JP3201921B2 - 脂肪族ポリイソシアナートの製造方法 - Google Patents
脂肪族ポリイソシアナートの製造方法Info
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Description
くはその塩酸塩又は炭酸塩とホスゲンとを反応させて脂
肪族ポリイソシアナートを製造する方法に関するもので
ある。
脂工業、塗料工業等の分野に於いて、ポリウレタン系材
料、ポリ尿素系材料、ポリイソシアヌレート系材料の原
料として、極めて有用な化合物である。
ートの製造は、アミンとホスゲンを直接反応させてイソ
シアナートを得る直接法と、アミンと塩酸ガス又は炭酸
ガス等から一旦アミン塩酸塩又は炭酸塩等のアミン塩を
得、これをホスゲンと反応させる造塩法に大別される
が、何れの方法も中間体であるカルバモイルクロライド
を生成させ、これを脱塩酸する事によって脂肪族ポリイ
ソシアナートを製造する方法である。
アナートにする反応は、反応速度が遅く、一般的には少
なくとも120℃以上、通常130℃以上の高温が必要
である。この反応速度が遅い理由は、そのもの自身の反
応性が低いことにもよるが、もう一方の要因としては、
この反応が平衡反応である事が挙げられる。即ち、カル
バモイルクロライドの分解によって生成した塩酸ガスが
既に生成していたイソシアナートと反応して再びカルバ
モイルクロライドを生成する為である。ホスゲン法によ
るイソシアナートの製造では上記理由により、130℃
以上の高温で極めて長時間反応しなければならず、生成
したイソシアナートが長時間熱にさらされイソシアナー
ト自身のタール化が起こり、収率が低下する。また中間
体であるカルバモイルクロライドは、イソシアナートよ
りもはるかにタール化速度が速く更に収率を低下させ、
極めて収率が悪いといった問題点があった。
ホスゲンを装入することによりアミンからのカルバモイ
ルクロライドの生成速度を上げ、同時に反応系内に滞留
している塩酸も過剰のホスゲンで反応系外に除去するこ
とにより常に平衡をイソシアナート側に傾かせながら脂
肪族ポリイソシアナートを製造する方法が考案されてい
る。この方法によれば、ホスゲン化反応中のカルバモイ
ルクロライドの濃度は低下し、しかも脂肪族ポリイソシ
アナートの生成速度も向上し短時間で反応が終了する
為、タール化が抑制され比較的高収率で製品を得られ
る。
シアナートの製造は、この改良法が用いられている。具
体的には、通常少なくとも120℃以上、または130
℃以上まで加熱して、過剰にホスゲンを装入しながら反
応が行われる。また、エステル溶媒を用いる事で反応副
生物を抑制し収率良くイソシアナートを得る方法(特開
平3−7253号公報、特開平3−204851号公
報)が報告されている。
アナートの製造を行っても、タール化を抑制することは
困難で、通常約10%前後、場合によってはそれ以上タ
ール化が起こり、その分収率が低下する。また、過剰の
ホスゲンは全くのロスとなる上に無害化処理も必要で、
さらに大量のタールの生成はタールの処理作業及び処理
工程に多大な負担をかけ、操作性の悪化及び処理費増大
につながる。従って、まだ経済的に充分満足できる方法
であるとは言い難かった。
題点を解決し、高収率で、経済的なホスゲン法による脂
肪族ポリイソシアナートの製造方法を提供する事であ
る。
スゲン法による脂肪族ポリイソシアナートの製造法につ
き鋭意検討した結果、驚くべき事に反応系内に不活性ガ
スを装入すれば、ホスゲン使用量の削減、タール化の防
止、収率の向上等の改良ができる事を見出し本発明に到
達した。
その塩酸塩又は炭酸塩とホスゲンを不活性液状媒体中で
反応させるに際し、反応系内に不活性ガスを装入しなが
ら反応を行うことを特徴とする脂肪族ポリイソシアナー
トの製造方法である。
ミノ基が芳香環に直結していない2官能以上の有機アミ
ン化合物を含み、例えば、以下の化合物が挙げられる。
ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、
2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、2,
4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、オクタメ
チレンジアミン、ノナメチレンジアミン等の直鎖状脂肪
族ポリアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘ
キサン、イソホロンジアミン、ビス(4−アミノシクロ
ヘキシル)メタン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘ
キシル)プロパン、m−キシリレンジアミン、p−キシ
リレンジアミン、o−キシリレンジアミン、又はそれら
が任意に混合されたキシリレンジアミン、ビス(アミノ
メチル)ノルボルネン、等の環状脂肪族ポリアミン、リ
ジンメチルエステル、リジンアミノエチルエステル等の
アミノ酸系ポリアミン等が挙げられる。
シアナートを脂肪族ポリイソシアナートと称する。
ミンは遊離の型でも、塩酸塩又は炭酸塩の型でも使用で
きる。
された脂肪族ポリアミンもしくはその塩に、不活性ガス
を装入しながらホスゲンを反応させる、即ち、ホスゲン
化反応系内に不活性ガスを装入しながら反応を行うとこ
ろに大きな特徴を有する。従って、遊離の脂肪族ポリア
ミンを原料として、不活性ガスを装入しながらホスゲン
と反応させることも、脂肪族ポリアミンの塩を原料とし
て、不活性ガスを装入しながらホスゲンと反応させるこ
ともできる。
ポリイソシアナート、ホスゲン、塩酸等と反応しないガ
スであり、例えば、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン
などが挙げられる。不活性ガスを用いる限り、何れのガ
スを用いても、同様に優れた効果を生むが、経済性の面
から窒素が好ましい。
は、反応条件及び装置条件によって左右される為限定で
きないが、あえて限定するならば、装入されるホスゲン
の装入速度に対して0.2体積倍以上が好ましく、更に
好ましくは0.5体積倍以上である。
スムーズに混合、攪拌、移液させて容易に脂肪族ポリイ
ソシアナートを製造する為に、反応液状媒体を用いるの
が好ましい。
リアミン、脂肪族ポリイソシアナート、ホスゲン、塩酸
等と反応しない不活性な溶媒である。具体的に例示すれ
ば、ベンゼン、トルエン、混合キシレン、o−キシレ
ン、m−キシレン、p−キシレン、クメン、2,2,5
−トリメチルヘキサン、デカン、エチルシクロヘキサン
等の炭化水素類、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼ
ン、m−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼン、o
−ジブロモベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、ニトロ
ベンゼン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジ
メチルアセトアミド、N,N’−ジメチルイミダゾリジ
ノン等の含窒素化合物類、ジブチルエーテル、エチレン
グリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエ
チルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、アニソー
ル、フェネトール、メトキシトルエン、ベンジルエーテ
ル、ジフェニエーテル等のエーテル類、ヘプタノン、ジ
イソブチルケトン等のケトン類、ギ酸アミル、酢酸−n
−アミル、酢酸イソアミル、酢酸メチルイソアミル、酢
酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−2−エチルブ
チル、酢酸メトキシブチル、酢酸エトキシエチル、酢酸
メトキシエチル、酢酸メトキシプロピル、酢酸エチル、
酢酸第2ヘキシル、酢酸−2−エチルヘキシル、酢酸シ
クロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ベンジ
ル、酢酸フェニル、酢酸メチルカルビトール、エチレン
グリコールジアテート、プロピオン酸エチル、プロピオ
ン酸−n−ブチル、プロピオン酸イソアミル、酪酸エチ
ル、酪酸ブチル、酪酸イソアミル、ステアリン酸ブチ
ル、乳酸ブチル、乳酸アミル、フタル酸ジメチル、安息
香酸メチル、安息香酸エチル等のエステル類などが挙げ
られる。
多額の設備費を要しない常圧で満足できる反応速度を確
保するには、沸点が130℃以上の不活性液状媒体が好
ましい。又、イソシアナート基の一部又は全部が塩素原
子で置換されたクロル体と称する副生物の生成を抑制す
る効果を持つのでエステル類が好ましい。
原料の脂肪族ポリアミン又はその塩に対して3〜40重
量倍が好ましく、更には4〜20重量倍が好ましい。3
重量倍未満でもできなくもないが、場合によって混合攪
拌が困難になる事がある。40重量倍を越えると容積効
率が悪化し、工業的に有利とはならない。
れ単独でも2種以上混合してもよいが、回収再使用の面
からは1種類が好ましい。
遊離の脂肪族ポリアミンを使用し、不活性液状媒体中で
不活性ガスを装入しながらホスゲンと反応させる方法、
原料として遊離の脂肪族ポリアミンを使用し、不活性
液状媒体中で塩酸ガスまたは炭酸ガスと反応させて、そ
の塩を生成させ、次いでこの造塩マスに不活性ガスを装
入しながらホスゲンと反応させる方法がある。
中で以下の2段階反応で進める。1段目は、内温を0〜
100℃に保ちながらホスゲンを装入し、低温側での反
応を行う。100℃を越えると収率が低下する傾向があ
り好ましくない。100℃以下であれば充分効果は達成
されるが、0℃未満では過大な冷凍設備が必要となり工
業的にあまり有利な方法とはならない。又、この低温側
の反応は、ホスゲンの装入に合わせて、原料脂肪族ポリ
アミンも同時にホスゲンに対して、官能基(アミノ基/
COCl2)モル比で0.2〜1.5の速度比で装入し
た場合、好ましい結果を与える事が多い。2段目は、1
段目から昇温し、内温を120〜200℃、好ましくは
130〜200℃に保ちながら、既に装入されているホ
スゲンに追加して更に不活性ガスの装入も開始し、高温
側での反応を行う。120℃未満では反応速度が遅くな
る傾向にありあまり実用的では無く、200℃を越える
とタール化により収率が低下する傾向にありあまり好ま
しくない。また、低温側の反応から不活性ガスの装入を
開始しても一向に差し支えない。
不活性液状媒体中で塩酸ガス又は炭酸ガスとを反応さ
せ、脂肪族ポリアミンの塩を製造する。この造塩反応時
の内温は、0〜30℃が好ましい。これを越えると、次
のホスゲン化反応の反応時間が延びる傾向にあり好まし
くない。0℃未満では、前記同様に過大な冷凍設備が
必要となり工業的にあまり有利な方法とはならない。こ
の造塩反応も前記の低温側の反応同様に、塩酸ガスの
装入に合わせて、原料脂肪族ポリアミンも同時に塩酸ガ
スに対して、官能基(アミノ基/HCl)モル比で0.
2〜1.5の速度比で装入した場合、好ましい結果を与
える事が多い。次に、昇温後、この造塩マスに不活性ガ
スを装入しながらホスゲンを反応させる。内温は前記I
の高温側の反応同様に120〜200℃が好ましく、更
には130〜200℃が好ましい。
気圧以上の加圧下で反応を行う事もできる。以上の各々
の方法に於いて、反応終了後、不活性ガスにより未反応
ホスゲン及び塩酸をパージし、脱溶媒した後、蒸留精製
して脂肪族ポリイソシアナートを取り出す。
的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるも
のではない。 実施例−1 還流冷却器、温度計、原料ガス(塩酸ガス、炭酸ガス)
吹き込み管、不活性ガス吹き込み管、液体原料滴下器、
液状媒体滴下器、及び攪拌翼を備えた3l反応フラスコ
にトリクロロベンゼン(沸点210℃)1000gと液
体原料滴下器にm−キシリレンジアミン(以下m−XD
Aと略す。)136.2g(1.0モル)を、液状媒体
滴下器に残りのトリクロロベンゼン945gを仕込ん
だ。ここで、液状媒体の総使用量は、m−XDAに対し
て14.3重量倍であった。次に攪拌冷却しながら、塩
酸ガスは原料ガス吹き込み管から36.5g/H(1モ
ル/H)の速度で、滴下器のm−XDAとトリクロロベ
ンゼンは、同時に1:6.9の一定の重量比で打ち合わ
せながら540.6g/Hの速度で、塩酸ガス装入と同
時に滴下を開始して2時間かけて終了した(m−XDA
と塩酸ガスの速度比は、アミノ基/HCl=1)。さら
に塩酸ガスをそのまま装入しながら0.5時間熟成を行
った。これら一連の造塩反応は10℃で行った。次に、
この造塩マスを160℃迄昇温した後、原料ガス吹き込
み管からはホスゲンガスを250g/H(2.52モル
/H)の速度で吹き込みながら、同時に不活性ガス吹き
込み管からは窒素ガスを23l/Hの速度で吹き込みな
がら、内温を1時間かけて190℃まで昇温し、更に1
90℃に保ちながら、反応液がほぼ透明になるまで、
3.0時間反応を続けた。次に、窒素ガスにより未反応
ホスゲン及び塩酸をパージし、未反応m−XDA塩酸塩
0.2(as dry)を濾別除去後、濾液を脱溶媒
し、減圧蒸留(1〜2mmHg)して、m−クロロベン
ジルイソシアナート(以下m−CBiと略す。)を2.
2重量%含有するm−キシリレンジイソアナート(以下
m−XDiと略す。)185.3g(純分換算収率=9
6.3%)を得た。結果を表1にも示す。
と同様に、反応を実施し、取り出しは、実施例−1と同
様に行った。濾別された未反応のm−XDA塩酸塩は
0.1g(as dry)であった。その他の結果を、
表1に示す。
れ、収率が向上した。
コに酢酸エトキシプロピル(沸点158℃)800gと
液体原料滴下器にm−XDA136.2g(1.0モ
ル)を、液状媒体滴下器に残りの酢酸エトキシプロピル
400gを仕込んだ。液状媒体の総使用量は、m−XD
Aに対して9重量倍であった。次に攪拌冷却しながら、
塩酸ガスは原料ガス吹き込み管から36.5g/H(1
モル/H)の速度で、滴下器のm−XDAと酢酸エトキ
シプロピルは、同時に1:2.9の一定の重量比で打ち
合わせながら268.1g/Hの速度で、塩酸ガス装入
と同時に滴下を開始して2時間かけて終了した(m−X
DAと塩酸ガスの速度比は、アミノ基/HCl=1)。
さらに塩酸ガスをそのまま装入しながら0.5時間熟成
を行った。これら一連の造塩反応は20〜60℃で行っ
た。 次に、この造塩マスを135℃迄昇温した後、原
料ガス吹き込み管からはホスゲンガスを33g/H
(0.33モル/H)の速度で吹き込み、同時に不活性
ガス吹き込み管からは窒素ガスを15l/Hの速度で吹
き込み、内温を135〜140℃に保ちながら反応を続
けた。17時間後、ほぼ反応液が透明になったところで
反応を終了した。次に、窒素ガスにより未反応ホスゲン
及び塩酸をパージし、未反応m−XDA塩酸塩1.2
(as dry)を濾別除去後、濾液を脱溶媒し、減圧
蒸留(1〜2mmHg)して、m−CBiを0.7重量
%含有するm−XDi171.0g(純分換算収率=9
0.2%)を得た。
シプロピルからo−ジクロロベンゼン(以下ODCBと
略す。沸点180℃)に変更し実施例−2と同様に仕込
みを行った。次に激しく攪拌冷却しながら、ホスゲンガ
スを原料ガス吹き込み管から100g/Hの速度で、滴
下器のm−XDAとODCBは、同時に1:2.9の一
定の重量比で打ち合わせながら178.7g/Hの速度
で、ホスゲンガス装入と同時に滴下を開始して3時間か
けて終了した(m−XDAとホスゲンの速度比は、アミ
ノ基/COCl2=0.65)。これら一連の反応は0
〜30℃で行った。次に、この反応マスを徐々に135
℃迄昇温した後、ホスゲンガスを20g/H(0.2モ
ル/H)の速度で吹き込み、不活性ガス吹き込み管から
は窒素ガスを23l/Hの速度で吹き込み、内温を13
5〜140℃に保ちながら反応を続けた。8時間後、反
応液がほぼ透明になったところで反応を終了した。次
に、窒素ガスにより未反応ホスゲン及び塩酸をパージ
し、不溶物0.3(as dry)を濾別除去後、濾液
を脱溶媒し、減圧蒸留(1〜2mmHg)して、m−C
Biを4.2重量%含有するm−XDi168.6g
(純分換算収率=85.8%)を得た。
ロピルから酢酸イソアミル(沸点142℃)に変更し、
塩酸ガスから炭酸ガスに変更した以外は、実施例−2と
全く同様に造塩反応までを行った。次に、この造塩マス
を100℃迄昇温した後、原料ガス吹き込み管からはホ
スゲンガスを33g/H(0.33モル/H)の速度で
吹き込み、同時に不活性ガス吹き込み管からは窒素ガス
を実施例−2と同じ15l/Hの速度で吹き込み、内温
を100〜105℃に保ちながら8時間、引き続き13
5℃迄昇温して、内温を135〜140℃に保ちながら
更に反応を続けた。135℃に昇温してから10時間
後、ほぼ反応液が透明になったところで反応を終了し
た。次に、反応液を実施例−2と同様に処理した。濾別
された未反応m−XDA炭酸塩は0.5g(as dr
y)であった。結果を表2に示す。
まなかった以外は、実施例−4の装置で、同様に反応、
処理した。濾別された未反応m−XDA炭酸塩は0.4
g(as dry)であった。結果を表2に示す。
た。
エトキシエチル(沸点156℃)に変更し、窒素の装入
速度を変化させた以外は、実施例−2と同様に反応、処
理した。結果を表3に示す。濾塊は未反応m−XDA塩
酸塩である。
を行った。液状媒体を変更した以外は、実施例−2と同
様に反応、処理した。結果を表4に示す。
(沸点154℃) MPA;酢酸メトキシプロピル(沸点158℃) 窒素ガスの装入による収率向上は、液状媒体を変更して
も同様に認められた。
検討した。液状媒体と高温側での窒素及びホスゲンの装
入速度を変更した以外は、同様に反応、処理した。結果
を表5に示す。
法と同様に、不活性液状媒体の種類に関係なく窒素ガス
の装入によって収率が向上しホスゲン量も削減された。
不活性ガス装入の効果につき検討を行った。脂肪族ポリ
アミンを変更した以外は、実施例−2と同様に反応、処
理した。尚、反応は、反応液がほぼ透明になるまで行っ
た。結果を表6に示す。
装入によって収率が向上した。
えて、不活性ガス装入の効果につき検討した。高温側で
の窒素及びホスゲンの装入速度を変更し、同様に反応、
処理した。結果を表7に示す。
を、直接法で製造しても、窒素ガス装入によって収率が
向上し、ホスゲン量も削減された。
イソアミル(沸点142℃)に変更し、ホスゲンの吹き
込み速度を25g/H、窒素の装入速度を10l/Hに
変更した以外は実施例−2と同様に反応、処理した。結
果を表8に示す。
も削減し、目的とする脂肪族ポリイソシアナートを容易
に効率良く製造できる為、工業的製造方法として極めて
価値が高い。
Claims (5)
- 【請求項1】脂肪族ポリアミンもしくはその塩酸塩又は
炭酸塩とホスゲンを不活性液状媒体中で反応させるに際
し、反応系内に不活性ガスを装入しながら反応を行うこ
とを特徴とする脂肪族ポリイソシアナートの製造方法。 - 【請求項2】不活性ガスが窒素である請求項1記載の製
造方法。 - 【請求項3】脂肪族ポリアミンがキシリレンジアミン、
ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジ
アミン、イソホロンジアミン、ビス(アミノシクロヘキ
シル)メタン、2,2−ビス(アミノシクロヘキシル)
プロパン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン又はビ
ス(アミノメチル)ノルボルネンの群から選ばれる請求
項1記載の製造方法。 - 【請求項4】沸点が130℃以上の不活性液状媒体中で
反応を行うことを特徴とする請求項1記載の製造方法。 - 【請求項5】不活性液状媒体がエステル類である請求項
4記載の製造方法。
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