WO2008074645A1 - Process for preparing 2-methylpentane 1,5-diisocyanate from methylglutaronitrile - Google Patents

Process for preparing 2-methylpentane 1,5-diisocyanate from methylglutaronitrile Download PDF

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WO2008074645A1
WO2008074645A1 PCT/EP2007/063434 EP2007063434W WO2008074645A1 WO 2008074645 A1 WO2008074645 A1 WO 2008074645A1 EP 2007063434 W EP2007063434 W EP 2007063434W WO 2008074645 A1 WO2008074645 A1 WO 2008074645A1
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WO
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bar
methylpentane
reaction
mixture
diisocyanate
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/063434
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Pfab
Eckhard Stroefer
Carsten KNÖSCHE
Ekkehard Schwab
Matthias KLÖTZER
Gunter Georgi
Original Assignee
Basf Se
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Filing date
Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C263/00Preparation of derivatives of isocyanic acid
    • C07C263/10Preparation of derivatives of isocyanic acid by reaction of amines with carbonyl halides, e.g. with phosgene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C263/00Preparation of derivatives of isocyanic acid
    • C07C263/04Preparation of derivatives of isocyanic acid from or via carbamates or carbamoyl halides

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate, thus prepared 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate and its use.
  • 2-methylpentane-1, 5-diamine is industrially produced by hydrogenation of Methylglutar Text- redinitrile (MGDN, 2-methyl-1, 5-pentenenitrile) and used for example in polyamides, as a curing agent for epoxy resins and for polyurethanes.
  • MGDN Methylglutar Text- redinitrile
  • the object of the present invention was to provide a further process for the preparation of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate available.
  • the object was achieved by a process for the preparation of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate, in which a) 1, 3-butadiene with hydrogen cyanide (HCN) to a mixture of Methylglutar Text redinitrile (MGDN) and adiponitrile (ADN) b) methylglutaronitrile is separated off from the adiponitrile / methylglutaric acid dinitrile mixture thus obtained, c) methylglutaronitrile is converted into 2-methylpentane-1,5-diamine and d) the 2-methylpentane-1,5-diamine thus obtained in 2-methylpentane -1, 5-diisocyanate converted.
  • HCN 1, 3-butadiene with hydrogen cyanide
  • MGDN Methylglutar Text redinitrile
  • ADN adiponitrile
  • methylglutaronitrile is separated off from the adiponitrile / methylglutaric acid dinitrile mixture thus
  • the advantage of the process according to the invention is that it optimally utilizes a coproduct and from it makes a high-quality aliphatic isocyanate at minimized production costs, which, in contrast to aromatic isocyanates, can be converted into light-stable polyurethane systems for outdoor applications.
  • the corresponding method a) to d) can be carried out in combination at a location.
  • the intermediate products produced at one location can also be taken from one plant and, via a suitable logistical measure, also be sent to another plant at another location.
  • HCN hydrogen cyanide
  • the inventive step a) is preferably carried out in two stages in the liquid phase, by initially 1, 3-butadiene, optionally mixed with other C4 alkanes and alkenes, homogeneously catalysed with hydrocyanic acid (HCN) at 10 - 100 bar and 50 - 150 0 C. implements.
  • HCN hydrocyanic acid
  • the resulting isomer mixture of straight-chain and branched-chain pentenenitriles is worked up, preferably by rectification, to give a mixture having the highest possible content, preferably at least 97% by weight, of higher-boiling 3- and 4-pentenenitriles.
  • the lower-boiling 2-methyl-3-butenenitrile is isomerized and rectified at normal pressure or overpressure up to 5 bar and 80-170 0 C to 3- and 4-pentenenitriles.
  • the thermodynamic equilibrium with the linear nonconjugated pentenenitriles is about 95% on the side of the linear pentenenitriles.
  • the mixture which contains predominantly 3- and 4-pentenenitriles, is homogeneously catalyzed at partial conversion of 10 to 50% with further hydrogen cyanide to a mixture of adiponitrile, methylglutaronitrile and ethylsuccinonitrile at 0.5 bar abs to 5 bar overpressure at 40-150 ° C, preferably reacted at 50 - 110 0 C.
  • a stream is obtained which contains the dinitriles and is further worked up according to substep b).
  • Preferred catalysts are Ni (0) -aryl phosphorus complex compounds, where the phosphorus may be present as phosphite, phosphinite, phosphonite or phosphine.
  • Lewis acids preferably ZnCb or triphenylboron.
  • the homogenate catalysts are prepared after dinitrile preparation and distillative removal of excess pentenenitrile by extraction with low-aromatics ( ⁇ 2% by weight) Cs-Cio alkanes or mixtures thereof, e.g.
  • Catalysts used together with selectivities for the formation of the pentenenitrile and dinitrile isomers and process variants for the recovery of dinitriles from butadiene and hydrogen cyanide according to step a) are laid down in detail in the following documents, whose disclosure is expressly referred to in the context of this document: US 3,496,215; US 3,496,217; US 3,496,218; US 3,536,748; US 3564040; US 3773809; US 3853948; US 4,080,374; US 408281 1; US 4328172; US 4330483; US 4339395; US 4539302; US 4705881; US 5512695; US 5512696; WO 99/52632; US 6242633; WO 03/01 1457.
  • the hydrocyanation of a pentenenitrile mixture which has a high content of 2-methyl-3-butenitrile is advantageous. These can be obtained by passing only part of the 2-methyl-3-butenenitrile obtained in the hydrocyanation of butadiene (for example 30-65% by weight) over the isomerization. By varying the proportion, pentenenitrile mixtures having a content of 2-methyl-3-butenite.nl of almost 0 to 65% by weight can be adjusted.
  • the 2-Methyl-3-butennit.nl reacts homogeneously catalyzed with hydrogen cyanide with a high selectivity, for example more than 95% to methylglutaric acid dinitrile and ethylsuccinonitrile.
  • a fraction of methylglutaric acid dinitrile and 2-ethylsuccinonitrile is obtained, with a proportion of the two last-mentioned dinitriles> 95% by weight and a mixing ratio of 75:25 to 95: 5 in accordance with the selectivities of the reactions from substep a).
  • the two main constituents can then be separated further by distillation at the stage of the dinitriles or of the secondary products of the diamines (partial step c)) or of the diisocyanates (partial step d)). Of course, they can also be processed as a mixture.
  • Such a purifying distillation at the stage of the dinitriles can generally give mixtures which have a content of methylglutaronitrile of at least 95% by weight, preferably at least 98% and more preferably at least 99% by weight, the remainder being predominantly adiponitrile, 2-etylsuccindinetrile in addition small quantities, usually ⁇ 0.5% by weight, of isomeric pentenenitriles and other impurities, such as isomeric nonenitriles, isomeric decendinitriles and phenols.
  • Ethylsuccinonitrile can also be isolated with a corresponding separation effort in a purity of at least 95%, preferably at least 98% by weight, and particularly preferably at least 99% by weight.
  • the main secondary constituent is methylglutaric acid dinitrile.
  • a mixture of 0.1 to 99.9% by weight of methylglutaronitrile, adiponitrile and ethylsuccinonitrile can be separated and converted into the mixture of the corresponding amines and these in turn into isocyanates.
  • the term "MGDN" will be used hereinafter for this mixture of nitriles.
  • the mixtures of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate and hexamethylene diisocyanate and 2-ethyl-1,4-bis (isocyanato) butane formed from such nitrile or after hydrogenation amine mixtures can then be prepared by distillation or another suitable process the pure substances are decomposed or further processed directly as a mixture, for example, be converted into a polyurethane.
  • the conversion of methylglutaronitrile into 2-methylpentane-1,5-diamine is preferably carried out by hydrogenation, particularly preferably by catalytic, for example homogeneous or heterogeneously catalyzed hydrogenation, very particularly preferably by heterogeneously catalyzed hydrogenation.
  • the hydrogenation of organic nitriles can be carried out in any desired manner, for example with Raney catalysts, for example Raney nickel, Raney cobalt or Raney copper, and is frequently additionally carried out in the presence of basic alkali metal or alkaline earth metal compounds, as described in US Pat 3,821,305, US 5,874,625, US 5,151,543, US 4,375,003, EP-A-0316761, EP-A-0913388 and US 6,660,887.
  • Raney catalysts for example Raney nickel, Raney cobalt or Raney copper
  • the hydrogenation can also be carried out in a fixed bed, for example on iron- or cobalt-containing catalysts as described for example in US 5,527,946, US 5,756,808, US 5,801,267, US 5,801,268 or US 6,114,567.
  • hydrogen As the reducing agent, hydrogen, a hydrogen-containing gas or a hydride ion source can be used, preferably hydrogen or a hydrogen-containing gas.
  • the hydrogen used for the hydrogenation is generally used in the larger stoichiometric excess of from 1 to 500 times, preferably from 2 to 100 times or stoichiometric amounts. It is usually separated after the reaction and can then be recycled as recycle gas in the reaction.
  • the hydrogen is generally used technically pure.
  • the hydrogen may also be used in the form of a hydrogen-containing gas, ie in admixtures with other inert gases, such as nitrogen, helium, neon, argon or carbon dioxide.
  • the hydrogenation can also be carried out with a hydride ion source.
  • Suitable hydride ion sources are complex hydrides such as LiAlH 4 or NaBH 4
  • the hydrogenation can preferably also be carried out with the addition of ammonia.
  • ammonia is used in molar ratios to the nitrile group in the ratio of 0.5: 1 to 100: 1, preferably 2: 1 to 20: 1.
  • the preferred embodiment is a method in which no ammonia is added.
  • the hydrogenation can be carried out in the presence of a solvent or solubilizer.
  • Suitable solvents are, for example, C 1 - to C 4 -alcohols, C 4 - to C 12 -dialkyl ethers or cyclic C 4 - to C 12 -ethers, such as tetrahydrofuran or tert-butyl
  • the liquid may also be the product of the hydrogenation.
  • the hydrogenation is carried out anhydrous.
  • the catalyst can be freed from the inert liquid or passivation layer before starting the hydrogenation. This is done, for example, by treatment with hydrogen or a gas containing hydrogen, optionally at elevated temperature.
  • the hydrogenation is preferably carried out directly after the reduction of the catalyst precursors in the same reactor in which the reduction also took place.
  • the hydrogenation is generally carried out at a pressure of from 1 to 300 bar, in particular from 5 to 200 bar, preferably from 8 to 85 bar and particularly preferably from 10 to 65 bar.
  • the hydrogenation is carried out at a pressure of less than 65 bar as a low pressure method.
  • the temperature is usually in a range 40 to 250 0 C, in particular from 60 to 160 0 C, preferably from 70 to 150 ° C, particularly preferably from 80 to 130 0 C.
  • the hydrogenation may be e.g. in the liquid phase in a stirred autoclave, a bubble column, a circulation reactor, such as a jet loop, or a fixed bed reactor.
  • the catalyst can be separated from the product by methods known to those skilled in the art, for example filtration or settling.
  • the hydrogenation in the gas phase can be carried out in a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor.
  • Common reactors for carrying out hydrogenation reactions are described, for example, in Ullmann's Encyclopaedia [Ullmann's Encyclopedia Electronic Release 2000, Chapter: Hydrogenation and Dehydrogenation, Chapter 1.3. and subchapters "Slurry Reactors", “Trickle-Bed Reactors" and "Bubble Column and Ebulliated Bed Reactors”].
  • the hydrogenation is preferably carried out in suspension.
  • the hydrogenation is carried out in the same reaction vessel in which the catalyst precursor is also reduced.
  • the hydrogenation processes can be carried out batchwise, semi-continuously or continuously.
  • the hydrogenation processes are preferably carried out semi-continuously or continuously.
  • Step d) can be carried out without phosgene or in the presence of phosgene.
  • the phosgenation can be carried out in liquid phase or in gas phase.
  • Phosgene-free processes for the preparation of isocyanates are known, for example, from EP 18588 A1, EP 28338 A2, EP 27952, EP 126299 and in particular EP 566925 A2.
  • the amine is reacted with urea and at least one, preferably exactly one, alcohol in a molar ratio of amine, urea and alcohol such as 1: 2 to 20: 5 to 40 at temperatures of 50-300 ° C. and in particular 180 ° C. 220 0 C under a pressure of 0.1 to 30 bar, preferably 5 - 20 bar to Reaction brought. Under these reaction conditions, the process has average reaction times of fractions of seconds to minutes.
  • the reaction can conveniently be carried out in the presence of dialkyl carbonates, advantageously in an amount of 0.1 to 30 mol%, preferably 1 to 10 mol%, or carbamic acid alkyl esters in an amount of 1 to 20 mol%, preferably of 5 to 15 mol %, based on the diamine.
  • dialkyl carbonates advantageously in an amount of 0.1 to 30 mol%, preferably 1 to 10 mol%, or carbamic acid alkyl esters in an amount of 1 to 20 mol%, preferably of 5 to 15 mol %, based on the diamine.
  • dialkyl carbonates and / or carbamic acid esters are those whose alkyl radicals correspond to the alkyl radical of the alcohol used.
  • the reaction can also be carried out in the presence of catalysts.
  • catalysts are expediently used in amounts of from 0.001 to 20% by weight, preferably from 0.001 to 5% by weight, in particular from 0.01 to 0.1% by weight, based on the weight of the amine.
  • Suitable catalysts are inorganic or organic compounds containing one or more cations, preferably a cation of metals of group IA, IB, IIA, IIB, HIB, IVA, IVB, VA, VB, VIB, VIIB, VIIIB of the Periodic Table of the Elements as defined in Handbook of Chemistry and Physics 14th Edition, published by Chemical Rubber Publishing Co., 23 Superior Ave. N.E., Cleveland, Ohio.
  • the cations of the following metals may be mentioned by way of example: lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, aluminum, gallium, tin, lead, bismuth, antimony, copper, silver, gold, zinc, mercury, cerium, titanium, vanadium, chromium, molybdenum, Manganese, iron and cobalt.
  • the catalyst may further contain at least one anion, for example halides, such as chlorides and bromides, sulfates, phosphates, nitrates, borates, alcoholates, phenates, sulfonates, oxides, oxide hydrates, hydroxides, carboxylates, chelates, carbonates and thio- or dithiocarbamates.
  • halides such as chlorides and bromides, sulfates, phosphates, nitrates, borates, alcoholates, phenates, sulfonates, oxides, oxide hydrates, hydroxides, carboxylates, chelates, carbonates and thio- or dithiocarbamates.
  • the catalysts can also be used in the form of their hydrates or ammoniaates without noticeable significant disadvantages.
  • Examples of typical catalysts are: lithium methoxide, lithium ethanolate, lithium propoxide, lithium butanolate, sodium methoxide, potassium tert-butoxide, magnesium methoxide, calcium methoxide, tin (II) chloride, tin (IV) chloride, Lead acetate, lead phosphate, antimony (III) chloride, antimony (V) chloride, aluminum acetylacetonate, aluminum isobutoxide, aluminum trichloride, bismuth (III) chloride, copper (II) acetate, copper (II) sulfate, copper (II) nitrate, bis (triphenylphosphine oxido) copper (II) chloride, copper molybdate, silver acetate, gold acetate, Zinc oxide, zinc chloride, zinc acetate, zinc acetonyl acetate, zinc octoate, zinc oxalate, zinc hexy-lat, zinc benzoate,
  • Examples of preferred catalysts are: lithium butanolate, aluminum acetylacetonate, zinc acetylacetonate, titanium tetrabutoxide and zirconium tetrabutoxide.
  • the mixing of the educt streams can preferably be carried out in a suitable special mixing device, which is characterized by short mixing times.
  • the mixed educt stream is then passed to a reaction device which may be backmixed or designed as a tubular reactor or a combination thereof.
  • the reaction mixture is reacted in the reactor at an average of 10 seconds to 5 hours, preferably 20 seconds to 20 minutes, more preferably 30 seconds to 10 minutes.
  • the temperature is generally between 50 0 C and 300 0 C, preferably between 180 0 C and 220 0 C.
  • the pressure is generally between 0.1 bar abs and 30 bar abs and preferably between 5 and 20 bar abs.
  • the residence time is chosen so that the conversion, based on amino groups in the amine used to urethane groups, after leaving the reactor is at least 95%, preferably at least 98, more preferably at least 99 and most preferably at least 99.5%.
  • the conversion based on amino groups in the amine used to form urethane groups, is not complete after leaving the reactor and is, for example, less than 95%, then the discharge can be further reacted.
  • the ammonia is separated by distillation. This creates a good separation between the alcohol and ammonia.
  • the separation takes place in a pressure range of 0.01 to 20 bar, preferably 0.04 to 15 bar.
  • the necessary temperatures depend on the alcohol or alcohol mixture used. For n-butanol, the temperature is for example at 60-150 0 C, preferably at 80 to 140 0 C. It has proved to be advantageous to separate the resulting ammonia immediately from the reaction mixture, so that an occupancy by ammonium carbamate, which is formed in minimal amounts of ammonia and carbon dioxide by decomposition of urea, can be avoided.
  • This distillation unit is of a known type and has the usual installations.
  • all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings.
  • trays bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred; of the trays are those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Barrel or Intalox saddles, Top-Pak etc. or braids preferred.
  • Floors are preferably used, more preferably bubble trays.
  • the distillation column preferably has 10 to 20 theoretical plates.
  • Alcohol, dialkyl carbonates, if they are formed or present in the reaction mixture, or alkyl carbamates or mixtures of at least two of these components are then removed from the resulting ammonia-depleted reaction mixture and preferably recycled to the reaction stage.
  • the reaction mixture is advantageously expanded from the pressure level of the reaction stage to a pressure in the range from 1 to 500 mbar, preferably from 10 to 100 mbar.
  • the resulting vapors are separated in subsequent expedient purification stages, preferably by rectification, and the isolated products of value alcohol and Carbamidklarealkylester, individually or as a mixture, preferably recycled to the reaction stage to form the monomeric urethanes.
  • This apparatus may be a container or a combination of container and column, preferably a column, wherein in the head of the alcohol or the alcohol mixture and in the bottom, the urethane can be withdrawn. In the top of the column, in addition to the alcohol, more easily than the urethane boiling substances may be included.
  • the separation takes place in a pressure range of 0.001 to 1 bar, preferably 0.02 to 0.5 bar.
  • the monomeric diurethanes, and optionally Oligoharnstoff-urethane and high-boiling oligomers containing reaction mixture can either be performed completely in the next stage or is preferably divided into two streams, wherein the weight ratio of the subsets 5 to 50:95 to 50 parts by weight, preferably 10 to 30:90 to 70 parts by weight.
  • the equal or preferably smaller subset is separated by distillation by means of a conventional distillation unit, preferably a thin film evaporator, at a temperature of 170 to 240 0 C, preferably from 180 to 230 0 C and under a pressure of 0.001 - 1 bar, preferably 0.002 - , 01 bar, into a valuable product containing the diurethanes and the lower-boiling by-products, and non-distillable by-products, which are separated from the production process and usually discarded as non-recyclable residue.
  • the desired product (distillate) is combined with the same or preferably larger other subset and fed the combined diurethane-containing reaction mixture of the thermal cleavage.
  • the proportion of non-distillable by-products in the reaction mixture which would form in the successive partial reactions and would constantly accumulate through the recycling recyclable feedstock in the reaction cycle, to a content of 3 to 30 wt.%, Preferably 5 to 20 wt .% limited, thereby ensuring a high-selectivity trouble-free reaction.
  • Thin-film evaporators or short-path evaporators can be used as distillation devices.
  • the urethane is distilled at pressures of 0.001-1 bar, preferably in the range of 0.002-0.01 bar.
  • the distillate is added to the cleavage.
  • the high-boiling marsh is preferably discarded or, less preferably, partially re-urethanized.
  • the resulting diurethane-containing reaction mixture is in a suitable device, preferably solvent-free in the liquid phase in the presence of catalysts at temperatures of 200 to 300 ° C, preferably 220 to 280 0 C and under reduced pressure of 0.01 - 0.6 bar , preferably continuously thermally split in the range of 0.02-0.1 bar.
  • the conversion of diurethane to diisocyanate in the apparatus for thermal cleavage can be chosen largely freely and is expediently in a range of 10 to 98 wt.%, Preferably 40 to 90 wt.% Of the amount supplied.
  • the uncleaved portion of the reaction mixture which contains unreacted diurethanes, oligourea-polyurethanes, high-boiling oligomers and other recyclable and unreachable by-products is separated, continuously discharged from the cleavage apparatus and recycled directly or optionally after reaction with alcohol in the reurethanization in the reaction stage.
  • Particularly useful and therefore preferably used are dibutyltin dilaurate, iron (III) acetylacetonate, cobalt (II) acetylacetonate, zinc acetylacetonate, zirconium tetra-n-butoxide and tin (II) dioctoate.
  • cleavage devices are, for example, cylindrical cleavage reactors, such. Tubular ovens or, preferably, evaporators, for example thin-film or bulk evaporators, e.g. Robert evaporator, Herbert evaporator, caddle-type evaporator, Plattenspalter and preferably Schukerzenverdampfer.
  • evaporators for example thin-film or bulk evaporators, e.g. Robert evaporator, Herbert evaporator, caddle-type evaporator, Plattenspalter and preferably Bankkerzenverdampfer.
  • the separation of the cleavage products takes place in a column, in which usually the isocyanate in the side and the alcohol are taken off at the top.
  • the crude isocyanate mixture is freed in a subsequent distillation of recombination products, by-products and, if present, the solvent.
  • the by-products are preferably recycled to the thermal cleavage. A part can also be removed.
  • the cleavage products formed in the thermal cleavage which are composed mainly of alcohol, diisocyanate, and partially cleaved diurethanes, are then advantageously by means of one or more distillation columns, preferably by rectification at temperatures of 100 to 220 0 C, preferably 120 to 170 0th C and a pressure of 1 to 200 mbar, preferably 5 to 50 mbar, in low boilers and especially alcohol and a crude diisocyanate mixture having a diisocyanate content of 85 to 99 wt.%, Preferably from 95 to 99 wt.% Separated.
  • the higher-boiling by-products obtained in the distillative separation and in particular the uncleaved and partially split diurethanes are preferably fed into the cleavage apparatus and / or reurethanization.
  • the crude isocyanate mixture preferably obtained by rectification, is purified by distillation at a temperature of from 100 to 180 ° C. and under a pressure of from 1 to 50 mbar, the individual fractions being recycled or isolated as a pure product.
  • the top fraction which preferably consists of diisocyanate, optionally after reaction of the free isocyanate groups with alcohol in the reaction stage
  • the side fraction which consists of pure diisocyanate, preferably with a purity of at least 98 wt.%, In particular more than 99 wt.%, is derived and fed to the storage and the bottoms fraction containing as essential components the partially cleaved diurethanes and diisocyanates, is preferably recycled to the cleavage device for thermal cleavage.
  • the reaction of the reaction effluent and / or distillation residues are preferably fed back into the process.
  • the isocyanate groups contained in this mixture and / or allophanates and / or ureas or other reactive constituents are converted to urethanes with alcohol. It is possible, these reactions in separate reactors such.
  • For the alcoholysis of the residues temperatures of 100 - 250 0 C, preferably 150 - 220 0 C are required.
  • the mean residence times are in the range of a few minutes to hours.
  • the streams can be combined with alcohol, wherein the molar ratio of NCO groups or their equivalents, ie for example urethane groups, to hydroxy groups up to 1: 100, preferably up to 1: 20, particularly preferably up to 1: 10.
  • This reaction mixture is in the presence or absence of catalysts within 1 to 150 minutes, preferably 3 to 60 minutes at a temperature of 20 to 200 0 C, preferably 50 to 170 0 C at a pressure of 0.5 to 20 bar, preferably 1 to 15 bar implemented.
  • the reaction can be carried out in a continuous boiler cascade or in a tubular reactor.
  • catalysts in principle, all compounds in question, which promote the reaction of NCO- with OH groups. Examples which may be mentioned are tin octoate, dibutyltin dilaurate, tin chloride, zinc dichloride, tin (II) dioctoate and triethylamine.
  • the 2-methylpentane-1, 5-diamine obtained from step c) is optionally pre-dissolved in free form or optionally as a hydrochloride in a solvent.
  • the water content of the used in the step c) 1, 5-pentanediamine depends on the nature of the reaction in step c) and should be preferred in the case of phosgenation below 200 ppm by weight, in the case of a phosgene-free implementation preferably below 10% by weight, more preferably below 1% by weight and very particularly preferably below 1000 ppm by weight.
  • chlorobenzene o- or p-dichlorobenzene, trichlorobenzene, chlorotoluenes, chlorol, chloroethylbenzene, chloronaphthalenes, chlorodiphenyls, methylene chloride, perchlorethylene, toluene, xylene, hexane, decahydronaphthalene, diethyl isophthalate (DEIP) and other carboxylic acid esters, such as No. 5,136,086, column 3, lines 3 to 18, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), benzene and mixtures thereof are preferred. Particularly preferred is chlorobenzene and dichlorobenzene.
  • the content of amine in the amine / solvent mixture is usually between 1 and 50% by mass, preferably between 2 and 40% by mass, more preferably between 3 and 30% by mass.
  • the phosgene is used as a mixture with the same or another inert solvent, preferably the same, or pure. Particularly preferred as phosgene is at least partially a recycled stream from the workup used, which is supplemented according to the desired stoichiometry by fresh phosgene.
  • the phosgene can generally be used in the form of 10 to 100, preferably 30 to 95 and in particular 40 to 90% strength by weight, solutions in inert solvents, the phosgene preferably being used for this purpose same solvent as used for the amine.
  • the temperature of the phosgene solution should be between -35 0 C and 180 0 C, preferably between -30 0 C and 150 0 C.
  • the temperature of the amine feed to the mixing device may be between 10 and 150 0 C, preferably 15-120 0 C and most preferably 20-100 0 C.
  • the molar ratio of total phosgene fed into the reaction to amino groups used is generally from 1.1: 1 to 30: 1, preferably from 1.3: 1 to 25: 1.
  • the mixing of the educt streams is preferably carried out in a suitable special mixing device, which is characterized by low mixing times.
  • the mean residence time in the reaction after mixing is generally 5 minutes to 15 hours, preferably 10 minutes to 12 hours, more preferably 15 minutes to 10 hours.
  • the temperature in the reaction is generally between 90 0 C and 250 0 C, preferably between 100 0 C and 240 0 C and particularly preferably between 1 10 and 230 0 C.
  • the pressure in the reaction is generally between 1, 1 bar and 80 bar abs, preferably between 1, 5 and 50 bar abs, more preferably between 2 and 35 bar abs, most preferably between 3 and 10 bar abs, and in particular between 4 and 8 bar abs.
  • the reaction can be carried out in a back-mixed reactor or in a tubular reactor, or also in a combination of a back-mixed reactor, which is followed by a tubular reactor.
  • the reaction mixture is then purified by distillation.
  • distillation unit may be a distillation column.
  • This distillation unit is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Of the soils bell bottoms, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred, of the trays are those with rings, helices, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, barrel or Intalox Saddling, top Pak etc. or braids preferred.
  • Floors are preferably used, more preferably bubble trays.
  • the distillation column preferably has 10 to 80 theoretical plates.
  • the generation of the gas phase in the bottom of the column is carried out by the operation of an evaporator which may be installed in the sump, for example a Robert evaporator, or in circulation with an external evaporator, for. B. tube or plate heat exchanger.
  • an evaporator which may be installed in the sump, for example a Robert evaporator, or in circulation with an external evaporator, for. B. tube or plate heat exchanger.
  • a circulation is then for example a forced circulation or a natural circulation.
  • the evaporation takes place in a natural circulation.
  • a further invention consists in generating a gas stream in the column by blowing in gaseous or superheated phosgene and / or inert solvent and / or inert gases.
  • the average residence time in the column is between 10 minutes and 12 hours, preferably 15 minutes to 11 hours and more preferably 15 minutes to 10 hours.
  • the bottom temperature in the distillation column is generally between 90 0 C and 250 0 C, preferably between 100 0 C and 240 0 C and particularly preferably between 1 10 and 230 0 C.
  • the top pressure in the distillation column is usually between 1, 1 bar abs and 80 bar abs, preferably between 1, 5 and 50 bar abs, more preferably between 2 and 35 bar abs, most preferably between 3 and 10 bar abs and in particular between 4 and 8 bar abs.
  • the phosgenation in the gas phase can be carried out, for example, as described in EP 1 275 639 A1, EP 1 275 640 A1, EP 1 449 826 A1, DE 10359627 A1 or in International Patent Application WO 2007/028715 A1.
  • the gas phase phosgenation can be carried out as follows:
  • Reaction progress occurring compounds ie starting materials (diamine and phosgene), intermediates (especially the intermediately formed mono- and Dicarbamoy- chlorides), end products (diisocyanate), and optionally metered inert compounds remain under the reaction conditions in the gas phase. Should these or other components be from the gas phase, e.g. deposited on the reactor wall or other apparatus components, it can be changed by these deposits, the heat transfer or the flow through the affected components undesirable. This is especially true for occurring amine hydrochlorides, which are formed from free amino groups and hydrogen chloride (HCl), since the resulting Aminhydro- chlorides easily precipitate and are difficult to re-evaporate.
  • starting materials diamine and phosgene
  • intermediates especially the intermediately formed mono- and Dicarbamoy- chlorides
  • end products diisocyanate
  • optionally metered inert compounds remain under the reaction conditions in the gas phase. Should these or other components be from the gas phase, e.g. deposited on the reactor
  • the educts can be metered into the mixing chamber together with at least one inert medium.
  • the inert medium is a medium which is gaseous in the reaction space at the reaction temperature and does not react with the compounds occurring in the course of the reaction.
  • the inert medium is generally mixed with amine and / or phosgene before the reaction, but can also be metered in separately from the educt streams.
  • nitrogen, noble gases such as helium or argon, or aromatics such as chlorobenzene, chlorotoluene, o-dichlorobenzene, toluene, xylene, chloronaphthalene, decahydronaphthalene, carbon dioxide or carbon monoxide can be used.
  • nitrogen and / or chlorobenzene is used as the inert medium.
  • the inert medium is used in an amount such that the ratio of the gas volumes of inert medium to amine or to phosgene is more than 0.0001 to 30, preferably more than 0.01 to 15, particularly preferably more than 0.1 to 5 is.
  • the starting amines are evaporated before carrying out the process according to the invention and heated to 200 0 C to 600 0 C, preferably 300 ° C to 500 0 C and optionally diluted with an inert gas or with the vapors of an inert solvent supplied by the mixer to the reactor.
  • the phosgene used in the phosgenation is also heated to a temperature within the range of 200 ° C to 600 ° C, preferably 300 0 C to 500 ° C before carrying out the inventive method optionally diluted with an inert gas or with the vapors of an inert solvent.
  • phosgene is used in excess with respect to amino groups.
  • a molar ratio of phosgene to amino groups 1, 1: 1 to 20: 1, preferably from 1, 2: 1 to 5: 1 before.
  • the reaction generally starts with contact of the reactants immediately after mixing.
  • the educt streams are mixed as completely as possible in a short time.
  • the preheated stream containing amine or mixtures of amines and the preheated stream containing phosgene are passed continuously into the reactor, preferably a tubular reactor.
  • the reactors are generally made of steel, glass, alloyed or enameled steel and have a length sufficient to allow complete reaction of the diamine with the phosgene under the process conditions.
  • reactor types known from the prior art can be used.
  • reactors are known from EP-B1 289840, Sp. 3, Z. 49 - Sp. 4, Z. 25, EP-B1 593334, WO 2004/026813, S. 3, Z. 24 - P. 6, Z 10, WO 03/045900, page 3, Z. 34 - page 6, line 15, EP-A1 1275639, page 4, line 17 - page 5, line 17 and EP-B1 570799, Sp. 2, Z. 1 - Sp. 3, Z. 42, which are expressly referred to within the scope of this disclosure.
  • the reaction of phosgene with amine in the reaction space takes place at absolute pressures of more than 0.1 bar to less than 20 bar, preferably between 0.5 bar and 15 bar and particularly preferably between 0.7 and 10 bar.
  • the absolute pressure is very particularly preferably between 0.7 bar and 5 bar, in particular from 0.8 to 3 bar and especially 1 to 2 bar.
  • the pressure in the feed lines to the mixing device is higher than the above-mentioned pressure in the reactor. Depending on the choice of mixing device drops at this pressure.
  • the pressure in the supply lines is from 20 to 2000 mbar, more preferably from 30 to 1000 mbar higher than in the reaction space.
  • reaction in the gas phase is understood to mean that the conversion of the educt streams and intermediates to the products in the gaseous state react with one another and during the reaction during the passage through the reaction space to at least 95%, preferably at least 98%, particularly preferred remain at least 99%, more preferably at least 99.5%, especially at least 99.8 and especially at least 99.9% in the gas phase.
  • Intermediates are, for example, the monomino-monocarbamoyl chlorides, dicarbamoyl chlorides, monoamino monoisocyanates and monoisocyanato monocarbamoyl chlorides formed from the diamines, and the hydrochlorides of the amino compounds.
  • the temperature in the reaction space is chosen so that it is above the boiling point of the diamine used, based on the pressure conditions prevailing in the reaction space.
  • an advantageous temperature in the reaction space of more than 200 0 C yields usually, preferably more than 260 0 C and most preferably greater than 300 0 C.
  • the temperature is up to 600, preferably up to 570 0 C.
  • the average contact time of the reaction mixture in the process according to the invention is generally between 0.001 seconds and less than 5 seconds, preferably from more than 0.01 seconds to less than 3 seconds, more preferably from more than 0.015 seconds to less than 2 seconds.
  • the average contact time is very particularly preferably from 0.015 to 1.5 seconds, in particular from 0.015 to 0.5 seconds, especially from 0.020 to 0.1 seconds and often from 0.025 to 0.05 seconds.
  • the gaseous reaction mixture passes through the reaction space at a flow rate of 10 to 300 meters / second, preferably from 25 to 250 meters / second, more preferably 40 to 230, most preferably 50 to 200, in particular more than 150 to 190 and especially 160 to 180 meters / second.
  • the gaseous reaction mixture is preferably washed at temperatures greater than 130 0 C with a solvent (quench).
  • Suitable solvents are preferably hydrocarbons which are optionally substituted by halogen atoms, such as hexane, benzene, nitrobenzene, anisole, chlorobenzene, chlorotoluene, o-dichlorobenzene, trichlorobenzene, diethyl isophthalate (DEIP), tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), Xylene, chloronaphthalene, decahydronaphthalene and toluene.
  • the solvent used is particularly preferably monochlorobenzene.
  • the solvent used may also be the isocyanate.
  • the isocyanate is selectively transferred to the wash solution. Subsequently, the remaining gas and the resulting wash solution are preferably separated by rectification into isocyanate, solvent, phosgene and hydrogen chloride.
  • the reaction mixture After the reaction mixture has been reacted in the reaction space, it is passed into the workup device with quench.
  • This is preferably a so-called scrubbing tower, the isocyanate formed being separated off from the gaseous mixture by condensation in an inert solvent, while excess phosgene, hydrogen chloride and optionally the inert medium pass through the work-up device in gaseous form.
  • the temperature of the inert solvent above the solution temperature of the carbamoyl chloride belonging to the amine is preferably maintained in the selected quench medium. In this case, the temperature of the inert solvent is particularly preferably kept above the melting temperature of the carbamyl chloride belonging to the amine
  • the pressure in the workup device is lower than in the reaction space.
  • the pressure is preferably 50 to 500 mbar, more preferably 80 to 150 mbar, lower than in the reaction space.
  • the laundry can be carried out, for example, in a stirred tank or in other conventional apparatus, for example in a column or mixer-settler apparatus.
  • all known extraction and washing processes and apparatus can be used for a wash in the process according to the invention, for example those described in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th ed, 1999 Electronic Release, Chapter: Liquid - Liquid Extraction - Apparatus are.
  • these may be one-stage or multistage, preferably single-stage extractions, as well as those in cocurrent or countercurrent mode, preferably countercurrent.
  • a suitable quench is known, for example, from EP-A1 1403248, Sp. 2, Z. 39 - Sp. 3, Z. 18, to which reference is expressly made in the scope of this disclosure.
  • the reaction mixture which consists essentially of the isocyanates, phosgene and hydrogen chloride, is mixed intensively with the injected liquid.
  • the mixing takes place in such a way that the temperature of the reaction mixture is lowered from 200 to 570 ° C. to 100 to 200 ° C., preferably to 140 to 180 ° C., and the isocyanate contained in the reaction mixture passes completely or partially into the sprayed liquid droplets by condensation, while the phosgene and hydrogen chloride remain substantially completely in the gas phase.
  • the proportion of the isocyanate contained in the gaseous reaction mixture, which passes into the liquid phase in the quench zone, is preferably from 20 to 100% by weight, more preferably from 50 to 99.5% by weight and in particular from 70 to 99% by weight, based on the isocyanate contained in the reaction mixture.
  • the reaction mixture preferably flows through the quench zone from top to bottom.
  • a collecting container is arranged, in which the liquid phase is separated off, collected and removed from the reaction chamber via an outlet and subsequently worked up.
  • the remaining gas phase is removed via a second outlet from the reaction space and also worked up.
  • the quench can be carried out, for example, as described in EP 1403248 A1, or as in international application WO 2005/123665 A1.
  • the liquid droplets are for this purpose by means of single- or Zweistoffzerstäuberdüsen, preferably Einstoffzerstäuberdüsen generated and produce depending on the embodiment, a spray cone angle of 10 to 140 °, preferably from 10 to 120 °, particularly preferably from 10 ° to 100 °.
  • the liquid that is injected via the atomizer nozzles must have a good solubility for isocyanates.
  • organic solvents are used.
  • aromatic solvents which may be substituted by halogen atoms.
  • the work-up of the diisocyanate thus obtained can be carried out in a manner known per se, for example as described above in liquid phase phosgenation.
  • the 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate prepared in this way contains no aromatic groups in contrast to the otherwise industrially produced isocyanates MDI and TDI.
  • Another object of the present invention is 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate, which additionally has a total chlorine content below 50 ppm by weight and a content of hydrolyzable chlorine below 10 ppm by weight.
  • 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate which additionally has a total chlorine content below 50 ppm by weight and a content of hydrolyzable chlorine below 10 ppm by weight.
  • Methylpentane-1,5-diisocyanate is obtainable by carrying out step d) phosgene-free.
  • the inventively prepared 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate is particularly suitable for the production of polyisocyanates containing isocyanurate, polyisocyanates containing uretdione, polyisocyanates containing biuret groups, polyisocyanates containing urethane or allophanate groups, oxadiazinetrione groups or iminoxadiazinedione groups containing polyisocyanates and / or uretonimine-modified polyisocyanates.
  • Such polyisocyanates are used, for example, in the production of urethane, isocyanurate, amide and / or urea group-containing plastics by the polyisocyanate polyaddition process.
  • Such polyisocyanate mixtures are used in particular for the production of light-resistant polyurethane coatings and coatings.
  • the polyisocyanates thus obtained based on the 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate prepared according to the invention are generally used in the paint industry.
  • the mixtures according to the invention can be used, for example, in coating compositions for 1K or 2K polyurethane coatings, for example for primers, fillers, basecoats, unpigmented topcoats, pigmented topcoats and clearcoats Industrial, in particular aircraft or large vehicle paint, wood, automotive, especially OEM or car refinish, or decorative paint can be used.
  • the coating compositions are particularly suitable for applications in which particularly high application safety, outdoor weathering resistance, appearance, solvent and / or chemical resistance are required.
  • the curing of these coating compositions is not essential according to the invention.
  • multilayer curing for example of clearcoat and basecoat, (so-called two-in-one), or of filler, clearcoat and basecoat (so-called three-in-one) are increasingly being carried out.
  • 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate according to the invention can be used for the production of thermoplastic polyurethanes (TPU), as for example in the Plastics Handbook, Volume 7 "Polyurethane", Carl Hanser Verlag Kunststoff Vienna, 3rd edition 1993, pages 455 to 466 is described.
  • TPU thermoplastic polyurethanes
  • diisocyanates They are prepared by reacting diisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms, preferably difunctional alcohols.
  • isocyanate-reactive compounds generally known polyhydroxy compounds having molecular weights of 500 to 8,000, preferably 600 to 6,000, especially 800 to 4,000, and preferably an average functionality of 1, 8 to 2.6, preferably 1, 9 to 2.2 , in particular 2, for example polyesterols, polyetherols and / or polycarbonate diols.
  • polyesterdiols obtainable by reacting butanediol and hexanediol as diol with adipic acid as dicarboxylic acid, the weight ratio of butanediol to hexanediol preferably being 2: 1.
  • polytetrahydrofuran having a molecular weight of 750 to 2500 g / mol, preferably 750 to 1200 g / mol.
  • chain extenders it is possible to use generally known compounds, for example diamines and / or alkanediols having 2 to 10 C atoms in the alkylene radical, in particular ethylene glycol and / or butanediol-1, 4, and / or hexanediol and / or di- and / or Tri-oxyalkylene glycols having 3 to 8 carbon atoms in the oxyalkylene radical, preferably corresponding oligo-polyoxypropylene glycols, it also being possible to use mixtures of the chain extenders.
  • diamines and / or alkanediols having 2 to 10 C atoms in the alkylene radical in particular ethylene glycol and / or butanediol-1, 4, and / or hexanediol and / or di- and / or Tri-oxyalkylene glycols having 3 to 8 carbon atoms in the oxyalkylene radical, preferably corresponding oligo-pol
  • chain extenders it is also possible to use 1,4-bis (hydroxymethyl) benzene (1,4-BHMB), 1,4-bis (hydroxyethyl) benzene (1,4-BHEB) or 1,4-bis (2 -hydroxyethoxy) -benzene (1, 4-HQEE) are used.
  • Preferred chain extenders are ethylene glycol and hexanediol, particularly preferably ethylene glycol.
  • catalysts which control the reaction between the NCO groups of the diisocyanates and the hydroxyl groups of the synthesis components for example, tertiary amines such as triethylamine, dimethylcyclohexylamine, N-methylmorpholine, N, N'-dimethylpiperazine, 2- (dimethylaminoethoxy) ethanol, diazabicyclo- (2,2,2) -octane and the like, and in particular organic metal compounds such as Titanium acid esters, iron compounds such as iron (Ml) - acetylacetonate, tin compounds such as tin diacetate, tin dilaurate or Zinndialkylsalze aliphatic carboxylic acids such as dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate or the like.
  • the catalysts are usually used in amounts of 0.0001 to 0.1 parts by weight per 100 parts by weight of polyhydroxyl compound.
  • catalysts can be added to the structural components to also conventional auxiliaries. Mention may be made, for example, of surface-active substances, flame retardants, nucleating agents, lubricants and mold release agents, dyes and pigments, inhibitors, stabilizers against hydrolysis, light, heat, oxidation or discoloration, protective agents against microbial degradation, inorganic and / or organic fillers, reinforcing agents and plasticizers.
  • the preparation of the TPU is usually carried out by conventional methods, such as by belt systems or reaction extruder.
  • the TPUs are preferably mixed with expandable microspheres and thermoplastically processed to the desired shaped articles. This can be done for example by injection molding sintering or by extrusion.
  • the temperature during the thermoplastic processing leads to an expansion of the expandable microspheres and thus to the formation of the expanded TPU.
  • the melt is introduced into molds and cures there.
  • Expanded TPUs can be used, for example, as films, tubes, profiles, fibers, cables, shoe soles, other shoe parts, ear tags, automobile parts, agricultural products, electrical products, damping elements; armrests; Plastic furniture elements, ski boots, bumpers, wheels, ski goggles, Powderslushober lake be used.

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Abstract

The present invention relates to a process for preparing 2-methylpentane 1,5-diisocyanate, 2-methylpentane 1,5-diisocyanate prepared in this way and its use.

Description

Verfahren zur Herstellung von 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat aus Methylglutarsäure- dinitril Process for the preparation of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate from methylglutaric dinitrile
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2-Methylpentan- 1 ,5-diisocyanat , so hergestelltes 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat und dessen Verwendung.The present invention relates to a process for the preparation of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate, thus prepared 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate and its use.
Die Herstellung von 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat aus 2-Methylpentan-1 ,5-diamin ist an sich bekannt und kann phosgenfrei (T. Lesiak, K. Seyda, Journal für Praktische Chemie (Leipzig), 1979, 321 (1 ), 161 - 163) oder durch Umsetzung mit Phosgen (z.B. DE 2625075) erfolgen.The preparation of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate from 2-methylpentane-1, 5-diamine is known per se and can phosgene-free (T. Lesiak, K. Seyda, Journal of Practical Chemistry (Leipzig), 1979, 321 ( 1), 161-163) or by reaction with phosgene (eg DE 2625075).
2-Methylpentan-1 ,5-diamin wird großtechnisch durch Hydrierung von Methylglutarsäu- redinitril (MGDN, 2-Methyl-1 ,5-pentandinitril) hergestellt und beispielsweise in Polyamiden, als Härter für Epoxidharze und für Polyurethane verwendet.2-methylpentane-1, 5-diamine is industrially produced by hydrogenation of Methylglutarsäu- redinitrile (MGDN, 2-methyl-1, 5-pentenenitrile) and used for example in polyamides, as a curing agent for epoxy resins and for polyurethanes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein weiteres Verfahren zur Herstellung von 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention was to provide a further process for the preparation of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate available.
Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von 2-Methylpentan-1 ,5- diisocyanat, in dem man a) 1 ,3-Butadien mit Cyanwasserstoff (HCN) zu einem Gemisch aus Methylglutarsäu redinitril (MGDN) und Adipodinitril (ADN) umsetzt, b) Methylglutarsäuredinitril aus dem so erhaltenen Adipodi- nitril/Methylglutarsäuredinitril-Gemisch abtrennt, c) Methylglutarsäuredinitril in 2-Methylpentan-1 ,5-diamin überführt und d) das so erhaltene 2-Methylpentan-1 ,5-diamin in 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat überführt.The object was achieved by a process for the preparation of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate, in which a) 1, 3-butadiene with hydrogen cyanide (HCN) to a mixture of Methylglutarsäu redinitrile (MGDN) and adiponitrile (ADN) b) methylglutaronitrile is separated off from the adiponitrile / methylglutaric acid dinitrile mixture thus obtained, c) methylglutaronitrile is converted into 2-methylpentane-1,5-diamine and d) the 2-methylpentane-1,5-diamine thus obtained in 2-methylpentane -1, 5-diisocyanate converted.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren beruht darin, daß man ein Koppelprodukt optimal verwertet und daraus zu minimierten Herstellkosten ein hochwertiges a- liphatisches Isocyanat macht, welches im Gegensatz zu aromatischen Isocyanaten zu lichtstabilen Polyurethansystemen für Außenanwendungen umgesetzt werden kann.The advantage of the process according to the invention is that it optimally utilizes a coproduct and from it makes a high-quality aliphatic isocyanate at minimized production costs, which, in contrast to aromatic isocyanates, can be converted into light-stable polyurethane systems for outdoor applications.
Das entsprechende Verfahren a) bis d) kann im Verbund an einem Standort ausgeführt werden. Es können jedoch auch die an einem Standort hergestellten Zwischenproduk- te einer Anlage entnommen und über eine geeignete logistische Maßnahme einer anderen Anlage auch an einem anderen Standort zugeführt werden. a) Umsetzung von 1 ,3-Butadien mit Cyanwasserstoff (HCN) zu einem Gemisch aus Methylglutarsäuredinitril (MGDN) und Adipodinitril (ADN)The corresponding method a) to d) can be carried out in combination at a location. However, the intermediate products produced at one location can also be taken from one plant and, via a suitable logistical measure, also be sent to another plant at another location. a) Reaction of 1, 3-butadiene with hydrogen cyanide (HCN) to give a mixture of methylglutaronitrile (MGDN) and adiponitrile (ADN)
Die erfindungsgemäße Schritt a) erfolgt bevorzugt zweistufig in der Flüssigphase, indem man zunächst 1 ,3-Butadien, gegebenenfalls im gemisch mit anderen C4-Alkanen und -Alkenen, homogenkatalysiert mit Blausäure (HCN) bei 10 - 100 bar und 50 - 1500C umsetzt. Das entstandene Isomerengemisch von gerad- und verzweigtkettigen Pentennitrilen wird so aufgearbeitet, bevorzugt durch Rektifikation, dass ein Gemisch mit möglichst hohem Gehalt, bevorzugt mindestens 97 Gew%, an höhersiedenden 3- und 4-Pentennitrilen entsteht.The inventive step a) is preferably carried out in two stages in the liquid phase, by initially 1, 3-butadiene, optionally mixed with other C4 alkanes and alkenes, homogeneously catalysed with hydrocyanic acid (HCN) at 10 - 100 bar and 50 - 150 0 C. implements. The resulting isomer mixture of straight-chain and branched-chain pentenenitriles is worked up, preferably by rectification, to give a mixture having the highest possible content, preferably at least 97% by weight, of higher-boiling 3- and 4-pentenenitriles.
Das leichtersiedende 2-Methyl-3-Butennitril wird bei normalem Druck oder Überdruck bis zu 5 bar und 80 - 1700C zu 3- und 4-Pentennitrilen isomerisiert und rektifiziert. Das thermodynamische Gleichgewicht mit den linearen nichtkonjugierten Pentennitrilen liegt mit etwa 95 % auf der Seite der linearen Pentennitrile.The lower-boiling 2-methyl-3-butenenitrile is isomerized and rectified at normal pressure or overpressure up to 5 bar and 80-170 0 C to 3- and 4-pentenenitriles. The thermodynamic equilibrium with the linear nonconjugated pentenenitriles is about 95% on the side of the linear pentenenitriles.
Das Gemisch, das überwiegend 3- und 4-Pentennitrile enthält, wird homogenkatalysiert bei Teilumsatz von 10 bis 50% mit weiterer Blausäure zu einem Gemisch von Adipodi- nitril, Methylglutarsäuredinitril und Ethylsuccindinitril bei 0,5 bar abs bis 5 bar Überdruck bei 40 - 150°C, bevorzugt bei 50 - 1100C umgesetzt. Nach Abtrennung von un- umgesetzten Pentennitrilen, extraktiver Abtrennung des Homogenkatalysators und seiner Bestandteile wird ein Strom erhalten, der die Dinitrile enthält und gemäß Teilschritt b) weiter aufgearbeitet wird.The mixture, which contains predominantly 3- and 4-pentenenitriles, is homogeneously catalyzed at partial conversion of 10 to 50% with further hydrogen cyanide to a mixture of adiponitrile, methylglutaronitrile and ethylsuccinonitrile at 0.5 bar abs to 5 bar overpressure at 40-150 ° C, preferably reacted at 50 - 110 0 C. After separation of unreacted pentenenitriles, extractive separation of the homogeneous catalyst and its constituents, a stream is obtained which contains the dinitriles and is further worked up according to substep b).
Als Katalysatoren kommen bevorzugt Ni(0)-Arylphosphor-Komplexverbindungen, wobei der Phosphor als Phosphit, Phosphinit, Phosphonit oder Phosphin vorliegen kann, zum Einsatz. Als Promotoren für die Isomerisierung und vor allem für die Addition von Blausäure an Pentennitril werden Lewissäuren, bevorzugt ZnCb oder Triphenylbor, verwendet. Die Homogenkatalyatoren werden nach der Dinitrilherstellung und destilla- tiver Abtrennung von überschüssigem Pentennitril durch Extraktion mit aromatenarmen (< 2 Gew%) Cs - Cio Alkanen oder deren Gemische, z.B. n-Hexan, Hexanisomeren, Cyclohexan, n-Heptan, Heptanisomeren, Methylcyclohexan, von den Dinitrilen getrennt und durch Abdestillieren des Extraktionsmittels für die Hydrocyanierungsreaktionen und die Isomerisierungsreaktion zurückgewonnen.Preferred catalysts are Ni (0) -aryl phosphorus complex compounds, where the phosphorus may be present as phosphite, phosphinite, phosphonite or phosphine. As promoters for the isomerization and especially for the addition of hydrogen cyanide to pentenenitrile, Lewis acids, preferably ZnCb or triphenylboron, are used. The homogenate catalysts are prepared after dinitrile preparation and distillative removal of excess pentenenitrile by extraction with low-aromatics (<2% by weight) Cs-Cio alkanes or mixtures thereof, e.g. n-hexane, hexane isomers, cyclohexane, n-heptane, heptane isomers, methylcyclohexane, separated from the dinitriles and recovered by distilling off the extraction agent for the hydrocyanation reactions and the isomerization reaction.
Eingesetzte Katalysatoren samt Selektivitäten für die Bildung der Pentennitril- und Dinitrilisomere sowie Verfahrensvarianten für die Gewinnung von Dinitrilen aus Butadien und Blausäure gemäß Schritt a) sind ausführlich in den folgenden Dokumenten niedergelegt, auf deren Offenbarung im Rahmen dieser Schrift ausdrücklich Bezug genommen sei: US 3496215; US 3496217; US 3496218; US 3536748; US 3564040; US 3773809; US 3853948; US 4080374; US 408281 1 ; US 4328172; US 4330483; US 4339395; US 4539302; US 4705881 ; US 5512695; US 5512696; WO 99/52632; US 6242633; WO 03/01 1457.Catalysts used together with selectivities for the formation of the pentenenitrile and dinitrile isomers and process variants for the recovery of dinitriles from butadiene and hydrogen cyanide according to step a) are laid down in detail in the following documents, whose disclosure is expressly referred to in the context of this document: US 3,496,215; US 3,496,217; US 3,496,218; US 3,536,748; US 3564040; US 3773809; US 3853948; US 4,080,374; US 408281 1; US 4328172; US 4330483; US 4339395; US 4539302; US 4705881; US 5512695; US 5512696; WO 99/52632; US 6242633; WO 03/01 1457.
Um eine höhere Ausbeute an Methylglutarsäuredinitril gemäß Schritt a) zu gewinnen, ist die Hydrocyanierung eines Pentennitrilgemisches von Vorteil, das einen hohen Gehalt an 2-Methyl-3-butennitril aufweist. Diese können gewonnen werden, indem nur ein Teil des bei der Hydrocyanierung von Butadien anfallenden 2-Methyl-3-butennitril (bei- spielsweise 30 - 65 Gew%) über die Isomerisierung geführt wird. Durch Variation des Anteils können Pentennitrilgemische mit einem Gehalt an 2-Methyl-3-butennit.nl von nahezu 0 bis 65 Gew% eingestellt werden. Das 2-Methyl-3-butennit.nl reagiert homogenkatalysiert mit Blausäure mit einer hohen Selektivität, beispielsweise mehr als 95 % zu Methylglutarsäuredinitril und Ethylsuccindinitril.In order to obtain a higher yield of methylglutaric acid dinitrile according to step a), the hydrocyanation of a pentenenitrile mixture which has a high content of 2-methyl-3-butenenitrile is advantageous. These can be obtained by passing only part of the 2-methyl-3-butenenitrile obtained in the hydrocyanation of butadiene (for example 30-65% by weight) over the isomerization. By varying the proportion, pentenenitrile mixtures having a content of 2-methyl-3-butenite.nl of almost 0 to 65% by weight can be adjusted. The 2-Methyl-3-butennit.nl reacts homogeneously catalyzed with hydrogen cyanide with a high selectivity, for example more than 95% to methylglutaric acid dinitrile and ethylsuccinonitrile.
b) Abtrennung von Methylglutarsäuredinitril aus dem in a) erhaltenen Adipodi- nitril/Methylglutarsäuredinitril/Ethylsuccindinitril -Gemischb) separation of methylglutaronitrile from the adiponitrile / methylglutaric dinitrile / ethylsuccinonitrile mixture obtained in a)
Die Isolierung einer Adipodinitril- und pentennitrilarmen Fraktion des Methylglutarsäu- redinitril kann in mehreren Rektifikationsschritten, bei den auch Trennblechkolonnen zum Einsatz kommen können, erfolgen (Siedepunkte bei 100 mbar: Adipodinitril 2110C; Metylglutarsäuredinitril 186°C; Ethylsuccindinitril 1800C, Pentennitrile 55-77°C). Zweckmäßig gewinnt man eine Fraktion von Methylglutarsäuredinitril und 2- Ethylsuccindinitril, mit einem Anteil der zwei zuletztgenannten Dinitrile > 95 Gew% und einem Mischungsverhältnis von 75:25 bis 95:5 gemäß den Selektivitäten der Reaktionen aus Teilschritt a). Die beiden Hauptbestandteile können - sofern gewünscht - anschließend destillativ auf der Stufe der Dinitrile oder der Folgeprodukte der Diamine (Teilschritt c)) oder der Diisocyanate (Teilschritt d)) weiter getrennt werden. Selbstverständlich können sie auch als Gemisch verarbeitet werden.The isolation of a adiponitrile and pentennitrilarmen fraction of Methylglutarsäu- can redinitril in several Rektifikationsschritten, wherein the well separation plate columns can be used, be carried out (boiling at 100 mbar: adiponitrile 211 0 C; Metylglutarsäuredinitril 186 ° C; Ethylsuccindinitril 180 0 C, pentenenitriles 55 -77 ° C). Suitably, a fraction of methylglutaric acid dinitrile and 2-ethylsuccinonitrile is obtained, with a proportion of the two last-mentioned dinitriles> 95% by weight and a mixing ratio of 75:25 to 95: 5 in accordance with the selectivities of the reactions from substep a). If desired, the two main constituents can then be separated further by distillation at the stage of the dinitriles or of the secondary products of the diamines (partial step c)) or of the diisocyanates (partial step d)). Of course, they can also be processed as a mixture.
Durch eine solche Reindestillation auf der Stufe der Dinitrile können in der Regel Gemische erhalten werden, die einen Gehalt an Methylglutarsäuredinitril von mindestens 95 Gew%, bevorzugt mindestens 98 und besonders bevorzugt mindestens 99 Gew% aufweisen, wobei der Rest überwiegend Adipodinitril, 2-Etylsuccindintril neben gerin- gen Mengen, meist < 0,5 Gew%, isomerer Pentennitrile und weitere Verunreinigungen, wie isomere Nonennitrile, isomerere Decendinitrile und Phenole ausmacht.Such a purifying distillation at the stage of the dinitriles can generally give mixtures which have a content of methylglutaronitrile of at least 95% by weight, preferably at least 98% and more preferably at least 99% by weight, the remainder being predominantly adiponitrile, 2-etylsuccindinetrile in addition small quantities, usually <0.5% by weight, of isomeric pentenenitriles and other impurities, such as isomeric nonenitriles, isomeric decendinitriles and phenols.
Ethylsuccindinitril kann bei entsprechendem Trennaufwand ebenfalls in einer Reinheit von mindestens 95 %, bevorzugt mindestens 98 Gew%, und besonders bevorzugt mindestens 99 Gew% isoliert werden. Hauptnebenbestandteil ist dabei Methylglutarsäuredinitril. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch eine Mischung von 0,1 bis 99,9 Gew% Methylglutarsäuredinitril, Adipodinitril und Ethylsuccin- dinitril abgetrennt werden und in die Mischung der entsprechenden Amine und diese wiederum in Isocyanate überführt werden. In diesem Falle wird im folgenden der Beg- riff "MGDN" für diese Mischung der Nitrile verwendet.Ethylsuccinonitrile can also be isolated with a corresponding separation effort in a purity of at least 95%, preferably at least 98% by weight, and particularly preferably at least 99% by weight. The main secondary constituent is methylglutaric acid dinitrile. In an alternative embodiment of the present invention, a mixture of 0.1 to 99.9% by weight of methylglutaronitrile, adiponitrile and ethylsuccinonitrile can be separated and converted into the mixture of the corresponding amines and these in turn into isocyanates. In this case, the term "MGDN" will be used hereinafter for this mixture of nitriles.
Die aus solchen Nitril- bzw. nach Hydrierung Amingemischen gebildeten Mischungen von 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat und Hexamethylendiisocyanat und 2-Ethyl-1 ,4- bis(isocyanato)butan können dann durch Destillation oder ein anderes geeignetes Ver- fahren in die Reinstoffe zerlegt werden oder direkt als Gemisch weiterverarbeitet, beispielsweise in ein Polyurethan überführt werden.The mixtures of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate and hexamethylene diisocyanate and 2-ethyl-1,4-bis (isocyanato) butane formed from such nitrile or after hydrogenation amine mixtures can then be prepared by distillation or another suitable process the pure substances are decomposed or further processed directly as a mixture, for example, be converted into a polyurethane.
c) Überführung von Methylglutarsäuredinitril in 2-Methylpentan-1 ,5-diaminc) conversion of methylglutaric acid dinitrile into 2-methylpentane-1,5-diamine
Die Überführung von Methylglutarsäuredinitril in 2-Methylpentan-1 ,5-diamin erfolgt bevorzugt durch Hydrierung, besonders bevorzugt durch katalytische, beispielsweise homogen- oder heterogenkatalysierte Hydrierung, ganz besonders bevorzugt durch heterogenkatalysierte Hydrierung.The conversion of methylglutaronitrile into 2-methylpentane-1,5-diamine is preferably carried out by hydrogenation, particularly preferably by catalytic, for example homogeneous or heterogeneously catalyzed hydrogenation, very particularly preferably by heterogeneously catalyzed hydrogenation.
Die Hydrierung von organischen Nitrilen kann in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise mit Raney-Katalysatoren, beispielsweise Raney-Nickel, Raney-Cobalt oder Ra- ney-Kupfer, und wird häufig zusätzlich in Gegenwart von basischen Alkali- bzw. Erdalkaliverbindungen durchgeführt, wie in US 3,821 ,305, US 5,874,625, US 5,151 ,543, US 4,375,003, EP-A-0316761 , EP-A-0913388 und US 6,660,887 beschrieben.The hydrogenation of organic nitriles can be carried out in any desired manner, for example with Raney catalysts, for example Raney nickel, Raney cobalt or Raney copper, and is frequently additionally carried out in the presence of basic alkali metal or alkaline earth metal compounds, as described in US Pat 3,821,305, US 5,874,625, US 5,151,543, US 4,375,003, EP-A-0316761, EP-A-0913388 and US 6,660,887.
Alternativ kann die Hydrierung auch im Festbett beispielsweise an Eisen- oder Cobalt- haltigen Katalysatoren durchgeführt werden wie beispielsweise in US 5,527,946, US 5,756,808, US 5,801 ,267, US 5,801 ,268 oder US 6,114,567 beschrieben.Alternatively, the hydrogenation can also be carried out in a fixed bed, for example on iron- or cobalt-containing catalysts as described for example in US 5,527,946, US 5,756,808, US 5,801,267, US 5,801,268 or US 6,114,567.
Als Reduktionsmittel können Wasserstoff, ein Wasserstoff enthaltendes Gas oder eine Hydridionenquelle verwendet werden, bevorzugt Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas.As the reducing agent, hydrogen, a hydrogen-containing gas or a hydride ion source can be used, preferably hydrogen or a hydrogen-containing gas.
Der zur Hydrierung verwendete Wasserstoff wird im allgemeinen im größeren stöchio- metrischen Überschuss von 1- bis 500-fachen, bevorzugt vom 2- bis 100-fachen oder stöchiometrischen Mengen verwendet. Er wird zumeist nach der Reaktion abgetrennt und kann dann als Kreisgas in die Reaktion zurückgeführt werden.The hydrogen used for the hydrogenation is generally used in the larger stoichiometric excess of from 1 to 500 times, preferably from 2 to 100 times or stoichiometric amounts. It is usually separated after the reaction and can then be recycled as recycle gas in the reaction.
Der Wasserstoff kommt im allgemeinen technisch rein zum Einsatz. Der Wasserstoff kann auch in Form eines Wasserstoff enthaltendem Gases, d.h. in Beimengungen mit anderen Inertgasen, wie Stickstoff, Helium, Neon, Argon oder Kohlendioxid zum Einsatz kommen. Die Hydrierung kann ebenfalls mit einer Hydridionenquelle erfolgen. Geeignete Hydridionenquellen sind komplexe Hydride, wie beispielsweise LiAIH4 oder NaBH4 The hydrogen is generally used technically pure. The hydrogen may also be used in the form of a hydrogen-containing gas, ie in admixtures with other inert gases, such as nitrogen, helium, neon, argon or carbon dioxide. The hydrogenation can also be carried out with a hydride ion source. Suitable hydride ion sources are complex hydrides such as LiAlH 4 or NaBH 4
Bei einem Verfahren zur Herstellung von Aminen durch Reduktion von Nitrilen, kann die Hydrierung bevorzugt auch unter Zusatz von Ammoniak erfolgen. Ammoniak wird in der Regel dabei in Molverhältnissen zur Nitrilgruppe im Verhältnis von 0,5:1 bis 100:1 , vorzugsweise 2:1 bis 20:1 eingesetzt. Die bevorzugte Ausführungsform ist ein Verfahren, bei dem kein Ammoniak zugegeben wird.In a process for the preparation of amines by reduction of nitriles, the hydrogenation can preferably also be carried out with the addition of ammonia. As a rule, ammonia is used in molar ratios to the nitrile group in the ratio of 0.5: 1 to 100: 1, preferably 2: 1 to 20: 1. The preferred embodiment is a method in which no ammonia is added.
Die Hydrierung kann in Gegenwart eines Lösungsmittels oder Lösungsvermittlers durchgeführt werden.The hydrogenation can be carried out in the presence of a solvent or solubilizer.
Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise d- bis C4-Alkohole, C4- bis C12- Dialkylether oder cyclische C4- bis Ci2-Ether, wie Tetrahydrofuran oder tert-Suitable solvents are, for example, C 1 - to C 4 -alcohols, C 4 - to C 12 -dialkyl ethers or cyclic C 4 - to C 12 -ethers, such as tetrahydrofuran or tert-butyl
Butylmethylether oder deren Mischungen. Die Flüssigkeit kann auch das Produkt der Hydrierung darstellen.Butyl methyl ether or mixtures thereof. The liquid may also be the product of the hydrogenation.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Hydrierung wasserfrei ausgeführt.In a preferred embodiment, the hydrogenation is carried out anhydrous.
Der Katalysator kann vor Beginn der Hydrierung von der inerten Flüssigkeit bzw. Pas- sivierungsschicht befreit werden. Dies geschieht beispielsweise durch die Behandlung mit Wasserstoff oder einem Wasserstoff enthaltendem Gas gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur. Bevorzugt wird die Hydrierung direkt nach der Reduktion der Katalysa- torvorläufer im selben Reaktor vorgenommen, in dem auch die Reduktion erfolgte.The catalyst can be freed from the inert liquid or passivation layer before starting the hydrogenation. This is done, for example, by treatment with hydrogen or a gas containing hydrogen, optionally at elevated temperature. The hydrogenation is preferably carried out directly after the reduction of the catalyst precursors in the same reactor in which the reduction also took place.
Die Hydrierung wird in der Regel bei einem Druck von 1 bis 300 bar, insbesondere von 5 bis 200 bar, bevorzugt von 8 bis 85 bar und besonders bevorzugt von 10 bis 65 bar, durchgeführt. Bevorzugt wird die Hydrierung bei einem Druck von weniger als 65 bar als Niederdruckverfahren ausgeführt.The hydrogenation is generally carried out at a pressure of from 1 to 300 bar, in particular from 5 to 200 bar, preferably from 8 to 85 bar and particularly preferably from 10 to 65 bar. Preferably, the hydrogenation is carried out at a pressure of less than 65 bar as a low pressure method.
Die Temperatur liegt in der Regel in einem Bereich 40 bis 2500C, insbesondere von 60 bis 1600C, bevorzugt von 70 bis 150°C, besonders bevorzugt von 80 bis 1300C.The temperature is usually in a range 40 to 250 0 C, in particular from 60 to 160 0 C, preferably from 70 to 150 ° C, particularly preferably from 80 to 130 0 C.
Die Hydrierung kann z.B. in der Flüssigphase in einem Rührautoklaven, einer Blasensäule, einem Umlaufreaktor, wie etwa einer Strahlschlaufe, oder einem Festbettreaktor erfolgen.The hydrogenation may be e.g. in the liquid phase in a stirred autoclave, a bubble column, a circulation reactor, such as a jet loop, or a fixed bed reactor.
Der Katalysator kann mit dem Fachmann bekannten Verfahren, beispielsweise Filtrati- on oder Absetzverfahren vom Produkt abgetrennt werden. Ebenso kann die Hydrierung in der Gasphase in einem Festbettreaktor oder einem Wirbelbettreaktor durchgeführt werden. Gängige Reaktoren zur Durchführung von Hydrierungsreaktionen sind beispielsweise im Ullmann's Encyclopädie beschrieben [UII- mann's Encyclopedia Electronic Release 2000, Kapitel: Hydrogenation and Dehydro- genation, Kapitel 1.3. und Unterkapitel "Slurry Reactors", "Trickle-Bed Reactors" und "Bubble Column and Ebulliated Bed Reactors"].The catalyst can be separated from the product by methods known to those skilled in the art, for example filtration or settling. Likewise, the hydrogenation in the gas phase can be carried out in a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor. Common reactors for carrying out hydrogenation reactions are described, for example, in Ullmann's Encyclopaedia [Ullmann's Encyclopedia Electronic Release 2000, Chapter: Hydrogenation and Dehydrogenation, Chapter 1.3. and subchapters "Slurry Reactors", "Trickle-Bed Reactors" and "Bubble Column and Ebulliated Bed Reactors"].
Bevorzugt wird die Hydrierung in Suspension durchgeführt.The hydrogenation is preferably carried out in suspension.
In einer besonderen Ausführungsform, meist aus Gründen der Verfahrensvereinfachung wird die Hydrierung in dem selben Reaktionsgefäß durchgeführt, in dem auch die Reduktion des Katalysatorvorläufers erfolgt.In a particular embodiment, usually for reasons of simplifying the process, the hydrogenation is carried out in the same reaction vessel in which the catalyst precursor is also reduced.
Die Hydrierverfahren können diskontinuierlich, semi-kontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bevorzugt werden die Hydrierverfahren semi-kontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt.The hydrogenation processes can be carried out batchwise, semi-continuously or continuously. The hydrogenation processes are preferably carried out semi-continuously or continuously.
Das so erhaltene 2-Methylpentan-1 ,5-diamin bzw. ein solches enthaltendes Gemisch kann, falls erforderlich, nochmals destilliert werden, so daß der Reinheitsgrad bezogen auf das Amin oder Amingemisch in der Regel bei mindestens 98%, bevorzugt mindestens 99% besonders bevorzugt mindestens 99,5% und ganz besonders bevorzugt mindestens 99,8% liegt.The resulting 2-methylpentane-1, 5-diamine or such a mixture containing, if necessary, be distilled again, so that the degree of purity based on the amine or amine mixture usually at least 98%, preferably at least 99% particularly preferably at least 99.5% and most preferably at least 99.8%.
d) Überführung des aus c) erhaltenen 2-Methylpentan-1 ,5-diamin in 2-Methylpentan- 1 ,5-diisocyanatd) conversion of the 2-methylpentane-1, 5-diamine obtained from c) into 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate
Der Schritt d) kann phosgenfrei oder in Gegenwart von Phosgen erfolgen, bei letzterer Variante kann die Phosgenierung in Flüssigphase oder in Gasphase erfolgen.Step d) can be carried out without phosgene or in the presence of phosgene. In the latter variant, the phosgenation can be carried out in liquid phase or in gas phase.
Phosgenfreie Verfahren zur Herstellung von Isocyanaten sind bekannt beispielsweise aus der EP 18588 A1 , EP 28338 A2, EP 27952, EP 126299 und besonders EP 566925 A2.Phosgene-free processes for the preparation of isocyanates are known, for example, from EP 18588 A1, EP 28338 A2, EP 27952, EP 126299 and in particular EP 566925 A2.
Die im Stand der Technik bekannten phosgenfreien Verfahren können für das erfin- dungsgemäße Verfahren angewendet werden, bevorzugt jedoch das im folgenden beschriebene:The phosgene-free processes known in the prior art can be used for the process according to the invention, but preferably the process described below:
Zur Herstellung der Urethane wird das Amin mit Harnstoff und mindestens einem, bevorzugt genau einem Alkohol in einem molaren Verhältnis von Amin, Harnstoff und Alkohol wie 1 : 2 bis 20 : 5 bis 40 bei Temperaturen von 50 - 300 0C und insbesondere bei 180 - 220 0C unter einem Druck von 0,1 bis 30 bar, vorzugsweise 5 - 20 bar zur Reaktion gebracht. Bei diesen Reaktionsbedingungen ergeben sich für das Verfahren mittlere Reaktionszeiten von Bruchteilen von Sekunden bis Minuten.To prepare the urethanes, the amine is reacted with urea and at least one, preferably exactly one, alcohol in a molar ratio of amine, urea and alcohol such as 1: 2 to 20: 5 to 40 at temperatures of 50-300 ° C. and in particular 180 ° C. 220 0 C under a pressure of 0.1 to 30 bar, preferably 5 - 20 bar to Reaction brought. Under these reaction conditions, the process has average reaction times of fractions of seconds to minutes.
Die Umsetzung kann in Gegenwart von Dialkylcarbonaten, zweckmäßigerweise in ei- ner Menge von 0,1 bis 30 Mol%, vorzugsweise 1 bis 10 Mol% oder Carbamidsäureal- kylestern zweckmäßigerweise in einer Menge von 1 bis 20 Mol%, vorzugsweise von 5 bis 15 Mol%, bezogen auf das Diamin, durchgeführt werden. Insbesondere verwendet werden dabei Mischungen aus Dialkylcarbonaten und Carbamidsäurealkylestern in den genannten Mengenverhältnissen. Als Dialkylcarbonate und/oder Carbamidsäureester setzt man bevorzugt solche ein, deren Alkylreste dem Alkylrest des verwendeten Alkohols entsprechen.The reaction can conveniently be carried out in the presence of dialkyl carbonates, advantageously in an amount of 0.1 to 30 mol%, preferably 1 to 10 mol%, or carbamic acid alkyl esters in an amount of 1 to 20 mol%, preferably of 5 to 15 mol %, based on the diamine. In particular, mixtures of dialkyl carbonates and alkyl carbamates are used in the stated proportions. Preferred dialkyl carbonates and / or carbamic acid esters are those whose alkyl radicals correspond to the alkyl radical of the alcohol used.
Die Umsetzung kann auch in Gegenwart von Katalysatoren erfolgen. Diese werden zweckmäßigerweise in Mengen von 0,001 bis 20 Gew% vorzugsweise 0,001 bis 5 Gew% insbesondere 0,01 bis 0,1 Gew%, bezogen auf das Gewicht des Amins, eingesetzt.The reaction can also be carried out in the presence of catalysts. These are expediently used in amounts of from 0.001 to 20% by weight, preferably from 0.001 to 5% by weight, in particular from 0.01 to 0.1% by weight, based on the weight of the amine.
Als Katalysatoren eignen sich anorganische oder organische Verbindungen, die ein oder mehrere Kationen, vorzugsweise ein Kation von Metallen der Gruppe IA, IB, IIA, IIB, HIB, IVA, IVB, VA, VB, VIB, VIIB, VIIIB des Periodensystems der Elemente enthalten, definiert gemäß Handbook of Chemistry and Physics 14th Edition, publiziert von Chemical Rubber Publishing Co., 23 Superior Ave. N. E., Cleveland, Ohio, enthalten. Beispielhaft genannt seien die Kationen folgender Metalle: Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Aluminium, Gallium, Zinn, Blei, Bismut, Antimon, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Quecksilber, Cer, Titan, Vanadium, Chrom, Molybdän, Mangan, Eisen und Cobalt.Suitable catalysts are inorganic or organic compounds containing one or more cations, preferably a cation of metals of group IA, IB, IIA, IIB, HIB, IVA, IVB, VA, VB, VIB, VIIB, VIIIB of the Periodic Table of the Elements as defined in Handbook of Chemistry and Physics 14th Edition, published by Chemical Rubber Publishing Co., 23 Superior Ave. N.E., Cleveland, Ohio. The cations of the following metals may be mentioned by way of example: lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, aluminum, gallium, tin, lead, bismuth, antimony, copper, silver, gold, zinc, mercury, cerium, titanium, vanadium, chromium, molybdenum, Manganese, iron and cobalt.
Der Katalysator kann weiterhin mindestens ein Anion enthalten, beispielsweise Halogenide, wie Chloride und Bromide, Sulfate, Phosphate, Nitrate, Borate, Alkoholate, Phenolate, Sulfonate, Oxide, Oxidhydrate, Hydroxide, Carboxylate, Chelate, Carbonate und Thio- oder Dithiocarbamate.The catalyst may further contain at least one anion, for example halides, such as chlorides and bromides, sulfates, phosphates, nitrates, borates, alcoholates, phenates, sulfonates, oxides, oxide hydrates, hydroxides, carboxylates, chelates, carbonates and thio- or dithiocarbamates.
Die Katalysatoren können ohne erkennbare deutliche Nachteile auch in Form ihrer Hydrate oder Ammoniakate zum Einsatz kommen.The catalysts can also be used in the form of their hydrates or ammoniaates without noticeable significant disadvantages.
Als typische Katalysatoren seien beispielhaft folgende Verbindungen genannt: Li- thiummethanolat, Lithiumethanolat, Lithiumpropanolat, Lithiumbutanolat, Natrium- methanolat, Kalium-tert.-butanolat, Magnesiummethanolat, Calciummethanolat, Zinn- (ll)-chlorid, Zinn-(IV)-chlorid, Bleiacetat, Bleiphosphat, Antimon-(lll)-chlorid, Antimon- (V)-chlorid, Aluminiumacetylacetonat, Aluminium-iso-butylat, Aluminiumtrichlorid, Bis- mut-(lll)-chlorid, Kupfer-(ll)-acetat, Kupfer-(ll)-sulfat, Kupfer-(ll)-nitrat, Bis- (triphenylphosphinoxido)-kupfer-(ll)-chlorid, Kupfermolybdat, Silberacetat, Goldacetat, Zinkoxid, Zinkchlorid, Zinkacetat, Zinkacetonylacetat, Zinkoctoat, Zinkoxalat, Zinkhexy- lat, Zinkbenzoat, Zinkundecylenat, Cer-(IV)-oxid, Uranylacetat, Titantetrabutanolat, Titantetrachlorid, Titantetraphenolat, Titannaphtenat, Vanadium-(lll)-chlorid, Vanadiu- macetylacetonat, Chrom-(lll)-chlorid, Molybdän-(VI)-oxid, Molybdänacetylacetonat, Wolfram-(VI)-oxid, Mangan-(ll)-chlorid, Mangan-(ll)-acetat, Mangan-(lll)-acetat, Eisen- (ll)-acetat, Eisen-(lll)-acetat, Eisenphosphat, Eisenoxalat, Eisen-(lll)-chlorid, Eisen-(lll)- bromid, Cobaltacetat, Cobaltchlorid, Cobaltsulfat, Cobaltnaphthenat, Nickelchlorid, Ni- ckelacetat und Nickelnaphthenat sowie deren Gemische.Examples of typical catalysts are: lithium methoxide, lithium ethanolate, lithium propoxide, lithium butanolate, sodium methoxide, potassium tert-butoxide, magnesium methoxide, calcium methoxide, tin (II) chloride, tin (IV) chloride, Lead acetate, lead phosphate, antimony (III) chloride, antimony (V) chloride, aluminum acetylacetonate, aluminum isobutoxide, aluminum trichloride, bismuth (III) chloride, copper (II) acetate, copper (II) sulfate, copper (II) nitrate, bis (triphenylphosphine oxido) copper (II) chloride, copper molybdate, silver acetate, gold acetate, Zinc oxide, zinc chloride, zinc acetate, zinc acetonyl acetate, zinc octoate, zinc oxalate, zinc hexy-lat, zinc benzoate, zinc undecylenate, cerium (IV) oxide, uranyl acetate, titanium tetrabutoxide, titanium tetrachloride, titanium tetraphenolate, titanium naphthenate, vanadium (III) chloride, vanadium ametylacetonate, Chromium (III) chloride, molybdenum (VI) oxide, molybdenum acetylacetonate, tungsten (VI) oxide, manganese (II) chloride, manganese (II) acetate, manganese (III) acetate, Iron (II) acetate, iron (III) acetate, iron phosphate, iron oxalate, iron (III) chloride, iron (III) bromide, cobalt acetate, cobalt chloride, cobalt sulfate, cobalt naphthenate, nickel chloride, nickel acetate and Nickel naphthenate and mixtures thereof.
Als bevorzugte Katalysatoren seien beispielhaft folgende Verbindungen genannt: Li- thiumbutanolat, Aluminiumacetylacetonat, Zinkacetylacetonat, Titantetrabutanolat und Zirkontetrabutylat.Examples of preferred catalysts are: lithium butanolate, aluminum acetylacetonate, zinc acetylacetonate, titanium tetrabutoxide and zirconium tetrabutoxide.
Die Vermischung der Eduktströme kann bevorzugt in einer geeigneten speziellen Mischeinrichtung erfolgen, die sich durch geringe Mischzeiten auszeichnet.The mixing of the educt streams can preferably be carried out in a suitable special mixing device, which is characterized by short mixing times.
Der vermischte Eduktstrom wird dann in eine Reaktionseinrichtung geführt, die rückvermischt oder als Rohrreaktor oder als Kombination daraus gestaltet sein kann.The mixed educt stream is then passed to a reaction device which may be backmixed or designed as a tubular reactor or a combination thereof.
Das Reaktionsgemisch wird im Reaktor bei einer mittleren von 10 Sekunden bis 5 Stunden, bevorzugt 20 Sekunden bis 20 Minuten, besonders bevorzugt 30 Sekunden bis 10 Minuten umgesetzt. Die Temperatur beträgt im allgemeinen zwischen 50 0C und 300 0C, bevorzugt zwischen 180 0C und 220 0C. Der Druck beträgt in der Regel zwischen 0,1 bar abs und 30 bar abs und bevorzugt zwischen 5 und 20 bar abs.The reaction mixture is reacted in the reactor at an average of 10 seconds to 5 hours, preferably 20 seconds to 20 minutes, more preferably 30 seconds to 10 minutes. The temperature is generally between 50 0 C and 300 0 C, preferably between 180 0 C and 220 0 C. The pressure is generally between 0.1 bar abs and 30 bar abs and preferably between 5 and 20 bar abs.
Die Verweilzeit ist so gewählt, daß der Umsatz, bezogen auf Aminogruppen im eingesetzten Amin zu Urethangruppen, nach Verlassen des Reaktors mindestens 95%, bevorzugt mindestens 98, besonders bevorzugt mindestens 99 und ganz besonders bevorzugt mindestens 99,5% beträgt.The residence time is chosen so that the conversion, based on amino groups in the amine used to urethane groups, after leaving the reactor is at least 95%, preferably at least 98, more preferably at least 99 and most preferably at least 99.5%.
Ist der Umsatz, bezogen auf Aminogruppen im eingesetzten Amin zu Urethangruppen, nach Verlassen des Reaktors noch nicht vollständig und beträgt beispielsweise weniger als 95%, so kann der Austrag nochmals nachreagiert werden.If the conversion, based on amino groups in the amine used to form urethane groups, is not complete after leaving the reactor and is, for example, less than 95%, then the discharge can be further reacted.
Zur Abtrennung des Ammoniaks werden zweckmäßigerweise Kolonnen verwendet, bevorzugt wird der Ammonik per Destillation abgetrennt. Dadurch gelingt eine gute Trennung zwischen dem Alkohol und Ammoniak. Üblicherweise erfolgt die Abtrennung in einem Druckbereich von 0,01 - 20 bar, vorzugsweise bei 0,04 - 15 bar. Die notwendigen Temperaturen richten sich nach dem verwendeten Alkohol bzw. dem Alkoholge- misch. Für n-Butanol liegt die Temperatur beispielsweise bei 60 - 150 0C, bevorzugt bei 80 bis 140 0C. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den entstehenden Ammoniak sofort aus der Reaktionsmischung abzutrennen, so daß eine Belegung durch Ammoniumcarbaminat, welches in minimalen Mengen aus Ammoniak und Kohlendioxid durch Zersetzung von Harnstoff gebildet wird, vermieden werden kann.For the separation of the ammonia columns are advantageously used, preferably the ammonia is separated by distillation. This creates a good separation between the alcohol and ammonia. Usually, the separation takes place in a pressure range of 0.01 to 20 bar, preferably 0.04 to 15 bar. The necessary temperatures depend on the alcohol or alcohol mixture used. For n-butanol, the temperature is for example at 60-150 0 C, preferably at 80 to 140 0 C. It has proved to be advantageous to separate the resulting ammonia immediately from the reaction mixture, so that an occupancy by ammonium carbamate, which is formed in minimal amounts of ammonia and carbon dioxide by decomposition of urea, can be avoided.
Diese Destillationseinheit ist von an sich bekannter Bauart und weist die üblichen Einbauten auf. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Von den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, von den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Barrel- oder Intalox-Sätteln, Top-Pak etc. oder Geflechten bevorzugt. Bevorzugt werden Böden verwendet, besonders bevorzugt Glockenböden.This distillation unit is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Of the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred; of the trays are those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Barrel or Intalox saddles, Top-Pak etc. or braids preferred. Floors are preferably used, more preferably bubble trays.
Die Destillationskolonne weist bevorzugt 10 - 20 theoretische Trennböden auf.The distillation column preferably has 10 to 20 theoretical plates.
Aus der erhaltenen ammoniakabgereicherten Reaktionsmischung werden dann Alkohol, Dialkylcarbonate, sofern solche gebildet wurden oder in der Reaktionsmischung vorliegen, oder Carbamidsäurealkylester oder Mischungen aus mindestens zwei dieser Komponenten abgetrennt und vorzugsweise in die Reaktionsstufe zurückgeführt.Alcohol, dialkyl carbonates, if they are formed or present in the reaction mixture, or alkyl carbamates or mixtures of at least two of these components are then removed from the resulting ammonia-depleted reaction mixture and preferably recycled to the reaction stage.
Zur Abtrennung der Komponenten wird die Reaktionsmischung vorteilhafterweise vom Druckniveau der Reaktionsstufe auf einen Druck im Bereich von 1 bis 500 mbar, vorzugsweise von 10 bis 100 mbar entspannt. Man erhält hierbei gasförmige Brüden, die die überwiegende Alkoholmenge sowie 0 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.% Dialkylcarbonat und/oder 1 bis 50 Gew.%, vorzugsweise 1 bis 20 Gew.% Carbamidsäurealkylester enthalten, und einen flüssigen Austrag, der im wesentlichen aus dem monomeren Diurethan besteht und gegebenenfalls Oligoharnstoff-polyurethanen und hochsiedende Oligomere enthält.To separate off the components, the reaction mixture is advantageously expanded from the pressure level of the reaction stage to a pressure in the range from 1 to 500 mbar, preferably from 10 to 100 mbar. This gives gaseous vapors containing the predominant amount of alcohol and 0 to 30 wt.%, Preferably 1 to 10 wt.% Dialkyl carbonate and / or 1 to 50 wt.%, Preferably 1 to 20 wt.% Carbamidsäurealkylester, and a liquid discharge consisting essentially of the monomeric diurethane and optionally containing Oligoharnstoff-polyurethanes and high-boiling oligomers.
Die erhaltenen Brüden werden in nachfolgenden zweckmäßigerweise destillativen Reinigungsstufen, vorzugsweise durch Rektifikation, getrennt und die hierbei isolierten Wertprodukte Alkohol und Carbamidsäurealkylester, einzeln oder als Mischung, vorzugsweise in die Reaktionsstufe zur Bildung der monomeren Urethane zurückgeführt.The resulting vapors are separated in subsequent expedient purification stages, preferably by rectification, and the isolated products of value alcohol and Carbamidsäurealkylester, individually or as a mixture, preferably recycled to the reaction stage to form the monomeric urethanes.
Zur destillativen Abtrennung des Alkohols oder des Alkoholgemisches wird häufig ein sogenannter Flash eingesetzt. Dieser Apparat kann ein Behälter oder eine Kombination von Behälter und Kolonne vorzugsweise eine Kolonne sein, wobei im Kopf der Alkohol bzw. das Alkoholgemisch und im Sumpf das Urethan abgezogen werden kann. Im Kopf der Kolonne können neben dem Alkohol auch weitere leichter als das Urethan siedende Stoffe enthalten sein. Die Trennung erfolgt in einem Druckbereich von 0,001 bis 1 bar, vorzugsweise bei 0,02 - 0,5 bar. Die nach Abtrennung der Brüden in der Regel als Sumpfaustrag erhaltene flüssige, die monomeren Diurethane, und gegebenenfalls Oligoharnstoff-polyurethane und hochsiedende Oligomere enthaltende Reaktionsmischung kann entweder vollständig in die Folgestufe geführt werden oder wird bevorzugt in zwei Teilströme geteilt, wobei das Gewichtsverhältnis der Teilmengen 5 bis 50:95 bis 50 Gew.-Teile, vorzugsweise 10 bis 30:90 bis 70 Gew.-Teile beträgt.For distillative removal of the alcohol or the alcohol mixture, a so-called flash is often used. This apparatus may be a container or a combination of container and column, preferably a column, wherein in the head of the alcohol or the alcohol mixture and in the bottom, the urethane can be withdrawn. In the top of the column, in addition to the alcohol, more easily than the urethane boiling substances may be included. The separation takes place in a pressure range of 0.001 to 1 bar, preferably 0.02 to 0.5 bar. The obtained after removal of the vapors usually as bottoms liquid, the monomeric diurethanes, and optionally Oligoharnstoff-urethane and high-boiling oligomers containing reaction mixture can either be performed completely in the next stage or is preferably divided into two streams, wherein the weight ratio of the subsets 5 to 50:95 to 50 parts by weight, preferably 10 to 30:90 to 70 parts by weight.
Die gleich große oder vorzugsweise kleinere Teilmenge wird destillativ getrennt mittels einer üblichen Destillationsanlage, vorzugsweise eines Dünnschichtverdampfers, bei einer Temperatur von 170 bis 2400C, vorzugsweise von 180 bis 2300C und unter einem Druck von 0,001 - 1 bar, vorzugsweise 0,002 - 0,01 bar, in ein Wertprodukt, das die Diurethane und die leichter siedende Nebenprodukte enthält, und nicht destillierbare Nebenprodukte, die aus dem Herstellungsverfahren abgetrennt und üblicherweise als nicht verwertbarer Rückstand verworfen werden. Das Wertprodukt (Destillat) wird mit der gleich großen oder vorzugsweise größeren anderen Teilmenge vereinigt und die vereinigte Diurethane enthaltende Reaktionsmischung der thermischen Spaltung zugeführt.The equal or preferably smaller subset is separated by distillation by means of a conventional distillation unit, preferably a thin film evaporator, at a temperature of 170 to 240 0 C, preferably from 180 to 230 0 C and under a pressure of 0.001 - 1 bar, preferably 0.002 - , 01 bar, into a valuable product containing the diurethanes and the lower-boiling by-products, and non-distillable by-products, which are separated from the production process and usually discarded as non-recyclable residue. The desired product (distillate) is combined with the same or preferably larger other subset and fed the combined diurethane-containing reaction mixture of the thermal cleavage.
Durch diese Verfahrensmaßnahme wird der Anteil an nicht destillierbaren Nebenprodukten in der Reaktionsmischung, die sich bei den nacheinander ablaufenden Teilreaktionen bilden und durch die Rückführung verwertbarer Einsatzstoff im Reaktionskreislauf ständig anreichern würden, auf einen Gehalt von 3 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.% begrenzt und dadurch eine mit hoher Selektivität störungsfrei ablaufende Reaktion gewährleistet.By this method measure, the proportion of non-distillable by-products in the reaction mixture, which would form in the successive partial reactions and would constantly accumulate through the recycling recyclable feedstock in the reaction cycle, to a content of 3 to 30 wt.%, Preferably 5 to 20 wt .% limited, thereby ensuring a high-selectivity trouble-free reaction.
Als Destillationseinrichtungen können Dünnschichtverdampfer oder Kurzwegverdampfer zum Einsatz kommen. Das Urethan wird bei Drücken von 0,001 - 1 bar, vorzugsweise im Bereich von 0,002 - 0,01 bar destilliert. Das Destillat wird der Spaltung zuge- führt.Thin-film evaporators or short-path evaporators can be used as distillation devices. The urethane is distilled at pressures of 0.001-1 bar, preferably in the range of 0.002-0.01 bar. The distillate is added to the cleavage.
Der hochsiederhaltige Sumpf wird bevorzugt verworfen oder kann weniger bevorzugt teilweise der Reurethanisierung zugeführt werden.The high-boiling marsh is preferably discarded or, less preferably, partially re-urethanized.
Die so erhaltene Diurethane-enthaltende Reaktionsmischung wird in einer geeigneten Vorrichtung, bevorzugt lösungsmittelfrei in flüssiger Phase in Gegenwart von Katalysatoren bei Temperaturen von 200 bis 300°C, vorzugsweise 220 bis 2800C und unter vermindertem Druck von 0,01 - 0,6 bar, vorzugsweise im Bereich von 0,02 - 0,1 bar kontinuierlich thermisch gespalten. Der Umsatz von Diurethan zu Diisocyanat in der Vorrichtung zur thermischen Spaltung kann weitgehend frei gewählt werden und liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich von 10 bis 98 Gew.%, vorzugsweise 40 bis 90 Gew.% der zugeführten Menge. Der ungespaltene Anteil der Reaktionsmischung, der nicht umgesetzte Diurethane, Oligoharnstoff-polyurethane, hochsiedende Oligomere und andere wieder verwertbare und unverwertbare Nebenprodukte enthält, wird abgetrennt, kontinuierlich aus der Spaltvorrichtung ausgeschleust und direkt oder gegebenenfalls nach Umsetzung mit Alkohol in der Reurethanisierung in die Reaktionsstufe zurückgeführt.The resulting diurethane-containing reaction mixture is in a suitable device, preferably solvent-free in the liquid phase in the presence of catalysts at temperatures of 200 to 300 ° C, preferably 220 to 280 0 C and under reduced pressure of 0.01 - 0.6 bar , preferably continuously thermally split in the range of 0.02-0.1 bar. The conversion of diurethane to diisocyanate in the apparatus for thermal cleavage can be chosen largely freely and is expediently in a range of 10 to 98 wt.%, Preferably 40 to 90 wt.% Of the amount supplied. The uncleaved portion of the reaction mixture which contains unreacted diurethanes, oligourea-polyurethanes, high-boiling oligomers and other recyclable and unreachable by-products is separated, continuously discharged from the cleavage apparatus and recycled directly or optionally after reaction with alcohol in the reurethanization in the reaction stage.
Als Katalysatoren zur chemischen Spaltung finden z.B. die vorgenannten, die Urethan- bildung katalysierende anorganischen und organischen Verbindungen Verwendung.As chemical cleavage catalysts, e.g. the aforementioned, the urethane formation catalyzing inorganic and organic compounds use.
Besonders bewährt und daher vorzugsweise verwendet werden Dibutylzinndilaurat, Eisen-(lll)-acetylacetonat, Kobalt-(ll)-acetylacetonat, Zinkacetylacetonat, Zirkon tetra-n- butanolat und Zinn-(ll)-dioctoat.Particularly useful and therefore preferably used are dibutyltin dilaurate, iron (III) acetylacetonate, cobalt (II) acetylacetonate, zinc acetylacetonate, zirconium tetra-n-butoxide and tin (II) dioctoate.
Als Spaltvorrichtungen eignen sich beispielsweise zylinderförmige Spaltreaktoren, wie z.B. Röhrenöfen oder vorzugsweise Verdampfer, beispielsweise Dünnschicht- oder Bulkverdampfer, wie z.B. Robertverdampfer, Herbertverdampfer, caddle-typ- Verdampfer, Plattenspalter und vorzugsweise Heizkerzenverdampfer.As cleavage devices are, for example, cylindrical cleavage reactors, such. Tubular ovens or, preferably, evaporators, for example thin-film or bulk evaporators, e.g. Robert evaporator, Herbert evaporator, caddle-type evaporator, Plattenspalter and preferably Heizkerzenverdampfer.
Die Trennung der Spaltprodukte erfolgt in einer Kolonne, bei der üblicherweise das Isocyanat in der Seite und der Alkohol am Kopf abgezogen werden.The separation of the cleavage products takes place in a column, in which usually the isocyanate in the side and the alcohol are taken off at the top.
Das Rohisocyanatgemisch wird in einer sich anschließenden Destillation von Rekombinationsprodukten, Nebenprodukten und sofern vorhanden dem Lösungsmittel befreit. Die Nebenprodukte werden vorzugsweise in die thermische Spaltung zurückgeführt. Ein Teil kann auch ausgeschleust werden.The crude isocyanate mixture is freed in a subsequent distillation of recombination products, by-products and, if present, the solvent. The by-products are preferably recycled to the thermal cleavage. A part can also be removed.
Die bei der thermischen Spaltung gebildeten Spaltprodukte, die sich vor allem aus Alkohol, Diisocyanat, und partiell gespaltenen Diurethanen zusammensetzen, werden danach vorteilhafterweise mit Hilfe einer oder mehrerer Destillationskolonnen, vorzugsweise durch Rektifikation bei Temperaturen von 100 bis 2200C, vorzugsweise 120 bis 1700C und einem Druck von 1 bis 200 mbar, vorzugsweise 5 bis 50 mbar, in Leichtsieder und besonders Alkohol und eine rohe Diisocyanatmischung mit einem Diisocyanatgehalt von 85 bis 99 Gew.%, vorzugsweise von 95 bis 99 Gew.% getrennt. Die bei der destillativen Trennung anfallenden höhersiedenden Nebenprodukte und insbesondere die ungespaltenen und partiell gespaltenen Diurethane werden vorzugsweise in die Spaltvorrichtung und/oder Reurethanisierung geführt.The cleavage products formed in the thermal cleavage, which are composed mainly of alcohol, diisocyanate, and partially cleaved diurethanes, are then advantageously by means of one or more distillation columns, preferably by rectification at temperatures of 100 to 220 0 C, preferably 120 to 170 0th C and a pressure of 1 to 200 mbar, preferably 5 to 50 mbar, in low boilers and especially alcohol and a crude diisocyanate mixture having a diisocyanate content of 85 to 99 wt.%, Preferably from 95 to 99 wt.% Separated. The higher-boiling by-products obtained in the distillative separation and in particular the uncleaved and partially split diurethanes are preferably fed into the cleavage apparatus and / or reurethanization.
Die vorzugsweise durch Rektifikation erhaltene rohe Isocyanatmischung wird durch Destillation bei einer Temperatur von 100 bis 1800C und unter einem Druck von 1 bis 50 mbar gereinigt, wobei die einzelnen Fraktionen zurückgeführt oder als Reinprodukt isoliert werden. Wie bereits ausgeführt wurde, wird bei der bevorzugt angewandten Reindestillation die Kopffraktion, die vorzugsweise aus Diisocyanat besteht, gegebenenfalls nach Umsetzung der freien Isocyanatgruppen mit Alkohol in die Reaktionsstufe zurückgeführt, die Seitenfraktion, die aus reinem Diisocyanat, vorzugsweise mit einer Reinheit von mindestens 98 Gew.%, insbesondere über 99 Gew.% besteht, wird abgeleitet und der Lagerung zugeführt und die Sumpffraktion, die als wesentliche Komponenten die partiell gespaltenen Diurethane und Diisocyanate enthält, wird vorzugsweise in die Spaltvorrichtung zur thermischen Spaltung zurückgeführt.The crude isocyanate mixture, preferably obtained by rectification, is purified by distillation at a temperature of from 100 to 180 ° C. and under a pressure of from 1 to 50 mbar, the individual fractions being recycled or isolated as a pure product. As has already been stated, in the preferred Purification by distillation, the top fraction, which preferably consists of diisocyanate, optionally after reaction of the free isocyanate groups with alcohol in the reaction stage, the side fraction, which consists of pure diisocyanate, preferably with a purity of at least 98 wt.%, In particular more than 99 wt.%, is derived and fed to the storage and the bottoms fraction containing as essential components the partially cleaved diurethanes and diisocyanates, is preferably recycled to the cleavage device for thermal cleavage.
Die Umsetzung des Reaktionsaustrages und/oder Destillationsrückstände werden vor- zugsweise erneut dem Prozess zugeführt. Dabei werden mit Alkohol die in diesem Gemisch enthaltenen Isocyanatgruppen und/oder Allophanate und/oder Harnstoffe oder sonstige reaktive Bestandteile zu Urethanen umgewandelt. Es besteht die Möglichkeit, diese Reaktionen in separaten Reaktoren wie z. B. Mischreaktoren oder Strömungsrohren oder auch in durchzuführen. Für die Alkoholyse der Rückstände sind Temperaturen von 100 - 250 0C, vorzugsweise 150 - 220 0C erforderlich. Die mittleren Verweilzeiten liegen dabei im Bereich von wenigen Minuten bis Stunden.The reaction of the reaction effluent and / or distillation residues are preferably fed back into the process. In this case, the isocyanate groups contained in this mixture and / or allophanates and / or ureas or other reactive constituents are converted to urethanes with alcohol. It is possible, these reactions in separate reactors such. B. mixing reactors or flow tubes or in perform. For the alcoholysis of the residues temperatures of 100 - 250 0 C, preferably 150 - 220 0 C are required. The mean residence times are in the range of a few minutes to hours.
Dazu können beispielsweise die Ströme mit Alkohol zusammengeführt werden, wobei das Molverhältnis von NCO-Gruppen bzw. deren Äquivalenten, also beispielsweise Urethangruppen, zu Hydroxygruppen bis zu 1 :100, bevorzugt bis zu 1 :20, besonders bevorzugt bis zu 1 :10 beträgt.For this purpose, for example, the streams can be combined with alcohol, wherein the molar ratio of NCO groups or their equivalents, ie for example urethane groups, to hydroxy groups up to 1: 100, preferably up to 1: 20, particularly preferably up to 1: 10.
Diese Reaktionsmischung wird in Gegenwart oder Abwesenheit von Katalysatoren innerhalb von 1 bis 150 min, bevorzugt 3 bis 60 min bei Temperatur von 20 bis 200 0C, bevorzugt 50 bis 170 0C bei einem Druck von 0,5 bis 20 bar, bevorzugt 1 bis 15 bar umgesetzt.This reaction mixture is in the presence or absence of catalysts within 1 to 150 minutes, preferably 3 to 60 minutes at a temperature of 20 to 200 0 C, preferably 50 to 170 0 C at a pressure of 0.5 to 20 bar, preferably 1 to 15 bar implemented.
Die Umsetzung kann in einer kontinuierlichen Kesselkaskade oder in einem Rohrreaktor durchgeführt werden.The reaction can be carried out in a continuous boiler cascade or in a tubular reactor.
Als Katalysatoren kommen grundsätzlich alle Verbindungen in Frage, die die Reaktion von NCO- mit OH-Gruppen fördern. Beispielsweise seien genannt Zinnoctoat, Dibutyl- zinndilaurat, Zinnchlorid, Zinkdichlorid, Zinn-(ll)-dioctoat und Triethylamin.As catalysts, in principle, all compounds in question, which promote the reaction of NCO- with OH groups. Examples which may be mentioned are tin octoate, dibutyltin dilaurate, tin chloride, zinc dichloride, tin (II) dioctoate and triethylamine.
Die Durchführung der Phosgenierung in der Flüssigphase ist ebenfalls an sich bekannt und kann bevorzugt wie folgt ausgeführt werden:The carrying out of the phosgenation in the liquid phase is likewise known per se and can preferably be carried out as follows:
Das aus Schritt c) erhaltene 2-Methylpentan-1 ,5-diamin wird wahlweise in freier Form oder als Hydrochlorid gegebenenfalls in einem Lösungsmittel vorgelöst.The 2-methylpentane-1, 5-diamine obtained from step c) is optionally pre-dissolved in free form or optionally as a hydrochloride in a solvent.
Der Wassergehalt des in die Stufe c) eingesetzten 1 ,5-Pentandiamin richtet sich nach der Art der Reaktion in der Stufe c) und sollte im Falle einer Phosgenierung bevorzugt unter 200 Gew.ppm, im Falle einer phosgenfreien Durchführung bevorzugt unter 10 Gew%, besonders bevorzugt unter 1 Gew% und ganz besonders bevorzugt unter 1000 Gew.ppm betragen.The water content of the used in the step c) 1, 5-pentanediamine depends on the nature of the reaction in step c) and should be preferred in the case of phosgenation below 200 ppm by weight, in the case of a phosgene-free implementation preferably below 10% by weight, more preferably below 1% by weight and very particularly preferably below 1000 ppm by weight.
Dabei sind Chlorbenzol, o- oder p-Dichlorbenzol, Trichlorbenzol, Chlortoluole, Chlorxy- lole, Chlorethylbenzol, Chlornaphthaline, Chlordiphenyle, Methylenchlorid, Perchlor- ethylen, Toluol, XyIoIe, Hexan, Dekahydronaphthalin, Diethylisophthalat (DEIP) und andere Carbonsäureester, wie sie beispielsweise in der US 5,136,086, Spalte 3, Zeilen 3 bis 18 aufgeführt sind, Tetrahydrofuran (THF), Dimethylformamid (DMF), Benzol und deren Gemische bevorzugt. Besonders bevorzugt ist Chlorbenzol und Dichlorbenzol.These are chlorobenzene, o- or p-dichlorobenzene, trichlorobenzene, chlorotoluenes, chlorol, chloroethylbenzene, chloronaphthalenes, chlorodiphenyls, methylene chloride, perchlorethylene, toluene, xylene, hexane, decahydronaphthalene, diethyl isophthalate (DEIP) and other carboxylic acid esters, such as No. 5,136,086, column 3, lines 3 to 18, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), benzene and mixtures thereof are preferred. Particularly preferred is chlorobenzene and dichlorobenzene.
Der Gehalt an Amin im Gemisch Amin/Lösungsmittel beträgt üblicherweise zwischen 1 und 50 Massen-%, bevorzugt zwischen 2 und 40 Massen-%, besonders bevorzugt zwischen 3 und 30 Massen%.The content of amine in the amine / solvent mixture is usually between 1 and 50% by mass, preferably between 2 and 40% by mass, more preferably between 3 and 30% by mass.
Das Phosgen wird als Gemisch mit dem gleichen oder einem anderen inerten Lösungsmittel, bevorzugt dem gleichen, oder rein eingesetzt. Besonders bevorzugt wird als Phosgen zumindest teilweise ein rückgewonnener Strom aus der Aufarbeitung verwendet, der entsprechend der gewünschten Stöchiometrie durch frisches Phosgen ergänzt wird.The phosgene is used as a mixture with the same or another inert solvent, preferably the same, or pure. Particularly preferred as phosgene is at least partially a recycled stream from the workup used, which is supplemented according to the desired stoichiometry by fresh phosgene.
Das Phosgen kann beim erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen in Form von 10- bis 100-, vorzugsweise 30-bis 95- und insbesondere 40- bis 90-gew.-%igen, Lösungen in inerten Lösungsmitteln zum Einsatz kommen, wobei vorzugsweise für das Phosgen das gleiche Lösungsmittel wie für das Amin verwendet wird.In the process according to the invention, the phosgene can generally be used in the form of 10 to 100, preferably 30 to 95 and in particular 40 to 90% strength by weight, solutions in inert solvents, the phosgene preferably being used for this purpose same solvent as used for the amine.
Die Temperatur der Phosgenlösung sollte zwischen -35 0C und 180 0C, bevorzugt zwischen -30 0C und 1500C betragen.The temperature of the phosgene solution should be between -35 0 C and 180 0 C, preferably between -30 0 C and 150 0 C.
Beispielsweise kann die Temperatur des Aminzulaufs zur Mischeinrichtung zwischen 10 und 150 0C, bevorzugt 15 - 120 0C und besonders bevorzugt 20 - 100 0C betragen.For example, the temperature of the amine feed to the mixing device may be between 10 and 150 0 C, preferably 15-120 0 C and most preferably 20-100 0 C.
Das molare Verhältnis von insgesamt in die Reaktion eingespeistem Phosgen zu eingesetzten Aminogruppen beträgt im allgemeinen 1 ,1 : 1 bis 30 : 1 , bevorzugt von 1 ,3:1 bis 25:1.The molar ratio of total phosgene fed into the reaction to amino groups used is generally from 1.1: 1 to 30: 1, preferably from 1.3: 1 to 25: 1.
Die Vermischung der Eduktströme erfolgt bevorzugt in einer geeigneten speziellen Mischeinrichtung, die sich durch geringe Mischzeiten auszeichnet.The mixing of the educt streams is preferably carried out in a suitable special mixing device, which is characterized by low mixing times.
Die mittlere Verweilzeit in der Reaktion nach der Vermischung beträgt in der Regel 5 min bis 15 h, bevorzugt 10 min bis 12 h, besonders bevorzugt 15 min bis 10 h. Die Temperatur in der Reaktion beträgt im allgemeinen zwischen 90 0C und 250 0C, bevorzugt zwischen 100 0C und 240 0C und besonders bevorzugt zwischen 1 10 und 230 0C.The mean residence time in the reaction after mixing is generally 5 minutes to 15 hours, preferably 10 minutes to 12 hours, more preferably 15 minutes to 10 hours. The temperature in the reaction is generally between 90 0 C and 250 0 C, preferably between 100 0 C and 240 0 C and particularly preferably between 1 10 and 230 0 C.
Der Druck in der Reaktion beträgt in der Regel zwischen 1 ,1 bar und 80 bar abs, bevorzugt zwischen 1 ,5 und 50 bar abs, besonders bevorzugt zwischen 2 und 35 bar abs, ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 10 bar abs, und insbesondere zwischen 4 und 8 bar abs.The pressure in the reaction is generally between 1, 1 bar and 80 bar abs, preferably between 1, 5 and 50 bar abs, more preferably between 2 and 35 bar abs, most preferably between 3 and 10 bar abs, and in particular between 4 and 8 bar abs.
Die Reaktion kann in einem rückvermischten Reaktor oder in einem Rohrreaktor erfolgen, oder auch in einer Kombination aus einem rückvermischten Reaktor, dem ein Rohrreaktor nachgeschaltet ist.The reaction can be carried out in a back-mixed reactor or in a tubular reactor, or also in a combination of a back-mixed reactor, which is followed by a tubular reactor.
Das Reaktionsgemisch wird anschließend destillativ gereinigt.The reaction mixture is then purified by distillation.
Beispielsweise kann es sich dabei um eine Destillationskolonne handeln. Diese Destillationseinheit ist von an sich bekannter Bauart und weist die üblichen Einbauten auf. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Von den Böden sind Glocken- böden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, von den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Barrel- oder Intalox-Sätteln, Top-Pak etc. oder Geflechten bevorzugt. Bevorzugt werden Böden verwendet, besonders bevorzugt Glockenböden.For example, it may be a distillation column. This distillation unit is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Of the soils bell bottoms, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred, of the trays are those with rings, helices, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, barrel or Intalox Saddling, top Pak etc. or braids preferred. Floors are preferably used, more preferably bubble trays.
Die Destillationskolonne weist bevorzugt 10 - 80 theoretische Trennböden auf.The distillation column preferably has 10 to 80 theoretical plates.
In dieser Kolonne werden die Gasphase von unten nach oben und die Flüssigphase von oben nach unten durch die Kolonne geführt.In this column, the gas phase from bottom to top and the liquid phase are passed from top to bottom through the column.
Die Erzeugung der Gasphase im Sumpf der Kolonne erfolgt durch den Betrieb eines Verdampfers, der in den Sumpf eingebaut sein kann, beispielsweise ein Robert- Verdampfer, oder im Umlauf mit einem externen Verdampfer, z. B. Röhren- oder Plattenwärmetauscher.The generation of the gas phase in the bottom of the column is carried out by the operation of an evaporator which may be installed in the sump, for example a Robert evaporator, or in circulation with an external evaporator, for. B. tube or plate heat exchanger.
Ein Umlauf ist dann beispielsweise ein Zwangsumlauf oder ein Naturumlauf. Bevorzugt erfolgt die Verdampfung in einem Naturumlauf.A circulation is then for example a forced circulation or a natural circulation. Preferably, the evaporation takes place in a natural circulation.
Eine weitere erfindungsgemäße besteht in der Erzeugung eines Gasstromes in der Kolonne durch Einblasen von gasförmigen oder überhitztem Phosgen und/oder inertem Lösungsmittel und/oder inerten Gasen. Die mittlere Verweilzeit in der Kolonne beträgt zwischen 10 min und 12 h, bevorzugt 15 min - 11 h und besonders bevorzugt 15 min - 10 h.A further invention consists in generating a gas stream in the column by blowing in gaseous or superheated phosgene and / or inert solvent and / or inert gases. The average residence time in the column is between 10 minutes and 12 hours, preferably 15 minutes to 11 hours and more preferably 15 minutes to 10 hours.
Die Sumpftemperatur in der Destillationskolonne beträgt im allgemeinen zwischen 90 0C und 250 0C, bevorzugt zwischen 100 0C und 240 0C und besonders bevorzugt zwischen 1 10 und 230 0C. Der Kopfdruck in der Destillationskolonne beträgt in der Regel zwischen 1 ,1 bar abs und 80 bar abs, bevorzugt zwischen 1 ,5 und 50 bar abs, besonders bevorzugt zwischen 2 und 35 bar abs, ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 10 bar abs und insbesondere zwischen 4 und 8 bar abs.The bottom temperature in the distillation column is generally between 90 0 C and 250 0 C, preferably between 100 0 C and 240 0 C and particularly preferably between 1 10 and 230 0 C. The top pressure in the distillation column is usually between 1, 1 bar abs and 80 bar abs, preferably between 1, 5 and 50 bar abs, more preferably between 2 and 35 bar abs, most preferably between 3 and 10 bar abs and in particular between 4 and 8 bar abs.
Am Sumpf der Kolonne wird dann ein das Isocyanat als Produkt enthaltender flüssiger und/oder gasförmiger Strom entnommen.At the bottom of the column, a liquid and / or gaseous stream containing the isocyanate as a product is then removed.
Die Phosgenierung in der Gasphase kann beispielsweise erfolgen, wie beschrieben in EP 1 275 639 A1 , EP 1 275 640 A1 , EP 1 449 826 A1 , DE 10359627 A1 oder in der Internationalen Patentanmeldung WO 2007/028715 A1.The phosgenation in the gas phase can be carried out, for example, as described in EP 1 275 639 A1, EP 1 275 640 A1, EP 1 449 826 A1, DE 10359627 A1 or in International Patent Application WO 2007/028715 A1.
Bevorzugt kann die Gasphasenphosgenierung durchgeführt werden wie folgt:Preferably, the gas phase phosgenation can be carried out as follows:
Bei der Gasphasenphosgenierung ist es definitionsgemäß anzustreben, daß die imIn the gas phase phosgenation it is by definition desirable to have the
Reaktionsverlauf auftretenden Verbindungen, also Edukte (Diamin und Phosgen), Zwischenprodukte (insbesondere die intermediär entstehenden Mono- und Dicarbamoy- chloride), Endprodukte (Diisocyanat), sowie gegebenenfalls zudosierte inerte Verbindungen, unter den Reaktionsbedingungen in der Gasphase verbleiben. Sollten diese oder andere Komponenten sich aus der Gasphase z.B. an der Reaktorwand oder anderen Apparatebauteilen abscheiden, so kann durch diese Abscheidungen der Wärmeübergang oder die Durchströmung der betroffenen Bauteile unerwünscht verändert werden. Dies gilt insbesondere für auftretende Aminhydrochloride, die sich aus freien Aminogruppen und Chlorwasserstoff (HCl) bilden, da die resultierenden Aminhydro- chloride leicht ausfallen und nur schwer wieder verdampfbar sind.Reaction progress occurring compounds, ie starting materials (diamine and phosgene), intermediates (especially the intermediately formed mono- and Dicarbamoy- chlorides), end products (diisocyanate), and optionally metered inert compounds remain under the reaction conditions in the gas phase. Should these or other components be from the gas phase, e.g. deposited on the reactor wall or other apparatus components, it can be changed by these deposits, the heat transfer or the flow through the affected components undesirable. This is especially true for occurring amine hydrochlorides, which are formed from free amino groups and hydrogen chloride (HCl), since the resulting Aminhydro- chlorides easily precipitate and are difficult to re-evaporate.
Die Edukte, oder auch nur eines von ihnen, können zusammen mit mindestens einem Inertmedium in den Mischraum eindosiert werden.The educts, or just one of them, can be metered into the mixing chamber together with at least one inert medium.
Bei dem Inertmedium handelt es sich um ein Medium, das bei der Reaktionstemperatur gasförmig im Reaktionsraum vorliegt und nicht mit den im Reaktionsverlauf auftretenden Verbindungen reagiert. Das Inertmedium wird im allgemeinen vor der Umsetzung mit Amin und/oder Phosgen vermischt, kann aber auch getrennt von den Eduktströmen zudosiert werden. Beispielsweise können Stickstoff, Edelgase, wie Helium oder Argon, oder Aromaten, wie Chlorbenzol, Chlortoluol, o-Dichlorbenzol, Toluol, XyIoI, Chlornaphthalin, Decahydronaphthalin, Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid, verwendet werden. Bevorzugt wird Stickstoff und/oder Chlorbenzol als Inertmedium verwendet. Im allgemeinen wird das Inertmedium in einer Menge eingesetzt, so dass das Verhältnis der Gasvolumina von Inertmedium zu Amin bzw. zu Phosgen mehr als 0,0001 bis 30, bevorzugt mehr als 0,01 bis 15, besonders bevorzugt mehr als 0,1 bis 5 beträgt.The inert medium is a medium which is gaseous in the reaction space at the reaction temperature and does not react with the compounds occurring in the course of the reaction. The inert medium is generally mixed with amine and / or phosgene before the reaction, but can also be metered in separately from the educt streams. For example, nitrogen, noble gases such as helium or argon, or aromatics such as chlorobenzene, chlorotoluene, o-dichlorobenzene, toluene, xylene, chloronaphthalene, decahydronaphthalene, carbon dioxide or carbon monoxide can be used. Preferably, nitrogen and / or chlorobenzene is used as the inert medium. In general, the inert medium is used in an amount such that the ratio of the gas volumes of inert medium to amine or to phosgene is more than 0.0001 to 30, preferably more than 0.01 to 15, particularly preferably more than 0.1 to 5 is.
Die Ausgangsamine werden vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verdampft und auf 2000C bis 6000C, vorzugsweise 300°C bis 5000C erhitzt und gegebenenfalls verdünnt mit einem Inertgas oder mit den Dämpfen eines inerten Lösungsmittels durch die Mischeinrichtung dem Reaktor zugeführt.The starting amines are evaporated before carrying out the process according to the invention and heated to 200 0 C to 600 0 C, preferably 300 ° C to 500 0 C and optionally diluted with an inert gas or with the vapors of an inert solvent supplied by the mixer to the reactor.
Das bei der Phosgenierung verwendete Phosgen wird vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegebenenfalls verdünnt mit einem Inertgas oder mit den Dämpfen eines inerten Lösungsmittels ebenfalls auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 200°C bis 600°C, vorzugsweise 3000C bis 500°C erhitzt.The phosgene used in the phosgenation is also heated to a temperature within the range of 200 ° C to 600 ° C, preferably 300 0 C to 500 ° C before carrying out the inventive method optionally diluted with an inert gas or with the vapors of an inert solvent.
Erfindungsgemäß wird Phosgen im Überschuss bezüglich Aminogruppen eingesetzt. Üblicherweise liegt ein molares Verhältnis von Phosgen zu Aminogruppen von 1 ,1 :1 bis 20 : 1 , bevorzugt von 1 ,2 :1 bis 5 :1 vor.According to the invention, phosgene is used in excess with respect to amino groups. Usually, a molar ratio of phosgene to amino groups of 1, 1: 1 to 20: 1, preferably from 1, 2: 1 to 5: 1 before.
Die Reaktion setzt in der Regel mit Kontakt der Edukte unmittelbar nach der Vermischung ein.The reaction generally starts with contact of the reactants immediately after mixing.
In der Mischeinrichtung werden die Eduktströme in kurzer Zeit möglichst vollständig vermischt.In the mixing device, the educt streams are mixed as completely as possible in a short time.
Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Umsetzung werden der vorerhitzte Strom enthaltend Amin oder Gemische von Aminen und der vorerhitzte Strom enthaltend Phosgen kontinuierlich in den Reaktor, bevorzugt einen Rohrreaktor geleitet.To carry out the reaction according to the invention, the preheated stream containing amine or mixtures of amines and the preheated stream containing phosgene are passed continuously into the reactor, preferably a tubular reactor.
Die Reaktoren bestehen im allgemeinen aus Stahl, Glas, legiertem oder emaillierten Stahl und weisen eine Länge auf, die ausreichend ist, um unter den Verfahrensbedingungen eine vollständige Umsetzung des Diamins mit dem Phosgen zu ermöglichen.The reactors are generally made of steel, glass, alloyed or enameled steel and have a length sufficient to allow complete reaction of the diamine with the phosgene under the process conditions.
Es können im allgemeinen die aus dem Stand der Technik bekannten Reaktorbauty- pen verwendet werden. Beispiele für Reaktoren sind bekannt aus EP-B1 289840, Sp. 3, Z. 49 - Sp. 4, Z. 25, EP-B1 593334, WO 2004/026813, S. 3, Z. 24 - S. 6, Z. 10, WO 03/045900, S. 3, Z. 34 - S. 6, Z. 15, EP-A1 1275639, Sp. 4, Z. 17 - Sp. 5, Z. 17 und EP-B1 570799, Sp. 2, Z. 1 - Sp. 3, Z. 42, auf die jeweils im Umfang dieser Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen sei.In general, the reactor types known from the prior art can be used. Examples of reactors are known from EP-B1 289840, Sp. 3, Z. 49 - Sp. 4, Z. 25, EP-B1 593334, WO 2004/026813, S. 3, Z. 24 - P. 6, Z 10, WO 03/045900, page 3, Z. 34 - page 6, line 15, EP-A1 1275639, page 4, line 17 - page 5, line 17 and EP-B1 570799, Sp. 2, Z. 1 - Sp. 3, Z. 42, which are expressly referred to within the scope of this disclosure.
Bevorzugt verwendet werden Rohrreaktoren. Die Umsetzung von Phosgen mit Amin im Reaktionsraum erfolgt bei Absolutdrücken von mehr als 0,1 bar bis weniger als 20 bar, bevorzugt zwischen 0,5 bar und 15 bar und besonders bevorzugt zwischen 0,7 und 10 bar. Im Fall der Umsetzung von (cyc- lo)aliphatischen Aminen beträgt der Absolutdruck ganz besonders bevorzugt zwischen 0,7 bar und 5 bar, insbesondere von 0,8 bis 3 bar und speziell 1 bis 2 bar.Preference is given to tubular reactors. The reaction of phosgene with amine in the reaction space takes place at absolute pressures of more than 0.1 bar to less than 20 bar, preferably between 0.5 bar and 15 bar and particularly preferably between 0.7 and 10 bar. In the case of the reaction of (cyclo) aliphatic amines, the absolute pressure is very particularly preferably between 0.7 bar and 5 bar, in particular from 0.8 to 3 bar and especially 1 to 2 bar.
Im allgemeinen ist der Druck in den Zuleitungen zur Mischvorrichtung höher, als der vorstehend angegebene Druck im Reaktor. Je nach Wahl der Mischvorrichtung fällt an dieser Druck ab. Bevorzugt ist der Druck in den Zuleitungen um 20 bis 2000 mbar, be- sonders bevorzugt von 30 bis 1000 mbar höher als im Reaktionsraum.In general, the pressure in the feed lines to the mixing device is higher than the above-mentioned pressure in the reactor. Depending on the choice of mixing device drops at this pressure. Preferably, the pressure in the supply lines is from 20 to 2000 mbar, more preferably from 30 to 1000 mbar higher than in the reaction space.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Umsetzung von Phosgen mit Amin in der Gasphase. Unter Umsetzung in der Gasphase ist zu verstehen, dass die Umwandlung der Eduktströme und Zwischenprodukte zu den Produkten im gasförmi- gen Zustand miteinander reagieren und im Verlauf der Reaktion während des Durchgangs durch den Reaktionsraum zu mindestens 95%, bevorzugt zu mindestens 98%, besonders bevorzugt zu mindestens 99%, ganz besonders bevorzugt zu mindestens 99,5%, insbesondere zu mindestens 99,8 und speziell zu mindestens 99,9% in der Gasphase bleiben.According to the process of the invention, the reaction of phosgene with amine takes place in the gas phase. Reaction in the gas phase is understood to mean that the conversion of the educt streams and intermediates to the products in the gaseous state react with one another and during the reaction during the passage through the reaction space to at least 95%, preferably at least 98%, particularly preferred remain at least 99%, more preferably at least 99.5%, especially at least 99.8 and especially at least 99.9% in the gas phase.
Zwischenprodukte sind dabei beispielsweise die aus den Diaminen gebildeten Mono- amino-monocarbamoylchloride, Dicarbamoylchloride, Monoamino-monoisocyanate und Monoisocyanato-monocarbamoylchloride sowie die Hydrochloride der Aminoverbin- dungen.Intermediates are, for example, the monomino-monocarbamoyl chlorides, dicarbamoyl chlorides, monoamino monoisocyanates and monoisocyanato monocarbamoyl chlorides formed from the diamines, and the hydrochlorides of the amino compounds.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Temperatur im Reaktionsraum so gewählt, dass sie oberhalb der Siedetemperatur des eingesetzten Diamins, bezogen auf die im Reaktionsraum herrschenden Druckverhältnisse, liegt. Je nach eingesetztem Amin und eingestelltem Druck ergibt sich üblicherweise eine vorteilhafte Temperatur im Reaktionsraum von mehr als 200 0C, bevorzugt mehr als 260 0C und besonders bevorzugt mehr als 300 0C. In der Regel beträgt die Temperatur bis zu 600, bevorzugt bis zu 570 0C.In the method according to the invention, the temperature in the reaction space is chosen so that it is above the boiling point of the diamine used, based on the pressure conditions prevailing in the reaction space. Depending on the amine used and pressure, an advantageous temperature in the reaction space of more than 200 0 C yields usually, preferably more than 260 0 C and most preferably greater than 300 0 C. In general, the temperature is up to 600, preferably up to 570 0 C.
Die mittlere Kontaktzeit des Umsetzungsgemisches im erfindungsgemäßen Verfahren beträgt im allgemeinen zwischen 0,001 Sekunden und weniger als 5 Sekunden, bevorzugt von mehr als 0,01 Sekunden bis weniger als 3 Sekunden, besonders bevorzugt von mehr als 0,015 Sekunden bis weniger als 2 Sekunden. Die mittlere Kontaktzeit ganz besonders bevorzugt von 0,015 bis 1 ,5 Sekunden, insbesondere von 0,015 bis 0,5 Sekunden, speziell von 0,020 bis 0,1 Sekunden und oft von 0,025 bis 0,05 Sekun- den betragen. Bevorzugt durchläuft das gasförmige Reaktionsgemisch den Reaktionsraum mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 bis 300 Meter/Sekunde, bevorzugt von 25 bis 250 Meter/Sekunde, besonders bevorzugt 40 bis 230, ganz besonders bevorzugt 50 bis 200, insbesondere mehr als 150 bis 190 und speziell 160 bis 180 Meter/Sekunde.The average contact time of the reaction mixture in the process according to the invention is generally between 0.001 seconds and less than 5 seconds, preferably from more than 0.01 seconds to less than 3 seconds, more preferably from more than 0.015 seconds to less than 2 seconds. The average contact time is very particularly preferably from 0.015 to 1.5 seconds, in particular from 0.015 to 0.5 seconds, especially from 0.020 to 0.1 seconds and often from 0.025 to 0.05 seconds. Preferably, the gaseous reaction mixture passes through the reaction space at a flow rate of 10 to 300 meters / second, preferably from 25 to 250 meters / second, more preferably 40 to 230, most preferably 50 to 200, in particular more than 150 to 190 and especially 160 to 180 meters / second.
Durch die turbulente Strömung werden enge Verweilzeiten mit geringer Standardabweichung von meist nicht mehr als 6% wie in EP 570799 beschrieben und eine gute Vermischung erreicht. Maßnahmen, wie beispielsweise die in EP-A-593 334 beschriebene Verengung, die zudem verstopfungsanfällig ist, sind nicht notwendig.Due to the turbulent flow close residence times with low standard deviation of usually not more than 6% as described in EP 570799 and good mixing is achieved. Measures such as the constriction described in EP-A-593 334, which is also prone to blockage, are not necessary.
Nach der Reaktion wird das gasförmige Umsetzungsgemisch bevorzugt bei Temperaturen größer 130 0C mit einem Lösungsmittel gewaschen (Quench). Als Lösungsmittel sind bevorzugt Kohlenwasserstoffe, die gegebenenfalls mit Halogenatomen substituiert sind, geeignet, wie beispielsweise Hexan, Benzol, Nitrobenzol, Anisol, Chlorbenzol, Chlortoluol, o-Dichlorbenzol, Trichlorbenzol, Diethylisophthalat (DEIP), Tetrahydrofuran (THF), Dimethylformamid (DMF), XyIoI, Chlornaphthalin, Decahydronaphthalin und Toluol. Als Lösungsmittel wird besonders bevorzugt Monochlorbenzol eingesetzt. Als Lösungsmittel kann auch das Isocyanat eingesetzt werden. Bei der Wäsche wird das Isocyanat selektiv in die Waschlösung übergeführt. Anschließend werden das verblei- bende Gas und die erhaltene Waschlösung bevorzugt mittels Rektifikation in Isocyanat, Lösungsmittel, Phosgen und Chlorwasserstoff aufgetrennt.After the reaction, the gaseous reaction mixture is preferably washed at temperatures greater than 130 0 C with a solvent (quench). Suitable solvents are preferably hydrocarbons which are optionally substituted by halogen atoms, such as hexane, benzene, nitrobenzene, anisole, chlorobenzene, chlorotoluene, o-dichlorobenzene, trichlorobenzene, diethyl isophthalate (DEIP), tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), Xylene, chloronaphthalene, decahydronaphthalene and toluene. The solvent used is particularly preferably monochlorobenzene. The solvent used may also be the isocyanate. In the wash, the isocyanate is selectively transferred to the wash solution. Subsequently, the remaining gas and the resulting wash solution are preferably separated by rectification into isocyanate, solvent, phosgene and hydrogen chloride.
Nachdem das Reaktionsgemisch im Reaktionsraum umgesetzt wurde, führt man es in die Aufarbeitungsvorrichtung mit Quench. Bevorzugt handelt es sich hier um einen sogenannten Waschturm, wobei aus dem gasförmigen Gemisch das gebildete Isocyanat durch Kondensation in einem inerten Lösungsmittel abgetrennt wird, während ü- berschüssiges Phosgen, Chlorwasserstoff und gegebenenfalls das Inertmedium die Aufarbeitungsvorrichtung gasförmig durchlaufen. Bevorzugt wird dabei die Temperatur des inerten Lösungsmittels oberhalb der Lösungstemperatur des zum Amin gehörigen Carbamylchlorids im gewählten Quenchmedium gehalten. Besonders bevorzugt wird dabei die Temperatur des inerten Lösungsmittels oberhalb der Schmelztemperatur des zum Amin gehörigen Carbamylchlorids gehaltenAfter the reaction mixture has been reacted in the reaction space, it is passed into the workup device with quench. This is preferably a so-called scrubbing tower, the isocyanate formed being separated off from the gaseous mixture by condensation in an inert solvent, while excess phosgene, hydrogen chloride and optionally the inert medium pass through the work-up device in gaseous form. The temperature of the inert solvent above the solution temperature of the carbamoyl chloride belonging to the amine is preferably maintained in the selected quench medium. In this case, the temperature of the inert solvent is particularly preferably kept above the melting temperature of the carbamyl chloride belonging to the amine
Im allgemeinen ist der Druck in der Aufarbeitungsvorrichtung niedriger als im Reakti- onsraum. Bevorzugt ist der Druck um 50 bis 500 mbar, besonders bevorzugt 80 bis 150 mbar, niedriger als im Reaktionsraum.In general, the pressure in the workup device is lower than in the reaction space. The pressure is preferably 50 to 500 mbar, more preferably 80 to 150 mbar, lower than in the reaction space.
Die Wäsche kann beispielsweise in einem Rührbehälter oder in anderen herkömmlichen Apparaturen, z.B. in einer Kolonne oder Mixer-Settler-Apparatur, durchgeführt werden. Verfahrenstechnisch können für eine Wäsche im erfindungsgemäßen Verfahren alle an sich bekannten Extraktions- und Waschverfahren und -apparate eingesetzt werden, z.B. solche, die in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th ed, 1999 Electronic Release, Kapitel: Liquid - Liquid Extraction - Apparatus, beschrieben sind. Bei- spielsweise können dies ein- oder mehrstufige, bevorzugt einstufige Extraktionen, sowie solche in Gleich- oder Gegenstromfahrweise, bevorzugt Gegenstromfahrweise sein.The laundry can be carried out, for example, in a stirred tank or in other conventional apparatus, for example in a column or mixer-settler apparatus. Technically, all known extraction and washing processes and apparatus can be used for a wash in the process according to the invention, for example those described in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th ed, 1999 Electronic Release, Chapter: Liquid - Liquid Extraction - Apparatus are. For example, these may be one-stage or multistage, preferably single-stage extractions, as well as those in cocurrent or countercurrent mode, preferably countercurrent.
Ein geeigneter Quench ist beispielsweise bekannt aus EP-A1 1403248, Sp. 2, Z. 39 - Sp. 3, Z. 18, auf die im Umfang dieser Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen sei.A suitable quench is known, for example, from EP-A1 1403248, Sp. 2, Z. 39 - Sp. 3, Z. 18, to which reference is expressly made in the scope of this disclosure.
Weitere Möglichkeiten, den Quench zu gestalten, sind beispielsweise aus den unveröffentlichten Europäischen Patentanmeldungen mit dem Aktenzeichen EP 06123629.5 und 06123621.2 mit dem Anmeldedatum 07.1 1.2006 bekannt, auf die im Umfang dieser Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen sei.Further possibilities for designing the quench are known, for example, from the unpublished European patent applications with the file numbers EP 06123629.5 and 06123621.2 with the filing date 07.1 1.2006, to which reference is expressly made in the scope of this disclosure.
In dieser Quenchzone wird das Reaktionsgemisch, das im wesentlichen aus den Iso- cyanaten, Phosgen und Chlorwasserstoff besteht, intensiv mit der eingedüsten Flüs- sigkeit vermischt. Die Vermischung erfolgt derart, dass die Temperatur des Reaktionsgemisches ausgehend von 200 bis 5700C auf 100 bis 200 0C, bevorzugt auf 140 bis 180 0C abgesenkt wird und das im Reaktionsgemisch enthaltene Isocyanat durch Kondensation vollständig oder teilweise in die eingedüsten Flüssigkeitströpfchen übergeht, während das Phosgen und der Chlorwasserstoff im wesentlichen vollständig in der Gasphase verbleiben.In this quench zone, the reaction mixture, which consists essentially of the isocyanates, phosgene and hydrogen chloride, is mixed intensively with the injected liquid. The mixing takes place in such a way that the temperature of the reaction mixture is lowered from 200 to 570 ° C. to 100 to 200 ° C., preferably to 140 to 180 ° C., and the isocyanate contained in the reaction mixture passes completely or partially into the sprayed liquid droplets by condensation, while the phosgene and hydrogen chloride remain substantially completely in the gas phase.
Der Anteil des im gasförmigen Reaktionsgemisch enthaltenen Isocyanats, das in der Quenchzone in die Flüssigphase übergeht, beträgt dabei vorzugsweise 20 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 bis 99,5 Gew.-% und insbesondere 70 bis 99 Gew.-%, bezogen auf das im Reaktionsgemisch enthaltene Isocyanat.The proportion of the isocyanate contained in the gaseous reaction mixture, which passes into the liquid phase in the quench zone, is preferably from 20 to 100% by weight, more preferably from 50 to 99.5% by weight and in particular from 70 to 99% by weight, based on the isocyanate contained in the reaction mixture.
Das Reaktionsgemisch durchströmt die Quenchzone vorzugsweise von oben nach unten. Unterhalb der Quenchzone ist ein Sammelbehälter angeordnet, in dem die Flüssigphase abgeschieden, gesammelt und, über einen Auslass aus dem Reaktions- räum entfernt und anschließend aufgearbeitet wird. Die verbleibende Gasphase wird über einen zweiten Auslass aus dem Reaktionsraum entfernt und ebenfalls aufgearbeitet.The reaction mixture preferably flows through the quench zone from top to bottom. Below the quench zone, a collecting container is arranged, in which the liquid phase is separated off, collected and removed from the reaction chamber via an outlet and subsequently worked up. The remaining gas phase is removed via a second outlet from the reaction space and also worked up.
Der Quench kann beispielsweise erfolgen, wie in der EP 1403248 A1 beschrieben, oder wie in der internationalen Anmeldung WO 2005/123665 A1. Die Flüssigkeitströpfchen werden dazu mittels Ein- oder Zweistoffzerstäuberdüsen, vorzugsweise Einstoffzerstäuberdüsen, erzeugt und erzeugen je nach Ausführungsform einen Sprühkegelwinkel von 10 bis 140°, bevorzugt von 10 bis 120°, besonders bevorzugt von 10° bis 100°.The quench can be carried out, for example, as described in EP 1403248 A1, or as in international application WO 2005/123665 A1. The liquid droplets are for this purpose by means of single- or Zweistoffzerstäuberdüsen, preferably Einstoffzerstäuberdüsen generated and produce depending on the embodiment, a spray cone angle of 10 to 140 °, preferably from 10 to 120 °, particularly preferably from 10 ° to 100 °.
Die Flüssigkeit, die über die Zerstäuberdüsen eingedüst wird, muss eine gute Löslichkeit für Isocyanate aufweisen. Vorzugsweise werden organische Lösungsmittel eingesetzt. Insbesondere eingesetzt werden aromatische Lösungsmittel, die mit Halogenatomen substituiert sein können.The liquid that is injected via the atomizer nozzles must have a good solubility for isocyanates. Preferably, organic solvents are used. In particular, use is made of aromatic solvents which may be substituted by halogen atoms.
Die Aufarbeitung des so erhaltenen Diisocyanats kann in an sich bekannter Weise erfolgen, beispielsweise wie oben bei der Flüssigphasenphosgenierung beschrieben.The work-up of the diisocyanate thus obtained can be carried out in a manner known per se, for example as described above in liquid phase phosgenation.
Das so hergestellte 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat enthält im Gegensatz zu den an- sonsten großtechnisch hergestellten Isocyanaten MDI und TDI keine aromatischen Gruppen.The 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate prepared in this way contains no aromatic groups in contrast to the otherwise industrially produced isocyanates MDI and TDI.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist 2-Methylpentan-1 ,5- diisocyanat, das zusätzlich einen Gesamtchlorgehalt unter 50 Gew.ppm und einen Ge- halt an hydrolysierbarem Chlor unter 10 Gew.ppm aufweist. Derartiges 2-Another object of the present invention is 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate, which additionally has a total chlorine content below 50 ppm by weight and a content of hydrolyzable chlorine below 10 ppm by weight. Such 2-
Methylpentan-1 ,5-diisocyanat ist erhältlich, wenn man den Schritt d) phosgenfrei durchführt.Methylpentane-1,5-diisocyanate is obtainable by carrying out step d) phosgene-free.
Das erfindungsgemäß hergestellte 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat eignet sich durch seine oben angeführten vorteilhaften Eigenschaften vorzüglich zur Herstellung von Isocyanuratgruppen aufweisenden Polyisocyanaten, Uretdiongruppen aufweisenden Polyisocyanaten, Biuretgruppen aufweisenden Polyisocyanaten, Urethan- oder Al- lophanatgruppen aufweisenden Polyisocyanaten, Oxadiazintriongruppen oder Iminoo- xadiazindiongruppen enthaltenden Polyisocyanaten und/oder Uretonimin-modifizierten Polyisocyanaten.The inventively prepared 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate is particularly suitable for the production of polyisocyanates containing isocyanurate, polyisocyanates containing uretdione, polyisocyanates containing biuret groups, polyisocyanates containing urethane or allophanate groups, oxadiazinetrione groups or iminoxadiazinedione groups containing polyisocyanates and / or uretonimine-modified polyisocyanates.
Derartige Polyisocyanate finden beispielsweise Anwendung in der Herstellung von Urethan-, Isocyanurat-, Amid- und/oder Harnstoffgruppen enthaltenden Kunststoffen nach dem Polyisocyanat-Polyadditionsverfahren. Derartige Polyisocyanatmischungen wer- den insbesondere zur Herstellung von lichtbeständigen Polyurethanlacken und -Überzügen verwendet.Such polyisocyanates are used, for example, in the production of urethane, isocyanurate, amide and / or urea group-containing plastics by the polyisocyanate polyaddition process. Such polyisocyanate mixtures are used in particular for the production of light-resistant polyurethane coatings and coatings.
Die so erhältlichen Polyisocyanate auf Basis des erfindungsgemäß hergestellten 2- Methylpentan-1 ,5-diisocyanat werden in der Regel in der Lackindustrie verwendet. Die die erfindungsgemäßen Gemische können beispielsweise in Beschichtungsmitteln für 1 K- oder 2K-Polyurethanlacke eingesetzt werden, beispielsweise für Grundierungen, Füller, Basecoats, unpigmentierte Decklacke, pigmentierte Decklacke und Klarlacke im Bereich Industrie-, insbesondere Flugzeug- oder Großfahrzeuglackierung, Holz-, Auto-, insbesondere OEM- oder Autoreparaturlackierung, oder Dekolackierung eingesetzt werden. Besonders geeignet sind die Beschichtungsmittel für Anwendungen, in denen eine besonders hohe Applikationssicherheit, Außenwitterungsbeständigkeit, Optik, Lö- semittel- und/oder Chemikalienfestigkeit gefordert werden. Die Härtung dieser Beschichtungsmittel ist dabei erfindungsgemäß nicht wesentlich. Insbesondere in der Automobilindustrie werden zunehmend Mehrschichthärtungen, z.B. von Clear- und Basecoat, (sogenanntes two-in one), oder von Füller, Clear- und Basecoat, (sogenanntes three-in-one), durchgeführt.The polyisocyanates thus obtained based on the 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate prepared according to the invention are generally used in the paint industry. The mixtures according to the invention can be used, for example, in coating compositions for 1K or 2K polyurethane coatings, for example for primers, fillers, basecoats, unpigmented topcoats, pigmented topcoats and clearcoats Industrial, in particular aircraft or large vehicle paint, wood, automotive, especially OEM or car refinish, or decorative paint can be used. The coating compositions are particularly suitable for applications in which particularly high application safety, outdoor weathering resistance, appearance, solvent and / or chemical resistance are required. The curing of these coating compositions is not essential according to the invention. In the automotive industry, in particular, multilayer curing, for example of clearcoat and basecoat, (so-called two-in-one), or of filler, clearcoat and basecoat (so-called three-in-one) are increasingly being carried out.
Ferner kann das erfindungsgemäß hergestellte 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat zur Herstellung von thermoplastischen Polyurethanen (TPU) eingesetzt werden, wie es beispielsweise im Kunststoffhandbuch, Band 7 „Polyurethane", Carl Hanser Verlag München Wien, 3. Auflage 1993, Seiten 455 bis 466 beschrieben ist.Furthermore, the 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate according to the invention can be used for the production of thermoplastic polyurethanes (TPU), as for example in the Plastics Handbook, Volume 7 "Polyurethane", Carl Hanser Verlag Munich Vienna, 3rd edition 1993, pages 455 to 466 is described.
Ihre Herstellung erfolgt durch Umsetzung von Diisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, vorzugsweise difunktionellen Alkoholen.They are prepared by reacting diisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms, preferably difunctional alcohols.
Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen können allgemein bekannte PoIy- hydroxylverbindungen mit Molekulargewichten von 500 bis 8000, bevorzugt 600 bis 6000, insbesondere 800 bis 4000, und bevorzugt einer mittleren Funktionalität von 1 ,8 bis 2,6, bevorzugt 1 ,9 bis 2,2, insbesondere 2 eingesetzt werden, beispielsweise Polyesterole, Polyetherole und/oder Polycarbonatdiole. Bevorzugt werden Polyesterdiole eingesetzt, die erhältlich sind durch Umsetzung von Butandiol und Hexandiol als Diol mit Adipinsäure als Dicarbonsäure, wobei das Gewichtsverhältnis von Butandiol zu Hexandiol bevorzugt 2 zu 1 beträgt. Bevorzugt ist weiterhin Polytetrahydrofuran mit einem Molekulargewicht von 750 bis 2500 g/mol, bevorzugt 750 bis 1200 g/mol.As isocyanate-reactive compounds, generally known polyhydroxy compounds having molecular weights of 500 to 8,000, preferably 600 to 6,000, especially 800 to 4,000, and preferably an average functionality of 1, 8 to 2.6, preferably 1, 9 to 2.2 , in particular 2, for example polyesterols, polyetherols and / or polycarbonate diols. Preference is given to using polyesterdiols obtainable by reacting butanediol and hexanediol as diol with adipic acid as dicarboxylic acid, the weight ratio of butanediol to hexanediol preferably being 2: 1. Also preferred is polytetrahydrofuran having a molecular weight of 750 to 2500 g / mol, preferably 750 to 1200 g / mol.
Als Kettenverlängerungsmittel können allgemein bekannte Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise Diamine und/oder Alkandiole mit 2 bis 10 C-Atomen im Alky- lenrest, insbesondere Ethylenglykol und/oder Butandiol-1 ,4, und/oder Hexandiol und/oder Di- und/oder Tri-oxyalkylenglykole mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Oxyalky- lenrest, bevorzugt entsprechende Oligo-Polyoxypropylenglykole, wobei auch Mischun- gen der Kettenverlängerer eingesetzt werden können. Als Kettenverlängerer können auch 1 ,4-Bis-(hydroxymethyl)-benzol (1 ,4-BHMB), 1 ,4-Bis-(hydroxyethyl)-benzol (1 ,4- BHEB) oder 1 ,4-Bis-(2-hydroxyethoxy)-benzol (1 ,4-HQEE) zum Einsatz kommen. Bevorzugt werden als Kettenverlängerer Ethylenglykol und Hexandiol, besonders bevorzugt Ethylenglykol.As chain extenders it is possible to use generally known compounds, for example diamines and / or alkanediols having 2 to 10 C atoms in the alkylene radical, in particular ethylene glycol and / or butanediol-1, 4, and / or hexanediol and / or di- and / or Tri-oxyalkylene glycols having 3 to 8 carbon atoms in the oxyalkylene radical, preferably corresponding oligo-polyoxypropylene glycols, it also being possible to use mixtures of the chain extenders. As chain extenders it is also possible to use 1,4-bis (hydroxymethyl) benzene (1,4-BHMB), 1,4-bis (hydroxyethyl) benzene (1,4-BHEB) or 1,4-bis (2 -hydroxyethoxy) -benzene (1, 4-HQEE) are used. Preferred chain extenders are ethylene glycol and hexanediol, particularly preferably ethylene glycol.
Üblicherweise werden Katalysatoren eingesetzt, welche die Reaktion zwischen den NCO-Gruppen der Diisocyanate und den Hydroxylgruppen der Aufbaukomponenten beschleunigen, beispielsweise tertiäre Amine, wie Triethylamin, Dimethylcyclohexyla- min, N-Methylmorpholin, N,N'-Dimethylpiperazin, 2-(Dimethylaminoethoxy)-ethanol, Diazabicyclo-(2,2,2)-octan und ähnliche sowie insbesondere organische Metallverbindungen wie Titansäureester, Eisenverbindungen wie z.B. Eisen— (Ml)- acetylacetonat, Zinnverbindungen, wie Zinndiacetat, Zinndilaurat oder die Zinndialkylsalze aliphati- scher Carbonsäuren wie Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat oder ähnliche. Die Katalysatoren werden üblicherweise in Mengen von 0,0001 bis 0,1 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Polyhydroxylverbindung eingesetzt.Usually, catalysts are used which control the reaction between the NCO groups of the diisocyanates and the hydroxyl groups of the synthesis components for example, tertiary amines such as triethylamine, dimethylcyclohexylamine, N-methylmorpholine, N, N'-dimethylpiperazine, 2- (dimethylaminoethoxy) ethanol, diazabicyclo- (2,2,2) -octane and the like, and in particular organic metal compounds such as Titanium acid esters, iron compounds such as iron (Ml) - acetylacetonate, tin compounds such as tin diacetate, tin dilaurate or Zinndialkylsalze aliphatic carboxylic acids such as dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate or the like. The catalysts are usually used in amounts of 0.0001 to 0.1 parts by weight per 100 parts by weight of polyhydroxyl compound.
Neben Katalysatoren können den Aufbaukomponenten bis auch übliche Hilfsstoffe hinzugefügt werden. Genannt seien beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Flammschutzmittel, Keimbildungsmittel, Gleit- und Entformungshilfen, Farbstoffe und Pigmente, Inhibitoren, Stabilisatoren gegen Hydrolyse, Licht, Hitze, Oxidation oder Verfärbung, Schutzmittel gegen mikrobiellen Abbau, anorganische und/oder organische Füllstoffe, Verstärkungsmittel und Weichmacher.In addition to catalysts can be added to the structural components to also conventional auxiliaries. Mention may be made, for example, of surface-active substances, flame retardants, nucleating agents, lubricants and mold release agents, dyes and pigments, inhibitors, stabilizers against hydrolysis, light, heat, oxidation or discoloration, protective agents against microbial degradation, inorganic and / or organic fillers, reinforcing agents and plasticizers.
Die Herstellung der TPU erfolgt zumeist nach üblichen Verfahren, wie mittels Bandanlagen oder Reaktionsextruder.The preparation of the TPU is usually carried out by conventional methods, such as by belt systems or reaction extruder.
Zur Herstellung von expandierten TPU werden die TPU vorzugsweise mit expandierbaren Mikrospheren gemischt und thermoplastisch zu den gewünschten Formkörpern verarbeitet. Dies kann beispielsweise mittels Spritzguss Sintern oder mittels Extrusion erfolgen. Durch die Temperatur bei der thermoplastischen Verarbeitung kommt es zu einer Expansion der expandierbaren Mikrospheren und somit zur Ausbildung der ex- pandierten TPU. Vorzugsweise wird die Schmelze in Formen eingetragen und härtet dort aus.To produce expanded TPU, the TPUs are preferably mixed with expandable microspheres and thermoplastically processed to the desired shaped articles. This can be done for example by injection molding sintering or by extrusion. The temperature during the thermoplastic processing leads to an expansion of the expandable microspheres and thus to the formation of the expanded TPU. Preferably, the melt is introduced into molds and cures there.
Expandierte TPU können beispielsweise als Folien, Schläuche, Profile, Fasern, Kabel, Schuhsohlen, sonstige Schuhteile, Ohrmarken, Automobilteile, Landwirtschaftliche Produkte, Elektroprodukte, Dämpfungselemente; Armlehnen; Kunststoffmöbelelemente, Skischuhe, Anschlagpuffer, Rollen, Skibrillen, Powderslushoberflächen verwendet werden.Expanded TPUs can be used, for example, as films, tubes, profiles, fibers, cables, shoe soles, other shoe parts, ear tags, automobile parts, agricultural products, electrical products, damping elements; armrests; Plastic furniture elements, ski boots, bumpers, wheels, ski goggles, Powderslushoberflächen be used.
Es stellt einen Vorteil des vorliegenden Verfahrens dar, daß mit diesem Verfahren eine besonders farbloses 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat erhalten werden kann, bevorzugt weist dieses eine Farbzahl von nicht mehr als 15 APHA gemäß gemäß DIN ISO 6271 auf. It is an advantage of the present process that a particularly colorless 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate can be obtained with this method, preferably this has a color number of not more than 15 APHA according to DIN ISO 6271 on.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat, in dem man a) 1 ,3-Butadien mit Cyanwasserstoff (HCN) zu einem Gemisch aus Methylglutar- säuredinitril (MGDN) und Adipodinitril (ADN) sowie gegebenenfalls 2-1. A process for the preparation of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate, in which a) 1, 3-butadiene with hydrogen cyanide (HCN) to a mixture of methylglutaric acid dinitrile (MGDN) and adiponitrile (ADN) and optionally 2-
Ethylsuccindinitril umsetzt, b) Methylglutarsäuredinitril aus dem so erhaltenen Adipodinitril/ Methylglutarsäu- redinitril-Gemisch abtrennt, c) Methylglutarsäuredinitril in 2-Methylpentan-1 ,5-diamin überführt und d) das so erhaltene 2-Methylpentan-1 ,5-diamin in 2-Methylpentan-1 ,5- diisocyanat überführt.B) methylglutaronitrile is separated off from the adiponitrile / methylglutaric acid dinitrile mixture obtained in this way, c) methylglutaronitrile is converted into 2-methylpentane-1,5-diamine and d) the 2-methylpentan-1, 5-diamine thus obtained in 2 -Methylpentane-1, 5-diisocyanate converted.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man in Schritt a)2. The method according to claim 1, characterized in that in step a)
1 ,3-Butadien homogenkatalysiert mit Blausäure (HCN) bei 10 - 100 bar und 50 - 1500C zu einem Isomerengemisch von Pentennitrilen umsetzt.1, 3-butadiene homogeneously catalyzed with hydrocyanic acid (HCN) at 10 - 100 bar and 50 - 150 0 C to a mixture of isomers of pentenenitriles.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das gemäß Anspruch 1 erhaltene Isomerengemisch von Pentennitrilen destillativ, gegebenenfalls unter Isomerisierung von 2-Methyl-3-Butennitril, in eine überwiegend 3- und 4-Pentennitrile enthaltende Fraktion auftrennt und diese homogenkatalysiert mit weiterer Blausäure zu einem Gemisch von Adipodinitril, Methylglutarsäuredinitril und Ethylsuccindinitril bei 0,5 bar abs bis 5 bar Überdruck bei 40 - 1500C umsetzt.3. The method according to claim 2, characterized in that separating the obtained according to claim 1 isomer mixture of pentenenitriles by distillation, optionally with isomerization of 2-methyl-3-butenenitrile, in a predominantly 3- and 4-pentenenitriles-containing fraction and these homogeneously catalysed with further hydrocyanic acid to a mixture of adiponitrile, methylglutaronitrile and ethylsuccinonitrile at 0.5 bar abs to 5 bar overpressure at 40 - 150 0 C reacted.
4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) das aus Schritt a) erhaltene Reaktionsgemisch destillativ so aufgereinigt wird, daß der Gehalt an Methylglutarsäuredinitril und Ethylsuccindinitril mindestens 95 Gew% beträgt.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step b) the reaction mixture obtained from step a) is purified by distillation so that the content of methylglutaric acid and ethylsuccinonitrile is at least 95% by weight.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) das aus Schritt a) erhaltene Reaktionsgemisch destillativ so aufgereinigt wird, daß der Gehalt des Destillats 0,1 bis 99,9 Gew% Methylglutarsäuredinitril, Adipodinitril und Ethylsuccindinitril beträgt, das als Gemisch in Stufe c) eingesetzt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in step b) the reaction mixture obtained from step a) is purified by distillation so that the content of the distillate 0.1 to 99.9% by weight of methylglutaric acid, adiponitrile and ethylsuccinonitrile which is used as a mixture in step c).
6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrag aus Stufe b) an einem Katalysator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Raney-Nickel, Raney-Cobalt, Raney-Kupfer, Eisen- und Cobalt- haltigen Katalysatoren in Gegenwart von Wasserstoff zu den korrespondieren- den Aminen hydriert wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the discharge from stage b) on a catalyst selected from the group consisting of Raney nickel, Raney cobalt, Raney copper, iron and cobalt-containing catalysts in the presence of Hydrogen is hydrogenated to the corresponding amines.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schritt d) durchführt, indem das Amin mit Harnstoff und mindes- tens einem Alkohol in einem molaren Verhältnis von Amin, Harnstoff und Alkohol wie 1 : 2 bis 20 : 5 bis 40 bei Temperaturen von 50 - 300 0C unter einem Druck von 0,1 bis 30 bar zur Reaktion bringt und das erhaltene Urethan bei Temperaturen von 200 bis 3000C und unter vermindertem Druck von 0,01 - 0,6 bar ther- misch spaltet.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one carries out the step d) by reacting the amine with urea and at least least one alcohol in a molar ratio of amine, urea and alcohol such as 1: 2 to 20: 5 to 40 at temperatures of 50 - 300 0 C under a pressure of 0.1 to 30 bar for the reaction and the resulting urethane at temperatures from 200 to 300 0 C and under reduced pressure of 0.01 - 0.6 bar thermally splits.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Amin und Phosgen gegebenenfalls in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels in einem molaren Verhältnis von Phosgen zu Aminogruppen von 1 ,1 : 1 bis 30 : 1 bei einer mittleren Verweilzeit von 5 min bis 15 h und einer Temperatur zwischen 90 0C und 250 0C und einem Druck zwischen 1 ,1 bar und 80 bar abs in der Flüssigphase zu den korrespondierenden Isocyanaten umsetzt.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that amine and phosgene optionally in the presence of an inert solvent in a molar ratio of phosgene to amino groups of 1, 1: 1 to 30: 1 with a mean residence time of 5 min to 15 h and a temperature between 90 0 C and 250 0 C and a pressure between 1, 1 bar and 80 bar abs in the liquid phase to the corresponding isocyanates.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Amin und Phosgen in einem molaren Verhältnis von Phosgen zu Aminogruppen von 1 ,1 : 1 bis 20 : 1 bei einer einer Temperatur zwischen 2000C bis 600°C und einem Druck zwischen 0,1 bar und 20 bar abs in der Gasphase zu den korrespondierenden Isocyanaten umsetzt.9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that amine and phosgene in a molar ratio of phosgene to amino groups of 1, 1: 1 to 20: 1 at a temperature between 200 0 C to 600 ° C and a pressure between 0.1 bar and 20 bar abs in the gas phase to the corresponding isocyanates.
10. 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat erhältlich gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Farbzahl von nicht mehr als 15 APHA gemäß gemäß DIN ISO 6271 aufweist.10. 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate obtainable according to one of claims 1 to 9, characterized in that it has a color number of not more than 15 APHA according to DIN ISO 6271.
1 1. Verwendung von 2-Methylpentan-1 ,5-diisocyanat gegebenenfalls im Gemisch mit isomeren Hexandiisocyanaten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Polyisocyanaten oder thermoplastischen Polyurethanen. 1 1. Use of 2-methylpentane-1, 5-diisocyanate, optionally in admixture with isomeric hexane diisocyanates according to any one of claims 1 to 9 for the preparation of polyisocyanates or thermoplastic polyurethanes.
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