JP2000290243A - 低分子量イソシアネートの塩素含量を減少させる方法 - Google Patents

低分子量イソシアネートの塩素含量を減少させる方法

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 低分子量イソシアネートの塩素含量を減少さ
せる方法を提供する。 【解決手段】 方法は、イソシアネートの重量に基づい
て少なくとも0.1重量%の式(1)で示される少なく
とも1つの化合物によって、200℃未満の温度で少な
くとも10分間、低子量イソシアネートを処理し、次い
で、式(1)の高分子量化合物および/または高分子量
反応生成物をイソシアネートから除去する。 [式中、nは、1〜20の数を示し、各Rは、アルキレ
ン、シクロアルキレン、アラルキレンまたは二官能アリ
ール基であり、炭素鎖内にヘテロ原子をまたは酸素、硫
黄、ハロゲン原子または窒素置換基を有してもよく、各
Xは、独立して、H、OH、SH、O−R1、S−
R1、O−Si(R1)3、F、Cl、Br、I、 (式中、各R1は、置換基を有してもよいアルキル、シ
クロアルキル、アリールまたはアラルキル基である。)
の基の1つである。]

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、塩素化合物の含量
を減少させることによって有機イソシアネートまたはイ
ソシアネート混合物を精製する新規な方法に関する。こ
の方法において、イソシアネートを、高分子量のリン酸
エステルによって処理する。この方法で精製されたイソ
シアネートは、コーティング、ポリウレタン成形品およ
び中間体として好ましく使用される。
【0002】
【従来の技術】イソシアネートの製造方法に起因してイ
ソシアネート中に存在する不純物の量が変化すると、イ
ソシアネート活性が変化する。活性の変化が、これらの
イソシアネートから製造される生成物の再現性、すなわ
ちこれらの化合物の商業的な価値に好ましくない影響を
与える。したがって、芳香族イソシアネート、例えば既
知のアニリン−ホルムアルデヒド縮合物のホスゲン化生
成物(2,4−および2,6−ジイソシアナトトルエ
ン)ならびに脂肪族イソシアネート(例えば、イソホロ
ンジイソシアネート)は、このような不純物を多く含有
する。これらの不純物は、主に、塩素を含有し、「容易
に動くことできる」塩素または「加水分解性塩素」と呼
ばれるものを含有する場合に、活性の変化を生じる化合
物である。加水分解性塩素含有化合物のいくつかは、比
較的安定であり、蒸留後でさえイソシアネート中に残留
することがわかっている。これらの安定な塩素化合物
は、イソシアネート活性に好ましくない影響を与えるだ
けでなく、イソシアネートの安定性に好ましくない影響
を与える。不純物のより低い含量が、イソシアネートの
標準化活性および加工容易性のさらなる向上を伴なって
おり、それゆえに工業的にも、経済的にも重要である。
【0003】そこで、塩素化合物を除去するための選択
肢を見極めることに向けた研究が多く存在する。そのよ
うな塩素化合物を除去するための熱的な方法を記載して
いる特許出願は非常に多く存在する。例えば、特に不活
性ガスによるストリッピングを同時に行いながら、イソ
シアネートを加熱すること、または吸引により揮発性化
合物を同時に除去しながら加圧下で不活性溶媒中でイソ
シアネートを加熱することは、容易に分離できる塩素化
合物の含量を減少させる。例えば、DE-A 1,170,036; DD
271 820; US 3,219,678; GB-A 1,080,717; DE-A 2,23
7,552; US 3,857,871; US 1,458,223; JP 07-27 808 8
A2; JP 06-34 570 7 A2 ;およびGB-A 1,384,065参照。
【0004】JP 61-16 125 0A; JP 05-16 323 1A; DE-A
1,950,101; DE-A 1,938,384; DE-A2,532,722; DE-A 2,
631,168; US 3,853,936; FR-A 1,555,517; DE-A 2,933,
601およびUS-A 3,504,504は、イソシアネートを特別な
蒸留および結晶化技術によって精製できることを開示し
ている。しかしながら、これらのどの方法も、やっかい
な塩素化合物を効果的に分離することができない。これ
らの既知の方法は、純粋に物理的な処理に基づいている
ので、容易に揮発できる塩素化合物しか分離できない。
このような方法の使用は、一般に熱的に安定であり、塩
素含量の減少が制限されていても有用である特定のイソ
シアネート化合物に限定される。
【0005】純粋に熱的な技術によるイソシアネートの
処理の他に、添加剤による処理も文献に記載されてい
る。これらの処理は、やっかいな塩素化合物の分離を改
良することを可能にした。特許明細書JP 45-01 032 9
B; JP 42-00 413 7B; JP 59-08845 2A; JP 59-10 875 3
A; JP 59-17 245 0A; US 3,373,182; GB-A 1,111,581;U
S 3,759,971; US 4,094,894; ZA-A 8,100,606; DE-A 1,
138,040; DE-A 1,286,025; US 3,458,558; US 3,264,33
6; SU-A 806 677およびDE-A 2,210,607は、金属または
アルカリ金属、例えば金属酸化物、金属シアナミド、金
属水素化物または脂肪酸金属エステル(例えば、実際に
は、立体障害フェノール、金属ナフタネート、金属シリ
ケート、アルカリ金属カーボネートまたは有機金属化合
物)からなる添加剤を記載している。これらの添加剤
は、精製したイソシアネートから分離することが困難で
あるので、金属または金属イオンによって対応するイソ
シアネート生成物に好ましくない汚染が生じる。さら
に、ほとんどすべての金属および金属錯体が、副生物の
生成(例えば、三量体、カルボジイミド、二量体の形
成)を増加させる。
【0006】同様の制限が、添加剤、例えばイミダゾー
ル(GB-A 1,347,647およびJP 05-05898 2Aに記載)、ス
ルホン酸およびそれらのエステル(GB-A 1,458,747に記
載)、酸性材料(US 4,996,351に記載)、ジエチルスル
フェート(GB-A 1,459,691に記載)、硫酸(GB-A 1,459,
691に記載)、エポキシ化合物(DE-A 2,249,375; JP 0
932 396 8 A2)、4置換ウレア(DD 288 598)、蟻酸もし
くは酢酸またはそれらの誘導体(US 3,799,693)およびト
リメチルシリル基を有する化合物(EP-A 524507に記
載)の使用にあてはまる。有機塩基または酸の使用によ
って、特にこれらが、反応性イソシアネート化合物の精
製に使用されたときに、好ましくない二次反応、例えば
三量化、二量体形成またはカルボジイミド形成が起こ
る。
【0007】少なくとも1つのツェービチノフ活性NH
基を有する化合物、例えばウレア(DD 285 594)、ビウ
レット(DD 288 597)またはカプロラクタム(DD 285 59
3)ならびにアンモニウム塩(DD 288 594)、カルボジイ
ミド(DD 288 599)、一級および二級アミンの塩(DD 28
8 593)、三級アルコールおよび三級アルキルカルバメー
ト(DD 288 585)は、イソシアネートの精製のために従
来技術において推奨されている。しかしながら、これら
を使用することにも欠点がある。例えば、これらの添加
剤は、イソシアネートから分離する必要があり、添加剤
を含有するイソシアネートまたは蒸留残物の有用性は制
限される。これらの添加剤を使用することによる他の特
有の欠点は、ときどき生じるNCO値のかなりの減少、
および三級アルコールを使用したときにビウレットの形
成によって生じる粘度の上昇である。最後の欠点は、イ
ソシアネートを精製するのに、水を使用するときにも当
てはまる(DE-A 1,240,849; DE-A 1,240,849)。
【0008】特許明細書DD 288 596は、イソシアネート
に対して実質的に不活性であり、少なくとも200℃の
温度で、不活性ガスと同時に使用でき、加水分解性塩素
の含量を効率よく減少できる添加剤として、低分子量ア
ルキルホスフェートを記載している。この特許で挙げら
れている例において、数時間の間、225℃の温度が、
加水分解性塩素含量の効果的な減少に必要であることが
記載されている。これらの高い温度および生成物をその
温度にさらす時間によって、その使用は、数少ない比較
的に安定な熱安定性イソシアネートに限定される。イソ
シアネート化合物、特に感温性の、低分子量イソシアネ
ートは、このような温度/時間条件を受けたときに安定
ではなく、分解してカルボジイミドおよびイソシアヌレ
ートを形成する。この結果として、熱が調節されないで
発生し、反応の制御をより一層困難にする。さらに、DD
288 596によれば必須である不活性ガスの使用が、取り
扱わなければならない非常に汚染された排ガス流を生じ
る。最後に、低分子量である精製されるイソシアネート
から上記の低分子量のアルキルホスフェートを、蒸留ま
たは抽出によって分離することが困難である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、有機
低分子量イソシアネート、特に感温性低分子量イソシア
ネートを精製するための普遍的に適用できる方法を提供
することであり、その方法は、上記の欠点を有さず、加
水分解性塩素の割合を減少させるために使用される試薬
を生成物イソシアネートから効率よく分離することがで
きる。
【0010】
【課題を解決するための手段】これらの目的および当業
者には明らかである他の目的は、式(1)で示される適
量の添加剤によりイソシアネートを処理することによっ
て達成される。要求された添加剤を、処理される有機イ
ソシアネートまたはイソシアネートの混合物に添加し、
その混合物を選択された時間の間、要すれば上昇したま
たは減少した圧力下で加熱する。驚くべきことに、本発
明の方法は、不活性ガスを必ずしも使用しないで、20
0℃よりかなり低い温度でやっかいな塩素化合物の効果
的な分離(加水分解性塩素含有量の減少)を可能にす
る。
【0011】本発明は、(イソシアネートの重量に基づ
いて)少なくとも0.1重量%の式(1):
【化3】 [式中、nは、1〜20の数を示し、各Rは、独立し
て、1〜20個の炭素原子を有する直鎖または分岐状、
飽和または不飽和アルキレン、シクロアルキレン、アラ
ルキレンまたは二官能アリール基であり、要すれば炭素
鎖内にヘテロ原子、例えば酸素、硫黄、ケイ素または窒
素を含んでよく、および/または酸素、硫黄、もしくは
ハロゲン原子または窒素置換基を有してよく、および/
または他の官能基を有してもよく、および、各Xは、独
立して、H、OH、SH、O−R1、S−R1、O−Si
(R1)3、F、Cl、Br、I、
【化4】 (式中、各R1は、独立して、1〜20個の炭素原子を
有するアルキル、シクロアルキル、アリールまたはアラ
ルキル基であり、要すればヘテロ原子(例えば酸素、硫
黄、ケイ素または窒素)を含んでよく、要すればヘテロ
原子(例えば酸素、硫黄、ケイ素または窒素)および末
端官能基(例えばNCO)を含みうるC1−C20アルキ
レン、シクロアルキレン、アラルキレンまたは二官能ア
リール基を有していてよい。)の基の1つである。]で
示される少なくとも1つの化合物または式(1)で示さ
れる化合物の混合物によって低子量イソシアネートを処
理する方法に関する。
【0012】イソシアネートと式(1)で示される化合
物を、イソシアネートと反応しない不活性溶媒中または
不活性溶媒の不存在下で、200℃未満の温度で少なく
とも10分間、加熱し、その後式(1)で示される高分
子量化合物および/または高分子量反応生成物を、要す
れば蒸留または抽出による後処理によってイソシアネー
トから取り除く。
【0013】式(1)で示される化合物は、やや好まし
くはないが、同じ末端酸官能基を有しうる市販の生成物
であってよい。この製造方法に起因して、式(1)の化
合物は、多かれ少なかれはっきりとしたほどのランダム
なポリマー分布を有するので、式(1)の化合物は、少
量の低分子量アルキルホスフェートおよび他の不純物も
含有する。
【0014】本発明の方法によって精製された有機イソ
シアネートは、コーティング、ポリウレタン成形品、お
よび中間体に適している。
【0015】本発明の方法の出発材料は、低分子量イソ
シアネートである。ここで使用される場合、「低分子量
イソシアネート」は、低分子量イソシアネートの混合物
も含む。このような低分子イソシアネートの例は、 a)脂肪族、環式脂肪族、芳香族脂肪族または芳香族基
結合イソシアネート基を有するモノイソシアネート、例
えばブチルイソシアネート、ステアリルイソシアネー
ト、シクロヘキシルイソシアネート、ベンジルイソシア
ネート、2−フェニルエチルイソシアネート、フェニル
イソシアネート、およびこのようなモノイソシアネート
の混合物; b)約140mg/mol〜約400mg/molの分
子量を有し、脂肪族、環式脂肪族、芳香族脂肪族および
/または芳香族基基結合イソシネート基を有しうるジイ
ソシアネート、例えば1,4−ジイソシアナトブタン、
1,6−ジイソシアネトヘキサン(HDI)、2−メチ
ル−1,5−ジイソシアナトペンタン、1,5−ジイソ
シアナト−2,2−ジメチルペンタン、2,2,4−お
よび2,4,4−トリメチル−1,6−ジイソシアナト
ヘキサン、1,10−ジイソシアナトデカン、1,3−
および1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,3
−および1,4−ビス−(イソシアナトメチル)−シク
ロヘキサン、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチ
ル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロ
ンジイソシアネート、IPDI)、4,4’−ジイソシ
アナトジシクロヘキシルメタン、1−イソシアナト−1
−メチル−4(3)イソシアナトメチルシクロヘキサン
(IMCI)、2,4−および2,6−ジイソシアナト
−1−メチルシクロヘキサン(H6−TDI)、ビス−
(イソシアナトメチル1)−ノルボルネン、2−メチル
ペンタン−2,4−ジイソシアネート、1,3−および
1,4−ビス−(2−イソシアナトプロポ−2−イル)
−ベンゼン(TMXDI)、2,4−および2,6−ジ
イソシアナトトルエン(TDI)、2,4’−および
4,4’−ジイソシアナト−ジフェニルメタン、1,5
−ジイソシアナト−ナフタレン、ジプロピレングリコー
ルジイソシアネートおよびこれらジイソシアネートの混
合物; c)トリイソシアネートおよび/またはより高い官能性
のイソシアネート、例えば4−イソシアナト−メチル−
1,8−オクタンジイソシアネート(ノナントリイソシ
アネート)、1,6,11−ウンデカントリイソシアネ
ートおよびこれらイソシアネートの混合物である。
【0016】本発明の方法のための出発材料は、モノ−
および/またはジイソシアネートおよび/またはトリイ
ソシアネートおよび/またはより高い官能性のイソシア
ネートの混合物であってよい。一般に、約400g/m
olまで、好ましくは約99〜約279g/molまで
の分子量を有するすべての有機イソシアネートを、本発
明の低分子量イソシアネートとして使用してよい。
【0017】上記のジイソシアネートおよびより高い官
能性のイソシアネートを本発明の方法で使用することが
好ましい。4−イソシアナトメチル−1,8−オクタン
ジイソシアネート(ノナントリイソシアネート)を使用
することが特に好ましい。本発明の方法において、有機
イソシアネートを、イソシアネートの重量に基づいて少
なくとも0.1重量%、好ましくは約0.5〜約50重
量%、さらに好ましくは約1.0〜約5重量%の式
(1)で示される化合物と一緒に、200℃未満、好ま
しくは約140℃〜約190℃、最も好ましくは約15
0℃〜約180℃の温度で、少なくとも10分間、好ま
しくは約1〜24時間、最も好ましくは約3〜15時
間、イソシアネートと反応しない不活性溶媒中で、また
は好ましくは不活性溶媒不存在下で、加熱する。要すれ
ば、その後、精製された低分子量イソシアネートから、
蒸留または抽出によって式(1)に示される高分子量化
合物および/または高分子量反応物およびイソシアネー
トと反応しない不活性溶媒を除去する。
【0018】加熱処理の間またはその後、イソシアネー
トが、高分子量化合物から抽出または蒸留によって、要
すれば減圧下で取り出される。精製されたイソシアネー
トは、減圧下(例えば0.001mbar〜100mb
ar)、蒸留によって式(1)で示される高分子量化合
物および/または高分子量反応生成物から取り出され
る。
【0019】空気または湿気の影響による副反応を防ぐ
ために、反応装置を、減圧下(例えば100〜1mba
r)で運転し、不活性ガス、例えば窒素でフラッシする
ことができる。しかしながら、原則的には、不活性ガス
の使用は全く必要ではない。本発明の方法によって得ら
れるイソシアネートは、通常、400ppm未満、好ま
しくは250ppm未満、最も好ましくは150ppm
未満の加水分解性塩素含量を有する。
【0020】本発明の方法にしたがって、塩素含量を減
少する前、その間またはその後に、他の精製方法を、例
えば色を害する成分および副生物を除去するために使用
してもよい。これらの他の精製方法は、還元剤または酸
化剤を使用する処理および/または白化、および吸着
剤、例えば活性炭素および/または水和シリカによる処
理を包含する。このような白化方法は、イソシアネート
化合物の塩素含量の減少によい影響も与える。
【0021】本発明にしたがって精製されたイソシアネ
ートは、金属化合物、酸、塩基またはイソシアネートと
反応する他の化合物の有害な添加物を含まず、好ましく
は250ppm未満の加水分解性塩素含量を有する。イ
ソシアネートを、広い範囲の用途で、例えばオリゴマー
ポリイソシアネートまたはプレポリマーの製造で使用す
ることができ、トリイソシアネートの場合、中間体、ポ
リウレタン成形品および被覆媒体の製造に、出発材料と
して使用できる。本発明の方法によって精製された低分
子量トリイソシアネートを、コーティングの硬化剤成分
として使用することが好ましい。
【0022】本発明の方法によって精製されたイソシア
ネートを含有するコーティング材料は、一般に、あらゆ
る基材、例えば木材、プラスチック、皮製品、紙、繊維
製品、ガラス、セラミック、石膏、石造、金属またはコ
ンクリートを被覆するのに適している。コーティング材
料を、塗布の常套方法、例えば噴霧、ブラッシング、流
し塗り、注入、浸漬、ロール塗布によって塗布してよ
い。コーティング材料は、透明ラッカーの形態で使用さ
れてよく、着色ラッカーの形態で使用されてもよく、有
機溶媒により希釈してもしくは水に分散して、または希
釈されない形態で、単独成分被覆または複数成分被覆と
して使用されてよい。
【0023】
【実施例】以下の実施例により、本発明を説明する。挙
げられたHC値で示される値は、加水分解性塩素含量に
関する。すべての%は、重量%である。表に示される有
機イソシアネート100gを、表1および表2の所定量
の化合物AまたはBと混合し、所定の時間および温度
で、減圧下(10〜100mbar、使用したイソシア
ネートに依存)で、攪拌した。所定時間の反応後、生成
物を、薄膜蒸留による後処理に付した(180℃/0.
2mbar)。本発明による生成物は実施例3、4、
5、7、8および9で得られた。
【0024】
【表1】 *DD 288 596の実施例11 トリイソシアナトノナン 成分A:Exolit OP 550(Clariant製)(OH値130、
酸価<1、密度1.31g/cm3(25℃)、粘度約
2000mPa・s) 成分B:1当量のExolit OP 550(Clariant製)と0.9
当量のブチルイソシアネートから形成された反応生成物
【0025】熱処理の前と後でのNCO含量の相違は、
好ましくない副反応、従って、収率の減少についての情
報を与える。比較例2(本発明ではない)において、特
許明細書DD 288 596の条件を、TINのHC含量を減少
させるために再現した。NCOの明らかな減少は、許容
できない高いレベルの汚染を示す。示差分析は、この温
度で反応によって熱がかなり付加的に、調節されないで
発生していること(>600kJ/kg)を示し、この
ことは、工業的な工程では許容されない。170℃(実
施例4)でさえ、温和な条件下でHC含量は100pp
m未満に減少させることができ、同時に、NCOの減少
はわずかなものであることが確認された。
【0026】
【表2】
【0027】以上、種々の実施例を挙げて本発明を詳し
く説明したが、これらの実施例は、単に本発明を説明す
るために開示したものであって、この開示から、当業者
ならば、種々の変形例をなすことができ、これらの変形
例は、本発明の精神および請求の範囲を逸脱しない限
り、本発明に包含されるものと理解すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディーター・マーガー ドイツ連邦共和国51377レーフエルクーゼ ン、エリーザベト−フォン−タッデン−シ ュトラーセ31番 (72)発明者 ラインハルト・ハルパープ ドイツ連邦共和国51519オーデンタル、イ ン・デア・ヒルトシャイト6番 (72)発明者 マルティン・ブラーム ドイツ連邦共和国51519オーデンタル、キ ュッヒェンベルガー・シュトラーセ67番 (72)発明者 エリック・ホフマン アメリカ合衆国77520テキサス州ベイタウ ン、ウエスト・ベイ・ロード8500番

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イソシアネートの重量に基づいて少なく
    とも0.1重量%の式(1): 【化1】 [式中、nは、1〜20の数を示し、各Rは、独立し
    て、1〜20個の炭素原子を有する直鎖または分岐状、
    飽和または不飽和アルキレン、シクロアルキレン、アラ
    ルキレンまたは二官能アリール基であり、要すれば炭素
    鎖内にヘテロ原子を含んでよく、および/または酸素、
    硫黄、ハロゲン原子または窒素置換基を有してよく、他
    の官能基を有してもよく、および、各Xは、独立して、
    H、OH、SH、O−R1、S−R1、O−Si
    (R1)3、F、Cl、Br、I、 【化2】 (式中、各R1は、独立して、1〜20個の炭素原子を
    有するアルキル、シクロアルキル、アリールまたはアラ
    ルキル基であり、要すればヘテロ原子を有してよく、ま
    たは要すればヘテロ原子および末端官能基を含みうるC
    1−C20アルキレン、シクロアルキレン、アラルキレン
    または二官能アリール基を有してよい。)の基の1つで
    ある。]で示される少なくとも1つの化合物によって、
    200℃未満の温度で少なくとも10分間、低子量イソ
    シアネートを処理し、次いで、式(1)の高分子量化合
    物および/または高分子量反応生成物をイソシアネート
    から除去することを含んでなる低分子量イソシアネート
    の精製方法。
  2. 【請求項2】 低分子量イソシアネートを、イソシアネ
    ートの重量に基づいて1.0〜5.0重量%の式(1)
    で示される化合物と一緒に、約150〜180℃の温度
    で、約3〜15時間加熱し、その後式(1)で示される
    高分子量化合物および/または高分子量反応生成物をイ
    ソシアネートから除去する請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 4−イソシアナトメチル−1,8−オク
    タンジイソシアネートが有機イソシアネートである請求
    項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 精製されたイソシアネートが、250p
    pm未満の加水分解性塩素含量を有する請求項1に記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 イソシアネートから、式(1)で示され
    る高分子量化合物および/または高分子量副生物を蒸留
    または抽出によって除去する請求項1に記載の方法。
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