WO2006136471A1 - Gemisch von diisononylestern der 1,2-cyclohexandicarbonsäure, verfahren zu deren herstellung und verwendung dieser gemische - Google Patents

Gemisch von diisononylestern der 1,2-cyclohexandicarbonsäure, verfahren zu deren herstellung und verwendung dieser gemische Download PDF

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diisononyl
cyclohexanedicarboxylic acid
esters
mixtures
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PCT/EP2006/061889
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Michael Grass
Arne Lang
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Definitions

  • the present invention relates to a mixture of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid. Also, the present invention relates to a method for producing such mixtures and their use.
  • Alicyclic polycarboxylic esters such as the esters of cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid, are used as a lubricating oil component and as auxiliaries in metalworking. Furthermore, they find use as plasticizers for plastics such as polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl butyral (PVB) and polyolefins.
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVB polyvinyl butyral
  • polyolefins polyolefins
  • esters of phthalic acid such as dibutyl, dioctyl, dinonyl or didecyl esters are used. Since these phthalates are often described as harmful to health recently, it must be feared that their use in plastics could be restricted.
  • WO 03/029339 describes that di-2-ethylhexyl phthalate (DEHP, often also referred to as DOP) and diisononyl phthalate (DINP) for most applications by di-2-ethylhexyl-l, 2-cyclohexyldicarbonklareester (DEHCH) and diisononyl 1, 2-cyclohexanedicarboxylic acid ester (DINCH) can be replaced, since the corresponding ring-hydrogenated esters with respect to their expressed by the Shore hardness softening effect similar properties as the non-ring-hydrogenated esters with the same alcohol component. Alicyclic polycarboxylic acid esters may therefore be available as substitutes, albeit with a slightly different overall performance profile, to replace the phthalates.
  • WO 00/78704 discloses a process for the hydrogenation of benzene polycarboxylic acid esters to the corresponding alicyclic compounds.
  • supported catalysts are preferably used which contain Ru alone or together with at least one metal of the L, VII or VIII subgroup of the Periodic Table and have 5 to 50% macropores.
  • DE 101 61 010 describes the preparation of cyclohexane-1,2-dicarboxylic esters starting from a diene / maleic anhydride mixture via a reaction sequence which comprises a Diels-Alder reaction.
  • Cyclohexandicarbonklareester can be obtained by esterification of cyclohexanedicarboxylic acid or suitable derivatives with the corresponding alcohols.
  • DEHP di-2-ethylhexyl phthalate
  • the object of the present invention was therefore to provide a plasticizer which has application properties which make it possible to replace the DEHP in some, preferably in as many applications as possible.
  • diisononyl cyclohexanoate can be adjusted by selecting the composition of the alcohol component such that they are suitable for replacing DEHP with as little effort as possible.
  • mixtures of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid whose isononyl radicals have a degree of branching of from 1.2 to 2.0 are particularly suitable as substitutes for DEHP as plasticizer for PVC.
  • the present invention therefore relates to a mixture of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid, which is characterized in that the isononyl radicals of the diisononyl esters contained in the mixture have a degree of branching of from 1.2 to 2.0.
  • a process for the preparation of mixtures of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid which is characterized in that in the preparation of the diisononyl esters a mixture of isomeric nonanols is used which has a degree of branching of from 1.2 to 2.0 having.
  • the present invention is the use of the mixtures according to the invention in paints or coatings, in adhesives or adhesive components, in sealants or as plasticizers in plastics or plastic components or as a solvent.
  • the mixtures according to the invention have the advantage that they have a low viscosity in Have plastisols. Furthermore, the mass loss after heat aging is low.
  • mixtures of diisononyl cyclohexanoate (DINCH) compositions according to the present invention have the advantage that they have similar or better values in terms of cold flexibilizing power than the DEHP and that they are compatible with most processing properties, e.g. B. in dry blends (powder mixtures), have a DEHP only marginally different profile.
  • DEHP diisononyl cyclohexanoate
  • 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid or its esters are understood to mean cis or trans isomerically pure compounds or else mixtures of cis and trans isomers of these compounds.
  • the mixture of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid is characterized in that the isononyl radicals of the diisononyl esters contained in the mixture have a degree of branching of from 1.2 to 2.0, preferably from 1.2 to 1.9, preferably from 1.3 to 1.8, and more preferably from 1.3 to 1.7.
  • the isononyl radicals are those which are based on primary isononanols.
  • the determination of the degree of branching can, if, as in the present invention are unsubstituted on the ring unsubstituted 1,2-Cyclohexandicarbonklareste, by 1 H NMR or 13 C-NMR methods are carried out.
  • the determination of the degree of branching is preferably carried out by means of 'H-NMR spectroscopy on a solution of the diisononyl esters in deuterochloroform (CDCl 3 ). To record the spectra, for example, 20 mg of substance are dissolved in 0.6 ml of CDCl 3 (containing 1% by mass of TMS) and filled into an NMR tube with a diameter of 5 mm.
  • Both the substance to be investigated and the CDCl 3 used can first be dried over molecular sieve in order to exclude any falsification of the measured values due to any water present.
  • the method of determining the degree of branching is advantageous over other methods for characterizing alcohol residues, as described, for example, in WO 03/029339, since impurities with water have substantially no influence on the measurement results and their evaluation.
  • the degree of branching of the primary isononyl radicals can be determined by 1 H-NMR spectroscopy, irrespective of whether the acid radical is based on a phthalic acid or a 1,2-cyclohexanecarboxylic acid, as long as the acids have no substituents which are an --O-CH 2 - group or a methyl group.
  • the NMR spectroscopic investigations can in principle be carried out with any commercially available NMR instrument.
  • an apparatus of the type Avance 500 from Bruker was used.
  • TMS tetramethylsilane
  • the obtained 1 H-NMR spectra of the mixtures of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid have resonance signals in the range of 0.5 ppm to the minimum of the lowest in the range of 0.9 to 1.1 ppm, which (essentially ) are formed by the signals of the hydrogen atoms of the methyl group (s) of the isononyl groups.
  • the signals in the range of chemical shifts from 3.6 to 4.4 ppm can (essentially) the hydrogen atoms of the methylene group, the oxygen of the alcohol or the alcohol residue is adjacent assigned.
  • the quantification is done by determining the area under the respective resonance signals, ie the area enclosed by the signal from the baseline.
  • NMR devices have devices for integrating the signal surface.
  • the integration was performed using the software "xwinnmr", version 3.5. Then, the integral value of the signals in the range of 0.5 to the minimum of the lowest in the range of 0.9 to 1.1 ppm is divided by the integral value of the signals in the range of 3.6 to 4.4 ppm, and so obtained an intensity ratio indicating the ratio of the number of hydrogen atoms present in a methyl group to the number of hydrogen atoms present in a methylene group adjacent to an oxygen.
  • the intensities must each be divided by 3 or 2 in order to obtain the ratio of the number of methyl groups in the isononyl group to the number of methylene groups adjacent to one oxygen in the isononyl group. Since a linear primary nonanol, which has only one methyl group and one oxygen adjacent methylene group, contains no branching and therefore must have a degree of branching of 0, the ratio still has to be subtracted from the ratio 1.
  • the degree of branching V can therefore be calculated according to the following formula I from the measured intensity ratio:
  • V 2/3 * I (CH 3 ) / I (OCH 2 ) -1 I
  • V degree of branching
  • 1 (CH 3 ) area integral, which is essentially assigned to the methyl hydrogen atoms
  • 1 (OCH 2 ) area integral of the methylene hydrogen atoms in the vicinity of the oxygen.
  • nonyl alcohols obtained by saponification of the diisononyl esters according to the invention less than 10 mol%, preferably less than 5 mol%, more preferably less than 1 mol% and most preferably from 0.5 to 0.0001 Mol% of 3,5,5-trimethylhexanol on.
  • the saponification of the diisononyl esters can be carried out by conventional methods by reaction with alkaline media (see, for example, Ulhnann's Enzyklopadie der Technischen Chemie, 5 Ed., A 10, pp. 254-260, 1986).
  • the determination of the proportion of 3,5,5-trimethylhexanol can be carried out in the usual way by gas chromatographic analysis methods (GC).
  • the mixture according to the invention can, for. B. by hydrogenation of Diisononylphthalaten.
  • the hydrogenation of the diisononyl phthalates can, for. B. on a catalyst containing at least one metal from the VIII subgroup, in particular from the triad iron, cobalt, nickel optionally together with at least one metal of the II, III, IV, V and / or VI subgroup of the Periodic Table. It is likewise possible to carry out the hydrogenation of the diisononyl phthalates on ruthenium-containing catalysts. Such methods are for. In EP 1042273, EP 1314714 and EP 0814098.
  • catalysts in particular those can be used which are based on a carrier having a macroporous fraction of less than 5%, such as. B. Aerolyst 7711, Degussa AG. Such catalysts and the corresponding hydrogenation are z. B. in DE 102 25 565 and DE 102 32 868, the contents of which is expressly incorporated by reference.
  • the mixture according to the invention can also be obtained by transesterification of esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid or by esterification of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid (or the corresponding anhydride) with a mixture of isomeric nonanols.
  • the mixture according to the invention is particularly preferably prepared by the process according to the invention.
  • This process for preparing mixtures of diisononyl esters of 1-cyclohexanedicarboxylic acid is characterized in that, in the preparation of the diisononyl esters, a mixture of isomeric nonanols is used which has a degree of branching of from 1.2 to 2.0.
  • the degree of branching indicates the number of branches in the molecule.
  • 1-nonanol has one Degree of branching from 0 to 3,5,5-trimethylhexanol has a degree of branching of 3.
  • the degree of branching of the mixture results from the sum of the degrees of branching of the individual components multiplied by the respective proportion of the individual component divided by the sum of the proportions of all individual components.
  • the degree of branching for mixtures can be determined in the simplest case by directly determining the proportions of the individual components. If such a determination is not possible, the degree of branching for mixtures of primary isomeric nonanols z. B. by 1 H-NMR analogous to the method described above.
  • the signals which are substantially assigned to the hydrogen atoms of the methylene group adjacent to the oxygen of the alcohol or the alcohol residue, respectively, in the range of 3.0 to 3.9 ppm the integral values of the signals are determined in the range of 0.5 to the minimum of the lowest trough in the range of 0.9 to 1.1 ppm and the signals in the range of 3.0 to 3.9 ppm.
  • the degree of branching V can be calculated in turn for a mixture of isomers according to formula I above.
  • the mixtures of isomeric nonanols used in the process according to the invention particularly preferably contain less than 10 mol%, preferably less than 5 mol%, preferably less than 1 mol% and in particular from 0 to 0.5 mol%, preferably less than 0, 1 mol%, in particular from 0.0001 to 0.1 mol% and particularly preferably less than 0.05 mol%, in particular from 0.01 to 0.05) mol% of 3,5,5-trimethylhexanol.
  • the isomer distributions in the mixtures of the isomeric nonanols can be determined by the customary measuring methods known to the person skilled in the art, such as NMR spectroscopy, GC or GC / MS spectroscopy.
  • the mixtures of isomeric nonanols used in the process according to the invention can generally be prepared by hydroformylation of octenes, which in turn can be produced in different ways.
  • octenes As a raw material for the production of octenes are generally technical C 4 - streams, which initially all isomeric C 4 olefins in addition to the saturated
  • impurities such as C 3 - and C 5 -olefins and acetylenic compounds.
  • oligomerization of this olefin mixture is obtained predominantly isomeric octene mixtures in addition to higher oligomers such as C 12 - and C 16 -Olefingemischen.
  • Octene mixtures are hydroformylated to the corresponding aldehydes and then Hydrogenated to the alcohol.
  • the composition ie the isomer distribution of the technical nonanol mixtures, depends on the starting material and on the oligomerization and hydroformylation processes.
  • octene mixtures z. B. also be used those which are obtained via the so-called poly gas process, in which an oligomerization of C 3 - / C 4 mixtures of a solid acidic catalyst, preferably on a solid phosphoric acid catalyst (SP A method) is carried out.
  • SP A method solid phosphoric acid catalyst
  • This method is described inter alia in documents US 6,284,938, US 6,080,903, US 6,072,093, US 6,025,533, US 5,990,367, US 5,895,830, US 5,856,604, US 5,847,252 and US 5,081,086.
  • the nonanols obtained by these methods generally also contain fractions of octanols and decanols, so that here the average chain length of 9 carbon atoms can differ. On the determination of the degree of branching V according to the above method but this has no effect.
  • Particularly preferred mixtures of isomeric nonanols which can be used in the process according to the invention are those which are obtainable by hydroformylation and subsequent or simultaneous hydrogenation of a mixture of isomeric octenes, the mixture of isomeric octenes being brought into contact with a hydrocarbon mixture comprising butenes which has a proportion of isobutene of preferably less than 20 Wt .-%, preferably less than 10 wt .-%, more preferably less than 5 wt .-%, most preferably less than 3 wt .-%, particularly preferably less than 1 wt .-%, preferably between 0.01 and 1 wt.
  • the preparation of isomeric octenes by oligomerization of essentially linear butenes to supported nickel catalysts is e.g. B. known as OCTOL process, the z. As described in EP 0 395 857 or EP 1 029 839. In variants to the OCTOL process z. B. Ti or Zr catalysts used. Such alternative variants and in particular the catalysts are z. As described in EP 1 171 413. The mixtures of isomeric octenes are then fed to a hydroformylation.
  • the hydroformylation can be carried out in the presence of modified or unmodified cobalt or rhodium catalysts. Preferably, the hydroformylation is carried out in the presence of unmodified cobalt compounds.
  • the hydroformylation is then usually followed by hydrogenation.
  • Such hydroformylation / hydrogenation processes are e.g. B. from EP 0 850 905 and EP 1 172 349, to which express reference is made here and the content of which should belong to the disclosure of the present patent.
  • the hydroformylation can also be carried out in the presence of rhodium catalysts. Such hydroformylation processes are well known.
  • a mixture obtained by mixing isomerically pure nonanols and / or fractions of several isomeric nonanols can also be used as a mixture of isomeric nonanols.
  • Numerous isomerically pure nonanols are commercially available.
  • nonanol mixtures or fractions are commercially available which do not have the preferred properties for the inventive method.
  • Cyclohexanedioic acid or its anhydride lead to esters with the desired properties.
  • the mixture of isomeric nonanols which has a degree of branching of from 1.2 to 2.0, preferably a branching degree of from 1.2 to 1.9, preferably 1.3 to 1.8 and particularly preferably from 1.3 to 1.7, reacted with phthalic acid or phthalic anhydride in an esterification step to diisononyl phthalates (DINP) and then these diisononyl phthalates are hydrogenated.
  • DINP diisononyl phthalates
  • the esterification can be carried out in a known manner z. B. by reaction of phthalic acid or phthalic anhydride with a suitable mixture of isomeric nonanols.
  • all known esterification processes can be used in the process according to the invention as the esterification step.
  • the esterification step is carried out by a process in which the water of reaction is removed by azeotropic distillation with the alcohol and the amount of liquid removed from the reaction by the azeotropic distillation is completely or partially replenished with the alcohol.
  • the liquid amount the liquid volume removed by azeotropic distillation from the reaction, mainly consisting of water of reaction and alcohol, will be referred to hereinafter. Complete replacement of the removed amount of liquid is preferred.
  • a complete replacement of the removed amount of liquid can not or only with difficulty be realized.
  • the removed amount of liquid is only partially, z. B. only the alcohol, but not the remote reaction water, but in any case to more than 90%, preferably 95 to 98% replaced.
  • the esterification 110 to 100%, preferably 105 to 100% of the removed amount of liquid is replaced by alcohol.
  • This embodiment of the esterification has the advantage that the reaction rate is increased in comparison to known batch processes. As a result, the cycle time can be shortened, thereby achieving a higher space-time yield wind.
  • esterification can be carried out autocatalyzed or catalyzed.
  • esterification catalysts Lewis or Bröndstedt acids or organometallic substances, which need not necessarily act as acid, can be used.
  • Preferred esterification catalysts are alcoholates, carboxylic acid salts or chelate compounds of titanium or zirconium, wherein the catalyst molecule may contain one or more metal atoms.
  • tetra (isopropyl) orthotitanate and tetra (butyl) orthotitanate are used.
  • the esterification is preferably carried out in a reaction vessel in which the reaction mixture can be mixed intensively with the aid of a stirrer or a circulation pump.
  • the educts and the catalyst can be introduced into the reactor simultaneously or in succession. If a feedstock is solid at the fill temperature, it is convenient to submit the liquid feed component. Solid feedstocks can be fed as powder, granules, crystals or melt. In order to shorten the batch time, it is advisable to start heating up during filling.
  • the catalyst can be introduced in pure form or as a solution, preferably dissolved in one of the starting materials, at the beginning or only after the reaction temperature has been reached. Carboxylic acid anhydrides often react autocatalytically with alcohols, d. H. uncatalyzed to the corresponding ester carboxylic acids (half esters), for example phthalic anhydride to the phthalic acid monoester. Therefore, a catalyst is often required only after the first reaction step.
  • the alcohol to be converted which serves as an entraining agent, can be used in stoichiometric excess. Preference is given to using an excess of from 5 to 50%, particularly preferably from 10 to 30%.
  • the catalyst concentration depends on the type of catalyst. In the case of the titanium compounds which are preferably used, this is 0.005 to 1.0% by mass, based on the reaction mixture, in particular 0.01 to 0.3% by mass.
  • the reaction temperatures are when using titanium catalysts between 160 ° C and 270 ° C.
  • the optimum temperatures depend on the starting materials, reaction progress and the catalyst concentration. They can easily be determined by experiment for each individual case. Higher temperatures increase the reaction rates and promote side reactions, such as dehydration from alcohols or formation of colored by-products. It is necessary to remove the water of reaction that the alcohol can distill off from the reaction mixture.
  • the desired temperature or the desired temperature range can be adjusted by the pressure in the reaction vessel. In the case of low-boiling alcohols, therefore, the reaction is carried out at elevated pressure and in the case of higher-boiling alcohols at reduced pressure. For example, in the reaction of phthalic anhydride with a mixture of isomeric nonanols in a temperature range of 170 ° C to 250 ° C in the pressure range of 0.1 MPa to 1.0 kPa worked.
  • the amount of liquid attributable to the reaction may be partially or wholly made from alcohol obtained by working up the azeotropic distillate. It is also possible to carry out the work-up at a later time and the removed liquid amount in whole or in part by fresh alcohol, d. H. replace alcohol from a storage container. In other embodiments of esterification, the separated liquid is worked up to alcohol, preferably pure alcohol.
  • the reaction mixture which consists essentially of full ester (target product) and excess alcohol, in addition to the catalyst and / or its derivatives, small amounts of ester carboxylic acid (s) and / or unreacted carboxylic acid.
  • ester carboxylic acid s
  • unreacted carboxylic acid For working up of these Esterrohgemische the excess alcohol is removed, neutralized the acidic compounds, destroys the catalyst and the resulting solid by-products are separated. This is the largest part of the alcohol at Normal pressure or distilled off in vacuo.
  • the last traces of the alcohol can z. B. by steam distillation, especially in the temperature range of 120 to 225 ° C, are removed.
  • the separation of the alcohol can be carried out, for example, as a first or last work-up step.
  • the neutralization of the acidic substances can be carried out by adding basic compounds of the alkali and alkaline earth metals. These can be used in the form of their carbonates, bicarbonates or hydroxides.
  • the neutralizing agent can be used in solid form or preferably as a solution, in particular as an aqueous solution.
  • the neutralization can be carried out immediately after completion of the esterification reaction or after distilling off the bulk of the excess alcohol.
  • the neutralization with sodium hydroxide solution immediately after completion of the esterification reaction at temperatures above 150 ° C.
  • the introduced with the lye water can then be distilled off together with alcohol.
  • esterification step z.
  • EP 1 186 593 and EP 1 300 388 to which reference is expressly made and the contents of which should belong to the disclosure of the present patent, be taken.
  • esterification is carried out as described in DE 10 2005 021 075.9, to which reference is expressly made and the content of which is the subject of the present description.
  • the method described therein for the preparation of carboxylic acid esters by metal-catalyzed reaction of mono-, di- or polycarboxylic acids or their anhydrides with alcohol in the presence of an excess of alcohol, wherein the excess alcohol removed after esterification, the crude ester thus obtained neutralized by addition of base and then filtered is, and wherein at least a portion of the excess alcohol is removed by at least one steam distillation, is characterized in that a) in a first step, preferably after completion of the esterification reaction, by Distillation of the alcohol content in the esterification mixture is reduced to a level of less than or equal to 5% by mass, b) a first amount of base is added to the crude ester obtained in step a), so that the base, calculated in base equivalents, with the metal atom of the esterification catalyst used in a
  • the hydrogenation of diisononyl phthalates can in this embodiment of the method according to the invention z.
  • a catalyst containing at least one metal of the VIII subgroup in particular at least one metal from the triad iron, cobalt, nickel optionally together with at least one metal of the II, III, IV, V and / or VI subgroup of the Periodic Table become.
  • Preferred metals of II, III, IV, V, and / or VI subgroup are zinc and / or chromium.
  • Such catalysts are z.
  • EP 1042273, EP 1314714 and EP 0814098 to which reference is expressly made.
  • catalysts but preferably those are used which have a carrier which has a macroporous fraction of less than 5%. Such catalysts are z.
  • DE 102 25 565 and DE 102 32 868 to which reference is expressly made and the contents of which are the subject of the present description.
  • catalysts for the hydrogenation it is furthermore possible to use the catalysts described in WO 2004/046078, to which reference is expressly made and whose contents are the subject of the present description.
  • These catalysts comprise a hydrogenation-active metal, preferably a Group VIII transition metal, in particular selected from the group comprising platinum, rhodium, palladium, cobalt, nickel or ruthenium or from the I or VII transition group of the Periodic Table of the Elements, on a support material which ordered mesopores Material has.
  • ordered Mesoporen exhibiting material may, for.
  • silica can be used.
  • all catalysts used in the process according to the invention may additionally comprise an inert component (support) which contains at least one metal from the group Al, Mg, Ti, Zr and / or Si, as oxide or mixed oxide.
  • the catalysts may also contain salts of the above metals, such as sulfates and / or phosphates.
  • the catalysts used according to the invention may include processing and shaping aids such as graphite.
  • compositions each refer to the reduced catalysts.
  • the content of the catalysts in the said metals of the subgroup VIII is preferably in the range from 1 to 60% by mass, in particular in the range from 25 to 45% by mass, very particularly preferably in the range from 30 to 40% by mass. %.
  • the content of the catalysts of metals of the II, III, IV, V and / or VI subgroup (calculated as oxide) is 10 to 90% by mass, in particular 20 to 60% by mass, very particularly 20 to 40% by mass.
  • catalysts which, in reduced, active form, contain nickel at least partially in the oxidation state 0 and zinc preferably in the oxidation state +2.
  • the catalysts are prepared by methods known per se.
  • the catalysts are prepared by precipitating soluble metal salts.
  • nickel and zinc carbonate may be precipitated in a suspension of silica and optionally graphite in water.
  • steps for the preparation of the catalyst are: separation and washing of precipitation, drying, calcination, shaping and reduction.
  • the catalysts are suitably brought into a form which offers a low flow resistance in the hydrogenation, such as, for example, tablets, cylinders, extrudates or rings.
  • the commercially available catalyst H11126 from Degussa AG, Dusseldorf can be used in the hydrogenation step.
  • This catalyst has hitherto been used only for the hydrogenation of aromatic and olefinic hydrocarbons in halogen and sulfur containing raw materials. Its use for the nuclear hydrogenation of aromatic esters has only rarely been described.
  • This catalyst contains 32% by mass of nickel, 29% by mass of zinc oxide, 24% by mass of silicon dioxide.
  • catalysts which have ruthenium as the active metal.
  • at least one metal of the first and / or seventh subgroup of the Periodic Table of the Elements may additionally be present in the catalysts as active metal. Rhenium and / or copper is preferably used as further active metal.
  • the ruthenium-containing catalysts used are preferably supported catalysts.
  • the following substances can be used as carrier: activated carbon, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, aluminosilicate, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide and / or zinc oxide or mixtures thereof.
  • activated carbon silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, aluminosilicate, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide and / or zinc oxide or mixtures thereof.
  • a catalyst which has a titania support may contain alkali metals, alkaline earth metals and / or sulfur.
  • the content of the active metals d. H. the metals of the first and / or seventh and / or eighth
  • Subgroup of the Periodic Table of the Elements in the catalyst is generally from 0.1 to 30% by mass.
  • the content of ruthenium, calculated as metal, is preferably in the range of
  • the hydrogenation in this embodiment of the process according to the invention is preferably carried out in the liquid phase.
  • the hydrogenation can be carried out continuously or discontinuously on suspended or lumpy catalysts arranged in a fixed bed.
  • continuous hydrogenation on a catalyst arranged in a fixed bed, in which the product / educt phase is mainly in the liquid state under reaction conditions, is preferred.
  • the hydrogenation is carried out continuously on a catalyst arranged in a fixed bed, it is expedient to convert the catalyst into the active form before the hydrogenation. This can be done by reducing the catalyst with hydrogen-containing gases according to a temperature program. The reduction may optionally be carried out in the presence of a liquid phase which trickles over the catalyst.
  • the liquid phase used may be a solvent or the hydrogenation product.
  • different process variants can be selected. It may be adiabatic, polytropic or practically isothermal, d. H. with a temperature rise of typically less than 10 ° C, one or more stages are performed. In the latter case, it is possible to operate all reactors, advantageously tubular reactors, adiabatically or practically isothermally, and one or more adiabatically and the others practically isothermally. Furthermore, it is possible to hydrogenate the aromatic polycarboxylic acid esters in a straight pass or with product recirculation.
  • the hydrogenation can be carried out in the liquid / gas mixed phase or in the liquid phase in three-phase reactors in cocurrent, wherein the hydrogenating gas is distributed in a conventional manner in the liquid reactant / product stream.
  • the reactors are preferably operated with high liquid loads of 15 to 120, in particular from 25 to 80 m 3 per m 2 cross section of the empty reactor and hour. If a reactor is operated in a straight pass, the specific catalyst loading (LHSV) can assume values between 0.1 and 10 h -1 .
  • the hydrogenation can be carried out in the absence or, preferably, in the presence of a solvent.
  • a solvent it is possible to use all liquids which form a homogeneous solution with the educt and product, are inert under hydrogenation conditions and can be easily separated off from the product.
  • the solvent may also be a mixture of several substances and optionally contain water.
  • the following substances can be used as solvents: straight-chain or cyclic ethers, such as tetrahydrofuran or dioxane, and aliphatic alcohols in which the alkyl radical has 1 to 13 carbon atoms.
  • Preferred alcohols which may be used are, for example, isopropanol, n-butanol, isobutanol, n-pentanol, 2-ethylhexanol, nonanols, technical nonanol mixtures, decanol, technical decanol mixtures, tridecanols.
  • alcohols it may be expedient to use that alcohol or that alcohol mixture which would be formed in the saponification of the product, ie here the mixture of isomeric nonanols. As a result, the by-product formation is excluded by transesterification.
  • Another preferred solvent is the hydrogenation product itself.
  • the aromatics concentration in the reactor feed can be limited, whereby a better temperature control in the reactor can be achieved. This can result in minimization of side reactions and thus an increase in product yield.
  • the aromatics content in the reactor feed is preferably between 1 and 35%, in particular between 5 and 25%.
  • the desired concentration range can be used in reactors, which are operated in Sch Anlagenfahrweise by the circulation rate (ratio of recycled hydrogenation to educt) can be adjusted.
  • the hydrogenation can be carried out in a pressure range from 3 to 25 MPa, in particular from 5 to 10 MPa.
  • the hydrogenation temperatures are preferably in the range of 60 to 200 ° C, in particular in the range of 80 to 140 ° C.
  • Hydrogenation gases which can be used are any hydrogen-containing gas mixtures which do not contain harmful amounts of catalyst poisons, such as, for example, carbon monoxide or hydrogen sulphide.
  • the inert gas constituents may be, for example, nitrogen or methane.
  • Hydrogen is preferably used in a purity of greater than 95%, in particular greater than 98%.
  • the mixture of DINCH is prepared by transesterification of esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid with a mixture of isomeric nonanols having a degree of branching of from 1.2 to 2.0, preferably a degree of branching of from 1.2 to 1, 9, preferably 1.3 to 1.8 and more preferably from 1.3 to 1.7, obtained.
  • Alkyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid whose alkyl radicals have 1 to 9, preferably 2 to 8, carbon atoms are preferably reacted with the mixture of isomeric nonanols in a transesterification.
  • alkyl radicals may be aliphatic, straight-chain or branched, alicyclic or aromatic.
  • One or more methylene groups of these alkyl groups may be substituted by oxygen. It is expedient that the alcohols which form the reactant ester boil lower than the mixture of isomeric nonanols used, preferably lower than the low-boiling nonanol, which is contained in the mixture of the isomeric nonanols.
  • a most preferred feedstock is the dimethyl ester of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid.
  • the transesterification is preferably catalytically, for example with Brönstedt or Lewis acids or bases.
  • catalyst No matter which catalyst is used, there is always a temperature-dependent equilibrium between the starting materials (alkyl ester and mixture of isomeric nonanols) and the products (mixture of isomeric cyclohexanedicarboxylic acid diisononyl ester and liberated alcohols).
  • the alcohol formed from the reactant ester is preferably distilled off from the reaction mixture. It is expedient to use the mixture of isomeric nonanols in excess. Preference is given to using from 5 to 50%, in particular from 10 to 30%, more mixture of isomeric nonanols than corresponds to the amount necessary to form the ester.
  • acids such as sulfuric acid, methanesulfonic acid or p-toluenesulfonic acid, or metals or their compounds can be used.
  • Suitable z As tin, titanium, zirconium, which are used as finely divided metals or expediently in the form of their salts, oxides or as soluble organic compounds.
  • the metal catalysts are high-temperature catalysts that only reach their full activity at temperatures above 180 ° C. However, they are preferably used because, compared to the proton catalysis less by-products, such as olefins from the alcohol used to form.
  • Exemplary representatives of metal catalysts are tin powder, stannous oxide, stannous oxalate, titanic acid esters such as tetraisopropyl orthotitanate or tetrabutyl orthotitanate and zirconium esters such as tetrabutyl zirconate.
  • Hydrogen carbonates, carbonates or alkoxides of alkali or alkaline earth metals are used.
  • Alcoholates, such as sodium methylate, are preferably used from this group.
  • Alcoholates can also be prepared in situ from an alkali metal and a nonanol or a Isononanolgemisch.
  • the catalyst concentration depends on the type of catalyst. It is usually between 0.005 to 1.0 mass% based on the
  • reaction temperatures for the transesterification are usually in the range of 100 to 220 ° C. They must be at least high enough for the alcohol resulting from the reactant ester to be able to distill out of the reaction mixture at the given pressure, usually atmospheric pressure.
  • transesterification mixtures can be worked up exactly as described for the esterification steps from the esterification step of the first embodiment of the process according to the invention.
  • the mixture of DINCH is obtained by reacting 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid or a corresponding derivative, in particular the corresponding anhydride, with the mixture of isomeric nonanols having a degree of branching of from 1.2 to 2.0 a degree of branching of 1.2 to 1.9, preferably 1.3 to 1.8 and more preferably from 1.3 to 1.7, is esterified.
  • the esterification can be carried out in the same manner as described in the esterification step of the first embodiment of the method according to the invention, with the difference that instead of phthalic l ⁇ -Cyclohexandicarbonklare or instead of phthalic anhydride, the anhydride of l ⁇ -cyclohexanedicarboxylic acid is used.
  • the 1-cyclohexanedicarboxylic acid or its anhydride are e.g. B. available from Aldrich.
  • This method can, for. B. include the following steps:
  • the mixtures according to the invention can also be obtained by mixing diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid or mixtures thereof which have different degrees of branching with respect to the isononyl radicals, and which, taken alone, have a degree of branching outside the claimed range.
  • the mixing can be done by usual methods.
  • the mixtures of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid according to the invention can be used in paints, inks or coatings, in plastisols, adhesives or adhesive components, in sealants or as plasticizers in plastics or plastic components or as solvents.
  • Preferred plastisols are, in particular, PVC plastisols.
  • Preferred plastics are PVC, homopolymers and copolymers based on ethylene, propylene, butadiene, vinyl acetate, glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, methacrylates, acrylates, Acrylates having attached to the oxygen atom of the ester group alkyl radicals of branched or unbranched alcohols having one to ten carbon atoms, styrene, acrylonitrile, homo- or copolymers of cyclic olefins.
  • plastics As representatives of the above groups, for example, the following plastics may be mentioned:
  • mixtures according to the invention can be used to modify plastic mixtures, for example the mixture of a polyolefin with a polyamide.
  • housings for electrical appliances such as kitchen appliances, computer housings, housings and components of phono and televisions, pipelines, apparatus, cables, wire sheathing, insulating tapes, in interior fittings, in vehicle and furniture construction, plastisols, in floor coverings, medical articles, food packaging, seals, Films, composite films, records, artificial leather, toys, packaging containers, adhesive tape, clothing, coatings, fibers for fabrics, coated fabrics.
  • mixtures of plastic, in particular PVC, mixtures according to the invention of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid for example, be used for the preparation of the following products:
  • Such mixtures of plastic, in particular flexible PVC or plastisols, which contain PVC and inventive mixtures of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid preferably contain from 5 to 120 parts by mass, preferably from 10 to 100 parts by mass and more preferably from 20 to 80 parts by mass the inventive mixtures of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid per 100 parts by mass of PVC.
  • the mixtures of diisononyl esters of 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid according to the invention can be used as a lubricating oil component, as a constituent of cooling liquids and metalworking fluids.
  • the reaction product contained 93.5% by weight of 3,5,5-trimethylhexanal, 2.5% by weight of 3,5,5-trimethylhexanol, 3.4% by weight of Cs-residual hydrocarbons and 0.6% by weight. % High boilers (determined by GC).
  • the reaction product was freed from the rhodium catalyst by distillation.
  • the Rh-free hydroformylation discharge was then hydrogenated in the liquid phase in a fixed bed reactor in the presence of a Cu / Cr / Ni catalyst (H 14279, Degussa AG, Dusseldorf) at 180 ° C and 25 bar.
  • the temperature was kept constant over the addition of toluene. After 7.5 hours, the acid number was ⁇ 0.1 mg KOH / g (here and in the examples listed below, determined according to DIN EN ISO 2114, according to the colorimetric titration method according to method A, wherein the solvent used is a toluene / isopropanol / water mixture was used with a volume ratio of 1 to 1.5 to 0.2), which corresponds to a more than 99.9% conversion of Cyclohexanklads.
  • the apparatus was evacuated and heated to 180 ° C. About a dip tube with attached dropping funnel was added dropwise at 180 ° C and 5-20 hPa slowly water to purify the ester. After completion of the cleaning, the heating was turned off and the product was cooled under vacuum. At 100 ° C, the ester was filtered on a suction filter paper filter (grade 389, Filtrak) and filter aid (perlite). Table 1:
  • Example 3 NMR spectroscopic examination of the various DINCH types Measuring device: NMR spectrometer Avance 500 from Bruker
  • Probe head BBO probe head, 5mm
  • TMS Tetramethylsilane
  • the area in this area is essentially determined by the signals of the methylene hydrogen atoms of the methylene group, which is adjacent to the oxygen of the alcohol or the alcohol radical.
  • the integration took place with the software xwinnmr 3.5 (Bruker).
  • the degree of branching V can then be determined from the ratio of the area integral which is substantially assigned to the methylhydrogen atoms 1 (CH 3 ) divided by three (for the three methyl hydrogen atoms) to the area integral of the methylene hydrogen atoms adjacent to the oxygen 1 (OCH 2 ). divided by 2 (for the two methylenic hydrogen atoms) minus one according to the following formula:
  • V 2/3 * I (CH 3 ) / I (OCH 2 ) -1
  • Example 6 Determination of the Glass Transition Temperature of the Test Specimens 60 mm long, 8 mm wide and 1 mm thick pieces were punched out of the specimens prepared according to Example 5 and of these in a torsion pendulum of the type MYRENNE ATM III according to DIN EN ISO 6721 (Part 2, Method B, clamping length 50 mm) at temperatures of -100 ° C to +100 ° C and a frequency of 1 s "1 respectively the stiffness G 'and the loss modulus G" determined. From the maximum of G ", the glass transition temperature T G was determined, which is a measure of the flexibility at low temperatures The glass transition temperatures of the test specimens are listed in Table 3:
  • Example 7 Determination of the mass loss of the specimens after heat aging
  • test specimens were stored for at least 24 h under standard conditions (23 ° C, 50% relative humidity). Then three test specimens of each series were weighed to the nearest 0.1 mg on an analytical balance and then suspended in a Heraeus (now Kendro) UT 6060 drying oven at 100 ° C. for seven days under fresh air supply (about 2.6 m 3 per hour) , The temperature was measured by a PT100 temperature sensor independent of the device (mounted indoors, distance to the wall at least 100 mm). Raschig rings were used to maintain a sufficient distance between samples (5 mm). To the inner walls a minimum distance of 30 mm was kept.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gemisch von Diisononylester der 1,2- Cyclohexandicarbonsäure, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Isononylreste der im Gemisch enthaltenen Diisononylester einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0 aufweisen, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie die Verwendung solcher Gemische.

Description

Gemisch von Diisononylcstcrn der 1,2-Cvclohexandicarbonsäure, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung dieser Gemische
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gemisch von Diisononylestern der 1,2- Cyclohexandicarbonsäure. Ebenfalls betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solcher Gemische und deren Verwendung.
Alicyclische Polycarbonsäureester, wie beispielsweise die Ester der Cyclohexan-1,2- dicarbonsäure, werden als Schmierölkomponente und als Hilfsmittel bei der Metallverarbeitung eingesetzt. Weiterhin finden sie als Weichmacher für Kunststoffe wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylbutyral (PVB) und Polyolefine Verwendung.
Für die Weichmachung von PVC werden zur Zeit überwiegend Ester der Phthalsäure, wie beispielweise Dibutyl-, Dioctyl-, Dinonyl- oder Didecylester, verwendet. Da diese Phthalate in letzter Zeit häufig als gesundheitsschädlich bezeichnet werden, muss befürchtet werden, dass deren Einsatz in Kunststoffen eingeschränkt werden könnte. In WO 03/029339 wird beschrieben, dass Di-2-ethylhexylphthalate (DEHP, oft auch als DOP bezeichnet) und Diisononylphthalate (DINP) für die meisten Anwendungen durch Di-2-ethylhexyl-l,2- cyclohexyldicarbonsäureester (DEHCH) und Diisononyl-l,2-cyclohexandicarbonsäureester (DINCH) ersetzt werden können, da die entsprechenden kernhydrierten Ester bezüglich ihrer durch die Shore-Härte ausgedrückte weichmachende Wirkung ähnliche Eigenschaften aufweisen wie die nicht kernhydrierten Ester mit gleicher Alkoholkomponente. Alicyclische Polycarbonsäureester könnten deshalb als Ersatzstoffe, wenn auch mit einem insgesamt etwas anderen anwendungstechnischen Profil, zum Ersatz der Phthalate zur Verfügung stehen.
In den meisten Fällen ist der wirtschaftlichste Weg zur Herstellung von alicyclischen Polycarbonsäureestern die Kernhydrierung der entsprechenden aromatischen Polycarbonsäureester, beispielsweise der o. g. Phthalate. Es sind hierzu bereits einige Verfahren bekannt:
In US 5 286 898 und US 5 319 129 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Dimethylterephthalat an geträgerten Pd-Katalysatoren, die mit Ni, Pt und/oder Ru dotiert sind, bei Temperaturen größer oder gleich 140 °C und einem Druck zwischen 50 und 170 bar zum entsprechenden Hexahydrodimethylterephthalat hydriert werden kann.
In DE 28 23 165 werden aromatische Carbonsäureester an geträgerten Ni, Ru, Rh und/oder Pd-Katalysatoren zu den entsprechenden alicyclischen Carbonsäureestern bei 70 bis 250 °C und 30 bis 200 bar hydriert. US 3 027 398 offenbart die Hydrierung von Dimethylterephthalat an geträgerten Ru-Katalysatoren bei 110 bis 140°C und 3,5 bis 10,5 MPa.
In WO 00/78704 wird ein Verfahren zur Hydrierung von Benzolpolycarbonsäureestern zu den entsprechenden alicyclischen Verbindungen offengelegt. Dabei werden bevorzugt Trägerkatalysatoren eingesetzt, die Ru alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der L, VII. oder VIII. Nebengruppe des Periodensystems enthalten und 5 bis 50 % Makroporen aufweisen.
In DE 101 61 010 ist die Herstellung von Cyclohexan-l,2-dicarbonsäureestern ausgehend von einem Dien/Maleinsäureanhydrid-Gemisch über eine Reaktionssequenz, die eine Diels-Alder- Reaktion umfasst, beschrieben.
Weiterhin können die Cyclohexandicarbonsäureester durch Veresterung von Cyclohexandicarbonsäure oder geeigneten Derivaten mit den entsprechenden Alkoholen erhalten werden.
Häufig werden in der Technik Gemische von isomeren Estern eingesetzt. Ausgehend von EP 1 042 273 oder DE 101 16 812 lag jedoch die Vermutung nahe, dass die diversen dort beanspruchten Cyclohexansäurediisononylester, die beispielsweise aus verschiedenen Diisononylphthalaten (DINP) durch Kernhydrierung zugänglich sind, sich in ihren Eigenschaften nicht grundsätzlich unterscheiden. Insbesondere wurden die Hydrierprodukte der DINP-Typen, deren Alkoholketten auf Basis von n-Buten oder iso-Buten erhalten werden können, als geeignet bezeichnet.
Eines der wichtigsten Phthalate ist das Di-2-ethylhexylphthalat (DEHP). Auf Grund einer möglichen Gesundheitsgefährdung, die evtl. von der Verwendung dieses Weichmachers ausgehen kann, wird in sensiblen Anwendungen wie zum Beispiel Medizinalartikel, Spielzeug oder im Lebensmittelkontaktbereich nach Weichmachern gesucht, die die Phthalate, insbesondere das DEHP substituieren könnten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb in der Bereitstellung eines Weichmachers, der anwendungstechnische Eigenschaften aufweist, die es ermöglichen, das DEHP in einigen, vorzugsweise in möglichst vielen Anwendungen, zu ersetzen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die anwendungstechnischen Eigenschaften der Cyclohexansäurediisononylester durch Wahl der Zusammensetzung der Alkoholkomponente so eingestellt werden können, dass sie geeignet sind, DEHP mit möglichst geringem Aufwand zu ersetzen. Überraschenderweise wurde gefunden, dass Gemische von Diisononylestern der 1,2- Cyclohexandicarbonsäure, deren Isononylreste einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0 aufweisen, besonders gut als Ersatz von DEHP als Weichmacher für PVC geeignet sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Gemisch von Diisononylestern der 1,2- Cyclohexandicarbonsäure, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Isononylreste der im Gemisch enthaltenen Diisononylester einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0 aufweisen.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Gemischen von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Herstellung der Diisononylester ein Gemisch isomerer Nonanole eingesetzt wird, welches einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0 aufweist.
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Gemische in Farben oder Lacken, in Klebstoffen oder Klebstoffkomponenten, in Dichtungsmassen oder als Weichmacher in Kunststoffen oder Kunststoffkomponenten oder als Lösemittel.
Die erfindungsgemäßen Gemische haben den Vorteil, dass sie eine niedrige Viskosität in Plastisolen aufweisen. Weiterhin ist der Massenverlust nach Wärmealterung gering.
Außerdem haben die erfindungsgemäßen Gemische von Cyclohexansäurediisononylester (DINCH) den Vorteil, dass sie bezüglich des Kälteflexibilisierungsvermögens ähnliche oder bessere Werte aufweisen, als das DEHP und dass sie bezüglich der meisten Verarbeitungseigenschaften, z. B. in Dry-Blends (Pulvermischungen), ein vom DEHP nur marginal abweichendes Profil aufweisen. Bei einem Ersatz von DEHP durch das erfindungsgemäße DINCH können somit die erforderlichen Anpassungen auf ein Minimum begrenzt bleiben.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung, deren Schutzbereich sich aus den Ansprüchen und der gesamten Beschreibung ergibt, darauf beschränkt sein soll. Auch die Ansprüche selbst gehören zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung. Sind im nachfolgenden Text Bereiche bzw. Vorzugsbereiche angegeben, so sollen auch alle in diesen Bereichen liegenden, theoretisch möglichen Einzelwerte und Teilbereiche zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung gehören, ohne dass diese aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit explizit genannt worden sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes beschrieben wird, unter 1,2-Cyclohexandicarbonsäure oder deren Ester, eis- oder trans- isomerenreine Verbindungen oder auch Gemische von eis- und trans-Isomeren dieser Verbindungen verstanden.
Das Gemisch von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure (DINCH), zeichnet sich dadurch aus, dass die Isononylreste der im Gemisch enthaltenen Diisononylester einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0, vorzugsweise von 1,2 bis 1,9, bevorzugt von 1,3 bis 1,8 und besonders bevorzugt von 1,3 bis 1,7 aufweisen. Die Isononylreste sind dabei solche, die auf primären Isononanolen basieren.
Die Ermittlung des Verzeigungsgrades kann, wenn wie in der vorliegenden Erfindung ausschließlich am Ring unsubstituierte 1,2-Cyclohexandicarbonsäurereste vorliegen, durch 1H- NMR- oder 13C-NMR-Methoden erfolgen. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ermittlung des Verzweigungsgrades bevorzugt mit Hilfe der 'H-NMR-Spektroskopie an einer Lösung der Diisononylester in Deuterochloroform (CDCl3). Für die Aufnahme der Spektren werden zum Beispiel 20 mg Substanz in 0,6 ml CDCl3 (enthaltend 1 Massen-% TMS) gelöst und in ein NMR-Röhrchen mit einem Durchmesser von 5 mm gefüllt. Sowohl die zu untersuchende Substanz als auch das verwendete CDCl3 können zunächst über Molekularsieb getrocknet werden, um Verfälschungen der Messwerte durch evtl. vorhandenes Wasser auszuschließen. Die Methode der Bestimmung des Verzweigungsgrades ist gegenüber anderen Methoden zur Charakterisierung von Alkoholresten, wie sie z.B. in WO 03/029339 beschrieben werden vorteilhaft, da Verunreinigungen mit Wasser im wesentlichen keinen Einfluss auf die Messergebnisse und deren Auswertung haben. Prinzipiell können mit der 1H- NMR- Spektroskopie die Verzweigungsgrade der primären Isononylreste unabhängig davon bestimmt werden, ob der Säurerest auf einer Phthalsäure oder einer 1,2- Cyclohexancarbonsäure basiert, solange die Säuren keine Substituenten aufweisen, die eine - O-CH2-Gruppe oder eine Methyl-Gruppe enthalten. Die NMR-spektroskopischen Untersuchungen können prinzipiell mit jedem handelsüblichen NMR-Gerät durchgeführt werden. Für die vorliegenden NMR-spektroskopischen Untersuchung wurde ein Gerät vom Typ Avance 500 der Firma Bruker eingesetzt. Die Spektren wurden bei einer Temperatur von 300 K mit einem Delay (Verzögerung) von dl = 5 Sekunden, 32 Scans (Durchgänge), einer Pulslänge von 9,7 μs und einer Sweep Width (Spektrale Breite) von 10000 Hz mit einem 5 mm BBO-Probenkopf (broad band observer; Breitbanbeobachtung) aufgenommen. Die Resonanzsignale werden gegen die chemischen Verschiebungen von Tetramethylsilan (TMS = 0 ppm) als internen Standard aufgezeichnet. Mit anderen handelsüblichen NMR-Geräten werden mit den gleichen Betriebsparametern vergleichbare Ergebnisse erhalten.
Die erhaltenen 'H-NMR-Spektren der Gemische von Diisononylestern der 1,2- Cyclohexandicarbonsäure weisen im Bereich von 0,5 ppm bis zum Minimum des niedrigsten Tals im Bereich von 0,9 bis 1,1 ppm Resonanzsignale auf, die (im wesentlichen) durch die Signale der Wasserstoffatome der Methylgruppe(n) der Isononylgruppen gebildet werden. Die Signale im Bereich der chemischen Verschiebungen von 3,6 bis 4,4 ppm können (im wesentlichen) den Wasserstoffatomen der Methylengruppe, die dem Sauerstoff des Alkohols bzw. des Alkoholrests benachbart ist, zugeordnet werden. Die Quantifizierung erfolgt durch Bestimmung der Fläche unter den jeweiligen Resonanzsignalen, d. h. der vom Signal von der Grundlinie eingeschlossenen Fläche. Handelsübliche NMR-Geräte verfugen über Vorrichtungen zur Integration der Signalfläche. In den vorliegenden NMR-spektroskopischen Untersuchung wurde die Integration mit Hilfe der Software "xwinnmr", Version 3.5 durchgeführt. Anschließend wird der Integralwert der Signale im Bereich von 0,5 bis zum Minimum des niedrigsten Tals im Bereich von 0,9 bis 1,1 ppm durch den Integralwert der Signale im Bereich von 3,6 bis 4,4 ppm dividiert und man erhält so ein Intensitätsverhältnis, dass das Verhältnis der Anzahl der Wasserstoffatome die in einer Methylgruppe vorhanden sind zur Anzahl der Wasserstoffatome, die in einer einem Sauerstoff benachbarten Methylengruppe vorhanden sind, angibt. Da pro Methylgruppe drei Wasserstoffatome vorhanden sind und je einem Sauerstoff benachbarter Methylengruppe zwei Wasserstoffatome vorhanden sind, müssen die Intensitäten jeweils durch 3 bzw. 2 geteilt werden um das Verhältnis der Anzahl der Methylgruppen im Isononylrest zur Anzahl der einem Sauerstoff benachbarten Methylengruppe im Isononylrest zu erhalten. Da ein lineares primäres Nonanol, welches nur eine Methylgruppe und eine einem Sauerstoff benachbarter Methylengruppe aufweist, keine Verzweigung enthält und demnach einen Verzweigungsgrad von 0 aufweisen muss, muss von dem Verhältnis noch der Betrag 1 subtrahiert werden.
Der Verzweigungsgrad V kann also gemäß folgender Formel I aus dem gemessenen Intensitätsverhältnis berechnet werden:
V = 2/3 * I(CH3)/I(OCH2) -1 I
Mit V = Verzweigungsgrad, 1(CH3) = Flächenintegral, welches im wesentlichen den Methylwasserstoffatomen zugeordnet ist, und 1(OCH2) = Flächenintegral der Methylenwasserstoffatome in Nachbarschaft zum Sauerstoff.
Vorzugsweise weisen Nonylalkohole, die durch Verseifung der erfindungsgemäßen Diisononylester erhalten werden, weniger als 10 Mol-%, bevorzugt weniger 5 Mol-%, besonders bevorzugt weniger als 1 Mol-% und ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 0,0001 Mol-% an 3,5,5-Trimethylhexanol auf. Die Verseifung der Diisononylester kann nach üblichen Methoden durch Umsetzung mit alkalischen Medien erfolgen (siehe z. B. Ulhnann's Enzyklopädie der Technischen Chemie, 5 Ed. A 10, S. 254-260, 1986). Die Bestimmung des Anteils an 3,5,5-Trimethylhexanol kann auf übliche Weise durch gaschromatographische Analysemethoden (GC) erfolgen.
Das erfindungsgemäße Gemisch kann z. B. durch Hydrierung von Diisononylphthalaten erhalten werden. Die Hydrierung der Diisononylphthalate kann z. B. an einem Katalysator, der mindestens ein Metall aus der VIII Nebengruppe, insbesondere aus der Triade Eisen, Kobalt, Nickel optional zusammen mit mindestens einem Metall der II, III, IV, V und/oder VI Nebengruppe des Periodensystems enthält, durchgeführt werden. Ebenso ist es möglich die Hydrierung der Diisononylphthalate an Ruthenium-haltigen Katalysatoren durchzuführen. Solche Verfahren sind z. B. in EP 1042273, EP 1314714 und EP 0814098 beschrieben. Als Katalysatoren können insbesondere solche eingesetzt werden, die auf einem Träger basieren, der einen Makroporenanteil von kleiner 5 % aufweist, wie z. B. Aerolyst 7711, Degussa AG. Solche Katalysatoren und die entsprechenden Hydrierungsverfahren sind z. B. in DE 102 25 565 und DE 102 32 868 beschrieben, auf deren Inhalt ausdrücklich Bezug genommen wird.
Das erfindungsgemäße Gemisch kann aber auch durch Umesterung von Estern der 1,2- Cyclohexandicarbonsäure oder durch Veresterung von 1,2-Cyclohexandicarbonsäure (bzw. dem entsprechenden Anhydrid) mit einem Gemisch isomerer Nonanole erhalten werden.
Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Gemisch durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren zur Herstellung von Gemischen von Diisononylester der l^-Cyclohexandicarbonsäure, zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Herstellung der Diisononylester ein Gemisch isomerer Nonanole eingesetzt wird, welches einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 2,0 aufweist. Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren Gemische isomerer Nonanole eingesetzt, die eine relativ geringe Verzweigung, vorzugsweise mit einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 1,9, bevorzugt einen Verzweigungsgrad von 1,3 bis 1,8 und besonders bevorzugt von 1,3 bis 1,7 aufweisen. Der Verzeigungsgrad gibt dabei die Anzahl der Verzweigungen im Molekül an. 1-Nonanol weist beispielsweise einen Verzweigungsgrad von 0 auf, 3,5,5-Trimethylhexanol weist einen Verzweigungsgrad von 3 auf. Der Verzweigungsgrad des Gemisches ergibt sich aus der Summe der Verzweigungsgrade der Einzelkomponenten multipliziert mit dem jeweiligen Anteil der Einzelkomponente geteilt durch die Summe der Anteile aller Einzelkomponenten. Der Verzweigungsgrad für Gemische kann im einfachsten Fall, durch direktes bestimmen der Anteile der Einzelkomponenten bestimmt werden. Ist eine solche Bestimmung nicht möglich, so kann der Verzeigungsgrad für Gemische primärer isomerer Nonanole z. B. mittels 1H-NMR analog zur oben beschriebenen Methode bestimmt werden. Da in einem 'H-NMR-Spektrum eines Gemisches von primären C9-Alkoholen die Signale, die im wesentlichen den Wasserstoffatomen der Methylengruppe, die dem Sauerstoff des Alkohols bzw. des Alkoholrests benachbart ist, zugeordnet werden, im Bereich von 3,0 bis 3,9 ppm auftreten, werden die Integralwerte der Signale im Bereich von 0,5 bis zum Minimum des niedrigsten Tals im Bereich von 0,9 bis 1,1 ppm und der Signale im Bereich von 3,0 bis 3,9 ppm bestimmt. Der Verzweigungsgrad V kann für ein Isomerengemisch wiederum gemäß der oben genannten Formel I berechnet werden.
Besonders bevorzugt enthalten die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Gemische isomerer Nonanole weniger als 10 Mol-%, vorzugsweise weniger als 5 Mol-%, bevorzugt weniger als 1 Mol-% und insbesondere von 0 bis 0,5 Mol-%, bevorzugt weniger als 0,1 MoI- %, insbesondere von 0,0001 bis 0,1 Mol-% und besonders bevorzugt weniger als 0,05 Mol-%, insbesondere von 0,01 bis 0,05) Mol % an 3,5,5-Trimethylhexanol. Die Isomerenverteilungen in den Gemischen der isomeren Nonanole können mit den üblichen, dem Fachmann geläufigen Messmethoden wie NMR- Spektroskopie, GC- oder GC/MS-Spektroskopie ermittelt werden.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Gemische isomerer Nonanole können generell durch Hydroformylierung von Octenen, die wiederum auf unterschiedliche Art erzeugt werden können, hergestellt werden. Als Rohstoff zur Herstellung der Octene dienen im allgemeinen technische C4- Ströme, die zunächst alle isomeren C4-Olefine neben den gesättigten
Butanen und ggf. Verunreinigungen wie C3- und C5-Olefinen und acetylenischen Verbindungen enthalten. Durch Oligomerisierung dieses Olefingemisches erhält man vorwiegend isomere Octengemische neben höheren Oligomeren wie C12- und C16-Olefingemischen. Diese
Octengemische werden zu den entsprechenden Aldehyden hydroformyliert und anschließend zum Alkohol hydriert. Die Zusammensetzung, d. h. die Isomerenverteilung der technischen Nonanolgemische ist abhängig vom Ausgangsmaterial und von den Oligomerisierungs- und Hydroformylierungsverfahren.
Als Octen-Gemische können z. B. auch solche eingesetzt werden, die über das sogenannte PoIy gas- Verfahren erhalten werden, bei dem eine Oligomerisierung von C3-/C4-Mischungen an einem festen sauren Katalysator, vorzugsweise an einem festen Phosphorsäure-Katalysator (SP A- Verfahren) durchgeführt wird. Dieses Verfahren wird unter anderem in den Dokumenten US 6,284,938, US 6,080,903, US 6,072,093, US 6,025,533, US 5,990,367, US 5,895,830, US 5,856,604, US 5,847,252 und US 5,081,086 beschrieben. Die nach diesen Verfahren erhaltenen Nonanole enthalten in der Regel auch noch Anteile von Octanolen und Decanolen, so dass hier die mittlere Kettenlänge von 9 Kohlenstoffatomen abweichen kann. Auf die Bestimmung des Verzweigungsgrads V gemäß der oben genannten Methode hat dies aber keine Auswirkung.
Besonders bevorzugte und im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbare Gemische isomerer Nonanole sind solche, die erhältlich sind durch Hydroformylierung und anschließende oder gleichzeitige Hydrierung eines Gemisches von isomeren Octenen, wobei das Gemisch isomerer Octene durch Inkontaktbringen eines Butene aufweisenden Kohlenwasserstoffgemisches, welches einen Anteil an Isobuten von vorzugsweise kleiner 20 Gew.-%, bevorzugt kleiner 10 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt kleiner 3 Gew.-%, insbesondere bevorzugt kleiner 1 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,01 und 1 Gew.-% und besonders bevorzugt zwischen 0,05 und 0,5 Gew.-% bezogen auf die Butene aufweist, mit einem Oligomerisierungskatalysator, insbesondere mit einem Nickeloxid enthaltenden Katalysator, erhalten wird. Die Herstellung von isomeren Octenen durch Oligomerisierung von im wesentlichem linearen Butenen an Nickelträgerkatalysatoren ist z. B. als OCTOL-Prozess bekannt, der z. B. in EP 0 395 857 oder EP 1 029 839 beschrieben wird. In Varianten zum OCTOL-Prozess werden z. B. Ti oder Zr aufweisende Katalysatoren eingesetzt. Solche alternative Varianten und insbesondere die Katalysatoren werden z. B. in EP 1 171 413 beschrieben. Die Gemische isomerer Octene werden anschließend einer Hydroformylierung zugeführt. Die Hydroformylierung kann in Gegenwart von modifizierten oder unmodifizierten Kobalt- oder Rhodiumkatalysatoren erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Hydroformylierung in Gegenwart von unmodifizierten Kobaltverbindungen. Der Hydroformylierung folgt anschließend üblicherweise eine Hydrierung. Solche Hydroformylierungs-/Hydrierungs-Verfahren sind z. B. aus EP 0 850 905 und EP 1 172 349 bekannt, auf die hier ausdrücklich verwiesen wird und deren Inhalt zum Offenbarungsgehalt des vorliegenden Schutzrechtes gehören soll. Die Hydroformylierung kann auch in Gegenwart von Rhodiumkatalysatoren erfolgen. Solche Hydroformylierungsverfahren sind allgemein bekannt. Spezielle Verfahren zur Hydroformylierung, die zur Herstellung von im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Gemischen isomerer Nonanole besonders gut geeignet sind, z. B. in WO 2004/020380 oder DE 103 27 435 beschrieben, auf die hier ausdrücklich verwiesen wird und deren Inhalt zum Offenbarungsgehalt des vorliegenden Schutzrechtes gehören soll. Die dort beschriebenen Verfahren werden in Gegenwart von cyclischen Kohlensäureestern durchgeführt.
Es kann auch vorteilhaft sein, das Gemisch isomerer Octene vor der Zuführung zur Hydroformylierung zunächst wie in EP 1 172 349 beschrieben zu fraktionieren. Auf diese Weise ist es möglich, Octenfraktionen zu erhalten, die besonders gut zur Herstellung von im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Gemischen isomerer Nonanole geeignet sind. Aus den Fraktionen kann dann auf relativ einfache Weise durch Mischen von geeigneten Fraktionen ein Gemisch von isomeren Octenen erhalten werden, welches zur Herstellung von Gemischen von isomeren Nonanolen zum Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann aber auch als Gemisch isomerer Nonanole ein Gemisch eingesetzt werden, das durch Mischen von isomerenreinen Nonanolen und/oder Fraktionen von mehreren isomeren Nonanolen erhalten wird. Zahlreiche isomerenreine Nonanole sind kommerziell erhältlich. Ebenso sind Nonanol-Gemische oder -Fraktionen kommerziell erhältlich, die nicht die für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugten Eigenschaften aufweisen. Durch einfaches Mischen von solchen isomerenreinen Nonanolen mit Nonanol- Gemischen lassen sich Gemische von Nonanolen herstellen, die bei der Veresterung mit
Cyclohexandisäure bzw. deren Anhydrid zu Estern mit den gewünschten Eigenschaften führen. Insbesondere ist es durch ein solches einfaches Mischen möglich, Gemische von Nonanolen zu erhalten, die den gewünschten Anteil an 3,5,5-Trimethylhexanol und an sonstigen Komponenten aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Gemischen von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure wird zunächst das Gemisch isomerer Nonanole, das einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0, vorzugsweise einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 1,9, bevorzugt 1,3 bis 1,8 und besonders bevorzugt von 1,3 bis 1,7 aufweist, mit Phthalsäure oder Phthalsäureanhydrid in einem Veresterungsschritt zu Diisononylphthalaten (DINP) umgesetzt und anschließend werden diese Diisononylphthalate hydriert.
Die Veresterung kann auf bekannte Weise z. B. durch Reaktion von Phthalsäure oder Phthalsäureanhydrid mit einem geeigneten Gemisch isomerer Nonanole erfolgen. Prinzipiell sind alle bekannten Veresterungsverfahren in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Veresterungsschritt einsetzbar. Vorzugsweise erfolgt der Veresterungsschritt allerdings nach einem Verfahren, bei dem das Reaktionswasser durch azeotrope Destillation mit dem Alkohol entfernt wird und die durch die azeotrope Destillation aus der Reaktion entfernte Flüssigkeitsmenge vollständig oder teilweise mit dem Alkohol wieder ergänzt wird. Als Flüssigkeitsmenge wird im folgenden das durch azeotrope Destillation aus der Reaktion entfernte Flüssigkeitsvolumen, hauptsächlich bestehend aus Reaktionswasser und Alkohol, bezeichnet. Ein vollständiger Ersatz der entfernten Flüssigkeitsmenge ist bevorzugt. Dies kann z. B. durch eine standgeregelte Einspeisung von Alkohol in den Reaktor erfolgen. Aus technischen Gründen kann ein vollständiger Ersatz der entfernten Flüssigkeitsmenge nicht oder nur schwer realisierbar sein. In diesen Fällen wird die entfernte Flüssigkeitsmenge nur teilweise, z. B. nur der Alkohol, nicht jedoch das entfernte Reaktionswasser, in jedem Fall aber zu mehr als 90 %, bevorzugt 95 bis 98 % wieder ersetzt.
Es kann auch erforderlich sein, mehr als die abdestillierte Flüssigkeitsmenge in den Reaktor zurückzuführen, d. h. neben der entfernten Alkoholmenge wird das Reaktionswasser ersetzt und darüber hinaus weiterer Alkohol zugegeben. In dieser Ausführungsform der Veresterung wird 110 bis 100 %, bevorzugt 105 bis 100 % der entfernten Flüssigkeitsmenge durch Alkohol ersetzt.
Diese Ausfuhrungsform der Veresterung hat den Vorteil, dass im Vergleich zu bekannten diskontinuierlichen Verfahren die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht wird. Dadurch kann die Taktzeit verkürzt werden, wodurch eine höhere Raum-Zeit-Ausbeute erreicht wind.
Die Veresterung kann autokatalysiert oder katalysiert durchgeführt werden. Als Veresterungskatalysatoren können Lewis- oder Bröndstedtsäuren oder metallorganische Stoffe, die nicht unbedingt als Säure wirken müssen, eingesetzt werden. Bevorzugte Veresterungskatalysatoren sind Alkoholate, Carbonsäuresalze oder Chelatverbindungen von Titan oder Zirkonium, wobei das Katalysatormolekül ein oder mehrere Metallatome enthalten kann. Insbesondere werden Tetra(isopropyl)orthotitanat und Tetra(butyl)orthotitanat eingesetzt.
Die Veresterung wird vorzugsweise in einem Reaktionsgefäß durchgeführt, in dem der Reaktionsansatz mit Hilfe eines Rührers oder einer Umlaufpumpe intensiv vermischt werden kann. Die Edukte und der Katalysator können gleichzeitig oder hintereinander in den Reaktor eingefüllt werden. Ist ein Einsatzstoff bei der Einfülltemperatur fest, ist es zweckmäßig, die flüssige Einsatzkomponente vorzulegen. Feste Einsatzstoffe können als Pulver, Granulat, Kristallisat oder Schmelze eingespeist werden. Um die Chargenzeit zu verkürzen, ist es ratsam, während des Einfüllens mit dem Aufheizen zu beginnen. Der Katalysator kann in reiner Form oder als Lösung, bevorzugt gelöst in einem der Einsatzstoffe, zu Beginn oder erst nach Erreichen der Reaktionstemperatur eingebracht werden. Carbonsäureanhydride reagieren häufig mit Alkoholen bereits autokatalytisch, d. h. unkatalysiert zu den entsprechenden Ester- carbonsäuren (Halbestern), beispielsweise Phthalsäureanhydrid zum Phthalsäuremonoester. Daher ist ein Katalysator häufig erst nach dem ersten Reaktionsschritt erforderlich.
Der umzusetzende Alkohol, der als Schleppmittel dient, kann im stöchiometrischen Überschuss eingesetzt werden. Bevorzugt wird ein Überschuss von 5 bis 50 %, besonders bevorzugt 10 bis 30 % eingesetzt. Die Katalysatorkonzentration hängt von der Art des Katalysators ab. Bei den bevorzugt eingesetzten Titanverbindungen beträgt diese 0,005 bis 1,0 Massen-% bezogen auf das Reaktionsgemisch, insbesondere 0,01 bis 0,3 Massen-%.
Die Reaktionstemperaturen liegen bei Verwendung von Titankatalysatoren zwischen 160 °C und 270 °C. Die optimalen Temperaturen hängen von den Einsatzstoffen, Reaktionsfortschritt und der Katalysatorkonzentration ab. Sie können für jeden Einzelfall durch Versuche leicht ermittelt werden. Höhere Temperaturen erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeiten und begünstigen Nebenreaktionen, wie beispielsweise Wasserabspaltung aus Alkoholen oder Bildung farbiger Nebenprodukte. Es ist zur Entfernung des Reaktionswassers erforderlich, dass der Alkohol aus dem Reaktionsgemisch abdestillieren kann. Die gewünschte Temperatur oder der gewünschte Temperaturbereich kann durch den Druck im Reaktionsgefäß eingestellt werden. Bei niedrig siedenden Alkoholen wird daher die Umsetzung bei Überdruck und bei höher siedenden Alkoholen bei verminderten Druck durchgeführt. Beispielsweise wird bei der Umsetzung von Phthalsäureanhydrid mit einem Gemisch isomerer Nonanole in einem Temperaturbereich von 170 °C bis 250 °C im Druckbereich von 0,1 MPa bis 1,0 kPa gearbeitet.
Die in die Reaktion zurückzuführende Flüssigkeitsmenge kann teilweise oder vollständig aus Alkohol bestehen, der durch Aufarbeitung des azeotropen Destillats gewonnen wird. Es ist auch möglich, die Aufarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt durchzuführen und die entfernte Flüssigkeitsmenge ganz oder teilweise durch frischen Alkohol, d. h. aus einem Vorratsgefäß bereitstehenden Alkohol zu ersetzen. In anderen Ausführungsformen der Veresterung wird die abgetrennte Flüssigkeit zum Alkohol, vorzugsweise zum reinen Alkohol aufgearbeitet.
Nach Beendigung der Reaktion enthält das Reaktionsgemisch, das im Wesentlichen aus Vollester (Zielprodukt) und überschüssigem Alkohol besteht, neben dem Katalysator und/oder dessen Folgeprodukte geringe Mengen an Estercarbonsäure(n) und/oder nicht umgesetzter Carbonsäure. Zur Aufarbeitung dieser Esterrohgemische wird der überschüssige Alkohol entfernt, die saueren Verbindungen neutralisiert, der Katalysator zerstört und die dabei entstandenen festen Nebenprodukte abgetrennt. Dabei wird der größte Teil des Alkohols bei Normaldruck oder im Vakuum abdestilliert. Die letzten Spuren des Alkohols können z. B. durch Wasserdampfdestillation, insbesondere im Temperaturbereich von 120 bis 225 °C, entfernt werden. Die Abtrennung des Alkohols kann beispielsweise als erster oder als letzter Aufarbeitungsschritt erfolgen.
Die Neutralisation der sauren Stoffe, wie Carbonsäuren, Estercarbonsäuren oder gegebenenfalls der saueren Katalysatoren, kann durch Zugabe von basisch wirkenden Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle erfolgen. Diese können in Form ihrer Carbonate, Hydrogencarbonate oder Hydroxide eingesetzt werden. Das Neutralisationsmittel kann in fester Form oder bevorzugt als Lösung, insbesondere als wässrige Lösung eingesetzt werden. Die Neutralisation kann sofort nach Beendigung der Veresterungsreaktion oder nach Abdestillation der Hauptmenge des überschüssigen Alkohols durchgeführt werden. Bevorzugt ist die Neutralisation mit Natronlauge sofort nach Beendigung der Veresterungsreaktion bei Temperaturen über 150 °C. Das mit der Lauge eingebrachte Wasser kann dann zusammen mit Alkohol abdestilliert werden.
Weitere Details zu geeigneten Veresterungsverfahren, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Veresterungsschritt eingesetzt werden können, können z. B. EP 1 186 593 und EP 1 300 388, auf die ausdrücklich verwiesen wird und deren Inhalt zum Offenbarungsgehalt des vorliegenden Schutzrechts gehören soll, entnommen werden.
Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Veresterung so durchgeführt wird, wie sie in DE 10 2005 021 075.9, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Inhalt Gegenstand der vorliegenden Beschreibung sein soll, beschrieben wird. Das dort beschriebene Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern durch metallkatalysierte Reaktion von Mono-, Di- oder Polycarbonsäuren oder deren Anhydriden mit Alkohol in Gegenwart eines Überschusses an Alkohol, wobei der überschüssige Alkohol nach der Veresterung entfernt, der so erhaltene Rohester durch Basenzugabe neutralisiert und anschließend filtriert wird, und wobei zumindest ein Teil des überschüssigen Alkohols durch mindestens eine Wasserdampfdestillation entfernt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass a) in einem ersten Schritt, vorzugsweise nach Beendigung der Veresterungsreaktion, durch Destillation der Alkoholgehalt im Veresterungsgemisch auf einen Anteil von kleiner-gleich 5 Massen-% reduziert wird, b) dem in Schritt a) erhaltenen Rohester eine erste Menge Base zugesetzt wird, so dass die Base, in Basenäquivalenten gerechnet, mit dem Metallatom des eingesetzten Veresterungskatalysator im molaren Verhältnis von 10 zu 1 bis 1 zu 1 steht, c) das in Schritt b) erhaltene Gemisch einer Wasserdampfdestillation unterzogen wird und dass zu Beginn und/oder im Verlauf der Wasserdampfdestillation eine zweite Menge Base dem Gemisch zugegeben wird, die mindestens der Menge entspricht, die zur Neutralisation von Restsäure notwendig ist.
Die Hydrierung der Diisononylphthalate kann in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens z. B. an einem Katalysator, der mindestens ein Metall der VIII Nebengruppe, insbesondere mindestens ein Metall aus der Triade Eisen, Kobalt, Nickel optional zusammen mit mindestens einem Metall der II, III, IV, V und/oder VI Nebengruppe des Periodensystems enthält, durchgeführt werden. Bevorzugte Metalle der II, III, IV, V, und/oder VI Nebengruppe sind Zink und/oder Chrom. Ganz besonders bevorzugt ist es möglich die Hydrierung der Diisononylphthalate an Ruthenium-haltigen Katalysatoren durchzuführen. Solche Katalysatoren sind z. B. in EP 1042273, EP 1314714 und EP 0814098 beschrieben, auf welche ausdrücklich verwiesen wird. Als Katalysatoren werden aber bevorzugt solche eingesetzt, die einen Träger aufweisen, der einen Makroporenanteil von kleiner als 5 % aufweist. Solche Katalysatoren werden z. B. in DE 102 25 565 und DE 102 32 868 beschrieben, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Inhalt Gegenstand der vorliegenden Beschreibung sein soll.
Als Katalysatoren für die Hydrierung können weiterhin die in WO 2004/046078, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Inhalt Gegenstand der vorliegenden Beschreibung sein soll, beschriebenen Katalysatoren eingesetzt werden. Diese Katalysatoren weisen ein hydrieraktives Metall, vorzugsweise ein Übergangsmetall der Gruppe VIII, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe umfassend Platin, Rhodium, Palladium, Kobalt, Nickel oder Ruthenium oder aus der I oder VII Übergangsgruppe des Periodensystem der Elemente, auf einem Trägermaterial auf, welches ein geordnete Mesoporen aufweisendes Material aufweist. Als geordnete Mesoporen aufweisendes Material kann z. B. Kieselsäure eingesetzt werden.
Darüber hinaus können alle im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Katalysatoren zusätzlich eine inerte Komponente (Träger), die mindestens ein Metall aus der Gruppe Al, Mg, Ti, Zr und/oder Si, als Oxid oder Mischoxid enthält, aufweisen. Optional können die Katalysatoren auch Salze der oben genannten Metalle, wie beispielsweise Sulfate und/oder Phosphate enthalten. Weiterhin können die erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren Verarbeitungs- und Formgebungshilfsmittel wie beispielsweise Graphit beinhalten.
Nachfolgend werden bevorzugte Zusammensetzungen angegeben. Die Zusammensetzungen beziehen sich jeweils auf die reduzierten Katalysatoren.
Der Gehalt der Katalysatoren an den genannten Metallen der VIII Nebengruppe (berechnet als Metall) liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 60 Massen-%, insbesondere im Bereich von 25 bis 45 Massen-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 30 und 40 Massen-%.
Der Gehalt der Katalysatoren an Metallen der II, III, IV, V und/oder VI Nebengruppe (berechnet als Oxid) beträgt 10 bis 90 Massen-%, insbesondere 20 bis 60 Massen-%, ganz besonders 20 bis 40 Massen-%.
In der Hydrierung werden besonders bevorzugt Katalysatoren eingesetzt, die in reduzierter, aktiver Form Nickel zumindest teilweise in der Oxidationsstufe 0 und Zink vorzugsweise in der Oxidationsstufe +2 enthalten.
Die Katalysatoren werden nach an sich bekannten Verfahren hergestellt. Vorzugsweise werden die Katalysatoren aus durch Ausfällen von löslichen Metallsalzen hergestellt. Um einen Katalysator herzustellen, der beispielsweise die Hauptkomponenten Nickel, Zinkoxid und als Träger Siliziumdioxid enthält, können beispielsweise Nickel- und Zinkcarbonat in einer Suspension von Kieselsäure und gegebenenfalls Graphit in Wasser ausgefällt werden. Weitere, dem Fachmann bekannte Schritte zur Herstellung des Katalysators sind: Abtrennung und Wäsche des Niederschlags, Trocknung, Calzinierung, Formgebung und Reduktion.
Die Katalysatoren werden zweckmäßig in eine Form gebracht, die bei der Hydrierung einen geringen Strömungswiderstand bietet, wie beispielsweise Tabletten, Zylinder, Strangextrudate oder Ringe.
In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Schritt der Hydrierung beispielsweise der käuflich verfügbare Katalysator Hl 0126 der Degussa AG, Düsseldorf, eingesetzt werden. Dieser Katalysator wird bislang nur für die Hydrierung von aromatischen und olefinischen Kohlenwasserstoffen in Halogen- und Schwefel enthaltenden Rohstoffen eingesetzt. Sein Einsatz für die Kernhydrierung von aromatischen Estern ist nur selten beschrieben worden. Dieser Katalysator enthält 32 Massen-% Nickel, 29 Massen-% Zinkoxid, 24 Massen-% Siliziumdioxid.
Neben Nickel-aufweisenden Katalysatoren können insbesondere auch Katalysatoren eingesetzt werden, die Ruthenium als Aktivmetall aufweisen. Neben Ruthenium kann zusätzlich mindestens ein Metall der ersten und/oder siebten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente in den Katalysatoren als Aktivmetall enthalten sein. Bevorzugt wird als weiteres Aktivmetall Rhenium und/oder Kupfer eingesetzt.
Bevorzugt sind die eingesetzten Ruthenium-aufweisenden Katalysatoren Trägerkatalysatoren. Als Träger können beispielsweise folgende Stoffe verwendet werden: Aktivkohle, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Alumosilikat, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid und/oder Zinkoxid oder deren Gemische. Besonders bevorzugt wird ein Katalysator eingesetzt, der einen Titandioxid-Träger aufweist. Zusätzlich können diese Trägermaterialien Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und/oder Schwefel enthalten.
Der Gehalt der Aktivmetalle, d. h. der Metalle der ersten und/oder siebten und/oder achten
Nebengruppe des Periodensystems der Elemente im Katalysator beträgt im Allgemeinen 0,1 bis 30 Massen-%. Der Rutheniumgehalt, berechnet als Metall liegt vorzugsweise im Bereich von
0,1 bis 10 Massen-%, insbesondere im Bereich von 0,8 bis 5 Massen-%, ganz besonders im Bereich zwischen 1 und 3 Massen-%.
Die Herstellung solcher Ruthenium-haltigen Katalysatoren kann den Dokumenten DE 102 25 565 und DE 102 32 868 entnommen werden, auf die ausdrücklich verwiesen wird und deren Inhalt zum Offenbarungsgehalt von der vorliegenden Beschreibung umfasst sein soll.
Die Hydrierung in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt in flüssiger Phase durchgeführt. Die Hydrierung kann an suspendierten oder stückigen im Festbett angeordneten Katalysatoren kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine kontinuierliche Hydrierung an einem im Festbett angeordnetem Katalysator, bei dem sich unter Reaktionsbedingungen die Produkt/Eduktphase hauptsächlich im flüssigen Zustand befindet, bevorzugt.
Wenn die Hydrierung kontinuierlich an einem im Festbett angeordneten Katalysator durch- geführt wird, ist es zweckmäßig, den Katalysator vor der Hydrierung in die aktive Form zu überzuführen. Dies kann durch Reduktion des Katalysators mit Wasserstoff-haltigen Gasen nach einem Temperaturprogramm erfolgen. Dabei kann die Reduktion gegebenenfalls in Gegenwart einer flüssigen Phase, die über den Katalysator rieselt, durchgeführt werden. Als flüssige Phase kann dabei ein Lösemittel oder das Hydrierprodukt eingesetzt werden.
Für die Hydrierung können unterschiedliche Verfahrensvarianten gewählt werden. Es kann adiabatisch, polytrop oder praktisch isotherm, d. h. mit einem Temperaturanstieg von typischerweise kleiner als 10 °C, ein- oder mehrstufig durchgeführt werden. Im letzteren Fall kann man alle Reaktoren, zweckmäßig Rohrreaktoren, adiabatisch oder praktisch isotherm sowie einen oder mehrere adiabatisch und die anderen praktisch isotherm betreiben. Weiterhin ist es möglich, die aromatischen Polycarbonsäureester im geraden Durchgang oder unter Produktrückführung zu hydrieren.
Die Hydrierung kann in der Flüssig/Gas-Mischphase oder in der Flüssigphase in Dreiphasenreaktoren im Gleichstrom durchgeführt werden, wobei das Hydriergas in an sich bekannter Weise im flüssigen Edukt/Produktstrom verteilt wird. Im Interesse einer gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung, einer verbesserten Reaktionswärmeabfuhr und einer hohen Raum-Zeit-Ausbeute werden die Reaktoren vorzugsweise mit hohen Flüssigkeitsbelastungen von 15 bis 120, insbesondere von 25 bis 80 m3 pro m2 Querschnitt des leeren Reaktors und Stunde betrieben. Wird ein Reaktor im geraden Durchgang betrieben, so kann die spezifische Katalysatorbelastung (LHSV) Werte zwischen 0,1 und 10 h"1 annehmen.
Die Hydrierung kann in Ab- oder vorzugsweise in Anwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Als Lösemittel können alle Flüssigkeiten eingesetzt werden, die mit dem Edukt und Produkt eine homogene Lösung bilden, sich unter Hydrierbedingungen inert verhalten und sich leicht vom Produkt abtrennen lassen. Das Lösemittel kann auch ein Gemisch mehrerer Stoffe sein und gegebenenfalls Wasser enthalten.
Beispielsweise können folgende Stoffe als Lösemittel eingesetzt werden: Geradkettige oder cyclische Ether, wie beispielsweise Tetrahydrofuran oder Dioxan, sowie aliphatische Alkohole, in denen der Alkylrest 1 bis 13 Kohlenstoffatome aufweist. Bevorzugt verwendbare Alkohole sind beispielsweise Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol, n-Pentanol, 2- Ethylhexanol, Nonanole, technische Nonanolgemische, Decanol, technische Decanolgemische, Tridecanole.
Bei Einsatz von Alkoholen als Lösemittel kann es zweckmäßig sein, denjenigen Alkohol oder dasjenige Alkoholgemisch zu verwenden, das bei der Verseifung des Produkts entstehen würde, also hier das Gemisch von isomeren Nonanolen. Dadurch ist die Nebenproduktbildung durch Umesterung ausgeschlossen. Ein weiteres bevorzugtes Lösemittel ist das Hydrierprodukt selbst.
Durch die Verwendung eines Lösemittels kann die Aromatenkonzentration im Reaktorzulauf begrenzt werden, wodurch eine bessere Temperaturkontrolle im Reaktor erreicht werden kann. Dies kann eine Minimierung von Nebenreaktionen und somit eine Erhöhung der Produktausbeute zu Folge haben. Bevorzugt liegt der Aromatengehalt im Reaktorzulauf zwischen 1 und 35 %, insbesondere zwischen 5 und 25 %. Der gewünschte Konzentrationsbereich kann bei Reaktoren, die in Schlaufenfahrweise betrieben werden, durch die Zirkulationsrate (Mengenverhältnis von rückgeführten Hydrieraustrag zu Edukt) eingestellt werden.
Die Hydrierung kann in einem Druckbereich von 3 bis 25 MPa, insbesondere von 5 bis 10 MPa durchgeführt werden. Die Hydriertemperaturen liegen vorzugsweise im Bereich von 60 bis 200°C, insbesondere im Bereich von 80 bis 140 °C.
Als Hydriergase können beliebige Wasserstoff-haltige Gasgemische, die keine schädlichen Mengen an Katalysatorgiften wie beispielsweise Kohlenmonoxid oder Schwefelwasserstoff enthalten, eingesetzt werden. Die Inertgasbestandteile können beispielsweise Stickstoff oder Methan sein. Bevorzugt wird Wasserstoff in einer Reinheit von größer 95 %, insbesondere größer 98 % eingesetzt.
In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch von DINCH durch Umesterung von Estern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure mit einem Gemisch isomerer Nonanole, das einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 2,0, vorzugsweise einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 1,9, bevorzugt 1,3 bis 1,8 und besonders bevorzugt von 1,3 bis 1,7 aufweist, erhalten. Dabei werden vorzugsweise Alkylester der 1,2- Cyclohexandicarbonsäure, deren Alkylreste 1 bis 9, vorzugsweise 2 bis 8 Kohlenstoffatome aufweisen, mit dem Gemisch isomerer Nonanole in einer Umesterung umgesetzt. Diese Alkylreste können aliphatisch, geradkettig oder verzweigt, alicyclisch oder aromatisch sein. Eine oder mehrere Methylengruppen dieser Alkylreste können durch Sauerstoff substituiert sein. Es ist zweckmäßig, dass die dem Eduktester zugrunde liegenden Alkohole niedriger sieden als das eingesetzte Gemisch isomerer Nonanole, vorzugsweise niedriger als das niedrigstsiedende Nonanol, welches im Gemisch der isomeren Nonanole enthalten ist. Bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein oder mehrere Alkylester der 1,2- Cyclohexandicarbonsäure ausgewählt aus den Dimethylestern, Diethylestern, Dipropylestern, Diisobutylestern, Diamylestern und/oder Dibutylestern umgeestert. Ein ganz besonders bevorzugter Einsatzstoff ist der Dimethylester der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure.
Die Umesterung wird vorzugsweise katalytisch, beispielsweise mit Brönstedt- oder Lewissäuren oder Basen, durchgeführt. Ganz gleich welcher Katalysator eingesetzt wird, es entsteht immer ein temperaturabhängiges Gleichgewicht zwischen den Einsatzstoffen (Alkylester und Gemisch isomerer Nonanole) und den Produkten (Gemisch isomerer Cyclohexandicarbonsäurediisononylester und freigesetzten Alkoholen). Um das Gleichgewicht zu Gunsten des Nonylesters oder des Isononylestergemisches zu verschieben, wird der aus dem Eduktester entstehende Alkohol vorzugsweise aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert. Es ist zweckmäßig, das Gemisch isomerer Nonanole im Überschuss einzusetzen. Bevorzugt werden 5 bis 50 %, insbesondere 10 bis 30 % mehr Gemisch isomerer Nonanole eingesetzt, als der zur Bildung des Esters notwendigen Menge entspricht.
Als Umesterungskatalysatoren können Säuren, wie beispielsweise Schwefelsäure, Methansulfonsäure oder p-Toluolsulfonsäure, oder Metalle oder deren Verbindungen eingesetzt werden. Geeignet sind z. B. Zinn, Titan, Zirkonium, die als feinverteilte Metalle oder zweckmäßig in Form ihrer Salze, Oxide oder als lösliche organische Verbindungen verwendet werden. Die Metallkatalysatoren sind im Gegensatz zu Protonensäuren Hochtemperaturkatalysatoren, die ihre volle Aktivität erst bei Temperaturen oberhalb 180 °C erreichen. Sie werden jedoch bevorzugt eingesetzt, weil sie im Vergleich zur Protonenkatalyse weniger Nebenprodukte, wie beispielsweise Olefine aus dem eingesetzten Alkohol, bilden. Beispielhafte Vertreter für Metallkatalysatoren sind Zinnpulver, Zinn(II)oxid, Zinn(II)oxalat, Titansäureester wie Tetraisopropylorthotitanat oder Tetrabutylorthotitanat sowie Zirkoniumester wie Tetrabutylzirkonat.
Weiterhin können basische Katalysatoren, wie beispielsweise Oxide, Hydroxide,
Hydrogencarbonate, Carbonate oder Alkoholate von Alkali- oder Erdalkalimetallen verwendet werden. Aus dieser Gruppe werden bevorzugt Alkoholate, wie beispielsweise Natriummethylat eingesetzt. Alkoholate können auch in situ aus einem Alkalimetall und einem Nonanol bzw. einem Isononanolgemisch hergestellt werden. Die Katalysatorkonzentration hängt von der Art des Katalysators ab. Sie liegt üblicherweise zwischen 0,005 bis 1,0 Massen-% bezogen auf das
Reaktionsgemisch.
Die Reaktionstemperaturen für die Umesterung liegen üblicherweise im Bereich von 100 bis 220 °C. Sie müssen mindestens so hoch sein, dass der aus dem Eduktester entstehende Alkohol bei dem vorgegebenen Druck, meistens Normaldruck, aus dem Reaktionsgemisch abdestillieren kann.
Die Umesterungsgemische können, genauso wie es für die Veresterungsgemische aus dem Veresterungsschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wurde, aufgearbeitet werden.
In einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch von DINCH dadurch erhalten, dass 1,2-Cyclohexandicarbonsäure oder ein entsprechendes Derivat, insbesondere das entsprechende Anhydrid, mit dem Gemisch isomerer Nonanole, das einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0, vorzugsweise einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 1,9, bevorzugt 1,3 bis 1,8 und besonders bevorzugt von 1,3 bis 1,7 aufweist, verestert wird. Die Veresterung kann auf dieselbe Weise erfolgen wie im Veresterungsschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, mit dem Unterschied, dass statt Phthalsäure l^-Cyclohexandicarbonsäure bzw. statt Phthalsäureanhydrid das Anhydrid der l^-Cyclohexandicarbonsäure eingesetzt wird. Die l^-Cyclohexandicarbonsäure oder ihr Anhydrid sind z. B. bei der Firma Aldrich erhältlich.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von DINCH wird eine Dicarbonsäure oder das entsprechende Derivat, insbesondere das entsprechende Anhydrid mit dem Gemisch isomerer Nonanole, das einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0, vorzugsweise einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 1,9, bevorzugt 1,3 bis 1,8 und besonders bevorzugt von 1,3 bis 1,7 aufweist, verestert, wobei die Dicarbonsäure oder das entsprechende Derivat, insbesondere das Anhydrid durch ein Verfahren erhalten wird, welches einen Diels-Alder-Reaktionsschritt umfasst. Dieses Verfahren kann z. B. die folgenden Schritte umfassen:
1. Umsetzung eines Butadien-Maleinsäureanhydrid-Gemischs zu
Cyclohexendicarbonsäureanhydrid in kondensierter Phase, 2. Esterbildung aus dem Cyclohexendicarbonsäureanhydrid durch Veresterung mit einem Gemisch isomerer Nonanole, das einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0, vorzugsweise einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 1,9, bevorzugt 1,3 bis 1,8 und besonders bevorzugt von 1,3 bis 1,7 aufweist, und
3. Hydrierung des Cyclohexenderivats aus Schritt (2) zu dem entsprechenden Cyclohexandicarbonsäureester. oder
1. Umsetzung eines Butadien-Maleinsäureanhydrid-Gemischs zu Cyclohexendicarbonsäureanhydrid in kondensierter Phase,
2. Hydrierung des Cyclohexendicarbonsäureanhydrid zu Cyclohexandicarbonsäureanhydrid und 3. Esterbildung aus dem Cyclohexandicarbonsäureanhydrid durch Veresterung mit einem Gemisch isomerer Nonanole, dass einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0, vorzugsweise einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 1,9, bevorzugt 1,3 bis 1,8 und besonders bevorzugt von 1,3 bis 1,7 aufweist.
Entscheidend bei diesem Verfahren ist der Einsatz von Gemischen isomerer Nonanole, die einen geeigneten Verzweigungsgrad aufweisen. Die übrigen Verfahrensparameter können DE 101 61 010 entnommen werden, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird und vom Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung umfasst wird.
Die erfindungsgemäßen Gemische können auch durch Mischen von Diisononylestern der 1,2- Cyclohexandicarbonsäure oder Gemischen davon erhalten werden, die unterschiedliche Verzweigungsgrade bezüglich der Isononylreste aufweisen, und die insbesondere für sich allein genommen einen Verzweigungsgrad außerhalb des beanspruchten Bereichs aufweisen. Das Mischen kann durch übliche Verfahren vorgenommen werden.
Die erfindungsgemäßen Gemische von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure können in Farben, Tinten oder Lacken, in Plastisolen, Klebstoffen oder Klebstoff komponenten, in Dichtungsmassen oder als Weichmacher in Kunststoffen oder Kunststoffkomponenten oder als Lösemittel verwendet werden. Bevorzugte Piastisole, sind insbesondere PVC-Plastisole. Bevorzugte Kunststoffe sind PVC, Homo- und Copolymere auf Basis von Ethylen, Propylen, Butadien, Vinylacetat, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, Methacrylaten, Acrylaten, Acrylaten mit am Sauerstoffatom der Estergruppe gebundenen Alkylresten von verzweigten oder unverzweigten Alkoholen mit einem bis zehn Kohlenstoffatome(n), Styrol, Acrylnitril, Homo- oder Copolymere von cyclischen Olefinen.
Als Vertreter der obigen Gruppen seien beispielsweise folgende Kunststoffe genannt:
Polyacrylate mit gleichen oder verschiedenen Alkylresten mit 4 bis 8 C-Atomen, gebunden am Sauerstoffatom der Estergruppe, insbesondere mit dem n-Butyl-, n-Hexyl-, n-Octyl- und 2- Ethylhexylrest, Polymethacrylat, Polymethylmethacrylat, Methylacrylat-Butylacrylat- Copolymere, Methyhnethacrylat-Butyhnethacrylat-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat- Copolymere, chloriertes Polyethylen, Nitrilkautschuk, Acryhiitril-Butadien-Styrol-Copolymere, Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Propylen-Dien-Copolymere, Styrol-Acrylnitril- Copolymere, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Styrol-Butadien-Elastomere, Methylmethacrylat- Styrol-Butadien-Copolymere, PVB und PVC.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Gemische zur Modifizierung von Kunststoffmischungen, beispielsweise der Mischung eines Polyolefins mit einem Polyamid, eingesetzt werden.
Gemische aus Kunststoffen, insbesondere PVC, die erfindungsgemäße Gemische von Diisononylestern der l^-Cyclohexandicarbonsäure enthalten, können beispielsweise in folgenden Produkten enthalten sein:
Gehäuse für Elektrogeräte, wie beispielsweise Küchengeräte, Computergehäuse, Gehäuse und Bauteile von Phono- und Fernsehgeräte, Rohrleitungen, Apparaten, Kabeln, Drahtummantelungen, Isolierbändern, im Innenausbau, im Fahrzeug- und Möbelbau, Plastisolen, in Bodenbelägen, medizinische Artikel, Lebensmittelverpackungen, Dichtungen, Folien, Verbundfolien, Schallplatten, Kunstleder, Spielzeug, Verpackungsbehälter, Klebebandfolien, Bekleidung, Beschichtungen, Fasern für Gewebe, beschichtete Gewebe. Weiterhin können Gemische aus Kunststoff, insbesondere PVC, die erfindungsgemäße Gemische von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure enthalten, beispielsweise zur Herstellung folgender Erzeugnisse verwendet werden:
Gehäuse für Elektrogeräte, Rohrleitungen, Schläuchen, Kabel, Draht-Ummantelungen, Isolierbändern, im Fahrzeug- und Möbelbau, Piastisolen, Fensterprofile, Bodenbeläge, medizinische Artikel (wie z. B. Blutbeutel), Spielzeuge, Lebensmittelverpackungen, Dichtungen, Folien, Verbundfolien, Platten, Schallplatten, Kunstleder, Tapeten, Verpackungsbehälter, Klebebandfolien, Bekleidung, Beschichtungen oder Fasern für Gewebe, Schuhe, Unterbodenschutz, Nahtabdichtungen, Modelliermassen oder Bällen.
Solche Gemische aus Kunststoff, insbesondere Weich-PVC oder Plastisole, die PVC und erfindungsgemäße Gemische von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure enthalten, enthalten vorzugsweise von 5 bis 120 Massenteile, bevorzugt von 10 bis 100 Massenteile und besonders bevorzugt von 20 bis 80 Massenteile an den erfindungsgemäßen Gemischen von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure pro 100 Massenteilen PVC.
Neben den obengenannten Anwendungen können die erfindungsgemäßen Gemische von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure als Schmierölkomponente, als Bestandteil von Kühlflüssigkeiten und Metallbearbeitungsflüssigkeiten verwendet werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne den Schutzbereich, definiert durch die Patentansprüche, einzuschränken.
Beispiele
Beispiel 1: Herstellung von 3,5,5-Trimethylhexanol
In einem 2 1 Autoklav wurden 1000 g 2,4,4-Trimethyl-l-penten (Diisobuten, Hersteller OXENO Olefinchemie GmbH) bei 135 °C unter 270 bar Synthesegasdruck 3 Stunden lang in Gegenwart eines unmodifzierten Rhodium-Katalysators hydroformyliert. Der aktive Katalysator wurde in situ aus Rhodium-Nonanoat (mit 24,8 Gew.-% Rh ) generiert. Die Rhodiumkonzentration bezogen auf Diisobuten wurde auf 20 ppm eingestellt. Nach 3 Stunden wurde die Reaktion abgebrochen und der Autoklav auf 20 °C abgekühlt. Der Reaktionsaustrag enthielt 93,5 Gew.-% 3,5,5-Trimethylhexanal, 2,5 Gew.-% 3,5,5-Trimethylhexanol, 3,4 Gew.- % Cs-Restkohlenwasserstoffe und 0,6 Gew.-% Hochsieder (bestimmt mit GC). In einer Labordestillationskolonne wurde der Reaktionsaustrag durch Destillation vom Rhodium- Katalysator befreit. Der Rh-freie Hydroformylierungsaustrag wurde anschließend in der flüssigen Phase in einem Festbettreaktor in Gegenwart eines Cu/Cr/Ni-Katalysators (H 14279; Degussa AG, Düsseldorf) bei 180 °C und 25 bar hydriert. Nach der Hydrierung von 3,5,5-Trimethylhexanal zu dem Zielprodukt 3,5,5-Trimethylhexanol wurde der Hydrieraustrag durch gezielte Destillation von den Leichtsiedern (C8-Kohlenwasserstoffe) befreit. Nach der Destillation wurde ein 3,5,5- Trimethylhexanol mit einer Reinheit von über 99,5 Gew.-% erhalten.
Beispiel 2: Herstellung verschiedener Cvclohexan-l,2-dicarbonsäurediisononylester (DINCH) Die in Tabelle 1 aufgeführten, bis auf A kommerziell erhältlichen C9- Alkohole wurden nach folgender Vorschrift zu den entsprechenden Cyclohexan-l,2-dicarbonsäureestern umgesetzt: In einem 2 1 Destillationskolben wurden 462 g (3 Mol) cis-Hexahydrophthalsäureanhydrid (Fluka,), 1296 g Nonyl- Alkohol (9 Mol) entsprechend Tabelle 1, 200 ml Toluol und 1,94 g Tetra-iso-Nonyltitanat vorgelegt und 7,5 Stunden bei 180°C, mit Rückfluss, unter Normaldruck verestert. Die Temperatur wurde über die Zugabe von Toluol konstant gehalten. Nach 7,5 Stunden war die Säurezahl < 0,1 mg KOH/g (hier und in den nachfolgend aufgeführten Beispielen bestimmt gemäß DIN EN ISO 2114, nach dem kolorimetrischen Titrationsverfahren gemäß Verfahren A, wobei als Lösemittel ein Toluol/Isopropanol/Wasser- Gemisch mit einem Volumenverhältnis von 1 zu 1,5 zu 0,2 eingesetzt wurde), was einem über 99,9 % igen Umsatz des Cyclohexansäureanhydrids entspricht.
Im Anschluss wurden erst das Toluol, bis 120 °C bei 50 hPa und dann der Alkoholüberschuß, bis 180 °C bei 5 hPa über eine Claisenbrücke, abdestilliert. Über eine weitere Säurezahlbestimmung wurde die für die Neutralisation benötigte Natronlaugemenge ermittelt. Anschließend wurde in einem 2 1 Reaktionskolben der Ansatz bei 80 °C unter Normaldruck durch 30 Minuten Rühren mit Natronlauge neutralisiert.
Im Anschluß an die Neutralisation wurde die Apparatur evakuiert und auf 180 °C aufgeheizt. Über ein Tauchrohr mit aufgesetztem Tropftrichter wurde bei 180 °C und 5-20 hPa langsam Wasser zugetropft, um den Ester zu reinigen. Nach abgeschlossener Reinigung wurde die Heizung abgestellt und das Produkt unter Vakuum abgekühlt. Bei 100 °C wurde der Ester über eine Nutsche mit Filterpapier (Sorte 389, Filtrak) und Filterhilfsmittel (Perlite) gefiltert. Tabelle 1:
Figure imgf000028_0001
Beispiel 3: NMR-spektroskopische Untersuchung der verschiedenen DINCH-Typen Messgerät: NMR-Spektrometer Avance 500 der Firma Bruker
Messfrequenz: 500 MHz
Probenkopf: BBO-Probenkopf, 5mm
Lösungsmittel: CDCl3 (Deuterierungsgrad 99,8 %)
Standard: Tetramethylsilan (TMS) Messtemperatur: 300 K
Anzahl Scans (Durchgänge): 32
Delay (Verzögerung): 5 s
Aquisitionszeit: 3,3 s
Spektrale Breite: 10000 Hz Pulswinkel: 30°
Pulslänge (90°): 9,7 μs
Zur Aufnahme der 'H-NMR-Spektren wurden ca. 20 mg der Probe in ca. 0,6 ml CDCl3 (mit 1 Gew.-% TMS) gelöst und in ein NMR-Röhrchen mit einem Durchmesser von 5 mm gefüllt. Die Spektren wurden unter den oben angegebenen Bedingungen aufgenommen und auf TMS = 0 ppm referenziert. Die Fläche unter den Signalen im Bereich von 0,5 ppm bis zum Minimum des niedrigsten Tals im Bereich von 0,9 bis 1,1 ppm wurde integriert. Die Fläche in diesem Bereich wird im wesentlichen bestimmt durch die Signale der Wasserstoffatome, die zu einer Methylgruppe gehören. Die Fläche unter den Signalen im Bereich von 3,6 ppm bis 4,4 ppm wurde ebenfalls integriert. Die Fläche in diesem Bereich wird im wesentlichen bestimmt durch die Signale der Methylenwasserstoffatome der Methylengruppe, die dem Sauerstoff des Alkohols bzw. des Alkoholrestes benachbart ist. Die Integration erfolgte mit der Software xwinnmr 3.5 (Firma Bruker). Der Verzweigungsgrad V kann dann bestimmt werden aus dem Verhältnis des Flächenintegrals, welches im wesentlichen den Methylwasserstoffatomen zugeordnet ist 1(CH3), geteilt durch drei (für die drei Methylwasserstoffatome), zu dem Flächenintegral der Methylenwasserstoffatome in Nachbarschaft zum Sauerstoff 1(OCH2), geteilt durch 2 (für die zwei Methylenwasserstoffatome) minus eins gemäß folgender Formel:
V = 2/3 * I(CH3)/I(OCH2) -1
Die Verzweigungsgrade der DINCH-Typen A bis E sind in Tabelle 2, Spalte 3 aufgelistet.
Beispiel 4: Bestimmung der Glasübergangstemperatur (Tn)
Mittels DSC-Messung nach DESf 51 007 (Ausgabe Juni 1994) wurden nun von den gemäß Beispiel 2 hergestellten Weichmachern und von DEHP die Glasübergangstemperatur bestimmt. Dazu wurden von 10 bis 15 mg Probe in einem dicht verschlossenen Aluminium-Tiegel (40 μl) mit einem DSC-Gerät der Firma Mettler, Typ DSC820 vermessen. Die Heizraten von -150 °C bis +50 °C betrugen 5 K/min. Die Abkühlung auf Starttemperatur erfolgte ungeregelt (schnellstmöglich). Da der Tiegel dicht verschlossen wurde, konnte ohne eine besondere Atmosphäre oder einen besonderen Gasfluss bei Umgebungsatmosphäre gearbeitet werden. Die Kalibrierung erfolgte mit Indium. Die Auswertung erfolgte mit der Software STARe 8.10. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 aufgelistet
Tabelle 2
Figure imgf000030_0001
Für DEHP wird nach dieser Methode eine Glasübergangstemperatur TG von -85,5 °C erhalten. Auf Grund der etwas geringeren weichmachenden Wirkung von DINCH gegenüber DEHP und einer damit gegebenenfalls notwendigen Höherdosierung von DINCH kann man jedoch davon ausgehen, dass auch DINCH-B noch prinzipiell geeignet wäre, welches in seinem TG nur wenig von dem des DEHP abweicht.
Verzweigungsgrad und Glasübergangstemperatur korrelieren in diesen Beispielen eindeutig. Mit der Funktion „KORREL" aus MS Excel kann hier ein Korrelationskoeffizient von > 0,99 erhalten werden.
Somit zeigt sich, dass bei Verzweigungsgraden oberhalb von 2 nicht mehr die notwendige Kälteflexibilität erzielt werden kann, die beispielweise bei der Lagerung von Medizinprodukten in Behältern aus weichgemachtem PVC notwendig ist.
Beispiel 5: Herstellung von Weich-PVC-Prüfkörpern
600 g Suspensions-PVC vom Typ Solvic 271 PC wurden mit 400 g Weichmacher gemäß Tabelle 2 sowie 24 g des Stabilisators BP MC 8823 (Fa. Baerlocher) mit einem Handmixer bei
Raumtemperatur gemischt. Die Mischung wurde anschließend auf einem dampfbeheizten
Labormischwalzwerk (Fa. Collin, Typ „150") plastifiziert und zu einem Walzfell verarbeitet. Die Temperatur der beiden Walzen betrug im Falle der Cyclohexandicarbonsäureester jeweils 170 °C, bei Verwendung des Weichmachers DEHP 165 °C. Die Walzzeit betrug 5 Minuten. Das abgekühlte Walzfell wurde dann in einer hydraulischen Hand-Presse (60 t) der Firma Werner & Pfleiderer wie folgt verpresst: Die Temperatur wurde auf 175 °C (beim DEHP haltigen Walzfell auf 170 °C) eingestellt und das Fell zunächst zwei Minuten bei 50 bar, dann eine Minute bei 100 bar und schließlich nochmals zwei Minuten bei 180 bar verpresst. Danach wurde der Druck auf 200 bar erhöht und hierbei auf Raumtemperatur abgekühlt.
Beispiel 6: Bestimmung der Glasübergangstemperatur der Prüfkörper Aus den nach Beispiel 5 hergestellten Prüfkörpern wurden 60 mm lange, 8 mm breite und 1 mm dicke Stücke ausgestanzt und von diesen in einem Torsionspendel vom Typ MYRENNE ATM III nach DIN EN ISO 6721 (Teil 2, Verfahren B, Einspannlänge 50 mm) bei Temperaturen von -100 °C bis +100 °C und einer Frequenz von 1 s"1 jeweils die Steifigkeit G' und der Verlustmodul G" bestimmt. Aus dem Maximum von G" ließ sich die Glasübergangstemperatur TG bestimmen. Diese ist ein Maß für die Flexibilität bei tiefen Temperaturen. Die Glasübergangstemperaturen der Prüfkörper sind in Tabelle 3 aufgelistet:
Beispiel 7: Bestimmung des Massenverlustes der Prüfkörper nach Wärmealterung
7 Tage nach der Herstellung der 1 mm dicken Pressplatten gemäß Beispiel 5 wurden hieraus Zugstäbe gemäß ISO 527 Typ 5 ausgestanzt und an der kurzen Seite gelocht. Danach wurden die Prüfkörper mindestens 24 h im Normklima (23 °C, 50% relative Luftfeuchtigkeit) gelagert. Sodann wurden von jeder Serie drei Prüfkörper auf 0,1 mg genau auf einer Analysenwaage gewogen und dann hängend in einem Trockenschrank Heraeus (jetzt Kendro) UT 6060 sieben Tage bei 100 °C unter Frischluftzufuhr (ca. 2,6 m3 pro Stunde) gelagert. Die Messung der Temperatur erfolgte über einen vom Gerät unabhängigen PT100 Temperaturfühler (im Innenraum montiert, Wandabstand min. 100 mm). Zur Einhaltung eines ausreichenden Abstandes zwischen den Proben (5 mm) wurden Raschigringe verwendet. Zu den Innenwänden wurde ein Mindestabstand von 30 mm eingehalten.
Nach der Alterung werden die Proben dem Trockenschrank entnommen und wiederum mindestens 24 h im Normklima (23 °C, 50 % relative Luftfeuchtigkeit) temperiert und anschließend wieder ausgewogen. Aus der Differenz der Einwaagen bezogen auf die Ausgangsmasse errechnet sich der prozentuale Massenverlust. Dieser ist in Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3
Figure imgf000032_0001
Die Ergebnisse aus Tabelle 3 zeigen eindeutig eine Abhängigkeit der anwendungstechnischen Eigenschaften von der Struktur bzw. des Verzweigungsgrades des verwendeten DINCH. Es ist deutlich zu erkennen, dass mit einem DINCH auf Basis von 3,5,5-Trimethylhexanol deutlich schlechtere Eigenschaften erzielt werden als mit einem DINCH, das auf einem Alkohol basiert, der einen Verzweigungsgrad im beanspruchten Bereich aufweist.

Claims

Patentansprüche:
1. Gemisch von Diisononylestern der l^-Cyclohexandicarbonsäure, dadurch gekennzeichnet, dass die Isononylreste der im Gemisch enthaltenen Diisononylester einen Verzeigungsgrad von 1,2 bis 2,0 aufweisen.
2. Gemisch gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Verseifung der Diisononylester erhaltenen Nonylalkohole weniger als 10
Mol % 3,5,5-Trimethylhexanol enthalten.
3. Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diisononylester der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure durch Hydrierung von
Diisononylphthalaten erhalten werden.
4. Gemisch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrierung der Diisononylphthalate an einem Katalysator, der mindestens ein
Metall aus der VIII Nebengruppe, optional zusammen mit mindestens einem Metall der II, III, IV, V und/oder VI Nebengruppe des Periodensystems, enthält, durchgeführt wird.
5. Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diisononylester der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure durch Umesterung von Estern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure mit einem Gemisch isomerer Nonanole erhalten werden.
6. Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diisononylester der l^-Cyclohexandicarbonsäure durch Veresterung von 1,2- Cyclohexandicarbonsäure oder einem Säurederivat, insbesondere dem Anhydrid, mit einem Gemisch isomerer Nonanole erhalten werden.
7. Verfahren zur Herstellung von Gemischen von Diisononylester der 1,2-
Cyclohexandicarbonsäure, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Diisononylester ein Gemisch isomerer Nonanole eingesetzt wird, welches einen Verzweigungsgrad von 1,2 bis 2,0 aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Gemische von isomeren Nonanolen eingesetzt werden, die weniger als 10 Mol %
3,5,5-Trimethylhexanol enthalten.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Gemisch isomerer Nonanole mit Phthalsäure oder Phthalsäureanhydrid in einem Veresterungsschritt zu Diisononylphthalaten umgesetzt wird und anschließend diese Diisononylphthalate kernhydriert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrierung der Diisononylphthalate an einem Katalysator, der mindestens ein Metall aus der VIII Nebengruppe, optional zusammen mit mindestens einem Metall der II,
III, IV, V und/oder VI Nebengruppe des Periodensystems, enthält, durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Alkylester der l^-Cyclohexandicarbonsäure, deren Alkylreste 1 bis 9 Kohlenstoffatome aufweisen, mit dem Gemisch isomerer Nonanole in einer Umesterung umgesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass 1,2-Cyclohexandicarbonsäure oder ein entsprechendes Säurederivat, insbesondere das Anhydrid, mit dem Gemisch isomerer Nonanole verestert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicarbonsäure oder ein entsprechendes Säurederivat, insbesondere das Anhydrid, die durch ein Verfahren erhalten wird, welches einen Diels-Alder- Reaktionsschritt umfasst, mit dem Gemisch isomerer Nonanole verestert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Gemisch isomerer Nonanole ein Gemisch eingesetzt wird, welches erhältlich ist durch Hydroformylierung und anschließende oder gleichzeitige Hydrierung eines Gemisches von isomeren Octenen, wobei das Gemisch isomerer Octene durch
Inkontaktbringen eines Butene aufweisenden Kohlenwasserstoffgemisches, welches einen Anteil an Isobuten von kleiner 20 Gew.-%, bezogen auf die enthaltenen Butene, aufweist, mit einem Nickeloxid enthaltenden Katalysator, erhalten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Butene aufweisende Kohlenwasserstoffgemisch einen Anteil an Isobuten zwischen 0,01 und 1 Gew.-%, bezogen auf die enthaltenen Butene, aufweist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Gemisch isomerer Nonanole ein Gemisch eingesetzt wird, welches durch Oligomerisierung von Olefinen an einem festen sauren Katalysator erhältlich ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Gemisch isomerer Nonanole ein Gemisch eingesetzt wird, das durch Mischen von isomerenreinen Nonanolen und/oder Fraktionen von mehreren isomeren Nonanolen erhalten wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 erzeugt wird.
19. Verfahren zur Herstellung eines Gemisches gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure durch Mischen von Gemischen von Diisononylestern der 1,2-Cyclohexandicarbonsäure, die unterschiedliche Verzweigungsgrade bezüglich der Isononylreste aufweisen, erzeugt wird.
20. Verwendung der Gemische nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in Farben, Tinten oder Lacken, in Plastisolen, Klebstoffen oder Klebstoffkomponenten, in Dichtungsmassen, als Weichmacher in Kunststoffen oder Kunststoffkomponenten, als Lösemittel, als Schmierölkomponente und als Hilfsmittel bei der Metallverarbeitung.
21. Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff PVC ist.
22. Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Plastisol ein PVC-Plastisol ist.
23. Weich-PVC, enthaltend PVC und von 5 bis 120 Massenteilen eines Gemisches gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 pro 100 Massenteile PVC.
24. Plastisol, enthaltend PVC und von 5 bis 120 Massenteilen eines Gemisches gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 pro 100 Massenteile PVC.
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