WO2022258570A1 - Process for producing polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers - Google Patents

Process for producing polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers Download PDF

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WO2022258570A1
WO2022258570A1 PCT/EP2022/065321 EP2022065321W WO2022258570A1 WO 2022258570 A1 WO2022258570 A1 WO 2022258570A1 EP 2022065321 W EP2022065321 W EP 2022065321W WO 2022258570 A1 WO2022258570 A1 WO 2022258570A1
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oxide
alkylene oxide
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polyoxymethylene
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PCT/EP2022/065321
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Karolina WALKER
Aurel Wolf
Mike SCHUETZE
Christoph Guertler
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Covestro Deutschland Ag
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Definitions

  • the present invention describes a process for the preparation of a polyoxymethylene polyoxyalkylene copolymer comprising the reaction of a polymeric formaldehyde compound with an alkylene oxide in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst, the polymeric formaldehyde compound having at least one terminal hydroxyl group, the process comprising the submission of a suspending agent in a reactor and a copolymerization of the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide, wherein the copolymerization takes place at a reactor temperature of 72°C to 84°C. It also relates to a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtainable by such a process and its use for the production of a polyurethane polymer.
  • DMC double metal cyanide
  • WO2015/155094 A1 discloses a process for preparing polyoxymethylene block copolymers, comprising the step of activating the DMC catalyst in the presence of an OH-terminated polymeric formaldehyde compound with a defined amount of alkylene oxide at 40° C. to 150° C., and subsequent polymerization with alkylene oxides at 100 °C.
  • a process for preparing polyoxymethylene-polyalkylene oxide block copolymers comprising the step of polymerizing an alkylene oxide in the presence of an OH-terminated polyoxymethylene polymer as polymeric formaldehyde starter compound and a catalyst, the polyoxymethylene polymer having a number-average molecular weight Mn , from > 1100 g/mol to ⁇ 2300 g/mol.
  • the copolymerization of the alkylene oxide with the polymeric formaldehyde starter compound is carried out at a reactor temperature of 70.degree.
  • a process for preparing a polyoxymethylene-polyoxyalkylene block copolymer comprising the reaction of a polymeric formaldehyde compound with alkylene oxides in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst and an H-functional starter substance at a reactor temperature of 70° C., where the theoretical molar mass of the polymeric formaldehyde compound is smaller than the theoretical molar mass of the H-functional starter substance.
  • DMC double metal cyanide
  • a process for preparing a polyoxymethylene polyoxyalkylene copolymer comprising the reaction of a polymeric formaldehyde compound with an alkylene oxide in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst, the process comprising the submission of a suspending agent in a Reactor and subsequent copolymerization of the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide at a reactor temperature of 70°C or 90°C.
  • DMC double metal cyanide
  • a process for preparing a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer comprising the reaction of a polymeric formaldehyde compound with an alkylene oxide in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst; wherein the polymeric formaldehyde compound has at least one terminal hydroxyl group; the method comprising the following steps:
  • step (g) copolymerizing the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide, and wherein step (g) occurs at a reactor temperature of from 72°C to 84°C.
  • polyoxymethylene copolymers refer to polymeric compounds which contain polyoxymethylene units and polyoxyalkylene and/or polyoxyalkylene carbonate units, preferably polyoxyalkylene units.
  • the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer has a number-average molecular weight of 1000 g/mol to 10000 g/mol, preferably 1000 g/mol to 5000 g/mol, particularly preferably 1000 g/mol to 3000 g/mol on, the number-average molecular weight being determined by means of gel permeation chromatography (GPC) based on DIN 55672-1: "Gel permeation chromatography, part 1 - tetrahydrofuran as eluent", polystyrene samples of known molecular weight being used for calibration.
  • GPC gel permeation chromatography
  • the polyoxymethylene copolymers obtained offer a number of advantages over existing polymers. Certain physical properties such as glass transition temperatures, melting ranges, viscosities and solubilities, etc. can be controlled in a targeted manner via the length of the polyoxymethylene blocks in relation to the oligomeric polyoxyalkylene blocks.
  • the partial crystallinity in the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers according to the invention is typically reduced, which usually also leads to a reduction in glass transition temperatures, melting points and viscosities, etc.
  • the presence of additional polyoxyalkylene blocks typically results in a significant increase in chemical and thermal stability.
  • the resulting polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers generally have good solubilities in various solvents, can usually be melted easily and without loss of mass, or are in the liquid state even at low temperatures.
  • the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers thus exhibit significantly better processability.
  • the proportion of polyoxyalkylene units produced from the corresponding alkylene oxides is reduced by the proportion of polyoxymethylene, which contributes to the advantageous economics of the product.
  • Various physical properties such as glass transition temperatures, melting ranges, viscosities, solubility, etc. can be specifically controlled for a given molecular weight via the proportion of polyoxymethylene in relation to the polyoxyalkylene and via the molecular weight of the polymeric formaldehyde compound used.
  • alkyl generally includes substituents from the group n-alkyl such as ethyl or propyl, but not methyl, branched alkyl and/or cycloalkyl.
  • aryl generally includes substituents from the group of carbo- or heteroaryl substituents such as phenyl and/or polynuclear carbo- or heteroaryl substituents, which may be bonded with further alkyl groups and/or heteroatoms such as nitrogen, oxygen, silicon, sulfur or phosphorus can be substituted.
  • radicals R1, R2, R3 and/or R4 can be linked to one another within a repeating unit in such a way that they form cyclic structures, such as, for example, a cycloalkyl radical which is incorporated into the polymer chain via two adjacent carbon atoms.
  • Suitable polymeric formaldehyde compounds for the process according to the invention are in principle those oligomeric and polymeric forms of formaldehyde which have at least one terminal hydroxyl group for reaction with the alkylene oxides and any other comonomers.
  • terminal hydroxyl group is understood in particular to mean a terminal hemiacetal functionality which results as a structural feature via the polymerization of the formaldehyde.
  • the starter compounds can be oligomers and polymers of formaldehyde of the general formula (11)
  • n is an integer > 2 and where polymeric formaldehyde typically has n > 8 repeat units.
  • Polymeric formaldehyde compounds suitable for the process according to the invention generally have molar masses of 62 to 30000 g/mol, preferably 62 to 12000 g/mol, particularly preferably 242 to 6000 g/mol and very particularly preferably 242 to 3000 g/mol and comprise from 2 to 1000, preferably from 2 to 400, particularly preferably from 8 to 200 and very particularly preferably from 8 to 100 oxymethylene repeating units n.
  • the compounds used in the process according to the invention typically have a functionality (F) of 1 to 3 in In certain cases, however, these can also be higher-functional, i.e. have a functionality > 3.
  • the polymeric formaldehyde compounds used for the process according to the invention can be prepared by known processes (cf. e.g. M. Haubs et al., 2012, Polyoxymethylenees, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry; G. Reus et al., 2012 , formaldehydes, ibid.).
  • the formaldehyde compounds can also be used in the form of a copolymer in the process according to the invention.
  • Further suitable formaldehyde copolymers for the process according to the invention are copolymers of formaldehyde and of trioxane with cyclic and/or linear formals, such as butanediol formal.
  • formaldehyde polymerizes even through the presence of small traces of water.
  • aqueous solution a mixture of oligomers and polymers of different chain lengths is formed depending on the concentration and temperature of the solution, which are in equilibrium with molecular formaldehyde and formaldehyde hydrate.
  • An advantage of the process according to the invention is in particular that polymeric formaldehyde or so-called paraformaldehyde, which is commercially and inexpensively available, can be used directly as a reactant without the need for additional preparatory steps.
  • paraformaldehyde is therefore used as the reactant deployed.
  • mixtures of polymeric formaldehyde compounds of the formula HO-(CH 2 0)nH, each with different values for n can be used.
  • the mixtures of polymeric formaldehyde compounds of the formula (II) used contain HO-(CH 2 0)nH at least 1% by weight, preferably at least 5% by weight and particularly preferably at least 10% by weight of polymeric formaldehyde Compounds with n > 20.
  • the polymeric formaldehyde compound has 2 hydroxyl groups and 8 to 100 oxymethylene repeating units (s) or 3 hydroxyl groups and 8 to 100 oxymethylene repeating units (n).
  • alkylene oxides which are suitable for the polymerization in the presence of a DMC catalyst. If different alkylene oxides are used, they can be metered in either as a mixture or one after the other. In the case of the latter method of dosing, the polyether chains of the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained in this way can in turn also have a copolymer structure.
  • alkylene oxides (epoxides) having 2-24 carbon atoms can be used for the process according to the invention.
  • the alkylene oxides having 2-24 carbon atoms are, for example, one or more compounds selected from the group consisting of ethylene oxide, propylene oxide, 1-butene oxide, 2,3-butene oxide, 2-methyl-1,2-propene oxide (isobutene oxide), 1-pentene oxide, 2,3-pentene oxide, 2-methyl-1,2-butene oxide, 3-methyl-1,2-butene oxide, 1-hexene oxide, 2,3-hexene oxide, 3,4-hexene oxide, 2-methyl- 1,2-pentene oxide, 4-methyl-1,2-pentene oxide, 2-ethyl-1,2-butene oxide, 1-heptene oxide, 1-octene oxide, 1-nonene oxide, 1-decene oxide, 1-undecene oxide, 1-dodecene oxide, 4-Methyl-1,2-pentene oxide, butad
  • the epoxide of the general formula (1) is preferably a terminal epoxide, where R1, R2 and R3 are hydrogen, and R4 can be hydrogen, an alkyl or aryl radical optionally containing additional heteroatoms such as nitrogen, oxygen, silicon, sulfur or phosphorus and can differ in different repeat units.
  • the alkylene oxide is one or more compound(s) and is selected from the group consisting of ethylene oxide, propylene oxide, styrene oxide and cyclohexene oxide, preferably ethylene oxide and propylene oxide and particularly preferably propylene oxide.
  • a suspension medium is used, the suspension medium used preferably containing no H-functional groups. All polar-aprotic, weakly polar-aprotic and non-polar-aprotic solvents which do not contain any H-functional groups are suitable as suspension media without H-functional groups. A mixture of two or more of these suspending agents can also be used as the suspending agent.
  • the suspending agent that does not contain any H-functional groups is one or more compound(s) and is selected from the group consisting of 4-methyl-2-oxo-1,3-dioxolane, 1,3 -Dioxolan-2-one, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, nitromethane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dioxane, diethyl ether, methyl tert-butyl ether, tetrahydrofuran, ethyl acetate, butyl acetate, pentane, n-hexane, benzene , toluene, xylene, ethylbenzene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene and carbon tetrachloride.
  • a suspension medium containing H-functional groups is initially charged together with DMC catalyst in the reactor.
  • the suspension medium containing H-functional groups contains the DMC catalyst , a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtainable from a preceding production process containing an activated DMC catalyst.
  • the double metal cyanide compounds present in the process according to the invention which can preferably be used in the process according to the invention are the reaction products of water-soluble metal salts and water-soluble metal cyanide salts.
  • Double metal cyanide (DMC) catalysts for use in the homopolymerization of alkylene oxides are known in principle from the prior art (see e.g. US-A 3,404,109, US-A 3,829,505, US-A 3,941,849 and US-A 5 158 922).
  • a typical example are the highly active DMC catalysts described in EP-A 700 949, which, in addition to a double metal cyanide compound (e.g. zinc hexacyanocobaltate(III)) and an organic complex ligand (e.g. tert-butanol), also contain a polyether with a number-average molecular weight greater than Contain 500 g/mol.
  • a double metal cyanide compound e.g. zinc hexacyanocobaltate(III)
  • an organic complex ligand e.g. tert-butanol
  • the DMC catalysts that can be used according to the invention are preferably obtained by (1.) in the first step reacting an aqueous solution of a metal salt with the aqueous solution of a metal cyanide salt in the presence of one or more organic complex ligands, e.g. an ether or alcohol,
  • the isolated solid is washed with an aqueous solution of an organic complex ligand (e.g. by resuspension and subsequent renewed isolation by filtration or centrifugation),
  • the resulting solid then being dried, optionally after pulverization, at reactor temperatures of generally 20-120° C. and at pressures of generally 0.1 mbar to normal pressure (1013 mbar), and in the first step or directly after the precipitation of the double metal cyanide compound (second step) one or more organic complex ligands, preferably in excess (based on the double metal cyanide compound) and optionally further complex-forming components are added.
  • the double metal cyanide compounds present in the DMC catalysts which can be used according to the invention are the reaction products of water-soluble metal salts and water-soluble metal cyanide salts.
  • an aqueous zinc chloride solution preferably in excess, based on the metal cyanide salt
  • potassium hexacyanocobaltate are mixed and then dimethoxyethane (glyme) or tert-utanol (preferably in excess, based on zinc hexacyanocobaltate) is added to the suspension formed.
  • Metal salts suitable for preparing the double metal cyanide compounds preferably have a composition according to the general formula (V),
  • M is selected from the metal cations Zn 2+ , Fe 2+ , Ni 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Sr 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ and Cu 2+ , M is preferably Zn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ or Ni 2+ ,
  • M is selected from the metal cations Fe 3+ , Al 3+ , Co 3+ and Cr 3 ,
  • M is selected from the metal cations Mo 4+ , V 4+ and W 4+ ,
  • M is selected from the metal cations Mo 6+ and W 6+ ,
  • halides i.e. fluoride, chloride, bromide, iodide
  • hydroxide sulfate, carbonate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate, carboxylate, oxalate and nitrate
  • t 3 when
  • suitable metal salts are zinc chloride, zinc bromide, zinc iodide, zinc acetate, zinc acetylacetonate, zinc benzoate, zinc nitrate, iron(II) sulfate, iron(II) bromide, iron(II) chloride, iron(III) chloride, cobalt(II) chloride, cobalt(II) thiocyanate, nickel(II) chloride and nickel(II) nitrate. Mixtures of different metal salts can also be used.
  • Metal cyanide salts suitable for preparing the double metal cyanide compounds preferably have a composition according to the general formula (IX).
  • M' is selected from one or more metal cations from the group consisting of Fe(II), Fe(III), Co(II), Co(III), Cr(II), Cr(III), Mn(II), Mn( III), Ir(III), Ni(II), Rh(III), Ru(II), V(IV) and V(V), M' is preferably one or more metal cations from the group consisting of Co(II), Co(III), Fe(II), Fe(III), Cr(III), Ir(III) and Ni(II),
  • Y is selected from one or more metal cations from the group consisting of alkali metal (ie Li + , Na + , K + , Rb + ) and alkaline earth metal (ie Be 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ ),
  • A is selected from one or more anions from the group consisting of halides (ie fluoride, chloride, bromide, iodide), hydroxide, sulfate, carbonate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate, carboxylate, azide, oxalate or nitrate and a, b and c are integers, the values for a, b and c being chosen such that the metal cyanide salt is electroneutral; a is preferably 1, 2, 3 or 4; b is preferably 4, 5 or 6; c preferably has the value 0.
  • halides ie fluoride, chloride, bromide, iodide
  • hydroxide sulfate
  • carbonate cyanate
  • thiocyanate isocyanate
  • isothiocyanate carboxylate
  • azide oxalate or nitrate
  • a, b and c are integers, the values for a
  • suitable metal cyanide salts are sodium hexacyanocobaltate(III), potassium hexacyanocobaltate(III), potassium hexacyanoferrate(II), potassium hexacyanoferrate(III), calcium hexacyanocobaltate(III) and lithium hexacyanocobaltate(III).
  • Preferred double metal cyanide compounds which are contained in the DMC catalysts which can be used according to the invention are compounds having compositions according to the general formula (IX)
  • M x [M' x ,(CN) y ] z (IX) wherein M is as defined in formulas (V) to (VIII) and M' is as defined in formula (IX), and x, x', y and z are integers and chosen so that the electron neutrality of the double metal cyanide compound is given.
  • Suitable double metal cyanide compounds a) are zinc hexacyanocobaltate(III), zinc hexacyanoiridate(III), zinc hexacyanoferrate(III) and cobalt(II) hexacyanocobaltate(III). Further examples of suitable double metal cyanide compounds can be found, for example, in US 5,158,922 (column 8, lines 29-66). Zinc hexacyanocobaltate(III) can be used with particular preference.
  • organic complex ligands that can be added in the preparation of the DMC catalysts are described, for example, in US Pat. No. 5,158,922 (see in particular column 6, lines 9 to 65), US Pat 700 949, EP-A 761 708, JP 4 145 123, US 5 470 813, EP-A 743 093 and WO-A 97/40086).
  • organic complex ligands water-soluble organic compounds containing heteroatoms, such as oxygen, nitrogen, phosphorus or sulfur, which can form complexes with the double metal cyanide compound.
  • Preferred organic complex ligands are alcohols, aldehydes, ketones, ethers, esters, amides, ureas, nitriles, sulfides and mixtures thereof.
  • Particularly preferred organic complex ligands are aliphatic ethers (such as dimethoxyethane), water-soluble aliphatic alcohols (such as ethanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, 2-methyl-3-buten-2-ol and 2-methyl-3-butyn-2-ol), compounds containing both aliphatic or cycloaliphatic ether groups and aliphatic hydroxyl groups (such as ethylene glycol mono-tert-butyl ether, diethylene glycol mono-tert-butyl ether, tripropylene glycol mono-methyl ether and 3-methyl-3-oxetane-methanol).
  • aliphatic ethers
  • Highly preferred organic complex ligands are selected from one or more compounds from the group consisting of dimethoxyethane, tert-butanol, 2-methyl-3-buten-2-ol, 2-methyl-3-butyn-2-ol, ethylene glycol mono-tert- butyl ether and 3-methyl-3-oxetane-methanol.
  • the metal salt e.g. zinc chloride
  • a stoichiometric excess at least 50 mol %), based on the metal cyanide salt.
  • the metal cyanide salt e.g. potassium hexacyanocobaltate
  • the organic complex ligand e.g. tert-butanol
  • the organic complex ligand can be present in the aqueous solution of the metal salt and/or the metal cyanide salt, or it is added directly to the suspension obtained after precipitation of the double metal cyanide compound. It has proven advantageous to mix the aqueous solutions of the metal salt and the metal cyanide salt and the organic complex ligand with vigorous stirring.
  • the one formed in the first step is optional Suspension then treated with another complex-forming component.
  • the complex-forming component is preferably used in a mixture with water and organic complex ligands.
  • a preferred method for carrying out the first step is carried out using a mixing nozzle, particularly preferably using a jet disperser, as described, for example, in WO-A 01/39883.
  • the solid i.e. the precursor of the catalyst
  • the solid can be isolated from the suspension by known techniques such as centrifugation or filtration.
  • the isolated solid is then washed with an aqueous solution of the organic complex ligand in a third process step (e.g. by resuspending and subsequent renewed isolation by filtration or centrifugation).
  • a third process step e.g. by resuspending and subsequent renewed isolation by filtration or centrifugation.
  • water-soluble by-products such as potassium chloride can be removed from the catalyst that can be used according to the invention.
  • the amount of the organic complex ligand in the aqueous washing solution is preferably between 40 and 80% by weight, based on the total solution.
  • a further complex-forming component preferably in the range between 0.5 and 5% by weight, based on the total solution, is added to the aqueous washing solution.
  • washing is carried out with an aqueous solution of the unsaturated alcohol (e.g. by resuspending and then isolating again by filtration or centrifugation) in order in this way, for example, to remove water-soluble by-products, such as potassium chloride, from the to remove catalyst.
  • the amount of unsaturated alcohol in the aqueous washing solution is particularly preferably between 40 and 80% by weight, based on the total solution of the first washing step.
  • the first washing step is carried out either once or several times, preferably once to three times repeated, or preferably a non-aqueous solution, such as a mixture or solution of unsaturated alcohol and other complex-forming component (preferably in the range between 0.5 and 5% by weight, based on the total amount of the washing solution of step (3.- 2)), used as washing solution and the solid washed with it once or several times, preferably once to three times.
  • a non-aqueous solution such as a mixture or solution of unsaturated alcohol and other complex-forming component (preferably in the range between 0.5 and 5% by weight, based on the total amount of the washing solution of step (3.- 2)
  • the isolated and optionally washed solid can then, optionally after pulverization, be dried at reactor temperatures of 20-100° C. and at pressures of 0.1 mbar to atmospheric pressure (1013 mbar).
  • a preferred process for isolating the DMC catalysts which can be used according to the invention from the suspension by filtration, filter cake washing and drying is described in WO-A 01/80994.
  • the double metal cyanide (DMC) catalyst is preferably used in a calculated amount of 100 to 3000 ppm, preferably 120 to 2500 ppm, particularly preferably 150 to 2200 ppm, based on the sum of the masses of the polymeric formaldehyde compound and the alkylene oxide. If the proportion of DMC catalyst is high, the heavy metals must be removed before further conversion to form the polyurethane. Below 100 ppm of the double metal cyanide (DMC) catalyst, catalytic conversion can no longer be observed.
  • suspension agents with H-functional groups or suspension agents without H-functional groups preferably suspension agents without H-functional groups, are used.
  • a suspending agent is placed in a reactor.
  • the suspending agent in step (a) contains no H-functional groups.
  • a suspending agent which contains no H-functional groups is preferably initially taken in the reactor together with the DMC catalyst, and no polymeric formaldehyde compound is initially taken in the reactor.
  • a suspending agent which contains no H-functional groups and, in addition, a portion of the polymeric formaldehyde compound and, if appropriate, DMC catalyst can be initially taken in the reactor.
  • an inert gas for example argon or nitrogen
  • an inert gas Carbon dioxide mixture or carbon dioxide introduced and at the same time a reduced pressure (absolute) from 10 mbar to 800 mbar, particularly preferably from 50 mbar to 200 mbar applied.
  • the resulting mixture of suspending agent and DMC catalyst is at a temperature of 50 to 120° C., preferably 60 to 110° C. and particularly preferably 70 to 100° C., at least once, preferably three times, at 1.5 bar to 10 bar (absolute), particularly preferably 3 bar to 6 bar (absolute) of an inert gas (e.g. argon or nitrogen), an inert gas-carbon dioxide mixture or carbon dioxide and the overpressure is then reduced to about 1 bar (absolute).
  • the DMC catalyst can be added in solid form or as a suspension in a suspending agent or in a mixture of at least two suspending agents.
  • step (a) in step (a)
  • step (a-11) bringing the temperature (reactor temperature) of the suspension medium or the mixture of at least two suspension mediums to 50 to 120° C., preferably from 60 to 110° C. and particularly preferably from 70 to 100° C., and/or the pressure in the reactor less than 500 mbar, preferably 5 mbar to 100 mbar, with an inert gas stream (e.g. of argon or nitrogen), an inert gas-carbon dioxide stream or a carbon dioxide stream being passed through the reactor, where appropriate, the double metal cyanide catalyst for Suspending agents or the mixture of at least two suspending agents are added in step (a-1) or immediately thereafter in step (a-11), and wherein the suspending agent does not contain any H-functional groups.
  • an inert gas stream e.g. of argon or nitrogen
  • the double metal cyanide catalyst for Suspending agents or the mixture of at least two suspending agents are added in step (a-1) or immediately thereafter in step (a-11), and wherein the suspending agent does not contain any H
  • Step (ß) serves to activate the DMC catalyst. If appropriate, this step can be carried out under an inert gas atmosphere, under an atmosphere of an inert gas/carbon dioxide mixture or under a carbon dioxide atmosphere.
  • activation is a step in which a portion of the alkylene oxide compound is added at temperatures (reactor temperatures) of from 50 to 120° C., preferably from 55 to 110° C.
  • step (a) Mixture from step (a)) is added and then the addition of the alkylene oxide compound is interrupted, with heat being generated as a result of a subsequent exothermic chemical reaction, which can lead to a temperature peak in the reaction system ("hotspot"), as well as due to the reaction of alkylene oxide and possibly CO2 a pressure drop in the reactor is observed.
  • the process step of activation is the period of time from the addition of the partial amount of alkylene oxide compound, optionally in the presence of CO 2 , to the DMC catalyst until heat is generated.
  • the partial amount of alkylene oxide compound can be added to the DMC catalyst in several individual steps, if appropriate in the presence of CO2, and then the addition of the alkylene oxide compound can be interrupted in each case.
  • the process step of activation comprises the period of time from the addition of the first portion of alkylene oxide compound, optionally in the presence of CO2, to the DMC catalyst until the occurrence of heat generation after addition of the last portion of alkylene oxide compound.
  • the activation step can be followed by a step for drying the DMC catalyst and if appropriate, upstream of the polymeric formaldehyde compound at elevated temperature (reactor temperature) and/or reduced pressure, if appropriate with passing an inert gas through the reaction mixture.
  • one or more alkylene oxides can be metered in in different ways. Dosing can be started from the vacuum or with a previously selected pre-pressure.
  • the admission pressure is preferably set by introducing an inert gas (such as nitrogen or argon) or carbon dioxide, the pressure (absolute) being 5 mbar to 100 bar, preferably 10 mbar to 50 bar and preferably 20 mbar to 50 bar.
  • the amount of one or more alkylene oxides used in the activation in step ( ⁇ ) is 0.1 to 25.0% by weight, preferably 1.0 to 20.0% by weight, particularly preferably 2. 0 to 16.0% by weight (based on the amount of suspending agent used in step (a)).
  • the alkylene oxide can be added in one step or in portions in several portions. After the addition of a portion of the alkylene oxide compound, the addition of the alkylene oxide compound is preferably interrupted until heat is generated and only then is the next portion of the alkylene oxide compound added.
  • the polymeric formaldehyde compound and/or the alkylene oxide is metered into the reactor stepwise or continuously in step (g). In a preferred embodiment of the process according to the invention, the polymeric formaldehyde compound and the alkylene oxide are continuously metered into the reactor in step (g). dosed. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the polymeric formaldehyde compound and the alkylene oxide are metered in continuously in step (g).
  • One or more polymeric formaldehyde compound(s), one or more alkylene oxide(s) and optionally also the carbon dioxide can be metered in simultaneously or sequentially (in portions), for example the total amount of carbon dioxide, the amount of polymeric formaldehyde compound and/or that in step ( g) metered amounts of alkylene oxides are added all at once or continuously.
  • the term "continuously" can be defined as a mode of addition of a reactant such that a copolymerization-effective concentration of the reactant is maintained, ie, for example, dosing can be at a constant dosing rate, at a varying dosing rate, or incrementally.
  • the total pressure is preferably kept constant during the reaction by adding more carbon dioxide.
  • One or more alkylene oxide(s) and/or the one or more polymeric formaldehyde compound(s) are metered in simultaneously or sequentially with the carbon dioxide metering. It is possible to meter in the alkylene oxide at a constant metering rate, or to increase or decrease the metering rate gradually or stepwise, or to add the alkylene oxide in portions.
  • the alkylene oxide is preferably added to the reaction mixture at a constant metering rate.
  • the alkylene oxides can be metered in individually or as a mixture.
  • the alkylene oxides or the polymeric formaldehyde compound can be metered in simultaneously or sequentially via separate meterings (additions) or in one or more meterings, it being possible for the alkylene oxides or the polymeric formaldehyde compounds to be metered in individually or as a mixture.
  • step (g) the metering of the one or more polymeric formaldehyde compound(s) is ended before the addition of the alkylene oxide.
  • an excess of carbon dioxide is used, based on the calculated amount of carbon dioxide incorporated in the polyethercarbonate polyol, since an excess of carbon dioxide is advantageous due to the inertness of carbon dioxide.
  • the amount of carbon dioxide can be determined via the total pressure under the particular reaction conditions.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized, inter alia, in that in step (g) the total amount of the one or more polymers Formaldehyde compound (s) is added. This addition can be done at a constant metering rate, at a varying metering rate or in portions.
  • step (g), ie the copolymerization of the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide takes place at a reactor temperature of 73.degree. C. to 83.degree. preferably from 75°C to 82°C.
  • the reactor temperature in the present invention is defined as a predetermined temperature and does not take into account any temperature increases or decreases in the reaction system, for example, due to exo- or endothermic reactions.
  • step (g) for the preparation of the polyoxymethylene polyether carbonate polyol copolymers or the polymerization in the presence of an inert gas such as nitrogen to form polyoxymethylene polyether polyol copolymers
  • step (g) at a reactor temperature of from 73°C to 83°C. preferably from 75°C to from 82°C.
  • the alkylene oxide, the polymeric formaldehyde compound and the DMC catalyst can be metered in via separate or common metering points.
  • the alkylene oxide and the polymeric formaldehyde compound are fed continuously to the reaction mixture via separate metering points.
  • This addition of the one or more polymeric formaldehyde compound(s) can take place as continuous metering into the reactor or in portions.
  • Steps (a), ( ⁇ ) and (g) can be carried out in the same reactor or each separately in different reactors.
  • Particularly preferred reactor types are: tubular reactors, stirred tanks, loop reactors.
  • Polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers can be prepared in a stirred tank, the stirred tank being cooled, depending on the embodiment and mode of operation, via the reactor jacket, internal cooling surfaces and/or cooling surfaces located in a pumped circuit. Both in the semi-batch application, in which the product is removed only after the end of the reaction, and in the continuous application, in which the product is removed continuously, particular attention must be paid to the metering rate of the alkylene oxide. It is to be set in such a way that, despite the inhibiting effect of the carbon dioxide and/or the polymeric formaldehyde compound, the alkylene oxides react sufficiently quickly.
  • the concentration of free alkylene oxides in the reaction mixture during the activation step (step ß) is preferably >0 to 100% by weight, more preferably >0 to 50% by weight, most preferably >0 to 20% by weight (each based on the weight of the reaction mixture).
  • the concentration of free Alkylene oxides in the reaction mixture during the reaction (step g) is preferably >0 to 40% by weight, more preferably >0 to 25% by weight, most preferably >0 to 20% by weight, based in each case on the weight of the reaction mixture.
  • the activated DMC catalyst-suspending agent mixture resulting from steps (a) and ( ⁇ ) is further reacted in the same reactor with one or more alkylene oxide(s), one or more polymeric formaldehyde compound(s) and optionally carbon dioxide
  • steps (a) and (ß) resulting activated DMC catalyst-suspending agent mixture in another reaction vessel (e.g. a stirred tank, tubular reactor or loop meactor) further with alkylene oxides, one or more polymeric formaldehyde compound (s ) and optionally carbon dioxide.
  • the activated catalyst-suspending agent mixture resulting from steps (a) and (ß), one or more polymeric formaldehyde compound(s), one or more alkylene oxide(s) and optionally carbon dioxide are pumped continuously through a tube.
  • the molar ratios of the reactants vary depending on the desired polymer.
  • carbon dioxide is metered in in its liquid or supercritical form in order to enable optimum miscibility of the components.
  • mixing elements are installed for better mixing of the reactants, such as those sold by Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH, for example, or mixer-heat exchanger elements, which at the same time improve mixing and heat dissipation.
  • Loop meactors can also be used to make polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers. These generally include reactors with material recycling, such as a jet loop reactor, which can also be operated continuously, or a loop-shaped tubular reactor with suitable devices for circulating the reaction mixture, or a loop of a plurality of tubular reactors connected in series.
  • reactors with material recycling such as a jet loop reactor, which can also be operated continuously, or a loop-shaped tubular reactor with suitable devices for circulating the reaction mixture, or a loop of a plurality of tubular reactors connected in series.
  • the use of a loop meactor is particularly advantageous because backmixing can be implemented here, so that the concentration of free alkylene oxides in the reaction mixture is in the optimum range, preferably in the range >0 to 40% by weight, particularly preferably >0 to 25% by weight % by weight, most preferably >0 to 16% by weight (in each case based on the weight of the reaction mixture).
  • the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers are preferably produced in a continuous process which comprises both continuous copolymerization and continuous addition of the one or more polymeric formaldehyde compound(s).
  • the resulting reaction mixture is continuously removed from the reactor in step (g).
  • the invention therefore also relates to a process in which, in step (g), one or more polymeric formaldehyde compound(s), one or more alkylene oxide(s) and DMC catalyst are metered continuously into the reactor, optionally in the presence of carbon dioxide (“copolymerization”) and wherein the resulting reaction mixture (containing the reaction product) is continuously removed from the reactor.
  • an activated DMC catalyst-suspending agent mixture is prepared for the continuous process for preparing the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers according to steps (a) and (ß), then according to step (g)
  • step (g2) continuously metering in the remaining amount of DMC catalyst, one or more polymeric formaldehyde compound(s) and alkylene oxide(s), optionally in the presence of carbon dioxide, while the copolymerization is progressing, the resulting reaction mixture being simultaneously removed continuously from the reactor.
  • the DMC catalyst is preferably added suspended in the suspension medium with H-functional groups or suspension medium without H-functional groups, preferably suspension medium without H-functional groups, the amount preferably being chosen such that the content of DMC catalyst in the resulting reaction product is 10 to 10000 ppm, more preferably 20 to 5000 ppm and most preferably 50 to 800 ppm.
  • the double metal cyanide (DMC) catalyst is used in a theoretical amount of 50 to 800 ppm, based on the sum of the masses of the polymeric formaldehyde compound and the alkylene oxide.
  • steps (a) and ( ⁇ ) are carried out in a first reactor and the resulting reaction mixture is then transferred to a second reactor for the copolymerization of step (g).
  • steps (a), ( ⁇ ) and (g) it is also possible to carry out steps (a), ( ⁇ ) and (g) in one reactor.
  • the process of the present invention can be used to produce large quantities of the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer product initially using a DMC activated according to steps (a) and (ß) in a suspending agent. Catalyst is used, and during the copolymerization (g) the DMC catalyst is added without prior activation.
  • a particularly advantageous feature of the preferred embodiment of the present invention is the ability to use "fresh" DMC catalysts without activation for the portion of DMC catalyst that is continuously added in step (g).
  • Activation of DMC catalysts to be performed analogously to step ( ⁇ ) not only involves additional operator attention, which increases manufacturing costs, but also requires a pressure reaction vessel, which also increases capital costs in building a corresponding production plant.
  • fresh" catalyst is defined as unactivated DMC catalyst in solid form or in the form of a slurry in a polymeric formaldehyde compound or suspending agent.
  • the term "continuously" can be defined as a mode of addition of a relevant catalyst or reactant such that a substantially continuous effective concentration of the DMC catalyst or reactant is maintained.
  • the catalyst feed can be truly continuous or in relatively closely spaced increments.
  • continuous addition of the polymeric formaldehyde compound can be truly continuous or it can be incremental. It would not deviate from the present method to incrementally add a DMC catalyst or reactants such that the concentration of the added materials falls to essentially zero for some time before the next incremental addition. However, it is preferred that the DMC catalyst concentration be maintained at substantially the same concentration during most of the course of the continuous reaction and that starter substance be present during most of the copolymerization process.
  • Incremental addition of DMC catalyst and/or reactant that does not substantially affect the nature of the product is still "continuous" as the term is used herein.
  • step (d) the reaction mixture removed continuously in step (g), which generally contains from 0.05% by weight to 10% by weight of alkylene oxide, can be transferred to an after-reactor in which a post-reaction the content of free Alkylene oxide is reduced to less than 0.05% by weight in the reaction mixture.
  • an after-reactor in which a post-reaction the content of free Alkylene oxide is reduced to less than 0.05% by weight in the reaction mixture.
  • a tubular reactor, a loop reactor or a stirred tank, for example, can be used as the after-reactor.
  • the pressure in this after-reactor is preferably the same as in the reaction apparatus in which reaction step (g) is carried out.
  • the pressure in the downstream reactor can also be selected to be higher or lower.
  • the carbon dioxide is released completely or partially after reaction step (g) and the downstream reactor is operated at atmospheric pressure or a slight excess pressure.
  • the temperature (reactor temperature) in the downstream reactor is preferably 50 to 150°C and particularly preferably 80 to 140°C.
  • polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers obtainable by the process according to the invention.
  • the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer has an oxymethylene group content of 1% by weight to 70% by weight, preferably 10% by weight to 50% by weight and particularly preferably 20% by weight. up to 50% by weight, based on the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer product, and determined using the 1H-NMR method described in the experimental section.
  • the polyoxymethylene copolymers have a number-average molecular weight of ⁇ 15000 g/mol, preferably ⁇ 9500 g/mol, particularly preferably ⁇ 6000 g/mol, very particularly preferably ⁇ 5000 g/mol, in particular from 200 g/mol to 9500 g/mol, preferably from 500 g/mol to 5000 g/mol.
  • the number-average molecular weight can be determined, for example, by gel permeation chromatography (GPC) against e.g. polystyrene standards and/or via experimentally determined hydroxyl numbers (OH#).
  • the polyoxymethylene copolymers have a number-average molecular weight of from 500 g/mol to 5000 g/mol, preferably from 1000 g/mol to 4000 g/mol and particularly preferably from 1500 g/mol to 3500 g/mol.
  • the number-average molecular weight can be determined, for example, by gel permeation chromatography (GPC) against e.g. polystyrene standards and/or via experimentally determined hydroxyl numbers (OH#).
  • the polyoxymethylene copolymers of the invention preferably have terminal hydroxy groups and preferably have a hydroxy functionality F > 2 (number of hydroxy groups per molecule). In a further embodiment of the polyoxymethylene copolymers, they have a monomodal molecular weight distribution and a polydispersity index (PD1) of ⁇ 2.5, preferably ⁇ 2.2.
  • the polyoxymethylene copolymers obtainable by the process according to the invention preferably contain less than 1.0% by weight, in particular less than 0.5% by weight, based on the total mass of the polyoxymethylene copolymer obtained, of formate and/or methoxy impurities.
  • the polyoxymethylene copolymers obtainable by the process according to the invention generally have a low content of by-products and decomposition products, such as formate, traces of methoxy, monomeric and oligomeric formaldehyde, residual monomers and can be processed without problems, in particular by reaction with di-, tri- and /or polyisocyanates to form polyurethanes, isocyanate-functionalized polyurethane prepolymers or polyisocyanurates, in particular polyurethane thermoplastics, polyurethane coatings,
  • Polyoxymethylene copolymers which have a functionality of at least 2 are preferably used for polyurethane applications.
  • the polyoxymethylene copolymers obtainable by the process according to the invention can be used in applications such as detergent and cleaning agent formulations, adhesives, paints, varnishes, functional fluids, drilling fluids, fuel additives, ionic and non-ionic surfactants, lubricants, process chemicals for paper or textile production or cosmetic/ medicinal formulations are used.
  • the polymers to be used must meet certain material properties such as molecular weight, viscosity, polydispersity, functionality and/or hydroxyl number (number of terminal hydroxyl groups per molecule).
  • the invention further relates to a method for producing a polyurethane polymer, comprising the step of reacting a polyisocyanate component with a polyol component, the polyol component comprising the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained by the method according to the invention.
  • the polyurethane polymers are flexible polyurethane foams or rigid polyurethane foams.
  • the polyurethane polymers are thermoplastic polyurethane polymers.
  • the subject matter of the invention is therefore also a polyurethane polymer obtainable by reacting a di-, tri- and/or polyisocyanate with at least one polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained by the process according to the invention.
  • the invention also relates to a flexible polyurethane foam or a rigid polyurethane foam obtainable by reacting a di-, tri- and/or polyisocyanate with at least one polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained by the process according to the invention. Also included according to the invention is the use of polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained by the process according to the invention for the production of polyurethanes, detergent and cleaning agent formulations, drilling fluids, fuel additives, ionic and nonionic surfactants, lubricants, process chemicals for paper or textile production or cosmetic formulations .
  • DMC catalyst was prepared as DMC catalyst according to example 6 in WO 01/80994 A1, containing zinc hexacyanocobaltate, tert. -Butanol and polypropylene glycol with a number-average molecular weight of 1000 g/mol.
  • composition of the polymer was determined by means of 111-NMR (Bruker, DPX 400, 400 MHz; pulse program zg30 , waiting time D1: 10 s, 64 scans). Each sample was dissolved in deuterated chloroform.
  • PPO Polypropylene oxide
  • the mole fractions (x) of the reaction mixture are determined as follows:
  • the mole percentage is calculated by dividing the mole fraction (x) of each component by the sum of the mole fractions present in the sample.
  • the weight fraction is calculated by multiplying the mole fractions (x) by the associated molar masses and dividing by the sum of the weight parts contained.
  • the polymer composition is calculated and normalized using the parts PPO and pFA, so that the specification in parts by weight of 100 (wt%) is made.
  • the weight and number average molecular weights Mw and Mn of the resulting polymers were determined by gel permeation chromatography (GPC). The procedure was based on DIN 55672-1: "Gel permeation chromatography, part 1 - tetrahydrofuran as
  • Polystyrene samples of known molar mass were used for calibration.
  • the polydispersity index is calculated from the quotient of the weight-average and number-average molecular weight.
  • Example 1 Production of the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer with a total DMC catalyst loading of 1000 ppm and continuous addition of pFA and PO in step g 10 g of pretreated pFA (pretreatment: 50° C., 5 mbar, 1.5 h) and 300 mg DMC catalyst suspended in 150 g cPC. Inerting with N2 (25 L/h) with stirring (500 rpm) at 30 mbar is carried out at 60° C. for 30 min. The suspension was heated to 70°C with stirring (1000 rpm). After the reactor temperature had been reached, 20 g of propylene oxide (8.8% by weight) were quickly added to the suspension.
  • the onset of the reaction was noticeable by a temperature peak (“hotspot”) combined with a simultaneous drop in pressure.
  • the reactor temperature was then increased to 80° C., and the 208 g of PO were added at a metering rate of 0.9 g/min and 62 g of paraformaldehyde (as a 20% suspension in cPC) at a metering rate of 1.7 g/min.
  • the mixture was stirred until the exothermic reaction subsided or the pressure remained constant at 80.degree.
  • the product mixture was then removed and degassed on a rotary evaporator at 60° C. and 10 mbar.
  • the reaction mixture was analyzed by means of GPC and NMR analysis.
  • Example 2 (Comparative): Preparation of the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer with a total DMC catalyst loading of 1000 ppm and continuous addition of pFA and PO in step g
  • Example 3 (Comparative): Preparation of the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer with a total DMC catalyst loading of 1000 ppm and continuous addition of pFA and PO in step g

Abstract

The present invention describes a process for producing a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer, comprising reacting a polymeric formaldehyde compound with an alkylene oxide in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst, the polymeric formaldehyde compound having at least one terminal hydroxyl group. The process comprises providing a suspending agent in a reactor and copolymerizing the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide, copolymerization taking place at a reactor temperature of 72°C to 84°C. The invention further relates to a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer that can be obtained by means of such a process and to the use of same for producing a polyurethane polymer.

Description

Verfahren zur Herstellung von Polvoxymethylen-Polvoxyalkylen-Copolymeren Process for preparing polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Polyoxymethylen Polyoxyalkylen-Copolymers umfassend der Reaktion einer polymeren Formaldehydverbindung mit einem Alkylenoxid in Gegenwart eines Doppelmetallcyanid (DMC)-Katalysators, wobei die polymere Formaldehydverbindung wenigstens eine terminale Hydroxylgruppe aufweist, wobei das Verfahren das Vorlegen eines Suspensionsmittels in einem Reaktor und einer Copolymerisation der polymeren Formaldehydverbindung mit dem Alkylenoxid umfasst, wobei die Copolymerisation bei einer Reaktortemperatur von 72 °C bis 84 °C erfolgt. Sie betrifft weiterhin durch ein solches Verfahren erhältliches Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymer sowie dessen Verwendung zur Herstellung eines Polyurethan-Polymers. The present invention describes a process for the preparation of a polyoxymethylene polyoxyalkylene copolymer comprising the reaction of a polymeric formaldehyde compound with an alkylene oxide in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst, the polymeric formaldehyde compound having at least one terminal hydroxyl group, the process comprising the submission of a suspending agent in a reactor and a copolymerization of the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide, wherein the copolymerization takes place at a reactor temperature of 72°C to 84°C. It also relates to a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtainable by such a process and its use for the production of a polyurethane polymer.
WO2015/155094 Al offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Polyoxymethylen- Blockcopolymeren, umfassend den Schritt der Aktivierung des DMC-Katalysators in Anwesenheit einer OH-terminierten polymeren Formaldehydverbindung mit einer definierten Menge Alkylenoxid bei 40 °C bis 150 °C, sowie einer anschließenden Polymerisation mit Alkylenoxiden bei 100 °C. ln W02020/114751 Al wird ein Verfahren zur Herstellung von Polyoxymethylen-Polyalkylenoxid- Blockcopolymeren offenbart, umfassend den Schritt der Polymerisation eines Alkylenoxids in Gegenwart eines OH-terminierten Polyoxymethylen-Polymers als polymere Formaldehydstarterverbindung und eines Katalysators, wobei das Polyoxymethylen-Polymer ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn, von > 1100 g/mol bis < 2300 g/mol aufweist. Die Copolymerisation des Alkylenoxids mit der polymeren Formaldehydstarterverbindung wird hierbei bei einer Reaktortemperatur von 70 °C durchgeführt. ln WO 2020/083814 Al wird ein Verfahren zur Herstellung eines Polyoxymethylen- Polyoxyalkylen-Blockcopolymers offenbart umfassend der Reaktion einer polymeren Formaldehydverbindung mit Alkylenoxiden in Gegenwart eines Doppelmetallcyanid (DMC)- Katalysators und einer H-funktionellen Startersubstanz bei einer Reaktortemperatur von 70 °C, wobei die theoretische Molmasse der polymeren Formaldehydverbindung kleiner ist als die theoretische Molmasse der H-funktionellen Startersubstanz. ln der noch nicht offengelegten Anmeldung PCT/EP2020/085885 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Polyoxymethylen Polyoxyalkylen-Copolymers umfassend der Reaktion einer polymeren Formaldehydverbindung mit einem Alkylenoxid in Gegenwart eines Doppelmetallcyanid (DMC)-Katalysators offenbart, wobei das Verfahren das Vorlegen eines Suspensionsmittels in einem Reaktor und der nachfolgenden Copolymerisation der polymeren Formaldehydverbindung mit dem Alkylenoxid bei einer Reaktortemperatur von 70 °C oder 90 °C umfasst. Ausgehend vom Stand der Technik ergab sich daher die Aufgabe ein einfaches und wirtschaftlich vorteilhaftes einstufiges Verfahren zur Herstellung von Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen- Copolymeren durch Umsetzung von oligomeren und polymeren Formen des Formaldehyds als Startersubstanz mit Alkylenoxiden zur Verfügung zu stellen, wobei die Umsetzung der Reaktionspartner möglichst vollständig ist jedoch mögliche Nebenreaktionen möglichst reduziert werden. Diese Nebenreaktionen können beispielsweise durch basen-katalysierte Umlagerungsreaktionen des Formaldehyds zu monofunktionellen Formiaten oder die Depolymerisation der oligomeren und polymeren Formen des Formaldehyds unter Bildung von niedermolekularen oder molekularen Formen des Formaldehyds sein. Speziell die Bildung von monofunktionellen Formiat-Nebenprodukten führt zu einer Herabsetzung der Hydroxyl- Funktionalität des resultierenden Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymer Produktes, was für die Weiterverarbeitung beispielweise zu Polyurethanen mit definierten Eigenschaften von Nachteil ist. Somit ist es Aufgabe dieser Erfindung war es somit auch ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches Polyoxymethylen-Polyalkylenoxid-Copolymer Produkte mit einer finalen Hydroxylgruppen-Funktionalität nahe der theoretischen Funktionalität basierend auf der Funktionalität des eingesetzten polymeren Formaldehydverbindung entspricht. WO2015/155094 A1 discloses a process for preparing polyoxymethylene block copolymers, comprising the step of activating the DMC catalyst in the presence of an OH-terminated polymeric formaldehyde compound with a defined amount of alkylene oxide at 40° C. to 150° C., and subsequent polymerization with alkylene oxides at 100 °C. ln WO2020/114751 Al a process for preparing polyoxymethylene-polyalkylene oxide block copolymers is disclosed, comprising the step of polymerizing an alkylene oxide in the presence of an OH-terminated polyoxymethylene polymer as polymeric formaldehyde starter compound and a catalyst, the polyoxymethylene polymer having a number-average molecular weight Mn , from > 1100 g/mol to <2300 g/mol. The copolymerization of the alkylene oxide with the polymeric formaldehyde starter compound is carried out at a reactor temperature of 70.degree. ln WO 2020/083814 A1 a process for preparing a polyoxymethylene-polyoxyalkylene block copolymer is disclosed comprising the reaction of a polymeric formaldehyde compound with alkylene oxides in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst and an H-functional starter substance at a reactor temperature of 70° C., where the theoretical molar mass of the polymeric formaldehyde compound is smaller than the theoretical molar mass of the H-functional starter substance. In the not yet published application PCT/EP2020/085885, a process for preparing a polyoxymethylene polyoxyalkylene copolymer is disclosed comprising the reaction of a polymeric formaldehyde compound with an alkylene oxide in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst, the process comprising the submission of a suspending agent in a Reactor and subsequent copolymerization of the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide at a reactor temperature of 70°C or 90°C. Based on the prior art, the task therefore arose of providing a simple and economically advantageous one-step process for the preparation of polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers by reacting oligomeric and polymeric forms of formaldehyde as a starter substance with alkylene oxides, with the reactants being reacted as completely as possible However, possible side reactions are to be reduced as much as possible. These side reactions can be, for example, due to base-catalyzed rearrangement reactions of formaldehyde to form monofunctional formates or the depolymerization of the oligomeric and polymeric forms of formaldehyde to form low molecular weight or molecular forms of formaldehyde. In particular, the formation of monofunctional formate by-products leads to a reduction in the hydroxyl functionality of the resulting polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer product, which is disadvantageous for further processing, for example to give polyurethanes with defined properties. It is therefore an object of this invention to also provide a process which corresponds to polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer products with a final hydroxyl group functionality close to the theoretical functionality based on the functionality of the polymeric formaldehyde compound used.
Weiterhin war es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Prozesssicherheit zu erhöhen, indem Druckzunahmen während der Copolymerisation reduziert werden. Druckzunahmen, im besonderen ungewollte Druckzunahmen während des Copolymerisationsprozesses können eine Korrektur des Prozesses erfordern oder sogar ein Abfahren der Anlage in einen sicheren Betriebszustand erfordern, so dass die Prozesseffizienz signifikant beeinträchtigt ist. Furthermore, it was also an object of the present invention to increase process reliability by reducing pressure increases during the copolymerization. Pressure increases, in particular unwanted pressure increases, during the copolymerization process can require a correction of the process or even a shutdown of the plant to a safe operating condition, so that the process efficiency is significantly impaired.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymers umfassend der Reaktion einer polymeren Formaldehydverbindung mit einem Alkylenoxid in Gegenwart eines Doppelmetallcyanid (DMC)- Katalysators; wobei die polymere Formaldehydverbindung wenigstens eine terminale Hydroxylgruppe aufweist; wobei das Verfahren folgenden Schritte umfasst: This object is achieved according to the invention by a process for preparing a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer comprising the reaction of a polymeric formaldehyde compound with an alkylene oxide in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst; wherein the polymeric formaldehyde compound has at least one terminal hydroxyl group; the method comprising the following steps:
(a) Vorlegen eines Suspensionsmittels in einem Reaktor (a) Submission of a suspending agent in a reactor
(g) Copolymerisation der polymeren Formaldehydverbindung mit dem Alkylenoxid , und wobei Schritt (g) bei einer Reaktortemperatur von 72 °C bis 84 °C erfolgt. (g) copolymerizing the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide, and wherein step (g) occurs at a reactor temperature of from 72°C to 84°C.
Die Verwendung des Worts ein im Zusammenhang mit zählbaren Größen ist hierbei und im Folgenden nur dann als Zahlwort zu verstehen, wenn dies aus dem Zusammenhang hervorgeht (bspw. durch die Formulierung „genau ein“). Ansonsten umfassen Ausdrücke wie „ein Alkylenoxid“, „eine polymere Formaldehydverbindung“ etc. immer auch solche Ausführungsformen, in denen zwei oder mehr Alkylenoxide, zwei oder mehr polymere Formaldehydverbindungen etc. eingesetzt werden. The use of the word a in connection with countable quantities is to be understood here and in the following only as a numeral if this is clear from the context (e.g. with the wording “exactly one”). Otherwise, expressions such as “an alkylene oxide”, “a polymeric formaldehyde compound” etc. always also include embodiments in which two or more alkylene oxides, two or more polymeric formaldehyde compounds etc. are used.
Nachfolgend wird die Erfindung im Detail erläutert. Verschiedene Ausführungsformen sind dabei beliebig miteinander kombinierbar, solange sich für den Fachmann aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. The invention is explained in detail below. Various embodiments can be combined with one another as desired, as long as the context does not clearly indicate the opposite to the person skilled in the art.
Polyoxymethylen-Copolymere im Sinne der Erfindung bezeichnen polymere Verbindungen, die Polyoxymethylen-Einheiten sowie Polyoxyalkylen und/oder Polyoxyalkylencarbonat-Einheiten bevorzugt Polyoxyalkylen-Einheiten enthalten. ln einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Polyoxymethylen- Polyoxyalkylen-Copolymers ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 1000 g/mol bis 10000 g/mol, bevorzugt von 1000 g/mol bis 5000 g/mol besonders bevorzugt von 1000 g/mol bis 3000 g/mol auf, wobei das zahlenmittlere Molekulargewicht mittels Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) in Anlehnung an DIN 55672-1: "Gelpermeationschromatographie, Teil 1 - Tetrahydrofuran als Elutionsmittel" bestimmt wurde, wobei Polystyrolproben bekannter Molmasse zur Kalibrierung verwendet wurden. For the purposes of the invention, polyoxymethylene copolymers refer to polymeric compounds which contain polyoxymethylene units and polyoxyalkylene and/or polyoxyalkylene carbonate units, preferably polyoxyalkylene units. In one embodiment of the method according to the invention, the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer has a number-average molecular weight of 1000 g/mol to 10000 g/mol, preferably 1000 g/mol to 5000 g/mol, particularly preferably 1000 g/mol to 3000 g/mol on, the number-average molecular weight being determined by means of gel permeation chromatography (GPC) based on DIN 55672-1: "Gel permeation chromatography, part 1 - tetrahydrofuran as eluent", polystyrene samples of known molecular weight being used for calibration.
Die erhaltenen Polyoxymethylen-Copolymere bieten gegenüber existierenden Polymeren eine Reihe von Vorteilen. So können bestimmte physikalische Eigenschaften wie Glasübergangstemperaturen, Schmelzbereiche, Viskositäten und Löslichkeiten, etc. über die Länge der Polyoxymethylen-Blöcke im Verhältnis zu den oligomeren Polyoxyalkylen-Blöcken gezielt angesteuert werden. The polyoxymethylene copolymers obtained offer a number of advantages over existing polymers. Certain physical properties such as glass transition temperatures, melting ranges, viscosities and solubilities, etc. can be controlled in a targeted manner via the length of the polyoxymethylene blocks in relation to the oligomeric polyoxyalkylene blocks.
Gegenüber Polyoxymethylen-Homopolymeren gleichen Molekulargewichts ist die Teilkristallinität in den erfindungsgemäßen Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymeren typischerweise herabgesetzt, was üblicherweise ebenfalls zu einer Herabsetzung von Glasübergangstemperaturen, Schmelzpunkten und Viskositäten, etc. führt. Die Anwesenheit von zusätzlichen Polyoxyalkylenblöcken führt weiterhin typischerweise zu einer deutlichen Erhöhung der chemischen und thermischen Stabilität. Zudem weisen die erhaltenen Polyoxymethylen- Polyoxyalkylen- Copolymere im Allgemeinen gute Löslichkeiten in diversen Lösungsmitteln auf, sind zumeist leicht und ohne Massenverlust aufschmelzbar oder liegen schon bei niedrigen Temperaturen im flüssigen Zustand vor. Gegenüber Polyoxymethylen-Homopolymeren zeigen die Polyoxymethylen- Polyoxyalkylen-Copolymere somit eine deutlich bessere Verarbeitbarkeit. Compared to polyoxymethylene homopolymers of the same molecular weight, the partial crystallinity in the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers according to the invention is typically reduced, which usually also leads to a reduction in glass transition temperatures, melting points and viscosities, etc. Furthermore, the presence of additional polyoxyalkylene blocks typically results in a significant increase in chemical and thermal stability. In addition, the resulting polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers generally have good solubilities in various solvents, can usually be melted easily and without loss of mass, or are in the liquid state even at low temperatures. Compared to polyoxymethylene homopolymers, the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers thus exhibit significantly better processability.
Gegenüber Polyetherpolyolen gleichen Molekulargewichts ist der Anteil an Polyoxyalkylen- Einheiten, die aus den entsprechenden Alkylenoxiden hergestellt werden, um den Polyoxymethylen- Anteil verringert, was zu einer vorteilhaften Wirtschaftlichkeit des Produktes beiträgt. Diverse physikalische Eigenschaften wie Glasübergangstemperaturen, Schmelzbereiche, Viskositäten, Löslichkeit, etc. können für ein gegebenes Molekulargewicht über den Anteil von Polyoxymethylen im Verhältnis zu den Polyoxyalkylen, sowie über das Molekulargewicht der eingesetzten polymeren Formaldehydverbindung, gezielt angesteuert werden. Compared to polyether polyols of the same molecular weight, the proportion of polyoxyalkylene units produced from the corresponding alkylene oxides is reduced by the proportion of polyoxymethylene, which contributes to the advantageous economics of the product. Various physical properties such as glass transition temperatures, melting ranges, viscosities, solubility, etc. can be specifically controlled for a given molecular weight via the proportion of polyoxymethylene in relation to the polyoxyalkylene and via the molecular weight of the polymeric formaldehyde compound used.
Dies kann in vorteilhaften physikalischen Eigenschaften insbesondere von Folgeprodukte dieser Polymere resultieren und somit neue Anwendungen ermöglichen. This can result in advantageous physical properties, in particular of secondary products of these polymers, and thus enable new applications.
Der Begriff "Alkyl" umfasst allgemein im Zusammenhang der gesamten Erfindung Substituenten aus der Gruppe n- Alkyl wie Ethyl oder Propyl nicht aber Methyl, verzweigtes Alkyl und/oder Cycloalkyl. Der Begriff "Aryl" umfasst allgemein im Zusammenhang der gesamten Erfindung Substituenten aus der Gruppe Carbo- oder Heteroarylsubstituenten wie Phenyl und/oder mehrkemige Carbo- oder Heteroarylsubstituenten, die gegebenenfalls mit weiteren Alkylgruppen und/oder Heteroatomen wie Stickstoff, Sauerstoff, Silizium, Schwefel oder Phosphor substituiert sein können. Die Reste RI, R2, R3 und/oder R4 können innerhalb einer Wiederholungseinheit so miteinander verknüpft sein, dass sie zyklische Strukturen ausbilden, wie beispielsweise einen Cycloalkyl-Rest, der über zwei benachbarte Kohlenstoffatome in die Polymerkette eingebaut ist. In the context of the entire invention, the term “alkyl” generally includes substituents from the group n-alkyl such as ethyl or propyl, but not methyl, branched alkyl and/or cycloalkyl. In the context of the entire invention, the term "aryl" generally includes substituents from the group of carbo- or heteroaryl substituents such as phenyl and/or polynuclear carbo- or heteroaryl substituents, which may be bonded with further alkyl groups and/or heteroatoms such as nitrogen, oxygen, silicon, sulfur or phosphorus can be substituted. The radicals R1, R2, R3 and/or R4 can be linked to one another within a repeating unit in such a way that they form cyclic structures, such as, for example, a cycloalkyl radical which is incorporated into the polymer chain via two adjacent carbon atoms.
Als polymere Formaldehydverbindung für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich grundsätzlich solche oligomeren und polymeren Formen des Formaldehyds, welche wenigstens eine terminale Hydroxylgruppe zur Reaktion mit den Alkylenoxiden und den gegebenenfalls weiteren Comonomeren aufweisen. Unter dem Begriff „terminale Hydroxylgruppe“ wird erfindungsgemäß insbesondere eine terminale Halbacetal-Funktionalität verstanden, welche sich als Strukturmerkmal über die Polymerisation des Formaldehyds ergibt. Beispielsweise können die Starterverbindungen Oligomere und Polymere des Formaldehyds der allgemeinen Formel (11) Suitable polymeric formaldehyde compounds for the process according to the invention are in principle those oligomeric and polymeric forms of formaldehyde which have at least one terminal hydroxyl group for reaction with the alkylene oxides and any other comonomers. According to the invention, the term “terminal hydroxyl group” is understood in particular to mean a terminal hemiacetal functionality which results as a structural feature via the polymerization of the formaldehyde. For example, the starter compounds can be oligomers and polymers of formaldehyde of the general formula (11)
HO-(CH20)n-H (11) sein, wobei n für eine ganze Zahl > 2 steht und wobei polymeres Formaldehyd typischerweise n > 8 Wiederholungseinheiten aufweist. HO-(CH 2 O) n -H (11) where n is an integer > 2 and where polymeric formaldehyde typically has n > 8 repeat units.
Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete polymere Formaldehydverbindungen weisen im Allgemeinen Molmassen von 62 bis 30000 g/mol, bevorzugt von 62 bis 12000 g/mol, besonders bevorzugt von 242 bis 6000 g/mol und ganz besonders bevorzugt von 242 bis 3000 g/mol auf und umfassen von 2 bis 1000, bevorzugt von 2 bis 400, besonders bevorzugt von 8 bis 200 und ganz besonders bevorzugt von 8 bis 100 Oxymethylen-Wiederholungseinheiten n. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Verbindungen haben typischerweise eine Funktionalität (F) von 1 bis 3, in bestimmten Fällen können diese aber auch höherfunktionell sein, also eine Funktionalität > 3 besitzen. Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren offenkettige polymere Formaldehydverbindungen mit terminalen Hydroxylgruppen eingesetzt, welche eine Funktionalität von 1 bis 10, bevorzugt von 1 bis 5, besonders bevorzugt von 2 bis 3 haben. Ganz besonders bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren lineare polymere Formaldehydverbindungen eingesetzt, welche eine Funktionalität von 2 aufweisen. Die Funktionalität F entspricht der Anzahl an OH-Endgruppen pro Molekül. Polymeric formaldehyde compounds suitable for the process according to the invention generally have molar masses of 62 to 30000 g/mol, preferably 62 to 12000 g/mol, particularly preferably 242 to 6000 g/mol and very particularly preferably 242 to 3000 g/mol and comprise from 2 to 1000, preferably from 2 to 400, particularly preferably from 8 to 200 and very particularly preferably from 8 to 100 oxymethylene repeating units n. The compounds used in the process according to the invention typically have a functionality (F) of 1 to 3 in In certain cases, however, these can also be higher-functional, i.e. have a functionality > 3. Preference is given to using open-chain polymeric formaldehyde compounds with terminal hydroxyl groups in the process according to the invention Functionality from 1 to 10, preferably from 1 to 5, more preferably from 2 to 3 have. Linear polymeric formaldehyde compounds which have a functionality of 2 are very particularly preferably used in the process according to the invention. The functionality F corresponds to the number of OH end groups per molecule.
Die Herstellung der polymeren Formaldehydverbindungen, welche für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, kann nach bekannten Verfahren erfolgen (vgl. z.B. M. Haubs et. al., 2012, Polyoxymethylenes, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry; G. Reus et. al., 2012, Formaldehyde, ibid.). Die Formaldehydverbindungen können im erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich auch in Form eines Copolymers eingesetzt werden. Weitere geeignete Formaldehyd- Copolymere für das erfindungsgemäße Verfahren sind Copolymere des Formaldehyds sowie des Trioxans mit cyclischen und/oder linearen Formalen, wie beispielsweise Butandiolformal. Es ist ebenfalls denkbar, dass als Comonomere höhere homologe Aldehyde, wie beispielweise Acetaldehyd, Propionaldehyd, etc., in das Formaldehyd-Polymer eingebaut sind. Ebenfalls ist es denkbar, dass erfindungsgemäße Formaldehydverbindungen wiederum ausgehend von H funktionellen Starterverbindungen hergestellt werden, insbesondere lassen sich hierbei durch den Einsatz von mehrwertigen Verbindungen polymere Formaldehydverbindungen mit einer Hydroxy- Endgruppen-Funktionalität F > 2 erhalten (vgl. z.B. WO 1981001712 Al, Bull. Chem. Soc. J., 1994, 67, 2560-2566, US 3436375, JP 03263454, JP 2928823). The polymeric formaldehyde compounds used for the process according to the invention can be prepared by known processes (cf. e.g. M. Haubs et al., 2012, Polyoxymethylenees, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry; G. Reus et al., 2012 , formaldehydes, ibid.). In principle, the formaldehyde compounds can also be used in the form of a copolymer in the process according to the invention. Further suitable formaldehyde copolymers for the process according to the invention are copolymers of formaldehyde and of trioxane with cyclic and/or linear formals, such as butanediol formal. It is also conceivable that higher homologous aldehydes, such as acetaldehyde, propionaldehyde, etc., are incorporated into the formaldehyde polymer as comonomers. It is also conceivable that formaldehyde compounds according to the invention are in turn produced starting from H-functional starter compounds; in particular, polymeric formaldehyde compounds with a hydroxyl end group functionality F>2 can be obtained here by using polyvalent compounds (cf. e.g. WO 1981001712 A1, Bull. Chem. Soc. J., 1994, 67, 2560-2566, US 3436375, JP 03263454, JP 2928823).
Bekanntlich polymerisiert Formaldehyd bereits durch die Gegenwart geringer Wasserspuren ln wässriger Lösung bildet sich daher in Abhängigkeit von Konzentration und Temperatur der Lösung ein Gemisch von Oligomeren und Polymeren unterschiedlicher Kettenlängen, welche mit molekularem Formaldehyd und Formaldehyd-Hydrat im Gleichgewicht stehen. Sogenanntes Paraformaldehyd fällt hierbei als ein weißer, schlecht-löslicher Feststoff, aus der Lösung aus und stellt in der Regel ein Gemisch linearer Formaldehyd-Polymere mit n = 8 bis 100 Oxymethylen- Wiederholungseinheiten dar. As is known, formaldehyde polymerizes even through the presence of small traces of water. In aqueous solution, a mixture of oligomers and polymers of different chain lengths is formed depending on the concentration and temperature of the solution, which are in equilibrium with molecular formaldehyde and formaldehyde hydrate. So-called paraformaldehyde precipitates out of the solution as a white, poorly soluble solid and is usually a mixture of linear formaldehyde polymers with n=8 to 100 repeating oxymethylene units.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass polymeres Formaldehyd bzw. sogenanntes Paraformaldehyd, welches kommerziell und kostengünstig erhältlich ist, direkt als Reaktand eingesetzt werden kann, ohne dass hierbei zusätzliche vorbereitende Schritte nötig sind ln einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird daher Paraformaldehyd als Reaktand eingesetzt. An advantage of the process according to the invention is in particular that polymeric formaldehyde or so-called paraformaldehyde, which is commercially and inexpensively available, can be used directly as a reactant without the need for additional preparatory steps. In an advantageous embodiment of the invention, paraformaldehyde is therefore used as the reactant deployed.
Vorzugsweise werden hierbei lineare Formaldehydverbindungen der allgemeinen Formel (11) HO- (CH20)n-H, wobei n für eine ganze Zahl > 2 steht, bevorzugt mit n = 2 bis 1000, besonders bevorzugt mit n = 2 bis 400 und ganz besonders bevorzugt mit n = 8 bis 100, mit zwei terminalen Hydroxylgruppen eingesetzt. Insbesondere können als Starterverbindung auch Gemische von polymeren Formaldehyd- Verbindungen der Formel HO-(CH20)n-H mit jeweils unterschiedlichen Werten für n eingesetzt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform enthalten die eingesetzten Gemische von polymeren Formaldehydverbindungen der Formel (II) HO-(CH20)n-H wenigstens 1 Gew-%, bevorzugt wenigstens 5 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 10 Gew.-% an polymeren Formaldehyd- Verbindungen mit n > 20. Preference is given here to linear formaldehyde compounds of the general formula (11) HO—(CH 2 O)nH, where n is an integer >2, preferably where n=2 to 1000, particularly preferably where n=2 to 400 and very particularly preferred with n = 8 to 100, used with two terminal hydroxyl groups. In particular, mixtures of polymeric formaldehyde compounds of the formula HO-(CH 2 0)nH, each with different values for n can be used. In an advantageous embodiment, the mixtures of polymeric formaldehyde compounds of the formula (II) used contain HO-(CH 2 0)nH at least 1% by weight, preferably at least 5% by weight and particularly preferably at least 10% by weight of polymeric formaldehyde Compounds with n > 20.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die polymere Formaldehydverbindung 2 Hydroxylgruppen und 8 bis 100 Oxymethylen-Wiederholungseinheiten (n) oder 3 Hydroxylgruppen und 8 bis 100 Oxymethylen-Wiederholungseinheiten (n) auf. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the polymeric formaldehyde compound has 2 hydroxyl groups and 8 to 100 oxymethylene repeating units (s) or 3 hydroxyl groups and 8 to 100 oxymethylene repeating units (n).
Als Epoxid Alkylenoxid (Epoxid) werden für die Herstellung der Polyoxymethylen-Copolymere Verbindungen der allgemeinen Formel (IV):
Figure imgf000007_0001
eingesetzt, wobei R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen gegebenenfalls zusätzliche Heteroatome wie Stickstoff, Sauerstoff, Silizium, Schwefel oder Phosphor enthaltenden Alkyl- oder Arylrest stehen und ggf. so miteinander verknüpft sein können, dass sie zyklische Strukturen ausbilden, wie beispielsweise ein Cycloalkylenoxid.
Compounds of the general formula (IV) used as the epoxide alkylene oxide (epoxide) for the preparation of the polyoxymethylene copolymers:
Figure imgf000007_0001
used, where R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are independently hydrogen or an optionally additional heteroatoms such as nitrogen, oxygen, silicon, sulfur or phosphorus-containing alkyl or aryl radical and can optionally be linked together so that they form cyclic structures, such as a cycloalkylene oxide.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können grundsätzlich solche Alkylenoxide eingesetzt werden, welche sich für die Polymerisation in Gegenwart eines DMC-Katalysators eignen. Werden verschiedene Alkylenoxide verwendet, so können diese entweder als Mischung oder nacheinander zudosiert werden. Bei letzterer Dosierweise können die Polyetherketten des hierüber erhaltenen Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymers ihrerseits ebenfalls eine Copolymerstruktur aufweisen. In the process according to the invention it is possible in principle to use those alkylene oxides which are suitable for the polymerization in the presence of a DMC catalyst. If different alkylene oxides are used, they can be metered in either as a mixture or one after the other. In the case of the latter method of dosing, the polyether chains of the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained in this way can in turn also have a copolymer structure.
Allgemein können für das erfindungsgemäße Verfahren Alkylenoxide (Epoxide) mit 2-24 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Bei den Alkylenoxiden mit 2-24 Kohlenstoffatomen handelt es sich beispielsweise um eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenoxid, Propylenoxid, 1-Butenoxid, 2,3-Butenoxid, 2-Methyl-l,2-propenoxid (Isobutenoxid), 1 -Pentenoxid, 2,3-Pentenoxid, 2-Methyl-l,2-butenoxid, 3 -Methyl- 1 ,2-butenoxid, 1- Hexenoxid, 2,3-Hexenoxid, 3,4-Hexenoxid, 2-Methyl-l,2-pentenoxid, 4-Methyl-l,2-pentenoxid, 2- Ethyl-l,2-butenoxid, 1 -Heptenoxid, 1 -Octenoxid, 1 -Nonenoxid, 1-Decenoxid, 1 -Undecenoxid, 1- Dodecenoxid, 4-Methyl-l,2-pentenoxid, Butadienmonoxid, Isoprenmonoxid, Cyclopentenoxid, Cyclohexenoxid, Cycloheptenoxid, Cyclooctenoxid, Styroloxid, Methylstyroloxid, Pinenoxid, ein- oder mehrfach epoxidierte Fette als Mono-, Di- und Triglyceride, epoxidierte Fettsäuren, C1-C24- Ester von epoxidierten Fettsäuren, Epichlorhydrin, Glycidol, und Derivate des Glycidols wie beispielsweise Methylglycidylether, Ethylglycidylether, 2-Ethylhexylglycidylether, Allylglycidylether, Glycidylmethacrylat sowie epoxidfunktionelle Alkyoxysilane wie beispielsweise 3 -Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, 3 -Glycidyioxypropyltriethoxysilan, 3 -In general, alkylene oxides (epoxides) having 2-24 carbon atoms can be used for the process according to the invention. The alkylene oxides having 2-24 carbon atoms are, for example, one or more compounds selected from the group consisting of ethylene oxide, propylene oxide, 1-butene oxide, 2,3-butene oxide, 2-methyl-1,2-propene oxide (isobutene oxide), 1-pentene oxide, 2,3-pentene oxide, 2-methyl-1,2-butene oxide, 3-methyl-1,2-butene oxide, 1-hexene oxide, 2,3-hexene oxide, 3,4-hexene oxide, 2-methyl- 1,2-pentene oxide, 4-methyl-1,2-pentene oxide, 2-ethyl-1,2-butene oxide, 1-heptene oxide, 1-octene oxide, 1-nonene oxide, 1-decene oxide, 1-undecene oxide, 1-dodecene oxide, 4-Methyl-1,2-pentene oxide, butadiene monoxide, isoprene monoxide, cyclopentene oxide, cyclohexene oxide, cycloheptene oxide, cyclooctene oxide, styrene oxide, methyl styrene oxide, pinene oxide, mono- or polyepoxidized fats as mono-, di- and triglycerides, epoxidized fatty acids, C1-C24 Esters of epoxidized fatty acids, epichlorohydrin, glycidol, and derivatives of glycidol such as for example methyl glycidyl ether, ethyl glycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, glycidyl methacrylate and epoxy-functional alkoxysilanes such as 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane, 3-
Glycidyloxypropyltripropoxysilan, 3 -Glycidyloxypropyl-methyl-dimethoxysilan, 3 -Glycidyloxy- propyl-ethyldiethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltrlisopropoxysilan. Vorzugsweise ist das Epoxid der allgemeinen Formel (1) ein terminales Epoxid, wobei RI, R2 und R3 für Wasserstoff stehen, und R4 Wasserstoff, ein gegebenenfalls zusätzliche Heteroatome wie Stickstoff, Sauerstoff, Silizium, Schwefel oder Phosphor enthaltender Alkyl- oder Arylrest sein kann und sich in verschiedenen Wiederholungseinheiten unterscheiden kann. ln einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Alkylenoxid eine oder mehrere Verbindung(en) und ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Ethylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid und Cyclohexenoxid bevorzugt Ethylenoxid und Propylenoxid und besonders bevorzugt Propylenoxid. ln einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Suspensionsmittel verwendet, wobei bevorzugt das eingesetzte Suspensionsmittel keine H-funktionellen Gruppen enthält. Als Suspensionsmittel ohne H-funktionelle Gruppen sind alle polar-aprotischen, schwach polar-aprotischen und unpolar-aprotischen Lösungsmittel geeignet, die jeweils keine H- funktionellen Gruppen enthalten. Als Suspensionsmittel kann auch eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Suspensionsmittel eingesetzt werden. ln einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Suspensionsmittel, dass keine H-funktionellen Gruppen enthält eine oder mehrere Verbindung(en) ist und ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus 4-Methyl-2-oxo-l,3-dioxolan, l,3-Dioxolan-2-on, Aceton, Methylethylketon, Acetonitril, Nitromethan, Dimethylsulfoxid, Sulfolan, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N- Methylpyrrolidon, Dioxan, Diethylether, Methyl-tert-Butylether, Tetrahydrofuran, Essigsäureethylester, Essigsäurebutylester, Pentan, n-Hexan, Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Chloroform, Chlorbenzol, Dichlorbenzol und Tetrachlorkohlenstoff. glycidyloxypropyltripropoxysilane, 3-glycidyloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidyloxypropylethyldiethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltriisopropoxysilane. The epoxide of the general formula (1) is preferably a terminal epoxide, where R1, R2 and R3 are hydrogen, and R4 can be hydrogen, an alkyl or aryl radical optionally containing additional heteroatoms such as nitrogen, oxygen, silicon, sulfur or phosphorus and can differ in different repeat units. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the alkylene oxide is one or more compound(s) and is selected from the group consisting of ethylene oxide, propylene oxide, styrene oxide and cyclohexene oxide, preferably ethylene oxide and propylene oxide and particularly preferably propylene oxide. In one embodiment of the process according to the invention, a suspension medium is used, the suspension medium used preferably containing no H-functional groups. All polar-aprotic, weakly polar-aprotic and non-polar-aprotic solvents which do not contain any H-functional groups are suitable as suspension media without H-functional groups. A mixture of two or more of these suspending agents can also be used as the suspending agent. In one embodiment of the method according to the invention, the suspending agent that does not contain any H-functional groups is one or more compound(s) and is selected from the group consisting of 4-methyl-2-oxo-1,3-dioxolane, 1,3 -Dioxolan-2-one, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, nitromethane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dioxane, diethyl ether, methyl tert-butyl ether, tetrahydrofuran, ethyl acetate, butyl acetate, pentane, n-hexane, benzene , toluene, xylene, ethylbenzene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene and carbon tetrachloride.
Bevorzugt als Suspensionsmittel, dass keine H-funktionellen Gruppen enthält, werden 4-Methyl-2- oxo-1, 3-dioxolan, l,3-Dioxolan-2-on, Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Chlorbenzol und Dichlorbenzol sowie Mischungen zweier oder mehrerer dieser Suspensionsmittel eingesetzt, besonders bevorzugt ist 4-Methyl-2-oxo-l, 3-dioxolan und 1,3 Dioxolan-2-on und Toluol oder eine Mischung aus 4- Methyl-2-oxo-l, 3-dioxolan und 1,3 Dioxolan-2-on und/oder Toluol. Es ist ebenfalls auch möglich als Suspensionsmittel eine weitere Starterverbindung, welche unter den Reaktionsbedingungen in flüssiger Form vorliegt, im Gemisch mit der polymeren Formaldehyd- Starterverbindung einzusetzen. ln einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt (a) ein Suspensionsmittel, das H-funktionelle Gruppen enthält, gemeinsam mit DMC-Katalysator im Reaktor vorgelegt ln einer bevorzugten Ausführungsform ist das Suspensionsmittel, das H- funktionelle Gruppen enthält enthaltend den DMC-Katalysator, ein Polyoxymethylen- Polyoxyalkylen-Copolymer erhältlich aus einer zeitlich vorangegangenen Herstellungsverfahren enthaltend einen aktivierten DMC-Katalysator. Hierdurch werden mögliche Abtrennungsschritte im Vergleich zum Einsatz eines Suspensionsmittels das keine H-funktionelle Gruppen aufweist eingespart, wodurch ein einfacheres und effizienteres Verfahren resultiert. 4-Methyl-2-oxo-1,3-dioxolane, 1,3-dioxolan-2-one, toluene, xylene, ethylbenzene, chlorobenzene and dichlorobenzene and mixtures of two or several of these suspending agents used, particularly preferably 4-methyl-2-oxo-l, 3-dioxolane and 1,3-dioxolan-2-one and toluene or a mixture of 4-methyl-2-oxo-l, 3-dioxolane and 1,3 dioxolan-2-one and/or toluene. It is likewise also possible to use a further starter compound, which is in liquid form under the reaction conditions, as a suspension medium in a mixture with the polymeric formaldehyde starter compound. In an alternative embodiment of the process according to the invention, in step (a) a suspension medium containing H-functional groups is initially charged together with DMC catalyst in the reactor. In a preferred embodiment, the suspension medium containing H-functional groups contains the DMC catalyst , a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtainable from a preceding production process containing an activated DMC catalyst. In this way, possible separation steps are saved compared to the use of a suspending agent that does not have any H-functional groups, resulting in a simpler and more efficient process.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise einsetzbaren DMC-Katalysatoren enthaltenen Doppelmetallcyanid- Verbindungen sind die Reaktionsprodukte wasserlöslicher Metallsalze und wasserlöslicher Metallcyanidsalze. The double metal cyanide compounds present in the process according to the invention which can preferably be used in the process according to the invention are the reaction products of water-soluble metal salts and water-soluble metal cyanide salts.
Doppelmetallcyanid (DMC)-Katalysatoren zur Verwendung in der Homopolymerisation von Alkylenoxiden sind im Prinzip aus dem Stand der Technik bekannt (siehe z.B. US-A 3 404 109, US- A 3 829 505, US-A 3 941 849 und US-A 5 158 922). DMC-Katalysatoren, die z.B. in US-A 5 470 813, EP-A 700 949, EP-A 743 093, EP-A 761 708, WO 97/40086, WO 98/16310 und WO 00/47649 beschrieben sind, besitzen eine sehr hohe Aktivität und ermöglichen die Herstellung von Polyethercarbonaten bei sehr geringen Katalysatorkonzentrationen. Ein typisches Beispiel sind die in EP-A 700 949 beschriebenen hochaktiven DMC-Katalysatoren, die neben einer Doppelmetall cyanid-Verbindung (z.B. Zinkhexacyanocobaltat(lll)) und einem organischen Komplexliganden (z.B. tert- Butanol) noch einen Polyether mit einem zahlenmittlerem Molekulargewicht größer als 500 g/mol enthalten. Double metal cyanide (DMC) catalysts for use in the homopolymerization of alkylene oxides are known in principle from the prior art (see e.g. US-A 3,404,109, US-A 3,829,505, US-A 3,941,849 and US-A 5 158 922). DMC catalysts described, for example, in US-A-5,470,813, EP-A-700,949, EP-A-743,093, EP-A-761,708, WO 97/40086, WO 98/16310 and WO 00/47649 a very high activity and enable the production of polyether carbonates at very low catalyst concentrations. A typical example are the highly active DMC catalysts described in EP-A 700 949, which, in addition to a double metal cyanide compound (e.g. zinc hexacyanocobaltate(III)) and an organic complex ligand (e.g. tert-butanol), also contain a polyether with a number-average molecular weight greater than Contain 500 g/mol.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren DMC-Katalysatoren werden vorzugsweise erhalten, indem man (1.) im ersten Schritt eine wässrige Lösung eines Metallsalzes mit der wässrigen Lösung eines Metallcyanidsalzes in Gegenwart eines oder mehrerer organischen Komplexliganden, z.B. eines Ethers oder Alkohols, umsetzt, The DMC catalysts that can be used according to the invention are preferably obtained by (1.) in the first step reacting an aqueous solution of a metal salt with the aqueous solution of a metal cyanide salt in the presence of one or more organic complex ligands, e.g. an ether or alcohol,
(2.) wobei im zweiten Schritt der Feststoff aus der aus (a) erhaltenen Suspension durch be kannte Techniken (wie Zentrifugation oder Filtration) abgetrennt wird, (2.) where, in the second step, the solid is separated from the suspension obtained from (a) by known techniques (such as centrifugation or filtration),
(3.) wobei gegebenenfalls in einem dritten Schritt der isolierte Feststoff mit einer wässrigen Lösung eines organischen Komplexliganden gewaschen wird (z.B. durch Resuspendieren und anschließende erneute Isolierung durch Filtration oder Zentrifugation), (3.) Where appropriate, in a third step, the isolated solid is washed with an aqueous solution of an organic complex ligand (e.g. by resuspension and subsequent renewed isolation by filtration or centrifugation),
(4.) wobei anschließend der erhaltene Feststoff, gegebenenfalls nach Pulverisierung, bei Reaktortemperaturen von im allgemeinen 20 - 120°C und bei Drücken von im Allgemeinen 0,1 mbar bis Normaldruck (1013 mbar) getrocknet wird, und wobei im ersten Schritt oder unmittelbar nach der Ausfällung der Doppelmetallcyanidverbindung (zweiter Schritt) ein oder mehrere organische Komplexliganden, vorzugsweise im Überschuss (bezogen auf die Doppelmetallcyanidverbindung) und gegebenenfalls weitere komplexbildende Komponenten zugesetzt werden. (4.) the resulting solid then being dried, optionally after pulverization, at reactor temperatures of generally 20-120° C. and at pressures of generally 0.1 mbar to normal pressure (1013 mbar), and in the first step or directly after the precipitation of the double metal cyanide compound (second step) one or more organic complex ligands, preferably in excess (based on the double metal cyanide compound) and optionally further complex-forming components are added.
Die in den erfindungsgemäß einsetzbaren DMC-Katalysatoren enthaltenen Doppelmetallcyanid- Ver bindungen sind die Reaktionsprodukte wasserlöslicher Metallsalze und wasserlöslicher Metallcyanidsalze. The double metal cyanide compounds present in the DMC catalysts which can be used according to the invention are the reaction products of water-soluble metal salts and water-soluble metal cyanide salts.
Beispielsweise wird eine wässrige Zinkchlorid-Lösung (bevorzugt im Überschuss bezogen auf das Metallcyanidsalz) und Kaliumhexacyanocobaltat gemischt und anschließend Dimethoxyethan (Glyme) oder tert- utanol (vorzugsweise im Überschuss, bezogen auf Zinkhexacyanocobaltat) zur gebildeten Suspension gegeben. For example, an aqueous zinc chloride solution (preferably in excess, based on the metal cyanide salt) and potassium hexacyanocobaltate are mixed and then dimethoxyethane (glyme) or tert-utanol (preferably in excess, based on zinc hexacyanocobaltate) is added to the suspension formed.
Zur Herstellung der Doppelmetallcyanid- Verbindungen geeignete Metallsalze weisen bevorzugt eine Zusammensetzung nach der allgemeinen Formel (V) auf, Metal salts suitable for preparing the double metal cyanide compounds preferably have a composition according to the general formula (V),
M(X)n (V), wobei M(X) n (V), where
M ausgewählt ist aus den Metallkationen Zn2+, Fe2+, Ni2+, Mn2+, Co2+, Sr2+, Sn2+, Pb2+ und, Cu2+, bevorzugt ist M Zn2+, Fe2+, Co2+ oder Ni2+, M is selected from the metal cations Zn 2+ , Fe 2+ , Ni 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Sr 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ and Cu 2+ , M is preferably Zn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ or Ni 2+ ,
X sind ein oder mehrere (d.h. verschiedene) Anionen, vorzugsweise ein Anion ausgewählt aus der Gruppe der Halogenide (d.h. Fluorid, Chlorid, Bromid, lodid), Hydroxid, Sulfat, Carbonat, Cyanat, Thiocyanat, Isocyanat, Isothiocyanat, Carboxylat, Oxalat und Nitrat; n ist 1 , wenn X = Sulfat, Carbonat oder Oxalat und n ist 2, wenn X = Halogenid, Hydroxid, Carboxylat, Cyanat, Thiocyanat, Isocyanat, Isothiocyanat oder Nitrat, oder geeignete Metallsalze weisen bevorzugt eine Zusammensetzung nach der allgemeinen Formel (VI) auf, X is one or more (i.e. different) anions, preferably an anion selected from the group consisting of halides (i.e. fluoride, chloride, bromide, iodide), hydroxide, sulfate, carbonate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate, carboxylate, oxalate and nitrate ; n is 1 when X=sulfate, carbonate or oxalate and n is 2 when X=halide, hydroxide, carboxylate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate or nitrate, or suitable metal salts preferably have a composition according to the general formula (VI) on,
Mr(X)3 (VI), wobei M r (X)3 (VI), where
M ausgewählt ist aus den Metallkationen Fe3+, Al3+, Co3+ und Cr3 , M is selected from the metal cations Fe 3+ , Al 3+ , Co 3+ and Cr 3 ,
X umfasst ein oder mehrere (d.h. verschiedene) Anionen, vorzugsweise ein Anion ausgewählt aus der Gruppe der Halogenide (d.h. Fluorid, Chlorid, Bromid, lodid), Hydroxid, Sulfat, Carbonat, Cyanat, Thiocyanate Isocyanat, Isothiocyanat, Carboxylat, Oxalat und Nitrat; r ist 2, wenn X = Sulfat, Carbonat oder Oxalat und r ist 1 , wenn X = Halogenid, Hydroxid, Carboxylat, Cyanat, Thiocyanat, Isocyanat, Isothiocyanat oder Nitrat, oder geeignete Metallsalze weisen bevorzugt eine Zusammensetzung nach der allgemeinen Formel (VII) auf, X comprises one or more (ie different) anions, preferably an anion selected from the group consisting of halides (ie fluoride, chloride, bromide, iodide), hydroxide, sulfate, carbonate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate, carboxylate, oxalate and nitrate; r is 2 when X = sulfate, carbonate or oxalate and r is 1 when X = halide, hydroxide, carboxylate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate or nitrate, or suitable metal salts preferably have a composition according to the general formula (VII) on,
M(X)S (VII), wobei M(X) S (VII), where
M ausgewählt ist aus den Metallkationen Mo4+, V4+ und W4+, M is selected from the metal cations Mo 4+ , V 4+ and W 4+ ,
X umfasst ein oder mehrere (d.h. verschiedene) Anionen, vorzugsweise ein Anion ausgewählt aus der Gruppe der Halogenide (d.h. Fluorid, Chlorid, Bromid, lodid), Hydroxid, Sulfat, Carbonat, Cyanat, Thiocyanat, Isocyanat, Isothiocyanat, Carboxylat, Oxalat und Nitrat; s ist 2, wenn X = Sulfat, Carbonat oder Oxalat und s ist 4, wenn X = Halogenid, Hydroxid, Carboxylat, Cyanat, Thiocyanat, Isocyanat, Isothiocyanat oder Nitrat, oder geeignete Metallsalze weisen bevorzugt eine Zusammensetzung nach der allgemeinen Formel (VIII) auf, X comprises one or more (i.e. different) anions, preferably an anion selected from the group consisting of halides (i.e. fluoride, chloride, bromide, iodide), hydroxide, sulfate, carbonate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate, carboxylate, oxalate and nitrate ; s is 2 when X = sulfate, carbonate or oxalate and s is 4 when X = halide, hydroxide, carboxylate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate or nitrate, or suitable metal salts preferably have a composition according to the general formula (VIII) on,
M(X)t (VIII), wobei M(X) t (VIII), where
M ausgewählt ist aus den Metallkationen Mo6+ und W6+, M is selected from the metal cations Mo 6+ and W 6+ ,
X umfasst ein oder mehrere (d.h. verschiedene) Anionen, vorzugsweise Anionen ausgewählt aus der Gruppe der Halogenide (d.h. Fluorid, Chlorid, Bromid, lodid), Hydroxid, Sulfat, Carbonat, Cyanat, Thiocyanat, Isocyanat, Isothiocyanat, Carboxylat, Oxalat und Nitrat; t ist 3, wenn X = Sulfat, Carbonat oder Oxalat und t ist 6, wenn X = Halogenid, Hydroxid, Carboxylat, Cyanat, Thiocyanat, Isocyanat, Isothiocyanat oder Nitrat. X comprises one or more (i.e. different) anions, preferably anions selected from the group consisting of halides (i.e. fluoride, chloride, bromide, iodide), hydroxide, sulfate, carbonate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate, carboxylate, oxalate and nitrate; t is 3 when X = sulfate, carbonate or oxalate and t is 6 when X = halide, hydroxide, carboxylate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate or nitrate.
Beispiele geeigneter Metallsalze sind Zinkchlorid, Zinkbromid, Zinkjodid, Zinkacetat, Zink- acetylacetonat, Zinkbenzoat, Zinknitrat, Eisen(II)sulfat, Eisen(II)bromid, Eisen(II)chlorid, Eisen(III)chlorid, Cobalt(II)chlorid, Cobalt(II)thiocyanat, Nickel(II)chlorid und Nickel(II)nitrat. Es können auch Mischungen verschiedener Metallsalze eingesetzt werden. Examples of suitable metal salts are zinc chloride, zinc bromide, zinc iodide, zinc acetate, zinc acetylacetonate, zinc benzoate, zinc nitrate, iron(II) sulfate, iron(II) bromide, iron(II) chloride, iron(III) chloride, cobalt(II) chloride, cobalt(II) thiocyanate, nickel(II) chloride and nickel(II) nitrate. Mixtures of different metal salts can also be used.
Zur Herstellung der Doppelmetallcyanid- Verbindungen geeignete Metallcyanidsalze weisen bevorzugt eine Zusammensetzung nach der allgemeinen Formel (IX) auf Metal cyanide salts suitable for preparing the double metal cyanide compounds preferably have a composition according to the general formula (IX).
(Y)a M'(CN)b (A)c (ix), wobei (Y)a M'(CN) b (A) c (ix), where
M' ausgewählt ist aus einem oder mehreren Metallkationen der Gruppe bestehend aus Fe(II), Fe(III), Co(II), Co(III), Cr(II), Cr(III), Mn(II), Mn(III), Ir(III), Ni(II), Rh(III), Ru(II), V(IV) und V(V), bevorzugt ist M' ein oder mehrere Metallkationen der Gruppe bestehend aus Co(ll), Co(lll), Fe(ll), Fe(lll), Cr(lll), Ir(lll) und Ni(ll),M' is selected from one or more metal cations from the group consisting of Fe(II), Fe(III), Co(II), Co(III), Cr(II), Cr(III), Mn(II), Mn( III), Ir(III), Ni(II), Rh(III), Ru(II), V(IV) and V(V), M' is preferably one or more metal cations from the group consisting of Co(II), Co(III), Fe(II), Fe(III), Cr(III), Ir(III) and Ni(II),
Y ausgewählt ist aus einem oder mehreren Metallkationen der Gruppe bestehend aus Alkalimetall (d.h. Li+, Na+, K+, Rb+)und Erdalkalimetall (d.h. Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+),Y is selected from one or more metal cations from the group consisting of alkali metal (ie Li + , Na + , K + , Rb + ) and alkaline earth metal (ie Be 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ ),
A ausgewählt ist aus einem oder mehreren Anionen der Gruppe bestehend aus Halogenide (d.h. Fluorid, Chlorid, Bromid, lodid), Hydroxid, Sulfat, Carbonat, Cyanat, Thiocyanat, Isocyanat, Iso- thiocyanat, Carboxylat, Azid, Oxalat oder Nitrat und a, b und c sind ganzzahlige Zahlen, wobei die Werte für a, b und c so gewählt sind, dass die Elektro- neutralität des Metallcyanidsalzes gegeben ist; a ist vorzugsweise 1, 2, 3 oder 4; b ist vorzugsweise 4, 5 oder 6; c besitzt bevorzugt den Wert 0. A is selected from one or more anions from the group consisting of halides (ie fluoride, chloride, bromide, iodide), hydroxide, sulfate, carbonate, cyanate, thiocyanate, isocyanate, isothiocyanate, carboxylate, azide, oxalate or nitrate and a, b and c are integers, the values for a, b and c being chosen such that the metal cyanide salt is electroneutral; a is preferably 1, 2, 3 or 4; b is preferably 4, 5 or 6; c preferably has the value 0.
Beispiele geeigneter Metallcyanidsalze sind Natriumhexacyanocobaltat(lll), Kaliumhexacyano- cobaltat(lll), Kaliumhexacyanoferrat(ll), Kaliumhexacyanoferrat(lll), Calcium- hexacyanocobaltat(lll) und Lithiumhexacyanocobaltat(lll). Examples of suitable metal cyanide salts are sodium hexacyanocobaltate(III), potassium hexacyanocobaltate(III), potassium hexacyanoferrate(II), potassium hexacyanoferrate(III), calcium hexacyanocobaltate(III) and lithium hexacyanocobaltate(III).
Bevorzugte Doppelmetallcyanid- Verbindungen, die in den erfindungsgemäß einsetzbaren DMC- Katalysatoren enthalten sind, sind Verbindungen mit Zusammensetzungen nach der allgemeinen Formel (IX) Preferred double metal cyanide compounds which are contained in the DMC catalysts which can be used according to the invention are compounds having compositions according to the general formula (IX)
Mx[M’x,(CN)y]z (IX), worin M wie in den Formeln (V) bis (Vlll) und M’ wie in Formel (IX) definiert ist, und x, x’, y und z ganzzahlig sind und so gewählt, dass die Elektronenneutralität der Doppel metallcyanidverbindung gegeben ist. M x [M' x ,(CN) y ] z (IX) wherein M is as defined in formulas (V) to (VIII) and M' is as defined in formula (IX), and x, x', y and z are integers and chosen so that the electron neutrality of the double metal cyanide compound is given.
Vorzugsweise ist x = 3, x’ = 1, y = 6 und z = 2, Preferably x = 3, x' = 1, y = 6 and z = 2,
M = Zn(ll), Fe(II), Co(II) oder Ni(II) und M’ = Co(lll), Fe(lll), Cr(lll) oder Ir(lll). M = Zn(II), Fe(II), Co(II) or Ni(II) and M' = Co(III), Fe(III), Cr(III) or Ir(III).
Beispiele geeigneter Doppelmetallcyanidverbindungen a) sind Zinkhexacyanocobaltat(lll), Zink- hexacyanoiridat(lll), Zinkhexacyanoferrat(lll) und Kobalt(ll)hexacyanokobaltat(lll). Weitere Beispiele geeigneter Doppelmetallcyanid- Verbindungen sind z.B. US 5 158 922 (Spalte 8, Zeilen 29 - 66) zu entnehmen. Besonders bevorzugt kann Zinkhexacyanokobaltat(lll) verwendet werden.Examples of suitable double metal cyanide compounds a) are zinc hexacyanocobaltate(III), zinc hexacyanoiridate(III), zinc hexacyanoferrate(III) and cobalt(II) hexacyanocobaltate(III). Further examples of suitable double metal cyanide compounds can be found, for example, in US 5,158,922 (column 8, lines 29-66). Zinc hexacyanocobaltate(III) can be used with particular preference.
Die bei der Herstellung der DMC-Katalysatoren zusetzbaren organischen Komplexliganden sind beispielsweise in US-A 5 158 922 (siehe insbesondere Spalte 6, Zeilen 9 bis 65), US 3 404 109, US 3 829 505, US 3 941 849, EP-A 700 949, EP-A 761 708, JP 4 145 123, US 5 470 813, EP- A 743 093 und WO-A 97/40086) offenbart. Beispielsweise werden als organische Komplexliganden wasserlösliche, organische Verbindungen mit Heteroatomen, wie Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor oder Schwefel, die mit der Doppelmetallcyanid- Verbindung Komplexe bilden können, eingesetzt. Bevorzugte organische Komplexliganden sind Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ether, Ester, Amide, Harnstoffe, Nitrile, Sulfide und deren Mischungen. Besonders bevorzugte organische Komplexligan den sind aliphatische Ether (wie Dimethoxyethan), wasserlösliche aliphatische Alkohole (wie Ethanol, Isopropanol, n-Butanol, iso-Butanol, sek. -Butanol, tert-Butanol, 2-Methyl-3-buten-2-olund 2-Methyl-3-butin-2-ol), Verbindungen, die sowohl aliphatische oder cycloaliphatische Ethergruppen wie auch aliphatische Hydroxylgruppen enthalten (wie z.B. Ethylenglykol-mono-tert-butylether, Diethylenglykol-mono-tert-butylether, Tripropylenglykol-mono-methylether und 3-Methyl-3- oxetan-methanol). Höchst bevorzugte organische Komplexliganden sind ausgewählt aus einer oder mehrerer Verbindungen der Gruppe bestehend aus Dimethoxyethan, tert-Butanol 2-Methyl-3-buten- 2-ol, 2-Methyl-3-butin-2-ol, Ethylenglykol-mono-tert-butylether und 3-Methyl-3-oxetan-methanol.The organic complex ligands that can be added in the preparation of the DMC catalysts are described, for example, in US Pat. No. 5,158,922 (see in particular column 6, lines 9 to 65), US Pat 700 949, EP-A 761 708, JP 4 145 123, US 5 470 813, EP-A 743 093 and WO-A 97/40086). For example, as organic complex ligands water-soluble organic compounds containing heteroatoms, such as oxygen, nitrogen, phosphorus or sulfur, which can form complexes with the double metal cyanide compound. Preferred organic complex ligands are alcohols, aldehydes, ketones, ethers, esters, amides, ureas, nitriles, sulfides and mixtures thereof. Particularly preferred organic complex ligands are aliphatic ethers (such as dimethoxyethane), water-soluble aliphatic alcohols (such as ethanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, 2-methyl-3-buten-2-ol and 2-methyl-3-butyn-2-ol), compounds containing both aliphatic or cycloaliphatic ether groups and aliphatic hydroxyl groups (such as ethylene glycol mono-tert-butyl ether, diethylene glycol mono-tert-butyl ether, tripropylene glycol mono-methyl ether and 3-methyl-3-oxetane-methanol). Highly preferred organic complex ligands are selected from one or more compounds from the group consisting of dimethoxyethane, tert-butanol, 2-methyl-3-buten-2-ol, 2-methyl-3-butyn-2-ol, ethylene glycol mono-tert- butyl ether and 3-methyl-3-oxetane-methanol.
Optional werden in der Herstellung der erfindungsgemäß einsetzbaren DMC-Katalysatoren eine oder mehrere komplexbildende Komponente(n) aus den Verbindungsklassen der Polyether, Polyester, Polycarbonate, Polyalkylenglykolsorbitanester, Polyalkylenglykolglycidylether, Polyacrylamid, Poly(acrylamid-co-acrylsäure), Polyacrylsäure, Poly(acrylsäure-co-maleinsäure), Polyacrylnitril, Polyalkylacrylate, Polyalkylmethacrylate, Polyvinylmethylether, Polyvinylethylether, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Poly-N-vinylpyrrolidon, Poly(N-vinylpyrrolidon-co-acrylsäure), Polyvinylmethylketon, Poly(4-vinylphenol), Poly(acrylsäure-co-styrol), Oxazolinpolymere, Poly alkylenimine, Maleinsäure- und Maleinsäureanhydridcopolymere, Hydroxyethylcellulose und Poly acetale, oder der Glycidylether, Glycoside, Carbonsäureester mehrwertiger Alkohole, Gallensäuren oder deren Salze, Ester oder Amide, Cyclodextrine, Phosphorverbindungen, a,b-ungesättigten Carbonsäureester oder ionische Oberflächen- bzw. grenzflächenaktiven Verbindungen eingesetzt.In the preparation of the DMC catalysts that can be used according to the invention, one or more complex-forming component(s) from the compound classes of polyethers, polyesters, polycarbonates, polyalkylene glycol sorbitan esters, polyalkylene glycol glycidyl ethers, polyacrylamide, poly(acrylamide-co-acrylic acid), polyacrylic acid, poly(acrylic acid co-maleic acid), polyacrylonitrile, polyalkyl acrylates, polyalkyl methacrylates, polyvinyl methyl ether, polyvinyl ethyl ether, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, poly-N-vinylpyrrolidone, poly(N-vinylpyrrolidone-co-acrylic acid), polyvinyl methyl ketone, poly(4-vinylphenol), poly(acrylic acid-co -styrene), oxazoline polymers, poly alkylenimines, maleic acid and maleic anhydride copolymers, hydroxyethyl cellulose and poly acetals, or glycidyl ethers, glycosides, carboxylic acid esters of polyhydric alcohols, bile acids or their salts, esters or amides, cyclodextrins, phosphorus compounds, a,b-unsaturated carboxylic acid esters or ionic Surface or interfacial act ive connections used.
Bevorzugt werden bei der Herstellung der erfindungsgemäß einsetzbaren DMC-Katalysatoren die wässrigen Lösungen des Metallsalzes (z.B. Zinkchlorid) im ersten Schritt im stöchiometrischen Überschuss (mindestens 50 Mol-%) bezogen auf das Metallcyanidsalz eingesetzt. Dies entspricht mindestens einem molaren Verhältnis von Metallsalz zu Metallcyanidsalz von 2,25 zu 1,00. Das Metallcyanidsalz (z.B. Kaliumhexacyanokobaltat) wird in Gegenwart des organischen Komplexliganden (z.B. tert-Butanol) umgesetzt, wobei sich eine Suspension bildet, die die Doppelmetallcyanid- Verbindung (z.B. Zinkhexacyanocobaltat), Wasser, überschüssiges Metallsalz, und den organischen Komplexliganden enthält. When preparing the DMC catalysts that can be used according to the invention, preference is given to using the aqueous solutions of the metal salt (e.g. zinc chloride) in the first step in a stoichiometric excess (at least 50 mol %), based on the metal cyanide salt. This corresponds to at least a molar ratio of metal salt to metal cyanide salt of 2.25 to 1.00. The metal cyanide salt (e.g. potassium hexacyanocobaltate) is reacted in the presence of the organic complex ligand (e.g. tert-butanol) to form a suspension containing the double metal cyanide compound (e.g. zinc hexacyanocobaltate), water, excess metal salt, and the organic complex ligand.
Der organische Komplexligand kann dabei in der wässrigen Lösung des Metallsalzes und/oder des Metallcyanidsalzes vorhanden sein, oder er wird der nach Ausfällung der Doppelmetallcyanid- Verbindung erhaltenen Suspension unmittelbar zugegeben. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die wässrigen Lösungen des Metallsalzes und des Metallcyanidsalzes, und den organischen Komplexliganden unter starkem Rühren zu vermischen. Optional wird die im ersten Schritt gebildete Suspension anschließend mit einer weiteren komplexbildenden Komponente behandelt. Die komplexbildende Komponente wird dabei bevorzugt in einer Mischung mit Wasser und organischem Komplexliganden eingesetzt. Ein bevorzugtes Verfahren zur Durchführung des ersten Schrittes (d.h. der Herstellung der Suspension) erfolgt unter Einsatz einer Mischdüse, besonders bevorzugt unter Einsatz eines Strahldispergators, wie beispielsweise in WO-A 01/39883 beschrieben. The organic complex ligand can be present in the aqueous solution of the metal salt and/or the metal cyanide salt, or it is added directly to the suspension obtained after precipitation of the double metal cyanide compound. It has proven advantageous to mix the aqueous solutions of the metal salt and the metal cyanide salt and the organic complex ligand with vigorous stirring. The one formed in the first step is optional Suspension then treated with another complex-forming component. The complex-forming component is preferably used in a mixture with water and organic complex ligands. A preferred method for carrying out the first step (ie the preparation of the suspension) is carried out using a mixing nozzle, particularly preferably using a jet disperser, as described, for example, in WO-A 01/39883.
Im zweiten Schritt kann die Isolierung des Feststoffs (d.h. die Vorstufe des Katalysators) aus der Suspension durch bekannte Techniken, wie Zentrifugation oder Filtration, erfolgen. ln einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der isolierte Feststoff anschließend in einem dritten Verfahrensschritt mit einer wässrigen Lösung des organischen Komplexliganden gewaschen (z.B. durch Resuspendieren und anschließende erneute Isolierung durch Filtration oder Zentrifugation). Auf diese Weise können zum Beispiel wasserlösliche Nebenprodukte, wie Kaliumchlorid, aus dem erfindungsgemäß einsetzbaren Katalysator entfernt werden. Bevorzugt liegt die Menge des organischen Komplexliganden in der wässrigen Waschlösung zwischen 40 und 80 Gew.%, bezogen auf die Gesamtlösung. In the second step, the solid (i.e. the precursor of the catalyst) can be isolated from the suspension by known techniques such as centrifugation or filtration. In a preferred embodiment, the isolated solid is then washed with an aqueous solution of the organic complex ligand in a third process step (e.g. by resuspending and subsequent renewed isolation by filtration or centrifugation). In this way, for example, water-soluble by-products such as potassium chloride can be removed from the catalyst that can be used according to the invention. The amount of the organic complex ligand in the aqueous washing solution is preferably between 40 and 80% by weight, based on the total solution.
Optional wird im dritten Schritt der wässrigen Waschlösung eine weitere komplexbildende Komponente, bevorzugt im Bereich zwischen 0,5 und 5 Gew.%, bezogen auf die Gesamtlösung, zugefügt. Optionally, in the third step, a further complex-forming component, preferably in the range between 0.5 and 5% by weight, based on the total solution, is added to the aqueous washing solution.
Außerdem ist es vorteilhaft, den isolierten Feststoff mehr als einmal zu waschen. Vorzugsweise wird in einem ersten Waschschritt (3.-1) mit einer wässrigen Lösung des ungesättigten Alkohols gewaschen (z.B. durch Resuspendieren und anschließende erneute Isolierung durch Filtration oder Zentrifugation), um auf diese Weise zum Beispiel wasserlösliche Nebenprodukte, wie Kaliumchlorid, aus dem erfindungsgemäß einsetzbaren Katalysator zu entfernen. Besonders bevorzugt liegt die Menge des ungesättigten Alkohols in der wässrigen Waschlösung zwischen 40 und 80 Gew.%, bezogen auf die Gesamtlösung des ersten Waschschritts ln den weiteren Waschschritten (3.-2) wird entweder der erste Waschschritt einmal oder mehrmals, vorzugsweise einmal bis dreimal wiederholt, oder vorzugsweise wird eine nicht- wässrige Lösung, wie z.B. eine Mischung oder Lösung aus ungesättigtem Alkohol und weiterer komplexbildender Komponente (bevorzugt im Bereich zwischen 0,5 und 5 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge der Waschlösung des Schrittes (3.-2)), als Waschlösung eingesetzt und der Feststoff damit einmal oder mehrmals, vorzugsweise einmal bis dreimal gewaschen. In addition, it is advantageous to wash the isolated solid more than once. Preferably, in a first washing step (3.-1), washing is carried out with an aqueous solution of the unsaturated alcohol (e.g. by resuspending and then isolating again by filtration or centrifugation) in order in this way, for example, to remove water-soluble by-products, such as potassium chloride, from the to remove catalyst. The amount of unsaturated alcohol in the aqueous washing solution is particularly preferably between 40 and 80% by weight, based on the total solution of the first washing step. In the further washing steps (3.-2), the first washing step is carried out either once or several times, preferably once to three times repeated, or preferably a non-aqueous solution, such as a mixture or solution of unsaturated alcohol and other complex-forming component (preferably in the range between 0.5 and 5% by weight, based on the total amount of the washing solution of step (3.- 2)), used as washing solution and the solid washed with it once or several times, preferably once to three times.
Der isolierte und gegebenenfalls gewaschene Feststoff kann anschließend, gegebenenfalls nach Pulverisierung, bei Reaktortemperaturen von 20 - 100°C und bei Drücken von 0,1 mbar bis Normaldruck (1013 mbar) getrocknet werden. Ein bevorzugtes Verfahren zur Isolierung der erfindungsgemäß einsetzbaren DMC-Katalysatoren aus der Suspension durch Filtration, Filterkuchenwäsche und Trocknung wird in WO-A 01/80994 beschrieben. The isolated and optionally washed solid can then, optionally after pulverization, be dried at reactor temperatures of 20-100° C. and at pressures of 0.1 mbar to atmospheric pressure (1013 mbar). A preferred process for isolating the DMC catalysts which can be used according to the invention from the suspension by filtration, filter cake washing and drying is described in WO-A 01/80994.
Der Doppelmetallcyanid (DMC)-Katalysator wird vorzugsweise in einer berechneten Menge von 100 bis 3000 ppm, bevorzugt von 120 bis 2500 ppm besonders bevorzugt von 150 bis 2200 bezogen auf die Summe der Massen der polymeren Formaldehydverbindung und des Alkylenoxids eingesetzt. Bei einem hohen Anteil des DMC-Katalysators, müssen die Schwermetalle vor einer weiteren Umsetzung zum Polyurethan abgetrennt werden Unterhalb von 100 ppm des Doppelmetallcyanid (DMC)-Katalysators ist keine katalytische Umsetzung mehr zu beobachten. The double metal cyanide (DMC) catalyst is preferably used in a calculated amount of 100 to 3000 ppm, preferably 120 to 2500 ppm, particularly preferably 150 to 2200 ppm, based on the sum of the masses of the polymeric formaldehyde compound and the alkylene oxide. If the proportion of DMC catalyst is high, the heavy metals must be removed before further conversion to form the polyurethane. Below 100 ppm of the double metal cyanide (DMC) catalyst, catalytic conversion can no longer be observed.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden Suspensionsmittel mit H-funktionellen Gruppen oder Suspensionsmittel ohne H-funktionelle Gruppen, bevorzugt Suspensionsmittel ohne H-funktionelle Gruppen verwendet. In the process according to the invention, suspension agents with H-functional groups or suspension agents without H-functional groups, preferably suspension agents without H-functional groups, are used.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Suspensionsmittel in einem Reaktor vorgelegt. In the process according to the invention, a suspending agent is placed in a reactor.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das Suspensionsmittel in Schritt (a) keine H-funktionellen Gruppen. In one embodiment of the process according to the invention, the suspending agent in step (a) contains no H-functional groups.
Vorzugsweise wird in Schritt (a) ein Suspensionsmittel, das keine H-funktionellen Gruppen enthält, im Reaktor gemeinsam mit DMC-Katalysator vorgelegt, und dabei wird keine polymere Formaldehydverbindung im Reaktor vorgelegt. Alternativ können auch in Schritt (a) ein Suspensionsmittel, das keine H-funktionellen Gruppen enthält, und zusätzlich eine Teilmenge der polymeren Formaldehydverbindung sowie gegebenenfalls DMC-Katalysator im Reaktor vorgelegt werden. In step (a), a suspending agent which contains no H-functional groups is preferably initially taken in the reactor together with the DMC catalyst, and no polymeric formaldehyde compound is initially taken in the reactor. Alternatively, in step (a), a suspending agent which contains no H-functional groups and, in addition, a portion of the polymeric formaldehyde compound and, if appropriate, DMC catalyst can be initially taken in the reactor.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in das resultierende Gemisch aus Suspensionsmittel und DMC-Katalysator bei einer Temperatur 50 bis 120 °C bevorzugt von 60 bis 110 °C und besonders bevorzugt von 70 bis 100 °C Inertgas (beispielsweise Argon oder Stickstoff), ein Inertgas- Kohlendioxid-Gemisch oder Kohlendioxid eingeleitet und gleichzeitig ein reduzierter Druck (absolut) von 10 mbar bis 800 mbar, besonders bevorzugt von 50 mbar bis 200 mbar angelegt.In a preferred embodiment, an inert gas (for example argon or nitrogen), an inert gas Carbon dioxide mixture or carbon dioxide introduced and at the same time a reduced pressure (absolute) from 10 mbar to 800 mbar, particularly preferably from 50 mbar to 200 mbar applied.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform wird das resultierende Gemisch aus Suspensionsmittel und DMC-Katalysator bei einer Temperatur von 50 bis 120 °C bevorzugt von 60 bis 110 °C und besonders bevorzugt von 70 bis 100 °C mindestens einmal, vorzugsweise dreimal mit 1,5 bar bis 10 bar (absolut), besonders bevorzugt 3 bar bis 6 bar (absolut) eines Inertgases (beispielsweise Argon oder Stickstoff), eines Inertgas-Kohlendioxid-Gemisches oder Kohlendioxid beaufschlagt und jeweils anschließend der Überdruck auf ca. 1 bar (absolut) reduziert. Der DMC-Katalysator kann in fester Form oder als Suspension in einem Suspensionsmittel bzw. in einer Mischung aus mindestens zwei Suspensionsmitteln zugegeben werden. ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (a) In an alternative preferred embodiment, the resulting mixture of suspending agent and DMC catalyst is at a temperature of 50 to 120° C., preferably 60 to 110° C. and particularly preferably 70 to 100° C., at least once, preferably three times, at 1.5 bar to 10 bar (absolute), particularly preferably 3 bar to 6 bar (absolute) of an inert gas (e.g. argon or nitrogen), an inert gas-carbon dioxide mixture or carbon dioxide and the overpressure is then reduced to about 1 bar (absolute). The DMC catalyst can be added in solid form or as a suspension in a suspending agent or in a mixture of at least two suspending agents. In a further preferred embodiment, in step (a)
(a-1) das Suspensionsmittel oder ein Gemisch aus mindestens zwei Suspensionsmitteln vorgelegt und (a-1) the suspending agent or a mixture of at least two suspending agents and
(a-11) die Temperatur (Reaktortemperatur) des Suspensionsmittels oder des Gemisches aus mindestens zwei Suspensionsmittel auf 50 bis 120 °C bevorzugt von 60 bis 110 °C und besonders bevorzugt von 70 bis 100 °C gebracht und/oder der Druck im Reaktor auf weniger als 500 mbar, bevorzugt 5 mbar bis 100 mbar erniedrigt, wobei gegebenenfalls ein Inertgas-Strom (beispielsweise von Argon oder Stickstoff), ein Inertgas-Kohlendioxid-Strom oder ein Kohlendioxid- Strom durch den Reaktor geleitet wird, wobei der Doppelmetallcyanid-Katalysator zum Suspensionsmittel oder zum Gemisch aus mindestens zwei Suspensionsmitteln in Schritt (a-1) oder unmittelbar anschließend in Schritt (a-11) zugesetzt werden, und wobei das Suspensionsmittel keine H-funktionellen Gruppen enthält. (a-11) bringing the temperature (reactor temperature) of the suspension medium or the mixture of at least two suspension mediums to 50 to 120° C., preferably from 60 to 110° C. and particularly preferably from 70 to 100° C., and/or the pressure in the reactor less than 500 mbar, preferably 5 mbar to 100 mbar, with an inert gas stream (e.g. of argon or nitrogen), an inert gas-carbon dioxide stream or a carbon dioxide stream being passed through the reactor, where appropriate, the double metal cyanide catalyst for Suspending agents or the mixture of at least two suspending agents are added in step (a-1) or immediately thereafter in step (a-11), and wherein the suspending agent does not contain any H-functional groups.
Schritt (ß) dient der Aktivierung des DMC-Katalysators. Dieser Schritt kann gegebenenfalls unter Inertgasatmosphäre, unter einer Atmosphäre aus Inertgas-Kohlendioxid-Gemisch oder unter einer Kohlendioxid-Atmosphäre durchgefuhrt werden. Als Aktivierung im Sinne dieser Erfindung wird ein Schritt bezeichnet, bei dem eine Teilmenge Alkylenoxidverbindung bei Temperaturen (Reaktortemperaturen) von 50 bis 120 °C bevorzugt von 55 bis 110 °C und besonders bevorzugt von 60 bis 100 °C zur DMC-Katalysator-Suspension (Gemisch aus Schritt (a)) zugegeben wird und dann die Zugabe der Alkylenoxidverbindung unterbrochen wird, wobei aufgrund einer folgenden exothermen chemischen Reaktion eine Wärmeentwicklung, die zu einer Temperaturspitze im Reaktionssystem („Hotspot“) fuhren kann, sowie aufgrund der Umsetzung von Alkylenoxid und gegebenenfalls CO2 ein Druckabfall im Reaktor beobachtet wird. Der Verfahrensschritt der Aktivierung ist die Zeitspanne von der Zugabe der Teilmenge an Alkylenoxidverbindung, gegebenenfalls in Gegenwart von CO2, zum DMC-Katalysator bis zum Auftreten der Wärmeentwicklung. Gegebenenfalls kann die Teilmenge Alkylenoxidverbindung in mehreren Einzelschritten, gegebenenfalls in Gegenwart von CO2, zum DMC-Katalysator gegeben werden und dann jeweils die Zugabe der Alkylenoxidverbindung unterbrochen werden. Im diesem Fall umfasst der Verfahrensschritt der Aktivierung die Zeitspanne von der Zugabe der ersten Teilmenge an Alkylenoxidverbindung, gegebenenfalls in Gegenwart von CO2, zum DMC-Katalysator bis zum Auftreten der Wärmeentwicklung nach Zugabe der letzten Teilmenge an Alkylenoxidverbindung. Im Allgemeinen kann dem Aktivierungsschritt ein Schritt zum Trocknen des DMC-Katalysators und ggf. der polymeren Formaldehydverbindung bei erhöhter Temperatur (Reaktortemperatur) und/oder reduziertem Druck, gegebenenfalls unter Durchleiten eines Inertgases durch die Reaktionsmischung, vorgelagert sein. Step (ß) serves to activate the DMC catalyst. If appropriate, this step can be carried out under an inert gas atmosphere, under an atmosphere of an inert gas/carbon dioxide mixture or under a carbon dioxide atmosphere. For the purposes of this invention, activation is a step in which a portion of the alkylene oxide compound is added at temperatures (reactor temperatures) of from 50 to 120° C., preferably from 55 to 110° C. and particularly preferably from 60 to 100° C., to form the DMC catalyst suspension ( Mixture from step (a)) is added and then the addition of the alkylene oxide compound is interrupted, with heat being generated as a result of a subsequent exothermic chemical reaction, which can lead to a temperature peak in the reaction system ("hotspot"), as well as due to the reaction of alkylene oxide and possibly CO2 a pressure drop in the reactor is observed. The process step of activation is the period of time from the addition of the partial amount of alkylene oxide compound, optionally in the presence of CO 2 , to the DMC catalyst until heat is generated. If appropriate, the partial amount of alkylene oxide compound can be added to the DMC catalyst in several individual steps, if appropriate in the presence of CO2, and then the addition of the alkylene oxide compound can be interrupted in each case. In this case, the process step of activation comprises the period of time from the addition of the first portion of alkylene oxide compound, optionally in the presence of CO2, to the DMC catalyst until the occurrence of heat generation after addition of the last portion of alkylene oxide compound. In general, the activation step can be followed by a step for drying the DMC catalyst and if appropriate, upstream of the polymeric formaldehyde compound at elevated temperature (reactor temperature) and/or reduced pressure, if appropriate with passing an inert gas through the reaction mixture.
Die Dosierung eines oder mehrerer Alkylenoxide (und gegebenenfalls des Kohlendioxids) kann prinzipiell in unterschiedlicher Weise erfolgen. Der Start der Dosierung kann aus dem Vakuum heraus oder bei einem zuvor gewählten Vordruck erfolgen. Der Vordruck wird bevorzugt durch Einleiten eines Inertgases (wie beispielsweise Stickstoff oder Argon) oder von Kohlendioxid eingestellt, wobei der Druck(absolut) 5 mbar bis 100 bar, vorzugsweise 10 mbar bis 50 bar und bevorzugt 20 mbar bis 50 bar beträgt. ln einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die bei der Aktivierung in Schritt (ß) eingesetzte Menge von einem oder mehreren Alkylenoxiden 0,1 bis 25,0 Gew.-%, bevorzugt 1,0 bis 20,0 Gew.- %, besonders bevorzugt 2,0 bis 16,0 Gew.-% (bezogen auf die im Schritt (a) eingesetzte Menge an Suspensionsmittel). Das Alkylenoxid kann in einem Schritt oder portionsweise in mehreren Teilmengen zugegeben werden. Bevorzugt wird nach Zugabe einer Teilmenge Alkylenoxidverbindung die Zugabe der Alkylenoxidverbindung bis zum Auftreten der Wärmeentwicklung unterbrochen und erst dann die nächste Teilmenge an Alkylenoxidverbindung zugegeben. ln einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird die polymere Formaldehydverbindung und/oder das Alkylenoxid in Schritt (g) stufenweise oder kontinuierlich in den Reaktor zudosiert ln einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird die polymere Formaldehydverbindung und das Alkylenoxid in Schritt (g) kontinuierlich in den Reaktor zudosiert. ln einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die polymere Formaldehydverbindung und das Alkylenoxid in Schritt (g) kontinuierlich dosiert. In principle, one or more alkylene oxides (and optionally the carbon dioxide) can be metered in in different ways. Dosing can be started from the vacuum or with a previously selected pre-pressure. The admission pressure is preferably set by introducing an inert gas (such as nitrogen or argon) or carbon dioxide, the pressure (absolute) being 5 mbar to 100 bar, preferably 10 mbar to 50 bar and preferably 20 mbar to 50 bar. In a preferred embodiment, the amount of one or more alkylene oxides used in the activation in step (β) is 0.1 to 25.0% by weight, preferably 1.0 to 20.0% by weight, particularly preferably 2. 0 to 16.0% by weight (based on the amount of suspending agent used in step (a)). The alkylene oxide can be added in one step or in portions in several portions. After the addition of a portion of the alkylene oxide compound, the addition of the alkylene oxide compound is preferably interrupted until heat is generated and only then is the next portion of the alkylene oxide compound added. In one embodiment of the process according to the invention, the polymeric formaldehyde compound and/or the alkylene oxide is metered into the reactor stepwise or continuously in step (g). In a preferred embodiment of the process according to the invention, the polymeric formaldehyde compound and the alkylene oxide are continuously metered into the reactor in step (g). dosed. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the polymeric formaldehyde compound and the alkylene oxide are metered in continuously in step (g).
Die Dosierung einer oder mehrerer polymeren Formaldehydverbindung(en), eines oder mehrerer Alkylenoxid(e) und gegebenenfalls auch des Kohlendioxids kann simultan oder sequentiell (portionsweise) erfolgen, beispielsweise kann die gesamte Kohlendioxidmenge, die Menge an polymerer Formaldehydverbindung und/oder die in Schritt (g) dosierte Menge an Alkylenoxiden auf einmal oder kontinuierlich zugegeben werden. Der hier verwendete Begriff "kontinuierlich" kann als Modus der Zugabe eines Reaktanden so definiert werden, dass eine für die Copolymerisation wirksame Konzentration des Reaktanden aufrechterhalten wird, d.h. beispielsweise kann die Dosierung mit einer konstanten Dosierrate, mit einer variierenden Dosierrate oder portionsweise erfolgen. Es ist möglich, während der Zugabe des Alkylenoxids und/oder der polymeren Formaldehydverbindung den CCF-Druck allmählich oder schrittweise zu steigern oder zu senken oder gleich zu lassen. Vorzugsweise wird der Gesamtdruck während der Reaktion durch eine Nachdosierung an Kohlendioxid konstant gehalten. Die Dosierung eines oder mehrerer Alkylenoxid(e) und/oder der einen oder mehreren polymere(n) Formaldehydverbindung(en) erfolgt simultan oder sequentiell zur Kohlendioxid-Dosierung. Es ist möglich, das Alkylenoxid mit konstanter Dosierrate zu dosieren oder die Dosierrate allmählich oder schrittweise zu steigern oder zu senken oder das Alkylenoxid portionsweise zuzugeben. Bevorzugt wird das Alkylenoxid mit konstanter Dosierrate dem Reaktionsgemisch zugegeben. Werden mehrere Alkylenoxide zur Synthese der Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymere eingesetzt, so können die Alkylenoxide einzeln oder als Gemisch dosiert werden. Die Dosierung der Alkylenoxide bzw. der polymeren Formaldehydverbindung kann simultan oder sequentiell über jeweils separate Dosierungen (Zugaben) erfolgen oder über eine oder mehrere Dosierungen, wobei die Alkylenoxide bzw. die polymeren Formaldehydverbindungen einzeln oder als Gemisch dosiert werden können. Über die Art und/oder Reihenfolge der Dosierung der polymeren Formaldehydverbindungen, der Alkylenoxide und/oder des Kohlendioxids ist es möglich, statistische, alternierende, blockartige oder gradientenartige Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymers zu synthetisieren. ln einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (g) die Dosierung der einen oder mehreren polymeren Formaldehydverbindung(en) zeitlich vor der Zugabe des Alkylenoxids beendet. ln einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Überschuss an Kohlendioxid bezogen auf die berechnete Menge an eingebautem Kohlendioxid im Polyethercarbonatpolyol eingesetzt, da bedingt durch die Reaktionsträgheit von Kohlendioxid ein Überschuss von Kohlendioxid von Vorteil ist. Die Menge an Kohlendioxid kann über den Gesamtdruck bei den jeweiligen Reaktionsbedingungen festgelegt werden. Als Gesamtdruck (absolut) hat sich der Bereich von 0,01 bis 120 bar, bevorzugt 0,1 bis 110 bar, besonders bevorzugt von 1 bis 100 bar für die Copolymerisation zur Herstellung der Polyethercarbonatpolyole als vorteilhaft erwiesen. Es ist möglich, das Kohlendioxid kontinuierlich oder diskontinuierlich zuzuführen. Dies hängt davon ab, wie schnell die Alkylenoxide verbraucht werden und ob das Produkt gegebenenfalls CCF-freie Polyether-Blöcke enthalten soll. Die Menge des Kohlendioxids (angegeben als Druck) kann bei der Zugabe der Alkylenoxide ebenso variieren. CO2 kann auch als Feststoff in den Reaktor gegeben werden und dann unter den gewählten Reaktionsbedingungen in den gasförmigen, gelösten, flüssigen und/oder überkritischen Zustand übergehen. One or more polymeric formaldehyde compound(s), one or more alkylene oxide(s) and optionally also the carbon dioxide can be metered in simultaneously or sequentially (in portions), for example the total amount of carbon dioxide, the amount of polymeric formaldehyde compound and/or that in step ( g) metered amounts of alkylene oxides are added all at once or continuously. As used herein, the term "continuously" can be defined as a mode of addition of a reactant such that a copolymerization-effective concentration of the reactant is maintained, ie, for example, dosing can be at a constant dosing rate, at a varying dosing rate, or incrementally. It is possible during the addition of the alkylene oxide and/or the polymeric formaldehyde compound to gradually or stepwise increase or decrease the CCF pressure or leave it the same. The total pressure is preferably kept constant during the reaction by adding more carbon dioxide. One or more alkylene oxide(s) and/or the one or more polymeric formaldehyde compound(s) are metered in simultaneously or sequentially with the carbon dioxide metering. It is possible to meter in the alkylene oxide at a constant metering rate, or to increase or decrease the metering rate gradually or stepwise, or to add the alkylene oxide in portions. The alkylene oxide is preferably added to the reaction mixture at a constant metering rate. If several alkylene oxides are used to synthesize the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers, the alkylene oxides can be metered in individually or as a mixture. The alkylene oxides or the polymeric formaldehyde compound can be metered in simultaneously or sequentially via separate meterings (additions) or in one or more meterings, it being possible for the alkylene oxides or the polymeric formaldehyde compounds to be metered in individually or as a mixture. It is possible to synthesize statistical, alternating, block-like or gradient-like polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers via the type and/or order of metering of the polymeric formaldehyde compounds, the alkylene oxides and/or the carbon dioxide. In a preferred embodiment, in step (g) the metering of the one or more polymeric formaldehyde compound(s) is ended before the addition of the alkylene oxide. In a further embodiment of the process according to the invention, an excess of carbon dioxide is used, based on the calculated amount of carbon dioxide incorporated in the polyethercarbonate polyol, since an excess of carbon dioxide is advantageous due to the inertness of carbon dioxide. The amount of carbon dioxide can be determined via the total pressure under the particular reaction conditions. The range from 0.01 to 120 bar, preferably from 0.1 to 110 bar, particularly preferably from 1 to 100 bar, has proven advantageous as the total pressure (absolute) for the copolymerization to prepare the polyethercarbonate polyols. It is possible to supply the carbon dioxide continuously or discontinuously. This depends on how quickly the alkylene oxides are consumed and whether the product is supposed to contain CCF-free polyether blocks. The amount of carbon dioxide (expressed as pressure) can also vary when adding the alkylene oxides. CO2 can also be added to the reactor as a solid and then, under the selected reaction conditions, convert to the gaseous, dissolved, liquid and/or supercritical state.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (g) die Gesamtmenge der einen oder mehreren polymeren Formaldehydverbindung(en) zugegeben wird. Diese Zugabe kann mit einer konstanten Dosierrate, mit einer variierenden Dosierrate oder portionsweise erfolgen. ln einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt Schritt (g), d.h. die Copolymersation der polymeren Formaldehydverbindung mit dem Alkylenoxid, bei einer Reaktortemperatur von 73 °C bis 83 °C. bevorzugt von 75 °C bis 82 °C. A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized, inter alia, in that in step (g) the total amount of the one or more polymers Formaldehyde compound (s) is added. This addition can be done at a constant metering rate, at a varying metering rate or in portions. In one embodiment of the process according to the invention, step (g), ie the copolymerization of the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide, takes place at a reactor temperature of 73.degree. C. to 83.degree. preferably from 75°C to 82°C.
Die Reaktortemperatur in der vorliegenden Erfindung ist als vorgebende Temperatur definiert und berücksichtigt hierbei nicht etwaige Temperaturerhöhungen oder -emiedrigungen im Reaktionssystem beispielsweise durch exo- oder endotherme Reaktionen. The reactor temperature in the present invention is defined as a predetermined temperature and does not take into account any temperature increases or decreases in the reaction system, for example, due to exo- or endothermic reactions.
Für das erfindungsgemäße Verfahren hat sich weiterhin gezeigt, dass die Copolymerisation in Gegenwart von Kohlenstoffdioxid (Schritt (g)) zur Herstellung der Polyoxymethylen- Polyethercarbonatpolyol-Copolymeren oder die Polymerisation in Gegenwart eines Inertgases wie beispielsweise Stickstoff unter Bildung von Polyoxymethylen-Polyetherpolyol-Copolymeren vorteilhafterweise, d.h. Schritt (g) bei einer Reaktortemperatur von 73 °C bis 83 °C. bevorzugt 75 °C bis von 82 °C erfolgt. For the process according to the invention it has also been shown that the copolymerization in the presence of carbon dioxide (step (g)) for the preparation of the polyoxymethylene polyether carbonate polyol copolymers or the polymerization in the presence of an inert gas such as nitrogen to form polyoxymethylene polyether polyol copolymers advantageously i.e. step (g) at a reactor temperature of from 73°C to 83°C. preferably from 75°C to from 82°C.
Die Dosierung des Alkylenoxids, der polymeren Formaldehydverbindung und des DMC- Katalysators kann über separate oder gemeinsame Dosierstellen erfolgen ln einer bevorzugten Ausführungsform werden das Alkylenoxid und die polymere Formaldehydverbindung über separate Dosierstellen kontinuierlich dem Reaktionsgemisch zugeführt. Diese Zugabe der einen oder mehreren polymeren Formaldehydverbindung(en) kann als kontinuierliche Zudosierung in den Reaktor oder portionsweise erfolgen. The alkylene oxide, the polymeric formaldehyde compound and the DMC catalyst can be metered in via separate or common metering points. In a preferred embodiment, the alkylene oxide and the polymeric formaldehyde compound are fed continuously to the reaction mixture via separate metering points. This addition of the one or more polymeric formaldehyde compound(s) can take place as continuous metering into the reactor or in portions.
Die Schritte (a), (ß) und (g) können in demselben Reaktor oder jeweils separat in unterschiedlichen Reaktoren durchgeführt werden. Besonders bevorzugte Reaktortypen sind: Rohrreaktoren, Rührkessel, Schlaufemeaktoren. Steps (a), (β) and (g) can be carried out in the same reactor or each separately in different reactors. Particularly preferred reactor types are: tubular reactors, stirred tanks, loop reactors.
Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymere können in einem Rührkessel hergestellt werden, wobei der Rührkessel je nach Ausführungsform und Betriebsweise über den Reaktormantel, innen liegende und/oder in einem Umpumpkreislauf befindliche Kühlflächen gekühlt wird. Sowohl in der semi-batch Anwendung, bei der das Produkt erst nach Ende der Reaktion entnommen wird, als auch in der kontinuierlichen Anwendung, bei der das Produkt kontinuierlich entnommen wird, ist besonders auf die Dosiergeschwindigkeit des Alkylenoxids zu achten. Sie ist so einzustellen, dass trotz der inhibierenden Wirkung des Kohlendioxids und/oder der polymeren Formaldehydverbindung die Alkylenoxide genügend schnell abreagieren. Die Konzentration an freien Alkylenoxiden in der Reaktionsmischung während des Aktivierungsschritts (Schritt ß) beträgt vorzugsweise > 0 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt > 0 bis 50 Gew-%, höchst bevorzugt > 0 bis 20 Gew.-% (jeweils bezogen auf das Gewicht der Reaktionsmischung). Die Konzentration an freien Alkylenoxiden in der Reaktionsmischung während der Reaktion (Schritt g) beträgt vorzugsweise > 0 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt > 0 bis 25 Gew.-%, höchst bevorzugt > 0 bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der Reaktionsmischung. ln einer bevorzugten Ausführungsform wird die gemäß den Schritten (a) und (ß) resultierende aktivierte DMC-Katalysator-Suspensionsmittel-Mischung in demselben Reaktor weiter mit einem oder mehreren Alkylenoxid(en), einer oder mehreren polymeren Formaldehydverbindung (en) und optional Kohlendioxid umgesetzt ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die gemäß den Schritten (a) und (ß) resultierende aktivierte DMC-Katalysator-Suspensionsmittel-Mischung in einem anderen Reaktionsbehältnis (beispielsweise einem Rührkessel, Rohrreaktor oder Schlaufemeaktor) weiter mit Alkylenoxiden, einer oder mehreren polymeren Formaldehydverbindung (en) und optional Kohlendioxid umgesetzt. Polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers can be prepared in a stirred tank, the stirred tank being cooled, depending on the embodiment and mode of operation, via the reactor jacket, internal cooling surfaces and/or cooling surfaces located in a pumped circuit. Both in the semi-batch application, in which the product is removed only after the end of the reaction, and in the continuous application, in which the product is removed continuously, particular attention must be paid to the metering rate of the alkylene oxide. It is to be set in such a way that, despite the inhibiting effect of the carbon dioxide and/or the polymeric formaldehyde compound, the alkylene oxides react sufficiently quickly. The concentration of free alkylene oxides in the reaction mixture during the activation step (step ß) is preferably >0 to 100% by weight, more preferably >0 to 50% by weight, most preferably >0 to 20% by weight (each based on the weight of the reaction mixture). The concentration of free Alkylene oxides in the reaction mixture during the reaction (step g) is preferably >0 to 40% by weight, more preferably >0 to 25% by weight, most preferably >0 to 20% by weight, based in each case on the weight of the reaction mixture. In a preferred embodiment, the activated DMC catalyst-suspending agent mixture resulting from steps (a) and (β) is further reacted in the same reactor with one or more alkylene oxide(s), one or more polymeric formaldehyde compound(s) and optionally carbon dioxide In a further preferred embodiment, according to steps (a) and (ß) resulting activated DMC catalyst-suspending agent mixture in another reaction vessel (e.g. a stirred tank, tubular reactor or loop meactor) further with alkylene oxides, one or more polymeric formaldehyde compound (s ) and optionally carbon dioxide.
Bei Reaktionsführung in einem Rohrreaktor werden die gemäß den Schritten (a) und (ß) resultierende aktivierte Katalysator-Suspensionsmittel-Mischung, eine oder mehrere polymeren Formaldehydverbindung(en), ein oder mehrere Alkylenoxid(e) und optional Kohlendioxid kontinuierlich durch ein Rohr gepumpt. Die molaren Verhältnisse der Reaktionspartner variieren je nach gewünschtem Polymer ln einer bevorzugten Ausführungsform wird hierbei Kohlendioxid in seiner flüssigen oder überkritischen Form zudosiert, um eine optimale Mischbarkeit der Komponenten zu ermöglichen. Vorteilhafterweise werden Mischelemente zur besseren Durchmischung der Reaktionspartner eingebaut, wie sie zum Beispiel von der Firma Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH vertrieben werden, oder Mischer-Wärmetauscherelemente, die gleichzeitig die Durchmischung und Wärmeabfuhr verbessern. When the reaction is carried out in a tubular reactor, the activated catalyst-suspending agent mixture resulting from steps (a) and (ß), one or more polymeric formaldehyde compound(s), one or more alkylene oxide(s) and optionally carbon dioxide are pumped continuously through a tube. The molar ratios of the reactants vary depending on the desired polymer. In a preferred embodiment, carbon dioxide is metered in in its liquid or supercritical form in order to enable optimum miscibility of the components. Advantageously, mixing elements are installed for better mixing of the reactants, such as those sold by Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH, for example, or mixer-heat exchanger elements, which at the same time improve mixing and heat dissipation.
Schlaufemeaktoren können ebenfalls zur Herstellung von Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen- Copolymeren verwendet werden. Hierunter fallen im Allgemeinen Reaktoren mit Stoffrückführung, wie beispielsweise ein Strahlschlaufemeaktor, der auch kontinuierlich betrieben werden kann, oder ein schlaufenförmig ausgelegter Rohrreaktor mit geeigneten Vorrichtungen für die Umwälzung der Reaktionsmischung oder eine Schlaufe von mehreren hintereinander geschalteten Rohrreaktoren. Der Einsatz eines Schlaufemeaktors ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil hier eine Rückvermischung realisiert werden kann, so dass die Konzentration an freien Alkylenoxiden in der Reaktionsmischung im optimalen Bereich, vorzugsweise im Bereich > 0 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt > 0 bis 25 Gew.-%, höchst bevorzugt > 0 bis 16 Gew.-% (jeweils bezogen auf das Gewicht der Reaktionsmischung) gehalten werden kann. Loop meactors can also be used to make polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers. These generally include reactors with material recycling, such as a jet loop reactor, which can also be operated continuously, or a loop-shaped tubular reactor with suitable devices for circulating the reaction mixture, or a loop of a plurality of tubular reactors connected in series. The use of a loop meactor is particularly advantageous because backmixing can be implemented here, so that the concentration of free alkylene oxides in the reaction mixture is in the optimum range, preferably in the range >0 to 40% by weight, particularly preferably >0 to 25% by weight % by weight, most preferably >0 to 16% by weight (in each case based on the weight of the reaction mixture).
Bevorzugt werden die Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymere in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt, das sowohl eine kontinuierliche Copolymerisation als auch eine kontinuierliche Zugabe der einen oder mehreren polymeren Formaldehydverbindung(en) umfasst. ln einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schrit (g) das resultierende Reaktionsgemisch kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt. The polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers are preferably produced in a continuous process which comprises both continuous copolymerization and continuous addition of the one or more polymeric formaldehyde compound(s). In a further embodiment of the process according to the invention, the resulting reaction mixture is continuously removed from the reactor in step (g).
Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren wobei in Schrit (g) eine oder mehrere polymeren Formaldehydverbindung (en), ein oder mehrere Alkylenoxid(e) sowie DMC-Katalysator optional in Gegenwart von Kohlendioxid („Copolymerisation“) kontinuierlich in den Reaktor dosiert werden und wobei das resultierende Reaktionsgemisch (enthaltend das Reaktionsprodukt) kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt wird. The invention therefore also relates to a process in which, in step (g), one or more polymeric formaldehyde compound(s), one or more alkylene oxide(s) and DMC catalyst are metered continuously into the reactor, optionally in the presence of carbon dioxide (“copolymerization”) and wherein the resulting reaction mixture (containing the reaction product) is continuously removed from the reactor.
Beispielsweise wird für das kontinuierliche Verfahren zur Herstellung der Polyoxymethylen- Polyoxyalkylen-Copolymere gemäß den Schritten (a) und (ß) eine aktivierte DMC-Katalysator- Suspensionsmittel-Mischung hergestellt, dann werden gemäß Schritt (g) For example, an activated DMC catalyst-suspending agent mixture is prepared for the continuous process for preparing the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers according to steps (a) and (ß), then according to step (g)
(gΐ) jeweils eine Teilmenge an einer oder mehreren polymeren Formaldehydverbindung(en), einem oder mehreren Alkylenoxid(en) und optional Kohlendioxid zudosiert zum Initiieren der Copolymerisation, und (gΐ) in each case a subset of one or more polymeric formaldehyde compound(s), one or more alkylene oxide(s) and optionally carbon dioxide metered in to initiate the copolymerization, and
(g2) während des Fortschreitens der Copolymerisation jeweils die verbleibende Menge an DMC- Katalysator, einer oder mehreren polymeren Formaldehydverbindung (en) und Alkylenoxid(en) optional in Gegenwart von Kohlendioxid kontinuierlich zudosiert, wobei gleichzeitig resultierendes Reaktionsgemisch kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt wird. ln Schritt (g) wird der DMC-Katalysator bevorzugt suspendiert im Suspensionsmittel mit H- fünktionellen Gruppen oder Suspensionsmitel ohne H-fünktionelle Gruppen, bevorzugt Suspensionsmittel ohne H-fünktionelle Gruppen zugegeben, wobei die Menge vorzugsweise so gewählt ist, dass der Gehalt an DMC-Katalysator im resultierenden Reaktionsprodukt 10 bis 10000 ppm, besonders bevorzugt 20 bis 5000 ppm und höchst bevorzugt 50 bis 800 ppm beträgt. ln einer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Doppelmetallcyanid (DMC)-Katalysator in einer theoretischen Menge von 50 bis 800 ppm bezogen auf die Summe der Massen der polymeren Formaldehydverbindung und des Alkylenoxids eingesetzt. (g2) continuously metering in the remaining amount of DMC catalyst, one or more polymeric formaldehyde compound(s) and alkylene oxide(s), optionally in the presence of carbon dioxide, while the copolymerization is progressing, the resulting reaction mixture being simultaneously removed continuously from the reactor. In step (g), the DMC catalyst is preferably added suspended in the suspension medium with H-functional groups or suspension medium without H-functional groups, preferably suspension medium without H-functional groups, the amount preferably being chosen such that the content of DMC catalyst in the resulting reaction product is 10 to 10000 ppm, more preferably 20 to 5000 ppm and most preferably 50 to 800 ppm. In one embodiment of the process according to the invention, the double metal cyanide (DMC) catalyst is used in a theoretical amount of 50 to 800 ppm, based on the sum of the masses of the polymeric formaldehyde compound and the alkylene oxide.
Vorzugsweise werden die Schritte (a) und (ß) in einem ersten Reaktor durchgeführt, und das resultierende Reaktionsgemisch dann in einen zweiten Reaktor für die Copolymersation gemäß Schritt (g) überführt. Es ist aber auch möglich, die Schritte (a), (ß) und (g) in einem Reaktor durchzuführen. Preferably, steps (a) and (β) are carried out in a first reactor and the resulting reaction mixture is then transferred to a second reactor for the copolymerization of step (g). However, it is also possible to carry out steps (a), (β) and (g) in one reactor.
Es ist auch gefunden worden, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung großer Mengen des Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymerprodukts verwendet werden kann, wobei anfänglich ein gemäß den Schritten (a) und (ß) in einem Suspensionsmittel aktivierter DMC- Katalysator verwendet wird, und während der Copolymerisation (g) der DMC-Katalysator ohne vorherige Aktivierung zugesetzt wird. It has also been found that the process of the present invention can be used to produce large quantities of the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer product initially using a DMC activated according to steps (a) and (ß) in a suspending agent. Catalyst is used, and during the copolymerization (g) the DMC catalyst is added without prior activation.
Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist also die Fähigkeit zur Verwendung von "frischen" DMC-Katalysatoren ohne Aktivierung für die Teilmenge an DMC-Katalysator, der kontinuierlich im Schritt (g) zugegeben wird. Eine analog zu Schritt (ß) durchzuführende Aktivierung von DMC-Katalysatoren umfasst nicht nur zusätzliche Aufmerksamkeit der Bedienungsperson, wodurch sich die Fertigungskosten erhöhen, sondern sie erfordert auch einen Druck-Reaktionsbehälter, wodurch sich auch die Kapitalkosten beim Bau einer entsprechenden Produktionsanlage erhöhen. Hier wird "frischer" Katalysator als nicht aktivierter DMC-Katalysator in fester Form oder in Form einer Aufschlämmung in einer polymeren Formaldehydverbindung oder Suspensionsmittel definiert. Die Fähigkeit des vorliegenden Verfahrens zur Verwendung von frischem, nicht aktiviertem DMC-Katalysator im Schritt (g) ermöglicht signifikante Einsparungen bei der kommerziellen Herstellung von Polyethercarbonatpolyolen und ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Thus, a particularly advantageous feature of the preferred embodiment of the present invention is the ability to use "fresh" DMC catalysts without activation for the portion of DMC catalyst that is continuously added in step (g). Activation of DMC catalysts to be performed analogously to step (β) not only involves additional operator attention, which increases manufacturing costs, but also requires a pressure reaction vessel, which also increases capital costs in building a corresponding production plant. Here, "fresh" catalyst is defined as unactivated DMC catalyst in solid form or in the form of a slurry in a polymeric formaldehyde compound or suspending agent. The ability of the present process to use fresh, unactivated DMC catalyst in step (g) allows for significant savings in the commercial production of polyethercarbonate polyols and is a preferred embodiment of the present invention.
Der hier verwendete Begriff "kontinuierlich" kann als Modus der Zugabe eines relevanten Katalysators oder Reaktanden so definiert werden, dass eine im Wesentlichen kontinuierliche wirksame Konzentration des DMC-Katalysators oder des Reaktanden aufrechterhalten wird. Die Katalysatorzufuhr kann echt kontinuierlich oder in relativ eng beabstandeten Inkrementen erfolgen. Gleichermaßen kann eine kontinuierliche Zugabe der polymeren Formaldehydverbindung echt kontinuierlich sein oder in Inkrementen erfolgen. Es würde nicht vom vorliegenden Verfahren abweichen, einen DMC-Katalysator oder Reaktanden inkrementeil so zuzugeben, dass die Konzentration der zugegebenen Materialien für einige Zeit vor der nächsten inkrem enteilen Zugabe im Wesentlichen auf null abfällt. Es ist jedoch bevorzugt, dass die DMC-Katalysatorkonzentration während des Hauptteils des Verlaufs der kontinuierlichen Reaktion im Wesentlichen auf derselben Konzentration gehalten wird und dass Startersubstanz während des Hauptteils des Copolymerisations- Verfahrens vorhanden ist. Eine inkrementeile Zugabe von DMC-Katalysator und/oder Reaktand, die die Beschaffenheit des Produkts nicht wesentlich beeinflusst, ist in demjenigen Sinn, in dem der Begriff hier verwendet wird, dennoch "kontinuierlich". Es ist beispielsweise machbar, eine Rückführungsschleife bereitzustellen, in der ein Teil der reagierenden Mischung zu einem vorherigen Punkt im Verfahren zurückgeführt wird, wodurch durch inkrem enteile Zugaben bewirkte Diskontinuitäten geglättet werden. As used herein, the term "continuously" can be defined as a mode of addition of a relevant catalyst or reactant such that a substantially continuous effective concentration of the DMC catalyst or reactant is maintained. The catalyst feed can be truly continuous or in relatively closely spaced increments. Likewise, continuous addition of the polymeric formaldehyde compound can be truly continuous or it can be incremental. It would not deviate from the present method to incrementally add a DMC catalyst or reactants such that the concentration of the added materials falls to essentially zero for some time before the next incremental addition. However, it is preferred that the DMC catalyst concentration be maintained at substantially the same concentration during most of the course of the continuous reaction and that starter substance be present during most of the copolymerization process. Incremental addition of DMC catalyst and/or reactant that does not substantially affect the nature of the product is still "continuous" as the term is used herein. For example, it is feasible to provide a recycle loop in which a portion of the reacting mixture is recycled to a previous point in the process, thereby smoothing out discontinuities caused by incremental additions.
Optional kann in einem Schritt (d) das in Schritt (g) kontinuierlich entfernte Reaktionsgemisch, welches im allgemeinen einen Gehalt von 0,05 Gew.-% bis 10 Gew.-% Alkylenoxid enthält, in einen Nachreaktor überführt werden, in dem im Wege einer Nachreaktion der Gehalt an freiem Alkylenoxid auf weniger als 0,05 Gew.-% im Reaktionsgemisch reduziert wird. Als Nachreaktor kann beispielsweise ein Rohrreaktor, ein Schlaufenreaktor oder ein Rührkessel verwendet werden.Optionally, in step (d), the reaction mixture removed continuously in step (g), which generally contains from 0.05% by weight to 10% by weight of alkylene oxide, can be transferred to an after-reactor in which a post-reaction the content of free Alkylene oxide is reduced to less than 0.05% by weight in the reaction mixture. A tubular reactor, a loop reactor or a stirred tank, for example, can be used as the after-reactor.
Bevorzugt liegt der Druck in diesem Nachreaktor bei demselben Druck wie in dem Reaktionsapparat, in dem der Reaktionsschritt (g) durchgeführt wird. Der Druck in dem nachgeschalteten Reaktor kann jedoch auch höher oder niedriger gewählt werden ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Kohlendioxid nach dem Reaktionsschritt (g) ganz oder teilweise abgelassen und der nachgeschaltete Reaktor bei Normaldruck oder einem geringen Überdruck betrieben. Die Temperatur (Reaktortemperatur) in dem nachgeschalteten Reaktor liegt bevorzugt bei 50 bis 150°C und besonders bevorzugt bei 80 bis 140°C. The pressure in this after-reactor is preferably the same as in the reaction apparatus in which reaction step (g) is carried out. However, the pressure in the downstream reactor can also be selected to be higher or lower. In a further preferred embodiment, the carbon dioxide is released completely or partially after reaction step (g) and the downstream reactor is operated at atmospheric pressure or a slight excess pressure. The temperature (reactor temperature) in the downstream reactor is preferably 50 to 150°C and particularly preferably 80 to 140°C.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen- Copolymere, erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren. ln einer Ausführungsform der Erfindung hat das Polyoxymethylen-Polyalkylenoxid-Copolymer einem Oxymethylengruppen- Anteil von 1 Gew.-% bis 70 Gew.-% bevorzugt von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% und besonders bevorzugt von 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% bezogen auf das Polyoxymethylen- Polyalkylenoxid-Copolymer Produkt wird und bestimmt mittels der im Experimentalteil beschriebenen lH-NMR-Methode. ln einer Ausführungsform weisen die Polyoxymethylen-Copolymere ein zahlenmittleres Molekulargewicht von < 15000 g/mol, bevorzugt < 9500 g/mol, besonders bevorzugt < 6000 g/mol, ganz besonders bevorzugt < 5000 g/mol, insbesondere von 200 g/mol bis 9500 g/mol, bevorzugt von 500 g/mol bis 5000 g/mol auf. Das zahlenmittlere Molekulargewicht lässt sich beispielsweise per Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) gegen z.B. Polystyrol-Standards und/oder über experimentell ermittelte Hydroxylzahlen (OH#) bestimmen. ln einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Polyoxymethylen-Copolymere ein zahlenmittleres Molekulargewicht von von 500 g/mol bis 5000 g/mol, bevorzugt von 1000 g/mol bis 4000 g/mol und besonders bevorzugt von 1500 g/mol bis 3500 g/mol auf. Das zahlenmittlere Molekulargewicht lässt sich beispielsweise per Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) gegen z.B. Polystyrol-Standards und/oder über experimentell ermittelte Hydroxylzahlen (OH#) bestimmen.Another object of the present invention are polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymers obtainable by the process according to the invention. In one embodiment of the invention, the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer has an oxymethylene group content of 1% by weight to 70% by weight, preferably 10% by weight to 50% by weight and particularly preferably 20% by weight. up to 50% by weight, based on the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer product, and determined using the 1H-NMR method described in the experimental section. In one embodiment, the polyoxymethylene copolymers have a number-average molecular weight of <15000 g/mol, preferably <9500 g/mol, particularly preferably <6000 g/mol, very particularly preferably <5000 g/mol, in particular from 200 g/mol to 9500 g/mol, preferably from 500 g/mol to 5000 g/mol. The number-average molecular weight can be determined, for example, by gel permeation chromatography (GPC) against e.g. polystyrene standards and/or via experimentally determined hydroxyl numbers (OH#). In a preferred embodiment, the polyoxymethylene copolymers have a number-average molecular weight of from 500 g/mol to 5000 g/mol, preferably from 1000 g/mol to 4000 g/mol and particularly preferably from 1500 g/mol to 3500 g/mol. The number-average molecular weight can be determined, for example, by gel permeation chromatography (GPC) against e.g. polystyrene standards and/or via experimentally determined hydroxyl numbers (OH#).
Die erfindungsgemäßen Polyoxymethylen-Copolymere besitzen vorzugsweise terminale Hydroxy- Gruppen und haben vorzugsweise eine Hydrxyl-Funktionalität F > 2 (Anzahl an Hydroxy-Gruppen pro Molekül). ln einer weiteren Ausführungsform der Polyoxymethylen-Copolymere haben diese eine monomodale Molekulargewichtsverteilung und einen Polydispersitätsindex (PD1) von < 2,5, bevorzugt < 2,2. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polyoxymethylen- Copolymere enthalten vorzugsweise weniger als 1.0 Gew.-%, insbesondere weniger als 0.5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse des erhaltenen Polyoxymethylen-Copolymers, Formiat und/oder Methoxy- Verunreinigungen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polyoxymethylen- Copolymere weisen im Allgemeinen einen geringen Gehalt an Neben- und Zersetzungsprodukten, wie Formiat, Methoxy- Spuren, monomeres und oligomeres Formaldehyd, Restmonomere auf und können problemlos verarbeitet werden, insbesondere durch Umsetzung mit Di-, Tri und/oder Polyisocyanaten zu Polyurethanen, Isocyanat-fünktionalisierten Polyurethan-Präpolymeren oder Polyisocyanuraten, insbesondere Polyurethan-Thermoplasten, Polyurethan-Beschichtungen,The polyoxymethylene copolymers of the invention preferably have terminal hydroxy groups and preferably have a hydroxy functionality F > 2 (number of hydroxy groups per molecule). In a further embodiment of the polyoxymethylene copolymers, they have a monomodal molecular weight distribution and a polydispersity index (PD1) of <2.5, preferably <2.2. The polyoxymethylene copolymers obtainable by the process according to the invention preferably contain less than 1.0% by weight, in particular less than 0.5% by weight, based on the total mass of the polyoxymethylene copolymer obtained, of formate and/or methoxy impurities. The polyoxymethylene copolymers obtainable by the process according to the invention generally have a low content of by-products and decomposition products, such as formate, traces of methoxy, monomeric and oligomeric formaldehyde, residual monomers and can be processed without problems, in particular by reaction with di-, tri- and /or polyisocyanates to form polyurethanes, isocyanate-functionalized polyurethane prepolymers or polyisocyanurates, in particular polyurethane thermoplastics, polyurethane coatings,
Fasern, -Elastomeren, -Klebstoffen sowie insbesondere auch Polyurethan-Schaumstoffen eingeschlossen Weich- (wie beispielsweise Polyurethan-Weichblockschaumstoffe und Polyurethan- Weichformschaumstoffe) und Hartschäume. Für Polyurethananwendungen werden vorzugsweise Polyoxymethylen-Copolymere eingesetzt, welche eine Funktionalität von mindestens 2 aufweisen. Des Weiteren können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polyoxymethylen- Copolymere in Anwendungen wie Wasch- und Reinigungsmittelformulierungen, Klebstoffen, Farben, Lacken, Funktionsfluiden, Bohrflüssigkeiten, Kraftstoffadditiven, ionischen und nicht ionischen Tensiden, Schmiermitteln, Prozesschemikalien für die Papier- oder Textilherstellung oder kosmetischen / medizinischen Formulierungen verwendet werden. Dem Fachmann ist bekannt, dass abhängig vom jeweiligen Anwendungsgebiet die zu verwendenden Polymere gewisse Stoffeigenschaften wie beispielsweise Molekulargewicht, Viskosität, Polydispersität, Funktionalität und/oder Hydroxylzahl (Anzahl an terminalen Hydroxyl-Gruppen pro Molekül) erfüllen müssen.Fibers, elastomers, adhesives and, in particular, polyurethane foams, including flexible (such as, for example, flexible polyurethane block foams and flexible polyurethane molded foams) and rigid foams. Polyoxymethylene copolymers which have a functionality of at least 2 are preferably used for polyurethane applications. Furthermore, the polyoxymethylene copolymers obtainable by the process according to the invention can be used in applications such as detergent and cleaning agent formulations, adhesives, paints, varnishes, functional fluids, drilling fluids, fuel additives, ionic and non-ionic surfactants, lubricants, process chemicals for paper or textile production or cosmetic/ medicinal formulations are used. The person skilled in the art knows that, depending on the respective area of application, the polymers to be used must meet certain material properties such as molecular weight, viscosity, polydispersity, functionality and/or hydroxyl number (number of terminal hydroxyl groups per molecule).
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Polymers, umfassend den Schritt der Reaktion einer Polyisocyanat-Komponente mit einer Polyolkomponente, wobei die Polyolkomponente das Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymer erhalten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst. ln einer Ausführungsform dieses Verfahrens sind die Polyurethan-Polymere Polyurethan- Weichschaumstoffe oder Polyurethan-Hartschaumstoffe ln einer weiteren Ausführungsform dieses Verfahrens sind die Polyurethan-Polymere thermoplastische Polyurethan-Polymere. The invention further relates to a method for producing a polyurethane polymer, comprising the step of reacting a polyisocyanate component with a polyol component, the polyol component comprising the polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained by the method according to the invention. In one embodiment of this method, the polyurethane polymers are flexible polyurethane foams or rigid polyurethane foams. In a further embodiment of this method, the polyurethane polymers are thermoplastic polyurethane polymers.
Gegenstand der Erfindung ist daher ebenfalls ein Polyurethan-Polymer erhältlich durch Umsetzung eines Di-, Tri- und/oder Polyisocyanats mit wenigstens einem Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen- Copolymer erhalten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. The subject matter of the invention is therefore also a polyurethane polymer obtainable by reacting a di-, tri- and/or polyisocyanate with at least one polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained by the process according to the invention.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Polyurethan-Weichschaumstoff oder ein Polyurethan- Hartschaumstoff erhältlich durch Umsetzung eines Di-, Tri- und/oder Polyisocyanats mit wenigstens einem Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymer erhalten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Erfindungsgemäß eingeschlossen ist auch die Verwendung von Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen- Copolymer erhalten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen, Wasch- und Reinigungsmittelformulierungen, Bohrflüssigkeiten, Kraftstoffadditiven, ionischen und nicht-ionischen Tensiden, Schmiermitteln, Prozesschemikalien für die Papier- oder Textilherstellung oder kosmetischen Formulierungen. The invention also relates to a flexible polyurethane foam or a rigid polyurethane foam obtainable by reacting a di-, tri- and/or polyisocyanate with at least one polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained by the process according to the invention. Also included according to the invention is the use of polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained by the process according to the invention for the production of polyurethanes, detergent and cleaning agent formulations, drilling fluids, fuel additives, ionic and nonionic surfactants, lubricants, process chemicals for paper or textile production or cosmetic formulations .
Beispiele examples
Eingesetzte Verbindungen: Used connections:
Es wurde Paraformaldehyd (Granuform M ®) der Firma Prefere Paraform GmbH & Co. KG eingesetzt. Propylenoxid (PO) wurde von Sigma- Aldrich bezogen und ohne Aufreinigung eingesetzt. Als DMC-Katalysator wurde bei allen Beispielen DMC-Katalysator hergestellt gemäß Beispiel 6 in WO 01/80994 Al, enthaltend Zinkhexacyanocobaltat, tert. -Butanol und Polypropylenglykol mit einem zahlenmitleren Molekulargewicht von 1000 g/mol, eingesetzt. Paraformaldehyde (Granuform M®) from Prefere Paraform GmbH & Co. KG was used. Propylene oxide (PO) was purchased from Sigma-Aldrich and used without purification. In all examples, DMC catalyst was prepared as DMC catalyst according to example 6 in WO 01/80994 A1, containing zinc hexacyanocobaltate, tert. -Butanol and polypropylene glycol with a number-average molecular weight of 1000 g/mol.
Methodenbeschreibung method description
'H-NMR 'H NMR
Die Zusammensetzung des Polymers wurde mitels 111-NMR (Firma Bruker, DPX 400, 400 MHz; Pulsprogramm zg30, Wartezeit Dl: 10s, 64 Scans) bestimmt. Die Probe wurde jeweils in deuteriertem Chloroform gelöst. Die relevanten Resonanzen im 111-NMR (bezogen auf TMS = 0 ppm) und die Zuordnung der Flächenintegrale (A) ergeben sich wie folgt: The composition of the polymer was determined by means of 111-NMR (Bruker, DPX 400, 400 MHz; pulse program zg30 , waiting time D1: 10 s, 64 scans). Each sample was dissolved in deuterated chloroform. The relevant resonances in the 1 11-NMR (based on TMS = 0 ppm) and the assignment of the area integrals (A) are as follows:
• cyclisches Propylencarbonat (cPC), Nebenprodukt, mit Resonanz bei 4,5 ppm, Flächenintegral entspricht einem H-Atom; • cyclic propylene carbonate (cPC), by-product, resonating at 4.5 ppm, area integral corresponds to an H atom;
• monomeres Propylenoxid (PO), welches nicht abreagiert vorliegt, mit Resonanz bei 2,4 bzw. 2,75 ppm, Flächenintegral entspricht jeweils einem H-Atom; • monomeric propylene oxide (PO), which is not reacted, with resonance at 2.4 or 2.75 ppm, area integral corresponds to an H atom in each case;
• Polypropylenoxid (PPO), PO-Homopolymer, mit Resonanzen bei 1,0 bis 1,2 ppm, Flächenintegral entspricht 3 H- Atomen; • Polypropylene oxide (PPO), PO homopolymer, with resonances at 1.0 to 1.2 ppm, area integral corresponds to 3 H atoms;
• Poly- bzw. Paraformaldehyd (pFA) mit Resonanzen bei 4,6 bis 5,2 ppm, Flächenintegral minus ein H-Atom des cyclischen Propylencarbonats (cPC) entspricht somit 2 H-Atomen;• Poly- or paraformaldehyde (pFA) with resonances at 4.6 to 5.2 ppm, area integral minus one H atom of the cyclic propylene carbonate (cPC) thus corresponds to 2 H atoms;
Die Ermitlung der Molenanteile (x) der Reaktionsmischung erfolgt wie folgt: The mole fractions (x) of the reaction mixture are determined as follows:
• x(cPC) = A(4,5 ppm) • x(cPC) = A(4.5ppm)
• x(PO) = A(2,75 ppm) oder A(2,4 ppm) • x(PO) = A(2.75ppm) or A(2.4ppm)
• x(PPO) = A(l,0-1,2 ppm)/3 • x(PPO) = A(1.0-1.2ppm)/3
• x(pFA) = (A(4,6-5,2 ppm) - x(cPc) - x(cPC))/2 x(HCOO) = A(8,l ppm) x(MeO) = A(3,4 ppm)/3 • x(pFA) = (A(4.6-5.2 ppm) - x(cPc) - x(cPC))/2 x(HCOO) = A(8.1 ppm) x(MeO) = A(3.4ppm)/3
Der prozentuale Molanteil wird errechnet, in dem der Molanteil (x) der jeweiligen Komponente durch die Summe der in der Probe enthaltenen Molteile geteilt wird. Zusätzlich wird der Gewichtsanteil berechnet, in dem die Molanteile (x) mit den zugehörigen Molmassen multipliziert werden und durch die Summe der enthaltenen Gewichtsteile geteilt wird. Zur Umrechnung der Gewichtsanteile werden folgende Molmassen (g/mol) verwendet: cPC = 102, PO und PPO = 58, pFA = 30. Die Polymerzusammensetzung wird anhand der Anteile PPO und pFA berechnet und normiert, so dass auch hier die Angabe in Gewichtsteilen von 100 (Gew.-%) erfolgt. The mole percentage is calculated by dividing the mole fraction (x) of each component by the sum of the mole fractions present in the sample. In addition, the weight fraction is calculated by multiplying the mole fractions (x) by the associated molar masses and dividing by the sum of the weight parts contained. The following molar masses (g/mol) are used to convert the parts by weight: cPC = 102, PO and PPO = 58, pFA = 30. The polymer composition is calculated and normalized using the parts PPO and pFA, so that the specification in parts by weight of 100 (wt%) is made.
Bestimmung der Funktionalität F Determination of functionality F
Der per 111 NMR bestimmte Anteil an Formiat spiegelt den im äquimolaren Anteil gebildeten Anteil an MeOH wieder (F=l). Die Differenz dieser Stoffmenge n(OH, F=l) und der Stoffmenge n(OH, theoretisch) (theoretischer Hydroxylwert der Rezeptur) ergibt die Stoffmenge der Diol- Komponenten n(F=2). Die Funktionalität des Produktgemisches wird über die Anteile der jeweiligen molaren Mengen an F=2 -basierter Hydroxylgruppen und an F=1 -basierter Hydroxylgruppen im Verhältnis zur molaren Gesamtmenge gebildet. The proportion of formate determined by 1 11 NMR reflects the proportion of MeOH formed in the equimolar proportion (F=1). The difference between this amount of substance n(OH, F=1) and the amount of substance n(OH, theoretical) (theoretical hydroxyl value of the recipe) gives the amount of substance of the diol components n(F=2). The functionality of the product mixture is formed via the proportions of the respective molar amounts of F=2 -based hydroxyl groups and F=1 -based hydroxyl groups in relation to the total molar amount.
Gel-Permeations-Chromatographie ( GPC) Gel Permeation Chromatography (GPC)
Das Gewichts- und Zahlenmittel des Molekulargewichts Mw und Mn der entstandenen Polymere wurde mittels Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) bestimmt. Es wurde in Anlehnung an DIN 55672-1 vorgegangen: "Gelpermeationschromatographie, Teil 1 - Tetrahydrofuran alsThe weight and number average molecular weights Mw and Mn of the resulting polymers were determined by gel permeation chromatography (GPC). The procedure was based on DIN 55672-1: "Gel permeation chromatography, part 1 - tetrahydrofuran as
Elutionsmittel". Dabei wurden Polystyrolproben bekannter Molmasse zur Kalibrierung verwendet. Der Polydispersitätsindex berechnet sich aus dem der Quotienten des gewichtsmittleren und zahlenmittleren Molekulargewichtes. Eluent”. Polystyrene samples of known molar mass were used for calibration. The polydispersity index is calculated from the quotient of the weight-average and number-average molecular weight.
Beispiel 1: Herstellung des Polyoxymethylen-Polyalkylenoxid-Copolymer mit DMC- Gesamtkatalysatorbeladung von 1000 ppm und kontinuierlicher pFA- und PO-Zugabe in Schritt g ln einem 1,0 L Druckreaktor wurden 10 g vorbehandeltes pFA (Vorbehandlung: 50 °C, 5 mbar, 1,5 h) und 300 mg DMC-Katalysator in 150 g cPC suspendiert. Bei 60 °C wird für 30 min eine Inertisierung mit N2 (25 L/h) unter Rühren (500 rpm) bei 30 mbar durchgeführt. Die Suspension wurde unter Rühren (1000 rpm) auf 70 °C erhitzt. Nach Erreichen der Reaktortemperatur wurde zu der Suspension 20 g Propylenoxid (8,8 Gew.%) schnell zugegeben. Das Einsetzen der Reaktion machte sich durch eine Temperaturspitze („Hotspot“) verbunden mit gleichzeitigem Druckabfall bemerkbar. Anschließend wurde die Reaktortemperatur auf 80°C erhöht, und die 208 g PO mit einer Dosierrate von 0,9 g/min und 62 g Paraformaldehyd (als 20 %-ige Suspension in cPC) mit einer Dosierrate von 1.7 g/min zugegeben. Nach beendeter Zugabe wurde bis zum Abklingen der exothermen Reaktion bzw. bis zur Druckkonstanz bei 80 °C, nachgerührt. Anschließend wurde das Produktgemisch entnommen und am Rotationsverdampfer bei 60 °C und 10 mbar entgast. Das Reaktionsgemisch wurde mittels GPC- und NMR- Analytik untersucht. Example 1 Production of the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer with a total DMC catalyst loading of 1000 ppm and continuous addition of pFA and PO in step g 10 g of pretreated pFA (pretreatment: 50° C., 5 mbar, 1.5 h) and 300 mg DMC catalyst suspended in 150 g cPC. Inerting with N2 (25 L/h) with stirring (500 rpm) at 30 mbar is carried out at 60° C. for 30 min. The suspension was heated to 70°C with stirring (1000 rpm). After the reactor temperature had been reached, 20 g of propylene oxide (8.8% by weight) were quickly added to the suspension. The onset of the reaction was noticeable by a temperature peak (“hotspot”) combined with a simultaneous drop in pressure. The reactor temperature was then increased to 80° C., and the 208 g of PO were added at a metering rate of 0.9 g/min and 62 g of paraformaldehyde (as a 20% suspension in cPC) at a metering rate of 1.7 g/min. After the addition was complete, the mixture was stirred until the exothermic reaction subsided or the pressure remained constant at 80.degree. The product mixture was then removed and degassed on a rotary evaporator at 60° C. and 10 mbar. The reaction mixture was analyzed by means of GPC and NMR analysis.
Mn(GPC) = 2605 g/mol PD1 = 1,19 Mn (GPC) = 2605 g/mol PD1 = 1.19
Laut NMR wurde ein Formaldehyd- Anteil im Polymer von 22,1 wt.-% ermittelt. Der Anteil an Formiat und Methoxy-Endgruppen lag laut NMR in Summe unter 0,2 wt.-%. According to NMR, a formaldehyde content in the polymer of 22.1% by weight was determined. According to NMR, the total proportion of formate and methoxy end groups was less than 0.2% by weight.
Beispiel 2 (Vergleich): Herstellung des Polyoxymethylen-Polyalkylenoxid-Copolymer mit DMC-Gesamtkatalysatorbeladung von 1000 ppm und kontinuierlicher pFA- und PO-Zugabe in Schritt g Example 2 (Comparative): Preparation of the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer with a total DMC catalyst loading of 1000 ppm and continuous addition of pFA and PO in step g
Der Versuch wurde analog zu Beispiel 1 durchgeführt, wobei die kontinuierliche Dosierung von PO und pFA bei einer Reaktortemperatur in Schritt g von 90°C durchgeführt wurde. The experiment was carried out analogously to Example 1, with the continuous metering of PO and pFA being carried out at a reactor temperature of 90° C. in step g.
Mn(GPC) = 2742 g/mol PD1 = 1,05 Mn (GPC) = 2742 g/mol PD1 = 1.05
Laut NMR wurde ein Formaldehyd- Anteil im Polymer von 21,7 wt.-% ermittelt. Der Anteil an Formiat und Methoxy-Endgruppen lag laut NMR in Summe unter 0,3 wt.-%. According to NMR, a formaldehyde content in the polymer of 21.7% by weight was determined. According to NMR, the total proportion of formate and methoxy end groups was less than 0.3% by weight.
Beispiel 3 (Vergleich): Herstellung des Polyoxymethylen-Polyalkylenoxid-Copolymer mit DMC-Gesamtkatalysatorbeladung von 1000 ppm und kontinuierlicher pFA- und PO-Zugabe in Schritt g Example 3 (Comparative): Preparation of the polyoxymethylene-polyalkylene oxide copolymer with a total DMC catalyst loading of 1000 ppm and continuous addition of pFA and PO in step g
Der Versuch wurde analog zu Beispiel 1 durchgeführt, wobei die kontinuierliche Dosierung von PO und pFA bei einer Reaktortemperatur in Schritt g von 70°C durchgeführt wurde. The experiment was carried out analogously to example 1, with the continuous metering of PO and pFA being carried out at a reactor temperature of 70° C. in step g.
Mn(GPC) = 2610 g/mol PD1 = 1,21 Mn (GPC) = 2610 g/mol PD1 = 1.21
Laut NMR wurde ein Formaldehyd- Anteil im Polymer von 22,2 wt.-% ermittelt. Der Anteil an Formiat und Methoxy-Endgruppen lag laut NMR in Summe unter 0,2 wt.-%.
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According to NMR, a formaldehyde content in the polymer of 22.2% by weight was determined. According to NMR, the total proportion of formate and methoxy end groups was less than 0.2% by weight.
Figure imgf000029_0001

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymers umfassend der Reaktion einer polymeren Formaldehydverbindung mit einem Alkylenoxid in Gegenwart eines Doppelmetallcyanid (DMC)-Katalysators; wobei die polymere Formaldehydverbindung wenigstens eine terminale Hydroxylgruppe aufweist; wobei das Verfahren folgenden Schritte umfasst: Claims 1. A process for preparing a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer comprising reacting a polymeric formaldehyde compound with an alkylene oxide in the presence of a double metal cyanide (DMC) catalyst; wherein the polymeric formaldehyde compound has at least one terminal hydroxyl group; the method comprising the following steps:
(a) Vorlegen eines Suspensionsmittels in einem Reaktor (a) Submission of a suspending agent in a reactor
(g) Copolymerisation der polymeren Formaldehydverbindung mit dem Alkylenoxid , und wobei Schritt (g) bei einer Reaktortemperatur von 72 °C bis 84 °C erfolgt. (g) copolymerizing the polymeric formaldehyde compound with the alkylene oxide, and wherein step (g) occurs at a reactor temperature of from 72°C to 84°C.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (g) bei einer Reaktortemperatur von 73 °C bis 83 °C. bevorzugt von 75 °C bis 82 °C erfolgt. 2. The process of claim 1 wherein step (g) is carried out at a reactor temperature of from 73°C to 83°C. preferably from 75°C to 82°C.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt (g) die polymere Formaldehydverbindung kontinuierlich oder stufenweise bevorzugt kontinuierlich dosiert wird. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein in step (g) the polymeric formaldehyde compound is metered continuously or in stages, preferably continuously.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in Schritt (g) das Alkylenoxid kontinuierlich oder stufenweise bevorzugt kontinuierlich dosiert wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein in step (g) the alkylene oxide is metered continuously or stepwise, preferably continuously.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt (g) die Dosierung der einen oder mehreren polymeren Formaldehydverbindung(en) zeitlich vor der Zugabe des Alkylenoxids beendet wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein in step (g) the metering of the one or more polymeric formaldehyde compound (s) is terminated before the addition of the alkylene oxide.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in Schritt (g) das resultierende Reaktionsgemisch kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein in step (g) the resulting reaction mixture is continuously removed from the reactor.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt (g) DMC-Katalysator kontinuierlich in den Reaktor dosiert wird und das resultierende Reaktionsgemisch kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein in step (g) DMC catalyst is continuously metered into the reactor and the resulting reaction mixture is continuously removed from the reactor.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Schritt (a) das Suspensionsmittel keine H-funktionellen Gruppen enthält. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein in step (a) the suspending agent does not contain any H-functional groups.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei in Schritt (a) ein Suspensionsmittel, das keine H- fünktionellen Gruppen enthält, gemeinsam mit DMC-Katalysator im Reaktor vorgelegt wird. 9. The method according to claim 8, wherein in step (a) a suspending agent which contains no H-functional groups is initially charged together with the DMC catalyst in the reactor.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei anschließend an Schritt (a) 10. The method according to claim 9, wherein subsequent to step (a)
(ß) zu dem Gemisch aus Schrit (a) eine Teilmenge an Alkylenoxid bei Reaktortemperaturen von 50 bis 120 °C zugegeben wird, und wobei dann die Zugabe der Alkylenoxidverbindung unterbrochen wird. (β) a portion of alkylene oxide is added to the mixture from step (a) at reactor temperatures of from 50 to 120° C., and the addition of the alkylene oxide compound is then interrupted.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei in Schrit (a) das Suspensionsmitel, dass keine H-funktionellen Gruppen enthält eine oder mehrere Verbindung(en) ist und ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus 4-Methyl-2-oxo-l,3-dioxolan, 1,3-Dioxolan- 2-on, Aceton, Methylethylketon, Acetonitril, Nitromethan, Dimethylsulfoxid, Sulfolan, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, Dioxan, Diethylether, Methyl- tert-Butylether, Tetrahydrofuran, Essigsäureethylester, Essigsäurebutylester, Pentan, n-11. The method according to any one of claims 8 to 10, wherein in step (a) the suspending agent that contains no H-functional groups is one or more compound(s) and is selected from the group consisting of 4-methyl-2-oxo -l,3-dioxolane, 1,3-dioxolan-2-one, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, nitromethane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dioxane, diethyl ether, methyl tert-butyl ether, tetrahydrofuran, ethyl acetate , butyl acetate, pentane, n-
Hexan, Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Chloroform, Chlorbenzol, Dichlorbenzol und T etrachlorkohlenstoff. hexane, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene and carbon tetrachloride.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Alkylenoxid eine oder mehrere Verbindung(en) ist und ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Ethylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid und Cyclohexenoxid bevorzugt Ethylenoxid und Propylenoxid und besonders bevorzugt Propylenoxid.. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the alkylene oxide is one or more compound (s) and is selected from the group consisting of ethylene oxide, propylene oxide, styrene oxide and cyclohexene oxide, preferably ethylene oxide and propylene oxide and particularly preferably propylene oxide.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die polymere Formaldehydverbindung 2 Hydroxylgruppen und 8 bis 100 Oxymethylen- Wiederholungseinheiten (n) oder 3 Hydroxylgruppen und 8 bis 100 Oxymethylen- Wiederholungseinheiten (n) aufweist. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the polymeric formaldehyde compound has 2 hydroxyl groups and 8 to 100 oxymethylene repeating units (s) or 3 hydroxyl groups and 8 to 100 oxymethylene repeating units (s).
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Doppelmetallcyanid (DMC)- Katalysator in einer theoretischen Menge von 50 bis 800 ppm bezogen auf die Summe der Massen der polymeren Formaldehydverbindung und des Alkylenoxids eingesetzt wird.14. The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the double metal cyanide (DMC) - catalyst is used in a theoretical amount of 50 to 800 ppm based on the sum of the masses of the polymeric formaldehyde compound and the alkylene oxide.
15. Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Polymers, umfassend den Schritt der Reaktion einer Polyisocyanat-Komponente mit einer Polyolkomponente, wobei die15. A process for preparing a polyurethane polymer, comprising the step of reacting a polyisocyanate component with a polyol component, wherein the
Polyolkomponente ein Polyoxymethylen-Polyoxyalkylen-Copolymer erhalten gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst. The polyol component comprises a polyoxymethylene-polyoxyalkylene copolymer obtained according to the process of any one of claims 1 to 14.
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