分离出气体成分的方法
1.本发明涉及用于分离出在环氧烷和二氧化碳的共聚中溶解在液体反应混合物中的气体成分的方法。
2.通过环氧烷(环氧化物)和二氧化碳在h
‑
官能起始剂物质(“起始剂”)存在下的催化反应制备聚醚碳酸酯多元醇作为大量研究的课题已超过40年(例如inoue等人, copolymerization of carbon dioxide and epoxide with organometallic compounds;die makromolekulare chemie 130, 210
‑
220, 1969)。这种反应示意性显示在图式(i)中,其中r是有机基团,如烷基、烷基芳基或芳基,它们各自还可含有杂原子,例如o、s、si等,且其中e、f和g各自是整数,且其中在此在图式(i)中就聚醚碳酸酯多元醇所示的产物只应被理解为是具有所示结构的嵌段原则上可存在于所得聚醚碳酸酯多元醇中,但嵌段的顺序、数量和长度以及起始剂的oh官能度可变并且不限于图式(i)中所示的聚醚碳酸酯多元醇。这种反应(见图式(i))从环境角度看非常有利,因为这种反应是将温室气体如co2转化成聚合物。形成的另一产物(实际上是副产物)是图式(i)中所示的环状碳酸酯(例如在r = ch3时,碳酸亚丙酯)。
3.制备聚醚碳酸酯多元醇的方法通常在化学计算过量的co
2 和由此产生的反应压力下进行。这导致在技术上必须在反应结束后分离出这种过量co2(任选与尚未反应的环氧烷一起)。
4.us 4,500,704公开了使用基于锌
‑
铁的双金属氰化物络合催化剂由二氧化碳和环氧烷制备线性共聚物/聚碳酸酯的方法,其中通过反应容器中的缓慢减压而分批进行优选由co2计量加入引起的100
‑
1500 psi(对应于6.9
‑
103.4巴)的反应压力的降低。
5.ep
‑
a 0 222 453公开了使用由dmc催化剂和助催化剂(如硫酸锌)组成的催化剂体系在2
‑
40巴的压力下由环氧烷和二氧化碳制备聚碳酸酯的方法。实施例1
‑
7在此公开了反应器内容物的冷却和随后排出,其中应注意分离出二氧化碳而没有“起泡问题”。作为替代方案,公开了在反应器中汽提以同时除去未反应的环氧化物。
6.wo
‑
a 2008/024363公开了在最多1500 psig(对应于103.4巴)的压力和10℃
‑
150℃的温度下在含有一定比例的四氰合金属化物的双金属氰化物络合物存在下制备基于环氧丙烷和co2的非严格交替共聚物(摩尔质量500
‑
500000 g/mol)的方法。在此,在排出反应产物前,通过冷却反应器和减压而分批降低反应压力。
7.wo
‑
a 2008/092767尤其公开了在60
‑
150℃的温度范围内在最多30巴的压力下使用dmc催化剂制备聚碳酸酯多元醇中的连续工艺模式,其中通过施加真空进行co2和残余环
氧烷的脱除,随后进一步后处理以除去挥发性次要组分和任选催化剂。实施例显示将反应器内容物减压,随后在真空下从产物中汽提出其它挥发性成分。
8.现有技术(de10147711、us 6762278、de10147712、wo
‑
a 2006103213、wo
‑
a 2006103214)公开了使用双金属氰化物催化剂由环氧乙烷化合物和例如co2在最多20巴的压力下制备多元醇的方法,其中在排出反应产物前,通过冷却反应器和减压而分批降低反应压力,并任选使用溶剂以吸取制成的聚合物。
9.包含将反应器减压的所述单级分批方法是不利的,因为在有时耗时的减压过程中,反应器无法用于下一批次,因此仅适用于实验室规模。
10.wo
‑
a 2011/028056公开了在0
‑
98巴的压力和20
‑
120℃的温度下在有机金属络合物催化剂存在下由一种或多种环氧烷和co2制备高度聚合的脂族聚碳酸酯(即由线性碳酸酯单元的严格序列组成并基本不含聚醚序列的聚合物链)的连续方法,其尤其包括从尚未完全反应完的单体中连续分离出聚合物(包括分离出单体混合物并再循环到反应中)并分离出反应溶剂。在此,在反应后将反应混合物最先供应至催化剂分离,其中任选加入显著量的附加环氧烷(见实施例1和2)或溶剂。随后将该混合物供应到多个相分离器,在此蒸发主要比例的未反应环氧烷、任选溶剂和co2(>93%)并保留该聚合物。在此,在分离器中在0
‑
10 kg/(cm
²
g)(对应于0
‑
9.8巴)的压力和40
‑
200℃的温度下进行第一次相分离,其分离出大约30
‑
80%的环氧烷和co2;下游第二阶段的相分离在0
‑
5 kg/(cm
²
g)(对应于0
‑
4.9巴)和40
‑
200℃下运行并分离出未反应环氧烷和co2的剩余成分的至少>90%。
11.因此,这一文献相应地描述了涉及反应混合物的减压的方法,向该反应混合物中加入显著量的环氧烷和任选溶剂以分离出催化剂(实施例1: 基于聚合物计650% po,实施例2: 基于聚合物计550% po)。但是,本领域技术人员没有获得上述两个分离阶段的具体实施和配置的指示。
12.本发明的目的因此是提供用于分离出co2和任选存在的其它残留环氧烷的高效和便宜的方法。一个目的尤其在于提供使用尽可能最简单和最鲁棒的装置进行减压和随后除去在减压过程中形成的气相,特别是co2的连续方法,从而使减压装置和排气系统的装置和能源成本最小化。
13.已经令人惊讶地发现,通过用于分离出在环氧烷和二氧化碳的共聚中溶解在液体反应混合物中的气体成分的方法实现该目的,所述方法的特征在于(η) 在减压前,所述液体反应混合物具有5.0至100.0巴(绝对)的压力,其中以下工艺阶段以所示顺序进行:(i) 将反应混合物减压当前压力的至少50%,(ii) 随后通过第一次消泡分离液滴和(iii) 随后通过第二次消泡分离气泡,以使液相澄清,其中工艺阶段(i)至(iii)进行一次或多次,直至所得反应混合物具有0.01至< 5.00巴(绝对)的压力。
14.这种方法特别适用于聚醚碳酸酯多元醇的制备。本发明的主题因此是提供通过在双金属氰化物(dmc)催化剂或基于金属锌和/或钴的金属络合物催化剂存在下将环氧烷和二氧化碳加成到h
‑
官能起始剂物质上而制备聚醚碳酸酯多元醇的方法,其中(γ) 在反应器中在双金属氰化物催化剂存在下或在基于金属锌和/或钴的金属
络合物催化剂存在下将环氧烷和二氧化碳加成到h
‑
官能起始剂物质上,以获得含有聚醚碳酸酯多元醇的反应混合物,(δ) 在步骤(γ)中获得的反应混合物任选留在反应器中或任选连续传送到后反应器中,其中在每种情况下通过后反应降低反应混合物中的游离环氧烷含量,和(η) 随后分离出co2和任选溶解的残留环氧烷,其中在减压前所述液体反应混合物具有5.0至100.0巴(绝对)的压力,其包括以下工艺阶段的操作(i) 将反应混合物减压当前压力的至少50%,(ii) 随后通过第一次消泡分离液滴和(iii) 随后通过第二次消泡分离气泡,以使液相澄清,其中工艺阶段(i)至(iii)进行一次或多次,直至所得反应混合物具有0.01至< 5.00巴(绝对)的压力。
15.在本发明中,泡沫在下文中被理解为是指气体和液体的分散体,其中气体的体积比例与液体相比占优势。泡沫在52
‑
74%的气体体积比例下被称为球形泡沫,在高于74%的气体体积比例下被称为多面体泡沫。在此,气相为许多单独气泡的形式,而液体以连续基质的形式包围这些气泡。
16.步骤(η):工艺阶段(i):在工艺阶段(i)中,将实际共聚后的反应混合物的压力
ꢀ‑ꢀ
在反应器下游(即获自步骤(γ)的反应混合物),优选在后反应器下游(即获自步骤(δ)的反应混合物)
ꢀ‑ꢀ
降低至少50%,优选至少80%,特别优选至少90%(“减压”)。在此使用例如节流板、节流阀或适用于特定减压的其它配件。这种反应混合物在减压前通常具有5.0至100.0巴(绝对),优选10.0至90.0巴(绝对),特别优选20.0至80.0巴(绝对)的压力。反应混合物在减压过程中的温度可为60
‑
150℃,优选70
‑
135℃的范围内。
17.工艺阶段(ii):在工艺阶段(ii)中,将在减压过程中形成的液相和气相的混合物供应到液滴分离器,其目的在于实施气体和液体的第一次分离。结果是主要由co2和环氧烷组成的基本上无液滴的气体料流以及液体/泡沫相。
18.液滴分离器在本申请中是从包含连续气相的两相流中分离出液滴形式的分散液相的装置。液滴形式的液相在此也可本身含有气泡形式的气体夹杂物或甚至在很大程度上由仅被液体薄层隔开的气泡组成,即待分离的液滴形式的液相本身可以是根据上述定义的泡沫。此外,该液相也可含有分散的固体粒子(例如催化剂粒子)。该分离通常以小于100%的技术效率进行,即分散相的残留物留在原始连续气相中。考虑的液滴分离器包括例如重力分离器、折流分离器、兰美拉分离器(lamellenabscheider)、离心机、旋风分离器、金属丝针织物、烧结材料、膜、超声、喷射器或具有挡板的喷嘴。优选使用的液滴分离器是旋风分离器或离心机。
19.特别优选使用旋风分离器作为液滴分离器,因为由于在上游反应步骤中通常明显升高的压力确保对这种装置类型而言足够的压力梯度,其特征在于低理论液滴直径极限和极低的液滴夹带并具有简单、便宜和鲁棒的构造(没有活动部件并且没有窄流动横截面)。在本发明中,“活动部件”应被理解为是指在该装置中没有使用用于分离操作本身的活动部
件。该装置因此可含有例如维护操作所必需的活动部件。旋风分离器的基本特征是通常垂直布置的圆柱形构造、待分离的双相流的切向入口、纯化气相的轴向出口(通常在该装置的上端)和分离的液相的轴向出口(通常在该装置的下端)。通过切向入口,在旋风分离器中建立涡流,通过其离心加速度将液滴抛向壁,在此它们以膜或条痕形式向下流动。为了改进流结构,旋风分离器通常在靠近出口的下部区域被构造为锥形。不同设计(例如水平或倾斜定向的圆柱体、在入口具有用于生成涡旋的叶片的轴向流经装置)是本领域技术人员从现有技术中已知的并且在这里进行的观察中没有单独考虑。用于分离出气体料流中夹带的液滴的装置(液滴分离器、除雾器)也可安装在气体料流的出口。
20.在一个优选实施方案中,对于工艺阶段(ii)中的液滴分离,不使用具有活动部件的装置。
21.工艺阶段(ii)中的反应混合物可具有与工艺阶段(i)中相同的温度或与其不同;工艺阶段(ii)中的反应混合物优选具有60℃至150℃,特别优选70℃至135℃的温度。
22.工艺阶段(iii)由于液体中夹带的气泡(泡沫相)可能干扰后续工艺步骤(例如流量测量或通过在泵处的空化),随后将来自工艺阶段(ii)的液体/泡沫相供应到气泡分离器,其目的是获得无气泡产物。
23.气泡分离器在本申请中是从包含连续液相的两相流中分离出气泡形式的分散气相的装置;气泡本身也可含有液相的细散液滴。两相流可能具有如此高的气体含量,以致连续液相仅还以气泡之间的薄层形式存在,即其是根据上述定义的泡沫。液相可另外含有分散的固体粒子。
24.考虑的气泡分离器包括例如借助旋转内部构件、离心机/真空离心机、除雾器、由不同材料和材料组合制成的专用针织物、超声或具有挡板的喷射器/喷嘴的机械消泡措施。同样可以同时或单独添加用于化学消泡的化学品。
25.优选使用聚结器作为气泡分离器。聚结器的优点在于,与简单的停留时间容器(无内部构件)相比,它们可具有明显更小的体积并且是简单构造的。此外,它们在使用中几乎无磨损(没有活动部件),因此通常也导致低资本成本,并且使用简单,因为内部构件容易清洁或容易更换。
26.聚结器的基本特征是材料和材料组合的多样化选择以及内部构件(聚结元件)的可能选项,其在孔隙率(通过线粗度和填充密度)、填充厚度、在聚结器单元内的流经长度和流速方面可变,在每种情况下根据分散体的物理性质。优选在工艺阶段(iii)中使用含有至少一个织物元件作为聚结元件的聚结器。该聚结器优选含有正好一个织物元件。
27.聚结器中的合适织物元件包括例如针织物,例如金属针织物(例如金属丝针织物)、由金属和塑料制成的组合针织物、纯塑料针织物、由不同材料和线粗度的无纺布制成的合适填充料或基于玻璃的针织物。优选的是基于玻璃的针织物、金属针织物、由金属和玻璃或塑料纤维制成的组合针织物,特别优选的是金属针织物。织物元件优选具有600
‑
1200 kg/m
³
,特别优选800
‑
1200 kg/m3,特别优选800
‑
1050 kg/m3的密度。
28.将聚结元件作为均匀填充料或作为填充烛形物,对于更大的装置而言也以区段方式形式或作为多重烛形物元件而紧密地(从而可避免旁流)安装在分离器的流经横截面中。根据配置,这些可布置在水平流经的装置中或在垂直流经的装置中。在流动方向上的填充
长度l由分离任务限定并可高达装置直径d的数倍。d/l比优选为0.5至5.0,特别优选0.8至2.5,尤其优选0.8至1.5,最优选0.9至1.1。
29.填充料或烛形元件的横截面同样由分离任务限定并决定聚结器的直径。
30.流经织物元件所需的压差在此可优选通过进料中的相应静水高度(例如通过将上游旋风分离器布置在聚结器上方)或通过使用泵生成所需压差来实现。应该通过装置构造和运行模式使消泡室中的料位变化最小化。
31.工艺阶段(iii)中的反应混合物的温度可与工艺阶段(ii)中的温度相同或不同,工艺阶段(iii)中的反应混合物优选具有60℃至150℃,特别优选70℃至135℃的温度。
32.工艺阶段(i)至(iii)进行一次或多次,直至所得反应混合物具有0.01至< 5.00巴(绝对),优选0.01至2.5巴(绝对),特别优选0.01至1.2巴(绝对)的压力。
33.聚醚碳酸酯多元醇用于分离出在环氧烷和二氧化碳的共聚中溶解在液体反应混合物中的气体成分的方法尤其可用于聚醚碳酸酯多元醇的制备。通过在dmc催化剂或基于金属锌和/或钴的金属络合物催化剂存在下将环氧烷和二氧化碳加成到h
‑
官能起始剂物质上而制备聚醚碳酸酯多元醇,其中(γ) 在反应器中在双金属氰化物催化剂存在下或在基于金属锌和/或钴的金属络合物催化剂存在下将环氧烷和二氧化碳加成到h
‑
官能起始剂物质上,以获得含有聚醚碳酸酯多元醇的反应混合物,(δ) 在步骤(γ)中获得的反应混合物任选留在反应器中或任选连续传送到后反应器中,其中在每种情况下通过后反应降低反应混合物中的游离环氧烷含量,和(η) 随后分离出co2和任选溶解的残留环氧烷,其中在减压前所述液体反应混合物具有5.0至100.0巴(绝对)的压力,其包括以下工艺阶段的操作(i) 将反应混合物减压当前压力的至少50%,(ii) 随后通过第一次消泡分离液滴和(iii) 随后通过第二次消泡分离气泡,以使液相澄清,其中工艺阶段(i)至(iii)进行一次或多次,直至所得反应混合物具有0.01至< 5.00巴(绝对)的压力。
34.在一个实施方案中,在步骤(γ)之前(α) 在反应器中最初装载一部分量的h
‑
官能起始剂物质和/或不含h官能团的悬浮介质,任选与dmc催化剂或基于金属锌和/或钴的金属络合物催化剂一起,(β) 任选将一部分量(基于活化和共聚中所用量的环氧烷总量计)的环氧烷添加到来自步骤(α)的混合物中以活化dmc催化剂,其中一部分量的环氧烷的这种添加可任选在co2存在下进行,并且其中然后在每种情况下等待由于后续放热化学反应而出现的温度峰值(“热点”)和/或反应器中的压降,并且其中活化步骤(β)也可进行多次。
35.步骤(α):在该方法中,可首先在反应器中最初装载一部分量的h
‑
官能起始剂物质和/或不含h官能团的悬浮介质。随后,任选将加聚所需量的催化剂添加到反应器中。添加顺序在此不重要。也可以首先将催化剂,然后将一部分量的h
‑
官能起始剂物质填充到反应器中。或者也可以首先将催化剂悬浮在一部分量的h
‑
官能起始剂物质中,然后在反应器中填充该悬浮
液。
36.在本发明的一个优选实施方案中,在步骤(α)中,在反应器中最初装载h
‑
官能起始剂物质,任选与催化剂一起,在此在该反应器中不最初装载不含h官能团的悬浮介质。
37.催化剂优选以使所得反应产物中的催化剂含量为10至10000 ppm,更优选20至5000 ppm,最优选50至500 ppm的量使用。
38.在一个优选实施方案中,在90℃至150℃,更优选100℃至140℃的温度下将惰性气体(例如氩气或氮气)、惰性气体/二氧化碳混合物或二氧化碳引入 (a) 一部分量的h
‑
官能起始剂物质和(b) 催化剂的所得混合物中,并同时施加10毫巴至800毫巴,更优选50毫巴至200毫巴的减压(绝对)。
39.在另一优选实施方案中,对(a) 一部分量的h
‑
官能起始剂物质和(b) 催化剂的所得混合物在90℃至150℃,更优选100℃至140℃的温度下施加1.5巴至10巴(绝对),更优选3巴至6巴(绝对)的惰性气体(例如氩气或氮气)、惰性气体/二氧化碳混合物或二氧化碳至少一次,优选三次,然后在每种情况下将超压降至大约1巴(绝对)。
40.催化剂可以固体形式或作为在不含h官能团的悬浮介质中、在h
‑
官能起始剂物质中或在其混合物中的悬浮液来加入。
41.在另一个优选的实施方案中,在步骤(α)中,(α1) 最初装载一部分量的h
‑
官能起始剂物质和(α2) 使该部分量的h
‑
官能起始剂物质的温度达到50℃至200℃,优选80℃至160℃,更优选100℃至140℃,和/或将反应器中的压力降至小于500毫巴,优选5毫巴至100毫巴,其中任选使惰性气体料流(例如氩气或氮气的料流)、惰性气体/二氧化碳料流或二氧化碳料流经过反应器,其中在步骤(α1)中或此后立即在步骤(α2)中将催化剂添加到该部分量的h
‑
官能起始剂物质中。
42.(α)中所用的该部分量的h
‑
官能起始剂物质可含有组分k,优选以至少100 ppm,更优选100至10000 ppm的量。
43.步骤(β):步骤(β)用于活化dmc催化剂。这一步骤可任选在惰性气氛下、在由惰性气体/二氧化碳混合物组成的气氛下或在二氧化碳气氛下进行。活化在本发明中是指在90℃至150℃的温度下将一部分量的环氧烷添加到dmc催化剂悬浮液中并随后中断环氧烷的添加,其中观察到由随后的放热化学反应造成的可导致温度峰值(“热点”)的放热和由环氧烷和任选co2的反应造成的反应器中的压降。活化工艺步骤是从这部分量的环氧烷任选在co2存在下添加到dmc催化剂中直到出现放热的时间段。任选可以在多个独立步骤中,任选在co2存在下将这部分量的环氧烷添加到dmc催化剂中,然后在每种情况下中断环氧烷的添加。在这种情况下,活化工艺步骤包括从第一部分量的环氧烷任选在co2存在下添加到dmc催化剂中直到在加入最后一部分量的环氧烷后发生放热的时间段。通常,在活化步骤前还可以进行在升高的温度和/或减压下干燥dmc催化剂和任选h
‑
官能起始剂物质(任选同时使惰性气体通过反应混合物)的步骤。
44.环氧烷(和任选二氧化碳)原则上可以不同方式计量加入。可从真空或在预选的预压力下开始计量加入。优选通过引入惰性气体(例如氮气或氩气)或二氧化碳建立预压力,
其中压力(绝对)为5毫巴至100巴,优选10毫巴至50巴,更优选20毫巴至50巴。
45.在一个优选实施方案中,步骤(β)中的活化中所用的环氧烷的量为0.1重量%至25.0重量%,优选1.0重量%至20.0重量%,特别优选2.0重量%至16.0重量%(基于步骤(α)中所用的h
‑
官能起始剂物质的量计)。环氧烷可在一个步骤中或以多个部分量逐份加入。优选地,在加入一部分量的环氧烷后,中断环氧烷的添加直至发生放热,并且直到那时才加入下一部分量的环氧烷。两段活化也是优选的(步骤β),其中(β1) 在第一活化阶段中在惰性气氛下加入第一部分量的环氧烷,和(β2) 在第二活化阶段中在二氧化碳气氛下加入第二部分量的环氧烷。
46.步骤(γ):h
‑
官能起始剂物质、环氧烷和任选不含h官能团的悬浮介质和/或二氧化碳的计量加入可同时或相继(逐份)进行;例如,可以一次性或连续加入二氧化碳的所有量、h
‑
官能起始剂物质的量、不含h官能团的悬浮介质的量和/或在步骤(γ)中计量加入的环氧烷的量。此处所用的术语“连续”可被定义为保持对共聚有效的反应物浓度的反应物添加模式,意味着例如可以恒定计量速率、变化计量速率或逐份实施计量加入。
47.在环氧烷、不含h官能团的悬浮介质和/或h
‑
官能起始剂物质的添加过程中可以逐渐或逐步提高或降低co2压力或使其保持恒定。优选在反应过程中通过进一步计量加入二氧化碳而使总压力保持恒定。环氧烷、不含h官能团的悬浮介质和/或h
‑
官能起始剂物质的计量加入与二氧化碳的计量加入同时或相继进行。可以以恒定计量速率实施环氧烷的计量加入,或可以逐渐或逐步提高或降低计量速率,或可以逐份加入环氧烷。优选以恒定计量速率将环氧烷添加到反应混合物中。如果多种环氧烷用于合成聚醚碳酸酯多元醇,这些环氧烷可逐一或作为混合物计量加入。环氧烷、不含h官能团的悬浮介质和h
‑
官能起始剂物质的计量加入可以同时或相继进行,各自经由单独进料(添加)或经由一个或多个进料,在这种情况下环氧烷、不含h官能团的悬浮介质和h
‑
官能起始剂物质可逐一或作为混合物计量加入。通过h
‑
官能起始剂物质、环氧烷、不含h官能团的悬浮介质和/或二氧化碳的计量加入的方式和/或次序,可以合成无规、交替、嵌段或梯度聚醚碳酸酯多元醇。
48.优选使用基于并入聚醚碳酸酯多元醇中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惰性,过量二氧化碳是有利的。可以通过在特定反应条件下的总压力确定二氧化碳的量。已经发现对用于制备聚醚碳酸酯多元醇的共聚有利的总压力(绝对)为0.01至120巴,优选0.1至110巴,更优选1至100巴。可以连续或不连续供入二氧化碳。这取决于环氧烷消耗得多快和产物是否应当含有任选无co2的聚醚嵌段。在环氧烷添加过程中二氧化碳的量(作为压力示出)同样可变。co2也可以固体形式添加到反应器中,然后在所选反应条件下转化成气态、溶解态、液态和/或超临界态。
49.对于本发明的方法,已经另外发现,用于制备聚醚碳酸酯多元醇的共聚(步骤(γ))有利地在50℃至150℃,优选60℃至145℃,更优选70℃至140℃,最优选90℃至130℃下进行。如果温度设定为低于50℃,该反应通常变得极慢。在高于150℃的温度下,不想要的副产物的量显著增加。
50.任选地,在步骤(γ)中同样可计量加入催化剂。环氧烷、h
‑
官能起始剂物质、不含h官能团的悬浮介质和催化剂的计量加入可经由单独或联合的计量点实施。在一个优选实施方案中,环氧烷、h
‑
官能起始剂物质和任选不含h官能团的悬浮介质经由单独计量点连续计
量加入到反应混合物中。可以以连续计量加入到反应器中的形式或逐份地实施h
‑
官能起始剂物质和不含h官能团的悬浮介质的这种添加。
51.步骤(α)、(β)和(γ)可在相同反应器中进行或可各自分开地在不同反应器中进行。特别优选的反应器类型是:管式反应器、搅拌釜、环流反应器。
52.聚醚碳酸酯多元醇可在搅拌釜中制备,在这种情况下该搅拌釜根据实施方案和运行模式借助反应器夹套、位于内部和/或泵循环系统中的冷却表面冷却。在半分批应用(其中直到反应结束后才取出产物)和在连续应用(其中连续取出产物)中都应特别注意环氧烷的计量速率。这应设定为尽管有二氧化碳的抑制作用,环氧烷也足够快地反应。在活化步骤(步骤β)的过程中反应混合物中的游离环氧烷浓度优选> 0重量%至100重量%,更优选> 0重量%至50重量%,最优选> 0重量%至20重量%(在每种情况下基于反应混合物的重量计)。在反应(步骤γ)的过程中反应混合物中的游离环氧烷浓度优选> 0重量%至40重量%,更优选> 0重量%至25重量%,非常优选> 0重量%至15重量%(在每种情况下基于反应混合物的重量计)。
53.在一个优选实施方案中,获自步骤(α)和(β)的含有活化dmc催化剂的混合物在相同反应器中与环氧烷、h
‑
官能起始剂物质、任选不含h官能团的悬浮介质和二氧化碳进一步反应。在另一个优选的实施方案中,获自步骤(α)和(β)的含有活化dmc催化剂的混合物在另一反应容器(例如搅拌釜、管式反应器或环流反应器)中与环氧烷、h
‑
官能起始剂物质、任选不含h官能团的悬浮介质和二氧化碳进一步反应。
54.当在管式反应器中进行反应时,将获自步骤(α)和(β)的含有活化dmc催化剂的混合物、h
‑
官能起始剂物质、环氧烷、任选不含h官能团的悬浮介质和二氧化碳连续泵过管。共反应物的摩尔比可随所需聚合物而变。在一个优选实施方案中,二氧化碳以其液体或超临界形式计量加入,以实现组分的最佳可混溶性。有利的是在管式反应器中安装如例如ehrfeld mikrotechnik bts gmbh出售的用于共反应物的更好充分混合的混合元件,或同时改进充分混合和排热的混合器
‑
热交换器元件。
55.环流反应器同样可用于聚醚碳酸酯多元醇的制备。这些通常包括具有物质再循环的反应器,例如也可连续运行的喷射环流反应器、或具有适用于使反应混合物循环的装置的环形设计的管式反应器、或多个串联的管式反应器的回路。环流反应器的使用尤其有利,因为在此可实现回混,以使反应混合物中的游离环氧烷浓度可以保持在最佳范围内,优选在> 0重量%至40重量%,更优选> 0重量%至25重量%,最优选> 0重量%至15重量%(在每种情况中基于反应混合物的重量计)的范围内。
56.优选地,在包含连续共聚和连续添加h
‑
官能起始剂物质和任选不含h官能团的悬浮介质的连续法中制备聚醚碳酸酯多元醇。
57.本发明的主题因此是方法,其中在步骤(γ)中,将h
‑
官能起始剂物质、环氧烷、任选不含h官能团的悬浮介质和dmc催化剂在二氧化碳存在下(“共聚”)连续计量加入到反应器中,且其中从反应器中连续取出所得反应混合物(包含聚醚碳酸酯多元醇和环状碳酸酯)。优选的是,在步骤(γ)中,以在h
‑
官能起始剂物质中的悬浮液的形式连续加入dmc催化剂。
58.例如,对于制备聚醚碳酸酯多元醇的连续方法,制备含dmc催化剂的混合物,然后,在步骤(γ)中,(γ1) 在每种情况下计量加入一部分量的h
‑
官能起始剂物质、环氧烷和二氧化碳
以引发共聚,和(γ2) 在共聚的进行过程中,在二氧化碳存在下分别连续计量加入剩余量的dmc催化剂、h
‑
官能起始剂物质、任选不含h官能团的悬浮介质和环氧烷,其中同时从反应器中连续取出所得反应混合物。
59.在步骤(γ)中,催化剂优选以在h
‑
官能起始剂物质中的悬浮液的形式加入,其中优选选择该量以使所得反应产物中的催化剂含量为10至10000 ppm,更优选20至5000 ppm,最优选50至500 ppm。
60.优选地,步骤(α)和(β)在第一反应器中进行,然后将所得反应混合物转移到第二反应器中以进行步骤(γ)的共聚。但是,也可以在一个反应器中进行步骤(α)、(β)和(γ)。
61.此处所用的术语“连续”可被定义为保持催化剂或反应物的基本连续有效浓度的相关催化剂或反应物的添加模式。可以以真正连续方式或以相对密集间隔的增量实施催化剂进料。h
‑
官能起始剂物质的连续添加和不含h官能团的悬浮介质的连续添加同样可以是真正连续的或递增进行。不背离本方法的是,递增添加催化剂或反应物,以使添加的材料浓度在下一次递增添加前基本降至0一段时间。但是,优选在连续反应进程的主要部分中使催化剂浓度基本保持在相同浓度,并在共聚过程的主要部分中存在h
‑
官能起始剂物质。尽管如此,基本不影响产物性质的催化剂和/或反应物的递增添加在本文中使用该术语的意义上仍然是“连续”的。可以例如提供再循环回路,其中将一部分的反应混合物再循环到该方法中的在先位置,因此消除由递增添加造成的不连续性。
62.步骤(δ)任选地,在步骤(δ)中,可将来自步骤(γ)的反应混合物转移到后反应器中,在此通过后反应,降低反应混合物中的游离环氧烷的含量,优选降至< 500 ppm。后反应器可以是例如管式反应器、环流反应器或搅拌釜。
63.这种后反应器中的压力优选在与进行反应步骤(γ)的反应装置中相同的压力下。下游反应器中的温度优选为50℃至150℃和更优选80℃至140℃。反应混合物在后反应器中的停留时间优选为1.0至20.0小时。在一个优选实施方案中,在该停留时间过去后,将5至100 ppm的组分k添加到所得混合物中。
64.所得聚醚碳酸酯多元醇具有例如至少1,优选1至8,更优选1至6,最优选2至4的官能度。分子量优选为400至10 000 g/mol,更优选500至6000 g/mol。
65.环氧烷该方法通常可使用具有2
‑
24个碳原子的环氧烷(环氧化物)。具有2
‑
24个碳原子的环氧烷是例如选自环氧乙烷、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
‑
环氧十一烷、1
‑
环氧十二烷、4
‑
甲基
‑
1,2
‑
环氧戊烷、一氧化丁二烯、一氧化异戊二烯、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、甲基氧化苯乙烯、环氧蒎烷、单环氧化或多环氧化脂肪(作为甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯)、环氧化脂肪酸、环氧化脂肪酸的c1‑
c
24
酯、表氯醇、缩水甘油和缩水甘油衍生物,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、甲基丙烯酸缩水甘油酯以及环氧官能烷氧基硅烷,例如
3
‑
环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3
‑
环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、3
‑
环氧丙氧丙基三丙氧基硅烷、3
‑
环氧丙氧丙基甲基二甲氧基硅烷、3
‑
环氧丙氧丙基乙基二乙氧基硅烷、3
‑
环氧丙氧丙基三异丙氧基硅烷的一种或多种化合物。所用环氧烷优选是环氧乙烷和/或环氧丙烷,尤其是环氧丙烷。在本发明的方法中,所用环氧烷也可以是环氧烷的混合物。
66.h
‑
官能起始剂物质所用的合适的h
‑
官能起始剂物质(“起始剂”)可以是具有烷氧基化活性的h原子并具有18至4500 g/mol,优选62至500 g/mol,更优选62至182 g/mol的摩尔质量的化合物。
67.具有活性h原子的烷氧基化活性基团是例如
‑
oh、
‑
nh2(伯胺)、
‑
nh
‑
(仲胺)、
‑
sh和
‑
co2h,优选
‑
oh和
‑
nh2,更优选
‑
oh。所用的h
‑
官能起始剂物质是例如选自一元或多元醇、多元胺、多元硫醇、氨基醇、含硫醇(thioalkohole)、羟基酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚酯醚多元醇、聚醚碳酸酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚碳酸酯、聚乙烯亚胺、聚醚胺、聚四氢呋喃(例如来自basf的polythf
®
)、聚四氢呋喃胺、聚醚硫醇、聚丙烯酸酯多元醇、蓖麻油、蓖麻油酸的甘油单酯或甘油二酯、脂肪酸的甘油单酯、脂肪酸的化学改性的甘油单酯、甘油二酯和/或甘油三酯,和每分子含有平均至少2个oh基团的c1‑
c
24
烷基脂肪酸酯的一种或多种化合物。每分子含有平均至少2个oh基团的c1‑
c
24
烷基脂肪酸酯是例如如lupranol balance
®
(basf ag公司)、merginol
®
产品(hobum oleochemicals gmbh公司)、sovermol
®
产品(cognis deutschland gmbh & co. kg公司)和soyol
®
tm产品(ussc co.公司)之类的商品。
68.所用的单官能起始剂物质可以是醇、胺、硫醇和羧酸。所用的单官能醇可以是:甲醇、乙醇、1
‑
丙醇、2
‑
丙醇、1
‑
丁醇、2
‑
丁醇、叔丁醇、3
‑
丁烯
‑1‑
醇、3
‑
丁炔
‑1‑
醇、2
‑
甲基
‑3‑
丁烯
‑2‑
醇、2
‑
甲基
‑3‑
丁炔
‑2‑
醇、炔丙醇、2
‑
甲基
‑2‑
丙醇、1
‑
叔丁氧基
‑2‑
丙醇、1
‑
戊醇、2
‑
戊醇、3
‑
戊醇、1
‑
己醇、2
‑
己醇、3
‑
己醇、1
‑
庚醇、2
‑
庚醇、3
‑
庚醇、1
‑
辛醇、2
‑
辛醇、3
‑
辛醇、4
‑
辛醇、苯酚、2
‑
羟基联苯、3
‑
羟基联苯、4
‑
羟基联苯、2
‑
羟基吡啶、3
‑
羟基吡啶、4
‑
羟基吡啶。合适的单官能胺包括:丁胺、叔丁胺、戊胺、己胺、苯胺、氮丙啶、吡咯烷、哌啶、吗啉。所用的单官能硫醇可以是:乙烷硫醇、1
‑
丙烷硫醇、2
‑
丙烷硫醇、1
‑
丁烷硫醇、3
‑
甲基
‑1‑
丁烷硫醇、2
‑
丁烯
‑1‑
硫醇、苯硫酚。单官能羧酸包括:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、脂肪酸如硬脂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、苯甲酸、丙烯酸。
69.适合作为h
‑
官能起始剂物质的多元醇是例如二元醇(例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丙
‑
1,3
‑
二醇、丁
‑
1,4
‑
二醇、丁烯
‑
1,4
‑
二醇、丁炔
‑
1,4
‑
二醇、新戊二醇、戊
‑
1,5
‑
二醇、甲基戊二醇(例如3
‑
甲基戊
‑
1,5
‑
二醇)、己
‑
1,6
‑
二醇、辛
‑
1,8
‑
二醇、癸
‑
1,10
‑
二醇、十二烷
‑
1,12
‑
二醇、双(羟甲基)环己烷(例如1,4
‑
双(羟甲基)环己烷)、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、聚丙二醇、二丁二醇和多丁二醇);三元醇(例如三羟甲基丙烷、甘油、异氰脲酸三羟乙酯、蓖麻油);四元醇(例如季戊四醇);多元醇(例如山梨糖醇、己糖醇、蔗糖、淀粉、淀粉水解产物、纤维素、纤维素水解产物、羟基官能化脂肪和油,特别是蓖麻油)以及具有不同量的ε
‑
己内酯的这些上述醇的所有改性产物。
70.h
‑
官能起始剂物质也可选自具有18至4500 g/mol的分子量m
n
和2至3的官能度的聚醚多元醇物质类别。优选的是由重复环氧乙烷和环氧丙烷单元构成的聚醚多元醇,其优选具有35%至100%的环氧丙烷单元比例,特别优选具有50%至100%的环氧丙烷单元比例。这些可以是环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物、梯度共聚物、交替共聚物或嵌段共聚物。
71.h
‑
官能起始剂物质也可选自聚酯多元醇物质类别。使用至少双官能聚酯作为聚酯
多元醇。聚酯多元醇优选由交替的酸和醇单元组成。所用酸组分是例如琥珀酸、马来酸、马来酸酐、己二酸、邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐或所提到的酸和/或酐的混合物。所用醇组分是例如乙二醇、丙
‑
1,2
‑
二醇、丙
‑
1,3
‑
二醇、丁
‑
1,4
‑
二醇、戊
‑
1,5
‑
二醇、新戊二醇、己
‑
1,6
‑
二醇、1,4
‑
双(羟甲基)环己烷、二乙二醇、二丙二醇、三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇或所提到的醇的混合物。如果使用二元或多元聚醚多元醇作为醇组分,则获得同样可充当用于制备聚醚碳酸酯多元醇的起始剂物质的聚酯醚多元醇。
72.此外,所用h
‑
官能起始剂物质可以是例如通过光气、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸二苯酯和双官能醇或聚酯多元醇或聚醚多元醇的反应制成的聚碳酸酯二醇。聚碳酸酯的实例可见于例如ep
‑
a 1359177。
73.在本发明的另一个实施方案中,可使用聚醚碳酸酯多元醇作为h
‑
官能起始剂物质。特别使用通过本文所述的本发明的方法可获得的聚醚碳酸酯多元醇。为此预先在单独反应步骤中制备用作h
‑
官能起始剂物质的这些聚醚碳酸酯多元醇。
74.h
‑
官能起始剂物质通常具有1至8,优选2或3的官能度(即每分子的聚合活性h原子数)。h
‑
官能起始剂物质独立地或作为至少两种h
‑
官能起始剂物质的混合物使用。
75.特别优选的是,h
‑
官能起始剂物质是选自乙二醇、丙二醇、丙
‑
1,3
‑
二醇、丁
‑
1,3
‑
二醇、丁
‑
1,4
‑
二醇、戊
‑
1,5
‑
二醇、2
‑
甲基丙
‑
1,3
‑
二醇、新戊二醇、己
‑
1,6
‑
二醇、辛
‑
1,8
‑
二醇、二乙二醇、二丙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨糖醇、具有150至8000 g/mol的分子量m
n
和2至3的官能度的聚醚碳酸酯多元醇和具有150至8000 g/mol的分子量m
n
和2至3的官能度的聚醚多元醇的至少一种化合物。
76.在一个特别优选的实施方案中,在步骤(α)中,该部分量的h
‑
官能起始剂物质选自具有150至8000 g/mol的分子量m
n
和2至3的官能度的聚醚碳酸酯多元醇和具有150至8000 g/mol的分子量m
n
和2至3的官能度的聚醚多元醇中的至少一种化合物。在另一特别优选的实施方案中,步骤(γ)中的h
‑
官能起始剂物质选自乙二醇、丙二醇、丙
‑
1,3
‑
二醇、丁
‑
1,3
‑
二醇、丁
‑
1,4
‑
二醇、戊
‑
1,5
‑
二醇、2
‑
甲基丙
‑
1,3
‑
二醇、新戊二醇、己
‑
1,6
‑
二醇、辛
‑
1,8
‑
二醇、二乙二醇、二丙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇和山梨糖醇中的至少一种化合物。
77.通过二氧化碳和环氧烷催化加成到h
‑
官能起始剂物质上来制备聚醚碳酸酯多元醇。在本发明中,“h官能”被理解为是指每分子起始剂物质的烷氧基化活性h原子数。
78.在反应过程中连续计量加入到反应器中的h
‑
官能起始剂物质可含有组分k。
79.组分k适合作为组分k的化合物的特征在于它们含有至少一个磷
‑
氧键。合适的组分k的实例是磷酸和磷酸盐、磷酰卤、磷酰胺、磷酸酯以及磷酸单酯和二酯的盐。
80.在本发明中,在上下文中作为组分k提到的酯应被理解为在每种情况下是指烷基酯、芳基酯和/或烷芳基酯衍生物。
81.合适的磷酸酯的实例包括磷酸的单酯、二酯或三酯、焦磷酸的单酯、二酯、三酯或四酯和聚磷酸与具有1至30个碳原子的醇的单酯、二酯、三酯、四酯或聚酯。适合作为组分k的化合物的实例包括:磷酸三乙酯、磷酸二乙酯、磷酸单乙酯、磷酸三丙酯、磷酸二丙酯、磷酸单丙酯、磷酸三丁酯、磷酸二丁酯、磷酸单丁酯、磷酸三辛酯、磷酸三(2
‑
乙基己基)酯、磷酸三(2
‑
丁氧基乙基)酯、磷酸二苯酯、磷酸二甲苯酯、果糖1,6
‑
二磷酸酯、葡萄糖1
‑
磷酸酯、
双(二甲基酰氨基)磷酰氯、磷酸双(4
‑
硝基苯基)酯、磷酸环丙基甲基
‑
二乙酯、磷酸二苄酯、磷酸二乙基3
‑
丁烯酯、磷酸双十六烷基酯、氯磷酸二异丙酯、磷酸二苯酯、氯磷酸二苯酯、甲基丙烯酸2
‑
羟乙酯磷酸酯、二氯磷酸单(4
‑
氯苯基)酯、二氯磷酸单(4
‑
硝基苯基)酯、二氯磷酸单苯酯、磷酸三癸酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三吡咯烷、三氯硫磷、二甲基酰氨基磷酰二氯、二氯磷酸甲酯、磷酰溴、磷酰氯、氯化磷酰喹啉钙盐和o
‑
磷酰乙醇胺、碱金属和铵的磷酸二氢盐、碱金属、碱土金属和铵的磷酸氢盐、碱金属、碱土金属和铵的磷酸盐。
82.术语“磷酸的酯”(磷酸酯)被理解为还包括可通过磷酸的丙氧基化获得的产品(例如可作为exolit
®ꢀ
op 560获得)。
83.另一些合适的组分k是膦酸和亚磷酸以及膦酸单酯和二酯和亚磷酸单酯、二酯和三酯以及它们各自的盐、卤化物和酰胺。
84.合适的膦酸酯的实例包括膦酸、烷基膦酸、芳基膦酸、烷氧基羰基烷基膦酸、烷氧基羰基膦酸、氰基烷基膦酸和氰基膦酸的单酯或二酯,或烷基二膦酸与具有1至30个碳原子的醇的单酯、二酯、三酯或四酯。合适的亚磷酸酯的实例包括亚磷酸与具有1至30个碳原子的醇的单酯、二酯或三酯。这包括例如苯基膦酸、丁基膦酸、十二烷基膦酸、乙基己基膦酸、辛基膦酸、乙基膦酸、甲基膦酸、十八烷基膦酸以及它们的单
‑
和二
‑
甲基酯、乙基酯、丁基酯、乙基己基酯或苯基酯、丁基膦酸二丁基酯、苯基膦酸二辛基酯、膦酰基甲酸三乙酯、膦酰基乙酸三甲酯、膦酰基乙酸三乙酯、2
‑
膦酰基丙酸三甲酯、2
‑
膦酰基丙酸三乙酯、2
‑
膦酰基丙酸三丙酯、2
‑
膦酰基丙酸三丁酯、3
‑
膦酰基丙酸三乙酯、2
‑
膦酰基丁酸三乙酯、4
‑
膦酰基巴豆酸三乙酯、(12
‑
膦酰基十二烷基)膦酸、膦酰基乙酸、p,p
‑
双(2,2,2
‑
三氟乙基)膦酰基乙酸甲酯、p,p
‑
二乙基膦酰基乙酸三甲基甲硅烷基酯、p,p
‑
二甲基膦酰基乙酸叔丁酯、p,p
‑
二甲基膦酰基乙酸钾盐、p,p
‑
二甲基膦酰基乙酸乙酯、16
‑
膦酰基十六烷酸、6
‑
膦酰基己酸、n
‑
(膦酰基甲基)甘氨酸、n
‑
(膦酰基甲基)甘氨酸单异丙基胺盐、n
‑
(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸、(8
‑
膦酰基辛基)膦酸、3
‑
膦酰基丙酸、11
‑
膦酰基十一烷酸、频哪醇膦酸酯、亚磷酸三月桂酯、亚磷酸三(3
‑
乙基氧杂环丁烷基
‑3‑
甲基)酯、亚磷酸七(二丙二醇)酯、亚磷酸双(二异丙基酰氨基)2
‑
氰乙酯、亚磷酸双(二异丙基酰氨基)甲酯、亚磷酸二丁酯、(二乙基酰氨基)亚磷酸二苄酯、(二乙基酰氨基)亚磷酸二
‑
叔丁酯、亚磷酸二乙酯、(二异丙基酰氨基)亚磷酸二烯丙酯、(二异丙基酰氨基)亚磷酸二苄酯、(二异丙基酰氨基)亚磷酸二
‑
叔丁酯、(二异丙基酰氨基)亚磷酸二甲酯、(二甲基酰氨基)亚磷酸二苄酯、亚磷酸二甲酯、亚磷酸二甲基三甲基甲硅烷基酯、亚磷酸二苯酯、二氯亚磷酸甲酯、二异丙基酰氨基氯亚磷酸单(2
‑
氰乙酯)、氯亚磷酸亚邻苯酯、亚磷酸三丁酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三异丙酯、亚磷酸三苯酯、亚磷酸三(叔丁基
‑
二甲基甲硅烷基)酯、亚磷酸三
‑
1,1,1,3,3,3
‑
六氟
‑2‑
丙基酯、亚磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯、亚磷酸二苄酯。术语“亚磷酸的酯”也被理解为包括可通过亚磷酸的丙氧基化获得的产品(例如可作为exolit
®ꢀ
op 550获得)。
85.另一些合适的组分k是次膦酸、亚膦酸和次亚膦酸以及它们各自的酯。合适的次膦酸酯的实例包括次膦酸、烷基次膦酸、二烷基次膦酸或芳基次膦酸与具有1至30个碳原子的醇的酯。合适的亚膦酸酯的实例包括亚膦酸或芳基亚膦酸与具有1至30个碳原子的醇的单酯和二酯。这包括例如二苯基次膦酸或9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲10
‑
氧化物。
86.适合作为组分k的磷酸、膦酸、亚磷酸、次膦酸、亚膦酸或次亚膦酸的酯通常通过磷
酸、焦磷酸、聚磷酸、膦酸、烷基膦酸、芳基膦酸、烷氧基羰基烷基膦酸、烷氧基羰基膦酸、氰基烷基膦酸、氰基膦酸、烷基二膦酸、亚膦酸、亚磷酸、次膦酸、次亚膦酸或它们的卤素衍生物或磷氧化物与具有1至30个碳原子的羟基化合物,如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、十二烷醇、十三烷醇、十四烷醇、十五烷醇、十六烷醇、十七烷醇、十八烷醇、十九烷醇、甲氧基甲醇、乙氧基甲醇、丙氧基甲醇、丁氧基甲醇、2
‑
乙氧基乙醇、2
‑
丙氧基乙醇、2
‑
丁氧基乙醇、苯酚、羟基乙酸乙酯、羟基乙酸丙酯、羟基丙酸乙酯、羟基丙酸丙酯、乙
‑
1,2
‑
二醇、丙
‑
1,2
‑
二醇、1,2,3
‑
三羟基丙烷、1,1,1
‑
三羟甲基丙烷或季戊四醇的反应获得。
87.适合作为组分k的氧化膦含有一个或多个键合到磷上的具有1
‑
30个碳原子的烷基、芳基或芳烷基。优选的氧化膦具有通式r3p=o,其中r是具有1
‑
20个碳原子的烷基、芳基或芳烷基。合适的氧化膦的实例包括三甲基氧化膦、三(正丁基)氧化膦、三(正辛基)氧化膦、三苯基氧化膦、甲基二苄基氧化膦和它们的混合物。
88.可通过与oh官能化合物(例如水或醇)反应形成一个或多个p
‑
o键的磷化合物也适合作为组分k。可用的此类磷化合物的实例包括硫化磷(v)、三溴化磷、三氯化磷和三碘化磷。也可以使用上文提到的化合物的任意混合物作为组分k。磷酸特别优选作为组分k。
89.悬浮介质任选使用的悬浮介质不含h
‑
官能团。合适的不含h官能团的悬浮介质是所有极性非质子、弱极性非质子和非极性非质子溶剂,它们各自不含h官能团。所用的不含h官能团的悬浮介质也可以是两种或更多种这些悬浮介质的混合物。在此例如提到下列极性非质子溶剂:4
‑
甲基
‑2‑
氧代
‑
1,3
‑
二氧戊环(下文也称为环状碳酸亚丙酯或cpc)、1,3
‑
二氧戊环
‑2‑
酮(下文也称为环状碳酸亚乙酯或cec)、丙酮、甲乙酮、乙腈、硝基甲烷、二甲亚砜、环丁砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和n
‑
甲基吡咯烷酮。非极性非质子和弱极性非质子溶剂类包括例如醚,例如二氧杂环己烷、二乙醚、甲基叔丁基醚和四氢呋喃,酯,例如乙酸乙酯和乙酸丁酯,烃,例如戊烷、正己烷、苯和烷基化苯衍生物(例如甲苯、二甲苯、乙苯)和氯化烃,例如氯仿、氯苯、二氯苯和四氯化碳。不含h官能团的所用优选悬浮介质是4
‑
甲基
‑2‑
氧代
‑
1,3
‑
二氧戊环、1,3
‑
二氧戊环
‑2‑
酮、甲苯、二甲苯、乙苯、氯苯和二氯苯和两种或更多种这些悬浮介质的混合物;特别优选的是4
‑
甲基
‑2‑
氧代
‑
1,3
‑
二氧戊环和1,3
‑
二氧戊环
‑2‑
酮或4
‑
甲基
‑2‑
氧代
‑
1,3
‑
二氧戊环和1,3
‑
二氧戊环
‑2‑
酮的混合物。
90.优选地,在步骤(γ)中计量加入基于在步骤(γ)中计量加入的组分总量计2重量%至20重量%,更优选5重量%至15重量%,尤其优选7重量%至11重量%的不含h官能团的悬浮介质。
91.dmc催化剂用于环氧烷均聚的dmc催化剂原则上是现有技术中已知的(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)。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中描述的dmc催化剂具有极高活性并能在极低催化剂浓度下制备聚醚碳酸酯多元醇,以致通常不再需要从最终产物中分离催化剂。典型实例是ep
‑
a 700 949中描述的高活性dmc催化剂,其不仅含有双金属氰化物化合物(例如六氰合钴(iii)酸锌)和有机络合配体(例如叔丁醇),还含有数均分子量大于500 g/mol的聚醚。
92.dmc催化剂优选如下获得(a) 在第一步骤中使金属盐的水溶液与金属氰化物盐的水溶液在一种或多种有机络合配体,例如醚或醇存在下反应,(b) 其中在第二步骤中通过已知技术(如离心或过滤)从获自(a)的悬浮液中分离出固体,(c) 其中任选在第三步骤中用有机络合配体的水溶液洗涤已分离出的固体(例如通过再悬浮和随后通过过滤或离心的再分离),(iv) 其中随后任选在粉碎后,在通常20
‑
120℃的温度和通常0.1毫巴至标准压力(1013毫巴)的压力下干燥所得固体,并且其中在第一步骤中或在双金属氰化物化合物沉淀(步骤(b))后立即加入一种或多种有机络合配体,优选过量(基于双金属氰化物化合物计),并任选加入其它形成络合物的组分。
93.dmc催化剂中存在的双金属氰化物化合物是水溶性金属盐和水溶性金属氰化物盐的反应产物。
94.例如,混合氯化锌水溶液(优选基于金属氰化物盐,例如六氰合钴酸钾计过量)和六氰合钴酸钾水溶液,然后将二甲氧基乙烷(甘醇二甲醚)或叔丁醇(优选基于六氰钴酸锌计过量)添加到形成的悬浮液中。
95.适用于制备双金属氰化物化合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zn
2+
、fe
2+
、ni
2+
、mn
2+
、co
2+
、sr
2+
、sn
2+
、pb
2+
和cu
2+
;m优选是zn
2+
、fe
2+
、co
2+
或ni
2+
,x是一种或多种(即不同)阴离子,优选选自卤离子(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、草酸根和硝酸根的阴离子;当x = 硫酸根、碳酸根或草酸根时,n是1,且当x = 卤离子、氢氧根、羧酸根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫氰酸根或硝酸根时,n是2,或合适的金属盐具有通式(iii)m
r
(x)3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(iii)其中m选自金属阳离子fe
3+
、al
3+
、co
3+
和cr
3+
,x是一种或多种(即不同)阴离子,优选选自卤离子(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、草酸根和硝酸根的阴离子;当x = 硫酸根、碳酸根或草酸根时,r是2,且当x = 卤离子、氢氧根、羧酸根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫氰酸根或硝酸根时,r是1,或合适的金属盐具有通式(iv)
m(x)
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(iv)其中m选自金属阳离子mo
4+
、v
4+
和w
4+
,x是一种或多种(即不同)阴离子,优选选自卤离子(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、草酸根和硝酸根的阴离子;当x = 硫酸根、碳酸根或草酸根时,s是2,且当x = 卤离子、氢氧根、羧酸根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫氰酸根或硝酸根时,s是4,或合适的金属盐具有通式(v)m(x)
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(v)其中m选自金属阳离子mo
6+
和w
6+
,x是一种或多种(即不同)阴离子,优选选自卤离子(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、草酸根和硝酸根的阴离子;当x = 硫酸根、碳酸根或草酸根时,t是3,且当x = 卤离子、氢氧根、羧酸根、氰酸根、硫氰酸根、异氰酸根、异硫氰酸根或硝酸根时,t是6。
96.合适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)、氯化铁(iii)、氯化钴(ii)、硫氰酸钴(ii)、氯化镍(ii)和硝酸镍(ii)。也有可以使用不同金属盐的混合物。
97.适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)中的一种或多种金属阳离子;m'优选是选自co(ii)、co(iii)、fe(ii)、fe(iii)、cr(iii)、ir(iii)和ni(ii)的一种或多种金属阳离子,y选自碱金属(即li
+
、na
+
、k
+
、rb
+
)和碱土金属(即be
2+
、mg
2+
、ca
2+
、sr
2+
、ba
2+
)中的一种或多种金属阳离子,a选自卤离子(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、叠氮基、草酸根或硝酸根中的一种或多种阴离子,且a、b和c是整数,其中选择a、b和c的值以确保该金属氰化物盐的电中性;a优选为1、2、3或4;b优选为4、5或6;c优选具有值0。
98.合适的金属氰化物盐的实例是六氰合钴(iii)酸钠、六氰合钴(iii)酸钾、六氰合铁(ii)酸钾、六氰合铁(iii)酸钾、六氰合钴(iii)酸钙和六氰合钴(iii)酸锂。
99.包含在dmc催化剂中的优选双金属氰化物化合物是通式(vii)的化合物m
x
[m'
x
,(cn)
y
]
z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(vii)
01/39883中描述的射流分散器进行。
[0106]
在第二步骤(步骤(b))中,通过已知技术,如离心或过滤从该悬浮液中分离出固体(即催化剂的前体)。
[0107]
在一个优选变体中,已分离出的固体随后在第三步骤(步骤(c))中用有机络合配体的水溶液洗涤(例如通过再悬浮和随后通过过滤或离心的再分离)。以这种方式可从催化剂中除去例如水溶性副产物,如氯化钾。水性洗液中的有机络合配体的量优选为基于总溶液计的40重量%至80重量%。
[0108]
任选在第三步骤中将优选为基于总溶液计0.5重量%至5重量%的其它形成络合物的组分添加到该水性洗液中。
[0109]
将已分离出的固体洗涤多于一次也是有利的。优选在第一洗涤步骤(c
‑
1)中用有机络合配体的水溶液洗涤这种固体(例如通过再悬浮和随后通过过滤或离心的再分离),由此从该催化剂中除去例如水溶性副产物,如氯化钾。特别优选的是,水性洗液中的有机络合配体的量为基于第一洗涤步骤中的总溶液计的40重量%至80重量%。在进一步洗涤步骤(c
‑
2)中,将第一洗涤步骤重复一次或多次,优选1至3次,或优选使用非水溶液,如有机络合配体和其它形成络合物的组分的混合物或溶液(优选为基于步骤(c
‑
2)的洗液总量计的0.5重量%至5重量%)作为洗液,并用其洗涤固体一次或多次,优选1至3次。
[0110]
已分离出和任选洗涤的固体,任选在粉碎后,随后在通常20
‑
100℃的温度和通常0.1毫巴至标准压力(1013毫巴)的压力下干燥。
[0111]
在wo
‑
a 01/80994中描述了通过过滤、滤饼洗涤和干燥从悬浮液中分离出dmc催化剂的一种优选方法。
[0112]
除优选使用的基于六氰合钴酸锌(zn3[co(cn)6]2)的dmc催化剂外,对本发明的方法也可以使用本领域技术人员从现有技术中已知用于环氧化物和二氧化碳的共聚的基于金属锌和/或钴的其它金属络合物催化剂。这尤其包括所谓的戊二酸锌催化剂(描述在例如m. h. chisholm等人, macromolecules 2002, 35, 6494中)、所谓的亚胺锌催化剂(描述在例如s. d. allen, j. am. chem. soc. 2002, 124, 14284中)、所谓的钴salen催化剂(描述在例如us 7,304,172 b2、us 2012/0165549 a1中),和具有大环配体的双金属锌络合物(描述在例如m. r. kember等人, angew. chem., int. ed., 2009, 48, 931中)。
[0113]
在第一实施方案中,本发明涉及用于分离出在环氧烷和二氧化碳的共聚中溶解在液体反应混合物中的气体成分的方法,其特征在于(η) 在减压前,所述液体反应混合物具有5.0至100.0巴(绝对)的压力,其中以下工艺阶段以所示顺序进行:(i) 将反应混合物减压当前压力的至少50%,(ii) 随后通过第一次消泡分离液滴和(iii) 随后通过第二次消泡分离气泡,以使液相澄清,其中工艺阶段(i)至(iii)进行一次或多次,直至所得反应混合物具有0.01至< 5.00巴(绝对)的压力。
[0114]
在第二实施方案中,本发明涉及根据第一实施方案的方法,其特征在于获自(η)的反应混合物具有0.01
‑
2.50巴(绝对)的压力。
[0115]
在第三实施方案中,本发明涉及根据实施方案1或2的方法,其特征在于在工艺阶
段(i)中减压前,所述反应混合物具有60
‑
150℃的温度。
[0116]
在第四实施方案中,本发明涉及根据实施方案1至3任一项的方法,其特征在于在工艺阶段(ii)中借助离心力进行液滴分离。
[0117]
在第五实施方案中,本发明涉及根据实施方案1至4任一项的方法,其特征在于在工艺阶段(ii)中使用旋风分离器。
[0118]
在第六实施方案中,本发明涉及根据第五实施方案的方法,其特征在于所述反应混合物仅通过重力在工艺阶段(ii)中离开旋风分离器。
[0119]
在第七实施方案中,本发明涉及根据实施方案1至6任一项的方法,其特征在于在工艺阶段(iii)中使用聚结器。
[0120]
在第八实施方案中,本发明涉及根据第七实施方案的方法,其特征在于所述聚结器含有至少一个织物元件。
[0121]
在第九实施方案中,本发明涉及根据第八实施方案的方法,其特征在于所述织物元件是金属针织物。
[0122]
在第十实施方案中,本发明涉及根据第八或第九实施方案的方法,其特征在于所述织物元件具有600
‑
1200 kg/m
³
,优选800
‑
1200 kg/m3,特别优选800
‑
1050 kg/m3的密度。
[0123]
在第十一实施方案中,本发明因此涉及通过在双金属氰化物(dmc)催化剂或基于金属锌和/或钴的金属络合物催化剂存在下将环氧烷和二氧化碳加成到h
‑
官能起始剂物质上而制备聚醚碳酸酯多元醇的方法,其中(γ) 在反应器中在双金属氰化物催化剂或基于金属锌和/或钴的金属络合物催化剂存在下将环氧烷和二氧化碳加成到h
‑
官能起始剂物质上,以获得含有聚醚碳酸酯多元醇的反应混合物,(δ) 在步骤(γ)中获得的反应混合物任选留在反应器中或任选连续传送到后反应器中,其中在每种情况下通过后反应降低反应混合物中的游离环氧烷含量,和(η) 随后分离出co2和任选溶解的残留环氧烷,其包括根据实施方案1至10任一项的工艺阶段(i)
ꢀ–ꢀ
(iii)。
[0124]
在第十二实施方案中,本发明涉及根据第十一实施方案的方法,其特征在于在步骤(γ)之前(α) 在反应器中最初装载一部分量的h
‑
官能起始剂物质和/或不含h官能团的悬浮介质,任选与dmc催化剂或基于金属锌和/或钴的金属络合物催化剂一起,(β) 任选将一部分量(基于活化和共聚中所用量的环氧烷总量计)的环氧烷添加到来自步骤(α)的混合物中以活化dmc催化剂,其中一部分量的环氧烷的这种添加可任选在co2存在下进行,并且其中然后在每种情况下等待由于后续放热化学反应而出现的温度峰值(“热点”)和/或反应器中的压降,并且其中活化步骤(β)也可进行多次。
[0125]
在第十三实施方案中,本发明涉及根据第十一或第十二实施方案的方法,其特征在于在步骤(δ)中在后反应器中,将游离环氧烷浓度减少到在后反应器的出口处< 500 ppm。
[0126]
在第十四实施方案中,本发明涉及根据实施方案1至13任一项的方法,其特征在于在步骤(δ)中,将所述反应混合物在步骤(η)之前在50℃至150℃的温度下保持1.0小时至20.0小时的停留时间,并在这一停留时间过去后将5至100 ppm的组分k添加到所得混合物
= 56 mm和0.6升的体积的水平圆柱形构造的容器。在聚结器的前部区域安装具有1000 kg/m3的密度的织物元件(由金属丝制成的缠绕模块,d = 30 mm,l = 30 mm,d/l = 1,rhodius公司)。为了视觉检查相分离和消泡,聚结器在后部区域带有观察窗,其中可观察到在织物元件下游的流区。聚结器配有用于加热的半管盘管。该混合物轴向进入并流经织物元件。在织物元件下游的区域中取出分离出的气相(向上)和液相(向下)。该混合物在进入聚结器时的温度为80℃并在聚结器中借助罩加热器加热到100℃。
[0138]
该方法连续运行,其中在减压上游的粗产物质量流量为9 kg/h。经过48小时连续运行,在看向织物元件下游的流区时,在工艺阶段(iii)后在消泡室中没有可见的泡沫相并仅可见个别的气泡。
[0139]
实施例3:(γ) 粗产物的制备如实施例1中进行。
[0140]
(η) 工艺阶段(i): 来自步骤(γ)的反应混合物从74巴减压至1巴(绝对)。
[0141]
工艺阶段(ii): 将在反应混合物的减压中形成的液相和气相的混合物供应到液滴分离器。所用液滴分离器是具有0.06升的体积和双相流的切向入口的旋风分离器。用于排出含泡沫的液相的下部被构造为锥形。该旋风分离器在上部区域具有用于排出分离出的气相的出口。该旋风分离器配有用于调节温度的罩加热。该旋风分离器布置在聚结器上方2米,以使来自旋风分离器的排料在不使用泵的情况下流经聚结器。该混合物在进入旋风分离器时的温度为80℃。
[0142]
工艺阶段(iii): 随后将该混合物转移到聚结器以分离气泡。聚结器是具有直径d = 56 mm和0.6升的体积的水平圆柱形构造的容器。在聚结器的前部区域安装具有850 kg/m3的密度的织物元件(由金属丝制成的缠绕模块,d = 30 mm,l = 30 mm,d/l = 1,rhodius公司)。为了视觉检查相分离和消泡,聚结器在后部区域带有观察窗,其中可观察到在织物元件下游的流区。聚结器配有用于加热的半管盘管。该混合物轴向进入并流经织物元件。在织物元件下游的区域中取出分离出的气相(向上)和液相(向下)。该混合物在进入聚结器时的温度为80℃并在聚结器中借助罩加热器加热到100℃。
[0143]
该方法连续运行,其中在减压上游的粗产物质量流量为9 kg/h。经过48小时连续运行,在看向织物元件下游的流区时,在工艺阶段(iii)后在消泡室中没有可见的泡沫相并仅可见个别的气泡。
[0144]
实施例4:(γ) 粗产物的制备如实施例1中进行。
[0145]
(η) 工艺阶段(i): 来自步骤(γ)的反应混合物从74巴减压至1巴(绝对)。
[0146]
工艺阶段(ii): 将在反应混合物的减压中形成的液相和气相的混合物供应到液滴分离器。所用液滴分离器是具有0.06升的体积和双相流的切向入口的旋风分离器。用于排出含泡沫的液相的下部被构造为锥形。该旋风分离器在上部区域具有用于排出分离出的气相的出口。该旋风分离器配有用于调节温度的罩加热器。该旋风分离器布置在聚结器上方2米,以使来自旋风分离器的排料在不使用泵的情况下流经聚结器。该混合物在进入旋风分离器时的温度为80℃。
[0147]
工艺阶段(iii): 随后将该混合物转移到聚结器以分离气泡。聚结器是具有直径d = 56 mm和0.6升的体积的水平圆柱形构造的容器。在聚结器的前部区域安装具有1000 kg/
m3的密度的织物元件(具有0.14 mm的金属丝直径的单丝压制物,d = 30 mm,l = 30 mm,d/l = 1,rhodius公司)。为了视觉检查相分离和消泡,聚结器在后部区域带有观察窗,其中可观察到在织物元件下游的流区。聚结器配有用于加热的半管盘管。该混合物轴向进入并流经织物元件。在织物元件下游的区域中取出分离出的气相(向上)和液相(向下)。该混合物在进入聚结器时的温度为80℃并在聚结器中借助罩加热器加热到100℃。
[0148]
该方法连续运行,其中在减压上游的粗产物质量流量为9 kg/h。经过48小时连续运行,在看向织物元件下游的流区时,在工艺阶段(iii)后在消泡室中没有可见的泡沫相并仅可见个别的气泡。