierungsmittels erfolgt in der Regel bei der Reaktionstemperatur, kann aber auch bei niedrigerer Temperatur erfolgen.The addition of the deactivating agent is usually carried out at the reaction temperature, but can also be carried out at a lower temperature.
Eine thermische Desaktivierung kann bevorzugt dann erfolgen, wenn ein Trimerisierungskatalysator mit einer 2rHydroχyalkyl-ammoniumgruppe eingesetzt wird. Derartige Katalysatoren sind bei Temperaturen oberhalb von 80 0C, bevorzugt oberhalb von 100°C, besonders bevorzugt oberhalb von 120 und ganz besonders bevorzugt oberhalb von 130 thermolabil, was zu deren Desaktivierung ausgenutzt werden kann.A thermal deactivation can preferably take place when a trimerization catalyst having a 2-hydroalkylalkylammonium group is used. Such catalysts are thermolabile at temperatures above 80.degree. C., preferably above 100.degree. C., more preferably above 120 and most preferably above 130, which can be exploited for their deactivation.
Eine derartige Desaktivierung kann beispielsweise in einem Abschnitt mit der entsprechenden Temperatur in einer rückvermischten Reaktionszone b) oder, wenn vorhanden, in dem Rohrreaktor c) (siehe oben) erfolgen, durch einen Wärmetauscher, der zwischen Rührreaktor b) bzw. Rohrreaktor c) und Destillation e) geschaltet ist und der bei der betreffenden Temperatur betrieben wird, oder in der Destillation e), wenn diese bei einer entsprechenden Wandtemperatur betrieben wird.Such deactivation can be carried out, for example, in a section having the corresponding temperature in a back-mixed reaction zone b) or, if present, in the tubular reactor c) (see above), by a heat exchanger operating between stirred reactor b) or tubular reactor c) and distillation e) is switched and which is operated at the temperature in question, or in the distillation e) when operated at a corresponding wall temperature.
Selbstverständlich kann die Reaktion auch durch Abkühlen gestoppt werden, beispielsweise durch Abkühlen auf eine Temperatur unter 60 0C, bevorzugt auf unter 55, besonders bevorzugt auf unter 50, ganz besonders bevorzugt auf unter 45 und insbesondere auf unter 40 °C.Of course, the reaction can also be stopped by cooling, for example by cooling to a temperature below 60 0 C, preferably below 55, more preferably below 50, most preferably below 45 and in particular below 40 ° C.
Ein derartiges Abkühlen kann beispielsweise in einem Abschnitt mit der entsprechenden Temperatur einer rückvermischten Reaktionszone b) oder, wenn vorhanden, in dem Rohrreaktor c) (siehe oben) erfolgen oder durch einen Wärmetauscher, der zwischen Rühr- b) oder Rohrreaktor c) und Destillation e) geschaltet ist und der bei der betreffenden Temperatur betrieben wird. Durch ein einfaches Abkühlen bleibt der Katalysator jedoch im Reaktionsgemisch enthalten und somit weiterhin aktiv, so daß die Reaktion nicht im eigentlichen Sinne bee- det ist, sondern jederzeit bei Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb von ca. 5O0C wieder aufgenommen werden kann.Such cooling may be carried out, for example, in a section having the corresponding temperature of a back-mixed reaction zone b) or, if present, in the tubular reactor c) (see above) or by a heat exchanger operating between b) or tubular reactor c) and distillation e ) and is operated at the temperature in question. By a simple cooling of the catalyst remains, however, included in the reaction mixture and thus continues to be active so that the reaction is not det BEE in the strict sense, but to be resumed at any time by heating at a temperature above about 5O 0 C can.
Mithin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, die Reaktion durch thermische Desaktivie- rung des Katalysators oder durch ein Desaktivierungsmittel zu stoppen.It is therefore preferred according to the invention to stop the reaction by thermal deactivation of the catalyst or by a deactivating agent.
e) Destillatione) distillation
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isocyanuratgruppen aufweisende Polyisocyanate enthaltende Reaktionsgemisch kann abschließend in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Dünnschichtdestillation, bei einer Temperatur von 100 bis 180 0C, gegebenenfalls im Vakuum, gegebenenfalls zusätzlich mit Durch- leiten von inertem Strippgas, von gegebenenfalls vorhandenen Lösungs- oder Verdünnungsmittel und/oder vorzugsweise von überschüssigen, nicht-umgesetzten Diiso- cyanaten befreit werden, so daß die Isocyanuratgruppen aufweisenden Polyisocyanate mit einem Gehalt an monomeren Diisocyanaten von z.B. unter 1 ,0 Gew.-%, vorzugsweise unter 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt unter 0,3, ganz besonders bevorzugt unter 0,2 und insbesondere nicht mehr als 0,1 Gew% erhältlich sind.The reaction mixture containing isocyanurate-containing polyisocyanates prepared by the process according to the invention can finally be in a conventional manner, for example by thin film distillation, at a temperature of 100 to 180 0 C, optionally in vacuo, optionally additionally with passing of inert stripping gas, optionally present Solvent or diluent and / or preferably be liberated from excess, unreacted diisocyanates, so that the isocyanurate polyisocyanates containing monomeric diisocyanates of, for example, under 1, 0 wt .-%, preferably below 0.5 wt. -%, more preferably less than 0.3, most preferably less than 0.2 and in particular not more than 0.1% by weight are available.
Als Apparate dafür dienen Flash-, Fallfilm-, Dünnschicht- und/oder Kurzwegverdampfer, denen gegebenenfalls eine kurze Kolonne aufgesetzt sein kann.The apparatuses used for this purpose are flash, falling film, thin film and / or short path evaporators, to which optionally a short column can be placed.
Die Destillation erfolgt in der Regel bei einem Druck zwischen 0,1 und 300 hPa, bevorzugt unter 200 hPa und besonders bevorzugt unter 100 hPa.The distillation is generally carried out at a pressure between 0.1 and 300 hPa, preferably below 200 hPa and more preferably below 100 hPa.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Destillation mehrstufig durchgeführt in beispielsweise 2 bis 5 Stufen, bevorzugt 2 bis 4 Stufen und besonders bevorzugt 3 bis 4 Stufen.In a preferred embodiment, the distillation is carried out in several stages, for example in 2 to 5 stages, preferably 2 to 4 stages and particularly preferably 3 to 4 stages.
Dabei wird der Druck vorteilhafterweise von Stufe zu Stufe abgesenkt, beispielsweise beginnend bei 300 - 500 hPa über 100 bis 300 hPa auf 10 bis 100 hPa und anschließend auf 0,1 bis 1O hPa.The pressure is advantageously lowered from stage to stage, for example starting at 300-500 hPa over 100 to 300 hPa to 10 to 100 hPa and then to 0.1 to 10 hPa.
Die Temperatur in den einzelnen Destillationsstufen beträgt jeweils von 90 bis 220 0C.The temperature in the individual distillation stages is in each case from 90 to 220 0 C.
Vorteilhafterweise wird die erste Stufe in einem einfachen Apparat durchgeführt, beispielsweise einem Umlauf-, Flash- oder Kerzenverdampfer und die nachfolgenden Stu- fen in komplizierteren Apparaten, beispielsweise in Fallfilmverdampfern, Dünnschichtverdampfern, beispielsweise Sambay®- oder Luwaverdampfer, oder Kurzwegverdamp- fem. Dabei ist es vorteilhaft, apparative Maßnahmen zu ergreifen, durch die die Ver- weilzeit der Ströme und damit deren thermische Belastung verringert wird, beispielsweise Verzicht auf Zwischenbehälter oder Vorlagebehälter, kurze Rohrwege oder kleinstmögliche Ausführung der Sumpfvolumina.Advantageously, the first stage is carried out in a simple apparatus, for example a circulation, flash or candle evaporator and the subsequent stages in more complicated apparatus, for example in falling-film evaporators, thin-film evaporators, for example Sambay® or Luwa evaporators, or short-path evaporators It would be advantageous to adopt technical measures which because of the time the streams and thus their thermal load is reduced, for example, waiver of intermediate tank or storage tank, short pipe routes or smallest possible execution of the sump volumes.
Das in der Stufe e) abgetrennte Destillat von monomerem Isocyanat wird bevorzugt in die Stufe a) zurückgeführt und von neuem, ergänzt um frisch zugeführtes Isocyanat, in die Reaktion eingesetzt.The separated in step e) distillate of monomeric isocyanate is preferably recycled to the stage a) and used anew, supplemented by freshly fed isocyanate, in the reaction.
Falls erforderlich kann dieses rückgeführte Destillat einer Behandlung zur Verbesse- rung der Farbzahl unterworfen werden, beispielsweise einer Filtration über Filter, Aktivkohle oder Aluminiumoxid.If necessary, this recycled distillate may be subjected to a color number-improving treatment such as filtration through a filter, activated carbon or alumina.
Falls erforderlich kann das fertige Produkt vor Durchführung des Schrittes f) noch zur Verbesserung der Farbzahl behandelt werden, beispielsweise mit einem Peroxid, wie beschrieben in EP-A1 630 928.If necessary, the finished product can be treated before performing step f) to improve the color number, for example with a peroxide, as described in EP-A1 630 928.
Das fertige Produkt kann optional in einem Schritt f) mit einem Lösungsmittels vermischt werden.The finished product can optionally be mixed in a step f) with a solvent.
Beispiele für derartige Lösungsmittel sind aromatische und/oder (cyclo)aliphatische Kohlenwasserstoffe und deren Gemische, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Ester und Ether.Examples of such solvents are aromatic and / or (cyclo) aliphatic hydrocarbons and mixtures thereof, halogenated hydrocarbons, esters and ethers.
Bevorzugt sind aromatische Kohlenwasserstoffe, (cyclo)aliphatische Kohlenwasserstof- fe, Alkansäurealkylester, alkoxylierte Alkansäurealkylester und deren Gemische.Preference is given to aromatic hydrocarbons, (cyclo) aliphatic hydrocarbons, alkanoic acid alkyl esters, alkoxylated alkanoic acid alkyl esters and mixtures thereof.
Besonders bevorzugt sind ein- oder mehrfach alkylierte Benzole und Naphthaline, Alkansäurealkylester und alkoxylierte Alkansäurealkylester sowie deren Gemische.Particularly preferred are mono- or polyalkylated benzenes and naphthalenes, Alkansäurealkylester and alkoxylated Alkansäurealkylester and mixtures thereof.
Als aromatische Kohlenwasserstoffgemische sind solche bevorzugt, die überwiegend aromatische C7- bis C14-Kohlenwasserstoffe umfassen und einen Siedebereich von 110 bis 300 0C umfassen können, besonders bevorzugt sind Toluol, o-, m- oder p- XyIoI, Trimethylbenzolisomere, Tetramethylbenzolisomere, Ethylbenzol, Cumol, Tetra- hydronaphthalin und solche enthaltende Gemische.As the aromatic hydrocarbon mixtures, preferred are those which comprise predominantly aromatic C 7 - to C 14 include hydrocarbons and may comprise a boiling range from 110 to 300 0 C, particularly preferably toluene, o-, m- or p-xylene, trimethylbenzene isomers, tetramethylbenzene, Ethylbenzene, cumene, tetrahydronaphthalene and mixtures containing such.
Beispiele dafür sind die Solvesso®-Marken der Firma ExxonMobil Chemical, besonders Solvesso® 100 (CAS-Nr. 64742-95-6, überwiegend C9 und C10-Aromaten, Siedebereich etwa 154 - 178 0C), 150 (Siedebereich etwa 182 - 207 0C) und 200 (CAS-Nr. 64742-94-5), sowie die Shellsol®-Marken der Firma Shell. Kohlenwasser- stoffgemische aus Paraffinen, Cycloparaffinen und Aromaten sind auch unter den Bezeichnungen Kristallöl (beispielsweise Kristallöl 30, Siedebereich etwa 158 - 198 0C oder Kristallöl 60: CAS-Nr. 64742-82-1 ), Testbenzin (beispielsweise ebenfalls CAS-Nr. 64742-82-1) oder Solventnaphtha (leicht: Siedebereich etwa 155 - 180 0C, schwer: Siedebereich etwa 225 - 300 0C1) im Handel erhältlich. Der Aromatengehalt derartiger Kohlenwasserstoffgemische beträgt in der Regel mehr als 90 Gew%, bevorzugt mehr als 95, besonders bevorzugt mehr als 98 und ganz besonders bevorzugt mehr als 99 Gew%. Es kann sinnvoll sein, Kohlenwasserstoffgemische mit einem besonders verringerten Gehalt an Naphthalin einzusetzen.Examples include Solvesso® brands from ExxonMobil Chemical, particularly Solvesso 100 (CAS No. 64742-95-6, predominantly C9 and C 10 aromatics, boiling range about 154 -. 178 0 C), 150 (boiling range about 182-207 0 C) and 200 (CAS No. 64742-94-5), as well as the Shellsol® brands of Shell. Hydrocarbon mixtures of paraffins, cycloparaffins and aromatics are also known under the names of crystal oil (for example, crystal oil 30, boiling range about 158-198 0 C or crystal oil 60: CAS No. 64742-82-1), white spirit (for example, also CAS-No. 64742-82-1) or solvent naphtha (light: boiling range about 155-180 0 C, heavy: boiling range about 225-300 0 C 1 ) commercially available. The aromatic content of such hydrocarbon mixtures is generally more than 90% by weight, preferably more than 95, more preferably more than 98, and very preferably more than 99% by weight. It may be useful to use hydrocarbon mixtures with a particularly reduced content of naphthalene.
Es stellt einen Vorteil der vorliegenden Erfindung dar, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch solche Lösungsmittel mit Polyisocyanaten vermischt werden können, die eine Dichte bei 200C gemäß DIN 51757 von weniger als 1 g/cm3 aufweisen, bevorzugt weniger als 0,95 und besonders bevorzugt weniger als 0,9 g/cm3.It is an advantage of the present invention that with the inventive method, such solvents can be mixed with polyisocyanates having a density at 20 0 C according to DIN 51757 of less than 1 g / cm 3 , preferably less than 0.95 and more preferably less than 0.9 g / cm 3 .
Der Gehalt an aliphatischen Kohlenwasserstoffen beträgt in der Regel weniger als 5, bevorzugt weniger als 2,5 und besonders bevorzugt weniger als 1 Gew%.The content of aliphatic hydrocarbons is generally less than 5, preferably less than 2.5 and more preferably less than 1% by weight.
Halogenierte Kohlenwasserstoffe sind beispielsweise Chlorbenzol und Dichlorbenzol oder dessen Isomerengemische.Halogenated hydrocarbons are, for example, chlorobenzene and dichlorobenzene or isomeric mixtures thereof.
Ester sind beispielsweise n-Butylacetat, Ethylacetat, 1 -Methoxypropylacetat-2 und 2- Methoxyethylacetat.Esters include, for example, n-butyl acetate, ethyl acetate, 1-methoxypropyl acetate-2 and 2-methoxyethyl acetate.
Ether sind beispielsweise THF, Dioxan sowie die Dimethyl-, -ethyl- oder -n-butylether von Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol oder Tripropylenglykol.Ethers are, for example, THF, dioxane and the dimethyl, ethyl or n-butyl ethers of ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol or tripropylene glycol.
(Cyclo)aliphatische Kohlenwasserstoffe sind beispielsweise Dekalin, alkyliertes Dekalin und Isomerengemische von geradlinigen oder verzweigten Alkanen und/oder Cycloal- kanen.Examples of (cyclo) aliphatic hydrocarbons include decalin, alkylated decalin and isomer mixtures of straight-chain or branched alkanes and / or cycloalkanes.
Weiterhin bevorzugt sind n-Butylacetat, Ethylacetat, 1 -Methoxypropylacetat-2, 2-Me- thoxyethylacetat, sowie deren Gemische, insbesondere mit den oben aufgeführten aromatischen Kohlenwasserstoffgemischen.Preference is furthermore given to n-butyl acetate, ethyl acetate, 1-methoxypropyl acetate-2,2-methoxyethyl acetate, and mixtures thereof, in particular with the abovementioned aromatic hydrocarbon mixtures.
Derartige Gemische können im Volumenverhältnis 5:1 bis 1 :5 erstellt werden, bevor- zugt im Volumenverhältnis 4:1 bis 1 :4, besonders bevorzugt im Volumenverhältnis 3:1 bis 1 :3 und ganz besonders bevorzugt im Volumenverhältnis 2:1 bis 1 :2.Such mixtures can be prepared in a volume ratio of 5: 1 to 1: 5, preferably in a volume ratio of 4: 1 to 1: 4, more preferably in a volume ratio of 3: 1 to 1: 3 and most preferably in a volume ratio of 2: 1 to 1 : 2nd
Bevorzugte Beispiele sind Butylacetat/Xylol, Methoxypropylacetat/Xylol 1 :1 , Butylace- tat/Solventnaphtha 100 1 :1 , Butylacetat/Solvesso® 100 1 :2 und Kristallöl 30/Shellsol® A 3:1. Der Gehalt der Polyisocyanate in den Lösungsmittelgemischen kann in der Regel bis zu 98 Gew%, bezogen auf die Summe aus Polyisocyanat und Lösungsmittel, betragen, bevorzugt bis 95 Gew%, besonders bevorzugt bis 90 Gew%, ganz besonders bevorzugt bis 86 Gew% und insbesondere bis zu 80 Gew%.Preferred examples are butyl acetate / xylene, methoxypropyl acetate / xylene 1: 1, butyl acetate / solvent naphtha 100 1: 1, butyl acetate / Solvesso® 100 1: 2 and crystal oil 30 / Shellsol® A 3: 1. The content of the polyisocyanates in the solvent mixtures can generally be up to 98% by weight, based on the sum of polyisocyanate and solvent, preferably up to 95% by weight, more preferably up to 90% by weight, very preferably up to 86% by weight and in particular up to 80% by weight.
Der Gehalt der Polyisocyanate in den Lösungsmittelgemischen beträgt in der Regel 50 Gew% oder mehr, bezogen auf die Summe aus Polyisocyanat und Lösungsmittel, bevorzugt 60 Gew% oder mehr, besonders bevorzugt 63 Gew% oder mehr und ganz besonders bevorzugt 65 Gew% oder mehr.The content of the polyisocyanates in the solvent mixtures is generally 50% by weight or more, based on the sum of polyisocyanate and solvent, preferably 60% by weight or more, more preferably 63% by weight or more and most preferably 65% by weight or more.
Der Gehalt an Uretdiongruppen, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden kann, ist abhängig vom verwendeten Katalysator und beträgt in der Regel weniger als 5 Gew%, bevorzugt weniger als 2,5, besonders bevorzugt weniger als 1 ,5 Gew%, ganz besonders bevorzugt weniger als 1 ,0 und insbesondere weniger als 0,5 Gew%.The content of uretdione groups which can be achieved with the process according to the invention depends on the catalyst used and is generally less than 5% by weight, preferably less than 2.5, particularly preferably less than 1.5% by weight, very particularly preferably less than 1.0, and more preferably less than 0.5 wt%.
Durch die erfindungsgemäße Reaktionsführung kann der Anteil an höheren Oligome- ren verringert werden, so daß der NCO-Gehalt näher am Idealwert des reinen Trimers und die Viskosität geringer ist, verglichen mit dem Stand der Technik.As a result of the reaction procedure according to the invention, the proportion of higher oligomers can be reduced so that the NCO content is closer to the ideal value of the pure trimer and the viscosity is lower compared to the prior art.
Die erhältlichen Mischungen von Polyisocyanaten in Lösungsmitteln werden in der Regel in der Lackindustrie verwendet. Die die erfindungsgemäßen Mischungen können beispielsweise in Beschichtungsmitteln für 1 K- oder 2K-Polyurethanlacke eingesetzt werden, beispielsweise für Grundierungen, Füller, pigmentierte Decklacke und Klarla- cke im Bereich Industrie-, insbesondere Flugzeug- oder Großfahrzeuglackierung, HoIz- , Auto-, insbesondere OEM- oder Autoreparaturlackierung, oder Dekolackierung eingesetzt werden. Besonders geeignet sind die Beschichtungsmittel für Anwendungen, in denen eine besonders hohe Applikationssicherheit, Außenwitterungsbeständigkeit, Optik, Lösemittel- und/oder Chemikalienfestigkeit gefordert werden.The available mixtures of polyisocyanates in solvents are usually used in the paint industry. The mixtures according to the invention can be used, for example, in coating compositions for 1-component or 2-component polyurethane coatings, for example for primers, fillers, pigmented topcoats and clearcoats in industrial, in particular aircraft or large-vehicle painting, automotive, in particular OEM - or car refinish, or paint finishes are used. Particularly suitable are the coating compositions for applications in which a particularly high application safety, outdoor weathering resistance, appearance, solvent and / or chemical resistance are required.
In dieser Schrift verwendete ppm- und Prozentangaben beziehen sich, falls nicht anders angegeben, auf Gewichtsprozente und -ppm. Ppm and percentages used in this specification, unless otherwise indicated, are by weight percent and ppm.

Claims

Patentansprücheclaims
1 ) Kontinuierliches Verfahren zur partiellen Trimerisierung von (cyclo)aliphatischen Isocyanaten in Gegenwart mindestens eines Katalysators, dadurch gekenn- zeichnet, daß man das Verfahren zumindest teilweise in mindestens zwei rückvermischten Reaktionszonen durchführt.1) Continuous process for the partial trimerization of (cyclo) aliphatic isocyanates in the presence of at least one catalyst, characterized in that the process is carried out at least partially in at least two backmixed reaction zones.
2) Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isocyanat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 1 ,6-Hexa- methylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat,2) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the isocyanate is selected from the group consisting of 1, 6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate,
2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethyl-1 ,6-hexamethylendiisocyanat.2,2,4- and / or 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate.
3) Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isocyanat einen Gesamtchlorgehalt von weniger als 80 mg/kg aufweist.3) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the isocyanate has a total chlorine content of less than 80 mg / kg.
4) Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Reaktionsschritte umfaßt:4) Method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises the following reaction steps:
a) gegebenenfalls Vormischen der Reaktanden b) Reaktion der Reaktanden in mindestens zwei rückvermischten Reaktionszonen c) gegebenenfalls Nachreaktion in mindestens einem Rohrreaktor d) Stoppen der Reaktion e) Destillation des Reaktionsgemischs f) optional Vermischen des Reaktionsgemischs mit einem Lösungsmit- tel(gemisch).a) optionally pre-mixing of the reactants b) reaction of the reactants in at least two back-mixed reaction zones c) optionally after-reaction in at least one tubular reactor d) stopping the reaction e) distillation of the reaction mixture f) optionally mixing the reaction mixture with a solvent (mixture).
5) Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermischen des Katalysators mit dem Isocyanat mit einem Energieein- trag in die Mischeinrichtung von 0,2 W/l erfolgt.5) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing of the catalyst with the isocyanate takes place with an energy input into the mixing device of 0.2 W / l.
6) Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung a) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Rührbehälter, statischen Mischern, Pumpe, Düsenmischeinrichtungen, Blenden- mischeinrichtungen, Koaxialmischdüsen, Y- und T-Mischern.6) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing device a) is selected from the group consisting of stirred tank, static mixers, pump, nozzle mixing devices, Blenden- mixing devices, Koaxialmischdüsen, Y and T-mixers.
7) Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eduktströme in Schritt a) bei einer Temperatur unterhalb von 50 0C vermischt. 8) Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen im Verfahren zumindest teilweise zwangsfördernd sind.7) Method according to one of the preceding claims, characterized in that mixing the educt streams in step a) at a temperature below 50 0 C. 8) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pumps are at least partially positively promoting in the process.
9) Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion durch Zugabe eines Desaktivierungsmittels, durch thermische Zersetzung des Katalysators oder durch Abkühlen stoppt.9) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reaction is stopped by addition of a deactivating agent, by thermal decomposition of the catalyst or by cooling.
10) Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das in der Stufe e) abgetrennte Destillat von monomerem Isocyanat wird in die Stufe a) zurückführt. 10) Process according to one of the preceding claims, characterized in that the separated in step e) distillate of monomeric isocyanate is recycled to the stage a).
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