JPH08501331A

JPH08501331A - アルミノケイ酸塩型触媒を用いたポリテトラメチレンエーテルグリコールジエステルの製造法

Info

Publication number: JPH08501331A
Application number: JP6506879A
Authority: JP
Inventors: ミユラー，モニカ
Original assignee: シンワ・ピー・テイー・ジー・カンパニー・リミテツド
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1996-02-13
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: DK0658174T3; JP3419455B2; DE69309076T2; ES2098772T3; AU679000B2; WO1994005719A1; CA2142371C; GR3023790T3; EP0658174B1; DE69309076D1; ATE150472T1; KR950703014A; AU4956593A; KR100270423B1; CA2142371A1; EP0658174A1

Abstract

(57)【要約】固定層重合触媒及びカルボン酸無水物の存在下に、テトラヒドロフランを重合することにより、式Ｒ−ＣＯ−Ｏ（ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ）_n−ＣＯＲ¹〔式中、Ｒ及びＲ¹は、同一である場合も異なる場合もあるアルキルラジカル又はその誘導体である〕を有するポリテトラメチレンエーテルグリコールジエステルの改良型製造法。隠微晶質３層構造を有する公知の天然モンモリロナイト触媒の代わりに、無定形ケイ酸アルミニウム、酸賦活化且つ焼成されたカオリン又はゼオライトから選択される触媒を用いることにより、より均質な特性及びより狭い分子量分布を有するポリマーを高重合速度で容易に製造し得る。

Description

【発明の詳細な説明】アルミノケイ酸塩型触媒を用いたポリテトラメチレンエーテルグリコールジエステルの製造法本発明は、カルボン酸無水物の存在下に、合成無定形ケイ酸アルミニウム、酸賦活化且つ焼成されたカオリン又はゼオライトから選択される触媒を用いてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を重合することによりポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）ジエステルを製造する方法に関する。オキソニウムイオン触媒作用によるＴＨＦの重合は、H.Mewerweinら (Angew. Chemie 72, (1960), 927) による基礎的な研究の結果公知となっており、P. Dre yfussによる論文“Polytetrahydrofuran”, Gordon and Breach Sc.Publishers, New York, London, Paris, 1982に包括的に記載されている。独国特許出願公開DE-A-28 01 792号及び独国特許第29 16 653号には、別個の段階で精製したＴＨＦを、カルボン酸無水物の存在下に固定層に配置された漂白土 (bleaching earth) によって重合するＴＨＦ重合法が記載されている。漂白土は、モンモリロナイト鉱の隠微晶質３層構造を有する天然ケイ酸アルミニウムである。鉱床から得られる鉱物は鉱源に応じて異なる物理的化学的性質を有している。特に、その触媒活性は一定ではなく、バッチ毎に異なっている。この点で漂白土は、安価ではあっても触媒として工業用に使用する場合に極めて不利である。本発明は、工業化及び再現化に関してＴＨＦの重合を簡易化することを目的とする。しかし、独国特許第29 16 653号に記載の方法、特にその固定層触媒の利点は保持する必要がある。上記の目的は、重合触媒及びカルボン酸無水物の存在下にテトラヒドロフランを重合することによって、式Ｒ−ＣＯ−Ｏ（ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ）ｎ−ＣＯＲ¹〔式中、Ｒ及びＲ¹は同一の場合も異なる場合もあり、且つ１〜４個の炭素原子を有するアルキルラジカルであり、ｎは２〜200の範囲の整数である〕を有するポリテトラメチレンエーテルグリコールジエステルを製造する方法によって達成され、該方法は、酸賦活化且つ焼成されたゼオライト又はカオリン及び合成無定形ケイ酸アルミニウムから選択される触媒を用いることを特徴とする。驚くべきことには、圧縮成形した特殊触媒を、静止固定触媒層に懸濁又は導入することにより、通常触媒として漂白土を用いる場合には不可避のＴＨＦの強酸性物質による予備処理をする必要無しに、ＴＨＦとカルボン酸無水物との混合物が再現可能に且つ通常長期にわたって高重合速度で色指数の低いポリブチレンエーテルグリコールカルボキシレートに転化されることが見いだされた。本発明の方法によれば、クラウンエーテル不純物の含量が極めて低い。本発明の特殊触媒は実質的に無限の寿命を有しており、それによって該方法の環境順応性が高められる。天然の漂白土に比べ、合成無定形ケイ酸アルミニウムは、その触媒活性が製造法の管理下に調整可能であるという重要な利点を有している。ケイ酸アルミニウムはその表面に酸性中心を有している。触媒の活性及び選択性は酸性中心の濃度及び強度による。例えば、石油処理における接触分解触媒として工業的規模でも用いられる無定形ケイ酸アルミニウムは、一般に水ガラス希釈溶液を硫酸で処理して製造される。シリカゲルが形成され、一定の熟成期間後に該シリカゲルに硫酸アルミニウム溶液とアンモニアを添加する。ｐＨはわずかに酸性領域内にある。形成されたアルミナケイ酸塩ゲルを濾過し、異物イオンがなくなるまで洗浄し、乾燥、焼成する。式：ＮＨ₄ＡｌＯ₂・ｎＳｉＯ₂→ＮＨ₃＋ＨＡｌＯ₂・ｎＳｉＯ₂ 及び２ＨＡｌＯ₂・ｎＳｉＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＡｌＯ₂・ｎＳｉＯ₂ に従ってブレンステッド酸及びルイス酸の酸性中心を形成する。製造条件がアルミノケイ酸塩の物理的構造にかなりの影響を与える。従って、例えば水ガラス溶液のケイ酸塩濃度が比較的高く、シリカゲルの熟成温度が比較的高い場合には、細孔体積及び比表面積が比較的大きな触媒を得る。これらの相関関係については、K. D. AshleyらのIndustrial Engineering Chemistry (1952), 44, 2857-2863 ページの論文に包括的に論考されている。本発明の方法に適当な触媒成型品を製造するためには、触媒粉末を例えばペーストに転換し、押出してペレットを得るか、又はビース形成機で粒径が例えば４mmのビーズに加工することが可能である。球形のケイ酸アルミニウムは、２種のゲル形成溶液、ナトリウム水ガラス及び硫酸アルミニウムの硫酸溶液を、懸濁液として鉱油を含む開放懸濁塔 (suspensi on tower)の頭部で混合して連続製造するのが有利である (Ullmanns Encyc1. d. techn. Chemie, 第３版, 第９巻, 276ページ）。その直後に、分散コーンを介して混合物を懸濁液に流し込み、この段階で液滴への分割が生成する。該液滴は、沈殿固化してゲルビーズとなり、水流により底部で排出される。次いでゲルビーズに、その構造を強化するために熱処理を施し、ＮａイオンをＡｌイオンと交換するためにＡｌ₂（ＳＯ₄）₃を用いて塩基交換し、全ての可溶な塩（Ｎａ₂ＳＯ₄）を除去するために１６時間向流洗浄し、140 - 170℃で４時間予乾燥、次いで最終乾燥して昇温で状態調節する。例えば、ＳｉＯ₂90％及びＡｌ₂ Ｏ₃10％からなる組成を有し、比表面積が500 - 600m²/g、細孔体積が約0.5cm³/g 、平均孔径が約50Åの均質な無定形触媒ビーズを得る。さらに、例えばＤＥ−Ａ 18 03 418号に記載の教示により特に活性な好ましい触媒が得られる。天然漂白土に比べて、ゼオライト触媒は、その触媒活性が製造法の管理下に調整可能であるという重要な利点を有している。ゼオライトは通常、アルカリ金属又はアルカリ土類金属カチオンを含み、実験式Ｍ_2/nＯ・Ａｌ₂Ｏ₃／ｘＳｉＯ₂・ｙＨ₂Ｏ〔ｘ≧２；ｎ＝カチオンＭの原子価；ｙ＝水分子数〕で表し得る骨格式を有する合成又は天然の微晶質性水和ケイ酸アルミニウムである。これらの金属カチオン含有ゼオライトは、天然に産生されたものであれ合成して形成されたものであれ、そのプロトン化形態に転化されると活性重合触媒となる。このためには、例えば、好ましくは、例えばヒドロハロゲン酸 (hydrohalic acids) 、硫酸、リン酸、硝酸又は過塩素酸のような無機酸で洗浄してカチオン交換することが必要である。同様に、ギ酸、酢酸又はトリフルオロ酢酸のような有機カルボン酸を用いることも可能である。最後に、金属カチオンをアンモニウムカチオンと交換し、焼成によりブレンステッド酸に転化させてもよい：例えば、ＮＨ₄ＡｌＯ₂・ＳｉＯ₂→ＮＨ₃＋ＨＡｌＯ₂・ＳｉＯ₂。プロトン化形態のゼオライトは全てＴＨＦ重合用触媒として好適である。しかし、モンモリロナイトの場合より高い活性は、ゼオライトＸ及びゼオライトＹにのみ見られ、該ゼオライトは本発明の方法に用いられている。これらは、孔径が約７．１［Å］で、ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃モル比が１：1.5〜１：２の範囲の分子ふるいゼオライトである。ゼオライトはその表面に酸性中心を有している。触媒の活性及び選択性は、酸性中心の濃度及び強度に依存する。天然の漂白土に比べ、カオリン触媒は、その触媒活性が製造法の管理下に調整可能であるという重要な利点を有している。カオリンは、天然に広く産生する水和ケイ酸アルミニウムであり、酸による処理後にはその表面に酸性中心を有する。触媒の活性及び選択性は、酸性中心の濃度及び強度に依存する。これらもまたカオリンアンモニウム化合物の焼成により生成し得、本発明の方法に特に好適である：例えば、ＮＨ₄ＡｌＯ₂・ＳｉＯ₂→ ＮＨ₃＋ＨＡｌＯ₂・ＳｉＯ₂。本発明の方法に用いる触媒は、例えば、粗カオリンをスラリー化したときに得られる生成物から得られる。粗カオリンは、例えば、「白陶土」としてセラミック製品の製造用に又は薬剤に紙増量材としても用いられる。該触媒は主として、化学組成がＡｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂・２Ｈ₂Ｏで表される三斜晶鉱物カオリナイトからなる。モンモリロナイトからなり且つ原子比が１：２でアルミニウム原子とケイ素原子とを含み、ＴＨＦ用の重合触媒として知られている漂白土とは対照的に、カオリナイトに含まれる前記２種の原子比は１：１である。モンモリロナイト中の酸形成ケイ素の濃度が高いために、カオリンよりも漂白土により優れた触媒が製造されるであろうと予想されていた。しかし驚くべきことには、事実は全くその反対であった。本発明により固定触媒層に用いられる成形品は、市販のカオリン粉末を、例えば１〜５重量％濃度の硫酸、塩酸、リン酸又は塩化アンモニウム溶液のような希鉱酸で洗浄することによって得られる。酸処理後、中性になるまで洗浄し、ペースト状のカオリンを押出して、例えば粒径が２〜５mm、長さが２〜10mmのペレットを得るか、又はビーズ形成機で粒径が例えば２〜５mmのビーズに加工し、次いで焼成する。本発明の方法に用いられる触媒は、使用前に、好ましくは0.1〜10時間、特に好ましくは0.5〜５時間、350〜750℃で熱処理する。この手段により、含水量が減少し、反応性が増大する。触媒の含水量は１重量％未満が好ましい。固定触媒層に用いられる成形品は、例えば、ボール形、環形、円筒形又はタブレット形であってよい。球形成形品は、直径が２〜15mm、好ましくは３〜５mmであってよい。円筒形成形品としては、一般に長さが２〜６mmの円筒を用いる。非球形又は非円筒形成形品は一般に円筒形成形品に対応する体積を有する。ＴＨＦの重合には、少量の触媒しか必要としない。乾燥触媒成形品を、反応器、例えばチューブ炉又はシャフト炉に注ぐ。選択される層寸法は重合熱の放散の必要性によって決定するのが好ましい。冷却又は熱入れによる熱交換器中の該炉全体にわたる等熱反応条件を確保するために、循環路の触媒層上の反応生成物を全て又は部分的にポンプ輸送することも有用である。一般に、１時間当たり反応器容量の約３〜10倍を構成する循環流速で十分である。連続重合の場合には、毎時循環流速の0.01〜0.1倍のＴＨＦ及びカルボン酸無水物のような新たな流入液を循環生成物に加える。本発明の重合に適当な反応器は、さらに撹拌パドルを付加装備してよい熱制御性反応器中に配置され、触媒成形品を充填した回転バスケットである。本発明の方法により、分子量分布が非常に狭く、クラウンエーテル不純物を0. 1重量％未満の極めて少量しか有さない生成物が得られるということは予期せぬことであったし、またこれまでの公知の手順、例えば独国特許29 16 653号に記載のような手順に比べて技術的な進歩を示した。分子量が1000である市販のポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）は、均一性係数Ｍ_w／Ｍ_nが1.6〜1.8であることを特徴としているが、本発明によりＭ_w／Ｍ_n係数が1.3〜1.5の製品が形成される。該製品は良好な低温挙動を有する可撓性ポリウレタン繊維又は熱可塑性ポリウレタンの製造用に特に好適である。低品質のＴＨＦを用いなければならない場合には、重合を水素雰囲気下に行い、且つ水素化を触媒する0.1〜1.0重量％の塩を触媒に添加するか、又は触媒に直接１〜10重量％の例えば予賦活化ニッケル触媒を混合すると便宜的であることが証明されている。この目的に極めて好適な触媒の例としては、56重量％のＮｉを含む、米国、ペンシルベニア州、Calsicat地区、Mallinckrodt社製のＥ 474 ＴＲがある。実質的に無水の触媒は、促進剤であるカルボン酸無水物が存在して始めて触媒作用を発現する。２〜12個、好ましくは２〜８個の炭素原子を有する脂肪族又は芳香族ポリ−及び／若しくはモノカルボン酸由来のカルボン酸無水物を用いると有利である。カルボン酸無水物の例としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸又は無水アクリル酸若しくは無水メタクリル酸、及び無水コハク酸を挙げることができる。また混合無水物及び無水混合物を用いることも可能である。価格の点のみに関して言えば、無水酢酸が好ましい。上記のように、本発明の方法を任意の所望重合度のポリブチレングリコールジエステルの製造に用いることも可能である。重合混合物中のカルボン酸無水物の濃度は、重合度によって決定される。無水物の濃度が低い程、分子量が高くなり、またその逆も真である。下記のデータは反応温度50℃の場合のガイド値となり得る。重合を実施するために、重合成形品を、例えばポンピングによって、好適な反応容器中、例えば好ましい重合実施態様における所謂プール手順により気相の不在下に反応混合物と接触させる。重合の間に形成される反応熱を適当な方法で放散させる。本発明の最も簡単な実施態様においては、触媒層を重合混合物で覆い、反応を例えば断熱下に行うことも可能である。活性の高い触媒の場合には、ＴＨＦの沸騰温度を最高約65 ℃に制限する。このようにして反応を行うと、重合は約30〜60分後に完了する。一般に重合は、０〜25バールの範囲の圧力、10〜60℃の範囲の温度で行う。圧力や温度をそれより高くしたり低くしたりしても有利にはならない。殆どの場合、重合はカルボン酸無水物を完全に転化させるように進められる。重合温度により、例えば30〜55℃の範囲で重合が行われた場合には、用いられたＴＨＦ中の40〜75重量％が反応した。未反応のＴＨＦは反応生成物の蒸留作業の間に再度単離され、不都合なく、後の重合に再使用することができる。本発明の方法により得られたポリブチレンエーテルグリコールジエステルは、公知の方法により加水分解するか、あるいは、例えばメタノールを用いて米国特許第2,499,725号の方法によりエステル交換することができる。米国特許第4,608 ,422号に記載のような水素化エステル交換は本発明の製造工程を大規模に実施する場合に特に適している。別の方法が、独国特許第27 60 272号、欧州特許0 185 553号及び欧州特許第0 038 009号に記載されている。最も簡単な方法は、Adkinsにより紹介された、銅／酸化クロム触媒を用いたエステル水素化法によりジエステルをジオール形態に転化することである。適当な触媒、例えば、ミュンロム酸銅触媒Ｇ２２が使用可能であり、該触媒は、溶媒無しで又はメタノール若しくはエタノールの存在下に、220℃、水素圧力250バールで、損失無しにジエステルをＰＴＭＥＧに転化する。さらにこのＰＴＭＥＧが例えば800〜3000の分子量を有する場合には、ポリエステル又はポリウレタンの製造に好適である。本発明の方法によって得られる生成物のみがAdkins法により水素化され、ＫＯＨ／ｇが１mgという十分に低い残留エステル価の生成物を得ることが可能になる。他の重合法（例えば、漂白土接触作用による）によって製造されたＰＴＭＥＧジアセテートにより、ＫＯＨ／ｇが１mgを超える残留エステル価を有するポリテトラメチレンエーテルグリコールを得る。下記の実施例は本発明の方法をより詳細に示すように意図されており、本発明を限定するものではない。部分は重量部であり、キログラムとリットルの関係と同様な容量部との関係を有する。実施例１米国、J. T. Baker Chemical Company製のカオリン粉末を10重量％濃度の塩化アンモニウム溶液で覆い、過剰な溶液をブフナー漏斗で吸引した。この処理を３度繰り返し、次いでカオリンを蒸留水で洗浄した。湿ったドウを４mm径のビーズに成形し、650℃で２時間焼成、デシケーター内で冷却した。無水カオリンビーズ150cm²をマインツのSchott社製の実験用Ｄｕｒａｎガラスびんに導入し、水浴中50℃に予熱し且つＴＨＦ91.5重量％及び無水酢酸8.5重量％を含む混合物300g で覆った。触媒層を適度な運動状態に保つために、ポリプロピレンねじ込みキャップで密封したびんを、水浴中50℃で１時間縦軸の周りにゆっくり回転させる。次いで反応混合物を触媒からデカントし、分析した。反応生成物の酸価から、無水酢酸の約99％が転化したことが示された。ポリテトラメチレンエーテルグリコールジアセテートから未反応ＴＨＦを150 ℃、５ミリバールで蒸発させたが、該ジアセテートは反応溶液中56重量％存在した。ジエステルの加水分解価は152.6mgＫＯＨ／ｇであり、これは分子量734g/molに相当する。例えば0.01重量％のナトリウムメトキシドの存在下に同量のメタノールを用いてエステル交換することにより、173mgＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、色指数が５ＡＰＨＡのＰＴＭＥＧを得る。該生成物は非常に狭い分子量分布を有する。不均質性率（多分散性）Ｍ_w／Ｍ_nはわずか1.28である。オリゴマー環状エーテルの含量は0.01重量％未満である。実施例２米国のJ. T. Chemical Comp.から市販されているカオリンを用い、50℃で、実施例１に記載の実験用設定で重合を行う。寸法が３×４mmの円筒形触媒を、前以て５％重量濃度の水性塩酸に４度含浸させ、650℃で２時間恒量になるまで乾燥させておいた。さらに、ＴＦＨの品質を高めるために、触媒ペレットに、ニッケル56重量％を含み、還元且つ安定化された、米国、ペンシルベニア州、Calsicat 地区、Malinckrodt社製の触媒Ｅ−４７４ＴＲを添加した。重合には、３重量％濃度の無水酢酸溶液ＴＨＦを用いる。重合びん中の自由空間を水素雰囲気で満たした。2.5時間重合した後では、99％を超える無水酢酸が反応し、該ポリマー溶液は、エステル価61.2（分子量1824g/molに相当する）を有するＰＴＭＥＧジアセテート53重量％を含んでいる。該ポリマー溶液は、プール手順を用いて固定層上で水素化することにより、還元且つ安定化された、ミュンヘンロム酸銅触媒Ｇ２２を用いて、60重量％濃度のメタノール溶液中、250バールの水素、220℃で、ヒドロキシル価64.1（分子量750g/mol）を有するＰＴＭＥＧに転化する。該ポリマーは、非常に均質であり、ＧＰＬＣ分析において多分散性Ｍ_w ／Ｍ_n＝1.8を示す。色指数は５ＡＰＨＡである。カオリンが５重量％濃度の塩酸ではなく、８重量％濃度の硫酸で含浸、洗浄且つ賦活化されている場合には、 2.5時間の重合時間後に50重量％が転化されるに過ぎない。その場合、ポリテトラヒドロフランジアセテートから得ることができるＰＴＭＥＧは、分子量が1720 g/mol、分布幅Ｍ_w／Ｍ_nは1.95である。実施例３この実施例に用いられる均質な無定形二酸化ケイ素／酸化アルミニウム触媒をＤＥ−Ａ18 03 418号の教示に従って下記のように製造した（実施例１ＤＥ− Ａ 18 03 418号）。 0.27gＳｉＯ₂／cm³を含む（ＥｔＯ）₄Ｓｉ1560cm³を、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ90容量％及びＣＨ₃ＯＨ10容量％を含む溶液4200cm³に溶解した。該アルコール性溶液を、ＡｌＣｌ₃溶液を還流下にアルミニウム金属粉末（1.17g/cm³及び13.6重量％のＡｌ₂ Ｏ₃）と反応させて調製した塩基性塩化アルミニウム314cm³と混合した。ケイ素含有溶液及び塩基性塩化アルミニウムを室温で混ぜ合わせ、次いでオーブン中の被覆容器内に導入、該容器内で65.6〜71.1℃の範囲の温度で一晩放置した。約８時間後ゲルを得た。該ゲルを水酸化アンモニウム溶液中で20時間熟成させ、水酸化アンモニウム希釈溶液を加えて、ｐＨを８から９に高めた。変性ゲルを20cm³/ minの連続水流で塩化物イオンがなくなるまで洗浄し、138℃で16時間、さらに17 1℃で２時間乾燥、次いで温度650℃で２時間焼成した。得られたＳｉＯ₂90％及びＡｌ₂Ｏ₃10％を含むアルミノケイ酸塩を微粉砕し、次いで３〜５mmのスクリーン画分を重合に用いた。無水アルミノケイ酸塩250cm³をマインツのSchott社製Ｄｕｒａｎ実験用ガラスびんに導入し、水浴中、50℃で予熱し且つＴＨＦ9.15重量％及び無水酢酸8.5重量％を含む混合物300gで覆った。触媒層を適度な運動状態に保つために、ポリプロピレンねじ込みキャップで密閉したびんを、水浴中50℃で１時間びんの縦軸の周りにゆっくり回転させる。次いで反応混合物を触媒からデカントし、分析した。反応生成物の酸価から、約99％の無水酢酸が転化したことが示された。得られたポリテトラメチレンエーテルグリコールジアセテートから150℃、５ミリバールで未反応ＴＨＦを蒸発させたが、該ジアセテートは反応溶液中に56重量％程度存在していた。ジエステルの加水分解価は、152.6mgＫＯＨ／ｇであり、これは734g/molの分子量に相当する。例えば0.01重量％のナトリウムメトキシドの存在下に同量のメタノールを用いたエルテル交換により、173mgＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、色指数が５ＡＰＥＡのＰＴＭＥＧを得る。該生成物は非常に狭い分子量分布を示す。不均質性率（多分散性）Ｍ_w／Ｍ_nはわずか1.28であった。オリゴマー環状エーテルの含量は0.01重量％未満である。実施例４市販の酸化ケイ素／酸化アルミニウム触媒（製造業者；米国、J. T. Chemical Comp.；ＳｉＯ₂87重量％、Ａｌ₂Ｏ₃13重量％）を用い、50℃で、実施例１に記載の実験用設定で重合を行う。寸法が３×４mmの円筒形触媒を前以て７重量％濃度の水性塩酸に含浸させ、550℃で２時間恒量になるまで乾燥させておいた。さらに、ＴＦＨの品質を高めるために、アルミノケイ酸塩に、ニッケル56重量％を含み、還元且つ安定化された、米国、ペンシルベニア州、Calsicat地区、Malinckrodt社製の触媒Ｅ−４７４ＴＲ25cm³を添加した。重合には、ＴＨＦ中３重量％濃度の無水酢酸溶液を用いる。重合びん中の自由空間を水素雰囲気で満たした。2.5時間重合した後では、99％を超える無水酢酸が反応しており、該ポリマー溶液は、エステル価61.2（分子量1824g/molに相当する）を有するＰＴＭＥＧジアセテート53重量％を含む。該ポリマー溶液は、プール手順を用いて固定層上で水素化することにより、還元且つ安定化された酸化バリ ie、ミュンヘン）上で40重量％濃度のメタノール溶液中、250バールの水素、220 ℃で、ヒドロキシル価64.1（分子量1750g/mol）を有するＰＴＭＥＧに転化される。該ポリマーは、非常に均質であり、ＧＰＬＣ分析においてＭ_w／Ｍ_n＝1.8という多分散性を示す。色指数は５ＡＰＨＡである。アルミノケイ酸塩が７重量％濃度の塩酸ではなく、10重量％濃度の塩化アンモニウム溶液で含浸且つ賦活化されている場合には、2.5時間の重合時間後に50重量％が転化されるに過ぎない。その場合、ポリテトラヒドロフランジアセテートから得ることができるＰＴＭＥＧは、分子量が1720g/mol、分布幅Ｍ_w／Ｍ_n＝1.95 である。実施例５見掛け組成が、Ｎａ₉₆（ＡｌＯ₂）₈₆（ＳｉＯ₂）₈₇・260Ｈ₂Ｏ（製造業者： J. T. Baker Chemical Comp.，米国）である無水ゼオライトＸをマインツのScho tt社製のＤｕｒａｎ実験用ガラスびんに導入し、水浴中50℃に予熱し且つＴＨＦ 91.5重量％及び酢酸無水物8.5重量％を含む混合物300gで覆った。触媒層を適度な運動状態に保つために、ポリプロピレンねじ込みキャップで密閉されたびんを、水浴中50℃で１時間その縦軸の周りにゆっくり回転させる。該触媒は、前以て３％濃度の塩酸で洗浄し、550℃で乾燥することによりプロトン形態に転化させておいた。次いで反応混合物を触媒からデカントし、分析した。反応生成物の酸価から、約99％の無水酢酸が転化されたことが示された。得られたポリテトラメチレンエーテルグリコールジアセテートから150℃、５ミリバールで未反応ＴＨＦを蒸発させたが、該ジアセテートは反応溶液中56重量％程度存在していた。ジエステルの加水分解価は、ＫＯＨ／ｇが152.6mgであり、これは734g/molの分子量に相当する。例えば0.01重量％のナトリウムメトキシドの存在下に同量のメタノールを用いたエステル交換により、173mgＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、色指数が５ＡＰＨＡのＰＴＭＥＧを得る。該生成物は非常に狭い分子量分布を示す。不均質性率（多分散性）Ｍ_w／Ｍ_nはわずか1.28であり、従って極めて狭い分子量分布を示す。オリゴマー環状エーテルは0.01重量％未満である。実施例６市販のゼオライト触媒（製造業者、米国、J. T. Chemical Comp.；ＳｉＯ₂15 重量％、ＮａＡｌＯ₂42重量％、Ｈ₂Ｏ43重量％）を用い、50℃で、実施例１に記載の実験用設定で重合を行う。寸法が４×４mmの円筒形触媒は、前以て５重量％濃度の水性塩酸で洗浄し、550℃で２時間恒量になるまで乾燥しておいた。さらに、ＴＦＨの品質を高めるために、アルミノケイ酸塩に、ニッケル56重量％を含み、還元且つ安定化された、米国、ペンシルベニア州、Calsicat地区、Malinckrodt 社製の触媒Ｅ−４７４ＴＲ25cm³を添加した。重合には、ＴＨＦ中３重量％濃度の無水酢酸溶液を用いる。重合びん中の自由空間を水素雰囲気で満たした。2. 5時間重合した後では、99％を超える無水酢酸が反応しており、該ポリマー溶液は、エステル価61.2（分子量1824g/molに相当する）を有するＰＴＭＥＧジアセテート53重量％を含む。プール手順を用いて固定層上で水素化することにより、該ポリマー溶液は、還元且つ安定化された酸化バリウム−賦活化亜クロム酸銅触媒Ｇ２２（製造業者ノール溶液中、250バールの水素、220℃で、ヒドロキシル価64.1（分子量1750g/ mol）を有するＰＴＭＥＧに転化される。該ポリマーは、非常に均質であり、ＧＰＬＣ分析において多分散性Ｍ_w／Ｍ_n＝1.8を示す。色指数は５ＡＰＨＡである。ゼオライトが５重量％濃度の塩酸ではなく、10重量％濃度の塩化アンモニウム溶液で含浸且つ賦活化される場合には、2.5時間の重量時間後に50重量％が転化するに過ぎない。その場合、ポリテトラヒドロフランジアセテートから得ることができるＰＴＭＥＧは、分子量が1720g/mol、分布幅Ｍ_w／Ｍ_n＝1.95である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９４年７月１９日【補正内容】本発明は、カルボン酸無水物の存在下に、使用前に熱処理を受けた、合成無定形ケイ酸アルミニウム、酸賦活化カオリン又はゼオライトから選択される触媒を用いてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を重合することによりポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）ジエステルを製造する方法に関する。オキソニウムイオン触媒作用によるＴＨＦの重合は、H.Mewerweinら (Angew. Chemie 72, (1960), 927) による基礎的な研究の結果公知となっており、P. Dre yfussによる論文“Polytetrahydrofuran”, Gordon and Breach Sc.Publishers, New York, London, Paris, 1982に包括的に記載されている。独国特許出願公開DE-A-28 01 792号及び独国特許第29 16 653号には、別個の段階で精製したＴＨＦを、カルボン酸無水物の存在下に固定層に配置された漂白土 (bleaching earth) によって重合するＴＨＦ重合法が記載されている。漂白土は、モンモリロナイト鉱の隠微晶質３層構造を有する天然ケイ酸アルミニウムである。鉱床から得られる鉱物は鉱源に応じて異なる物理的化学的性質を有している。特に、その触媒活性は一定ではなく、バッチ毎に異なっている。この点で漂白土は、安価ではあっても触媒として工業用に使用する場合に極めて不利である。本発明は、工業化及び再現化に関してＴＨＦの重合を簡易化することを目的とする。しかし、独国特許第29 16 653号に記載の方法、特にその固定層触媒の利点は保持する必要がある。上記の目的は、重合触媒及びカルボン酸無水物の存在下にテトラヒドロフランを重合することによって、式Ｒ−ＣＯ−Ｏ（ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ）_n −ＣＯＲ¹〔式中、Ｒ及びＲ¹は同一の場合も異なる場合もある１〜４個の炭素原子を有するアルキルラジカルであり、ｎは２〜200の範囲の整数である〕を有するポリテトラメチレンエーテルグリコールジエステルを製造する方法によって達成され、該方法は、合成無定形ケイ酸アルミニウム、酸賦活化ゼオライト又はカオリンから選択される触媒を用い、該触媒を使用前に350〜700℃に焼成することを特徴とする。驚くべきことには、圧縮成形した特殊触媒を、静止固定触媒層に懸濁又は導入することにより、通常触媒として漂白土を用いる場合には不可避のＴＨＦの強酸性物質による予備処理をする必要無しに、ＴＨＦとカルボン酸無水物との混合物が再現可能に且つ通常長期にわたって高重合速度で色指数の低いポリブチレンエーテルグリコールカルボキシレートに転化されることが見いだされた。本発明の方法によれば、クラウンエーテル不純物の含量が極めて低い。本発明の特殊触媒は実質的に無限の寿命を有しており、それによって該方法の環境順応性が高められる。天然の漂白土に比べ、合成無定形ケイ酸アルミニウムは、その触媒活性が製造法の管理下に調整可能であるという重要な利点を有している。ケイ酸アルミニウムはその表面に酸性中心を有している。触媒の活性及び選択性は酸性中心の濃度及び強度に依存する。例えば、石油処理における接触分解触媒として工業的規模でも用いられる無定形ケイ酸アルミニウムは、一般に水ガラス希釈溶液を硫酸で処理して製造される。シリカゲルが形成され、一定の熟成期間後に該シリカゲルに硫酸アルミニウム溶液とアンモニアを添加する。ｐＨはわずかに酸性領域内にある。形成されたアルミナケイ酸塩ゲルを濾過し、異物イオンがなくなるまで洗浄し、乾燥、焼成する。本発明の方法に用いる触媒は、例えば、粗カオリンをスラリー化したときに得られる生成物から得られる。粗カオリンは、例えば、「白陶土」としてセラミック製品の製造用に又は薬剤に紙増量材としても用いられる。該触媒は主として、化学組成がＡｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂・２Ｈ₂Ｏで表される三斜晶鉱物カオリナイトからなる。モンモリロナイトからなり且つ原子比が１：２でアルミニウム原子とケイ素原子とを含み、ＴＨＦ用の重合触媒として知られている漂白土とは対照的に、カオリナイトに含まれる前記２種の原子比は１：１である。モンモリロナイト中の酸形成ケイ素の濃度が高いために、カオリンよりも漂白土により優れた触媒が製造されるであろうと予想されていた。しかし驚くべきことには、事実は全くその反対であった。本発明により固定触媒層に用いられる成形品は、市販のカオリン粉末を、例えば１〜５重量％濃度の硫酸、塩酸、リン酸又は塩化アンモニウム溶液のような希鉱酸で洗浄することによって得られる。酸処理後、中性になるまで洗浄し、ペースト状のカオリンを押出して、例えば直径が２〜５mm、長さが２〜10mmのペレットを得るか、又はビーズ形成機で粒径が例えば２〜５mmのビーズに加工し、次いで焼成する。本発明の方法に用いられる触媒は、使用前に350〜700℃に熱処理又は焼成する。該熱処理は、0.1〜10時間、好ましくは0.5〜５時間行う。この手段により、含水量が減少し、反応性が増大する。触媒の含水量は１重量％未満が好ましい。固定触媒層に用いられる成形品は、例えば、ボール形、環形、円筒形又はタブレット形であってよい。球形成形品は、直径が２〜15mm、好ましくは３〜５mmであってよい。円筒形成形品としては、一般に長さが２〜６mmの円筒を用いる。非球形又は非円筒形成形品は一般に円筒形成形品に対応する体積を有する。ＴＨＦの重合には、少量の触媒しか必要としない。乾燥触媒成形品を、反応器、例えばチューブ炉又はシャフト炉に注ぐ。選択される層寸法は重合熱の放散の必要性によって決定するのが好ましい。冷却又は熱入れによる熱交換器中の該炉全体にわたる等熱反応条件を確保するために、循環路の触媒層上の反応生成物を全て又は部分的にポンプ輸送することも有用である。一般に、１時間当たり反応器容量の約３〜10倍を構成する循環流速で十分である。連続重合の場合には、毎時循環流速の0.01〜0.1倍のＴＨＦ及びカルボン酸無水物のような新たな流入液を循環生成物に加える。本発明の重合に適当な反応器は、さらに撹拌パドルを付加装備してよい熱制御性反応器中に配置され、触媒成形品で充填された回転バスケットである。請求の範囲１．重合触媒及びカルボン酸無水物の存在下に、テトラヒドロフランを重合することにより、式Ｒ−ＣＯ−Ｏ（ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ）_n−ＣＯＲ¹〔式中、Ｒ及びＲ¹は同一である場合も異なる場合もある１〜４個の炭素原子を有するアルキルラジカルであり、ｎは２〜200の範囲の整数である〕を有するポリテトラメチレンエーテルグリコールジエステルを製造する方法であって、合成無定形ケイ酸アルミニウム、酸賦活化ゼオライト又はカオリンから選択される触媒を用い、該触媒を使用前に350〜700℃で焼成することを特徴とする前記方法。２．用いられるカルボン酸無水物が無水酢酸であることを特徴とする請求項１に記載の方法。３．得られたポリテトラメチレンエーテルグリコールアセテートを酸化バリウム含有亜クロム酸銅触媒上で水素化してポリテトラメチレンエーテルグリコールを得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。４．触媒が１重量％未満の水を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。５．接触水素化を生じさせる元素周期表第８族に属する金属を１〜10重量％の濃度で触媒に添加し、重合中に反応生成物を気圧又は過圧下に水素で飽和することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。６．触媒を350〜700℃で0.1〜10時間焼成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。７．触媒を固定層に配置し、該固定層上にテトラヒドロフランとカルボン酸無水物との混合物を流すことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。８．粒径が１〜８mmのビーズ形、環形、タブレット形、円筒形又は顆粒形の触媒を用いることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号Ｐ４２３３５０３．５ (32)優先日 1992年10月６日 (33)優先権主張国ドイツ（ＤＥ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ

Claims

【特許請求の範囲】１．重合触媒及びカルボン酸無水物の存在下に、テトラヒドロフランを重合することにより、式Ｒ−ＣＯ−Ｏ（ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ）_n−ＣＯＲ¹〔式中、Ｒ及びＲ¹は同一である場合も異なる場合もあり、且つ１〜４個の炭素原子を有するアルキルラジカルであり、ｎは２〜200の範囲の整数である〕を有するポリテトラメチレンエーテルグリコールジエステルを製造する方法であって、酸賦活化且つ焼成されたゼオライト又はカオリン及び合成無定形ケイ酸アルミニウムから選択される触媒を用いることを特徴とする前記方法。２．用いられるカルボン酸無水物が無水酢酸であることを特徴とする請求項１に記載の方法。３．得られたポリテトラメチレンエーテルグリコールアセテートを酸化バリウム含有亜クロム酸銅触媒上で水素化してポリテトラメチレンエーテルグリコールを得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。４．触媒が１重量％未満の水を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。５．接触水素化を生じさせる元素周期表第８族に属する金属を１〜10重量％の濃度で触媒に添加し、重合中に反応生成物を大気圧又は過圧下に水素で飽和することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。６．使用前に触媒に350〜700℃で0.1〜10時間熱処理を施すことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。７．触媒を固定層に配置し、該固定層上にテトラヒドロフランとカルボン酸無水物との混合物を流すことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。８．粒径が１〜８mmのビーズ形、環形、タブレット形、円筒形又は顆粒形の触媒を用いることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。