WO2020016118A1 - Method for producing oligomeric polyisocyanates with subsequent fractional liquid-liquid extraction - Google Patents

Method for producing oligomeric polyisocyanates with subsequent fractional liquid-liquid extraction Download PDF

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WO2020016118A1
WO2020016118A1 PCT/EP2019/068782 EP2019068782W WO2020016118A1 WO 2020016118 A1 WO2020016118 A1 WO 2020016118A1 EP 2019068782 W EP2019068782 W EP 2019068782W WO 2020016118 A1 WO2020016118 A1 WO 2020016118A1
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solvent
extraction
reaction
catalyst
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PCT/EP2019/068782
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Thomas Ernst MÜLLER
Christoph Gürtler
Reinhard Halpaap
Frank Richter
Martina Peters
Petro SA GOMES
Burkhard KÖHLER
Walter Leitner
Kai LEONHARD
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Covestro Deutschland Ag
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    • C08G18/78Nitrogen
    • C08G18/79Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates
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    • C08G18/792Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates containing isocyanurate groups formed by oligomerisation of aliphatic and/or cycloaliphatic isocyanates or isothiocyanates

Definitions

  • the present invention relates to a process for the oligomerization of isocyanates, comprising the step of reacting, in particular, a low molecular weight mono-, di- or triisocyanate (mixture) with subsequent fractional liquid-liquid extraction, the extraction comprising a two-phase solvent pair comprising first solvent system and a second solvent system is used and the starting material accumulates in the first solvent system and the oligomeric polyisocyanate in the second solvent system.
  • the oligomerization of diisocyanates such as especially hexamethylene diisocyanate (HDI) to low molecular weight oligomers is characterized by a classic consecutive reaction sequence in which a diisocyanate monomer molecule (A) with another monomer molecule (with uretdione formation, ideal structure: A2) or two other monomer molecules (under isocyanurate) - and / or iminooxadiazinedione formation, ideal structures A 3 ) reacts.
  • the target product for technical use is an oligomer mixture with a high ideal structure content.
  • the higher molecular weight oligomers are less desirable because they bring about a higher viscosity of the overall system with a reduced isocyanate group content, based on the weight of the oligomer mixture.
  • a mechanistic study of cyclooligomerization can be found, for example, in IT Horvath, LU Richter et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 45, pages 107-110.
  • An overview of isocyanate oligomerizations can be found in J. Prakt. Chem./Chem. Ztg. 1994, 336, pages 185-200.
  • No. 5,298,431 describes a multistage process for isolating a cyclotrimerized isocyanate from a mixture which contains this cyclotrimerized isocyanate and higher isocyanate oligomers.
  • the method comprises the steps of: (a) contacting the mixture with a liquid solvent to obtain a solvent-containing mixture; (b) extracting the solvent-containing mixture by means of liquid-liquid extraction in order to separate the mixture into an extract and a residue, the extract being a cyclotrimerized isocyanate which is essentially free of oligomers and which further (after separation of the solvent) is one has reduced viscosity compared to the original polyisocyanate mixture; and (c) separating the uncyclotrimerized monomer from the extract to obtain a reduced viscosity trimer product which is substantially monomer free.
  • the product with reduced viscosity which is characterized by this procedure was obtained.
  • No. 4,871,460 discloses how isocyanate prepolymers with free NCO groups are separated from reaction mixtures which contain unreacted excess di- or polyisocyanate monomer. This is done by extracting the reaction mixture with an inert gas, especially carbon dioxide, in either the liquid or supercritical state.
  • an inert gas especially carbon dioxide
  • the highly purified polyisocyanates are well suited for the production of foams, elastomers, adhesives, lacquers and paints.
  • EP 0 550 908 A2 relates to a process for the isolation of polyisocyanate isomers in pure or enriched form from at least two polyisocyanate mixtures containing polyisocyanate isomers by liquid-liquid extraction using a two-phase system consisting of a non-polar and a polar phase containing hydrogen halide.
  • This patent application relates to the separation of isomers of polyisocyanates. The isomer separation of the polyisocyanate MDI with its isomers such as 4,4'- and 2,4'-MDI is specifically described.
  • DE 10 2004 06 0131 A1 relates to a process for the preparation of polyisocyanates from diisocyanates and their use.
  • the process is a continuous process for the partial trimerization of (cyclo) aliphatic isocyanates in the presence of at least one catalyst and is distinguished in that the process is carried out at least partially in at least two backmixed reaction zones.
  • the reaction has so far mostly been terminated after partial conversion by deactivating the catalyst and the monomer, e.g. by means of vacuum rectification, separated from the product mixture and returned to the reactor.
  • the higher the conversion in the oligomerization reaction the greater the proportion of higher oligomers. Due to the distillative step, such a process is associated with a high energy input and with a thermal load on the process products and recycled process starting materials.
  • the object of the present invention was therefore to provide a process by which the desired polyisocyanate has a higher molecular uniformity, ie a higher one Ideal structure share can be obtained, the recycling of the catalyst in a recycle stream enables and / or in which less energy is required compared to conventional processes.
  • step (b) performing a fractional liquid-liquid extraction on the reaction mixture obtained from step (a), the extraction taking place in an extraction container different from the reaction container, wherein in the liquid-liquid extraction a two-phase solvent pair comprising a first solvent system and a second solvent system is used, the first solvent system being a linear, branched or cyclic, optionally partially or perfluorinated alkane (preferably all isomeric pentanes, hexanes, heptanes, octanes, decanes, undecanes, dodecanes, tridecanes, tetradecanes, pentadecanes, hexadecanes, cyclohexane, Tetralin and any mixtures with one another), chloroaromatics and / or bromoaromatics (such as p-dibromobenzene) and the second solvent system comprises a solvent which is selected from the group comprising nitriles (preferably acetonit
  • an oligomerization of the polyisocyanates takes place in step (a).
  • This is preferably a trimerization and particularly preferably an isocyanurate and / or iminooxadiazinedione formation.
  • Suitable starting materials for the oligomerization are, for example, hexamethylene diisocyanate (1,6-HDI), 1,8-octane diisocyanate, 4-isocyanatomethyl-1, 8-octane diisocyanate, 1,10-decane diisocyanate, 1,11-undecane diisocyanate, 1,12-dodecane diisocyanate, 2-methyl-1,5-diisocyanatopentane, 1,3- and 1,4-cyclohexane diisocyanate, norbornane diisocyanate, 1,3- and 1,4-bisisocyanatomethylcyclohexane, 1,3- and 1,4-bis (isocyanatoethyl) cyclohexane, 2 , 4- and 4,4-diisocyanatodicyclohexylmethane, 1-isocyanato-l-methyl-4 (3) -isocyanatomethylcyclohexane
  • monoisocyanates such as, for example, methyl, ethyl, 1- and / or 2-propyl, butyl (all isomers), pentyl (all isomers) and / or hexyl isocyanates (all isomers) and the higher thereof can also be used in the educt mixture
  • Homologues may be present individually or in any mixture with one another and with the di- and triisocyanates mentioned above.
  • step (b) of the process a liquid-liquid extraction takes place in an extraction container different from the reaction container.
  • the method according to the invention can also be regarded as a "retrofit" method.
  • the solvent system pair forms two phases if a phase boundary between the two liquid phases can be seen with the naked eye.
  • the first and the second solvent system each contain a solvent such that the two pairs of solvent systems show a miscibility gap within a certain temperature range.
  • the first and second solvent systems can each be present as mixtures of solvents, so that the two pairs of solvent systems show a miscibility gap within a certain temperature range.
  • first and second solvents originally present in pure Lorm partially mix with each other, whereby a first solvent system with the first solvent as the main component and the second solvent as a secondary component and a second solvent system with the second solvent as the main component. and the first solvent is obtained.
  • first solvent system with the first solvent as the main component and the second solvent as a secondary component
  • second solvent system with the second solvent as the main component.
  • first solvent is obtained.
  • phase boundary between the first and second solvent systems.
  • the educt accumulates in the first solvent system and the more polar oligomeric polyisocyanate accumulates in the second solvent system.
  • the second solvent system As a result of this separation, there is little starting material in the second solvent system and this is therefore missing as a reaction partner for the further reaction of the oligomeric polyisocyanates to undesirable higher oligomers.
  • the trimerization of diisocyanates after the reaction of one diisocyanate monomer molecule (A) with two other monomer molecules to form an isocyanurate (A3), further isocyanate (A) for the formation of higher molecular weight oligomers (A5 + ) is missing.
  • a technical advantage of the procedure according to the invention is the energy saving in comparison with the known processes and the lower temperature load on the oligomers and, if appropriate, unreacted monomers, since in the event of a subsequent separation only solvents need to be converted into the gas phase and not the high-boiling monomers such as, for example, diisocyanates.
  • the process also enables the catalyst to be recycled in a recycle stream.
  • a further energy saving results from the fact that the conversion of the monomer can be driven to higher conversions in comparison with the known methods without the gel point being exceeded. This is made possible by the separation of the oligomers, in particular the ideal structures, during the reaction and the resulting slowdown or at least partial prevention of their further reaction. Turnovers, based on the amount of substance of the monomer used, are possible between 30% and 99.9% or between> 30% and ⁇ 99%. As a result, the amount of recirculated monomer is significantly reduced compared to classic single-stage oligomerization in a homogeneous phase.
  • the volume ratio of first to second solvent system in step (b) is> 1: 1 to ⁇ 50: 1.
  • the volume ratio is preferably> 5: 1 to ⁇ 10: 1.
  • step (a) takes place in the absence of a solvent. After a reaction of the educt in bulk, the extraction then follows with the solvent system pair.
  • the reaction in step (a) takes place in the presence of the first and / or the second solvent system.
  • the starting material comprises hexamethylene diisocyanate.
  • the 1,6-isomer is preferred. Its isocyanurate trimer can be used for a wide range of applications, particularly in the manufacture of polyurethane coatings. With the exception of technically unavoidable impurities, the starting material used is preferably exclusively hexamethylene diisocyanate.
  • step (b) in step (b), the extraction takes place in a multi-stage mixer-separator system operated in countercurrent with the first and second solvent systems within the extraction container, the extraction container having a first end, an opposite end to the first has a second end and an intermediate region arranged therebetween and the reaction mixture from step (a) is introduced into a mixer-separator stage located in the central region of the extraction container; wherein a stream comprising the first solvent system is withdrawn from the first end of the extraction container, introduced into a first solvent recovery unit, the first solvent system is separated, the product obtained by this separation is returned to the reaction container and the first solvent system obtained by this separation in the second end of the extraction container is returned, and wherein a stream comprising the second solvent system is withdrawn from the second end of the extraction container, is introduced into a second solvent recovery system, the second solvent system is separated off, the product obtained by this separation is taken off and by this separation obtained second solvent system is returned to the first end of the extraction container.
  • the extraction container with its various mixer-separator stages is usually upright. Then the first end of the container is the upper end, the second end is the lower end and the central area to which the reaction mixture is applied is preferably the geometric center of the entirety of the mixer-separator stages or is based on half of the theoretical Floor number of the system defined.
  • the extraction container is designed as a packed column or pulsed or non-pulsed sieve plate column.
  • the separation within the first and second solvent recovery units is preferably done thermally. However, it is also possible that other methods, such as separation via a semipermeable membrane or a temperature reduction, are used.
  • the product obtained by the separation can in particular be a catalyst which is preferably in the first solvent system.
  • An energy-efficient internal recycling of the first solvent system is achieved by this procedure, especially if the other components of the reaction system with the exception of the catalyst have already been removed beforehand.
  • the separation within the third solvent recovery unit is preferably done thermally. However, it is also possible that other methods, such as separation via a semipermeable membrane or a temperature reduction, are used.
  • the first solvent system comprises linear, branched and / or cyclic alkanes, such as, for example, “-hexane, nI ieptane, ao-octane, cyclohexane and / or hexadecane
  • the second solvent system comprises acetonitrile
  • step (b) is carried out after a conversion of> 1% by weight to ⁇ 35% by weight, based on the amount of the isocyanate groups originally present in step (a).
  • the degree of conversion can be determined, for example, by titration of the NCO groups of a reaction sample, by means of in situ IR spectroscopy or by means of HPLC chromatography. This conversion is preferably> 15% by weight to ⁇ 32% by weight and particularly preferably> 20% by weight to ⁇ 28% by weight.
  • step (a) is carried out in the presence of a catalyst.
  • the catalyst is used, for example, in a proportion of> 0.1% by weight to ⁇ 35% by weight, based on the amount of starting material used. A proportion of 1% by weight to ⁇ 30% by weight is particularly favorable.
  • the fact that the catalyst can be separated off and recycled in the process according to the invention means that high catalyst contents can also be used expediently.
  • step (a) no deactivation of the catalyst is carried out after step (a).
  • Deactivation here means in particular the addition of a catalyst poison or a substance which reacts chemically with the catalyst.
  • Preferred catalysts for the isocyanate trimerization with high solubility in the non-polar solvent system are representatives of the proazaphosphatranes such as 2,8,9-trialkyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undekan, 2.8 , 9-Tricycloalkyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undecane or 2,8,9-triaralkyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3 ] undecane, where the substituents in the 2-, 8- and 9-position may be the same or different.
  • CI-CIO radicals which can be linear or branched, preferably branched, come as alkyl substituents, C4-C12 radicals which can in turn be substituted by alkyl radicals and cycloalkyl radicals and benzyl radicals which in turn can be substituted by alkyl or alkoxy radicals, in question.
  • the catalyst preferably comprises 2,8,9-tri-o-methoxybenzyl-2,5,8,9-tetraaza-1-phosphabicyclo [3.3.3] undecane, 2,8,9-tricyclopentyl-2,5,8, 9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undecane, 2,8,9-triisopropyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undecane and / or 2.8, 9-tri-iec-butyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undecane.
  • the latter compound is shown as an example in the following formula:
  • the catalyst preferably comprises polyhedral oligomeric silsesquioxanes of the general formula (I):
  • RI, R2, R3, R4, R5, R6, R7 and R8 are independently selected from groups (Ia) and / or (Ib) with the proviso that at least one of the radicals RI, R2, R3, R4, R5 , R6, R7 and R8 is selected from group (Ib): (Ia): alkyl, cycloalkyl, aryl, heteroaryl, heterocyclyl, alkenyl, alkynyl, perfluoroaryl,
  • A ortho-, meta- or para-C ö R t , where R has the meaning given above;
  • RIO, RI 1 and RI 2 are independently alkyl or aryl
  • X is carboxylate, alcoholate, hydrogen carbonate, or carbene and M is ammonium, phosphonium, an alkali or alkaline earth metal cation.
  • Such catalysts are particularly suitable for the trimerization of monomeric polyisocyanates such as 1,6-HDI to isocyanurates.
  • This choice of the catalyst is based on the knowledge that its solubility or its distribution coefficient can be influenced in a two-phase system by a modular structure consisting of a non-polar partial structure and a catalytically active partial structure.
  • the non-polar and the catalytically active partial structure can carry opposite ionic charges and be held together by means of electrostatic interactions. It is also possible for the two substructures to be connected to one another by a covalent bond.
  • the non-polar partial structure of the catalyst is formed in the present invention by the substituted silsesquioxane structure.
  • the catalytically active substructure is bound via one or more substituents as described above.
  • the catalytic partial structure comprises an ionic or non-ionic nucleophile that catalyzes the starting oligomerization.
  • Non-ionic catalytically active partial structure is given if one or more of the substituents RI to R8 are - (CH2) n -P (alkyl) 2.
  • the exocyclic Si-substituted substituents R2 to R8 which are not substituted by catalytically active substructures are preferably ao-butyl, cyclohexyl and / or ao-octyl groups, particularly preferably ao-butyl groups, both in the ionic and in the nonionic case ,
  • the substituent R9 is a further substituent according to formula (I).
  • the fact that the distribution of the catalyst in a two-phase system can be influenced means that a process can be carried out which, instead of exclusively separating the starting material by distillation, permits extraction which takes place at the same time as the catalyzed reaction or is carried out downstream of the catalyzed reaction.
  • a process can be implemented in which the catalyst and the starting material are preferably in the non-polar phase and the oligomeric polyisocyanate is preferably in the polar phase. To obtain the desired oligomer, only the polar solvent has to be distilled off after phase separation. Reactive extraction processes can also be implemented. According to the present invention:
  • Alkyl acyclic aliphatic hydrocarbon residues that do not contain any C-C multiple bonds.
  • Alkyl is preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, 2-propyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, isobutyl, n-pentyl, ao-pentyl, eo- Pentyl, "-I Iexyl,” -I Ieptyl, n-octyl, n-nonyl and / or n-decyl.
  • Cycloalkyl cyclic aliphatic (cycloaliphatic) hydrocarbons with in particular 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 carbon atoms, where the hydrocarbons can be saturated or unsaturated (but not aromatic), unsubstituted or mono- or polysubstituted.
  • the cycloalkyl radicals can furthermore be bridged once or several times, for example in the case of adamantyl, bicyclo [2.2.1] heptyl or bicyclo [2.2.2] octyl.
  • Cycloalkyl is preferably selected from the group comprising cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, cyclononyl, cyclodecyl, adamantyl, cyclopentenyl, cyclohexenyl, cycloheptenyl and / or cyclooctenyl.
  • Alkenyl acyclic aliphatic hydrocarbon radicals which have at least one C-C double bond.
  • Alkenyl is preferably selected from the group comprising ethenyl (vinyl), propenyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl and / or decenyl.
  • Alkynyl acyclic aliphatic hydrocarbon radicals which have at least one C-C triple bond.
  • Alkynyl is preferably selected from the group comprising ethynyl, propynyl, butynyl, pentynyl, hexynyl, heptynyl, octynyl, nonynyl and / or decynyl.
  • Aryl aromatic hydrocarbons with up to 14 ring members, especially phenyls and naphthyls. Each aryl radical can be unsubstituted or mono- or polysubstituted, and the aryl substituents can be the same or different and can be in any desired position of the aryl.
  • Aryl is preferably selected from the group containing phenyl, 1-naphthyl and 2-naphthyl, each of which is unsubstituted or one or more times can be substituted.
  • a particularly preferred aryl is phenyl, unsubstituted or mono- or polysubstituted.
  • Heteroaryl a 5- or 6-membered cyclic aromatic radical which contains at least 1, optionally also 2, 3, 4 or 5 heteroatoms, where the heteroatoms are each independently selected from the group S, N and O and the heteroaryl Radical may be unsubstituted or mono- or polysubstituted; in the case of substitution on the heteroaryl, the substituents can be identical or different and can be in any desired position of the heteroaryl.
  • the heteroaryl residue is selected from the group consisting of benzofuranyl, benzoimidazolyl, benzothienyl, benzothiadiazolyl, benzothiazolyl, benzotriazolyl, benzooxazolyl, benzooxadiazolyl, quinazolinyl, quinoxalinyl, carbazolyl, quinolothienyl, dibenzylyl, dibenzylyl, dibenzylyl , Imidazolyl, imidazothiazolyl, indazolyl, indolizinyl, indolyl, isoquinolinyl, isoxazoyl, isothiazolyl, indolyl, naphthyridinyl, oxazolyl, oxadiazolyl, phenazinyl, phenothiazinyl, phthalazinyl, pyrazolyl, pyridyl, 3-pyridyl, 2-pyrazolyl
  • heterocyclyl radicals from the group comprising azetidinyl, aziridinyl, azepanyl, diazepanyl, dithiolanyl, dihydroquinolinyl, dihydropyrrolyl, dioxanyl, dihydroindolol, dihydrofurylol, oxetanyl, pyrrolidinyl, piperazinyl, 4-methylpiperazinyl, piperidinyl, pyrazolidinyl, pyranyl, tetrahydropyrrolyl, tetrahydropyranyl, tetrahydroquinolinyl, tetrahydroisoquinolinyl, Tetrahydroindolinyl, tetrahydrofuranyl, tetra- hydropyridinyl, tetrahydro thiophenyl, tetrahydro-pyridoindolyl, tetrahydronap
  • Perfluoroaryl aryl radicals as defined above, where all aromatically bound hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.
  • Perfluoroalkenyl alkenyl radicals as defined above, where all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.
  • Perfluoroalkynyl alkynyl radicals as defined above, where all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.
  • Alkoxy alkyl group attached via an oxygen atom as defined above.
  • Perfluoroalkyl alkyl radicals as defined above, where all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.
  • Perfluoroalkoxy alkoxy radicals as defined above, where all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.
  • Polyoxyalkylene polyether groups obtained from the polymerization of alkylene oxide units, in particular polymers, copolymers and block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide.
  • Carboxylate salts of carboxylic acids, especially of alkyl and aryl carboxylic acids.
  • X is selected from the group comprising
  • R14-0 with R14 phenyl or 2,6-bis (l, l-dimethylethyl) -4-methylphenyl.
  • Catalyst 8 (SQ + 2,6-bis (l, l-dimethylethyl) -4-methylphenyl-0)
  • FIG. 1 shows the arrangement of the glass vessels and schematically the test sequence in Example 1
  • FIG. 2a the concentration profile of the non-polar phases from Example 1
  • FIG. 2b the concentration profile of the polar phases from example 1
  • FIG. 3a a simulation of a concentration profile in the non-polar phases
  • FIG. 3b a simulation of a concentration profile in the polar phases
  • FIG. 4a the concentration profile of the non-polar phases from example 3.
  • FIG. 4b the concentration profile of the polar phases from example 3.
  • FIG. 5 shows a reaction method with liquid-liquid extraction
  • FIG. 6 another reaction method with liquid-liquid extraction
  • 1,6-diisocyanatohexane 1,6-diisocyanatohexane
  • 1,6-HDI 1,6-diisocyanatohexane
  • isocyanurate of 1,6-HDI 1,3,5-tris (6-isocyanatohexyl) -1,3,5 -triazinane- 2,4,6-trione, "symmetrical trimer”
  • 1,6-HDI trimer and the iminooxadiazinedione of 1,6-HDI ("asymmetrical trimer") in a ratio of> 95: 1 and traces of higher oligomers is referred to below as 1,6-HDI trimer.
  • 1,6-HDI trimer a commercially available 1.6-HDI oligomer mixture containing 1.6-HDI trimer and higher oligomers in a ratio of 63.05% by weight 1.6-HDI trimer ("A3"), 21.00% by weight 1,6-HDI pentamer ("A5"), 8.76% by weight of 1,6-HDI heptamer ("A7”) and
  • the concentrations of 1,6-HDI, trimer and higher oligomers were determined by HPFC chromatography.
  • 0.1 g of the sample to be measured was diluted to a volume of 5 ml with acetonitrile. From this solution, 0.5 ml was diluted to a volume of 5 ml with acetonitrile.
  • 0.1 ml of this solution was mixed with 0.4 ml of a solution of 250 mg MPP in 50 ml of acetonitrile and 0.5 ml of a solution of 4.07 g of dichlorobenzene in 391.53 g of acetonitrile. The solution was shaken for 30 seconds.
  • the HPLC method was calibrated with solutions of pure 1,6-HDI and the isocyanurate of 1,6-HDI.
  • the symmetrical and the asymmetrical 1,6-HDI trimer were integrated together.
  • the same response factor as for 1.6-HDI trimer was assumed for the higher oligomers.
  • SQ + is used to describe the catalyst for the silsesquioxane cation, in which R2, R3, R4, R5, R6, R7 and R8 are ao-butyl and RI for - (C 11: ) 3 - P (Ae. »- B uty I) 3 stands.
  • An example of this name is the acetate SQ + CH 3 COO-.
  • the final product SQ + CI FCOC V was obtained after removal of the solvent in a partial vacuum and characterized by means of high-resolution mass spectroscopy, infrared spectroscopy, X-ray fluorescence analysis (RFA) and multi-core NMR spectroscopy, the proton and carbon spectra with those in the figure Letter-marked groups were clearly assigned by comparison with literature data based on displacement and integral.
  • the mass spectra were measured by electrospray ionization on a Thermo Fisher Scientific Orbitrap XL.
  • the samples were dissolved in CHCI3, the solution was diluted with MeOH (containing 0.1% acetic acid) and injected into the ESI source system via the direct inlet using a syringe pump (electrospray voltage 4 kV, current 0.7 mA, volume flow Sheath Gas 5 arb, volume flow of surge gas 5 arb, capillary temperature 300 ° C, capillary voltage 0.05 V, tube lens voltage 150 V).
  • the detection was carried out with an Orbitrap ion trap.
  • the infrared spectra were measured on a Bruker alpha FT-fR spectrometer, the samples in each case being applied in bulk to the ATR crystal.
  • the spectra were measured in the range from 4000 to 400 cm 1 with a resolution of 4 cm 1 by averaging 32 individual spectra against air as the background spectrum (averaging 100 individual spectra).
  • the ICP analysis was carried out on an ICP-MS-HR Element2 equipped with an ECM detector using argon as cooling, auxiliary, carrier and additional gas, generator power 1200 - 1600 watts, masses: 31 P, 29 Si, quantification via external Calibration with rhodium as internal
  • the 31 P ⁇ 1 H ⁇ NMR spectra were measured at 161.9 MHz in CDCL on a Bruker AV400 Ultrashield.
  • the 11 NMR spectra were measured at 400 MHz in CDCL with a Bruker AV400.
  • 13 C ⁇ 1 11 ⁇ NMR spectra were measured at 100.6 MHz in CDCL with a Bruker AV400 Ultrashield.
  • signals with positive polarity were assigned to quaternary C atoms or CH2 groups, signals with negative polarity to CH or CH3 groups.
  • the type of splitting is specified as a singlet (s), two singlets (2xs), three singlets (3xs), doublet (d), triplet (t), multiplet (m) or broad signal (b).
  • FT-fr 2913 (s), 1464 (s), 1366 (s), 1229 (m), 1084 (b), 837 (m), 744 (m), 472 (m) cm 1 .
  • the silicon and phosphorus content was determined by ICP analysis to be 17.0% by weight Si (theoretically: 20.1%) and 2.1% by weight P (theoretically: 2.8%).
  • Table 1-la Chemical shift and assignment of the characteristic signals for catalyst 1 (SQ + CH 3 -COO) in the II NMR spectra.
  • Table 1-lb Chemical shift and assignment of the characteristic signals for catalyst 1 (SQ + CH 3 -COO) in the 3 C f 1 11 ⁇ NMR spectra.
  • the experimentally determined concentration profiles after 40 runs and the mathematical modeling in equilibrium are in LIG. 2a (upper, nI Icptau-rciche phase) and LIG. 2b (lower, acetonitrile-rich phase).
  • the x-axes indicate the number of the respective vessel and the y-axes the mass fraction M of the respective component in the non-polar phase (M réelle) and polar phase (M ,,).
  • Rectangles () for the measured values and the upper line for the result of the simulation with regard to vessel number 1 are assigned to the HDI trimer ("A3").
  • Rectangular rectangles ( ⁇ ) and the lower line with regard to vessel number 1 are assigned according to the monomeric HDI ("A").
  • Example 2 the simulations from Example 1 were additionally carried out with 1% by weight (based on the amount of HDI originally used) of a catalyst which is distributed predominantly in the n-heptane-rich phase.
  • the mass fraction of the catalyst is shown by the dashed line.
  • Results are analogous to FIG. 2a and 2b in FIG. 3a and 3b.
  • the curves for the HDI monomer and trimer correspond to those from FIG. 2a and 2b. It can be seen that the catalyst is distributed towards vessel number 15 and can thus be separated from the product, the HDI trimer.
  • FIG. 4a shows the mass fractions in the non-polar phase and FIG. 4b in the polar phase.
  • FIG. 4a and 4b as solid or different dashed lines, results of simulations of the concentration profile of the individual components. It can be seen that the catalyst follows the nI icptan and is driven completely towards the raffinate (vessel number 15). In this way, the catalyst can be separated from the product. It can also be seen how unreacted monomer can be separated from the reaction mixture and is thus available for a continuous reaction process.
  • the distribution of the catalyst SQ + CI ECOCT was investigated experimentally.
  • the extract and the raffinate from Example 4 after the 40th cycle were analyzed for the presence of silicon and phosphorus using ICP analysis. 0.0084% by weight of Si and 0.0009% by weight of P were found in the raffinate. In contrast, the extract had 0.0380% by weight of Si and 0.0038% by weight of P. In the extract there is a 4.4 times higher catalyst concentration than in the raffinate. Evidence of the enrichment of the catalyst in the extract was thus provided.
  • FIG. 5 schematically shows a reaction process with downstream extraction.
  • the trimerization of HDI is explained using this figure as an example.
  • the trimerization reaction takes place in reaction vessel 1.
  • the reaction mixture comprising HDI, HDI trimer and catalyst obtained is then introduced into the central region of the extraction column 2.
  • the extraction column 2 is designed as a multi-stage mixer-separator system operated in countercurrent for a liquid-liquid extraction. Acetonitrile is passed through the column from top to bottom, following gravity. N-I Icptan is led from bottom to top.
  • column 2 there is now an enrichment of HDI and the catalyst in the n-I ieptane-rich phase analogously to Example 3.
  • the catalyst is selected so that it partitions more strongly than HDI into the n-I ieptane-rich phase.
  • the extract thus obtained containing HDI is removed as stream 3 from the upper region of column 2 and introduced into the solvent recovery unit 6.
  • the nI-ieptane-rich phase is distilled off in the solvent recovery unit 6.
  • the recovered HDI is fed back into reaction vessel 1 as stream 4.
  • the distilled-off non-polar solvent is fed back to the lower end of the extraction column 2 as stream 5.
  • Due to its higher polarity the HDI trimer is enriched in the acetonitrile-rich phase. This is withdrawn at the bottom of the column 2 as stream 10 and introduced into the solvent recovery unit 7.
  • the polar solvent is distilled off and fed as stream 8 to the upper end of column 2.
  • the HDI trimer obtained after the distillation is removed as product stream 9.
  • the stream 11 containing catalyst can be removed at the top of column 2.
  • the non-polar solvent is distilled off in a further solvent recovery unit 12.
  • the recovered catalyst is fed back into reaction vessel 1 as stream 13.
  • the solvent obtained from the distillation is fed as stream 14 to the lower end of column 2.
  • the process can be operated as a continuous, circular process, HDI trimer being continuously separated and unreacted HDI and the catalyst being made available to the reaction again. It is therefore practical to carry out a separation of the HDI trimmer even at low sales. In this way, the formation of by-products, especially higher HDI oligomers, is suppressed.
  • the HDI trimer can be obtained monomer-free.
  • the energy balance of this process is very favorable. Only solvents have to be distilled off. Vacuum rectification of HDI and the oligomers is not necessary. At the same time, the thermal load on the HDI and trimmer is reduced.
  • FIG. 6 shows schematically one of the previously in connection with FIG. 5 discussed reaction processes analogous process with subsequent extraction.
  • the trimerization of HDI is also explained here as an example.
  • the trimerization reaction takes place in reaction vessel 1.
  • the reaction mixture comprising HDI, HDI trimer and catalyst obtained is then introduced into the central region of the extraction column 2.
  • the extraction column 2 is designed as a multi-stage mixer-separator system operated in countercurrent for a liquid-liquid extraction. Acetonitrile is passed through the column from top to bottom, following gravity. IItata is not led from bottom to top.
  • HDI and the catalyst are now enriched in the nIcptan-rcichen phase.
  • the catalyst is selected so that it partitions more strongly than HDI into the nIptan-rciche phase.
  • the extract thus obtained containing HDI is removed as stream 3 from the upper region of column 2 and introduced into the solvent recovery unit 6.
  • the nIcptan-rciche phase is distilled off.
  • the recovered HDI is fed back into reaction vessel 1 as stream 4.
  • the distilled-off non-polar solvent is fed back to the lower end of the extraction column 2 as stream 5.
  • the HDI trimer Due to its higher polarity, the HDI trimer is enriched in the acetonitrile-rich phase. This is drawn off in the lower section of column 2 as material stream 10 and introduced into the solvent recovery unit 7. The polar solvent is distilled off and added as stream 8 to the upper end of column 2. The HDI trimer obtained after the distillation is removed as product stream 9.
  • the stream 11 containing catalyst can be removed at the top of column 2.
  • the non-polar solvent is distilled off in a further solvent recovery unit 12.
  • the recovered catalyst is re-entered as stream 13 in the reaction vessel 1.
  • the solvent obtained from the distillation is fed as stream 14 to the lower end of column 2.

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Abstract

The present invention relates to a method for producing oligomeric polyisocyanates with subsequent fractional liquid-liquid extraction, wherein a solvent pair which forms two phases in the extraction and comprises a first solvent system and a second solvent system is used in the extraction, and the polyisocyanate accumulates in the first solvent system and the oligomeric polyisocyanate accumulates in the second solvent system. The first solvent system comprises a linear, branched or cyclic alkane, chloroaromate and/or bromoaromate, and the second solvent system comprises a solvent selected from the group comprising nitriles, cyclic carbonates, cyclic ethers, sulfones, sulphoxides, halogenated (wherein halogen does not represent fluorine) alkanes and/or dialkyl ethers of oligoethylene oxides.

Description

Verfahren zur Herstellung von oligomeren Polyisocvanaten mit anschließender fraktionierter flüssig-flüssig-Extraktion  Process for the preparation of oligomeric polyisocvanates with subsequent fractional liquid-liquid extraction
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oligomerisierung von Isocyanaten, umfassend den Schritt der Reaktion insbesondere eines niedermolekularen Mono-, Di- oder Triisocyanat(gemisch)es mit anschließender fraktionierter flüssig-flüssig-Extraktion, wobei in der Extraktion ein zwei Phasen ausbildendes Lösungsmittelpaar umfassend ein erstes Lösungsmittelsystem und ein zweites Lösungsmittelsystem verwendet wird und das Edukt sich im ersten Lösungsmittelsystem und das oligomere Polyisocyanat sich im zweiten Lösungsmittel system anreichert. The present invention relates to a process for the oligomerization of isocyanates, comprising the step of reacting, in particular, a low molecular weight mono-, di- or triisocyanate (mixture) with subsequent fractional liquid-liquid extraction, the extraction comprising a two-phase solvent pair comprising first solvent system and a second solvent system is used and the starting material accumulates in the first solvent system and the oligomeric polyisocyanate in the second solvent system.
Die Oligomerisierung von Diisocyanaten wie insbesondere Hexamethylendiisocyanat (HDI) zu niedermolekularen Oligomeren ist charakterisiert durch eine klassische konsekutive Reaktionssequenz, in der ein Diisocyanat-Monomermolekül (A) mit einem anderen Monomer molekül (unter Uretdionbildung, Idealstruktur: A2) oder zwei anderen Monomermolekülen (unter Isocyanurat- und/oder Iminooxadiazindionbildung, Idealstrukturen A3) reagiert. Diese Idealstrukturen reagieren mit allen Isocyanatgruppen enthaltenden Verbindungen des Systems (A, A2, A3, sowie höheren Oligomeren mit mehr als einer Uretdion-, Isocyanurat- und/oder hninooxadiazindiongruppe) weiter. Das Zielprodukt für die technische Anwendung ist ein Oligomerengemisch mit einem hohen Idealstrukturanteil. Die höhermolekularen Oligomeren sind weniger erwünscht, da sie eine höhere Viskosität des Gesamtsystems bei erniedrigtem Isocyanatgruppengehalt, bezogen auf das Gewicht des Oligomerengemisches, bewirken. Eine mechanistische Studie zur Cyclooligomerisierung findet sich zum Beispiel in I. T. Horvath, L. U. Richter et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 45, Seiten 107-110. Eine Übersicht zu Isocyanat- Oligomerisierungen findet sich in J. Prakt. Chem./Chem. Ztg. 1994, 336, Seiten 185-200. The oligomerization of diisocyanates such as especially hexamethylene diisocyanate (HDI) to low molecular weight oligomers is characterized by a classic consecutive reaction sequence in which a diisocyanate monomer molecule (A) with another monomer molecule (with uretdione formation, ideal structure: A2) or two other monomer molecules (under isocyanurate) - and / or iminooxadiazinedione formation, ideal structures A 3 ) reacts. These ideal structures react further with all compounds of the system containing isocyanate groups (A, A2, A 3 , and higher oligomers with more than one uretdione, isocyanurate and / or hninooxadiazinedione group). The target product for technical use is an oligomer mixture with a high ideal structure content. The higher molecular weight oligomers are less desirable because they bring about a higher viscosity of the overall system with a reduced isocyanate group content, based on the weight of the oligomer mixture. A mechanistic study of cyclooligomerization can be found, for example, in IT Horvath, LU Richter et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 45, pages 107-110. An overview of isocyanate oligomerizations can be found in J. Prakt. Chem./Chem. Ztg. 1994, 336, pages 185-200.
US 5,298,431 beschreibt ein mehrstufiges Verfahren zur Isolierung eines cyclo trimerisierten Isocyanats aus einer Mischung, die dieses cyclotrimerisierte Isocyanat und höhere Isocyanatoligomere enthält. Das Verfahren umfasst die Schritte: (a) Kontaktieren der Mischung mit einem flüssigen Lösungsmittel, um eine Lösungsmittel enthaltende Mischung zu erhalten; (b) Extrahieren der Lösungsmittel enthaltenden Mischung mittels flüssig-flüssig-Extraktion, um die Mischung in einen Extrakt und einen Rückstand zu trennen, wobei der Extrakt ein cyclotrimerisiertes Isocyanat ist, der im Wesentlichen oligomerfrei ist und welcher weiterhin (nach Abtrennung des Lösemittels) eine im Vergleich zur ursprünglichen Polyisocyanatmischung verringerte Viskosität aufweist; und (c) Abtrennung des uncyclotrimerisierten Monomers aus dem Extrakt, um ein Trimerprodukt mit verringerter Viskosität zu erhalten, welches im Wesentlichen monomerfrei ist. Es wird ebenfalls das Produkt mit verringerter Viskosität beschrieben, das durch dieses Verfahren erhalten wurde. Obwohl in diesem Patent von einer flüssig-flüssig-Extraktion die Rede ist, werden hierbei keine Lösungsmittelpaare eingesetzt. Vielmehr wird das Reaktionsgemisch mit einem einzigen Lösungsmittel extrahiert. No. 5,298,431 describes a multistage process for isolating a cyclotrimerized isocyanate from a mixture which contains this cyclotrimerized isocyanate and higher isocyanate oligomers. The method comprises the steps of: (a) contacting the mixture with a liquid solvent to obtain a solvent-containing mixture; (b) extracting the solvent-containing mixture by means of liquid-liquid extraction in order to separate the mixture into an extract and a residue, the extract being a cyclotrimerized isocyanate which is essentially free of oligomers and which further (after separation of the solvent) is one has reduced viscosity compared to the original polyisocyanate mixture; and (c) separating the uncyclotrimerized monomer from the extract to obtain a reduced viscosity trimer product which is substantially monomer free. The product with reduced viscosity, which is characterized by this procedure was obtained. Although this patent speaks of a liquid-liquid extraction, no solvent pairs are used here. Rather, the reaction mixture is extracted with a single solvent.
US 4,871,460 offenbart, wie Isocyanat-Präpolymere mit freien NCO-Gruppen von Reaktionsmischungen abgetrennt werden, die nicht reagiertes überschüssiges Di- oder Polyisocyanatmonomer enthalten. Dieses erfolgt durch Extrahieren der Reaktionsmischung mit einem Inertgas, vor allem Kohlendioxid, in entweder dem flüssigen oder dem überkritischen Zustand. Die hoch aufgereinigten Polyisocyanate sind für die Herstellung von Schäumen, Elastomeren, Klebstoffen, Lacken und Farben gut geeignet. No. 4,871,460 discloses how isocyanate prepolymers with free NCO groups are separated from reaction mixtures which contain unreacted excess di- or polyisocyanate monomer. This is done by extracting the reaction mixture with an inert gas, especially carbon dioxide, in either the liquid or supercritical state. The highly purified polyisocyanates are well suited for the production of foams, elastomers, adhesives, lacquers and paints.
EP 0 550 908 A2 betrifft ein Verfahren zur Isolierung von Polyisocyanat-Isomeren in reiner oder angereicherter Form aus mindestens zwei Polyisocyanat-Isomere enthaltenden Polyisocyanatgemischen durch flüssig-flüssig-Extraktion unter Verwendung eines zweiphasigen Systems bestehend aus einer unpolaren und einer polaren, Halogenwasserstoff enthaltenden Phase. Diese Patentanmeldung betrifft die Isomerentrennung von Polyisocyanaten. Konkret beschrieben wird die Isomerentrennung des Polyisocyanats MDI mit seinen Isomeren wie 4,4'- und 2,4'-MDI. EP 0 550 908 A2 relates to a process for the isolation of polyisocyanate isomers in pure or enriched form from at least two polyisocyanate mixtures containing polyisocyanate isomers by liquid-liquid extraction using a two-phase system consisting of a non-polar and a polar phase containing hydrogen halide. This patent application relates to the separation of isomers of polyisocyanates. The isomer separation of the polyisocyanate MDI with its isomers such as 4,4'- and 2,4'-MDI is specifically described.
DE 10 2004 06 0131 Al betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyisocyanaten aus Diisocyanaten und deren Verwendung. Das Verfahren ist ein kontinuierliches Verfahren zur partiellen Trimerisierung von (cyclo)aliphatischen Isocyanaten in Gegenwart mindestens eines Katalysators und zeichnet sich dadurch aus, dass man das Verfahren zumindest teilweise in mindestens zwei rückvermischten Reaktionszonen durchführt. DE 10 2004 06 0131 A1 relates to a process for the preparation of polyisocyanates from diisocyanates and their use. The process is a continuous process for the partial trimerization of (cyclo) aliphatic isocyanates in the presence of at least one catalyst and is distinguished in that the process is carried out at least partially in at least two backmixed reaction zones.
Beispiele für weitere Verfahren zur Herstellung von Polyisocyanat-Präpolymeren sind in US 5,258,482, EP 2 042 485 Al, US 5,202,001, US 6,133,3415, US 3,883,577, US 3,392,183, US 4,818,28, US 4,871,460, US 4,864,025, US 4,697,014 und US 4,888,442 beschrieben. Examples of further processes for the preparation of polyisocyanate prepolymers are in US Pat. No. 5,258,482, EP 2,042,485 Al, US Pat. No. 5,202,001, US Pat. No. 6,133,3415, US Pat. No. 3,883,577, US Pat 4,888,442.
Um den Anteil der Idealstrukturen im Oligomerengemisch zu maximieren, wurde bislang die Reaktion meist nach einem Teilumsatz durch Desaktivierung des Katalysators abgebrochen und das Monomer, z.B. mittels Vakuumrektifikation, aus dem Produktgemisch abgetrennt und in den Reaktor zurückgeführt. Je höher der Umsatz in der Oligomerisierungsreaktion ist, desto größer ist hierbei der Anteil an höheren Oligomeren. Durch den destillativen Schritt ist solch ein Verfahren mit einem hohen Energieeinsatz und mit einer thermischen Belastung der Verfahrensprodukte und zurückgeführten Verfahrensedukte verbunden. In order to maximize the proportion of ideal structures in the oligomer mixture, the reaction has so far mostly been terminated after partial conversion by deactivating the catalyst and the monomer, e.g. by means of vacuum rectification, separated from the product mixture and returned to the reactor. The higher the conversion in the oligomerization reaction, the greater the proportion of higher oligomers. Due to the distillative step, such a process is associated with a high energy input and with a thermal load on the process products and recycled process starting materials.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren bereitzustellen, durch welches das gewünschte Polyisocyanat in höherer molekularer Einheitlichkeit, d.h. mit einem höheren Idealstrukturanteil, erhalten werden kann, die Rückführung des Katalysators in einem Kreislaufstrom ermöglicht und/oder bei dem weniger Energie im Vergleich mit konventionellen Verfahren benötigt wird. The object of the present invention was therefore to provide a process by which the desired polyisocyanate has a higher molecular uniformity, ie a higher one Ideal structure share can be obtained, the recycling of the catalyst in a recycle stream enables and / or in which less energy is required compared to conventional processes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von oligomeren Polyisocyanaten, umfassend die Schritte: This object is achieved according to the invention by a process for the preparation of oligomeric polyisocyanates, comprising the steps:
(a) Reaktion eines Eduktes zu einem oligomeren Polyisocyanat, wobei die Reaktion in einem Reaktionsbehälter stattfindet; (a) reaction of a starting material to an oligomeric polyisocyanate, the reaction taking place in a reaction vessel;
(b) Durchführen einer fraktionierten flüssig-flüssig-Extraktion an dem aus Schritt (a) erhaltenem Reaktionsgemisch, wobei die Extraktion in einem vom Reaktionsbehälter verschiedenen Extraktionsbehälter stattfindet, wobei in der flüssig-flüssig-Extraktion ein zwei Phasen ausbildendes Lösungsmittelpaar umfassend ein erstes Lösungsmittelsystem und ein zweites Lösungsmittelsystem verwendet wird, wobei das erste Lösungsmittelsystem ein lineares, verzweigtes oder cyclisches, gegebenenfalls partiell oder perfluoriertes Alkan (vorzugsweise alle isomeren Pentane, Hexane, Heptane, Oktane, Dekane, Undekane, Dodekane, Tridekane, Tetradekane, Pentadekane, Hexadekane, Cyclohexan, Tetralin sowie beliebige Mischungen untereinander), Chloraromaten und/oder Bromaromaten (wie p-Dibrombenzol) umfasst und das zweite Lösungsmittelsystem ein Lösungsmittel umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Nitrile (vorzugsweise Acetonitril, Proprionitril, Phthalodinitril, Dimethylmalonitril, Malononitrile, 3 -Butennitril, besonders bevorzugt Acetonitril), cyclische Carbonate (vorzugsweise Propylen- und Ethylencarbonat), cyclische Ether (vorzugs weise Trioxan), Sulfone (vorzugsweise Diethylsulfon), Sulfoxide, Nitroaromaten (vorzugsweise 2- Nitrofuran, 1,3,5-Trinitrobenzol), Lactone (vorzugsweise 3H-Furan-2-on, Angelicalacton, gamma- Butyrolacton), Ester (vorzugsweise Dimethyloxalat), anorganische Ester (vorzugsweise Dimethyl- sulfat), Aldehyde (vorzugsweise 2-Furfural, 3-Furfural), Formamide (vorzugsweise N-Formylmor- pholin), halogenierte (wobei Halogen nicht für Fluor steht) Alkane und/oder Dialkylether von Oligoethylenoxiden. (b) performing a fractional liquid-liquid extraction on the reaction mixture obtained from step (a), the extraction taking place in an extraction container different from the reaction container, wherein in the liquid-liquid extraction a two-phase solvent pair comprising a first solvent system and a second solvent system is used, the first solvent system being a linear, branched or cyclic, optionally partially or perfluorinated alkane (preferably all isomeric pentanes, hexanes, heptanes, octanes, decanes, undecanes, dodecanes, tridecanes, tetradecanes, pentadecanes, hexadecanes, cyclohexane, Tetralin and any mixtures with one another), chloroaromatics and / or bromoaromatics (such as p-dibromobenzene) and the second solvent system comprises a solvent which is selected from the group comprising nitriles (preferably acetonitrile, propionitrile, phthalonitrile, dimethylmalonitrile, M alononitrile, 3-butenitrile, particularly preferably acetonitrile), cyclic carbonates (preferably propylene and ethylene carbonate), cyclic ethers (preferably trioxane), sulfones (preferably diethylsulfone), sulfoxides, nitroaromatics (preferably 2-nitrofuran, 1,3,5- Trinitrobenzene), lactones (preferably 3H-furan-2-one, angelicalactone, gamma-butyrolactone), esters (preferably dimethyl oxalate), inorganic esters (preferably dimethyl sulfate), aldehydes (preferably 2-furfural, 3-furfural), formamides ( preferably N-formylmorpholine), halogenated (where halogen is not fluorine) alkanes and / or dialkyl ethers of oligoethylene oxides.
Im erfindungsgemäßen Verfahren findet in Schritt (a) eine Oligomerisierung der Polyisocyanate statt. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Trimerisierung und besonders bevorzugt um eine Isocyanurat- und/oder Iminooxadiazindionbildung. Geeignete Edukte für die Oligomerisierung sind beispielsweise Hexamethylendiisocyanat (1,6- HDI), 1,8-Oktandiisocyanat, 4-Isocyanatomethyl-l,8-oktandiisocyanat, 1,10-Decandiisocyanat, 1,11-Undecandiisocyanat, 1,12-Dodecandiisocyanat, 2-Methyl-l,5-diisocyanatopentan, 1,3- und 1,4-Cyclohexandiisocyanat, Norbornandiisocyanat, 1,3- und 1,4-Bisisocyanatomethylcyclohexan, 1,3- und l,4-Bis(isocyanatoethyl)cyclohexan, 2,4- und 4,4- Diisocyanatodicyclohexylmethan, 1- Isocyanato-l-methyl-4(3)-isocyanatomethylcyclohexan (IMCI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 1,3- und l,4-Bis(isocyanatomethyl)benzol, 2,2,4-Trimethyl-l,6-hexamethylendiisocyanat, 2,4-Tolu- ylendiisocyanat (TDI), 2,6-TDI, 4,4-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 4,2-MDI, 1,3- und 1,4- Diisocyanatobenzol, 3,3-Dimethyl-4,4-diisocyanatodiphenyl, 3,4- und 4,4-Diisocyanatodiphenyl- ether und/oder 1,5-Diisocyanatonaphthalin. Daneben können im Eduktgemisch auch anteilig Monoisocyanate wie zum Beispiel Methyl-, Ethyl-, 1- und/oder 2-Propyl-, Butyl- (alle Isomeren), Pentyl- (alle Isomeren) und/oder Hexylisocyanate (alle Isomeren) sowie deren höhere Homologen einzeln oder in beliebiger Abmischung untereinander und mit den vorstehend genannten Di- und Triisocyanaten enthalten sein. In the process according to the invention, an oligomerization of the polyisocyanates takes place in step (a). This is preferably a trimerization and particularly preferably an isocyanurate and / or iminooxadiazinedione formation. Suitable starting materials for the oligomerization are, for example, hexamethylene diisocyanate (1,6-HDI), 1,8-octane diisocyanate, 4-isocyanatomethyl-1, 8-octane diisocyanate, 1,10-decane diisocyanate, 1,11-undecane diisocyanate, 1,12-dodecane diisocyanate, 2-methyl-1,5-diisocyanatopentane, 1,3- and 1,4-cyclohexane diisocyanate, norbornane diisocyanate, 1,3- and 1,4-bisisocyanatomethylcyclohexane, 1,3- and 1,4-bis (isocyanatoethyl) cyclohexane, 2 , 4- and 4,4-diisocyanatodicyclohexylmethane, 1-isocyanato-l-methyl-4 (3) -isocyanatomethylcyclohexane (IMCI), isophorone diisocyanate (IPDI), 1,3- and 1,4-bis (isocyanatomethyl) benzene, 2, 2,4-trimethyl-l, 6-hexamethylene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate (TDI), 2,6-TDI, 4,4-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 4,2-MDI, 1,3- and 1 , 4-diisocyanatobenzene, 3,3-dimethyl-4,4-diisocyanatodiphenyl, 3,4- and 4,4-diisocyanatodiphenyl ether and / or 1,5-diisocyanatonaphthalene. In addition, monoisocyanates such as, for example, methyl, ethyl, 1- and / or 2-propyl, butyl (all isomers), pentyl (all isomers) and / or hexyl isocyanates (all isomers) and the higher thereof can also be used in the educt mixture Homologues may be present individually or in any mixture with one another and with the di- and triisocyanates mentioned above.
In Schritt (b) des Verfahrens findet eine flüssig-flüssig-Extraktion in einem vom Reaktionsbehälter verschiedenen Extraktionsbehälter statt. Insofern kann man das erfindungsgemäße Verfahren auch als ein "Retrofit" -Verfahren betrachten. In step (b) of the process, a liquid-liquid extraction takes place in an extraction container different from the reaction container. In this respect, the method according to the invention can also be regarded as a "retrofit" method.
Das Lösungsmittelsystempaar bildet definitionsgemäß zwei Phasen, wenn mit bloßem Auge eine Phasengrenze zwischen den beiden flüssigen Phasen erkennbar ist. Das erste und das zweite Lösungsmittelsystem enthalten jeweils ein Lösungsmittel derart, dass die beiden Lösungsmittel systempaare innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs eine Mischungslücke zeigen. Ebenso können das erste und zweite Lösungsmittelsystem jeweils als Mischungen von Lösungsmitteln vorliegen, so dass die beiden Lösungsmittelsystempaare innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs eine Mischungslücke zeigen. By definition, the solvent system pair forms two phases if a phase boundary between the two liquid phases can be seen with the naked eye. The first and the second solvent system each contain a solvent such that the two pairs of solvent systems show a miscibility gap within a certain temperature range. Likewise, the first and second solvent systems can each be present as mixtures of solvents, so that the two pairs of solvent systems show a miscibility gap within a certain temperature range.
Mit eingeschlossen ist weiterhin der Lall, dass ursprünglich in reiner Lorm vorliegende erste und zweite Lösungsmittel sich teilweise miteinander mischen, wodurch ein erstes Lösungsmittelsystem mit dem ersten Lösungsmittel als Haupt- und dem zweiten Lösungsmittel als Nebenkomponente und ein zweites Lösungsmittelsystem mit dem zweiten Lösungsmittel als Haupt- und dem ersten Lösungsmittel erhalten wird. Auch hier liegt dann eine Phasengrenze zwischen erstem und zweitem Lösungsmittelsystem vor. Also included is the fact that the first and second solvents originally present in pure Lorm partially mix with each other, whereby a first solvent system with the first solvent as the main component and the second solvent as a secondary component and a second solvent system with the second solvent as the main component. and the first solvent is obtained. Here too there is a phase boundary between the first and second solvent systems.
Durch die Wahl des Lösungsmittelsystempaars reichert sich das Edukt im ersten Lösungs mittelsystem an und das polarere oligomere Polyisocyanat reichert sich im zweiten Lösungsmittel system an. Durch diese Auftrennung liegt in dem zweiten Lösungsmittelsystem wenig Edukt vor und dieses fehlt somit als Reaktionspartner für die Weiterreaktion der oligomeren Polyisocyanate zu unerwünschten höheren Oligomeren. Im Beispiel der Trimerisierung von Diisocyanaten fehlt nach der Reaktion eines Diisocyanat-Monomermoleküls (A) mit zwei anderen Monomermolekülen unter Bildung eines Isocyanurats (A3) weiteres Isocyanat (A) zur Bildung von höhermolekularen Oligomeren (A5+). By choosing the solvent system pair, the educt accumulates in the first solvent system and the more polar oligomeric polyisocyanate accumulates in the second solvent system. As a result of this separation, there is little starting material in the second solvent system and this is therefore missing as a reaction partner for the further reaction of the oligomeric polyisocyanates to undesirable higher oligomers. In the example of the trimerization of diisocyanates, after the reaction of one diisocyanate monomer molecule (A) with two other monomer molecules to form an isocyanurate (A3), further isocyanate (A) for the formation of higher molecular weight oligomers (A5 + ) is missing.
Ein technischer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehens weise ist die Energieersparnis im Vergleich mit den bekannten Verfahren und die geringere Temperaturbelastung der Oligomeren und gegebenenfalls nicht abreagierten Monomeren, da bei einer späteren Abtrennung nur Lösungsmittel in die Gasphase überführt werden müssen und nicht die hochsiedenden Monomeren wie beispielsweise Diisocyanate. Weiterhin ermöglicht das Verfahren die Rückführung des Katalysators in einem Kreislaufstrom. A technical advantage of the procedure according to the invention is the energy saving in comparison with the known processes and the lower temperature load on the oligomers and, if appropriate, unreacted monomers, since in the event of a subsequent separation only solvents need to be converted into the gas phase and not the high-boiling monomers such as, for example, diisocyanates. The process also enables the catalyst to be recycled in a recycle stream.
Eine weitere Energieeinsparung resultiert aus der Tatsache, dass die Umsetzung des Monomers im Vergleich mit den bekannten Verfahren zu höheren Umsätzen getrieben werden kann, ohne dass der Gelpunkt überschritten wird. Dieses wird durch die Abtrennung der Oligomeren, insbesondere der Idealstrukturen, während der Reaktion und die dadurch bedingte Verlangsamung oder zumindest teilweise Verhinderung ihrer Weiterreaktion ermöglicht. Möglich sind Umsätze, bezogen auf die Stoffmenge des eingesetzten Monomers, zwischen 30% und 99,9% oder zwischen > 30% und < 99%. Dadurch wird die Menge an im Kreis geführten Monomer im Vergleich zur klassischen einstufigen Oligomerisierung in homogener Phase deutlich verringert. A further energy saving results from the fact that the conversion of the monomer can be driven to higher conversions in comparison with the known methods without the gel point being exceeded. This is made possible by the separation of the oligomers, in particular the ideal structures, during the reaction and the resulting slowdown or at least partial prevention of their further reaction. Turnovers, based on the amount of substance of the monomer used, are possible between 30% and 99.9% or between> 30% and <99%. As a result, the amount of recirculated monomer is significantly reduced compared to classic single-stage oligomerization in a homogeneous phase.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend beschrieben, wobei die Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden können, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. Embodiments of the method according to the invention are described below, the embodiments being able to be combined with one another as desired, unless the context clearly indicates the opposite.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt in Schritt (b) das Volumenverhältnis von erstem zu zweitem Lösungsmittelsystem > 1: 1 bis < 50: 1. Vorzugsweise beträgt das Volumen Verhältnis > 5:1 bis < 10: 1. In one embodiment of the process according to the invention, the volume ratio of first to second solvent system in step (b) is> 1: 1 to <50: 1. The volume ratio is preferably> 5: 1 to <10: 1.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens findet die Reaktion in Schritt (a) in Abwesenheit eines Lösungsmittels statt. Nach einer Reaktion des Edukts in Substanz schließt sich dann die Extraktion mit dem Lösungsmittelsystempaar an. In a further embodiment of the process according to the invention, the reaction in step (a) takes place in the absence of a solvent. After a reaction of the educt in bulk, the extraction then follows with the solvent system pair.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens findet die Reaktion in Schritt (a) in Gegenwart des ersten und/oder des zweiten Lösungsmittelsystems statt. Diese Variante ist ebenfalls möglich und kann beispielsweise dann Vorteile bringen, wenn das Reaktionsgemisch eine hohe Viskosität aufweist. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Edukt Hexamethylendiisocyanat. Bevorzugt ist das 1,6-Isomer. Dessen Isocyanurat-Trimer ist für vielfältige Anwendungen insbesondere bei der Herstellung von Polyurethanlacken einsetzbar. Vorzugsweise liegt im eingesetzten Edukt, mit Ausnahme technisch unvermeidlicher Verunreinigungen, ausschließlich Hexamethylendiisocyanat vor. In a further embodiment of the process according to the invention, the reaction in step (a) takes place in the presence of the first and / or the second solvent system. This variant is also possible and can bring advantages, for example, if the reaction mixture has a high viscosity. In a further embodiment of the process according to the invention, the starting material comprises hexamethylene diisocyanate. The 1,6-isomer is preferred. Its isocyanurate trimer can be used for a wide range of applications, particularly in the manufacture of polyurethane coatings. With the exception of technically unavoidable impurities, the starting material used is preferably exclusively hexamethylene diisocyanate.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens: erfolgt in Schritt (b) die Extraktion in einer mit dem ersten und zweiten Lösungsmittelsystem im Gegenstrom betriebenen mehrstufigen Mischer-Scheider-Anlage innerhalb des Extraktions behälters, wobei der Extraktionsbehälter ein erstes Ende, ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende und einen dazwischen angeordneten mittleren Bereich aufweist und das Reaktionsgemisch aus Schritt (a) auf eine in im mittleren Bereich des Extraktionsbehälters befindliche Mischer-Scheider-Stufe eingetragen wird; wobei an dem ersten Ende des Extraktionsbehälters ein das erste Lösungsmittelsystem umfassender Strom entnommen wird, in eine erste Lösungsmittelrückgewinnungseinheit eingebracht wird, eine Abtrennung des ersten Lösungsmittelsystems erfolgt, das durch diese Abtrennung erhaltene Produkt in den Reaktionsbehälter zurückgeführt wird und das durch diese Abtrennung erhaltene erste Lösungsmittelsystem in das zweite Ende des Extraktionsbehälters zurückgeführt wird, und wobei an dem zweiten Ende des Extraktionsbehälters ein das zweite Lösungsmittelsystem umfassender Strom entnommen wird, in eine zweite Lösungsmittelrückgewinnungsanlage eingebracht wird, eine Abtrennung des zweiten Lösungsmittelsystems erfolgt, das durch diese Abtrennung erhaltene Produkt entnommen wird und das durch diese Abtrennung erhaltene zweite Lösungsmittelsystem in das erste Ende des Extraktionsbehälters zurückgeführt wird. In a further embodiment of the method according to the invention: in step (b), the extraction takes place in a multi-stage mixer-separator system operated in countercurrent with the first and second solvent systems within the extraction container, the extraction container having a first end, an opposite end to the first has a second end and an intermediate region arranged therebetween and the reaction mixture from step (a) is introduced into a mixer-separator stage located in the central region of the extraction container; wherein a stream comprising the first solvent system is withdrawn from the first end of the extraction container, introduced into a first solvent recovery unit, the first solvent system is separated, the product obtained by this separation is returned to the reaction container and the first solvent system obtained by this separation in the second end of the extraction container is returned, and wherein a stream comprising the second solvent system is withdrawn from the second end of the extraction container, is introduced into a second solvent recovery system, the second solvent system is separated off, the product obtained by this separation is taken off and by this separation obtained second solvent system is returned to the first end of the extraction container.
Üblicherweise steht der Extraktionsbehälter mit seinen verschiedenen Mischer-Scheider-Stufen aufrecht. Dann ist das erste Ende des Behälters das obere Ende, das zweite Ende ist das untere Ende und der mittlere Bereich, auf den das Reaktionsgemisch aufgetragen wird, ist vorzugsweise die geometrische Mitte der Gesamtheit der Mischer-Scheider-Stufen oder wird anhand der Hälfte der theoretischen Bodenzahl der Anlage definiert. The extraction container with its various mixer-separator stages is usually upright. Then the first end of the container is the upper end, the second end is the lower end and the central area to which the reaction mixture is applied is preferably the geometric center of the entirety of the mixer-separator stages or is based on half of the theoretical Floor number of the system defined.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Extraktions behälter als Füllkörperkolonne oder gepulste oder nicht gepulste Siebbodenkolonne ausgeführt. Die Abtrennung innerhalb der ersten und zweiten Lösungsmittelrückgewinnungseinheit geschieht vorzugsweise thermisch. Es aber auch möglich, dass andere Verfahren wie eine Abtrennung über eine semipermeable Membran oder eine Temperaturerniedrigung angewandt werden. In an alternative embodiment of the method according to the invention, the extraction container is designed as a packed column or pulsed or non-pulsed sieve plate column. The separation within the first and second solvent recovery units is preferably done thermally. However, it is also possible that other methods, such as separation via a semipermeable membrane or a temperature reduction, are used.
Mit der hier beschriebenen Vorgehens weise ist ein Kreisprozess unter Rückgewinnung des Katalysators und nicht umgesetzter Edukte möglich. With the procedure described here, a cycle with recovery of the catalyst and unreacted starting materials is possible.
Es ist hierbei weiterhin möglich, dass zusätzlich an einer weiter zum ersten Ende des Extraktionsbehälters als die Entnahme des das erste Lösungsmittelsystem umfassenden Stroms gelegenen Stelle ein weiterer das erste Lösungsmittelsystem umfassender Strom entnommen wird, dieser in eine dritte Lösungsmittelrückgewinnungseinheit eingebracht wird, eine Abtrennung des ersten Lösungsmittelsystems erfolgt, das durch diese Abtrennung erhaltene Produkt in den Reaktionsbehälter zurückgeführt wird und das durch diese Abtrennung erhaltene erste Lösungsmittelsystem in das zweite Ende des Extraktionsbehälters zurückgeführt wird. It is furthermore possible that, at a point further to the first end of the extraction container than the removal of the stream comprising the first solvent system, another stream comprising the first solvent system is withdrawn and introduced into a third solvent recovery unit, a separation of the first solvent system takes place, the product obtained by this separation is returned to the reaction container and the first solvent system obtained by this separation is returned to the second end of the extraction container.
Das durch die Abtrennung erhaltene Produkt kann insbesondere ein Katalysator sein, welcher sich bevorzugt im ersten Lösungsmittelsystem aufhält. Man erreicht durch diese Vorgehens weise ein energetisch günstiges internes Recycling des ersten Lösungsmittelsystems, vor allem wenn zuvor bereits die übrigen Bestandteile des Reaktionssystems mit Ausnahme des Katalysators abgetrennt wurden. Die Abtrennung innerhalb der dritten Lösungsmittelrückgewinnungseinheit geschieht vorzugsweise thermisch. Es aber auch möglich, dass andere Verfahren wie eine Abtrennung über eine semipermeable Membran oder eine Temperaturerniedrigung angewandt werden. The product obtained by the separation can in particular be a catalyst which is preferably in the first solvent system. An energy-efficient internal recycling of the first solvent system is achieved by this procedure, especially if the other components of the reaction system with the exception of the catalyst have already been removed beforehand. The separation within the third solvent recovery unit is preferably done thermally. However, it is also possible that other methods, such as separation via a semipermeable membrane or a temperature reduction, are used.
Es ist weiterhin möglich, dass zusätzlich an einer weiter zum zweiten Ende des Extraktions behälters als die Entnahme des das zweite Lösungsmittelsystem umfassenden Stroms gelegenen Stelle ein weiterer das zweite Lösungsmittelsystem umfassender Strom entnommen wird und dieser in das erste Ende des Extraktionsbehälters zurückgeführt wird. Auf diese Weise wird ein internes Recycling ohne energieaufwendige Trennschritte für das zweite Lösungsmittelsystem ermöglicht, vor allem wenn zuvor die übrigen Bestandteile des Reaktionssystems aus dem zweiten Lösungsmittelsystem entfernt wurden. It is furthermore possible that, in addition to a point further to the second end of the extraction container than the removal of the location of the stream comprising the second solvent system, another stream comprising the second solvent system is removed and this is returned to the first end of the extraction container. In this way, internal recycling without energy-intensive separation steps for the second solvent system is made possible, especially if the remaining components of the reaction system have been removed from the second solvent system beforehand.
Weiter bevorzugt ist, dass das erste Lösungsmittelsystem lineare, verzweigte und/oder cyclische Alkane, wie zum Beispiel «-Hexan, n-I Ieptan, Ao-Oktan, Cyclohexan und/oder Hexadekan umfasst und das zweite Lösungsmittelsystem Acetonitril umfasst. Vorzugsweise sind in dem ersten und zweiten Lösungsmittelsystem mit Ausnahme von technisch unvermeidlichen Spuren keine weiteren Lösungsmittel außer die genannten Lösungsmittel vorhanden. Bei dieser Auswahl der Lösungsmittelkombinationen wurden Mischungslücken experimentell verifiziert. It is further preferred that the first solvent system comprises linear, branched and / or cyclic alkanes, such as, for example, “-hexane, nI ieptane, ao-octane, cyclohexane and / or hexadecane, and the second solvent system comprises acetonitrile. With the exception of technically unavoidable traces, there are preferably no further solvents other than the solvents mentioned in the first and second solvent systems. With this selection of solvent combinations, gaps in the mixture were verified experimentally.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Schritt (b) nach einem Umsatz von > 1 Gewichts-% bis < 35 Gewichts-%, bezogen auf die Menge der in Schritt (a) ursprünglich vorhandenen Isocyanat-Gruppen, durchgeführt. Der Grad der Umsetzung lässt sich zum Beispiel mittels Titration der NCO-Gruppen einer Reaktionsprobe, mittels in situ-lR- Spektroskopie oder mittels HPLC-Chromatographie bestimmen. Vorzugsweise wird beträgt dieser Umsatz > 15 Gewichts-% bis < 32 Gewichts-% und besonders bevorzugt > 20 Gewichts-% bis < 28 Gewichts-%. In a further embodiment of the process according to the invention, step (b) is carried out after a conversion of> 1% by weight to <35% by weight, based on the amount of the isocyanate groups originally present in step (a). The degree of conversion can be determined, for example, by titration of the NCO groups of a reaction sample, by means of in situ IR spectroscopy or by means of HPLC chromatography. This conversion is preferably> 15% by weight to <32% by weight and particularly preferably> 20% by weight to <28% by weight.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Schritt (a) in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt. Der Katalysator wird beispielsweise in einem Anteil von > 0,1 Gewichts-% bis < 35 Gewichts-%, bezogen auf die Menge an eingesetztem Edukt, eingesetzt. Besonders günstig ist hierbei ein Anteil von 1 Gewichts-% bis < 30 Gewichts-%. Dadurch, dass der Katalysator im erfindungsgemäßen Verfahren abgetrennt und zurückgeführt werden kann, lassen sich auch hohe Katalysatorgehalte sinnvoll einsetzen. In a preferred embodiment of the process according to the invention, step (a) is carried out in the presence of a catalyst. The catalyst is used, for example, in a proportion of> 0.1% by weight to <35% by weight, based on the amount of starting material used. A proportion of 1% by weight to <30% by weight is particularly favorable. The fact that the catalyst can be separated off and recycled in the process according to the invention means that high catalyst contents can also be used expediently.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach Schritt (a) keine Desaktivierung des Katalysators durchgeführt. Unter Desaktivierung ist hierbei insbesondere die Zugabe eines Katalysatorgiftes oder eines Stoffes gemeint, welcher mit dem Katalysator chemisch reagiert. In a preferred embodiment of the process, no deactivation of the catalyst is carried out after step (a). Deactivation here means in particular the addition of a catalyst poison or a substance which reacts chemically with the catalyst.
Bevorzugte Katalysatoren für die Isocyanat-Trimerisierung mit hoher Löslichkeit in dem unpolaren Lösungsmittelsystem sind Vertreter der Proazaphosphatrane wie 2,8,9-Trialkyl-2,5,8,9- tetraaza-l-phosphabicyclo[3.3.3]undekan, 2,8,9-Tricycloalkyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo- [3.3.3]undekan oder2,8,9-Triaralkyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo[3.3.3]undekan, wobei die Substituenten in 2-, 8- und 9-Position gleich oder verschieden sein können. Als Alkylsubstituenten kommen CI -CIO Reste, die linear oder verzweigt, vorzugsweise verzweigt sein können, als Cycloalkylreste C4-C12-Reste, die wiederum durch Alkylreste substituiert sein können, und als Aralkylreste Benzylreste, die wiederum durch Alkyl- oder Alkoxyreste substituiert sein können, in Frage. Vorzugsweise umfasst der Katalysator 2,8,9-Tri-o-methoxybenzyl-2,5,8,9-tetraaza-l- phosphabicyclo[3.3.3]undekan, 2,8,9-Tricyclopentyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo[3.3.3]un- dekan, 2,8,9-Triisopropyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo[3.3.3]undekan und/oder 2,8,9-Tri-iec- butyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo[3.3.3]undekan. Die zuletzt genannte Verbindung wird exemplarisch in der nachfolgenden Formel gezeigt:
Figure imgf000011_0001
Preferred catalysts for the isocyanate trimerization with high solubility in the non-polar solvent system are representatives of the proazaphosphatranes such as 2,8,9-trialkyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undekan, 2.8 , 9-Tricycloalkyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undecane or 2,8,9-triaralkyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3 ] undecane, where the substituents in the 2-, 8- and 9-position may be the same or different. CI-CIO radicals which can be linear or branched, preferably branched, come as alkyl substituents, C4-C12 radicals which can in turn be substituted by alkyl radicals and cycloalkyl radicals and benzyl radicals which in turn can be substituted by alkyl or alkoxy radicals, in question. The catalyst preferably comprises 2,8,9-tri-o-methoxybenzyl-2,5,8,9-tetraaza-1-phosphabicyclo [3.3.3] undecane, 2,8,9-tricyclopentyl-2,5,8, 9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undecane, 2,8,9-triisopropyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undecane and / or 2.8, 9-tri-iec-butyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undecane. The latter compound is shown as an example in the following formula:
Figure imgf000011_0001
Sie weist beispielsweise im Lösungsmittelsystempaar n-Heptan/Acetonitril einen Verteilungskoeffizienten K = x«-HePtan/xAcetomtrii von 3,9 auf. In the solvent system pair n-heptane / acetonitrile, for example, it has a distribution coefficient K = x «- HePtan / x Acetomt rii of 3.9.
Vorzugsweise umfasst der Katalysator polyedrische oligomere Silsesquioxane der allgemeinen Formel (I): The catalyst preferably comprises polyhedral oligomeric silsesquioxanes of the general formula (I):
Figure imgf000011_0002
wobei RI, R2, R3, R4, R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus den Gruppen (Ia) und/oder (Ib) mit der Maßgabe, dass wenigstens einer der Reste RI, R2, R3, R4, R5, R6, R7 und R8 aus der Gruppe (Ib) ausgewählt ist: (Ia): Alkyl, Cy cloalkyl, Aryl, Heteroaryl, Heterocyclyl, Alkenyl, Alkinyl, Perfluoroaryl,
Figure imgf000011_0002
wherein RI, R2, R3, R4, R5, R6, R7 and R8 are independently selected from groups (Ia) and / or (Ib) with the proviso that at least one of the radicals RI, R2, R3, R4, R5 , R6, R7 and R8 is selected from group (Ib): (Ia): alkyl, cycloalkyl, aryl, heteroaryl, heterocyclyl, alkenyl, alkynyl, perfluoroaryl,
Perfluoroalkenyl, Perfluoroalkinyl, Alkoxy, Perfluoroalkyl, Perfluoroalkoxy, Polyoxyalkylen, Perfluoroalkenyl, perfluoroalkynyl, alkoxy, perfluoroalkyl, perfluoroalkoxy, polyoxyalkylene,
(Ib): -A-R9, wobei gilt: (Ib): -A-R9, where:
A = (CR2)n mit n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 oder 15, und R für gleiche oder verschiedene Substituenten aus der Gruppe H und/oder Ia; oder A = (CR 2 ) n with n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 or 15, and R for identical or different substituents from the group H and / or Ia; or
A = ortho-, meta- oder para- CöRt, wobei R die vorstehend genannte Bedeutung hat; oder A = ortho-, meta- or para-C ö R t , where R has the meaning given above; or
A = (CR2)2-Si(R2)-(CR2)„, mit n = 1, 2, 3, 4, wobei R die vorstehend genannte Bedeutung hat; und R9 = N(R10)(R11), P(R10)(R11), N(R10)(R11)(R12)X, P(R10)(R11)(R12)X, A = (CR 2 ) 2 -Si (R 2 ) - (CR 2 ) ", with n = 1, 2, 3, 4, where R has the meaning given above; and R9 = N (R10) (R11), P (R10) (R11), N (R10) (R11) (R12) X, P (R10) (R11) (R12) X,
COOM, OM, oder ein weiterer Substituent gemäß Formel (I) ist, wobei  COOM, OM, or a further substituent according to formula (I), wherein
RIO, RI 1 und RI 2 unabhängig voneinander Alkyl oder Aryl sind, RIO, RI 1 and RI 2 are independently alkyl or aryl,
X Carboxylat, Alkoholat, Hydrogencarbonat, oder Carben ist und M Ammonium, Phosphonium, ein Alkali- oder Erdalkalimetallkation ist. X is carboxylate, alcoholate, hydrogen carbonate, or carbene and M is ammonium, phosphonium, an alkali or alkaline earth metal cation.
Solche Katalysatoren sind insbesondere für die Trimerisierung von monomeren Polyisocyanaten wie 1,6-HDI zu Isocyanuraten geeignet. Such catalysts are particularly suitable for the trimerization of monomeric polyisocyanates such as 1,6-HDI to isocyanurates.
Dieser Wahl des Katalysators liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dessen Löslichkeit oder dessen Verteilungskoeffizient in einem Zweiphasensystem durch einen modularen Aufbau aus einer unpolaren Teilstruktur und einer katalytisch aktiven Teilstruktur beeinflussbar ist. This choice of the catalyst is based on the knowledge that its solubility or its distribution coefficient can be influenced in a two-phase system by a modular structure consisting of a non-polar partial structure and a catalytically active partial structure.
So können beispielsweise die unpolare und die katalytisch aktive Teilstruktur entgegengesetzte ionische Ladungen tragen und mittels elektrostatischer Wechselwirkungen zusammengehalten werden. Es ist ebenfalls möglich, dass die beiden Teilstrukturen durch eine kovalente Bindung miteinander verbunden sind. For example, the non-polar and the catalytically active partial structure can carry opposite ionic charges and be held together by means of electrostatic interactions. It is also possible for the two substructures to be connected to one another by a covalent bond.
Die unpolare Teilstruktur des Katalysators wird in der vorliegenden Erfindung durch die substituierte Silsesquioxanstruktur gebildet. Über einen oder mehrere Substituenten wird die katalytisch wirksame Teilstruktur wie oben geschildert gebunden. The non-polar partial structure of the catalyst is formed in the present invention by the substituted silsesquioxane structure. The catalytically active substructure is bound via one or more substituents as described above.
Die katalytische Teilstruktur umfasst ein ionisches oder nicht ionisches Nukleophil, das die Edukt- Oligomerisierung katalysiert. Ein Beispiel für eine ionische katalytisch wirksame Teilstruktur ist ein Silsesquioxan in dem einer oder mehrere der Substituenten RI bis R8 für -(CH2)n-P(Alkyl)3X stehen und X = R-COO mit R = CH3-, CH3CH2-, «-Propyl, Ao-Propyl, ieri.-Butyl, tert.- Amyl, CH3(CH2)n- mit n = 4, 5, 6, 7, 8, CH3CH(OH), Phenyl, 4-Methoxyphenyl und/oder 3,4,5- Trimethoxyphenyl oder R-O mit R = Phenyl oder 2,6-Bis(l,l-dimethylethyl)-4-methylphenyl ist. Ein Beispiel für eine nicht ionische katalytisch aktive Teilstruktur ist gegeben, wenn einer oder mehrere der Substituenten RI bis R8 für -(CH2)n-P(Alkyl)2 stehen. Vorzugsweise handelt es sich bei den nicht durch katalytisch wirksame Teilstrukturen substituierten exocyclischen Si-ständigen Substituenten R2 bis R8 sowohl im ionischen als auch im nicht ionischen Fall um Ao-Butyl-, Cyclohexyl- und/oder Ao-Octylgruppen, besonders bevorzugt um Ao-Butylgruppen. The catalytic partial structure comprises an ionic or non-ionic nucleophile that catalyzes the starting oligomerization. An example of an ionic catalytically active partial structure is a silsesquioxane in which one or more of the substituents RI to R8 are - (CH2) n -P (alkyl) 3X and X = R-COO with R = CH3-, CH3CH2-, « -Propyl, ao-propyl, ieri.-butyl, tert.-amyl, CH3 (CH2) n - with n = 4, 5, 6, 7, 8, CH3CH (OH), phenyl, 4-methoxyphenyl and / or 3 , 4,5-trimethoxyphenyl or RO with R = phenyl or 2,6-bis (l, l-dimethylethyl) -4-methylphenyl. An example of a non-ionic catalytically active partial structure is given if one or more of the substituents RI to R8 are - (CH2) n -P (alkyl) 2. The exocyclic Si-substituted substituents R2 to R8 which are not substituted by catalytically active substructures are preferably ao-butyl, cyclohexyl and / or ao-octyl groups, particularly preferably ao-butyl groups, both in the ionic and in the nonionic case ,
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Substituent R9 ein weiterer Substituent gemäß Formel (I) ist. Hierunter sind oligomere Katalysatoren mit mehr als einer Silsesquioxan-Einheit zu verstehen, beispielsweise Dimere oder Trimere. Dadurch, dass die Verteilung des Katalysators in einem Zweiphasensystem beeinflussbar ist, kann eine Verfahrensdurchführung realisiert werden, welche anstelle einer ausschließlich destillativen Eduktabtrennung eine zeitgleich zur katalysierten Reaktion verlaufende oder eine der katalysierten Reaktion nachgelagerten Extraktion gestattet. Insbesondere kann ein Verfahren realisiert werden, bei dem sich der Katalysator und das Edukt bevorzugt in der unpolaren Phase und das oligomere Polyisocyanat bevorzugt in der polaren Phase aufhalten. Zur Gewinnung des gewünschten Oligomers ist nach Phasentrennung lediglich das Abdestillieren des polaren Lösungsmittels notwendig. Ebenso lassen sich reaktive Extraktionsverfahren realisieren. hn Sinne der vorliegenden Erfindung bedeuten: According to the invention it can be provided that the substituent R9 is a further substituent according to formula (I). This includes oligomeric catalysts with more than one silsesquioxane unit, for example dimers or trimers. The fact that the distribution of the catalyst in a two-phase system can be influenced means that a process can be carried out which, instead of exclusively separating the starting material by distillation, permits extraction which takes place at the same time as the catalyzed reaction or is carried out downstream of the catalyzed reaction. In particular, a process can be implemented in which the catalyst and the starting material are preferably in the non-polar phase and the oligomeric polyisocyanate is preferably in the polar phase. To obtain the desired oligomer, only the polar solvent has to be distilled off after phase separation. Reactive extraction processes can also be implemented. According to the present invention:
Alkyl: acyclische aliphatische Kohlenwasserstoffreste, die keine C-C-Mehrfachbindungen enthalten. Bevorzugt ist Alkyl aus der Gruppe ausgewählt, die Methyl, Ethyl, «-Propyl, 2-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, ieri.-Butyl, n-Pentyl, Ao-Pentyl, «eo-Pentyl, «-I Iexyl, «-I Ieptyl, n- Octyl, n-Nonyl und/oder n-Decyl umfasst. Alkyl: acyclic aliphatic hydrocarbon residues that do not contain any C-C multiple bonds. Alkyl is preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, 2-propyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, isobutyl, n-pentyl, ao-pentyl, eo- Pentyl, "-I Iexyl," -I Ieptyl, n-octyl, n-nonyl and / or n-decyl.
Cycloalkyl: cyclische aliphatische (cycloaliphatische) Kohlenwasserstoffe mit insbesondere 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Kohlenstoffatomen, wobei die Kohlenwasserstoffe gesättigt oder ungesättigt (aber nicht aromatisch), unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sein können. Die Cycloalkyl-Reste können weiterhin einfach oder mehrfach verbrückt sein wie beispielsweise im Fall von Adamantyl, Bicyclo[2.2.1]heptyl oder Bicyclo[2.2.2]octyl. Bevorzugt ist Cycloalkyl aus der Gruppe ausgewählt, die Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl, Cyclodecyl, Adamantyl, Cyclopentenyl, Cyclohexenyl, Cycloheptenyl und/oder Cyclooctenyl umfasst. Cycloalkyl: cyclic aliphatic (cycloaliphatic) hydrocarbons with in particular 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 carbon atoms, where the hydrocarbons can be saturated or unsaturated (but not aromatic), unsubstituted or mono- or polysubstituted. The cycloalkyl radicals can furthermore be bridged once or several times, for example in the case of adamantyl, bicyclo [2.2.1] heptyl or bicyclo [2.2.2] octyl. Cycloalkyl is preferably selected from the group comprising cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, cyclononyl, cyclodecyl, adamantyl, cyclopentenyl, cyclohexenyl, cycloheptenyl and / or cyclooctenyl.
Alkenyl: acyclische aliphatische Kohlenwasserstoffreste, die mindestens eine C-C-Doppelbindung aufweisen. Bevorzugt ist Alkenyl aus der Gruppe ausgewählt, die Ethenyl (Vinyl), Propenyl, Butenyl, Pentenyl, Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl und/oder Decenyl umfasst. Alkenyl: acyclic aliphatic hydrocarbon radicals which have at least one C-C double bond. Alkenyl is preferably selected from the group comprising ethenyl (vinyl), propenyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl and / or decenyl.
Alkinyl: acyclische aliphatische Kohlenwasserstoffreste, die mindestens eine C-C-Dreifach- bindung aufweisen. Bevorzugt ist Alkinyl aus der Gruppe ausgewählt, die Ethinyl, Propinyl, Butinyl, Pentinyl, Hexinyl, Heptinyl, Octinyl, Noninyl und/oder Decinyl umfasst. Alkynyl: acyclic aliphatic hydrocarbon radicals which have at least one C-C triple bond. Alkynyl is preferably selected from the group comprising ethynyl, propynyl, butynyl, pentynyl, hexynyl, heptynyl, octynyl, nonynyl and / or decynyl.
Aryl: aromatische Kohlenwasserstoffe mit bis zu 14 Ringgliedern, insbesondere Phenyle und Naphthyle. Jeder Aryl-Rest kann unsubstituiert oder einfach oder mehrfach substituiert vorliegen, wobei die Aryl-Substituenten gleich oder verschieden und in jeder beliebigen und möglichen Position des Aryls sein können. Bevorzugt ist Aryl aus der Gruppe ausgewählt, die Phenyl, 1- Naphthyl und 2-Naphthyl enthält, welche jeweils unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sein können. Ein besonders bevorzugtes Aryl ist Phenyl, unsubstituiert oder einfach oder mehrfach substituiert. Aryl: aromatic hydrocarbons with up to 14 ring members, especially phenyls and naphthyls. Each aryl radical can be unsubstituted or mono- or polysubstituted, and the aryl substituents can be the same or different and can be in any desired position of the aryl. Aryl is preferably selected from the group containing phenyl, 1-naphthyl and 2-naphthyl, each of which is unsubstituted or one or more times can be substituted. A particularly preferred aryl is phenyl, unsubstituted or mono- or polysubstituted.
Heteroaryl: eine 5- oder 6-gliedrige cyclische aromatischen Rest, der mindestens 1, gegebenenfalls auch 2, 3, 4 oder 5 Heteroatome, enthält, wobei die Heteroatome jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe S, N und O und der Heteroaryl-Rest unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sein kann; im Falle der Substitution am Heteroaryl können die Substituenten gleich oder verschieden sein und in jeder beliebigen und möglichen Position des Heteroaryls sein. Es ist bevorzugt, dass der Heteroaryl-Rest ausgewählt ist aus der Gruppe, die Benzofuranyl, Benzoimidazolyl, Benzothienyl, Benzothiadiazolyl, Benzothiazolyl, Benzotriazolyl, Benzoox- azolyl, Benzooxadiazolyl, Chinazolinyl, Chinoxalinyl, Carbazolyl, Chinolinyl, Dibenzofuranyl, Dibenzothienyl, Furyl (Furanyl), Imidazolyl, Imidazothiazolyl, Indazolyl, Indolizinyl, Indolyl, Isochinolinyl, Isoxazoyl, Isothiazolyl, Indolyl, Naphthyridinyl, Oxazolyl, Oxadiazolyl, Phenazinyl, Phenothiazinyl, Phtalazinyl, Pyrazolyl, Pyridyl (2-Pyridyl, 3-Pyridyl, 4-Pyridyl), Pyrrolyl, Pyridazinyl, Pyrimidinyl, Pyrazinyl, Purinyl, Phenazinyl, Tetrazol, Thienyl (Thiophenyl), Triazolyl, Tetrazolyl, Thiazolyl, Thiadiazolyl und/oder Triazinyl umfasst. Heteroaryl: a 5- or 6-membered cyclic aromatic radical which contains at least 1, optionally also 2, 3, 4 or 5 heteroatoms, where the heteroatoms are each independently selected from the group S, N and O and the heteroaryl Radical may be unsubstituted or mono- or polysubstituted; in the case of substitution on the heteroaryl, the substituents can be identical or different and can be in any desired position of the heteroaryl. It is preferred that the heteroaryl residue is selected from the group consisting of benzofuranyl, benzoimidazolyl, benzothienyl, benzothiadiazolyl, benzothiazolyl, benzotriazolyl, benzooxazolyl, benzooxadiazolyl, quinazolinyl, quinoxalinyl, carbazolyl, quinolothienyl, dibenzylyl, dibenzylyl, dibenzylyl , Imidazolyl, imidazothiazolyl, indazolyl, indolizinyl, indolyl, isoquinolinyl, isoxazoyl, isothiazolyl, indolyl, naphthyridinyl, oxazolyl, oxadiazolyl, phenazinyl, phenothiazinyl, phthalazinyl, pyrazolyl, pyridyl, 3-pyridyl, 2-pyridyl, 2-pyridyl, 2-pyridyl, 2-pyridyl, 2-pyridyl, Pyridazinyl, pyrimidinyl, pyrazinyl, purinyl, phenazinyl, tetrazole, thienyl (thiophenyl), triazolyl, tetrazolyl, thiazolyl, thiadiazolyl and / or triazinyl.
Heterocyclyl: aliphatische gesättigte oder ungesättigte (aber nicht aromatische) Cycloalkyle mit insbesondere drei bis zehn, d.h. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Ringgliedern, in denen mindestens ein, gegebenenfalls auch zwei oder drei Kohlenstoffatome durch ein Heteroatom oder eine Heteroatomgruppe jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O, S, S(=0)2, N, NH und N(Cl-8-Alkyl), vorzugsweise N(CH3), ersetzt sind, wobei die Ringglieder unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sein können. Bevorzugt sind Heterocyclyl-Reste aus der Gruppe umfassend Azetidinyl, Aziridinyl, Azepanyl, Azocanyl, Diazepanyl, Dithiolanyl, Dihydrochinolinyl, Dihydropyrrolyl, Dioxanyl, Dioxolanyl, Dioxepanyl, Dihydroindenyl Dihydropyridinyl, Dihydrofuranyl, Dihydroisochinolinyl, Dihydroindolinyl, Dihydroisoindolyl, Imidazolidinyl, Isoxazolidinyl, Morpholinyl, Oxiranyl, Oxetanyl, Pyrrolidinyl, Piperazinyl, 4- Methylpiperazinyl, Piperidinyl, Pyrazolidinyl, Pyranyl, Tetrahydropyrrolyl, Tetrahydropyranyl, Tetrahydrochinolinyl, Tetrahydroisochinolinyl, Tetrahydroindolinyl, Tetrahydrofuranyl, Tetra- hydropyridinyl, Tetrahydro thiophenyl, Tetrahydro-pyridoindolyl, Tetrahydronaphthyl, Tetra- hydrocarbolinyl, Tetrahydroisoxazolo-pyridinyl, Thiazolidinyl und/oder Thiomorpholinyl. Heterocyclyl: aliphatic saturated or unsaturated (but not aromatic) cycloalkyls with in particular three to ten, ie 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 ring members, in which at least one, optionally also two or three carbon atoms by a hetero atom or a heteroatom group each independently selected from the group consisting of O, S, S (= 0) 2 , N, NH and N (Cl-8-alkyl), preferably N (CH3), are replaced, the ring members being unsubstituted or can be substituted one or more times. Preferred are heterocyclyl radicals from the group comprising azetidinyl, aziridinyl, azepanyl, diazepanyl, dithiolanyl, dihydroquinolinyl, dihydropyrrolyl, dioxanyl, dihydroindolol, dihydrofurylol, oxetanyl, pyrrolidinyl, piperazinyl, 4-methylpiperazinyl, piperidinyl, pyrazolidinyl, pyranyl, tetrahydropyrrolyl, tetrahydropyranyl, tetrahydroquinolinyl, tetrahydroisoquinolinyl, Tetrahydroindolinyl, tetrahydrofuranyl, tetra- hydropyridinyl, tetrahydro thiophenyl, tetrahydro-pyridoindolyl, tetrahydronaphthyl, hydrocarbolinyl tetra-, tetrahydro-isoxazolo-pyridinyl, thiazolidinyl and / or thiomorpholinyl.
Perfluoroaryl: Arylreste gemäß der obigen Definition, wobei alle aromatisch gebundenen Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt wurden. Perfluoroaryl: aryl radicals as defined above, where all aromatically bound hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.
Perfluoroalkenyl: Alkenylreste gemäß der obigen Definition, wobei alle Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt wurden. Perfluoroalkinyl: Alkinylreste gemäß der obigen Definition, wobei alle Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt wurden. Perfluoroalkenyl: alkenyl radicals as defined above, where all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms. Perfluoroalkynyl: alkynyl radicals as defined above, where all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.
Alkoxy: über ein Sauerstoffatom angebundene Alkylgruppe gemäß der obigen Definition. Alkoxy: alkyl group attached via an oxygen atom as defined above.
Perfluoroalkyl: Alkylreste gemäß der obigen Definition, wobei alle Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt wurden. Perfluoroalkyl: alkyl radicals as defined above, where all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.
Perfluoroalkoxy: Alkoxyreste gemäß der obigen Definition, wobei alle Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt wurden. Perfluoroalkoxy: alkoxy radicals as defined above, where all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.
Polyoxyalkylen: aus der Polymerisation von Alkylenoxideinheiten erhaltene Polyethergruppen, insbesondere Polymere, Copolymere und Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid. Polyoxyalkylene: polyether groups obtained from the polymerization of alkylene oxide units, in particular polymers, copolymers and block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide.
Carboxylat: Salze von Carbonsäuren, insbesondere von Alkyl- und Arylcarbonsäuren. Carboxylate: salts of carboxylic acids, especially of alkyl and aryl carboxylic acids.
Vorzugsweise sind: Preferably:
R2, R3, R4, R5, R6, R7 und R8 Ao-Butyl, R2, R3, R4, R5, R6, R7 and R8 ao-butyl,
RI ist -(CFOni-PAlkyF oder -(CFOni-PAlkyBX mit nl = 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 und RI is - (CFO ni -PAlkyF or - (CFO ni -PAlkyBX with nl = 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8 and
X ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend X is selected from the group comprising
R13-COO mit R13 = CH3-, CH3CH2-, n- Propyl, Ao-Propyl, ieri.-Butyl, tert.- Amyl, CH3(CH2)n- mit n = 4, 5, 6, 7, 8, Phenyl, 4-Methoxyphenyl und/oder 3,4,5-Trimethoxyphenyl, R13-COO with R13 = CH3-, CH3CH2-, n-propyl, ao-propyl, ieri.-butyl, tert.-amyl, CH3 (CH2) n - with n = 4, 5, 6, 7, 8, phenyl , 4-methoxyphenyl and / or 3,4,5-trimethoxyphenyl,
R14-0 mit R14 = Phenyl oder 2,6-Bis(l,l-dimethylethyl)-4-methylphenyl. R14-0 with R14 = phenyl or 2,6-bis (l, l-dimethylethyl) -4-methylphenyl.
Zum Beispiel wurde der Verteilungskoeffizient K = x«-HePtan/xAcetomtrii, definiert als die Menge einer Verbindung in der unpolaren Phase dividiert durch die Menge der Verbindung in der polaren Phase, eines Katalysators der allgemeinen Formel (I) mit RI = -(CH2)3-P(Ao-Butyl)3+ CH3COO und R2 bis R8 = Ao-Butyl im System n-Heptan/ Acetonitril zu 0,74 bestimmt. For example, the partition coefficient K = x «-HePtan / x Acetomt rii, defined as the amount of a compound in the non-polar phase divided by the amount of the compound in the polar phase, of a catalyst of the general formula (I) with RI = - ( CH2) 3-P (Ao-Butyl) 3 + CH3COO and R2 to R8 = Ao-Butyl in the n-heptane / acetonitrile system determined to be 0.74.
Die Synthese der ionischen Silsesquioxan-Katalysatoren SQ+ R-COO beziehungsweise SQ+ R-O (SQ+ steht dabei für den [3-(3,5,7,9,l l,13,15-Heptaisobutylpentacyclo[9.5.1.139.l515. l7 13]- octasilox-l-yl)propyl](triisobutyl)phosphonium-Substituenten) kann wie folgt erreicht werden: The synthesis of the ionic silsesquioxane catalysts SQ + R-COO and SQ + RO (SQ + stands for the [3- (3,5,7,9, ll, 13,15-heptaisobutylpentacyclo [9.5.1.1 3 ' 9 .l 5 '15 . L 7 13 ] - octasilox-l-yl) propyl] (triisobutyl) phosphonium substituents) can be achieved as follows:
Eine Mischung aus l-(3-Iodpropyl)-3,5,7,9,l l,13,15-heptaisobutylpentacyclo[9.5.1.139.l5 15. l713]- octasiloxan und Triisobutylphosphan in Toluol wird unter Rückfluss erhitzt und gerührt. Das erhaltene quaternäre Salz wird durch Entfernen des Lösungsmittels im Vakuum isoliert. Anschließend wird es in Dichlormethan gelöst und mit einer Lösung des entsprechenden Silbercarboxylats Ag+ R-COO beziehungsweise Silberalkoholats Ag+ R-O in Wasser versetzt. Die zweiphasige Mischung wird bei Zimmertemperatur gerührt. Anschließend wird die organische Phase abgetrennt und getrocknet. Das Endprodukt SQ+ R-COO beziehungsweise SQ+ R-O wird nach Entfernen des Lösungsmittels im Vakuum erhalten. A mixture of l- (3-iodopropyl) -3,5,7,9, ll, 13,15-heptaisobutylpentacyclo [9.5.1.1 3 ' 9 .l 5 15 . l 7 '13 ] - octasiloxane and triisobutylphosphine in toluene is heated under reflux and stirred. The quaternary salt obtained is isolated by removing the solvent in vacuo. Then it is dissolved in dichloromethane and mixed with a solution of the corresponding silver carboxylate Ag + R-COO or silver alcoholate Ag + RO in water. The two-phase mixture is stirred at room temperature. The organic phase is then separated off and dried. The end product SQ + R-COO or SQ + RO is obtained after removing the solvent in vacuo.
Beispiele für Katalysatoren, die so erhalten werden können, sind: Examples of catalysts that can be obtained in this way are:
Katalysator 1 (SQ+ CH3-COO ) Catalyst 1 (SQ + CH 3 -COO)
Katalysator 2 (SQ+ tert. -Butyl-COO ) Catalyst 2 (SQ + tert-butyl-COO)
Katalysator 3 (SQ+ CH3(CH2)8-COO ) Catalyst 3 (SQ + CH 3 (CH 2 ) 8 -COO)
Katalysator 4 (SQ+ Phenyl-COO ) Catalyst 4 (SQ + phenyl-COO)
Katalysator 5 (SQ+ 4-Methoxyphenyl-COO ) Catalyst 5 (SQ + 4-methoxyphenyl-COO)
Katalysator 6 (SQ+ 3,4,5-Trimethoxyphenyl-COO ) Catalyst 6 (SQ + 3,4,5-trimethoxyphenyl-COO)
Katalysator 7 (SQ+ Phenyl-O ) Catalyst 7 (SQ + phenyl-O)
Katalysator 8 (SQ+ 2,6-Bis(l,l-dimethylethyl)-4-methylphenyl-0 ) Catalyst 8 (SQ + 2,6-bis (l, l-dimethylethyl) -4-methylphenyl-0)
Katalysator 9 (SQ+ CH3-CH(OH)-COO ) Catalyst 9 (SQ + CH 3 -CH (OH) -COO)
Beispiele Examples
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele und der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen: The present invention is explained in more detail with reference to the following examples and the figures, but without being restricted thereto. Show it:
FIG. 1 die Anordnung der Glasgefäße und schematisch die Versuchssequenz in Beispiel 1 FIG. 1 shows the arrangement of the glass vessels and schematically the test sequence in Example 1
FIG. 2a das Konzentrationsprofil der unpolaren Phasen aus Beispiel 1 FIG. 2a the concentration profile of the non-polar phases from Example 1
FIG. 2b das Konzentrationsprofil der polaren Phasen aus Beispiel 1 FIG. 2b the concentration profile of the polar phases from example 1
FIG. 3a eine Simulation eines Konzentrationsprofils in den unpolaren Phasen FIG. 3a a simulation of a concentration profile in the non-polar phases
FIG. 3b eine Simulation eines Konzentrationsprofils in den polaren Phasen FIG. 3b a simulation of a concentration profile in the polar phases
FIG. 4a das Konzentrationsprofil der unpolaren Phasen aus Beispiel 3 FIG. 4a the concentration profile of the non-polar phases from example 3
FIG. 4b das Konzentrationsprofil der polaren Phasen aus Beispiel 3 FIG. 4b the concentration profile of the polar phases from example 3
FIG. 5 ein Reaktionsverfahren mit flüssig-flüssig-Extraktion FIG. 5 shows a reaction method with liquid-liquid extraction
FIG. 6 ein weiteres Reaktionsverfahren mit flüssig-flüssig-Extraktion FIG. 6 another reaction method with liquid-liquid extraction
In den nachfolgenden Beispielen wurden als Reagenzien verwendet: 1,6-Diisocyanatohexan (1,6- HDI), das entsprechende Isocyanurat des 1,6-HDI (l,3,5-Tris(6-isocyanatohexyl)-l,3,5-triazinane- 2,4,6-trion, "symmetrisches Trimer"). Eine Mischung aus dem Isocyanurat des 1,6-HDIIn the following examples, the following were used as reagents: 1,6-diisocyanatohexane (1,6-HDI), the corresponding isocyanurate of 1,6-HDI (1,3,5-tris (6-isocyanatohexyl) -1,3,5 -triazinane- 2,4,6-trione, "symmetrical trimer"). A mixture of the isocyanurate of 1,6-HDI
(„symmetrisches Trimer“) und dem Iminooxadiazindion des 1,6-HDI („unsymmetrisches Trimer“) im Verhältnis von >95: 1 sowie Spuren höherer Oligomere wird nachfolgend als 1,6-HDI-Trimer bezeichnet. Weiterhin wurde eine kommerziell erhältliche 1,6-HDI-Oligomermischung enthaltend 1,6-HDI-Trimer und höhere Oligomere im Verhältnis 63,05 Gewichts-% 1,6-HDI-Trimer ("A3"), 21,00 Gewichts-% 1,6-HDI-Pentamer ("A5"), 8,76 Gewichts-% 1,6-HDI-Heptamer ("A7") und("Symmetrical trimer") and the iminooxadiazinedione of 1,6-HDI ("asymmetrical trimer") in a ratio of> 95: 1 and traces of higher oligomers is referred to below as 1,6-HDI trimer. Furthermore, a commercially available 1.6-HDI oligomer mixture containing 1.6-HDI trimer and higher oligomers in a ratio of 63.05% by weight 1.6-HDI trimer ("A3"), 21.00% by weight 1,6-HDI pentamer ("A5"), 8.76% by weight of 1,6-HDI heptamer ("A7") and
7,19 Gewichts-% 1,6-HDI-Nonamer ("A9"). Als interner Standard für die HPFC Chromatographie wurde l-(2-Methoxyphenyl)piperazin (MPP) verwendet. Weiterhin wurde 2,8,9-Tri-.vec-butyl- 2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo[3.3.3]undekan (TTPU) eingesetzt. 7.19% by weight 1,6-HDI nonamer ("A9"). 1- (2-Methoxyphenyl) piperazine (MPP) was used as the internal standard for HPFC chromatography. 2,8,9-Tri-.vec-butyl-2,5,8,9-tetraaza-l-phosphabicyclo [3.3.3] undecane (TTPU) was also used.
Die Konzentrationen von 1,6-HDI, Trimer und höheren Oligomeren wurden über HPFC Chromatographie bestimmt. Für die Messung wurden 0,1 g der zu vermessenden Probe mit Acetonitril auf 5 ml Volumen verdünnt. Von dieser Fösung wurden 0,5 ml mit Acetonitril auf 5 ml Volumen verdünnt. Von dieser Fösung wurden 0,1 ml mit 0,4 ml einer Fösung von 250 mg MPP in 50 ml Acetonitril und 0,5 ml einer Fösung von 4,07 g Dichlorbenzol in 391,53 g Acetonitril versetzt. Die Fösung wurde 30 Sekunden lang geschüttelt. Anschließend wurden 0,01 ml der Lösung in die Probenschleife eines HPLC Geräts der Firma Agilent (1200 Series) injiziert, das mit einer Lichrospher 60RP Select B Säule (5 pm, 125 x 4 mm) ausgestattet war. Die Säule wurde auf 35 °C thermostatisiert. Als Eluent (1,5 ml/min) wurde ein Gemisch aus (A) 550 ml Wasser, 360 ml Acetonitril und 90 ml Phosphatpuffer pH = 7 und (B) Acetonitril verwendet. Der Gradient war 97%A (2 min) - 15 min - 37%A (2 min). Die Detektion der Substanzen erfolgte mit einem UV Detektor bei 254 nm (Referenz 360 nm). Die HPLC Methode wurde mit Lösungen von reinem 1,6- HDI und dem Isocyanurat des 1,6-HDI kalibriert. Im Lolgenden wurden das symmetrische und das unsymmetrische 1,6-HDI-Trimer jeweils gemeinsam integriert. Lür die höheren Oligomere wurde derselbe Responsefaktor wie für 1,6-HDI-Trimer angenommen. The concentrations of 1,6-HDI, trimer and higher oligomers were determined by HPFC chromatography. For the measurement, 0.1 g of the sample to be measured was diluted to a volume of 5 ml with acetonitrile. From this solution, 0.5 ml was diluted to a volume of 5 ml with acetonitrile. 0.1 ml of this solution was mixed with 0.4 ml of a solution of 250 mg MPP in 50 ml of acetonitrile and 0.5 ml of a solution of 4.07 g of dichlorobenzene in 391.53 g of acetonitrile. The solution was shaken for 30 seconds. Then 0.01 ml of Solution was injected into the sample loop of an HPIL device from Agilent (1200 Series), which was equipped with a Lichrospher 60RP Select B column (5 pm, 125 x 4 mm). The column was thermostatted to 35 ° C. A mixture of (A) 550 ml water, 360 ml acetonitrile and 90 ml phosphate buffer pH = 7 and (B) acetonitrile was used as eluent (1.5 ml / min). The gradient was 97% A (2 min) - 15 min - 37% A (2 min). The substances were detected with a UV detector at 254 nm (reference 360 nm). The HPLC method was calibrated with solutions of pure 1,6-HDI and the isocyanurate of 1,6-HDI. In the following, the symmetrical and the asymmetrical 1,6-HDI trimer were integrated together. The same response factor as for 1.6-HDI trimer was assumed for the higher oligomers.
Zur Beschreibung des Katalysators wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Bezeichnung "SQ+" für das Silsesquioxan-Kation verwendet, in dem R2, R3, R4, R5, R6, R7 und R8 Ao-Butyl sind und RI für -( C 11 : ) 3- P( Ae.» - B u t y I ) 3 steht. Ein Beispiel für diese Bezeichnung ist das Acetat SQ+ CH3COO-. In the context of the present invention, the description "SQ + " is used to describe the catalyst for the silsesquioxane cation, in which R2, R3, R4, R5, R6, R7 and R8 are ao-butyl and RI for - (C 11: ) 3 - P (Ae. »- B uty I) 3 stands. An example of this name is the acetate SQ + CH 3 COO-.
Die Synthese des ionischen Silsesquioxan-Katalysators SQ+ CI LCOO erfolgte gemäß der folgenden Vorschrift: eine Mischung aus l-(3-Iodpropyl)-3,5,7,9,l l,13,15-heptaisobutyl- pentacyclo[9.5.1.13,9.l5,15.l7,13]octasiloxan (9,86 g, 10 mmol) und Triisobutylphosphan (2,02 g, 10 mmol) in 30 mL Toluol wurde für 6 Stunden unter Rückfluss erhitzt und gerührt. Das erhaltene quaternäre Salz wurde durch Entfernen des Lösungsmittels in einem partiellen Vakuum isoliert. Anschließend wurde der Rückstand in 50 mL Dichlormethan gelöst und mit einer Suspension des entsprechenden Silbercarboxylats Ag+ CI LCOO (1,67 g, 10 mmol) in 100 mL Wasser versetzt. Die Mischung wurde 8 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde die Mischung filtriert, die organische Phase abgetrennt und über Natriumsulfat getrocknet. Das Endprodukt SQ+ CI FCOC V wurde nach Entfernen des Lösungsmittels in einem partiellen Vakuum erhalten und mittels hochauflösender Massenspektroskopie, Infrarotspektroskopie, Röntgen fluoreszenzanalyse (RFA) und Multikern-NMR-Spektroskopie charakterisiert, wobei in den jeweiligen Protonen- und Kohlenstoffspektren die in der Abbildung mit Buchstaben gekennzeichneten Gruppen durch Vergleich mit Literaturdaten eindeutig anhand Verschiebung und Integral zugeordnet wurden. The synthesis of the ionic silsesquioxane catalyst SQ + CI LCOO was carried out according to the following procedure: a mixture of l- (3-iodopropyl) -3,5,7,9, ll, 13,15-heptaisobutyl-pentacyclo [9.5.1.1 3 , 9 .l 5.15 .l 7.13 ] octasiloxane (9.86 g, 10 mmol) and triisobutylphosphine (2.02 g, 10 mmol) in 30 mL toluene was heated under reflux for 6 hours and stirred. The quaternary salt obtained was isolated by removing the solvent in a partial vacuum. The residue was then dissolved in 50 ml of dichloromethane and a suspension of the corresponding silver carboxylate Ag + CI LCOO (1.67 g, 10 mmol) in 100 ml of water was added. The mixture was stirred at room temperature for 8 hours. The mixture was then filtered, the organic phase separated and dried over sodium sulfate. The final product SQ + CI FCOC V was obtained after removal of the solvent in a partial vacuum and characterized by means of high-resolution mass spectroscopy, infrared spectroscopy, X-ray fluorescence analysis (RFA) and multi-core NMR spectroscopy, the proton and carbon spectra with those in the figure Letter-marked groups were clearly assigned by comparison with literature data based on displacement and integral.
Die Massenspektren wurden über Elektrosprayionisation auf einem Thermo Fisher Scientific Orbitrap XL vermessen. Die Proben wurden dazu in CHCI3 gelöst, die Lösung mit MeOH (enthaltend 0,1% Essigsäure) verdünnt und unter Verwendung einer Spritzenpumpe über den Direkteinlass in das ESI-Quellsystem eingespritzt (Elektrospray-Spannung 4 kV, Stromstärke 0.7 mA, Volumenstrom Sheath Gas 5 arb, Volumenstrom Stoßgas 5 arb, Kapillaren-Temperatur 300°C, Kapillaren-Spannung 0,05 V, Tube Lens Spannung 150 V). Die Detektion erfolgte mit einer Orbitrap-Ionenfalle. The mass spectra were measured by electrospray ionization on a Thermo Fisher Scientific Orbitrap XL. For this purpose, the samples were dissolved in CHCI3, the solution was diluted with MeOH (containing 0.1% acetic acid) and injected into the ESI source system via the direct inlet using a syringe pump (electrospray voltage 4 kV, current 0.7 mA, volume flow Sheath Gas 5 arb, volume flow of surge gas 5 arb, capillary temperature 300 ° C, capillary voltage 0.05 V, tube lens voltage 150 V). The detection was carried out with an Orbitrap ion trap.
Die Infrarotspektren wurden auf einem Bruker alpha FT-fR Spektrometer vermessen, wobei die Proben jeweils in Substanz auf den ATR Kristall aufgebracht wurden. Die Spektren wurden im Bereich von 4000 bis 400 cm 1 mit einer Auflösung von 4 cm 1 über Mittelung von 32 Einzelspektren gegen Luft als Hintergrundspektrum (Mittelung von 100 Einzelspektren) vermessen. The infrared spectra were measured on a Bruker alpha FT-fR spectrometer, the samples in each case being applied in bulk to the ATR crystal. The spectra were measured in the range from 4000 to 400 cm 1 with a resolution of 4 cm 1 by averaging 32 individual spectra against air as the background spectrum (averaging 100 individual spectra).
Die ICP Analyse erfolgte auf einem ICP-MS-HR Element2 ausgestattet mit einem ECM Detektor unter Verwendung von Argon als Kühl-, Hilfs-, Träger- und Zusatzgas, Generatorleistung 1200 - 1600 Watt, Massen: 31P, 29Si, Quantifizierung über externe Kalibrierung mit Rhodium als internenThe ICP analysis was carried out on an ICP-MS-HR Element2 equipped with an ECM detector using argon as cooling, auxiliary, carrier and additional gas, generator power 1200 - 1600 watts, masses: 31 P, 29 Si, quantification via external Calibration with rhodium as internal
Standard. Default.
Die 31P{ 1H} NMR-Spektren wurden bei 161,9 MHz in CDCL auf einem Bruker AV400 Ultrashield gemessen. Die 11 NMR-Spektren wurden bei 400 MHz in CDCL mit einem Bruker AV400 gemessen. Die Kalibrierung der chemischen Verschiebungen erfolgte relativ zum Lösungsmittelsignal (CDCL, d = 7.26 ppm). 13C { 111 } NMR-Spektren wurden bei 100,6 MHz in CDCL mit einem Bruker AV400 Ultrashield gemessen. Die Kalibrierung der chemischen Verschiebungen erfolgte relativ zum Lösungsmittelsignal (CDCL, d = 77,16 ppm). Die Zuordnung der Signale erfolgte durch Abgleich mit den 13C APT NMR-Spektren der Produkte (APT = Attached Proton Test). Entsprechend dem Lösungsmittel-Signal von CDCL (positive Polarität) wurden Signale mit positiver Polarität quartären C-Atomen bzw. CH2-Gruppen, Signale mit negativer Polarität CH bzw. CH3-Gruppen zugeordnet. Die Art der Aufspaltung ist spezifiziert als Singulett (s), zwei Singuletts (2xs), drei Singuletts (3xs), Duplett (d), Triplett (t), Multiplett (m) oder breites Signal (b). The 31 P { 1 H} NMR spectra were measured at 161.9 MHz in CDCL on a Bruker AV400 Ultrashield. The 11 NMR spectra were measured at 400 MHz in CDCL with a Bruker AV400. The chemical shifts were calibrated relative to the solvent signal (CDCL, d = 7.26 ppm). 13 C { 1 11} NMR spectra were measured at 100.6 MHz in CDCL with a Bruker AV400 Ultrashield. The chemical shifts were calibrated relative to the solvent signal (CDCL, d = 77.16 ppm). The signals were assigned by comparison with the 13 C APT NMR spectra of the products (APT = Attached Proton Test). Corresponding to the solvent signal from CDCL (positive polarity), signals with positive polarity were assigned to quaternary C atoms or CH2 groups, signals with negative polarity to CH or CH3 groups. The type of splitting is specified as a singlet (s), two singlets (2xs), three singlets (3xs), doublet (d), triplet (t), multiplet (m) or broad signal (b).
Figure imgf000019_0001
HR-MS (ESI): berechnet 1059,4794 (C43I Le.OizPSiC), gefunden 1059,4753; berechnet 59,0100 (C2H3O2 ), gefunden 59,0131.
Figure imgf000019_0001
HR-MS (ESI): calculated 1059.4794 (C43I Le.OizPSiC), found 1059.4753; calculated 59.0100 (C2H3O2), found 59.0131.
FT-fR 2913 (s), 1464 (s), 1366 (s), 1229 (m), 1084 (b), 837 (m), 744 (m), 472 (m) cm 1. Der Silizium- und Phosphorgehalt wurde über ICP Analyse zu 17,0% Gewichts-% Si (theoretisch: 20,1%) und 2,1 Gewichts-% P (theoretisch: 2,8%) bestimmt. FT-fr 2913 (s), 1464 (s), 1366 (s), 1229 (m), 1084 (b), 837 (m), 744 (m), 472 (m) cm 1 . The silicon and phosphorus content was determined by ICP analysis to be 17.0% by weight Si (theoretically: 20.1%) and 2.1% by weight P (theoretically: 2.8%).
31R{ Ή} NMR (CDC13, 161,9 MHz): d = 30,24 (s) ppm. 31 R {Ή} NMR (CDC1 3 , 161.9 MHz): d = 30.24 (s) ppm.
Tabelle 1-la: Chemische Verschiebung und Zuordnung der charakteristischen Signale für Katalysator 1 (SQ+ CH3-COO ) in den I I NMR Spektren. Table 1-la: Chemical shift and assignment of the characteristic signals for catalyst 1 (SQ + CH 3 -COO) in the II NMR spectra.
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0001
Tabelle 1-lb: Chemische Verschiebung und Zuordnung der charakteristischen Signale für Katalysator 1 (SQ+ CH3-COO ) in den 3C f 111 } NMR Spektren. Table 1-lb: Chemical shift and assignment of the characteristic signals for catalyst 1 (SQ + CH 3 -COO) in the 3 C f 1 11} NMR spectra.
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Beispiel 1
Figure imgf000020_0002
example 1
Die fraktionierte Extraktion wurde mittels folgender Prozedur demonstriert: The fractional extraction was demonstrated using the following procedure:
Zunächst wurden jeweils 15 mL n-I Ieptan und 2,5 mL wasserfreies Acetonitril bei 60 °C in 15 Glasgefäßen äquilibriert. Die Glasgefäße wurden mit den Nummern 1 bis 15 durchnummeriert. Anschließend wurde ein cyclischer Vorgang 40-mal wiederholt: First, 15 mL n-I Ieptane and 2.5 mL anhydrous acetonitrile were equilibrated in 15 glass vessels at 60 ° C. The glass vessels were numbered 1 to 15. A cyclic process was then repeated 40 times:
0,1 mL einer Mischung aus ca. 50% (jeweils Massenanteil) Acetonitril und 25% 1,6-HDI und 25% 1,6-HDI-Trimer wurden in das zentrale Gefäß (Nr. 8) gegeben. 0.1 mL of a mixture of approx. 50% (mass fraction in each case) acetonitrile and 25% 1,6-HDI and 25% 1,6-HDI trimer were added to the central vessel (No. 8).
Sämtliche Glasgefäße wurden für 3 Minuten gerührt. Nach dem Absetzenlassen (ca. 5 Sekunden) wurden 5 mL aus der oberen, n-I Icptan-rcichen Phase entnommen. Ebenfalls wurden 0,5 mL (aus Gefäßen 1 bis 8) und 0,4 mL (aus Gefäßen 9 bis 15) der unteren,All glass jars were stirred for 3 minutes. After settling (approx. 5 seconds), 5 mL were removed from the upper, n-Icptan-rcichen phase. 0.5 mL (from tubes 1 to 8) and 0.4 mL (from tubes 9 to 15) of the lower,
Acetonitril-reichen Phase entnommen. Acetonitrile-rich phase removed.
Aus Gefäßen 1 bis 14 (mit der Nummer j) wurde die Probe der oberen Phase ins nächste Gefäß (Nummer j+1) gegeben. Die Probe der oberen Phase von Gefäß 15 wurde als Raffinat gesammelt und in Gefäß Nr. 1 wurden 5 mL monomer- und trimerfreies äquilibriertes n-I Ieptan gegeben. From vials 1 to 14 (number j), the upper phase sample was added to the next vial (number j +1). The upper phase sample from vessel 15 was collected as raffinate and 5 mL of monomer and trimer-free equilibrated nI ieptane was added to vessel # 1.
Die Proben der unteren Phasen wurden wie im vorigen Schritt beschrieben, aber in umgekehrter Richtung auf die Gefäße verteilt. Aus Gefäß Nr. 1 wurde der Extrakt entnommen und monomer- und trimerfreies Acetonitril in Gefäß 15 nachgefügt. The samples from the lower phases were distributed as described in the previous step, but distributed in the opposite direction to the vessels. The extract was removed from vessel No. 1 and monomer-free and trimer-free acetonitrile was added to vessel 15.
Am Ende des Experiments wurde ein Konzentrationsprofil erstellt und mittels HPLC analysiert. Die Prozedur wird schematisch in LIG. 1 wiedergegeben. At the end of the experiment, a concentration profile was created and analyzed by HPLC. The procedure is schematic in LIG. 1 reproduced.
Zur Simulation der Prozedur wurde ein diskontinuierliches Modell auf der Basis von Batch- Kontakten und einer linearen Triebkraft-Näherung für den Massentransfer zwischen den Phasen eingesetzt. Die flüssig-flüssig-Gleichgewichtsparameter in einem solchen Modell (nicht-lineare Gleichgewichtsisotherme) wurden für das System Acetonitril/n-I Ieptan/I IDI/I IDI-Trimcr bei 60 °C gemessen. Massenübergangsparameter für Monomer, Trimer, Pentamer, Heptamer und Nonamer wurden zu 0,75, 0,39, 0,29, 0,23 beziehungsweise 0,20 min 1 abgeschätzt. Der Verteilungs koeffizient für den Katalysator war derselbe wie der für das Nonamer. To simulate the procedure, a discontinuous model based on batch contacts and a linear driving force approximation was used for the mass transfer between the phases. The liquid-liquid equilibrium parameters in such a model (non-linear equilibrium isotherm) were measured for the system acetonitrile / nI ieptane / I IDI / I IDI-Trimcr at 60 ° C. Mass transition parameters for monomer, trimer, pentamer, heptamer and nonamer were estimated to be 0.75, 0.39, 0.29, 0.23 and 0.20 min 1 , respectively. The partition coefficient for the catalyst was the same as that for the nonamer.
Die experimentell ermittelten Konzentrationsprofile nach 40 Durchläufen und die mathematische Modellierung im Gleichgewichtszustand sind in LIG. 2a (obere, n-I Icptau-rciche Phase) und LIG. 2b (untere, Acetonitril-reiche Phase) gezeigt. Die x-Achsen geben mit dem Zähler j die Nummer des jeweiligen Gefäßes und die y-Achsen den Massenanteil M der jeweiligen Komponente in der unpolaren Phase (M„) und polaren Phase (M,,) an. Rechtecke ( ) für die Messwerte und die hinsichtlich des Gefäßes Nummer 1 obere Linie für das Ergebnis der Simulation sind hierbei dem HDI-Trimer ("A3") zugeordnet. Auf der Spitze stehende Rechtecke (¨) und die hinsichtlich Gefäß Nummer 1 untere Linie sind entsprechend dem monomeren HDI ("A") zugeordnet. The experimentally determined concentration profiles after 40 runs and the mathematical modeling in equilibrium are in LIG. 2a (upper, nI Icptau-rciche phase) and LIG. 2b (lower, acetonitrile-rich phase). With the counter j, the x-axes indicate the number of the respective vessel and the y-axes the mass fraction M of the respective component in the non-polar phase (M „) and polar phase (M ,,). Rectangles () for the measured values and the upper line for the result of the simulation with regard to vessel number 1 are assigned to the HDI trimer ("A3"). Rectangular rectangles (¨) and the lower line with regard to vessel number 1 are assigned according to the monomeric HDI ("A").
Aus FIG. 2a und 2b kann entnommen werden, dass es möglich ist, monomeres und trimeres HDI mittels fraktionierter flüssig-flüssig-Extraktion voneinander zu trennen. Die mathematische Modellierung korreliert am besten mit den experimentellen Daten zum Trimer. Hieraus wird geschlossen, dass dessen Profil bereits nahe am Gleichgewichtszustand ist. From FIG. 2a and 2b it can be seen that it is possible to separate monomeric and trimeric HDI from one another by means of fractional liquid-liquid extraction. Mathematical modeling correlates best with the experimental data on the trimer. From this it is concluded that its profile is already close to the state of equilibrium.
Beispiel 2 Example 2
In diesem Beispiel wurden die Simulationen aus Beispiel 1 zusätzlich mit 1 Gewichts-% (bezogen auf die ursprünglich eingesetzte Menge HDI) eines Katalysators, der sich mehrheitlich in der n- Heptan-reichen Phase verteilt, durchgeführt. Der Massenanteil des Katalysators ist hierbei durch die gestrichelte Linie dargestellt. Ergebnisse sind analog zu FIG. 2a und 2b in FIG. 3a und 3b dargestellt. Die Kurven für das HDI-Monomer und Trimer entsprechen denen aus FIG. 2a und 2b. Man erkennt, dass der Katalysator zum Gefäß Nummer 15 hin verteilt wird und somit vom Produkt, dem HDI-Trimer, abgetrennt werden kann. In this example, the simulations from Example 1 were additionally carried out with 1% by weight (based on the amount of HDI originally used) of a catalyst which is distributed predominantly in the n-heptane-rich phase. The mass fraction of the catalyst is shown by the dashed line. Results are analogous to FIG. 2a and 2b in FIG. 3a and 3b. The curves for the HDI monomer and trimer correspond to those from FIG. 2a and 2b. It can be seen that the catalyst is distributed towards vessel number 15 and can thus be separated from the product, the HDI trimer.
Beispiel 3 Example 3
In diesem Beispiel wurde analog zu Beispiel 1 vorgegangen. Zum Einsatz kam jedoch eine Reaktionsmischung, wie sie auch in einem tatsächlichen Experiment erhalten wurde. Die Zusammensetzung der Mischung betrug 0,5 Gewichts-% des Katalysators SQ+ CI LCCXL ("Cat."), 24,88 Gewichts-% 1,6-HDI-Monomer ("A"), 15,68 Gewichts-% 1,6-HDI-Trimer ("A3"), 5,22 Gewichts-% 1,6-HDI-Pentamer ("A5"), 2,18 Gewichts-% 1,6-HDI-Heptamer ("A7") und 1,79 Gewichts-% 1,6-HDI-Nonamer ("A9") in 49,75 Gewichts-% Acetonitril. Solche eine Zusammen setzung lässt auf einfache Weise aus 50 Gewichts-% Acetonitril, 25 Gewichts-% 1,6-HDI und 25 Gewichts-% einer kommerziell erhältlichen 1,6-HDI-Oligomermischung und der entsprechenden Katalysatorzugabe erhalten. In this example, the procedure was analogous to example 1. However, a reaction mixture was used, as was also obtained in an actual experiment. The composition of the mixture was 0.5% by weight of the catalyst SQ + CI LCCXL ("Cat."), 24.88% by weight of 1,6-HDI monomer ("A"), 15.68% by weight of 1 , 6-HDI trimer ("A3"), 5.22% by weight 1.6-HDI pentamer ("A5"), 2.18% by weight 1.6-HDI heptamer ("A7") and 1.79% by weight 1,6-HDI nonamer ("A9") in 49.75% by weight acetonitrile. Such a composition can be obtained in a simple manner from 50% by weight of acetonitrile, 25% by weight of 1,6-HDI and 25% by weight of a commercially available 1,6-HDI oligomer mixture and the corresponding addition of catalyst.
Die experimentell ermittelten Massenanteile von A, A3, A5, A7 und A9 sind in FIG. 4a und FIG. 4b als entsprechende Datenpunkte wiedergegeben. FIG. 4a zeigt die Massenanteile in der unpolaren Phase und FIG. 4b in der polaren Phase. Ebenso zeigen FIG. 4a und 4b als durchgezogene beziehungsweise unterschiedlich gestrichelte Linien Ergebnisse von Simulationen des Konzentrationsprofils der einzelnen Komponenten. Man erkennt, dass der Katalysator dem n-I Icptan folgt und vollständig in Richtung Raffinat (Gefäß Nummer 15) getrieben wird. Auf diese Weise kann der Katalysator aus dem Produkt abgetrennt werden. Weiterhin ist zu erkennen, wie nicht reagiertes Monomer aus der Reaktionsmischung abgetrennt werden kann und somit für ein kontinuierliches Reaktionsverfahren zur Verfügung steht. The experimentally determined mass fractions of A, A3, A5, A7 and A9 are shown in FIG. 4a and FIG. 4b reproduced as corresponding data points. FIG. 4a shows the mass fractions in the non-polar phase and FIG. 4b in the polar phase. FIG. 4a and 4b as solid or different dashed lines, results of simulations of the concentration profile of the individual components. It can be seen that the catalyst follows the nI icptan and is driven completely towards the raffinate (vessel number 15). In this way, the catalyst can be separated from the product. It can also be seen how unreacted monomer can be separated from the reaction mixture and is thus available for a continuous reaction process.
Es sei allgemein angemerkt, dass in den zuvor beschriebenen Figuren die Abweichungen der simulierten Konzentrationsprofile von den experimentell bestimmten daher rühren, dass in den Simulationen ein Gleichgewichtszustand (steady state) zugrunde gelegt wurde. Dieser ist in den Experimenten nach 40 Zyklen teilweise noch nicht erreicht worden. It should be generally noted that in the figures described above, the deviations of the simulated concentration profiles from the experimentally determined ones stem from the fact that a steady state was taken as a basis in the simulations. In the experiments, this has in some cases not yet been reached after 40 cycles.
Beispiel 4 Example 4
In diesem Beispiel wurde die Verteilung des Katalysators SQ+ CI ECOCT experimentell untersucht. Der Extrakt und das Raffinat aus Beispiel 4 nach dem 40. Zyklus wurden mit ICP Analyse auf die Anwesenheit von Silizium und Phosphor hin analysiert. Im Raffinat wurden 0,0084 Gewichts-% Si und 0,0009 Gewichts-% P gefunden. Der Extrakt wies dagegen 0,0380 Gewichts-% Si und 0,0038 Gewichts-% P auf. hn Extrakt liegt damit eine 4,4 mal höhere Katalysatorkonzentration vor als im Raffinat. Somit wurde der Nachweis der Anreicherung des Katalysators im Extrakt erbracht. In this example the distribution of the catalyst SQ + CI ECOCT was investigated experimentally. The extract and the raffinate from Example 4 after the 40th cycle were analyzed for the presence of silicon and phosphorus using ICP analysis. 0.0084% by weight of Si and 0.0009% by weight of P were found in the raffinate. In contrast, the extract had 0.0380% by weight of Si and 0.0038% by weight of P. In the extract there is a 4.4 times higher catalyst concentration than in the raffinate. Evidence of the enrichment of the catalyst in the extract was thus provided.
FIG. 5 zeigt schematisch ein Reaktionsverfahren mit nachgeschalteter Extraktion. Beispielhaft wird anhand dieser Figur die Trimerisierung von HDI erläutert. FIG. 5 schematically shows a reaction process with downstream extraction. The trimerization of HDI is explained using this figure as an example.
Die Trimerisierungsreaktion findet im Reaktionsbehälter 1 statt. Das erhaltene Reaktionsgemisch umfassend HDI, HDI-Trimer und Katalysator wird dann in den mittleren Bereich der Extraktionskolonne 2 eingetragen. Die Extraktionskolonne 2 ist als im Gegenstrom betriebene mehrstufige Mischer-Scheider-Anlage für eine flüssig-flüssig-Extraktion ausgeführt. Von oben nach unten, der Schwerkraft folgend, wird Acetonitril durch die Kolonne geführt. Von unten nach oben wird n-I Icptan geführt. In der Kolonne 2 kommt es nun analog zum Beispiel 3 zu einer Anreicherung von HDI und des Katalysators in der n-I Ieptan-reichen Phase. Der Katalysator wird so ausgewählt, dass er stärker als HDI in die n-I Ieptan-reiche Phase partitioniert. The trimerization reaction takes place in reaction vessel 1. The reaction mixture comprising HDI, HDI trimer and catalyst obtained is then introduced into the central region of the extraction column 2. The extraction column 2 is designed as a multi-stage mixer-separator system operated in countercurrent for a liquid-liquid extraction. Acetonitrile is passed through the column from top to bottom, following gravity. N-I Icptan is led from bottom to top. In column 2 there is now an enrichment of HDI and the catalyst in the n-I ieptane-rich phase analogously to Example 3. The catalyst is selected so that it partitions more strongly than HDI into the n-I ieptane-rich phase.
Der so erhaltene HDI enthaltende Extrakt wird als Stoffstrom 3 aus dem oberen Bereich der Kolonne 2 entnommen und in die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 6 eingebracht. In der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 6 wird die n-I Ieptan-reiche Phase abdestilliert. Das zurück gewonnene HDI wird als Stoffstrom 4 wieder in den Reaktionsbehälter 1 geführt. Weiterhin wird das abdestillierte unpolare Lösungsmittel als Stoffstrom 5 wieder auf das untere Ende der Extraktionskolonne 2 aufgegeben. In der Acetonitril-reichen Phase findet aufgrund seiner höheren Polarität eine Anreicherung des HDI-Trimers statt. Diese wird am Boden der Kolonne 2 als Stoffstrom 10 abgezogen und in die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 7 eingebracht. Das polare Lösungsmittel wird abdestilliert und als Stoffstrom 8 auf das obere Ende der Kolonne 2 aufgegeben. Das nach der Destillation erhaltene HDI-Trimer wird als Produktstrom 9 entnommen. The extract thus obtained containing HDI is removed as stream 3 from the upper region of column 2 and introduced into the solvent recovery unit 6. The nI-ieptane-rich phase is distilled off in the solvent recovery unit 6. The recovered HDI is fed back into reaction vessel 1 as stream 4. Furthermore, the distilled-off non-polar solvent is fed back to the lower end of the extraction column 2 as stream 5. Due to its higher polarity, the HDI trimer is enriched in the acetonitrile-rich phase. This is withdrawn at the bottom of the column 2 as stream 10 and introduced into the solvent recovery unit 7. The polar solvent is distilled off and fed as stream 8 to the upper end of column 2. The HDI trimer obtained after the distillation is removed as product stream 9.
Dadurch, dass der Katalysator noch stärker als HDI in die n-I Icptan-rciche Phase partitioniert, kann am Kopf der Kolonne 2 der Katalysator enthaltende Stoffstrom 11 entnommen werden. In einer weiteren Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 12 wird das unpolare Lösungsmittel abdestilliert. Der zurückgewonnene Katalysator wird als Stoffstrom 13 wieder in den Reaktionsbehälter 1 eingetragen. Das aus der Destillation erhaltene Lösungsmittel wird als Stoffstrom 14 auf das untere Ende der Kolonne 2 auf gegeben. Because the catalyst is partitioned even more strongly than HDI into the n-Icptane phase, the stream 11 containing catalyst can be removed at the top of column 2. The non-polar solvent is distilled off in a further solvent recovery unit 12. The recovered catalyst is fed back into reaction vessel 1 as stream 13. The solvent obtained from the distillation is fed as stream 14 to the lower end of column 2.
Wie man aus FIG. 5 erkennen kann, lässt sich das Verfahren als kontinuierliches, kreisförmiges Verfahren betreiben, wobei HDI-Trimer laufend abgetrennt wird und unreagiertes HDI sowie der Katalysator der Reaktion wieder zur Verfügung gestellt werden. Daher ist es praktikabel, bereits bei geringen Umsätzen eine Abtrennung des HDI-Trimers durchzuführen. Auf diese Weise wird die Bildung von Nebenprodukten, insbesondere höheren HDI-Oligomeren, unterdrückt. As can be seen from FIG. 5 can be seen, the process can be operated as a continuous, circular process, HDI trimer being continuously separated and unreacted HDI and the catalyst being made available to the reaction again. It is therefore practical to carry out a separation of the HDI trimmer even at low sales. In this way, the formation of by-products, especially higher HDI oligomers, is suppressed.
Weitere Vorteile sind, dass eine Desaktivierung des Katalysators entfällt und der Katalysator im HDI-Trimer nicht mehr enthalten ist. Weiterhin kann das HDI-Trimer monomerfrei erhalten werden. Die Energiebilanz dieses Prozesses ist sehr günstig. Es müssen nur Lösungsmittel abdestilliert werden. Eine Vakuumrektifikation von HDI und der Oligomere entfällt. Gleichzeitig wird die thermische Belastung des HDI und des Trimers verringert. Further advantages are that there is no deactivation of the catalyst and the catalyst is no longer contained in the HDI trimer. Furthermore, the HDI trimer can be obtained monomer-free. The energy balance of this process is very favorable. Only solvents have to be distilled off. Vacuum rectification of HDI and the oligomers is not necessary. At the same time, the thermal load on the HDI and trimmer is reduced.
FIG. 6 zeigt schematisch ein zu dem zuvor im Zusammenhang mit FIG. 5 diskutierten Reaktionsverfahren analoges Verfahren mit nachgeschalteter Extraktion. Beispielhaft wird auch hier die Trimerisierung von HDI erläutert. FIG. 6 shows schematically one of the previously in connection with FIG. 5 discussed reaction processes analogous process with subsequent extraction. The trimerization of HDI is also explained here as an example.
Die Trimerisierungsreaktion findet im Reaktionsbehälter 1 statt. Das erhaltene Reaktionsgemisch umfassend HDI, HDI-Trimer und Katalysator wird dann in den mittleren Bereich der Extraktionskolonne 2 eingetragen. Die Extraktionskolonne 2 ist als im Gegenstrom betriebene mehrstufige Mischer-Scheider-Anlage für eine flüssig-flüssig-Extraktion ausgeführt. Von oben nach unten, der Schwerkraft folgend, wird Acetonitril durch die Kolonne geführt. Von unten nach oben wird n-I Ieptau geführt. In der Kolonne 2 kommt es nun analog zum Beispiel 3 zu einer Anreicherung von HDI und des Katalysators in der n-I Icptan-rcichen Phase. Der Katalysator wird so ausgewählt, dass er stärker als HDI in die n-I Icptan-rciche Phase partitioniert. Der so erhaltene HDI enthaltende Extrakt wird als Stoffstrom 3 aus dem oberen Bereich der Kolonne 2 entnommen und in die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 6 eingebracht. In der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 6 wird die n-I Icptan-rciche Phase abdestilliert. Das zurückgewonnene HDI wird als Stoffstrom 4 wieder in den Reaktionsbehälter 1 geführt. Weiterhin wird das abdestillierte unpolare Lösungsmittel als Stoffstrom 5 wieder auf das untere Ende der Extraktionskolonne 2 aufgegeben. The trimerization reaction takes place in reaction vessel 1. The reaction mixture comprising HDI, HDI trimer and catalyst obtained is then introduced into the central region of the extraction column 2. The extraction column 2 is designed as a multi-stage mixer-separator system operated in countercurrent for a liquid-liquid extraction. Acetonitrile is passed through the column from top to bottom, following gravity. IItata is not led from bottom to top. In column 2, analogously to example 3, HDI and the catalyst are now enriched in the nIcptan-rcichen phase. The catalyst is selected so that it partitions more strongly than HDI into the nIptan-rciche phase. The extract thus obtained containing HDI is removed as stream 3 from the upper region of column 2 and introduced into the solvent recovery unit 6. In the solvent recovery unit 6, the nIcptan-rciche phase is distilled off. The recovered HDI is fed back into reaction vessel 1 as stream 4. Furthermore, the distilled-off non-polar solvent is fed back to the lower end of the extraction column 2 as stream 5.
In der Acetonitril-reichen Phase findet aufgrund seiner höheren Polarität eine Anreicherung des HDI-Trimers statt. Diese wird im unteren Abschnitt der Kolonne 2 als Stoffstrom 10 abgezogen und in die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 7 eingebracht. Das polare Lösungsmittel wird abdestilliert und als Stoffstrom 8 auf das obere Ende der Kolonne 2 auf gegeben. Das nach der Destillation erhaltene HDI-Trimer wird als Produktstrom 9 entnommen. Due to its higher polarity, the HDI trimer is enriched in the acetonitrile-rich phase. This is drawn off in the lower section of column 2 as material stream 10 and introduced into the solvent recovery unit 7. The polar solvent is distilled off and added as stream 8 to the upper end of column 2. The HDI trimer obtained after the distillation is removed as product stream 9.
Dadurch, dass der Katalysator noch stärker als HDI in die n-I Icptan-rciche Phase partitioniert, kann am Kopf der Kolonne 2 der Katalysator enthaltende Stoffstrom 11 entnommen werden. In einer weiteren Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 12 wird das unpolare Lösungsmittel abdestilliert. Der zurückgewonnene Katalysator wird als Stoffstrom 13 wieder in den Reaktions behälter 1 eingetragen. Das aus der Destillation erhaltene Lösungsmittel wird als Stoffstrom 14 auf das untere Ende der Kolonne 2 aufgegeben. Because the catalyst is partitioned even more strongly than HDI into the n-Icptane phase, the stream 11 containing catalyst can be removed at the top of column 2. The non-polar solvent is distilled off in a further solvent recovery unit 12. The recovered catalyst is re-entered as stream 13 in the reaction vessel 1. The solvent obtained from the distillation is fed as stream 14 to the lower end of column 2.
In der in LIG. 6 gezeigten Variante wird weiterhin die Tatsache ausgenutzt, dass am unteren Ende der Kolonne 2 eine Acetonitrilphase vorliegt, welche im Wesentlichen frei von weiteren Bestandteilen ist. Dann kann unter Umgehung der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 7 in einem internen Recycling der Stoffstrom 14 wieder direkt auf das obere Ende der Kolonne 2 auf gegeben werden. Hierdurch wird die Energiebilanz des Verfahrens weiter verbessert. In the in LIG. 6 variant, the fact that an acetonitrile phase is present at the lower end of column 2, which is essentially free of further constituents, is also used. Then, bypassing the solvent recovery unit 7 in an internal recycling, the material stream 14 can be fed directly onto the upper end of the column 2. This further improves the energy balance of the process.
Diese Variante weist selbstverständlich auch die zuvor im Zusammenhang mit dem Verfahren aus FIG. 5 geschilderten Vorteile auf. Of course, this variant also has the one previously described in connection with the method from FIG. 5 described advantages.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von oligomeren Polyisocyanaten, umfassend die Schritte: 1. A process for the preparation of oligomeric polyisocyanates, comprising the steps:
(a) Reaktion eines Eduktes zu einem oligomeren Polyisocyanat, wobei die Reaktion in einem Reaktionsbehälter stattfindet; (a) reaction of a starting material to an oligomeric polyisocyanate, the reaction taking place in a reaction vessel;
(b) Durchführen einer fraktionierten flüssig-flüssig-Extraktion an dem aus Schritt (a) erhaltenem Reaktionsgemisch, wobei die Extraktion in einem vom Reaktionsbehälter verschiedenen Extraktionsbehälter stattfindet, wobei in der flüssig-flüssig-Extraktion ein zwei Phasen ausbildendes Lösungsmittelpaar umfassend ein erstes Lösungsmittelsystem und ein zweites Lösungsmittelsystem verwendet wird, wobei das erste Lösungsmittelsystem ein lineares, verzweigtes oder cyclisches Alkan, Chloraromaten und/oder Bromaromaten umfasst und das zweite Lösungsmittelsystem ein Lösungsmittel umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Nitrile, cyclische Carbonate, cyclische Ether, Sulfone, Sulfoxide, Nitroaromaten, Lactone, Ester, anorganische Ester, Aldehyde, Formamide, halogenierte (wobei Halogen nicht für Fluor steht) Alkane und/oder Dialkylether von Oligoethylenoxiden. (b) performing a fractional liquid-liquid extraction on the reaction mixture obtained from step (a), the extraction taking place in an extraction container different from the reaction container, wherein in the liquid-liquid extraction a two-phase solvent pair comprising a first solvent system and a second solvent system is used, the first solvent system comprising a linear, branched or cyclic alkane, chloroaromatic and / or bromoaromatic and the second solvent system comprising a solvent which is selected from the group comprising nitriles, cyclic carbonates, cyclic ethers, sulfones, sulfoxides , Nitroaromatics, lactones, esters, inorganic esters, aldehydes, formamides, halogenated (where halogen does not represent fluorine) alkanes and / or dialkyl ethers of oligoethylene oxides.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt (b) das Volumenverhältnis von erstem zu zweitem Lösungsmittelsystem > 1 : 1 bis < 50: 1 beträgt. 2. The method according to claim 1, wherein in step (b) the volume ratio of first to second solvent system is> 1: 1 to <50: 1.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Reaktion in Schritt (a) in Abwesenheit eines Lösungsmittels stattfindet. 3. The method according to claim 1, wherein the reaction in step (a) takes place in the absence of a solvent.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Reaktion in Schritt (a) in Gegenwart des ersten und/oder des zweiten Lösungsmittelsystems stattfindet. 4. The method according to claim 1, wherein the reaction in step (a) takes place in the presence of the first and / or the second solvent system.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Edukt Hexamethylendiisocyanat umfasst. 5. The method according to claim 1, wherein the starting material comprises hexamethylene diisocyanate.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt (b) die Extraktion in einer mit dem ersten und zweiten Lösungsmittelsystem im Gegenstrom betriebenen mehrstufigen Mischer-Scheider-Anlage innerhalb des Extraktionsbe hälters (2) erfolgt, der Extraktionsbehälter (2) ein erstes Ende, ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende und einen dazwischen angeordneten mittleren Bereich aufweist und das Reaktionsgemisch aus Schritt (a) auf eine in im mittleren Bereich des Extraktionsbehälters6. The method according to claim 1, wherein in step (b) the extraction takes place in a multi-stage mixer-separator system operated in countercurrent with the first and second solvent systems within the extraction container (2), the extraction container (2) has a first end, a the first end has opposite second end and a middle region arranged between them and the reaction mixture from step (a) to a in the middle region of the extraction container
(2) befindliche Mischer-Scheider-Stufe eingetragen wird; wobei an dem ersten Ende des Extraktionsbehälters (2) ein das erste Lösungsmittelsystem umfassender Strom (3) entnommen wird, in eine erste Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (6) eingebracht wird, eine Abtrennung des ersten Lösungsmittelsystems erfolgt, das durch diese Abtrennung erhaltene Produkt (4) in den Reaktionsbehälter (1) zurückgeführt wird und das durch diese Abtrennung erhaltene erste Lösungsmittelsystem (5) in das zweite Ende des Extraktionsbehälters (2) zurückgeführt wird; und wobei an dem zweiten Ende des Extraktionsbehälters (2) ein das zweite Lösungsmittelsystem umfassender Strom (10) entnommen wird, in eine zweite Lösungsmittelrückgewinnungsanlage (7) eingebracht wird, eine Abtrennung des zweiten Lösungsmittelsystems erfolgt, das durch diese Abtrennung erhaltene Produkt (9) entnommen wird und das durch diese Abtrennung erhaltene zweite Lösungsmittelsystem (8) in das erste Ende des Extraktionsbehälters (2) zurückgeführt wird. (2) located mixer-separator stage is entered; wherein at the first end of the extraction container (2) a stream (3) comprising the first solvent system is withdrawn, introduced into a first solvent recovery unit (6), the first solvent system is separated off, the product (4) obtained by this separation into the Reaction container (1) is returned and the first solvent system (5) obtained by this separation is returned to the second end of the extraction container (2); and wherein at the second end of the extraction container (2) a stream (10) comprising the second solvent system is removed, is introduced into a second solvent recovery system (7), the second solvent system is separated off and the product (9) obtained by this separation is removed and the second solvent system (8) obtained by this separation is returned to the first end of the extraction container (2).
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei zusätzlich an einer weiter zum ersten Ende des Extraktionsbehälters (2) als die Entnahme des das erste Lösungsmittelsystem umfassenden Stroms7. The method according to claim 6, wherein additionally at a further to the first end of the extraction container (2) than the withdrawal of the stream comprising the first solvent system
(3) gelegenen Stelle ein weiterer das erste Lösungsmittelsystem umfassender Strom (11) entnommen wird, dieser in eine dritte Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (12) eingebracht wird, eine Abtrennung des ersten Lösungsmittelsystems erfolgt, das durch diese Abtrennung erhaltene Produkt (13) in den Reaktionsbehälter (1) zurückgeführt wird und das durch diese Abtrennung erhaltene erste Lösungsmittelsystem (14) in das zweite Ende des Extraktionsbehälters (2) zurückgeführt wird. (3) a further stream (11) comprising the first solvent system is removed, this is introduced into a third solvent recovery unit (12), the first solvent system is separated off, and the product (13) obtained by this separation is transferred to the reaction container (1 ) is returned and the first solvent system (14) obtained by this separation is returned to the second end of the extraction container (2).
8. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei zusätzlich an einer weiter zum zweiten Ende des Extraktionsbehälters (2) als die Entnahme des das zweite Lösungsmittelsystem umfassenden Stroms (10) gelegenen Stelle ein weiterer das zweite Lösungsmittelsystem umfassender Strom (15) entnommen wird und dieser in das erste Ende des Extraktionsbehälters (2) zurückgeführt wird. 8. The method according to claim 6, wherein in addition at a further to the second end of the extraction container (2) than the removal of the stream (10) comprising the second solvent system, another stream comprising the second solvent system (15) is withdrawn and into the first end of the extraction container (2) is returned.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das erste Lösungsmittelsystem lineare, verzweigte und/oder cyclische Alkane umfasst und das zweite Lösungsmittelsystem Acetonitril umfasst. 9. The method of claim 1, wherein the first solvent system comprises linear, branched and / or cyclic alkanes and the second solvent system comprises acetonitrile.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (b) nach einem Umsatz von > 1 Gewichts-% bis < 35 Gewichts-%, bezogen auf die Menge der in Schritt (a) ursprünglich vorhandenen Isocyanat- Gruppen, durchgeführt wird. 10. The method according to claim 1, wherein step (b) is carried out after a conversion of> 1% by weight to <35% by weight, based on the amount of the isocyanate groups originally present in step (a).
11. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (a) in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt wird. 11. The method according to claim 1, wherein step (a) is carried out in the presence of a catalyst.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Katalysator in einem Anteil von > 1 Gewichts-% bis < 35 Gewichts-%, bezogen auf die Menge an eingesetztem Polyisocyanat, eingesetzt wird. 13. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Katalysator polyedrische oligomere Silsesquioxane der allgemeinen Formel (I) umfasst: 12. The method according to claim 11, wherein the catalyst is used in a proportion of> 1% by weight to <35% by weight, based on the amount of polyisocyanate used. 13. The method according to claim 11, wherein the catalyst comprises polyhedral oligomeric silsesquioxanes of the general formula (I):
Figure imgf000028_0001
wobei RI, R2, R3, R4, R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus den Gruppen (Ia) und/oder (Ib) mit der Maßgabe, dass wenigstens einer der Reste RI, R2, R3, R4, R5, R6, R7 und R8 aus der Gruppe (Ib) ausgewählt ist:
Figure imgf000028_0001
wherein RI, R2, R3, R4, R5, R6, R7 and R8 are independently selected from groups (Ia) and / or (Ib) with the proviso that at least one of the radicals RI, R2, R3, R4, R5 , R6, R7 and R8 is selected from group (Ib):
(Ia): Alkyl, Cy cloalkyl, Aryl, Heteroaryl, Heterocyclyl, Alkenyl, Alkinyl, Perfluoroaryl,(Ia): alkyl, cycloalkyl, aryl, heteroaryl, heterocyclyl, alkenyl, alkynyl, perfluoroaryl,
Perfluoroalkenyl, Perfluoroalkinyl, Alkoxy, Perfluoroalkyl, Perfluoroalkoxy, Polyoxy- alkylen, Perfluoroalkenyl, perfluoroalkynyl, alkoxy, perfluoroalkyl, perfluoroalkoxy, polyoxyalkylene,
(Ib): -A-R9, wobei gilt: A = (CR2)n mit n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, (Ib): -A-R9, where: A = (CR2) n with n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12,
13, 14 oder 15, und R für gleiche oder verschiedene Substituenten aus der Gruppe H und/oder Ia; oder 13, 14 or 15, and R for identical or different substituents from the group H and / or Ia; or
A = ortho-, meta- oder para- CöRt, wobei R die vorstehend genannte Bedeutung hat; oder A = ortho-, meta- or para-C ö R t , where R has the meaning given above; or
A = (CR2)2-Si(R2)-(CR2)n, mit n = 1, 2, 3, 4, wobei R die vorstehend genannte Bedeutung hat; und A = (CR 2 ) 2 -Si (R 2 ) - (CR 2 ) n , with n = 1, 2, 3, 4, where R has the meaning given above; and
R9 = N(R10)(R11), P(R10)(R11), N(R10)(R11)(R12)X, P(R10)(R11)(R12)X,  R9 = N (R10) (R11), P (R10) (R11), N (R10) (R11) (R12) X, P (R10) (R11) (R12) X,
COOM, OM, oder ein weiterer Substituent gemäß Formel (I) ist, wobei  COOM, OM, or a further substituent according to formula (I), wherein
RIO, RI 1 und RI 2 unabhängig voneinander Alkyl oder Aryl sind, X Carboxylat, Alkoholat, Hydrogencarbonat, oder Carben ist und RIO, RI 1 and RI 2 are independently alkyl or aryl, X is carboxylate, alcoholate, hydrogen carbonate, or carbene and
M Ammonium, Phosphonium, ein Alkali- oder Erdalkalimetallkation ist.  M is ammonium, phosphonium, an alkali or alkaline earth metal cation.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei: 14. The method of claim 13, wherein:
R2, R3, R4, R5, R6, R7 und R8 Ao-Butyl sind, RI ist -(CH2)ni-PAlkyl2 oder -(CH2)ni-PAlkyl3X mit nl = 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 und R2, R3, R4, R5, R6, R7 and R8 are a-butyl, RI is - (CH2) ni -PAlkyl2 or - (CH2) ni -PAlkyl3X with nl = 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8 and
X ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend X is selected from the group comprising
R13-COO mit R13 = CH3-, CH3CH2-, n- ropyl, Ao-Propyl, ieri.-Butyl, tert.- Amyl, CH3(CH2)n- mit n = 4, 5, 6, 7, 8, Phenyl, 4-Methoxyphenyl und/oder 3,4,5-Trimethoxyphenyl, R14-0 mit R14 = Phenyl oder 2,6-Bis(l,l-dimethylethyl)-4-methylphenyl. R13-COO with R13 = CH3-, CH3CH2-, n-ropyl, ao-propyl, ieri.-butyl, tert.-amyl, CH3 (CH2) n - with n = 4, 5, 6, 7, 8, phenyl , 4-methoxyphenyl and / or 3,4,5-trimethoxyphenyl, R14-0 with R14 = phenyl or 2,6-bis (l, l-dimethylethyl) -4-methylphenyl.
15. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei nach Schritt (a) keine De sakti vierung des Katalysators durchgeführt wird. 15. The method according to claim 11, wherein after step (a) no deactivation of the catalyst is carried out.
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