DD203734A1 - METHOD FOR PRODUCING LIVING POLYETHERAL CARBOHYL STAMPS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung lebender Prepolymere aus einer Oxitranverbindung, einem Starter mit mindestens einer Hydroxylgruppe und einem Polymerisationskatalysator der Klasse metallisch-koordinativ wirkender Katalysatoren, beispielsweise Doppelmetallcyanidkomplexverbindungen. Erfindungsgemaesz wird durch Zugabe des Katalysators zur Oxiranverbindung ein Reaktionsgemisch hergestellt, welchem nach der Initiierungsphase eine Mischung aus Starter und einer oder mehreren Oxiranverbindungen zugefuegt und dabei die Temperatur auf 40 bis 120 Grad C gehalten wird. Als Oxiranverbindung wird bevorzugt Propylenoxid eingesetzt. Aus diesen lebenden Staemmen sind hochmolekulare Polyetheralkohole herstellbar, welche als Ausgangsprodukt fuer Polyurethane grosze Bedeutung besitzen.The invention relates to a process for producing living prepolymers from an oxitran compound, a starter having at least one hydroxyl group and a polymerization catalyst of the class of metallic-coordinating catalysts, for example Doppelmetallcyanidkomplexverbindungen. According to the invention, by adding the catalyst to the oxirane compound, a reaction mixture is prepared which, after the initiation phase, is charged with a mixture of initiator and one or more oxirane compounds while maintaining the temperature at 40 to 120 ° C. As the oxirane compound, propylene oxide is preferably used. High molecular weight polyether alcohols can be prepared from these living tribes, which have great significance as starting materials for polyurethanes.
Description
236230 7236230 7
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren zur Herstellung lebender Polyetheralkohol-StämmeProcess for the preparation of living polyether alcohol strains
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung lebender Polyetheralkohol-Stämme aus einem Alkylenoxid, einem Startertnolekül mit mindestens einer Hydroxylgruppe und einem Polymerisationskatalysator der Klasse metallisch-koordinativ wirkender Katalysatoren, beispielsweise Doppelmetallcyanidkomplexverbindungen·The invention relates to a process for producing living polyether alcohol strains from an alkylene oxide, a starter molecule having at least one hydroxyl group and a polymerization catalyst of the class of metallically coordinating catalysts, for example double metal cyanide complex compounds.
Aus diesen lebenden Stämmen sind hochmolekulare Polyetheralkohole herstellbar, welche als Ausgangsprodukte für Polyurethane große Bedeutung besitzen·From these living strains, high molecular weight polyether alcohols can be produced which have great significance as starting materials for polyurethanes.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Aus der CA-PS 733 600 (analog US-PS 3 404 109) ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyetherdiolen unter Verwendung von V/asser als Starter bekannt, wobei die Hydroxylfunktionalität annähernd 2 beträgt. Als Katalysatoren werden Doppelmetallcyanid-Komplexe verwendeteFrom CA-PS 733 600 (analog US Pat. No. 3 404 109) a process for the preparation of polyether diols using V / asser as a starter is known, wherein the hydroxyl functionality is approximately 2. The catalysts used are double metal cyanide complexes
Nachteil dieses Verfahrens ist, daß lange Reaktionszeiten erforderlich sind, eine breite Molmassenverteilung auftritt und ausschließlich Diole hergestellt v/erden können·A disadvantage of this process is that long reaction times are required, a broad molar mass distribution occurs and only diols can be prepared.
Die Herstellung von Polyetheralkoholen der Molmasae 300 bis 150 000 mittels raetallisch-koordinativ wirkender Katalysatoren ist in dem US-PS 3 829 505 beschrieben. Ausgehend von einer Oxiranverbindung, einem Starter und dem Katalysator wird in einem gemeinsamen Ansatz die Polymerisation durchgängig bis zum Endprodukt geführt· Auch bei diesesa Verfahren stehen die langen Reaktionszeiten einer breiten Anwendung entgegen»The preparation of polyether alcohols of Molmasae 300 to 150,000 by means of raetallisch-coordinating catalysts is described in US-PS 3,829,505. Starting from an oxirane compound, a starter and the catalyst, the polymerization is conducted continuously through to the end product in a joint approach. The long reaction times are also widely used in this process. "
Aus dem DD-WP 148 957 ist ein Verfahren zur Herstellung hochmolekularer Polyetheralkohole bekannt, die eine enge Molmassenverteilung besitzen und nur sehr geringe Strukturdefekte aufweisen· Die Polymerisation erfolgt in Gegenwart von Metallsalzen der Hexacyanoiridium-III-säure in zwei eng miteinander verknöpften Verfahrensstufen bis zum Endprodukt» Aufgrund dieser Verfahrensgestaltung ist nur eine diskontinuierliche Arbeitsweise bei der großtechnischen Polyetheralkoholhsrstellung durchführbar·DD-WP 148 957 discloses a process for preparing high molecular weight polyether alcohols which have a narrow molecular weight distribution and very low structural defects. The polymerization takes place in the presence of metal salts of hexacyanoiridium-III acid in two closely linked process stages to the end product Due to this process design, only a discontinuous procedure can be carried out in the case of large-scale polyether alcohol production.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Es ist das Ziel der Erfindung, Prepolymere aus oligomeren Alkylenoxiden relativ niedriger Molmasse herzustellen, die über längere Zeit aktiv bleiben und ohne weitere Aktivierung bei Umgebungstemperatur durch einfache Zugabe von weiteren Oxiranverbindungen wieder gestartet und zu Polyetheralkoholen höherer Molraasse und enger Holmassenverteilung weiterverarbeitet werden können·It is the object of the invention to prepare prepolymers of oligomeric alkylene oxides of relatively low molecular weight, which remain active over a longer period of time and can be restarted without further activation at ambient temperature by simple addition of further oxirane compounds and further processed to form polyether alcohols of higher molecular weight and narrow spar mass distribution.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Das Ziel der Erfindung wird erreicht, indem erfindungsgemäß aus einer Oxiranverbindung und einem raetallisch-koordinativ wirkenden Katalysator bei Umgebungstemperatur ein Reaktionsgemiach hergestellt wird, weichst sich je nach Aktivität des Polymerisationskatalysator rapids auf eine Temperatur von 40 bis 120 0C erwärmt, und dann diesem erwärmten Reaktionsgemisch eine Mischung aus Starter und einer oder mehreren Oxiranverbindungen zugegeben wird, und zwar derart, daS dieThe object of the invention is achieved by according to the invention from a oxirane compound and a raetallisch-coordinating catalyst at ambient temperature a Reaktionsgemiach is prepared, depending on the activity of the polymerization catalyst rapids heated to a temperature of 40 to 120 0 C, and then this heated reaction mixture a mixture of initiator and one or more oxirane compounds is added, such that the
*-> ν vs c «j VJ / 3* -> ν vs c «j VJ / 3
Temperatur dabei auf 40 bis 120 0C erhalten bleibt·Temperature is maintained at 40 to 120 ° C.
Das wesentlichste Merkmal des erfindungsgeroäßen Verfahrens zur Herstellung der lebenden Prepolymeren besteht darin, mit einer geeigneten Oxiranverbindung und einem geeigneten Katalysator ein Startergemisch herzustellen und in die anspringende Reaktion» d« h· während eines rapiden Temperaturanstiegs des Reaktionsgemisches, eine Mischung aus Starter und einer oder mehreren Oxiranverbindungen zuzugeben· Dadurch erfolgt eine augenblickliche Einbeziehung des Starters in die Reaktion und kein Abbruch derselben·The most essential feature of the process according to the invention for preparing the living prepolymers is to prepare a starting mixture with a suitable oxirane compound and a suitable catalyst and precipitate in the reacting reaction during a rapid increase in the temperature of the reaction mixture, a mixture of initiator and one or more Oxirane compounds are added. This results in an immediate incorporation of the initiator into the reaction and no termination thereof.
Als Oxiranverbindung wird vorteilhaft Propylenoxid verwendet· Es sind jedoch auch andere Verbindungen wie Ethylenoxid, Butylenoxid, Epichlorhydrin, Allylglycidether, 2,2*-bis(4-Hydroxyphenyl)propandiglycidether oder Styroloxid geeignet, die in reiner Form oder im Gemisch einsetzbar sind·Propylene oxide is advantageously used as the oxirane compound. However, other compounds such as ethylene oxide, butylene oxide, epichlorohydrin, allyl glycidyl ether, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane diglycidyl ether or styrene oxide are also suitable, which can be used in pure form or as a mixture.
Geeignete Starter sind Methanol, Ethanol, Propanol, Hexanol, Stearylalkohol, Phenol, Ethylenglykol, Propyleriglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, 8utandiol-l,4, Butandiol-1,3, Pentandiol-1,5, Hexandiol-1,6, niedere Homo- oder Copolymere der Alkylenoxide, Glycerin, Glycerin-Ethylenoxidether, Glycerin-Propylenoxidether, Pentaerythrit, Pentaerithritether, Xylit, Sorbit und Saccharose,Suitable initiators are methanol, ethanol, propanol, hexanol, stearyl alcohol, phenol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 8-butanediol-1, 4, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, lower homo- or copolymers of alkylene oxides, glycerol, glycerol-ethylene oxide ethers, glycerol-propylene oxide ethers, pentaerythritol, pentaerythritol ether, xylitol, sorbitol and sucrose,
Geeignete Polymerisationskatalysatoren entsprechen der allgemeinen FormelSuitable polymerization catalysts correspond to the general formula
MeA ^"MeB(CN)6_7b ·CZnCl2^dH2O*eLigand ,Me A ^ "Me B (CN) 6 _7 b * CZnCl 2 ^ dH 2 O * e ligand,
^Me(CN)6_7b ·CZnCl2 ^ Me (CN) 6 _7 b · CZnCl 2
wobei MeA ein zweiwertiges Metall wie Zn, Mn11, Ni11 oder Fe11 MeB ein höherwertiges Metall wie Fe111, Co111, Mn111,where Me A is a divalent metal such as Zn, Mn 11 , Ni 11 or Fe 11 Me B is a higher-valent metal such as Fe 111 , Co 111 , Mn 111 ,
TTT V VTTT V V
lrxx±, VT oder Mov, a eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 js nach Wertigkeit lr xx ± , VT or Mo v , a is an integer between 1 and 3 js by valence
des Metallcyanidkosnplexes, b eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 zur Äquivalenz der Wertigkeit des Metallcyanidkomplexes,b is an integer between 1 and 3 to the equivalence of the valence of the metal cyanide complex,
230230 7230230 7
c eine Zahl zwischen 0,1 und 4/8, d eine Zahl zwischen 0,2 und 2,6 und / e eine Zahl zwischen 0,1 und 5,9c is a number between 0.1 and 4/8, d is a number between 0.2 and 2.6 and / e is a number between 0.1 and 5.9
bedeuten·mean·
Als Ligand sind vorzugsweise Alkohole, Ether, Ester, Ketone oder Amide geeignet«The ligands used are preferably alcohols, ethers, esters, ketones or amides. «
Die Herstellung der Polymerisationskatalysatoren ist bekannt; sie kann beispielsweise nach US-PS 3 427 256, 3 427 334 oder 3 427 335 erfolgen.The preparation of the polymerization catalysts is known; it can be done, for example, according to US Pat. Nos. 3,427,256, 3,427,334 or 3,427,335.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist eine unkomplizierte, ökonomische sowie energiesparende Methode zur Herstellung lebender Prepolyraerer und weist den Vorteil einer kurzen Initiierungsphase sowie der unproblematischen Einstellung der mittleren Molmasse und Hydroxylfunktionalität auf» Mittels der lebenden Präpolymeren sind Voraussetzungen zur kontinuierlichen Herstellung von Polyetheralkoholen geschaffen·The process according to the invention is a straightforward, economical and energy-saving method for producing living prepolyacifiers and has the advantage of a short initiation phase and unproblematic adjustment of the average molecular weight and hydroxyl functionality. Preparations for the continuous preparation of polyether alcohols are created by means of the living prepolymers.
AusfÖhrungsbeispiele Beispiel 1Embodiment Examples Example 1
Es wird ein lebender Stamm für die Herstellung von Poiyetherdiolen hergestellt:A live strain is made for the preparation of polyether diols:
In einem 1 1-Sulfierkolben werden 200 g Propylenoxid und 6 g Zinkhexacyanoferrat-III-ethyleaglykoldimethylether unter Stickstoff und automatischer Temperaturregistrierung gerührt· Nach 23 Minuten steigt die Temperatur zunächst langsam, dann sehr schnell an» Wenn die Temperatur 30 0C erreicht hat (nach 26,5 min), wird in das Reaktionsgemisch ein Gemisch aus 400 g Dipropylenglykol und 300 g Propylenoxid mit einer derartigen Geschwindigkeit eindosiert, daE die Temperatur zwischen 80 bis iOO 0G gehalten wird» Nach 25 Minuten ist die Zugabe beendet. Danach werden noch weitere 100 g Propylenoxid in etwa 10 Minuten zugegeben· NachIn a 1 liter sulfonating flask, 200 g of propylene oxide and 6 g of zinc hexacyanoferrate III ethyleaglykoldimethylether are stirred under nitrogen and automatic temperature recording · After 23 minutes, the temperature rises slowly, then very quickly »When the temperature has reached 30 0 C (after 26 , 5 min), the reaction mixture in a mixture of 400 g of dipropylene glycol and 300 g of propylene oxide is metered in at such a rate, Dae the temperature between 80 to iOO 0 g is kept "After 25 minutes, the addition is complete. Then another 100 g of propylene oxide are added in about 10 minutes
1 Stunde Reaktionszeit ist der Stamm mit einer Funktionalität1 hour reaction time is the trunk with a functionality
2 und einer mittleren Molmasse 335 zur weiteren Verwendung bereit·2 and an average molecular weight 335 ready for further use
Zur Kontrolle werden 33,5 g des Stammes innerhalb von 2,5 Stunden bei 80 0C mit 175 g Propylenoxid umgesetzt· Man erhält ein Polypropylenglykol der mittleren Molmasse 2000·For control, 33.5 g of the strain are reacted with 175 g of propylene oxide at 80 ° C. within 2.5 hours. A polypropylene glycol of average molecular weight 2000 is obtained.
Die Reaktion wird mit dem gleichen Stamm nach einem Monat wiederholt· Diese Reaktion verläuft analog, und die Propylenoxidaufnähme ist bei 80 0C in 2 Stunden 20 Minuten beendet· Das entstandene Polypropylenglykol unterscheidet sich nach Analysendaten und GPC nicht von dem vorhergehenden,The reaction is repeated with the same strain after one month. This reaction proceeds analogously and the propylene oxide uptake is terminated at 80 ° C. in 2 hours 20 minutes. The resulting polypropylene glycol does not differ from the preceding one according to analysis data and GPC.
Es wird wie in Beispiel 1 ein lebender Stamm hergestellt, der als Ausgangsprodukt for die kontinuierliche Herstellung eines trifunktionellen Polyetheralkohols dient· Dazu werden in einen 6 1-Sulfierkolben mit automatischer Temperaturaufzeichnung, Rückfluß-Intensivkühler, Rührer und Tropftrichter unter Rühren bei 40 0C 600 g Propylenoxid und 18,6 g Zinkhexacyanoiradat-III-diethylenglykoldimethylether als Katalysator gegeben· Nach 9 Minuten steigt die Temperatur langsam an und erreicht nach 10,5 Minuten 85 0C* Zu diesem Zeitpunkt wird aus dem Tropftrichter ein Gemisch aus 2800 g eines Glycerin-Propylenoxidethers der Molmasse 400 (Hydroxylzahi 135) und 1600 g Propylenoxid mit einer solchen Geschwindigkeit zudosiert, daß die Temperatur 100 0C nicht überschritten wird.· Die Zugabe nimmt etwa 2 Stunden in Anspruch« Danach liegen 5000 g eines lebenden Stammes mit der mittleren Molmasse von etwa 700 vor. Zu diesem Stamm wird anschließend ein Gemisch aus 300 g Propylenoxid und 500 g Ethylenoxid zudosiert· Nach etwa 45 Minuten ist diese Menge aufgenommen,und der lebende Stamm hat jetzt eine mittlere Molmasse von 830·It is prepared as in Example 1, a living strain, which serves as a starting material for the continuous production of a trifunctional polyether alcohol · For this purpose, in a 6 1 sulfonating flask with automatic temperature recording, reflux intensive condenser, stirrer and dropping funnel with stirring at 40 0 C 600 g After 9 minutes, the temperature rises slowly and reaches after 10.5 minutes 85 0 C * At this time, from the dropping funnel, a mixture of 2800 g of a glycerol propylene oxide the molar mass 400 (Hydroxylzahi 135) and 1600 g of propylene oxide are added at such a rate that the temperature is not exceeded 100 0 C. · The addition takes about 2 hours to complete «Thereafter 5000 g of a living strain with the average molecular weight of about 700 ago. A mixture of 300 g of propylene oxide and 500 g of ethylene oxide is then metered into this strain. After about 45 minutes, this amount is absorbed and the live strain now has an average molar mass of 830.
L 3 O L ό U / β L 3 O L ό U / β
Ea wird in Analogie zu Beispiel 2 in der gleichen Apparatur ein lebender Stamm mit folgender Zusammensetzung hergestellt (Temperatur 80 0C)sEa is prepared in analogy to Example 2 in the same apparatus a live strain with the following composition (temperature 80 0 C) s
Propylenoxid 100 g Epichlorhydrin 250 gPropylene oxide 100 g Epichlorohydrin 250 g
Zinkhexacyancrferrat-III-ethylenglykoldimethylether 22,75 g,Zinc hexacyanitrate III ethylene glycol dimethyl ether 22.75 g,
dazu nach 32 Minuten bei 85 0C Hexandiol * 1180 g Epichlorhydrin 2570 g*thereto after 32 minutes at 85 ° C. hexanediol * 1180 g epichlorohydrin 2570 g *
Nach 4 Stunden ist die Aufnahme beendet, Danach wird ein Gemisch aus 430 g Ethylenoxid und 1070 g Epichlorhydrin innerhalb von 2 Stunden hinzugefügt. Man erhält 5600 g eines lebenden, chlorhaltigen, difunktionellen Stammes mit einer durchschnittlichen Molraasse von 560» 56 g dieses Produktes werden nach 14 Tagen mit 144 g Epichlorhydrin zu einem chlorhaltigen Polyetherdiol der MoI-ßaase 2000 umgesetzt· Die Umsetzung beansprucht bei 93 0C 4,5 Stunden*After 4 hours, the recording is completed, then a mixture of 430 g of ethylene oxide and 1070 g of epichlorohydrin is added within 2 hours. This gives 5600 g of a living, chlorine-containing, difunctional strain having an average molecular weight of 560 56 g of this product are reacted after 14 days with 144 g of epichlorohydrin to a chlorine-containing polyether diol MoI ßaase 2000 · The reaction claimed at 93 0 C 4, 5 hours*
Es wird ein lebender Stamm in einem 2,5 1-Sulfierkolben mit Rührer, Rückflußkühler mit Trockeneis, Tropftrichter mit Kühlfinger und automatischer Temperaturregistrierung hergestellt* Dazu werden 50 g Propylenoxid, 100 g Ethylenoxid und 11,85 g Zinkhexacyanocobaltat-III-diethylenglykoldimethylether als Katalysator gegeben, auf 45 0C erwärmt und unter Stickstoffatmosphäre gerührt· Nach 32 Minuten steigt die Temperatur an und hat nach 35 Minuten 82 0C erreicht· Bai dieser Temperatur werden bei 80 bis 100 °C 620 g Ethylenglykol, 630 g Ethylenoxid und 520 g Propylenoxid innerhalb von 4 Stunden hinzugefügt· Danach werden noch 300 g Propylenoxid zugegeben zu Giner Gesamtmasse von 2230 g,A live strain is prepared in a 2.5 liter sulphonation flask with stirrer, reflux condenser with dry ice, dropping funnel with cold finger and automatic temperature registration. For this purpose, 50 g of propylene oxide, 100 g of ethylene oxide and 11.85 g of zinc hexacyanocobaltate III diethylene glycol dimethyl ether are added as catalyst heated to 45 0 C and stirred under a nitrogen atmosphere · After 32 minutes, the temperature increases and has reached 82 0 C after 35 minutes · Bai this temperature at 80 to 100 ° C 620 g of ethylene glycol, 630 g of ethylene oxide and 520 g of propylene oxide within of 4 hours added. Thereafter, 300 g of propylene oxide are added to Giner total mass of 2230 g,
Die mittlere Molmasse beträgt 225· Der Stamm ist mindestens einen Monat beständig·The average molecular mass is 225 · The strain is stable for at least one month ·
Nach einem Monat werden zu 225 g des Stammes 16G0 g Propylenoxid gegeben· Die Reaktion dauert bei 80 bis 90 0C 2 Stunden, Danach werden zu dem Polyetherdiol 8 g metallisches Kalium gegeben und unter Rühren gelöst· Nach vollständiger Lösung werden noch 480 g Ethylenoxid bei 100 bis 110 0C innerhalb von 3 Stunden zugegeben, eine Stunde nachgerührt und bei 80 0C mit 10 %iger Salzsäure auf den pH-Wert 4,0 eingestellt, Nach Entwässerung, Absaugen von ausgefallenem KCl und Feintrocknung erhält man das Blockcopolyraere Polyetherdiol mit einem Ethylenoxidgehalt von 21,7 % mit einem inneren und einem endständigen Ethylenoxidblock, mit einer mittleren Molmasse von 2275, einer Hydroxylzahl von 49,0, einer Godzahl von 0,22 und einem pH-Wert von 5,3·After one month, to 225 g of the strain 16G0 g of propylene oxide · The reaction lasts at 80 to 90 0 C for 2 hours, then to the polyetherdiol 8 g of metallic potassium and added with stirring dissolved · After complete solution is still 480 g of ethylene oxide at 100 to 110 0 C within 3 hours, stirred for one hour and adjusted at 80 0 C with 10% hydrochloric acid to pH 4.0, After dehydration, suction of precipitated KCl and drying to obtain the Blockcopolyraere polyetherdiol with a Ethylene oxide content of 21.7 % with an inner and a terminal ethylene oxide block, with an average molecular weight of 2275, a hydroxyl number of 49.0, a God number of 0.22 and a pH of 5.3 ·
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