JP4981791B2 - トリメリット酸の製造方法 - Google Patents
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Description
無水トリメリット酸の用途には、高温用途のためのエンジニアリングポリマー、低揮発性の高性能可塑剤、ワイヤエナメル、インク、粉末塗料のための樹脂が含まれる。
全ての商業的方法は、基本成分としてコバルト、マンガンおよび臭素を含有する触媒ならびに溶媒としての酢酸の存在下、液相中でプソイドクメンを酸化する。
米国特許第4755622号は、実施例11および13(両方とも触媒の段階化を含む)において、ならびに、比較例FおよびH(触媒の段階化を含まない)において、半連続的な段階を記載している。ほとんどの実施例におけるイソフタル酸+テレフタル酸(望ましくない2官能の副生成物)の収率は、約2モル%またはそれ以上である。
触媒組成物のセリウム含量は、全金属含量に対して、好ましくは1〜30重量%、最も好ましくは5〜20重量%である。
触媒組成物のチタン含量は、全金属含量に対して、好ましくは0.5〜13重量%、最も好ましくは3〜10重量%である。
触媒組成物のマンガン含量は、全金属含量に対して、好ましくは10〜50重量%、最も好ましくは20〜40重量%である。
好ましくは0.05〜0.7重量%、最も好ましくは0.1〜0.3重量%の臭素を、プソイドクメンの全使用量に対して使用する。
酸化剤は空気であるのが有利である。異なる酸素含量を有する他の酸化剤、特に21容量%より高い酸素含量に富化した空気を使用することもできる。爆発性混合物の生成を回避するために、排ガスの酸素含量は、両方の段階において8容量%以下に維持するのが好ましい。
オートクレーブに、酢酸(含水量5.6重量%)1212g、酢酸コバルト・四水和物4.19g、酢酸マンガン・四水和物2.82g、臭化アンモニウム1.09g、硝酸セリウム・六水和物0.77g、およびチタン酸テトライソプロピルとチタン酸テトラブチルの混合物(Ti含量16重量%)0.87gを導入した。
プソイドクメン540gをピストン計量ポンプにより14分間で供給し、空気流を流量計により2380NL/時に調節した。
この時点で、反応によって消費された酸素は、プソイドクメンからトリメリット酸への完全酸化に必要な量の20%に相当した。
プソイドクメンの供給を停止させた後、圧力を徐々に25バールまで上昇させ、温度を225℃まで上昇させた。
室温まで冷却し、周囲圧力まで減圧した後、反応生成物の有機成分をガスクロマトグラフィー(GC)および高圧液体クロマトグラフィー(HPLC)によって分析した。
プソイドクメンの変換は完全であった。所望の生成物および副生成物のモル収率を表1に示す。
実施例1の操作を繰り返したが、半連続的段階の温度を150℃および圧力を7バールとした。
半連続的段階の終了時に、反応によって消費された酸素は、プソイドクメンからトリメリット酸への完全酸化に必要な量の19%に相当した。
収率および生成物組成を表1に示す。
反応を実施例1の記載のように行ったが、触媒の添加を段階的に行った。
反応器へのプソイドクメン供給の開始前に、酢酸(含水量5.6重量%)1212g、酢酸コバルト・四水和物2.81g、酢酸マンガン・四水和物1.89g、臭化アンモニウム0.732g、硝酸セリウム・六水和物0.515g、およびチタン酸テトライソプロピルとチタン酸テトラブチルの混合物(Ti含量16%)0.583gを導入した。
プソイドクメン540gをピストン計量ポンプにより14分間で供給し、空気流を流量計により2380NL/時に調節した。
プソイドクメン供給の完了後に、空気供給を同じ速度で継続し、圧力を徐々に25バールまで上昇させて温度を224℃まで上昇させ、次いで、酢酸コバルト・四水和物、酢酸マンガン・四水和物、臭化アンモニウム、および硝酸セリウム・六水和物の水溶液を、反応終了時まで反応器に供給した。これら塩の合計添加量は、酢酸コバルト・四水和物1.53g、酢酸マンガン・四水和物1.03g、臭化アンモニウム0.397g、硝酸セリウム・六水和物0.279gおよび水16gであった。
室温まで冷却し、周囲圧力まで減圧した後、反応生成物の有機成分をGCおよびHPLCによって分析した。
プソイドクメンの変換は完全であった。収率および生成物組成を表2に示す。
実施例1の操作を繰り返したが、半連続的段階の温度は170℃、圧力は9バールであり、プソイドクメンを20分間で供給した。プソイドクメン供給の終了時に、反応によって消費された酸素は、プソイドクメンからトリメリット酸への酸化に必要な量の30%に相当した。
収率および生成物組成を表2に示す。
実施例1の操作を繰り返したが、全てのプソイドクメンを、開始時に溶媒と一緒に導入した。触媒は、その一部を開始時に加え、その一部を反応の第2部分において加えた。開始時には、酢酸コバルト・四水和物4.18g、酢酸マンガン・四水和物2.64g、臭化アンモニウム0.54g、硝酸セリウム・六水和物0.118g、およびチタン酸テトライソプロピルとチタン酸テトラブチルの混合物(Ti含量16%)0.866gを反応器に導入した。
収率および生成物組成を表2に示す。
[1]コバルト、マンガンおよび臭素を含有する触媒組成物の存在下、130〜240℃の温度で、酢酸中のプソイドクメンの酸化によりトリメリット酸を製造する方法であって、次の段階を含んでなる方法:
(i)プソイドクメンおよび空気または酸素含有ガスを、酢酸および触媒組成物を含有する溶液に、8容量%未満の排ガス中の酸素濃度が得られる添加速度で、ならびに、プソイドクメンをトリメリット酸に酸化するのに必要な酸素の全量の5〜25モル%が消費される結果を与えるに十分な温度および圧力で、同時供給する段階、および
(ii)空気または酸素含有ガスを、段階(i)で得られた反応混合物に、実質的に全てのプソイドクメンが消費され、少なくとも90%のトリメリット酸のモル収率が得られるまで供給する段階;この際、段階(i)の完了後に触媒の追加はない。
[2]段階(i)の反応温度が、130〜180℃、好ましくは140〜160℃である前記[1]に記載の方法。
[3]段階(ii)の過程において、反応温度を、200〜240℃、好ましくは215〜230℃の最終値まで上昇させる前記[1]または[2]に記載の方法。
[4]圧力が、5〜30バール、好ましくは6〜25バールである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]工程(i)中の排ガスの酸素濃度が2〜6容量%である前記[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]触媒組成物がセリウムおよび/またはチタンをさらに含有する前記[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7]触媒組成物のセリウム含量が、全金属含量に対して1〜30重量%、好ましくは5〜20重量%である前記[6]に記載の方法。
[8]触媒組成物のチタン含量が、全金属含量に対して0.5〜13重量%、好ましくは3〜10重量%である前記[6]または[7]に記載の方法。
[9]触媒組成物のコバルト含量が、全金属含量に対して30〜70重量%、好ましくは40〜60重量%である前記[1]〜[8]のいずれかに記載の方法。
[10]触媒組成物のマンガン含量が、全金属含量に対して10〜50重量%、好ましくは20〜40重量%である前記[1]〜[9]のいずれかに記載の方法。
[11]コバルト、マンガン、および所望によりセリウムおよび/またはチタンを含有する全金属濃度が、プソイドクメンの全使用量に対して、0.1〜1.0重量%、好ましくは0.20〜0.55重量%である前記[1]〜[10]のいずれかに記載の方法。
[12]臭素濃度が、プソイドクメンの全使用量に対して、0.05〜0.7重量%、好ましくは0.1〜0.3重量%である前記[1]〜[11]のいずれかに記載の方法。
[13]酢酸:全添加プソイドクメンの重量比が、1:1〜4:1、好ましくは1.5:1〜3:1である前記[1]〜[12]のいずれかに記載の方法。
Claims (13)
- コバルト、マンガンおよび臭素を含有する触媒組成物の存在下、130〜240℃の温度で、酢酸中のプソイドクメンの酸化によりトリメリット酸を製造する方法であって、次の段階を含んでなる方法:
(i)プソイドクメンおよび空気または酸素含有ガスを、酢酸および触媒組成物を含有する溶液に、8容量%未満の排ガス中の酸素濃度が得られる添加速度で、ならびに、プソイドクメンをトリメリット酸に酸化するのに必要な酸素の全量の5〜25モル%が消費される結果を与えるに十分な温度および圧力で、同時供給する段階、および
(ii)空気または酸素含有ガスを、段階(i)で得られた反応混合物に、実質的に全てのプソイドクメンが消費され、少なくとも90%のトリメリット酸のモル収率が得られるまで供給する段階;この際、段階(i)の完了後に触媒の追加はない。 - 段階(i)の反応温度が、130〜180℃である請求項1に記載の方法。
- 段階(ii)の過程において、反応温度を、200〜240℃の最終値まで上昇させる請求項1または2に記載の方法。
- 圧力が、5〜30バールである請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 工程(i)中の排ガスの酸素濃度が2〜6容量%である請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 触媒組成物がセリウムおよび/またはチタンをさらに含有する請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 触媒組成物のセリウム含量が、全金属含量に対して1〜30重量%である請求項6に記載の方法。
- 触媒組成物のチタン含量が、全金属含量に対して0.5〜13重量%である請求項6または7に記載の方法。
- 触媒組成物のコバルト含量が、全金属含量に対して30〜70重量%である請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 触媒組成物のマンガン含量が、全金属含量に対して10〜50重量%である請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- コバルト、マンガン、および所望によりセリウムおよび/またはチタンを含有する全金属濃度が、プソイドクメンの全使用量に対して、0.1〜1.0重量%である請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 臭素濃度が、プソイドクメンの全使用量に対して、0.05〜0.7重量%である請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- 酢酸:全添加プソイドクメンの重量比が、1:1〜4:1である請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
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