DE2027502C3 - Verfahren zur Herstellung von Cyanacrylsäureestern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von CyanacrylsäureesternInfo
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- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C255/00—Carboxylic acid nitriles
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Description
25
Monomere Cyanacrylsäureester werden bekanntlich durch Depolymerisation der Polycyanacrylsäureester
hergestellt. Für die Herstellung der Polycyanacrylsäureester sind eine Vielzahl von Herstellungsverfahren, die
fast ausschließlich auf der Umsetzung von Cyanessigsäureester mit Formaldehyd basieren, bekannt. Herstellungsvorschriften
findet man z. B. in den US-Patentschriften 24 67 927,27 21 858,27 63 677.
Nach den bisher beschriebenen Verfahren zur Depolymerisation der Polycyanacrylsäureester wird das
polymere Produkt durch Erhitzen in einem Reaktionskessel bei niedrigem Druck in Gegenwart von
Polymerisationsinhibitoren zur Depolymerisation gebracht. Als Inhibitoren werden vorzugsweise Substanzen
verwendet, die sowohl die ionische als auch die radikalische Polymerisation der monomeren Cyanacrylsäureester
verhindern.
Derartige Substanzen sind z. B. Phosphorpentoxyd, Polyphosphorsäuren, Antimonpentoxyd, Pikrinsäure,
Hydrochinon, tert.-Butylbrenzkatechin, Meta-Phosphorsäure,
Maleinsäureanhydrid, Eisen(lll)-chlorid u.a. Saure Gase wie z. B. Schwefeldioxyd, Stickstoffdioxyd,
Fluorwasserstoff oder neuerdings auch Sultone und Anthrachinondispersionsfarbstoffe sind als Polymerisationsinhibitoren
bekannt.
Weiterhin sind aus der DE-AS 11 54 088 Zusätze, wie
Essigsäureanhydrid, bekannt, die eine bessere und gleichmäßigere Qualität der Monomeren bewirken.
Während des Depolymerisationsprozesses wird die Temperatur langsam und kontinuierlich erhöht, bis kein
monomeres Material mehr abdestilliert. Selbst bei kleineren Ansätzen zieht sich die Zersetzung über einen
längeren Zeitraum hin.
In der US-Patentschrift 27 56 251 ist gezeigt worden, daß sich die Depolymerisation von Polycyanacrylsäureestern
ohne Zusatz einer inerten Flüssigkeit nur in Mengen von maximal 100 g mit brauchbaren Ausbeuten
durchführen läßt. Eine Vergrößerung des Depolymerisationsansatzes führt zu einer überaus starken Ausbeuteverminderung.
Eine gewisse Verbesserung des Depolymerisationsablaufs konnte zwar durch die Mitverwendung von tertiären Estern der Phosphorsäure
oder Diäthylenglykoldimethyläther erzielt werden, es blieben aber nach wie vor eine Reihe von
Problemen bestehen.
So bleibt z. B. im Depolyrnerisationsgefäß nach der Zersetzung eine größere Menge teer- und koksartiger
Rückstände zurück, da die Zersetzung der Polycyanacrylate
nicht mit quantitativer Ausbeute verläuft Diese Rückstände werden durch die im Depolymerisationsansatz
befindlichen Mengen an Inhibitoren wie Phosphorpentoxyd und Hydrochinon noch zusätzlich vergrößert
Es ist deswegen notwendig, nach jeder Depolymerisation die Rückstände im Depolymerisationskessel mit
aufwendigen Reinigungsmethoden zu beseitigea
Wegen der großen Empfindlichkeit der monomeren Cyanacrylsäureester gegenüber Verunreinigungen muß
die Säuberung der Depolymerisationsapparatur äußerst sorgfältig durchgeführt werden. Durch diese kostspieligen
Arbeiten wird die Wirtschaftlichkeit des gesamten Herstel'ungsprozesses in Frage gestellt
Ein weiterer Nachteil beim üblichen Herstellungsprozeß ist der Einschluß von noch nicht depolymerisiertem
Produkt durch die Depolymerisationsrückstände. Auch die Durchmischung des Reaktionsproduktes
und somit die Wärmeübertragung wird durch die teerartigen Rückstände erheblich erschwert Eine
gleichmäßige Temperatur läßt sich im Reaklionsgemisch nicht erreichen, eine hohe Temperaturbeanspruchung
des gesamten Depolymerisationsansatzes über einen langen Zeitraum ist unumgänglich. Erwartungsgemäß
ist darum bei den nach den bisherigen Herstellungsverfahren erhaltenen Endprodukten die
Gleichförmigkeit und die Reinheit und somit die Stabilität immer noch Schwankungen unterworfen.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Cyanacrylsäureestem durch Depolymerisation von
Polycyanacrylsäureestern unter Erhitzen von Gemischen aus Polycyanacrylsäureestern, Polymerisationsinhibitoren
und einer inerten hochsiedenden Flüssigkeit, gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Depolymerisation kontinuierlich bei Temperaturen von 180-240°C und einem Vakuum von 0,5-15 Torr in
einer Vorrichtung durchgeführt wird, bei der das Reaktionsgemisch im Reaktionsraum in einer Schichtdicke
bis zu 2 cm vorliegt, und bei der die Depolymerisationsrückstände laufend aus dem Reaktionsraum
abgeführt werden und wobei der Cyanacrylsäureester in einer gekühlten Vorlage gesammelt wird.
Bevorzugt ist eine Vorrichtung, die in der Art eines Dünnschichtverdampfers ausgebildet ist.
Überraschend bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Geschwindigkeit, mit 'der das polymere
Produkt depolymerisiert wird. Während man nach den bisher üblichen Verfahren selbst bei kleineren Ansätzen
das Reaktionsgemisch längere Zeit auf höhere Temperatur erhitzen muß, kann bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren die Depolymerisation bei äußerst kurzen Verweilzeiten und dementsprechend kurzer Temperaturbeanspruchung
des Reaktionsgemisches mit sehr guten Ausbeuten durchgeführt werden. Die sonst auftretenden Schwierigkeiten hinsichtlich der Wärmeübertragung
entfallen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, da das Reaktionsgemisch in der Reaktionszone leicht auf die gewünschte Temperatur gebracht
werden kann.
Die Gleichförmigkeit und die Reinheit der Endprodukte werden durch das erfindungsgemäße Verfahren
ebenfalls wesentlich verbessert, wodurch die Stabilität und die Qualität der Produkte günstig
beeinflußt wird. Auch die Wirtschaftlichkeit des
Prozesses ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber den bisher bekannten Verfahren wesentlich
erhöht worden, da die häufigen Unterbrechungen des Depolymerisationsprozesses zwecks Säuberung der
Depolymerisationsanlage entfallen.
Als Apparaturen für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich alle Vorrichtungen, die aufheizbare und
evakuierbare Reaktionszonen besitzen und einen kontinuierlichen Durchsatz des Reaktionsgemisches in
einer Schichtdicke bis zu 2 cm unter laufender Beseitigung der Depolymerisationsrückstände zulassen.
Geeignete Anordnungen sind z. B. in der Art eines Dünnschichtverdampfers oder als Überlaufsystem ausgebildet
(siehe A b b. 1 und 2).
Bei der in der A b b. 1 skizzierten Apparatur wird eine
Dispersion von Polycyanacrylsäureester und Inhibitoren (z. B. Phosphorpentoxyd und Hydrochinon) in
einer hochsiedenden inerten Flüssigkeit wie z. B. Trikresylphosphat in dem Gefäß (1) unter ständigem
Rühren auf Vorrat gehalten, von dort mittels einer Dosierpumpe (2) in die auf Temperaturen von
180-240° C aufgeheizte Reaktionszone (3) eingespeist
und durch schnell drehende Wischerblätter gleichmäßig in Form eines Films über das Reaktionsrohr verteilt.
Der sich abspaltende Cyanacrylsäureester wird bei einem Vakuum von 0,5 — 15 Torr über Kopf abdestilliert
und gelangt über einen Kühler (6) in die gekühlten Vorlagen (8 oder 9). Die Depolymerisationsrückstände
fließen zusammen mit der inerten Flüssigkeit kontinuierlich in eine Sammelvorlage (4), aus der sie jederzeit
ohne Unterbrechung des Depolymerisationsprozesses abgelassen werden können. Der genaue Aufbau der
Apparatur ist aus dem Fließbild (A b b. 1) ablesbar.
Die Überlaufvorrichtung, die in A b b. 2 skizziert ist, wurde aus üblichen Laborgeräten zusammengebaut.
Durch die Dosierpumpe wird die Dispersion aus Polycyanacrylat, Inhibitoren und einer inerten, hochsiedenden
Flüssigkeit in den Kolben A eingespeist. Der Kolben A ist bis ca. 1 —2 cm unterhalb des Überlaufs mit
Wood'schem Metall gefüllt, so daß sich auf der Metalloberfläche nur eine dünne Schicht der Dispersion
ansammeln kann, (bei einer technischen Apparatur kann man natürlich auf das Wood'sche Metall verzichten und
durch entsprechende Formgebung des Reaktionsgefäßes die gleichen Verhältnisse erzielen). Auf dem
Metall, das auf eine Temperatur von 180 — 240° C erhitzt
wird, findet \jine schnelle Depolymerisation der Polycyanacrylate statt. Die Rückstände, die bei der
Depolymerisation anfallen, werden zusammen mit der inerten Flüssigkeit durch neu hinzufließendes Material
verdrängt und über ein beheiztes Rohr in die Vorlage B geleitet, aus der die Rückstände abgelassen werden
können. Der gebildete monomere Cyanacrylsäureester wird in der Vorlage C kondensiert, aus der er von Zeit
zu Zeit entnommen wird.
Nach dieser Depolymerisations-Methode können Cyanacrylsäureester der allgemeinen Formel
CH2=C -C-OR
CN (")
hergestellt werden,
worin R einen Alkyl-, Halogenalkyl-, Alkoxyalkyl-, Alkenyl-, Cycloalkyl- oder Phenylrest mit jeweils 1 bis
16 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Die bei der Depolymerisation verwendbaren Inhibitoren oder inerten Lösungsmittel sind bekannt und bereits bei der Beschreibung des Standes der Technik erörtert worden.
Die bei der Depolymerisation verwendbaren Inhibitoren oder inerten Lösungsmittel sind bekannt und bereits bei der Beschreibung des Standes der Technik erörtert worden.
Herstellung des Polycyanacrylsäureesters
Die Herstellung des Polycyanacrylsäureesters ist nicht Gegenstand der Erfindung. Sie kann z. B. wie folgt
durchgeführt werden.
iü In ein Reaktionsgefäß, das mit Rückflußkühler, Rührer und Tropftrichter ausgestattet ist, werden
1038 g Paraformaldehyd, 3430 g Methanol und 19 g Piperidin auf Siedetemperatur des Methanols erhitzt
Dann läßt man den Cyanessigsäuremethylester in kleinen Portionen in das Reaktionsgemisch einlaufen.
Die Heizung kann dabei abgestellt werden, da die Reaktion unter starker Wärmetönung abläuft. Nach
Zugabe des gesamten Cyanessigesters (3428 g) wird die Mischung noch weitere 2 Stunden auf ca. 70° gehalten.
Anschließend gießt man die noch heiße Lösung in flache Schalen. Nach wenigen Minuten fällt der Polycyanacrylsäuremethylester
aus, so daß das überstehende Methanol-Wasser-Gemisch abgegossen werden kann. Nach
dem Abgießen des Methanols wird der Polycyanacrylsäuremethylester
bei 70° unter Vakuum getrocknet, bis der Wassergehalt unter 0,3% liegt.
Die verwendete Apparatur ist in Abb.2 dargestellt.
jo Durch die Dosierpumpe (P) werden pro Stunde 450 g
einer Dispersion aus 1700 TI. Polycyanacrylsäuremethylester,
42,5 TI. Phosphorpentoxyd, 42,5 Tl. Hydrochinon in 2465 Tl. Trikresylphosphat in ein mit
Wood'schem Metall (W) beschickten 4-1-Kolben (A)
jj eingebracht. Das Metall ist auf 220° C aufgeheizt, das
Überlaufrohr (E) auf 200° C. Bei einem Vakuum von 3 Torr destilliert der durch Depolymerisation entstandene
Cyanacrylsäuremethylester in die auf — 8°C gekühlte Vorlage (C) Die Depolymerisationsrückstände
laufen zusammen mit dem Trikresylphosphat über das Rohr (E) in die auf 200° C geheizte Vorlage (B), aus der
sie von Zeit zu Zeit über die Vorlage (B\) abgelassen werden. Während des Prozesses wird über eine
Kapillare ständig eine geringe SCVMenge in die Apparatur eingeleitet. Aus der Vorlage (C) kann der
Cyanacrylsäuremethylester durch Überhebern in den Kolben ^entnommen werden.
Nach Destillation des Rohmonomeren erhält man reinen Cyanacrylsäuremethylester in einer Ausbeute
von 115 g/Stunde = 64% d. Th.
Die verwendete Apparatur ist in A b b. 1 dargestellt. Durch die Dosierpumpe (2) werden pro Stunde 1,8 kg
einer Dispersion aus 1700 TI. Polycyanacrylsäuremethylester, 42,5Tl. Phosphorpentoxyd, 42,5Tl. Hydrochinon
in 2465 TI. Trikresylphosphat in die mit einem Rotor ausgestattete, auf 220° C aufgeheizte Reaktionszone gefördert. Der Durchmesser des Reaktionsrohres
ho (3) beträgt 50 mm, die Länge des Reaktionsrohres
1,20 m. Bei einem Vakuum von 7 Torr destilliert der monomere Cyanacrylsäuremethylester ab und gelangt
über den Kühler (6) je nach Stellung des Dreiwegehahns (7) in die Vorlage (8) oder in die Vorlage (9). Kühler (6),
b5 Vorlagen (8 und 9) und alle Verbindungen zwischen
Kühler, Vorlagen und Abscheider (10) sind auf eine Temperatur von —8°C gebracht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Cyanacrylsäureestern
durch Depolymerisation von Polycyanacrylsäureestem unter Erhitzen von Gemischen aus
Polycyanacrylsäureestern, Polymerisationsinhibitoren und einer inerten hochsiedenden Flüssigkeit,
dadurch gekennzeichnet, daß die Depolymerisation kontinuierlich bei Temperaturen von
180-2400C und einem Vakuum von 0,5-15 Torr in
einer Vorrichtung durchgeführt wird, bei der das Reaktionsgemisch im Reaktionsraum in einer
Schichtdicke bis zu 2 cm vorliegt, und bei der die Depolymerisationsrückstände laufend aus dem
Reaktionsraum abgeführt werden und wobei der Cyanacrylsäureester in einer gekühlten Vorlage
gesammelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in der Art eines
Dünnschichtverdampfers ausgebildet ist
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