聚醚碳酸酯-聚甲醛嵌段共聚物的制作方法_2

文档序号:9650134阅读:来源:国知局
具有羟基数多1至<8、优选多2至< 4的化合物。为此的实 例是乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、二丙二醇、1,4-丁二醇、己二醇、双酚A、双 酚F、三羟甲基丙烷、甘油、蓖麻油、季戊四醇、山梨糖醇、粗糖(Rohzucker)、降解淀粉和/或 水。
[0039] 特别优选使用的H-官能的起始剂物质(起始剂化合物)是具有数均分子量多450 g/mol至< 2000 g/mol的那些化合物或来自a)具有数均分子量彡62 g/mol至〈450 g/ mol的化合物(在下文中也称为"低分子量起始剂化合物")和b)具有数均分子量多450 g/mol至< 2000 g/mol的化合物(在下文中也称为"起始剂多元醇")的混合物,其优选分 别包含彡1至< 8、优选彡2至< 5个羟基。
[0040] 低分子量起始剂化合物的实例是乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、二丙 二醇、1,4- 丁二醇、己二醇、双酚A、双酚F、三羟甲基丙烷、甘油、蓖麻油、季戊四醇、山梨糖 醇和/或粗糖。起始剂多元醇的实例是例如由上述低分子量起始剂化合物与环氧化物制得 的聚醚多元醇,或者例如由前述起始剂化合物、环氧化物及C02制得的聚(氧化烯)碳酸 酯-多元醇,其中这些起始剂多元醇分别具有彡450 g/mol至< 2000 g/mol的数均分子 量。
[0041] 用于制备通式(I)的聚醚碳酸酯化合物的环氧化物(氧化烯)是:
其中R\R2、R3和R4各自独立地是氢或任选地包含额外杂原子如氮、氧、硅、硫或磷的烷 基或芳基,并可以任选地相互连接以使它们形成环状结构例如环氧环烷烃。
[0042] 根据本发明的方法中也可以使用各种环氧化物的混合物,只要该环氧化物混合物 的成分都落入通式(I)的范围内。在使用各种环氧化物的混合物的情况下,也可以在计量 加入过程中逐步或连续改变这些环氧化物的混合比。对于根据本发明的方法,通常可以使 用具有2-24个碳原子的环氧化物。具有2-24个碳原子的氧化烯为例如一种或多种选自以 下的化合物:环氧乙烷、环氧丙烷、1-环氧丁烷、2, 3-环氧丁烷、2-甲基-1,2-环氧丙烷(环 氧异丁烷)、1_环氧戊烷、2, 3-环氧戊烷、2-甲基-1,2-环氧丁烷、3-甲基-1,2-环氧丁烷、 1-环氧己烷、2, 3-环氧己烷、3, 4-环氧己烷、2-甲基-1,2-环氧戊烷、4-甲基-1,2-环氧戊 烷、2-乙基-1,2-环氧丁烷、1-环氧庚烷、1-环氧辛烷、1-环氧壬烷、1-环氧癸烷、1-环氧 -\--烧、1-环氧十二烧、4-甲基-1,2-环氧戊烧、丁二稀-单环氧化物(Butadienmonoxid)、 异戊二烯-单环氧化物(Isoprenmonoxid)、环氧环戊烷、环氧环己烷、环氧环庚烷、环氧环 辛烷、氧化苯乙烯、氧化甲基苯乙烯、氧化蒎烯、单-或多环氧化脂肪例如以甘油单酯、甘油 二酯和甘油三酯的形式、环氧化脂肪酸、环氧化脂肪酸的Cl至C24-酯、表氯醇、缩水甘油以 及缩水甘油衍生物例如甲基缩水甘油醚、乙基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、烯丙基 缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯,以及环氧-官能的烷氧基硅烷例如 3_缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油 基氧基丙基三丙氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基-甲基-二甲氧基硅烷、3-缩水甘油基 氧基丙基-乙基二乙氧基硅烷和3-缩水甘油基氧基丙基三异丙氧基硅烷。通式(I)的环 氧化物优选是末端环氧化物,其中R\R2和R3是氢,R4可以是氢、任选地包含额外杂原子如 氮、氧、硅、硫或磷的烷基或芳基,且在不同的重复单元中可以不同。特别优选使用多O重 量%至< 30重量%的环氧乙烷(基于使用的环氧化物(I)的总量计)和/或多30重 量%至< 100重量%的环氧丙烷(基于使用的环氧化物(I)的总量计),特别优选纯的环 氧丙烷作为氧化烯。
[0043] 适合用于制备所述聚醚碳酸酯的双金属氰化物催化剂(DMC催化剂)原则上是现 有技术已知的(参见例如 US-A 3 404 109、US-A 3 829 505、US-A 3 941 849 和 US-A 5 158 922)。描述于例如 US-A 5 470 813、EP-A 700 949、EP-A 743 093、EP-A 761 708、WO 97/40086、WO 98/16310和WO 00/47649中的DMC催化剂在环氧化物的均聚中具有极高的 活性并能在极低的催化剂浓度(25 ppm或更低)下制备聚醚多元醇,以致于通常不再需要 从完成的产物中除去催化剂。典型的实例是EP-A 700 949中描述的高活性DMC催化剂,其 除双金属氰化物化合物(例如六氰钴酸(III)锌)和有机配合物配体(例如叔丁醇)之外 还含有数均分子量大于500 g/mol的聚醚。
[0044] 也可以使用在EP申请号10163170. 3中公开的碱性DMC催化剂。
[0045] 适合于制备所述双金属氰化物化合物的无氰化物的金属盐优选具有通式(II): M(X)n (II) 其中 M 选自金属阳离子 Zn2+、Fe' Ni2+、Mn' Co2+、Sr' Sn2+、Pb2+和 Cu 2+;M 优选为 Zn 2+、Fe' Co2+或 Ni 2+, X指的是一种或多种(即:不同的)阴离子,优选为选自以下的阴离子:卤离子(即氟 离子、氯离子、溴离子、碘离子)、氢氧根、硫酸根、碳酸根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫 氰酸根、羧酸跟、草酸根和硝酸根; 如果X =硫酸根、碳酸根或草酸根,则η = 1,和 如果X =卤离子、氢氧根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫氰酸根或硝酸根,则η = 2, 或合适的无氰化物的金属盐具有通式(III), Mr(X)3 (III) 其中 M选自金属阳离子Fe' Al3+和Cr 3+, X指的是一种或多种(即:不同的)阴离子,优选为选自如下的阴离子:卤离子(即氟 离子、氯离子、溴离子、碘离子)、氢氧根、硫酸根、碳酸根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫 氰酸根、羧酸根、草酸根和硝酸根; 如果X =硫酸根、碳酸根或草酸根,则r = 2,和 如果X=卤离子、氢氧根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫氰酸根、羧酸根或硝酸根, 则 r = 1, 或合适的无氰化物的金属盐具有通式(IV), MWs (IV) 其中 M选自金属阳离子Mo4+、V4+和W 4+, X指的是一种或多种(即:不同的)阴离子,优选为选自如下的阴离子:卤离子(即氟 离子、氯离子、溴离子、碘离子)、氢氧根、硫酸根、碳酸根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫 氰酸根、羧酸根、草酸根和硝酸根; 如果X =硫酸根、碳酸根或草酸根,则S = 2,和 如果X=卤离子、氢氧根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫氰酸根、羧酸根或硝酸根, 则 s = 4, 或合适的无氰化物的金属盐具有通式(V), M(X)t (V) 其中 M选自金属阳离子Mo6+和W6+, X指的是一种或多种(即:不同的)阴离子,优选为选自如下的阴离子:卤离子(即氟 离子、氯离子、溴离子、碘离子)、氢氧根、硫酸根、碳酸根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫 氰酸根、羧酸根、草酸根和硝酸根; 如果X =硫酸根、碳酸根或草酸根,则t = 3,和 如果X=卤离子、氢氧根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫氰酸根、羧酸根或硝酸根, 则 t = 6, 合适的无氰化物的金属盐的实例是氯化锌、溴化锌、碘化锌、乙酸锌、乙酰丙酮锌、苯甲 酸锌、硝酸锌、硫酸铁(II)、溴化铁(II)、氯化铁(II)、氯化钴(II)、硫氰酸钴(II)、氯化镍 (II) 和硝酸镍(II)。也可以使用各种金属盐的混合物。
[0046] 适合用于制备双金属氰化物化合物的金属氰化物盐优选具有通式(VI), (Y)a M' (CN)b (A)c (VI) 其中 M'选自一种或多种如下的金属阳离子:Fe(II)、Fe(III)、Co(II)、Co(III)、Cr(II)、 Cr(III)、Mn(II)、Mn(III)、Ir(III)、Ni(II)、Rh(III)、Ru(II)、V(IV)和 V(V) ;M' 优选是一 种或多种选自如下的金属阳离子:Co(II)、Co(III)、Fe(II)、Fe(III)、Cr(III)、Ir(III)和 Ni (II), Y选自一种或多种如下的金属阳离子:碱金属(即Li' Na' K+、Rb' Cs+)和碱土金属 (即 Be'Ca2+、Mg'Sr'Ba2+), A选自一种或多种如下的阴离子:卤离子(即氟离子、氯离子、溴离子、碘离子)、氢氧 根、硫酸根、碳酸根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫氰酸根、羧酸根,草酸根或硝酸根; a、b和c是整数,其中选择a、b和c的值,以使得到电中性的金属氰化物盐;a优选为 1、2、3或4 ;b优选为4、5或6 ;c优选具有值0。
[0047] 合适的金属氰化物盐的实例是六氰钴酸(III)钾、六氰铁酸(II)钾、六氰铁酸 (III) 钾、六氰钴酸(III)钙和六氰钴酸(III)锂。
[0048] 包含在本发明的DMC催化剂中的优选的双金属氰化物化合物是通式(VII)的化合 物 MJMjx, (CN)yJz (VII), 其中M如式(II)-(V)中所定义和 M'如式(VI)中所定义,和 X、X'、y和z是整数,并选择以使得到电中性的双金属氰化物化合物。
[0049] 优选地, X = 3,x,= l,y = 6 和 z = 2, M =Zn (II)、Fe (II)、Co (II)或 Ni (II)和 M' =Co(III)、Fe (III)、Cr(III)或 Ir(III)。
[0050] 合适的双金属氰化物化合物的实例是六氰钴酸(III)锌、六氰铱酸(III)锌、六氰 铁酸(ΠΙ)锌和六氰钴酸(III)钴(II)。例如在US 5 158 922(第8栏,第29-66行)中 可以找到合适的双金属氰化物化合物的另外的实例。特别优选使用六氰钴酸(III)锌。
[0051] 在DMC催化剂制备中加入的有机配合物配体公开于例如US 5 158 922 (尤其参 见第 6 栏,第 9-65 行)、US 3 404 109、US 3 829 505、US 3 941 849、EP-A 700 949、EP-A 761 708、JP 4 145 123、US 5 470 813、EP-A 743 093 和 WO-A 97/40086)。例如,使用的 有机配合物配体是具有杂原子如氧、氮、磷或硫的水溶性有机化合物,其可与双金属氰化物 化合物形成配合物。优选的有机配合物配体是醇、醛、酮、醚、酯、酰胺、脲、腈、硫化物和它们 的混合物。特别优选的有机配合物配体是脂族醚(如二甲氧基乙烷)、水溶性脂族醇(如 乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、2-甲基-3-丁烯-2-醇和2-甲基-3-丁 炔-2-醇)、含有脂族或环脂族醚基团和脂族羟基的化合物(例如乙二醇单叔丁基醚、二乙 二醇单叔丁基醚、三丙二醇单甲基醚和3-甲基-3-氧杂环丁烷-甲醇)。最优选的有机配合 物配体选自一种或多种如下化合物:二甲氧基乙烷、叔丁醇、2-甲基-3-丁烯-2-醇、2-甲 基-3- 丁炔-2-醇、乙二醇单叔丁基醚和3-甲基-3-氧杂环丁烷-甲醇。
[0052] 任选地,在所述DMC催化剂制备中使用一种或多种来自以下化合物类别的形成配 合物的组分:聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚亚烷基二醇脱水山梨糖醇酯、聚亚烷基二醇缩水甘油 醚、聚丙烯酰胺、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物、聚丙烯酸、丙烯酸-马来酸共聚物、聚丙烯腈、 聚丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚乙烯基甲基醚、聚乙烯基乙基醚、聚乙酸乙烯酯、 聚乙烯醇、聚N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮-丙烯酸共聚物、聚乙烯基甲基酮、聚 (4-乙烯基酚)、丙烯酸-苯乙烯共聚物、噁唑啉聚合物、聚亚烷基亚胺、马来酸和马来酸酐 共聚物、羟乙基纤维素和聚缩醛、或缩水甘油醚、苷、多元醇的羧酸酯、胆汁酸或其盐、酯或 酰胺、环糊精、磷化合物、α,β -不饱和羧酸酯或离子表面-或界面-活性化合物。
[0053] 优选地,在所述DMC催化剂的制备中,在第一步骤中,在有机配合物配体(例如叔 丁醇)存在下使相对于金属氰化物盐化学计量过量(至少50摩尔%)(即无氰化物的金属 盐与金属氰化物盐的摩尔比至少为2. 25:1. 00)使用的金属盐(例如氯化锌)和金属氰化 物盐(例如六氰钴酸钾)的水溶液反应,以形成包含双金属氰化物化合物(例如六氰钴酸 锌)、水、过量的无氰化物的金属盐和有机配合物配体的悬浮体。该有机配合物配体在此可 存在于无氰化物的金属盐和/或金属氰化物盐的水溶液中,或将其直接添加到在双金属氰 化物化合物沉淀后获得的悬浮体中。已经证实,在剧烈搅拌下将无氰化物的金属盐和金属 氰化物盐的水溶液与有机配合物配体混合是有利的。任选地,随后用另外的形成配合物的 组分处理在第一步骤中形成的悬浮体。该形成配合物的组分在此优选以与水和有机配合物 配体混合的形式使用。一个用于实施第一步骤(即制备悬浮体)的优选方法通过使用混合 喷嘴,更优选使用如WO-A 01/39883中描述的射流分散器进行。
[0054] 在第二步骤中,通过已知技术如离心或过滤从该悬浮体中分离固体(即本发明的 催化剂的前体)。
[0055] 在用于制备所述催化剂的一个优选实施方案中,将分离的固体随后在第三个方法 步骤中用有机配合物配体的水溶液洗涤(例如通过再悬浮和随后通过过滤或离心的重新 分离)。这样,例如可以从所述催化剂中除去水溶性副产物如氯化钾。优选地,含水洗涤溶 液中有机配合物配体的量基于全部溶液计为40至80重量%。
[0056] 在第三步骤中,任选地将基于全部溶液计优选为0. 5至5重量%的另外的形成配 合物的组分加入到所述含水洗涤溶液中。
[0057] 此外,有利的是洗涤该分离的固体多于一次。为此,可以重复第一洗涤过程。然 而,优选使用非含水液体例如来自有机配合物配体和其它形成配合物的组分的混合物用于 进一步的洗涤过程。
[0058] 随后将该分离和任选地洗涤的固体任选在粉碎后在通常20至KKTC的温度下和 在通常〇· I mbar至常压(1013 mbar)的压力下干燥。
[0059] 在WO-A 01/80994中描述了用于通过过滤、洗涤滤饼和干燥从悬浮体中分离所述 DMC催化剂的优选方法。
[0060] 所述DMC催化剂可以例如以^ I ppm至< 1000 ppm和优选^ 10 ppm至< 500 ppm的含量使用,基于使用的起始剂化合物和环氧化物(I)的总质量计。
[0061] 为了制备所述聚醚碳酸酯,可以同时或者按顺序地计量加入一种或多种环氧化物 和二氧化碳,其中可以一次性加入总量的二氧化碳或者在反应时间内计量加入。优选计量 加入二氧化碳。一种或多种环氧化物的计量加入与二氧化碳的计量加入同时或按顺序地进 行。如果使用多种环氧化物以合成所述聚醚碳酸酯,则其计量加入可以分别经由分开的计 量加入或经由一个或多个计量加入同时或按顺序进行,其中至少两种环氧化物以混合物形 式计量加入。可以经由环氧化物和二氧化碳计量加入的方式和/或顺序来合成无规、交替、 嵌段型或梯度型的聚醚碳酸酯。在反应过程中在反应混合物中的游离环氧化物的浓度优选 为> 0至< 40重量%,尤其优选为> 0至< 25重量%,最优选> 0至< 15重量%(分别基 于反应混合物的重量计)。
[0062] 优选使用基于所述聚醚碳酸酯中引入的二氧化碳的计算量计过量的二氧化碳,因 为由于二氧化碳的反应性低,过量的二氧化碳是有利的。二氧化碳的量可以通过各反应条 件下的总压力来确定。已经证实对于制备聚醚碳酸酯的共聚而言有利的总压力(绝对) 为0.01-120 bar,优选为0.1-110 bar,更优选为1-100 bar。已经进一步表明,用于制备 聚醚碳酸酯的共聚有利地在50-150 °C,优选在60-145 °C,更优选在70-140 °C和最优选在 90-130°C下进行。如果设定高于50°C的温度,则反应终止。在高于150°C的温度下,不希望 的副产物的量显著增加。还应注意到,根据压力和温度的选择,使CO 2尽可能从气态转变成 液体和/或超临界液体状态。然而,CO2也可以以固体形式加入到反应器中,然后在选择的 反应条件下转变为液体和/或超临界液体状态。
[0063] 在制备所述聚醚碳酸酯的一个另外的实施方案中(下文也称为"半间歇式应 用"),将一种或多种起始剂多元醇、二氧化碳和DMC催化剂预先放置在反应系统中并将一种 或多种低分子量起始剂化合物与一种或多种氧化烯一起连续加入。在此情况下,所使用的 起始剂多元醇和低分子量起始剂化合物的量的总和对应于使用的起始剂化合物的总量。所 述低分子量起始剂化合物和一种或多种氧化烯的计量加入优选地同时终止,或者首先将所 述低分子量起始剂化合物与一种或多种氧化烯的第一部分一起计量加入,随后计量加入该 一种或多种氧化烯的第二部分,其中该一种或多种氧化烯的第一和第二部分的总和对应于 使用的一种或多种氧化烯的总量。所述第一部分为使用的氧化烯总量的60-90重量%,第二 部分为40-10重量%。在制备所述聚醚碳酸酯中连续计量加入到反应器中的起始剂化合物 的量优选为至少20摩尔%当量,更优选为70-95摩尔%当量(分别基于起始剂化合物的总 量计)。
[0064] 计量加入用于制备所述聚醚碳酸酯的原料之后,可以接着进行后反应阶段,其中 通过监测压力可以定量氧化烯的消耗。达到恒定的压力后,任选地在加入另外的催化剂之 后,可以开始与甲醛的聚合(任选地在施加真空之后或通过汽提以除去未反应的氧化烯)。 [0065] 在所述聚醚碳酸酯的制备中出于安全原因,搅拌容器中的反应混合物中的游离环 氧化物(氧化烯)含量不应超过15重量%(参见例如WO-A 2004/081082 ;第3页;第14 行)。在以
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