JP4564226B2 - Method for producing hydroxyalkyl (meth) acrylate - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒の存在下で(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドを反応させてヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、触媒の存在下(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとをバッチ反応させてヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを得る場合、反応器に触媒と(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとを適宜供給し、加圧下で反応を進行(熟成)させ、反応液中の残存(メタ)アクリル酸が所望の濃度(通常は0.1重量%程度)になった時点で、冷却を開始して反応器内の温度を下げることで反応を停止させるのが一般的であり(特許文献1、特許文献2参照)、そののち、例えば、反応器内の温度が充分に(例えば室温にまで)下がった後に反応器内を常圧に戻し、反応生成物を取り出すようするか、特許文献1に開示されているように、冷却しながら減圧下で未反応アルキレンオキシドを除去した後、反応器内を常圧に戻し、反応生成物を取り出すようするか、特許文献2に開示されているように、冷却後、反応器内の圧力を利用して反応生成物を反応器から抜き出すようにする方法が取られている。
【0003】
しかしながら、(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとの反応においては、不純物として、ジエステル体であるアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート(以下、単に「ジエステル体」と称することもある。)や、アルキレンオキシドの二付加体であるジアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート(以下、単に「二付加体」と称することもある。)が副生しやすく、しかも、これら副生物のうち特にジエステル体については蒸留等の精製によっても除去し難いことから、その副生をできるだけ抑制することが望まれていた。しかし、前述のような従来の方法においては、ジエステル体や二付加体等の副生物を充分に抑制しがたいといった問題があった。
【0004】
また、前述した(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとの反応においては、反応液中の未反応アルキレンオキシドが多い段階ではその蒸気圧により反応圧が高くなること、密閉容器内で反応を行った場合には両原料を供給するにつれて空間部が圧縮されること、アルキレンオキシドを含む反応ガスの燃焼を回避するために通常、希釈ガス(例えば、窒素等)が予め投入されること、等により、アルキレンオキシドの供給に伴い反応器の内圧が高くなる傾向がある。とりわけ、両原料の供給直後から熟成初期にかけては、一時的に反応器の内圧が非常に高くなる傾向がある。このため、反応器の耐圧性を特別高く(例えば、1.0MPa以上)設計しなければならず、反応設備の面で高いコストを投じる必要があるという問題もあった。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−106653号公報
【0006】
【特許文献2】
特公平6−720号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の解決しようとする課題は、不純物であるアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートおよびジアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレートの副生を効率よく抑制することができ、しかも、反応器に特別高い耐圧性を要することのない、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行った。その結果、反応途中で反応器内に存在するアルキレンオキシドを含む反応ガスをパージすることにより、ジエステル体および二付加体の副生を格段に抑制することができることを見出した。また、反応途中で反応器内に存在するアルキレンオキシドを含む反応ガスをパージすることにより、反応器にかかる最高到達圧を低く抑えることができ、特別高い耐圧性を備えた反応器を使用する必要がなくなるという利点が得られることをも見出した。特に、後者については、従来は、反応器の内圧が一定圧を超えないように反応ガスをパージしながら反応させると、アルキレンオキシドにロスが生じ、しかも希釈ガスをも一緒にパージしてしまうことによりアルキレンオキシドガス濃度が燃焼範囲近辺にまで上昇して危険性が高くなると考えられていたのに反し、アルキレンオキシドのロスは目的物の生成率に影響を及ぼさない程度であり、かつ、アルキレンオキシドガス濃度の上昇による危険性よりも、反応圧の上昇に伴い燃焼範囲が拡大することの危険性の方がはるかに大きく、反応圧を低く抑えることが危険性回避に有効であることを見出した。本発明は、これらの知見により完成されたものである。
【0009】
すなわち、本発明にかかるヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの製造方法は、触媒の存在下(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとをバッチ反応させてヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを製造する方法であって、前記バッチ反応を加圧下で行うとともに、供給した全(メタ)アクリル酸の反応転化率が50%以上となった反応途中の時点で、反応器内の圧を解放することにより反応器内に存在するアルキレンオキシドを含む反応ガスをパージする操作を、反応器内に酸素と不活性ガスおよび/または不活性ガスを投入することなく行う、ことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの製造方法(以下、本発明の製造方法と称することがある。)について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜実施し得る。
本発明の製造方法は、触媒の存在下で(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとをバッチ式で反応(バッチ反応)させてヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを得る方法である。具体的には、例えば、反応器に触媒と(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとを適宜供給して反応を進行させ、反応液中の残存(メタ)アクリル酸量が所望の量になった時点で反応を終了させるようにするのが一般的である。なお、該反応は発熱反応であり、(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとが触媒の存在下共存することとなった時点から反応が開始し、冷却等により反応液の温度を設定した所定の反応温度よりも下げることにより反応を終了させるものとする。
【0011】
本発明の製造方法に用いることのできるアルキレンオキシドとしては、特に限定はされないが、好ましくは炭素数2〜6、より好ましくは炭素数2〜4のアルキレンオキシドであり、具体的には、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等が挙げられる。これらの中でも特に好ましくはエチレンオキシド、プロピレンオキシドがよい。また、本発明において用いる(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸および/またはメタクリル酸を意味する。
本発明の製造方法において、(メタ)アクリル酸の全供給量とアルキレンオキシドの全供給量との量関係は、(メタ)アクリル酸1モルに対して、アルキレンオキシドが1.0〜10モルであることが好ましく、より好ましくは1.0〜5.0モル、さらに好ましくは1.0〜3.0モル、さらにより好ましくは1.0〜2.0モルである。(メタ)アクリル酸1モルに対して、アルキレンオキシドが1.0モル未満であると、反応が進行しにくくなるおそれがあり、一方、アルキレンオキシドが10モルを超えると、アルキレンオキシドの回収工程等が必要となり経済的に不利益となるおそれがある。
【0012】
本発明の製造方法において、原料である(メタ)アクリル酸およびアルキレンオキシドの仕込み方法(順序)については、通常は、反応器に(メタ)アクリル酸の一部もしくは全量を初期仕込みしておき、そこにアルキレンオキシドもしくはアルキレンオキシドと(メタ)アクリル酸の残部とを供給するのが一般的であるが、これに限定されるものではく、例えば、アルキレンオキシドの一部もしくは全量を初期仕込みするようにしてもよい。
また、前記(メタ)アクリル酸およびアルキレンオキシドの供給は、一括投入および逐次投入(連続的な投入および/または間欠的な投入)のいずれでもよいが、好ましくは、初期仕込み分については一括投入するのがよく、その後に供給する分については逐次投入するのがよい。なお、連続的な投入とは、少しずつ連続的に投入する形態を意味し、間欠的な投入とは、パルス的または断続的に、任意の回数に分けて投入する形態を意味する。また、連続的に投入をする場合は、投入速度を一定にしたまま投入終了まで進行させてもよいし、途中で少なくとも1回速度を変化させて進行させてもよいし、速度自体を連続的に任意に変化させながら進行させてもよい。但し、途中で速度を変化させる場合には、変更前から変更後へと速度を低下させることが好ましい。
【0013】
また、(メタ)アクリル酸およびアルキレンオキシドを投入する際には、常温で投入してもよいし、その時点での系内の温度を変化させないように所望の温度にまで予め加温してから投入してもよい。
また、(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドの両方を同時に投入する場合には、それぞれ別々の投入ラインから添加してもよいし、反応器に投入する前に、配管、ラインミキサー、ミキシングタンク等で予め混合してから添加してもよいが、それぞれ別々の投入ラインから添加した場合には、系内におけるアルキレンオキシドと(メタ)アクリル酸のモル比に偏りが生じるおそれがあるので、好ましくは、反応器へ投入する前に予め混合してから添加するのがよい。なお、それぞれ別々の投入ラインから添加する場合、投入の形態(一括投入、逐次投入)、投入する原料の温度、投入速度などについては、各原料で必ずしも同じである必要はない。
【0014】
なお、本発明の製造方法において、(メタ)アクリル酸およびアルキレンオキシドの全供給量を仕込み終えるまでに要する時間は、特に制限されるものではなく、反応の進行具合や生産性等を考慮して、適宜設定すればよい。
本発明の製造方法において用いることのできる触媒としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、クロム(Cr)化合物、鉄(Fe)化合物、イットリウム(Y)化合物、ランタン(La)化合物、セリウム(Ce)化合物、タングステン(W)化合物、ジルコニウム(Zr)化合物、チタン(Ti)化合物、バナジウム(V)化合物、リン(P)化合物、アルミニウム(Al)化合物、モリブデン(Mo)化合物およびアミン化合物の群から選ばれる少なくとも1種を含む触媒であることが好ましく、均一系触媒であるものがより好ましい。特に、触媒として、アミン化合物とこれ以外の触媒とを併用することにより、触媒活性に相乗効果が見られ、反応転化率が高くなるうえ、反応選択率も高くなる、などの効果が得られる。
【0015】
前記クロム(Cr)化合物は、クロム(Cr)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、塩化クロム、アセチルアセトンクロム、蟻酸クロム、酢酸クロム、アクリル酸クロム、メタクリル酸クロム、重クロム酸ソーダ、ジブチルジチオカルバミン酸クロム等が挙げられる。
前記鉄(Fe)化合物は、鉄(Fe)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、鉄粉、塩化鉄、蟻酸鉄、酢酸鉄、アクリル酸鉄、メタクリル酸鉄等が挙げられる。
【0016】
前記イットリウム(Y)化合物は、イットリウム(Y)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、アセチルアセトンイットリウム、塩化イットリウム、酢酸イットリウム、硝酸イットリウム、硫酸イットリウム、アクリル酸イットリウムおよびメタクリル酸イットリウム等が挙げられる。
前記ランタン(La)化合物は、ランタン(La)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、アセチルアセトンランタン、塩化ランタン、酢酸ランタン、硝酸ランタン、硫酸ランタン、アクリル酸ランタンおよびメタクリル酸ランタン等が挙げられる。
【0017】
前記セリウム(Ce)化合物は、セリウム(Ce)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、アセチルアセトンセリウム、塩化セリウム、酢酸セリウム、硝酸セリウム、硫酸セリウム、アクリル酸セリウムおよびメタクリル酸セリウム等が挙げられる。
前記タングステン(W)化合物は、タングステン(W)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、塩化タングステン、アクリル酸タングステンおよびメタクリル酸タングステン等が挙げられる。
【0018】
前記ジルコニウム(Zr)化合物は、ジルコニウム(Zr)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、アセチルアセトンジルコニウム、塩化ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、アクリル酸ジルコニウム、メタクリル酸ジルコニウム、ジルコニウムブトキシド、ジルコニウムプロポキシド、塩化ジルコニル、酢酸ジルコニル、硝酸ジルコニル、アクリル酸ジルコニルおよびメタクリル酸ジルコニル等が挙げられる。
前記チタン(Ti)化合物は、チタン(Ti)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、塩化チタン、硝酸チタン、硫酸チタン、チタンメトキシド、チタンエトキシド、チタンプロポキシド、チタンイソプロポキシド、アクリル酸チタンおよびメタクリル酸チタン等が挙げられる。
【0019】
前記バナジウム(V)化合物は、バナジウム(V)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、アセチルアセトンバナジウム、塩化バナジウム、ナフテン酸バナジウム、アクリル酸バナジウムおよびメタクリル酸バナジウム等が挙げられる。
前記リン(P)化合物は、リン(P)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、トリメチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリトルイルホスフィンおよび1,2−ビス(ジフェニルホスフィン)エタンなどの、アルキルホスフィン類およびその(メタ)アクリル酸塩等の4級ホスホニウム塩等が挙げられる。
【0020】
前記アルミニウム(Al)化合物は、アルミニウム(Al)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、アセチルアセトンアルミニウム、塩化アルミニウム、酢酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アクリル酸アルミニウムおよびメタクリル酸アルミニウム等が挙げられる。
前記モリブデン(Mo)化合物は、モリブデン(Mo)原子を分子内に有する化合物で、かつ反応液に可溶であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、塩化モリブデン、酢酸モリブデン、アクリル酸モリブデンおよびメタクリル酸モリブデン等が挙げられる。
【0021】
前記アミン化合物は、アミン官能基を分子内に有する化合物であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、トリアルキルアミン類、ピリジン等の環状アミン類およびその4級塩などの均一系アミン化合物や、3級アミノ基、4級アンモニウム基およびピリジニウム基等の塩基性官能基を少なくとも1種含有する塩基性アニオン交換樹脂などの不均一系アミン化合物が挙げられ、好ましくは、3級アミノ基、4級アンモニウム基およびピリジニウム基等の塩基性官能基を少なくとも1種含有する塩基性アニオン交換樹脂であるのがよく、より好ましくは、3級アミノ基、4級アンモニウム基およびピリジニウム基から選ばれる少なくとも1種の官能基を含有する塩基性アニオン交換樹脂であるのがよい。
【0022】
また、前記触媒として、金属塩および金属錯体等の金属イオンを含む均一系金属触媒(例えば、クロム化合物、鉄化合物等)を用いる場合には、使用した触媒を回収することが可能となり、該回収した触媒を再利用することもできる。触媒の回収は、具体的には、例えば、金属塩および金属錯体等の金属イオンを含む均一系金属触媒とともに、アニオン交換樹脂(4級ホスホニウム塩、3級アミノ基、4級アンモニウム基およびピリジニウム基等の塩基性官能基を少なくとも1種含有する塩基性アニオン交換樹脂)とを共存させて反応させると、反応の進行とともに均一系金属触媒をアニオン交換樹脂に吸着させることができるので(具体的には、反応系の(メタ)アクリル酸の濃度が0.10重量%付近にまでに低下した際に吸着され得る。)、この均一系金属触媒が吸着したアニオン交換樹脂に原料である(メタ)アクリル酸を接触させて、吸着した均一系金属触媒を遊離させるようにすればよい。
【0023】
本発明の製造方法において、前記触媒の使用量は、特に限定されないが、均一系触媒の場合は、原料(メタ)アクリル酸の全供給量に対して0.001〜10モル%の範囲で用いることが好ましく、より好ましくは0.005〜5モル%、さらにより好ましくは0.01〜3モル%の範囲で用いるのがよい。0.001モル%未満であると、反応速度が小さくなるため反応時間が長くなり生産性が低下するおそれがあり、一方、10モル%を超えると、副生物の反応選択性が高くなる傾向があるので好ましくない。一方、不均一系触媒の場合、触媒の使用量は、特に限定はされないが、原料(メタ)アクリル酸の全供給量に対して5〜80重量%の範囲で用いることが好ましく、より好ましくは10〜70重量%の範囲で用いるのがよい。また、触媒量が少なくても本発明におけるジエステル体の抑制効果が損なわれることはないので、触媒由来の不純物の副生を低減するという観点からは、触媒の使用量は前記範囲内で少なければ少ないほど良い。なお、触媒由来の不純物としては、特に限定はされないが、具体的には、例えば、触媒として酢酸クロムを用いた場合にはヒドロキシアルキルアセテート(例えば、ヒドロキシエチルアセテート、ヒドロキシプロピルアセテートなど)がある。
【0024】
本発明の製造方法において、前記触媒は、その全使用量を反応器に予め仕込んでおくことが一般的であるが、これに限定はされず、例えば、全使用量の一部を反応器に初期仕込みし、その後、反応の進行途中で残部を追加して供給するようにしてもよい。また、前記触媒が均一系触媒の場合は、両原料のいずれかに予め溶解させておいてから、反応器に仕込んだり、供給したりしてもよく、例えば、初期仕込みする場合には、反応器とは別の溶解槽で、初期仕込みする原料に予め溶解させておいて、反応器に仕込むようにしてもよい。
本発明の製造方法においては、必要に応じて、反応の際に系内に重合防止剤を添加してもよい。重合防止剤としては、特に制限はなく、一般に工業的に用いられるものであれば使用可能であり、具体的には、例えば、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、tert−ブチルハイドロキノン、2,6−ジ−tert−ブチルハイドロキノン、2,5−ジ−tert−ブチルハイドロキノン、2,4−ジメチル−6−tert−ブチルフェノール、ハイドロキノンモノメチルエーテル等のフェノール化合物;N−イソプロピル−N’−フェニル−パラ−フェニレンジアミン、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−パラ−フェニレンジアミン、N−(1−メチルヘプチル)−N’−フェニル−パラ−フェニレンジアミン、N,N’−ジフェニル−パラ−フェニレンジアミン、N,N’−ジ−2−ナフチル−パラ−フェニレンジアミン等のパラフェニレンジアミン類;チオジフェニルアミン、フェノチアジン等のアミン化合物;ジブチルジチオカルバミン酸銅、ジエチルジチオカルバミン酸銅、ジメチルジチオカルバミン酸銅等のジアルキルジチオカルバミン酸銅塩類;2,2,4,4−テトラメチルアゼチジン−1−オキシル、2,2−ジメチル−4,4−ジプロピルアゼチジン−1−オキシル、2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、2,2,5,5−テトラメチル−3−オキソピロリジン−1−オキシル、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、6−アザ−7,7−ジメチル−スピロ(4,5)デカン−6−オキシル、2,2,6,6−テトラメチル−4−アセトキシピペリジン−1−オキシル、2,2,6,6−テトラメチル−4−ベンゾイルオキシピペリジン−1−オキシル、4,4’,4’’−トリス−(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)ホスファイト等のN−オキシル化合物;等が挙げられる。これら重合防止剤は1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0025】
前記重合防止剤を用いる場合、その添加量は、原料(メタ)アクリル酸の全供給量に対して、0.0001〜1重量%であることが好ましく、より好ましくは0.001〜0.5重量%であるのがよい。また、重合防止剤の添加時機については、特に制限はないが、好ましくは初期仕込みする成分とともに初めに反応器内に添加しておくのがよい。
本発明の製造方法においては、反応を温和に進行させることなどを目的として、本発明の効果を損なわない範囲で、溶媒を存在させて反応を行ってもよい。溶媒としては、具体的には、例えば、トルエン、キシレン、ヘプタン、オクタン等の一般的な溶媒の1種または2種以上を用いることができる。
【0026】
本発明の製造方法において、(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとの反応温度は、通常は、40〜120℃の範囲が好ましく、50〜120℃の範囲がより好ましく、50〜110℃の範囲がさらにより好ましく、50〜100℃の範囲が特に好ましい。反応温度が40℃未満であると、反応速度の低下が著しく、反応時間が長くなり生産性が低下する傾向がある。一方、反応温度が120℃を超えると、ジエステル体や二付加体が副生しやすくなるおそれがある。
本発明の製造方法において、反応時の反応器内の圧力は、使用する原料の種類やその使用割合にもよるが、一般には加圧下で行うことが好ましい。
【0027】
本発明の製造方法においては、反応器内に存在するアルキレンオキシドを含む反応ガスをパージする操作を反応途中で行うようにすることが重要である。これにより、ジエステル体および二付加体の副生を効率よく抑制することが可能となると同時に、反応器にかかる最高到達圧を低く抑えることができ、特別高い耐圧性(例えば、1.0MPa以上)を備えた反応器を使用する必要がなくなるという利点が得られる。
本発明の製造方法において、前記反応ガスのパージは、反応途中で適宜行えばよいのであるが、特に、ジエステル体および二付加体の副生を効率よく抑制するためには、供給した全(メタ)アクリル酸の反応転化率が50%以上となった時点で行うのが好ましく、より好ましくは、供給した全(メタ)アクリル酸の反応転化率が90%以上となった時点で行うのがよい。供給した全(メタ)アクリル酸の反応転化率が50%未満である時点で反応ガスをパージするようにすると、反応収率が下がると同時に、残存する酸分が多くなり、該酸分は蒸留等の精製によって除きにくいため、製品純度が低下する恐れがある。また、反応器にかかる最高到達圧を低く抑え、耐圧性の低い(例えば、1.0MPa未満)反応器で反応させようとする目的においては、内圧が反応器の備えた耐圧限度の80%、好ましくは50%を超えた時点で、前記反応ガスをパージするようにすればよい。
なお、前記反応ガスのパージは、一定圧となるように連続的に行ってもよいし、一回で行ってもよいし、複数回に分けて行ってもよい。
【0028】
本発明において、反応器内に存在するアルキレンオキシドを含む反応ガスをパージするとは、反応器内の気相に存在する気体成分(ガス)を反応器外に除去することを意味する。その具体的な操作手法としては、特に制限はなく、例えば、反応を加圧下で行う場合には、反応器内の圧を解放するようにするか、反応器内を減圧にするようにすればよいし、反応を加圧下で行うのでない場合には、窒素ガスや不活性ガス(ヘリウムガスなど)等を反応器内に流すことにより反応器内の気相をこれらガスで置換するようにするか、反応器内を減圧にするようにしてもよい。本発明においては特に、加圧下で反応させる方が好ましいこと、反応ガスをパージするための操作が簡便であること、等の理由から、反応を加圧下で行い、反応器内の圧を解放することにより前記反応ガスをパージするようにする形態が好ましい。
【0029】
本発明の製造方法において、前記反応ガスをパージする際には、反応器内の全ての反応ガスをパージする必要はなく、使用する原料の種類やその使用割合、使用する反応器の耐圧性、反応の進行度合い等に応じて、反応器内に存在する反応ガスの少なくとも一部をパージするようにすればよい。具体的には、例えば、ジエステル体および二付加体の副生を効率よく抑制する目的においては、反応器内に存在する反応ガス中のアルキレンオキシドガス濃度が60容量%以下、好ましくは50容量%以下、より好ましくは40容量%以下となるようにガスパージ量を決定することが好ましく、一方、反応器にかかる最高到達圧を低く抑え耐圧性の低い反応器で反応させようとする目的においては、反応器の内圧が所望の最高到達圧の絶対圧に対して60%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは40%以下となるようにガスパージ量を決定することが好ましい。
【0030】
本発明の製造方法において、反応の終了時機(言い換えれば、反応の冷却開始時機)は、残存する未反応(メタ)アクリル酸が充分に消失した時点をもって判断すればよく、具体的には、未反応(メタ)アクリル酸が0.2重量%以下、好ましくは0.1重量%以下となった時点で冷却を開始することが好ましい。なお、冷却の開始は、前記反応ガスをパージする前後いずれであってもよいし、同時であってもよい。
本発明の製造方法においては、反応の終了後、蒸留など、この種の反応で通常行われる精製を行って、目的のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを得るようにすればよい。具体的には、例えば、1〜50hPa、好ましくは1〜20hPaの圧力下、50〜120℃、好ましくは60〜100℃の温度で蒸留すればよい。
【0031】
本発明の製造方法においては、反応終了後、ジエステル抑制剤を添加することが好ましい。これにより、反応終了後に進行するジエステル体の副生をも効果的に抑制し、さらにジエステル体を低減することができる。ジエステル抑制剤としては、具体的には、例えば、シュウ酸、無水シュウ酸、マロン酸、コハク酸、無水コハク酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、サリチル酸、オクタン酸、アジピン酸、セパシン酸、テトラデカンジカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,3,6−ヘキサントリカルボン酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−ペンタンテトラカルボン酸、1,6,7,12−ドデカンテトラカルボン酸、安息香酸、オルソトルイル酸、メタトルイル酸、パラトルイル酸、フタル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ピロメリット酸、無水ピロメリット酸、トリメリット酸、無水トリメリット酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、1,3,5,7−ナフタレンテトラカルボン酸、ポリアクリル酸等のカルボン酸およびその無水物;グリセリン、ジエチレングリコール、トリメチロールプロパン、クレゾール、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、2,3,4,5−テトラヒドロキシヘキサン、キシリトール、マンニトール、カテコール、レゾルシン、2,6−ジヒドロキシトルエン、tert−ブチルカテコール、ピロガロール、2,4−ビス(ヒドロキシメチル)フェノール、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン、2,4,6−トリス(ヒドロキシメチル)フェノール、1,2,4,5−テトラヒドロキシベンゼン等の多価アルコール;エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四プロピオン酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、1,2−ジアミノシクロヘキサン四酢酸、アセチルアセトン、クペロン、オキシン、ベンジジン、ジエチルジチオカルバミン酸等の金属キレート剤;等が挙げられる。これらジエステル抑制剤は1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0032】
前記ジエステル抑制剤を用いる場合、その添加量は、前記触媒1モルあたり0.1〜10モルとすることが好ましく、より好ましくは0.5〜5モルとするのがよい。触媒1モルあたり0.1モル未満であると、ジエステルの副生を抑制する効果が充分に発揮されないおそれがあり、一方、10モルを超えると、添加したジエステル抑制剤が製品純度を低下させるおそれがあり、特にカルボン酸類を用いた場合には得られる製品に含まれる酸成分の含有量が増加するおそれがある。また、ジエステル抑制剤の添加時機については、反応終了後であれば特に制限はなく、例えば、反応停止(冷却開始)直後、蒸留開始時、蒸留中などの際に、1回で、もしくは複数回に分割して添加するようにすればよいのであるが、好ましくは、反応停止直後に添加するのがよい。
【0033】
【実施例】
以下に、実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
(実施例1)
アクリル酸420g、触媒として酢酸クロム2.10g、および重合防止剤としてフェノチアジン0.42gを、容量1Lの攪拌機付きSUS−316製オートクレーブに仕込み、その内部を窒素ガスで置換した後、60℃に昇温し、内圧を0.3MPaとした。次いで、エチレンオキシド282gを3時間かけて等速で供給し、この間60℃を維持して反応させた。エチレンオキシドの供給終了直後の反応ガスをガスクロマトグラフィーにより分析したところ、エチレンオキシド濃度は17容量%(このときエチレンオキシドの燃焼範囲は31容量%)、内圧は0.76MPaであった。その後、反応温度を70℃に昇温して、2.0時間反応させたところ、アクリル酸の反応転化率(中和滴定により測定)は97%となったので、内圧が0.05MPaになるまで解圧した。その後、さらに、未反応アクリル酸量(中和滴定により測定)が0.10重量%になるまで反応を継続した。3.6時間反応を継続することで、未反応アクリル酸が0.10重量%になったので、反応液を室温まで冷却した後、内圧が常圧になるまで解圧した。
【0034】
得られた反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、目的物であるヒドロキシエチルアクリレート濃度は91重量%、ジエステル体であるエチレングリコールジアクリレート濃度は0.33重量%、エチレンオキシドの二付加体であるジエチレングリコールモノアクリレート濃度は7.3重量%であった。
(実施例2)
アクリル酸420g、触媒として酢酸クロム2.10g、および重合防止剤としてフェノチアジン0.42gを、容量1Lの攪拌機付きSUS−316製オートクレーブに仕込み、その内部を窒素ガスで置換した後、60℃に昇温し、内圧を0.3MPaとした。次いで、エチレンオキシド282gを3時間かけて等速で供給し、この間60℃を維持して反応させた。エチレンオキシドを141g供給したところで、内圧が0.5MPaとなったので、それ以降は適宜解圧して内圧が0.5MPaを維持するようにした。エチレンオキシドの供給終了直後の反応ガスをガスクロマトグラフィーにより分析したところ、エチレンオキシド濃度は22容量%(このときエチレンオキシドの燃焼範囲は44容量%)であった。
その後、反応温度を70℃に昇温して、2.0時間反応させたところ、アクリル酸の反応転化率(中和滴定により測定)は97%となったので、内圧が0.05MPaになるまで解圧した。その後、さらに、未反応アクリル酸量(中和滴定により測定)が0.10重量%になるまで反応を継続した。3.7時間反応を継続することで、未反応アクリル酸が0.10重量%になったので、反応液を室温まで冷却した後、内圧が常圧になるまで解圧した。
【0035】
得られた反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、目的物であるヒドロキシエチルアクリレート濃度は91重量%、ジエステル体であるエチレングリコールジアクリレート濃度は0.33重量%、エチレンオキシドの二付加体であるジエチレングリコールモノアクリレート濃度は7.3重量%であった。
(比較例1)
アクリル酸420g、触媒として酢酸クロム2.10g、および重合防止剤としてフェノチアジン0.42gを、容量1Lの攪拌機付きSUS−316製オートクレーブに仕込み、その内部を窒素ガスで置換した後、60℃に昇温し、内圧を0.3MPaとした。次いで、エチレンオキシド282gを3時間かけて等速で供給し、この間60℃を維持して反応させた。エチレンオキシドの供給終了直後の反応ガスをガスクロマトグラフィーにより分析したところ、エチレンオキシド濃度は17容量%(このときエチレンオキシドの燃焼範囲は31容量%)、内圧は0.76MPaであった。その後、反応温度を70℃に昇温して、未反応アクリル酸量(中和滴定により測定)が0.10重量%になるまで反応を継続した。3.5時間反応を継続することで、未反応アクリル酸が0.10重量%になったので、反応液を室温まで冷却した後、内圧が常圧になるまで解圧した。
【0036】
得られた反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、目的物であるヒドロキシエチルアクリレート濃度は91重量%、ジエステル体であるエチレングリコールジアクリレート濃度は0.38重量%、エチレンオキシドの二付加体であるジエチレングリコールモノアクリレート濃度は7.5重量%であった。
参考例
アクリル酸105g、触媒として酢酸クロム2.10g、および重合防止剤としてフェノチアジン0.42gを、容量1Lの攪拌機付きSUS−316製オートクレーブに仕込み、その内部を窒素ガスで置換した後、90℃に昇温し、内圧を0.2MPaとした。次いで、エチレンオキシド67.5gを0.75時間かけて等速で供給した後、エチレンオキシド202.5gとアクリル酸315gとをともに2.25時間かけて等速でそれぞれ供給し、この間90℃を維持して反応させた。エチレンオキシドを合計202.5g供給したところで、内圧が0.5MPaとなったので、それ以降は適宜解圧して内圧が0.5MPaを維持するようにした。エチレンオキシドおよびアクリル酸の供給終了直後の反応ガスをガスクロマトグラフィーにより分析したところ、エチレンオキシド濃度は18容量%(このときエチレンオキシドの燃焼範囲は44容量%)であった。その後、反応温度を90℃で保ち、未反応アクリル酸量(中和滴定により測定)が0.10重量%になるまで反応を継続した。0.8時間反応を継続することで、未反応アクリル酸が0.10重量%になったので、反応液を室温まで冷却した後、内圧が常圧になるまで解圧した。
【0037】
得られた反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、目的物であるヒドロキシエチルアクリレート濃度は93重量%、ジエステル体であるエチレングリコールジアクリレート濃度は0.4重量%、エチレンオキシドの二付加体であるジエチレングリコールモノアクリレート濃度は5.9重量%であった。
(比較例2)
アクリル酸105g、触媒として酢酸クロム2.10g、および重合防止剤としてフェノチアジン0.42gを、容量1Lの攪拌機付きSUS−316製オートクレーブに仕込み、その内部を窒素ガスで置換した後、90℃に昇温し、内圧を0.2MPaとした。次いで、エチレンオキシド67.5gを0.75時間かけて等速で供給した後、エチレンオキシド202.5gとアクリル酸315gとをともに2.25時間かけて等速でそれぞれ供給し、この間90℃を維持して反応させた。エチレンオキシドおよびアクリル酸の供給終了直後の反応ガスをガスクロマトグラフィーにより分析したところ、エチレンオキシド濃度は18容量%(このときエチレンオキシドの燃焼範囲は23容量%)、内圧は0.95MPaであった。その後、反応温度を90℃で保ち、未反応アクリル酸量(中和滴定により測定)が0.10重量%になるまで反応を継続した。0.7時間反応を継続することで、未反応アクリル酸が0.10重量%になったので、反応液を室温まで冷却した後、内圧が常圧になるまで解圧した。
【0038】
得られた反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、目的物であるヒドロキシエチルアクリレート濃度は93重量%、ジエステル体であるエチレングリコールジアクリレート濃度は0.4重量%、エチレンオキシドの二付加体であるジエチレングリコールモノアクリレート濃度は5.9重量%であった。
【0039】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、不純物であるアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートおよびジアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレートの副生を効率よく抑制することができる。また、本発明の製造方法によれば、反応器にかかる最高到達圧を低く抑えることができ、反応器に特別高い耐圧性を要することのないので、汎用の耐圧性の低い反応器を使用することができる。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing hydroxyalkyl (meth) acrylate by reacting (meth) acrylic acid and alkylene oxide in the presence of a catalyst.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a hydroxyalkyl (meth) acrylate is obtained by batch reaction of (meth) acrylic acid and alkylene oxide in the presence of a catalyst, the catalyst, (meth) acrylic acid and alkylene oxide are appropriately supplied to the reactor and added. When the reaction proceeds (ripes) under pressure and the residual (meth) acrylic acid in the reaction solution reaches the desired concentration (usually about 0.1% by weight), cooling is started and the temperature inside the reactor is increased. The reaction is generally stopped by lowering (see Patent Document 1 and Patent Document 2). After that, for example, after the temperature in the reactor is sufficiently lowered (for example, to room temperature), Is returned to normal pressure and the reaction product is taken out, or as disclosed in Patent Document 1, after removing unreacted alkylene oxide under reduced pressure while cooling, the inside of the reactor is returned to normal pressure, Reaction generation Whether to retrieve, as disclosed in Patent Document 2, after cooling, a method of the reaction product by utilizing the pressure in the reactor as withdrawn from the reactor are taken.
[0003]
However, in the reaction between (meth) acrylic acid and alkylene oxide, as an impurity, alkylene glycol di (meth) acrylate (hereinafter sometimes simply referred to as “diester form”), which is a diester form, or alkylene oxide. Dialkylene glycol mono (meth) acrylate (hereinafter sometimes simply referred to as “diadduct”), which is a diadduct, is easily produced as a by-product, and among these by-products, particularly diester isomers such as distillation. Since it is difficult to remove even by purification, it has been desired to suppress the by-product as much as possible. However, the conventional methods as described above have a problem that it is difficult to sufficiently suppress by-products such as diesters and diadducts.
[0004]
In the reaction of (meth) acrylic acid and alkylene oxide described above, the reaction pressure increases due to the vapor pressure when there is a large amount of unreacted alkylene oxide in the reaction solution. As the two raw materials are supplied, the space is compressed, and usually a diluent gas (for example, nitrogen) is introduced in advance to avoid combustion of the reaction gas containing alkylene oxide. As the oxide is supplied, the internal pressure of the reactor tends to increase. In particular, the internal pressure of the reactor tends to become very high temporarily from immediately after the supply of both raw materials to the beginning of aging. For this reason, the pressure resistance of the reactor has to be designed to be particularly high (for example, 1.0 MPa or more), and there is also a problem that it is necessary to invest high cost in terms of reaction equipment.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-106653 A
[0006]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 6-720
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the by-product of alkylene glycol di (meth) acrylate and dialkylene glycol mono (meth) acrylate, which are impurities, can be efficiently suppressed, and is particularly high in the reactor. An object of the present invention is to provide a method for producing a hydroxyalkyl (meth) acrylate without requiring pressure resistance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has intensively studied to solve the above problems. As a result, it was found that by-product formation of diesters and diadducts can be remarkably suppressed by purging reaction gas containing alkylene oxide present in the reactor during the reaction. In addition, by purging the reaction gas containing alkylene oxide present in the reactor during the reaction, the maximum ultimate pressure applied to the reactor can be kept low, and it is necessary to use a reactor with extra high pressure resistance. It has also been found that there is an advantage of eliminating. In particular, with regard to the latter, conventionally, when the reaction gas is purged so that the internal pressure of the reactor does not exceed a certain pressure, a loss occurs in the alkylene oxide, and the dilution gas is also purged together. However, the loss of alkylene oxide does not affect the production rate of the target product, and the alkylene oxide gas concentration is increased to the vicinity of the combustion range. We found that the danger of expanding the combustion range as the reaction pressure increases is much greater than the danger due to the increase in gas concentration, and it is effective to avoid the danger by keeping the reaction pressure low. . The present invention has been completed based on these findings.
[0009]
That is, the method for producing a hydroxyalkyl (meth) acrylate according to the present invention is a method for producing hydroxyalkyl (meth) acrylate by batch-reacting (meth) acrylic acid and alkylene oxide in the presence of a catalyst, By performing the batch reaction under pressure and releasing the pressure in the reactor at the time of the reaction when the reaction conversion rate of all (meth) acrylic acid supplied is 50% or more. The operation of purging the reaction gas containing alkylene oxide present in the reactor Without introducing oxygen and inert gas and / or inert gas into the reactor It is characterized by performing.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although the manufacturing method (henceforth the manufacturing method of this invention) of the hydroxyalkyl (meth) acrylate of this invention is demonstrated in detail, the scope of the present invention is not restrained by these description. Other than the following examples, the present invention can be implemented as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
The production method of the present invention is a method for obtaining hydroxyalkyl (meth) acrylate by reacting (meth) acrylic acid and alkylene oxide in a batch system (batch reaction) in the presence of a catalyst. Specifically, for example, when a catalyst, (meth) acrylic acid, and alkylene oxide are appropriately supplied to the reactor to cause the reaction to proceed, and when the amount of residual (meth) acrylic acid in the reaction solution reaches a desired amount In general, the reaction is terminated. The reaction is an exothermic reaction, and the reaction starts when (meth) acrylic acid and alkylene oxide coexist in the presence of a catalyst, and a predetermined reaction in which the temperature of the reaction solution is set by cooling or the like. The reaction is terminated by lowering the temperature below.
[0011]
Although it does not specifically limit as alkylene oxide which can be used for the manufacturing method of this invention, Preferably it is C2-C6, More preferably, it is C2-C4 alkylene oxide, Specifically, for example, Examples include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide. Among these, ethylene oxide and propylene oxide are particularly preferable. The (meth) acrylic acid used in the present invention means acrylic acid and / or methacrylic acid.
In the production method of the present invention, the quantitative relationship between the total supply amount of (meth) acrylic acid and the total supply amount of alkylene oxide is such that the alkylene oxide is 1.0 to 10 mol per 1 mol of (meth) acrylic acid. It is preferable that it is 1.0 to 5.0 mol, more preferably 1.0 to 3.0 mol, and still more preferably 1.0 to 2.0 mol. If the alkylene oxide is less than 1.0 mol with respect to 1 mol of (meth) acrylic acid, the reaction may be difficult to proceed. On the other hand, if the alkylene oxide exceeds 10 mol, the alkylene oxide recovery step, etc. May be disadvantageous economically.
[0012]
In the production method of the present invention, for the charging method (order) of raw materials (meth) acrylic acid and alkylene oxide, usually, a reactor is initially charged with a part or all of (meth) acrylic acid, It is common to supply alkylene oxide or alkylene oxide and the remainder of (meth) acrylic acid there, but this is not a limitation. For example, a part or all of the alkylene oxide is initially charged. It may be.
The supply of the (meth) acrylic acid and the alkylene oxide may be either batch charging or sequential charging (continuous charging and / or intermittent charging). Preferably, the initial charge is batch charged. It is better to add the amount to be supplied thereafter. Note that the continuous charging means a mode in which charging is performed continuously little by little, and the intermittent charging means a mode in which charging is performed in an arbitrary number of times in a pulsed manner or intermittently. In addition, when charging continuously, the charging speed may be maintained until the charging is completed, or may be advanced at least once while changing the speed, or the speed itself may be continuously increased. You may make it progress, changing arbitrarily. However, when changing the speed in the middle, it is preferable to reduce the speed from before the change to after the change.
[0013]
In addition, when (meth) acrylic acid and alkylene oxide are charged, they may be charged at room temperature or after preheating to a desired temperature so as not to change the temperature in the system at that time. You may throw it in.
In addition, when both (meth) acrylic acid and alkylene oxide are charged simultaneously, they may be added from separate charging lines, or before being charged into the reactor, by piping, a line mixer, a mixing tank, etc. It may be added after mixing in advance, but when added from separate input lines, the molar ratio of alkylene oxide and (meth) acrylic acid in the system may be biased, preferably, It is preferable to add after mixing in advance before charging into the reactor. In addition, when adding from separate input lines, the input form (batch input, sequential input), the temperature of the input raw material, the input speed, etc. are not necessarily the same for each raw material.
[0014]
In the production method of the present invention, the time required to finish charging the total supply amount of (meth) acrylic acid and alkylene oxide is not particularly limited, taking into consideration the progress of the reaction, productivity, etc. These may be set as appropriate.
The catalyst that can be used in the production method of the present invention is not particularly limited. Specifically, for example, a chromium (Cr) compound, an iron (Fe) compound, an yttrium (Y) compound, a lanthanum (La) compound, Cerium (Ce) compound, tungsten (W) compound, zirconium (Zr) compound, titanium (Ti) compound, vanadium (V) compound, phosphorus (P) compound, aluminum (Al) compound, molybdenum (Mo) compound and amine compound A catalyst containing at least one selected from the group of the above is preferable, and a catalyst that is a homogeneous catalyst is more preferable. In particular, by using an amine compound and a catalyst other than this as a catalyst, a synergistic effect is observed in the catalytic activity, and the reaction conversion rate is increased and the reaction selectivity is increased.
[0015]
The chromium (Cr) compound is not particularly limited as long as it is a compound having a chromium (Cr) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include chromium chloride, acetylacetone chromium, chromium formate, chromium acetate, chromium acrylate, chromium methacrylate, sodium dichromate, chromium dibutyldithiocarbamate, and the like.
The iron (Fe) compound is not particularly limited as long as it is a compound having an iron (Fe) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include iron powder, iron chloride, iron formate, iron acetate, iron acrylate, and iron methacrylate.
[0016]
The yttrium (Y) compound is not particularly limited as long as it is a compound having an yttrium (Y) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include yttrium acetylacetone, yttrium chloride, yttrium acetate, yttrium nitrate, yttrium sulfate, yttrium acrylate, and yttrium methacrylate.
The lanthanum (La) compound is not particularly limited as long as it is a compound having a lanthanum (La) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include lanthanum acetylacetone, lanthanum chloride, lanthanum acetate, lanthanum nitrate, lanthanum sulfate, lanthanum acrylate, and lanthanum methacrylate.
[0017]
The cerium (Ce) compound is not particularly limited as long as it is a compound having a cerium (Ce) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include acetylacetone cerium, cerium chloride, cerium acetate, cerium nitrate, cerium sulfate, cerium acrylate, and cerium methacrylate.
The tungsten (W) compound is not particularly limited as long as it is a compound having a tungsten (W) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include tungsten chloride, tungsten acrylate, tungsten methacrylate, and the like.
[0018]
The zirconium (Zr) compound is not particularly limited as long as it is a compound having a zirconium (Zr) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specifically, for example, acetylacetone zirconium, zirconium chloride, zirconium acetate, zirconium nitrate, zirconium sulfate, zirconium acrylate, zirconium methacrylate, zirconium butoxide, zirconium propoxide, zirconyl chloride, zirconyl acetate, zirconyl nitrate, zirconyl acrylate and Examples include zirconyl methacrylate.
The titanium (Ti) compound is not particularly limited as long as it is a compound having a titanium (Ti) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include titanium chloride, titanium nitrate, titanium sulfate, titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium acrylate, and titanium methacrylate.
[0019]
The vanadium (V) compound is not particularly limited as long as it is a compound having a vanadium (V) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include vanadium acetylacetone, vanadium chloride, vanadium naphthenate, vanadium acrylate, and vanadium methacrylate.
The phosphorus (P) compound is not particularly limited as long as it is a compound having a phosphorus (P) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specifically, for example, alkylphosphines such as trimethylphosphine, tributylphosphine, trioctylphosphine, triphenylphosphine, tritoluylphosphine and 1,2-bis (diphenylphosphine) ethane, and (meth) acrylates thereof. And quaternary phosphonium salts.
[0020]
The aluminum (Al) compound is not particularly limited as long as it is a compound having an aluminum (Al) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include aluminum acetylacetone, aluminum chloride, aluminum acetate, aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum ethoxide, aluminum isopropoxide, aluminum acrylate, and aluminum methacrylate.
The molybdenum (Mo) compound is not particularly limited as long as it is a compound having a molybdenum (Mo) atom in the molecule and is soluble in the reaction solution. Specific examples include molybdenum chloride, molybdenum acetate, molybdenum acrylate, and molybdenum methacrylate.
[0021]
The amine compound is not particularly limited as long as it is a compound having an amine functional group in the molecule. Specifically, for example, a basic amine group such as a triamine amine, a cyclic amine such as pyridine and a quaternary salt thereof, a tertiary amino group, a quaternary ammonium group and a pyridinium group. Examples include heterogeneous amine compounds such as basic anion exchange resins containing at least one, preferably basic containing at least one basic functional group such as tertiary amino group, quaternary ammonium group and pyridinium group An anion exchange resin is preferable, and a basic anion exchange resin containing at least one functional group selected from a tertiary amino group, a quaternary ammonium group, and a pyridinium group is more preferable.
[0022]
Further, when a homogeneous metal catalyst (for example, a chromium compound, an iron compound, etc.) containing a metal ion such as a metal salt and a metal complex is used as the catalyst, the used catalyst can be recovered. The used catalyst can also be reused. Specifically, the recovery of the catalyst includes, for example, an anion exchange resin (a quaternary phosphonium salt, a tertiary amino group, a quaternary ammonium group, and a pyridinium group together with a homogeneous metal catalyst containing a metal ion such as a metal salt and a metal complex. When the reaction is carried out in the presence of a basic anion exchange resin containing at least one basic functional group such as, a homogeneous metal catalyst can be adsorbed on the anion exchange resin as the reaction proceeds (specifically, Can be adsorbed when the concentration of (meth) acrylic acid in the reaction system is reduced to around 0.10% by weight.) The anionic exchange resin adsorbed by this homogeneous metal catalyst is the raw material (meth) The adsorbed homogeneous metal catalyst may be liberated by contacting acrylic acid.
[0023]
In the production method of the present invention, the amount of the catalyst used is not particularly limited, but in the case of a homogeneous catalyst, it is used in the range of 0.001 to 10 mol% with respect to the total supply amount of raw material (meth) acrylic acid. It is preferable to use in the range of 0.005 to 5 mol%, still more preferably 0.01 to 3 mol%. If the amount is less than 0.001 mol%, the reaction rate becomes small, so the reaction time may be long and the productivity may decrease. On the other hand, if the amount exceeds 10 mol%, the reaction selectivity of by-products tends to increase. This is not preferable. On the other hand, in the case of a heterogeneous catalyst, the amount of the catalyst used is not particularly limited, but it is preferably used in the range of 5 to 80% by weight, more preferably based on the total supply amount of raw material (meth) acrylic acid. It is good to use in the range of 10 to 70% by weight. Moreover, since the inhibitory effect of the diester in the present invention is not impaired even if the amount of the catalyst is small, from the viewpoint of reducing the byproduct of the impurities derived from the catalyst, the amount of the catalyst used must be small within the above range. The less it is, the better. The impurities derived from the catalyst are not particularly limited. Specifically, for example, when chromium acetate is used as the catalyst, there are hydroxyalkyl acetates (for example, hydroxyethyl acetate, hydroxypropyl acetate, etc.).
[0024]
In the production method of the present invention, the catalyst is generally charged in advance in the reactor with the total amount used, but the present invention is not limited to this. For example, a part of the total amount used is added to the reactor. The initial charge may be made, and then the remainder may be added and supplied during the course of the reaction. In the case where the catalyst is a homogeneous catalyst, it may be dissolved in either of the raw materials in advance and then charged into the reactor or supplied. For example, in the case of initial charging, It may be dissolved in the raw material to be initially charged in a dissolution tank separate from the reactor and charged in the reactor.
In the production method of the present invention, if necessary, a polymerization inhibitor may be added to the system during the reaction. The polymerization inhibitor is not particularly limited and can be used as long as it is generally industrially used. Specifically, for example, hydroquinone, methylhydroquinone, tert-butylhydroquinone, 2,6-di-tert. -Phenol compounds such as butyl hydroquinone, 2,5-di-tert-butyl hydroquinone, 2,4-dimethyl-6-tert-butylphenol, hydroquinone monomethyl ether; N-isopropyl-N'-phenyl-para-phenylenediamine, N -(1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-para-phenylenediamine, N- (1-methylheptyl) -N'-phenyl-para-phenylenediamine, N, N'-diphenyl-para-phenylenediamine N, N'-di-2-naphthyl-para-phenylenediam Paraphenylenediamines such as thiodiphenylamine, phenothiazine, etc .; dibutyldithiocarbamate copper, diethyldithiocarbamate copper, dimethyldithiocarbamate copper salts such as dialkyldithiocarbamate; 2,2,4,4-tetramethylazetidine -1-oxyl, 2,2-dimethyl-4,4-dipropylazetidine-1-oxyl, 2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine-1-oxyl, 2,2,5,5-tetramethyl -3-oxopyrrolidine-1-oxyl, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 6-aza- 7,7-dimethyl-spiro (4,5) decan-6-oxyl, 2,2,6,6-tetramethyl -4-acetoxypiperidine-1-oxyl, 2,2,6,6-tetramethyl-4-benzoyloxypiperidine-1-oxyl, 4,4 ′, 4 ″ -tris- (2,2,6,6 -N-oxyl compounds such as -tetramethylpiperidine-1-oxyl) phosphite; These polymerization inhibitors may be used alone or in combination of two or more.
[0025]
When using the said polymerization inhibitor, it is preferable that the addition amount is 0.0001 to 1 weight% with respect to the total supply amount of raw material (meth) acrylic acid, More preferably, it is 0.001 to 0.5. It should be weight percent. The timing of adding the polymerization inhibitor is not particularly limited, but it is preferable to add it to the reactor first together with the components initially charged.
In the production method of the present invention, the reaction may be carried out in the presence of a solvent within the range not impairing the effects of the present invention for the purpose of allowing the reaction to proceed mildly. Specifically, as the solvent, for example, one or more general solvents such as toluene, xylene, heptane, and octane can be used.
[0026]
In the production method of the present invention, the reaction temperature of (meth) acrylic acid and alkylene oxide is usually preferably in the range of 40 to 120 ° C, more preferably in the range of 50 to 120 ° C, and in the range of 50 to 110 ° C. Even more preferred is the range of 50-100 ° C. When the reaction temperature is less than 40 ° C., the reaction rate is remarkably lowered, the reaction time is prolonged, and the productivity tends to be lowered. On the other hand, when reaction temperature exceeds 120 degreeC, there exists a possibility that a diester body and a diadduct may become easy to byproduce.
In the production method of the present invention, the pressure in the reactor during the reaction depends on the type of raw materials used and the use ratio thereof, but it is generally preferable to carry out the reaction under pressure.
[0027]
In the production method of the present invention, it is important that the operation of purging the reaction gas containing alkylene oxide present in the reactor is performed during the reaction. As a result, it is possible to efficiently suppress by-product formation of the diester and diadducts, and at the same time, the maximum ultimate pressure applied to the reactor can be kept low, and the extra high pressure resistance (for example, 1.0 MPa or more) The advantage is obtained that it is not necessary to use a reactor equipped with
In the production method of the present invention, the purge of the reaction gas may be appropriately performed during the reaction. In particular, in order to efficiently suppress the by-product of the diester and diadducts, ) It is preferable to carry out when the reaction conversion rate of acrylic acid reaches 50% or more, and more preferably, when the reaction conversion rate of all (meth) acrylic acid supplied reaches 90% or more. . When the reaction gas is purged when the reaction conversion rate of the total (meth) acrylic acid supplied is less than 50%, the reaction yield decreases and at the same time the remaining acid content increases, and the acid content is distilled. Therefore, the product purity may be reduced. In addition, for the purpose of keeping the maximum pressure applied to the reactor low and performing the reaction in a reactor with low pressure resistance (for example, less than 1.0 MPa), the internal pressure is 80% of the pressure limit of the reactor, Preferably, the reaction gas may be purged when it exceeds 50%.
The purge of the reaction gas may be performed continuously so as to be a constant pressure, may be performed once, or may be performed in a plurality of times.
[0028]
In the present invention, purging the reaction gas containing alkylene oxide present in the reactor means removing gas components (gas) existing in the gas phase in the reactor to the outside of the reactor. The specific operation method is not particularly limited. For example, when the reaction is performed under pressure, the pressure in the reactor is released or the pressure in the reactor is reduced. If the reaction is not carried out under pressure, nitrogen gas or inert gas (helium gas, etc.) is allowed to flow through the reactor to replace the gas phase in the reactor with these gases. Alternatively, the pressure in the reactor may be reduced. In the present invention, the reaction is preferably performed under pressure to release the pressure in the reactor because the reaction under pressure is particularly preferable and the operation for purging the reaction gas is simple. Thus, a mode in which the reaction gas is purged is preferable.
[0029]
In the production method of the present invention, when purging the reaction gas, it is not necessary to purge all the reaction gas in the reactor, the type of raw material used and its use ratio, the pressure resistance of the reactor used, What is necessary is just to purge at least one part of the reaction gas which exists in a reactor according to the progress of reaction, etc. Specifically, for example, for the purpose of efficiently suppressing by-products of the diester and diadduct, the alkylene oxide gas concentration in the reaction gas present in the reactor is 60% by volume or less, preferably 50% by volume. Hereinafter, it is preferable to determine the gas purge amount so that it is more preferably 40% by volume or less. On the other hand, for the purpose of reducing the maximum ultimate pressure applied to the reactor and causing the reaction in the reactor having low pressure resistance, It is preferable to determine the gas purge amount so that the internal pressure of the reactor is 60% or less, preferably 50% or less, more preferably 40% or less with respect to the absolute pressure of the desired maximum ultimate pressure.
[0030]
In the production method of the present invention, the reaction completion time (in other words, the reaction cooling start time) may be determined based on the time when the remaining unreacted (meth) acrylic acid has sufficiently disappeared. It is preferable to start cooling when the reaction (meth) acrylic acid becomes 0.2% by weight or less, preferably 0.1% by weight or less. The start of cooling may be before or after purging the reaction gas, or at the same time.
In the production method of the present invention, the target hydroxyalkyl (meth) acrylate may be obtained after completion of the reaction by performing purification usually performed in this type of reaction such as distillation. Specifically, it may be distilled at a temperature of 50 to 120 ° C., preferably 60 to 100 ° C. under a pressure of 1 to 50 hPa, preferably 1 to 20 hPa.
[0031]
In the production method of the present invention, it is preferable to add a diester inhibitor after completion of the reaction. Thereby, the by-product of the diester body which progresses after completion | finish of reaction can also be suppressed effectively, and also a diester body can be reduced. Specific examples of the diester inhibitor include oxalic acid, oxalic anhydride, malonic acid, succinic acid, succinic anhydride, fumaric acid, maleic acid, maleic anhydride, salicylic acid, octanoic acid, adipic acid, and sepacic acid. Tetradecanedicarboxylic acid, 1,2,4-butanetricarboxylic acid, 1,3,6-hexanetricarboxylic acid, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid, 1,2,3,4-pentanetetracarboxylic acid 1,6,7,12-dodecanetetracarboxylic acid, benzoic acid, orthotoluic acid, metatoluic acid, p-toluic acid, phthalic acid, phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, pyromellitic acid Pyromellitic anhydride, trimellitic acid, trimellitic anhydride, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1 Carboxylic acids such as 4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid, 1,3,5,7-naphthalenetetracarboxylic acid and polyacrylic acid and their anhydrides; glycerin, diethylene glycol, trimethylolpropane, cresol, 1,2, 6-hexanetriol, pentaerythritol, dipentaerythritol, 2,3,4,5-tetrahydroxyhexane, xylitol, mannitol, catechol, resorcin, 2,6-dihydroxytoluene, tert-butylcatechol, pyrogallol, 2,4- Bis (hydroxymethyl) phenol, 1,2,4-trihydroxybenzene, 1,3,5-trihydroxybenzene, 2,4,6-tris (hydroxymethyl) phenol, 1,2,4,5-tetrahydroxy Polyvalent alcohol such as benzene Le; ethylenediaminetetraacetic acid, ethylenediaminetetraacetic propionic acid, nitrilotriacetic acid, iminodiacetic acid, 1,2-diaminocyclohexane tetraacetic acid, acetylacetone, cupferron, oxine, benzidine, metal chelating agents such as diethyldithiocarbamate; and the like. These diester inhibitors may be used alone or in combination of two or more.
[0032]
When using the said diester inhibitor, it is preferable that the addition amount shall be 0.1-10 mol per mol of said catalyst, More preferably, it is good to set it as 0.5-5 mol. When the amount is less than 0.1 mole per mole of the catalyst, the effect of suppressing diester by-product may not be sufficiently exerted. On the other hand, when the amount exceeds 10 moles, the added diester inhibitor may lower the product purity. In particular, when carboxylic acids are used, the content of the acid component contained in the resulting product may increase. Further, the timing of adding the diester inhibitor is not particularly limited as long as it is after completion of the reaction. For example, immediately after stopping the reaction (starting cooling), at the start of distillation, during distillation, etc., once or plural times. However, it is preferable to add them immediately after stopping the reaction.
[0033]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.
Example 1
420 g of acrylic acid, 2.10 g of chromium acetate as a catalyst, and 0.42 g of phenothiazine as a polymerization inhibitor were charged into a 1 L capacity SUS-316 autoclave with a stirrer, the inside was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 60 ° C. The internal pressure was 0.3 MPa. Subsequently, 282 g of ethylene oxide was supplied at a constant rate over 3 hours, and the reaction was performed while maintaining 60 ° C. during this time. When the reaction gas immediately after the end of the supply of ethylene oxide was analyzed by gas chromatography, the ethylene oxide concentration was 17% by volume (the ethylene oxide combustion range was 31% by volume at this time), and the internal pressure was 0.76 MPa. Thereafter, the reaction temperature was raised to 70 ° C., and the reaction was carried out for 2.0 hours. As a result, the reaction conversion rate of acrylic acid (measured by neutralization titration) was 97%, so the internal pressure was 0.05 MPa. Pressure was released. Thereafter, the reaction was continued until the amount of unreacted acrylic acid (measured by neutralization titration) reached 0.10% by weight. By continuing the reaction for 3.6 hours, unreacted acrylic acid became 0.10% by weight. Therefore, after the reaction solution was cooled to room temperature, the pressure was released until the internal pressure became normal pressure.
[0034]
The obtained reaction solution was analyzed by gas chromatography. As a result, the concentration of hydroxyethyl acrylate as a target product was 91% by weight, the concentration of ethylene glycol diacrylate as a diester was 0.33% by weight, and a diadduct of ethylene oxide. The diethylene glycol monoacrylate concentration was 7.3% by weight.
(Example 2)
420 g of acrylic acid, 2.10 g of chromium acetate as a catalyst, and 0.42 g of phenothiazine as a polymerization inhibitor were charged into a 1 L capacity SUS-316 autoclave with a stirrer, the inside was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 60 ° C. The internal pressure was 0.3 MPa. Subsequently, 282 g of ethylene oxide was supplied at a constant rate over 3 hours, and the reaction was performed while maintaining 60 ° C. during this time. When 141 g of ethylene oxide was supplied, the internal pressure reached 0.5 MPa, and thereafter, the pressure was released as appropriate to maintain the internal pressure at 0.5 MPa. When the reaction gas immediately after the end of the supply of ethylene oxide was analyzed by gas chromatography, the ethylene oxide concentration was 22% by volume (the combustion range of ethylene oxide was 44% by volume at this time).
Thereafter, the reaction temperature was raised to 70 ° C., and the reaction was carried out for 2.0 hours. As a result, the reaction conversion rate of acrylic acid (measured by neutralization titration) was 97%, so the internal pressure was 0.05 MPa. Pressure was released. Thereafter, the reaction was continued until the amount of unreacted acrylic acid (measured by neutralization titration) reached 0.10% by weight. By continuing the reaction for 3.7 hours, unreacted acrylic acid became 0.10% by weight. Therefore, after the reaction solution was cooled to room temperature, the pressure was released until the internal pressure became normal pressure.
[0035]
The obtained reaction solution was analyzed by gas chromatography. As a result, the concentration of hydroxyethyl acrylate as a target product was 91% by weight, the concentration of ethylene glycol diacrylate as a diester was 0.33% by weight, and a diadduct of ethylene oxide. The diethylene glycol monoacrylate concentration was 7.3% by weight.
(Comparative Example 1)
420 g of acrylic acid, 2.10 g of chromium acetate as a catalyst, and 0.42 g of phenothiazine as a polymerization inhibitor were charged into a 1 L capacity SUS-316 autoclave with a stirrer, the inside was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 60 ° C. The internal pressure was 0.3 MPa. Subsequently, 282 g of ethylene oxide was supplied at a constant rate over 3 hours, and the reaction was performed while maintaining 60 ° C. during this time. When the reaction gas immediately after the end of the supply of ethylene oxide was analyzed by gas chromatography, the ethylene oxide concentration was 17% by volume (the ethylene oxide combustion range was 31% by volume at this time), and the internal pressure was 0.76 MPa. Thereafter, the reaction temperature was raised to 70 ° C., and the reaction was continued until the amount of unreacted acrylic acid (measured by neutralization titration) reached 0.10% by weight. By continuing the reaction for 3.5 hours, unreacted acrylic acid became 0.10% by weight. Therefore, after the reaction solution was cooled to room temperature, the pressure was released until the internal pressure became normal pressure.
[0036]
When the obtained reaction solution was analyzed by gas chromatography, the concentration of the target hydroxyethyl acrylate was 91% by weight, the concentration of the diester ethylene glycol diacrylate was 0.38% by weight, and it was a diadduct of ethylene oxide. The diethylene glycol monoacrylate concentration was 7.5% by weight.
( Reference example )
105 g of acrylic acid, 2.10 g of chromium acetate as a catalyst, and 0.42 g of phenothiazine as a polymerization inhibitor were charged into a 1 L capacity SUS-316 autoclave with a stirrer, the inside was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 90 ° C. The internal pressure was 0.2 MPa. Next, 67.5 g of ethylene oxide was supplied at a constant rate over 0.75 hours, and then 202.5 g of ethylene oxide and 315 g of acrylic acid were both supplied at a constant rate over 2.25 hours, maintaining 90 ° C. during this time. And reacted. When a total of 202.5 g of ethylene oxide was supplied, the internal pressure became 0.5 MPa. Thereafter, the internal pressure was appropriately released to maintain the internal pressure at 0.5 MPa. When the reaction gas immediately after the end of the supply of ethylene oxide and acrylic acid was analyzed by gas chromatography, the ethylene oxide concentration was 18% by volume (the combustion range of ethylene oxide was 44% by volume at this time). Thereafter, the reaction temperature was kept at 90 ° C., and the reaction was continued until the amount of unreacted acrylic acid (measured by neutralization titration) reached 0.10% by weight. By continuing the reaction for 0.8 hours, unreacted acrylic acid became 0.10% by weight. Therefore, after the reaction solution was cooled to room temperature, the pressure was released until the internal pressure became normal pressure.
[0037]
The obtained reaction solution was analyzed by gas chromatography. As a result, the concentration of hydroxyethyl acrylate as a target product was 93% by weight, the concentration of ethylene glycol diacrylate as a diester was 0.4% by weight, and a diadduct of ethylene oxide. The diethylene glycol monoacrylate concentration was 5.9% by weight.
(Comparative Example 2)
105 g of acrylic acid, 2.10 g of chromium acetate as a catalyst, and 0.42 g of phenothiazine as a polymerization inhibitor were charged into a 1 L capacity SUS-316 autoclave with a stirrer, the inside was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 90 ° C. The internal pressure was 0.2 MPa. Next, 67.5 g of ethylene oxide was supplied at a constant rate over 0.75 hours, and then 202.5 g of ethylene oxide and 315 g of acrylic acid were both supplied at a constant rate over 2.25 hours, maintaining 90 ° C. during this time. And reacted. When the reaction gas immediately after the end of the supply of ethylene oxide and acrylic acid was analyzed by gas chromatography, the ethylene oxide concentration was 18% by volume (in this case, the combustion range of ethylene oxide was 23% by volume), and the internal pressure was 0.95 MPa. Thereafter, the reaction temperature was kept at 90 ° C., and the reaction was continued until the amount of unreacted acrylic acid (measured by neutralization titration) reached 0.10% by weight. By continuing the reaction for 0.7 hours, unreacted acrylic acid became 0.10% by weight. Therefore, the reaction solution was cooled to room temperature and then depressurized until the internal pressure became normal pressure.
[0038]
The obtained reaction solution was analyzed by gas chromatography. As a result, the concentration of hydroxyethyl acrylate as a target product was 93% by weight, the concentration of ethylene glycol diacrylate as a diester was 0.4% by weight, and a diadduct of ethylene oxide. The diethylene glycol monoacrylate concentration was 5.9% by weight.
[0039]
【The invention's effect】
According to the production method of the present invention, by-production of alkylene glycol di (meth) acrylate and dialkylene glycol mono (meth) acrylate as impurities can be efficiently suppressed. Further, according to the production method of the present invention, the maximum ultimate pressure applied to the reactor can be kept low, and the reactor does not require a particularly high pressure resistance, so a general-purpose reactor having a low pressure resistance is used. be able to.

Claims (2)

触媒の存在下(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとをバッチ反応させてヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを製造する方法であって、
前記バッチ反応を加圧下で行うとともに、
供給した全(メタ)アクリル酸の反応転化率が50%以上となった反応途中の時点で、反応器内の圧を解放することにより反応器内に存在するアルキレンオキシドを含む反応ガスをパージする操作を、反応器内に酸素と不活性ガスおよび/または不活性ガスを投入することなく行う、
ことを特徴とするヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの製造方法。
A process for producing hydroxyalkyl (meth) acrylate by batch reaction of (meth) acrylic acid and alkylene oxide in the presence of a catalyst,
Performing the batch reaction under pressure,
When the reaction conversion rate of all (meth) acrylic acid supplied is 50% or more, the reaction gas containing alkylene oxide existing in the reactor is purged by releasing the pressure in the reactor. The operation is carried out without introducing oxygen and inert gas and / or inert gas into the reactor ,
A process for producing a hydroxyalkyl (meth) acrylate , characterized in that
前記反応ガスをパージする操作を、供給した全(メタ)アクリル酸の反応転化率が90%以上となった時点で行うようにする、請求項1に記載のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの製造方法。The method for producing a hydroxyalkyl (meth) acrylate according to claim 1, wherein the operation of purging the reaction gas is performed when the reaction conversion rate of all (meth) acrylic acid supplied becomes 90 % or more. .
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