JPH07304721A - 芳香族カルボジイミドの製造法 - Google Patents
芳香族カルボジイミドの製造法Info
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- JPH07304721A JPH07304721A JP5342383A JP34238393A JPH07304721A JP H07304721 A JPH07304721 A JP H07304721A JP 5342383 A JP5342383 A JP 5342383A JP 34238393 A JP34238393 A JP 34238393A JP H07304721 A JPH07304721 A JP H07304721A
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- catalyst
- carbodiimidization
- isocyanate
- aromatic
- carbodiimide
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C267/00—Carbodiimides
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 リン化合物を触媒として使用して芳香族モノ
イソシアナートのカルボジイミド化によつて芳香族カル
ボジイミドを製造するに際して、触媒を簡単な手段によ
つて生成物から実質的に完全に分離できる方法を提供す
る。 【構成】 触媒である蒸留可能な有機リン化合物の存在
下に、120ないし220℃で加熱して、芳香族モノイ
ソシアナートを最大80%までカルボジイミド化し、続
いて反応混合物から、未反応イソシアナート原料を触媒
と一緒に、蒸留によって除去することからなる芳香族カ
ルボジイミドの製造法。
イソシアナートのカルボジイミド化によつて芳香族カル
ボジイミドを製造するに際して、触媒を簡単な手段によ
つて生成物から実質的に完全に分離できる方法を提供す
る。 【構成】 触媒である蒸留可能な有機リン化合物の存在
下に、120ないし220℃で加熱して、芳香族モノイ
ソシアナートを最大80%までカルボジイミド化し、続
いて反応混合物から、未反応イソシアナート原料を触媒
と一緒に、蒸留によって除去することからなる芳香族カ
ルボジイミドの製造法。
Description
【0001】本発明は、二量化触媒として蒸留可能な有
機リン化合物を使用して、芳香族モノイソシアナート化
合物をカルボジイミド化し、そのカルボジイミド化度を
最大80%に抑制し、そして同触媒と未反応のイソシア
ナート原料とを、蒸留によって反応混合物から分離する
ことによって、触媒を完全に除去した芳香族カルボジイ
ミドを得る新規な芳香族カルボジイミドの製造法に関す
る。
機リン化合物を使用して、芳香族モノイソシアナート化
合物をカルボジイミド化し、そのカルボジイミド化度を
最大80%に抑制し、そして同触媒と未反応のイソシア
ナート原料とを、蒸留によって反応混合物から分離する
ことによって、触媒を完全に除去した芳香族カルボジイ
ミドを得る新規な芳香族カルボジイミドの製造法に関す
る。
【0002】触媒として有機リン化合物の存在下に芳香
族モノイソシアナートをカルボジイミド化することによ
るカルボジイミドの製造は、かねてから公知である(例
えば米国特許第 2 853 473 号または米国特許第 2853 5
18 号参照)。先行技術によるモノカルボジイミドの製
造においては、カルボジイミド化する反応条件が、原料
として使用したイソシアナートが完全にカルボジイミド
に変換するまで維持され、反応が完了した時点で蒸留を
行い反応生成物を得ているのが一般である。
族モノイソシアナートをカルボジイミド化することによ
るカルボジイミドの製造は、かねてから公知である(例
えば米国特許第 2 853 473 号または米国特許第 2853 5
18 号参照)。先行技術によるモノカルボジイミドの製
造においては、カルボジイミド化する反応条件が、原料
として使用したイソシアナートが完全にカルボジイミド
に変換するまで維持され、反応が完了した時点で蒸留を
行い反応生成物を得ているのが一般である。
【0003】米国特許第 3 502 722 号は特に 2- およ
び/または 6-アルキル置換、即ち立体障害フェニルイ
ソシアナートのカルボジイミド化を、最も多い種類のカ
ルボジイミド化触媒を使用して実施することを記載して
いる。しかし、その触媒活性は、上記先行技術による有
機リン化合物の触媒活性と比較して一般的に明確に劣っ
ている。ホスホリン、特にホスホリンオキシド類、その
中では 1-メチル-オキソ-ホスホレンが特に好ましい、
が特に効果的なカルボジイミド化触媒を構成し、副生物
を生ずることなく、原料イソシアナートの円滑なカルボ
ジイミド化を可能にしている。しかし、これらの触媒を
使用する、以前から公知の方法の欠点は、低濃度で使用
する触媒から生成物を蒸留によって分離することが不可
能なので、触媒を含まないカルボジイミドを製造するこ
とが出来ないことである。その上芳香族カルボジイミド
は、ポリウレタンおよびポリエステル/ポリウレタンプ
ラスチックの抗酸化剤として使用され、その利用に当た
っては、純度の高い芳香族カルボジイミドが要求され、
上記リン化合物が触媒として使用されると、得られるカ
ルボジイミドから同化合物を徹底的に除去しなければな
らない。
び/または 6-アルキル置換、即ち立体障害フェニルイ
ソシアナートのカルボジイミド化を、最も多い種類のカ
ルボジイミド化触媒を使用して実施することを記載して
いる。しかし、その触媒活性は、上記先行技術による有
機リン化合物の触媒活性と比較して一般的に明確に劣っ
ている。ホスホリン、特にホスホリンオキシド類、その
中では 1-メチル-オキソ-ホスホレンが特に好ましい、
が特に効果的なカルボジイミド化触媒を構成し、副生物
を生ずることなく、原料イソシアナートの円滑なカルボ
ジイミド化を可能にしている。しかし、これらの触媒を
使用する、以前から公知の方法の欠点は、低濃度で使用
する触媒から生成物を蒸留によって分離することが不可
能なので、触媒を含まないカルボジイミドを製造するこ
とが出来ないことである。その上芳香族カルボジイミド
は、ポリウレタンおよびポリエステル/ポリウレタンプ
ラスチックの抗酸化剤として使用され、その利用に当た
っては、純度の高い芳香族カルボジイミドが要求され、
上記リン化合物が触媒として使用されると、得られるカ
ルボジイミドから同化合物を徹底的に除去しなければな
らない。
【0004】本発明の目的は、かくして、先行技術によ
る好ましいリン化合物を触媒として使用して芳香族モノ
イソシアナートのカルボジイミド化を行い、同触媒を簡
単な手段によって生成物から実質的に完全に分離できる
新規な芳香族カルボジイミドの製造法を提供することで
ある。
る好ましいリン化合物を触媒として使用して芳香族モノ
イソシアナートのカルボジイミド化を行い、同触媒を簡
単な手段によって生成物から実質的に完全に分離できる
新規な芳香族カルボジイミドの製造法を提供することで
ある。
【0005】この目的は本発明の方法によって達成され
る。以下更に詳細に説明する。
る。以下更に詳細に説明する。
【0006】本発明は、蒸留可能で、触媒としてイソシ
アナート化合物から二酸化炭素を離脱させながら、同化
合物のカルボジイミド化を促進する有機リン化合物の存
在下に120ないし220℃で加熱して、芳香族モノイ
ソシアナートをカルボジイミド化することによる芳香族
カルボジイミドの製造法において、出発物質として使用
するモノイソシアナートのカルボジイミド化度が最大8
0%の時点で、未反応イソシアナート原料を、反応混合
物から触媒と一緒に蒸留して除去し、そして生成したカ
ルボジイミドは、蒸留の残留成分として単離することを
特徴とする芳香族カルボジイミドの製造法を提供する。
アナート化合物から二酸化炭素を離脱させながら、同化
合物のカルボジイミド化を促進する有機リン化合物の存
在下に120ないし220℃で加熱して、芳香族モノイ
ソシアナートをカルボジイミド化することによる芳香族
カルボジイミドの製造法において、出発物質として使用
するモノイソシアナートのカルボジイミド化度が最大8
0%の時点で、未反応イソシアナート原料を、反応混合
物から触媒と一緒に蒸留して除去し、そして生成したカ
ルボジイミドは、蒸留の残留成分として単離することを
特徴とする芳香族カルボジイミドの製造法を提供する。
【0007】本発明の方法のための出発物質は、芳香族
基に結合したイソシアナート基を有する、蒸留可能な任
意のモノイソシアナートである。イソシアナート基に対
して2-および/または6-の位置でアルキル置換され
た、そして随時更に他の置換基を持っていて良いフェニ
ルイソシアナートで、米国特許第 3 502 722 号、第2
欄55行から第3欄15行に述べられている型のフェニ
ルイソシアナートが、その中で特に2,6-ジイソプロピ
ルフェニルイソシアナートが、本発明の出発物質として
好ましい。
基に結合したイソシアナート基を有する、蒸留可能な任
意のモノイソシアナートである。イソシアナート基に対
して2-および/または6-の位置でアルキル置換され
た、そして随時更に他の置換基を持っていて良いフェニ
ルイソシアナートで、米国特許第 3 502 722 号、第2
欄55行から第3欄15行に述べられている型のフェニ
ルイソシアナートが、その中で特に2,6-ジイソプロピ
ルフェニルイソシアナートが、本発明の出発物質として
好ましい。
【0008】本発明の方法で使用される触媒は、芳香族
イソシアナートのカルボジイミド化を促進する、蒸留可
能な有機リン化合物、特にホスホリンまたはホスホリン
オキシドである。米国特許第 2 853 518 号に述べられ
ているホスホリンまたはホスホリジン、特に米国特許第
2 853 473 号に述べられているホスホリンオキシドが
適しており、その中で1-メチル-1-オキソ-ホスホレン
が特に本発明に好ましい。これらの触媒は、本発明を実
施するに当たって、一般にイソシアナート原料に対し
て、重量基準で50ないし1,000ppmの量が使用
される。同触媒は反応開始時にイソシアナート原料に添
加混合するか、または反応中に少しずつ添加しても良
い。上述量は使用触媒全量を意味する。
イソシアナートのカルボジイミド化を促進する、蒸留可
能な有機リン化合物、特にホスホリンまたはホスホリン
オキシドである。米国特許第 2 853 518 号に述べられ
ているホスホリンまたはホスホリジン、特に米国特許第
2 853 473 号に述べられているホスホリンオキシドが
適しており、その中で1-メチル-1-オキソ-ホスホレン
が特に本発明に好ましい。これらの触媒は、本発明を実
施するに当たって、一般にイソシアナート原料に対し
て、重量基準で50ないし1,000ppmの量が使用
される。同触媒は反応開始時にイソシアナート原料に添
加混合するか、または反応中に少しずつ添加しても良
い。上述量は使用触媒全量を意味する。
【0009】本発明の方法を実施するに当たってその第
1段階では、触媒を含むイソシアナート原料を加熱し、
そして時に、随時更に少しずつ触媒を添加しながら、反
応温度を120ないし220℃、好ましくは160ない
し180℃にまで上げ、原料イソシアナート中のイソシ
アナート基を、最大80%、好ましくは50ないし70
%カルボジイミド化する。カルボジイミド化は、脱離す
る二酸化炭素の量によって直ちに確かめることができ
る。第1段階中その圧力条件を、原料イソシアナートが
溜出しないように調整する。第1段階が終わりに近付く
と、一般に操作は標準圧下で十分可能である。反応は、
好ましくは1連の撹拌槽反応器中で連続的に進行させ
る。
1段階では、触媒を含むイソシアナート原料を加熱し、
そして時に、随時更に少しずつ触媒を添加しながら、反
応温度を120ないし220℃、好ましくは160ない
し180℃にまで上げ、原料イソシアナート中のイソシ
アナート基を、最大80%、好ましくは50ないし70
%カルボジイミド化する。カルボジイミド化は、脱離す
る二酸化炭素の量によって直ちに確かめることができ
る。第1段階中その圧力条件を、原料イソシアナートが
溜出しないように調整する。第1段階が終わりに近付く
と、一般に操作は標準圧下で十分可能である。反応は、
好ましくは1連の撹拌槽反応器中で連続的に進行させ
る。
【0010】本発明の方法の第2段階では、未反応のモ
ノイソシアナートを触媒と一緒に、蒸留によって反応混
合物から分離する。本発明の必須で核心的な特徴は、こ
の段階で未反応原料イソシアナートが溜出する際に、触
媒の共溜剤として作用し、触媒を反応系から取り去るこ
とである。この、蒸留による原料イソシアナートと触媒
との分離は一般に、150ないし220℃の温度および
1ないし50mbarの操作圧で、連続蒸留装置、例え
ば充填塔中で、触媒を含む反応混合物の蒸留底部での滞
留時間ができるだけ短くなるようにして実施する。分オ
ーダーの滞留時間では、蒸留が中断される(不可能にな
る)ことは見られない。
ノイソシアナートを触媒と一緒に、蒸留によって反応混
合物から分離する。本発明の必須で核心的な特徴は、こ
の段階で未反応原料イソシアナートが溜出する際に、触
媒の共溜剤として作用し、触媒を反応系から取り去るこ
とである。この、蒸留による原料イソシアナートと触媒
との分離は一般に、150ないし220℃の温度および
1ないし50mbarの操作圧で、連続蒸留装置、例え
ば充填塔中で、触媒を含む反応混合物の蒸留底部での滞
留時間ができるだけ短くなるようにして実施する。分オ
ーダーの滞留時間では、蒸留が中断される(不可能にな
る)ことは見られない。
【0011】反応の第2段階で得られる蒸留物は、原料
イソシアナートと触媒との混合物であり、これは工程の
始めに返し、再利用することができる。残留物として得
られる本方法の粗生成物は、必要ならば精密蒸留にかけ
て、高沸点不純物をカルボジイミド溜分から分離する。
生成物の蒸留による精製は、膜流蒸発器を使用して15
0ないし250℃の温度範囲で、0.5ないし50mb
arの圧力範囲で、連続的に行う。これによって無色の
カルボジイミドが、リン含量5ppm(重量基準)以下
の蒸留物として得られる。
イソシアナートと触媒との混合物であり、これは工程の
始めに返し、再利用することができる。残留物として得
られる本方法の粗生成物は、必要ならば精密蒸留にかけ
て、高沸点不純物をカルボジイミド溜分から分離する。
生成物の蒸留による精製は、膜流蒸発器を使用して15
0ないし250℃の温度範囲で、0.5ないし50mb
arの圧力範囲で、連続的に行う。これによって無色の
カルボジイミドが、リン含量5ppm(重量基準)以下
の蒸留物として得られる。
【0012】本発明の方法の生成物は、エステル基を有
するプラスチックの貴重な加水分解安定剤である。
するプラスチックの貴重な加水分解安定剤である。
【0013】以下の実施例によって本発明の方法を更に
説明する。
説明する。
【0014】
【実施例1】 第1段階: 2,6-ジイソプロピルフェニルイソシアナートの部分カル
ボジイミド化 1時間当たり、15kgの2,6-ジイソプロピルフェニル
イソシアナートと0.0025kgの1-メチル-1-オキソ
-ホスホレンとを、計量ポンプを使用して、連続的に操
作する容量がそれぞれ15リットルの1連の反応器に供
給する。反応温度は175℃、平均滞留時間は4時間で
ある。反応装置を出た2,2',6,6'-テトライソプロピルジ
フェニルカルボジイミド、2,6-ジイソプロピルフェニル
イソシアナートおよび1-メチル-1-オキソ-ホスホレンの
混合物を室温に冷却する。純粋な2,6-ジイソプロピルフ
ェニルイソシアナートのイソシアナート基は20.7%
であるのに対して、反応混合物のNCO含量は7.1%
である。従って、反応混合物は34.3%の2,6-ジイソ
プロピルフェニルイソシアナートと65.7重量%のカ
ルボジイミドを含んでいる。
ボジイミド化 1時間当たり、15kgの2,6-ジイソプロピルフェニル
イソシアナートと0.0025kgの1-メチル-1-オキソ
-ホスホレンとを、計量ポンプを使用して、連続的に操
作する容量がそれぞれ15リットルの1連の反応器に供
給する。反応温度は175℃、平均滞留時間は4時間で
ある。反応装置を出た2,2',6,6'-テトライソプロピルジ
フェニルカルボジイミド、2,6-ジイソプロピルフェニル
イソシアナートおよび1-メチル-1-オキソ-ホスホレンの
混合物を室温に冷却する。純粋な2,6-ジイソプロピルフ
ェニルイソシアナートのイソシアナート基は20.7%
であるのに対して、反応混合物のNCO含量は7.1%
である。従って、反応混合物は34.3%の2,6-ジイソ
プロピルフェニルイソシアナートと65.7重量%のカ
ルボジイミドを含んでいる。
【0015】第2段階: 蒸留による生成物と触媒の分離 蒸留塔塔頂での操作圧が0.3mbarで、105℃に
予熱した混合物を1時間当たり14kgの割合で、3段
階蒸留塔(各段階の塔の長さ500mm、内径80mm
で、SULZER BX 織物(金網)パッキング充填)の第2段
階と第3段階との間に導入する。蒸留塔底部の容積は
2.06リットルで、底部滞留平均時間は8.8分であ
る。カルボジイミドを塔底部から1時間当たり8kgの
割合で取り出し、そして1時間6kgの割合で蒸留物を
得る。同蒸留物は1-メチル-1-オキソ-ホスホレンを含ん
でいる。
予熱した混合物を1時間当たり14kgの割合で、3段
階蒸留塔(各段階の塔の長さ500mm、内径80mm
で、SULZER BX 織物(金網)パッキング充填)の第2段
階と第3段階との間に導入する。蒸留塔底部の容積は
2.06リットルで、底部滞留平均時間は8.8分であ
る。カルボジイミドを塔底部から1時間当たり8kgの
割合で取り出し、そして1時間6kgの割合で蒸留物を
得る。同蒸留物は1-メチル-1-オキソ-ホスホレンを含ん
でいる。
【0016】第3段階: 第2段階からの粗カルボジイミドを1時間当たり22k
gの割合で、膜流蒸発器(160mm直径、伝熱面積
1.5cm2)に供給し、操作温度180℃、圧力0.9
mbarで処理した。得られる塔頂溜分は1時間当たり
21.5kgの超高純度で、カルボジイミド基含量が1
0.8%、APHAカラー値が230の 2,2',6,6'-テト
ライソプロピルジフェニルカルボジイミドが得られる。
リン含量は5重量ppm以下である。
gの割合で、膜流蒸発器(160mm直径、伝熱面積
1.5cm2)に供給し、操作温度180℃、圧力0.9
mbarで処理した。得られる塔頂溜分は1時間当たり
21.5kgの超高純度で、カルボジイミド基含量が1
0.8%、APHAカラー値が230の 2,2',6,6'-テト
ライソプロピルジフェニルカルボジイミドが得られる。
リン含量は5重量ppm以下である。
【0017】
【実施例2】1180.6kgの2,6-ジイソプロピルフ
ェニルイソシアナートと、0.5kgの1-メチル-1-オキ
ソ-ホスホレンとを容積2,00リットルの撹拌式反応器
中でゆっくりと165℃に加熱する。反応器の廃棄ガス
出口に気体計量計を取り付け、カルボジイミド化反応に
伴って生成する二酸化炭素の量を確認する。41.1m3
の二酸化炭素(標準状態温度および圧力下)が脱離して
から、すなわち約48時間後に、反応器の内容物を冷却
してカルボジイミド化反応を停止させる。反応混合物の
イソシアナート含量は8.2%、未反応2,6-ジイソプロ
ピルフェニルイソシアナートの割合は従って、39.6
%であった。
ェニルイソシアナートと、0.5kgの1-メチル-1-オキ
ソ-ホスホレンとを容積2,00リットルの撹拌式反応器
中でゆっくりと165℃に加熱する。反応器の廃棄ガス
出口に気体計量計を取り付け、カルボジイミド化反応に
伴って生成する二酸化炭素の量を確認する。41.1m3
の二酸化炭素(標準状態温度および圧力下)が脱離して
から、すなわち約48時間後に、反応器の内容物を冷却
してカルボジイミド化反応を停止させる。反応混合物の
イソシアナート含量は8.2%、未反応2,6-ジイソプロ
ピルフェニルイソシアナートの割合は従って、39.6
%であった。
【0018】蒸留(方法の第2段階)および蒸留による
生成物の精製(方法の第3段階)は、実施例1と同様の方
法で実施した。実質的に無色で、リン含量が3ppm以
下のカルボジイミドが得られた。
生成物の精製(方法の第3段階)は、実施例1と同様の方
法で実施した。実質的に無色で、リン含量が3ppm以
下のカルボジイミドが得られた。
【0019】本発明の主なる特徴および態様は以下のよ
うである。
うである。
【0020】1.イソシアナート化合物から二酸化炭素
を離脱させながらイソシアナート化合物のカルボジイミ
ド化を促進する触媒としての蒸留可能な有機リン化合物
の存在下に120ないし220℃で加熱して、芳香族モ
ノイソシアナートをカルボジイミド化することによる芳
香族カルボジイミドの製造法において、出発物質として
使用するモノイソシアナートのカルボジイミド化度が最
大80%の時点で、未反応イソシアナート原料を反応混
合物から触媒と一緒に蒸留して除去し、そして生成した
カルボジイミドを蒸留の残留成分として単離する、こと
を特徴とする芳香族カルボジイミドの製造法。
を離脱させながらイソシアナート化合物のカルボジイミ
ド化を促進する触媒としての蒸留可能な有機リン化合物
の存在下に120ないし220℃で加熱して、芳香族モ
ノイソシアナートをカルボジイミド化することによる芳
香族カルボジイミドの製造法において、出発物質として
使用するモノイソシアナートのカルボジイミド化度が最
大80%の時点で、未反応イソシアナート原料を反応混
合物から触媒と一緒に蒸留して除去し、そして生成した
カルボジイミドを蒸留の残留成分として単離する、こと
を特徴とする芳香族カルボジイミドの製造法。
【0021】2.上記第1項記載の製造法において、蒸
留物として単離されるイソシアナート原料と触媒との混
合物をカルボジイミド化工程に戻すことを特徴とする製
造法。 3.上記第1項記載の製造法において、蒸留の残留成分
として得られる本方法の生成物を、蒸留によって精製す
ることを特徴とする製造法。
留物として単離されるイソシアナート原料と触媒との混
合物をカルボジイミド化工程に戻すことを特徴とする製
造法。 3.上記第1項記載の製造法において、蒸留の残留成分
として得られる本方法の生成物を、蒸留によって精製す
ることを特徴とする製造法。
【0022】4.上記第1項ないし第3項記載の製造法
において、イソシアナート原料として2-および/また
は6-アルキル-置換フェニルイソシアナートを使用する
ことを特徴とする製造法。
において、イソシアナート原料として2-および/また
は6-アルキル-置換フェニルイソシアナートを使用する
ことを特徴とする製造法。
【0023】5.上記第1項ないし第4項記載の製造法
において、原料イソシアナートとして2,6-ジイソプロ
ピルフェニルイソシアナートを使用することを特徴とす
る製造法。
において、原料イソシアナートとして2,6-ジイソプロ
ピルフェニルイソシアナートを使用することを特徴とす
る製造法。
【0024】6.上記第1項ないし第5項記載の製造法
において、触媒として1-メチル-1-オキソホスホレン
を使用することを特徴とする製造法。
において、触媒として1-メチル-1-オキソホスホレン
を使用することを特徴とする製造法。
【0025】7.上記第1項ないし第6項記載の製造法
によって得られるカルボジイミド類。
によって得られるカルボジイミド類。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボルフガング・アルター イタリア・20156ミラノ・ビアレチエルト サ(番地なし)・バイエルソチエタペルア チオニ内 (72)発明者 イエルク・リユスマン ドイツ連邦共和国デー41539ドルマーゲ ン・イムグルネバルト5アー
Claims (1)
- 【請求項1】 イソシアナート化合物から二酸化炭素を
離脱させながらイソシアナート化合物のカルボジイミド
化を促進する触媒としての蒸留可能な有機リン化合物の
存在下に120ないし220℃で加熱して、芳香族モノ
イソシアナートをカルボジイミド化することによる芳香
族カルボジイミドの製造法において、出発物質として使
用するモノイソシアナートのカルボジイミド化度が最大
80%の時点で、未反応イソシアナート原料を反応混合
物から触媒と一緒に蒸留して除去し、そして生成したカ
ルボジイミドを蒸留の残留成分として単離する、ことを
特徴とする芳香族カルボジイミドの製造法。
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