CN108290819B - 用于制备碳酸二芳酯的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于由碳酸二烷酯和芳基醇制备碳酸二芳酯的方法。所述方法在包括至少两个蒸馏塔的设备中进行，且所述蒸馏塔中的至少一个在使用真空装置实现的低于大气压的压力下操作。

Description

用于制备碳酸二芳酯的方法

技术领域

本发明涉及一种用于由碳酸二烷酯和芳基醇制备碳酸二芳酯的方法。

背景技术

例如碳酸二苯酯的碳酸二芳酯可通过其中使例如碳酸二乙酯或碳酸二甲酯的碳酸二烷酯与例如苯酚的芳基醇反应的方法来制备。所述方法通常在两个步骤中进行：第一步骤，其中使碳酸二烷酯在酯交换催化剂的存在下与芳基醇反应以得到碳酸烷酯芳酯；和第二步骤，其中碳酸烷酯芳酯经历歧化以得到碳酸二芳酯和碳酸二烷酯。这些方法的实例公开于US5344954、WO2011014374和WO2011067263中。

所述方法通常在一系列蒸馏塔中进行，所述蒸馏塔中的一些在低于大气压的压力下操作。本发明人已观察到，空气可泄漏到在低于大气压的压力下操作的蒸馏塔中，其具有数个负面结果。来自空气的氧气和水分可引起副反应以形成非所需痕量杂质和发色体。其亦可与催化剂反应，从而使所述催化剂失活且在均相催化剂的情况下从反应溶液中沉淀出来。本发明人已设法提供避免这些问题的方法。

发明内容

因此，本发明提供：

一种用于由碳酸二烷酯和芳基醇制备碳酸二芳酯的方法，包括：

第一步骤，其中使碳酸二烷酯在酯交换催化剂的存在下与芳基醇反应以得到碳酸烷酯芳酯和烷基醇；和

第二步骤，其中碳酸烷酯芳酯经历歧化以得到碳酸二芳酯和碳酸二烷酯；

其中所述方法在包括至少两个蒸馏塔的设备中进行，且所述蒸馏塔中的至少一个在使用真空装置实现的低于大气压的压力下操作；

且其中在低于大气压的压力下操作的至少一个蒸馏柱已经历漏气测试，且所述漏气测试显示不大于2×10^-3mbar.L/s的空气泄漏速率。

本发明人已发现，通过确保极有限的氧气进入在低于大气压的压力下操作的蒸馏柱中，有可能减少副反应和催化剂失活的问题。减少副反应的量应改进产品质量且减少对渗出重组分的需求。减少催化剂失活应当减少对补充催化剂的需求。通过遵循用于设计和实施化学方法的标准程序，所属领域的技术人员将不会使氧气进入充分地降到最低且将遭受产品质量和催化剂失活的问题。本发明人已认识到，可通过采用额外措施以减少氧气进入来改进用于制备碳酸二芳酯的方法。

具体实施方式

本发明提供一种用于由碳酸二烷酯和芳基醇制备碳酸二芳酯的方法。碳酸二烷酯和碳酸烷酯芳酯中的烷基适当地具有1到4个，优选地1到3个碳原子。优选地，烷基为甲基或乙基，更优选地为乙基。因此优选地，碳酸二烷酯为碳酸二甲酯或碳酸二乙酯，更优选地为碳酸二乙酯。芳基醇、碳酸烷酯芳酯和碳酸二芳酯中的芳基适当地具有6到12个碳原子。优选地，芳基为苯基。因此优选地，芳基醇为苯酚且碳酸二芳酯为碳酸二苯酯。碳酸烷酯芳酯的合适实例为碳酸甲酯苯酯和碳酸乙酯苯酯。

在第一步骤中，使碳酸二烷酯在酯交换催化剂的存在下与芳基醇反应以得到碳酸烷酯芳酯和烷基醇。酯交换催化剂可为均相或非均相的。可能的催化剂包含碱金属和碱土金属的氧化物、氢氧化物、醇化物、酰胺和氢化物，例如氢氧化钠或氢氧化钾，或甲醇钠或甲醇钾或乙醇钠或乙醇钾。优选的催化剂包含路易斯酸(Lewis acid)金属化合物，例如AlX₃、TiX₃、TiX₄、VX₅、ZnX₂、FeX₃和SnX₄等，其中X选自由以下组成的组：氢、乙酰氧基、烷氧基、芳基烷氧基和芳氧基。尤其优选的催化剂为式TiX₄的均相催化剂，其中X可相同或不同且选自含有1到6个碳原子的烷氧基，更优选地为乙氧基或苯氧基。

适当地，催化剂的浓度以含有催化剂的反应物的总重量计为0.001wt％到2wt％。优选地，浓度为0.005wt％到1wt％，更优选地为0.01wt％到0.5wt％。

在第二步骤中，碳酸烷酯芳酯经历歧化以得到碳酸二芳酯和碳酸二烷酯。不需要额外催化剂来进行歧化。

方法在包括至少两个蒸馏塔的设备中进行。蒸馏塔为如化学方法中所使用的典型塔。适当地，设备包括至少三个蒸馏塔。优选地，设备包括至少四个蒸馏塔。适当地，设备可如WO2011067263中所描述。在本发明的一优选实施例中，设备包括至少两个且优选地包括三个反应性蒸馏塔。“反应性蒸馏塔”为含有用于在蒸馏塔中实现化学反应的催化剂的蒸馏塔。反应性蒸馏塔优选地紧接着另外一或多个蒸馏塔，其不含有效量的催化剂且用作分离塔，从而分离产物、酯交换催化剂和副产物。

至少两个蒸馏塔中的压力可在广泛限值内变化。蒸馏塔中的至少一个在使用真空装置实现的低于大气压的压力下操作。在其中使用三个反应性蒸馏塔的一优选实施例中，第一个蒸馏塔顶部处的压力可为2bar到7bar，优选地为2.5bar到5bar。第二个蒸馏塔顶部处的压力可为0.1bar到3bar，优选地为0.3bar到1.5bar。第三个蒸馏塔顶部处的压力可为10mbar到600mbar，优选地为20mbar到500mbar。优选地，第一个蒸馏塔顶部处的压力高于第二个蒸馏塔顶部处的压力，第二个蒸馏塔顶部处的压力反过来高于第三个蒸馏塔顶部处的压力。在其中使用两个反应性蒸馏塔的另一优选实施例中，第一个蒸馏塔顶部处的压力可为1.1bar到7bar，优选地为2bar到5bar。第二个蒸馏塔顶部处的压力可为0.01bar到1bar，优选地为0.01bar到0.6bar。

一或多个蒸馏塔中的温度也可在广泛限值内变化。一或多个蒸馏塔底部处的温度可为50℃到350℃，优选地为120℃到280℃，更优选地为150℃到250℃，最优选地为160℃到240℃。

除蒸馏塔之外，设备还包括合适的管道和连接件以适当地连接蒸馏塔。设备包括真空装置以在至少一个蒸馏塔中形成低于大气压的压力。合适的真空装置为所属领域的技术人员所熟知的。设备适当地还包括合适的加热和冷却装置以在蒸馏塔中实现优选的温度。

设备适当地包括至少一个再循环回路，借此反应物流可从一个蒸馏塔返回到上游蒸馏塔。优选地，存在使得酯交换催化剂能够从下游反应性蒸馏塔再循环到更上游的反应性蒸馏塔的再循环回路。

在低于大气压的压力下操作的至少一个蒸馏塔已经历漏气测试。合适的漏气测试具有以下步骤：

(a)在500mbar(例如60mbar)下将蒸馏塔抽空到真空

(b)将真空泵与容器分离且完全密封容器

(c)测量容器中的压力增加且确定对应时间

将以mbar计的压力增加除以以分钟计的时间，得到以mbar/分钟计的真空损失。利用此值和蒸馏塔的容积，可使用以下公式计算以kg/h计的空气泄漏速率：

其中M_A为以kg/h计的空气泄漏，Δp为以mbar计的压力变化，t为以分钟计的对应时间且V为以m³计的设备容积。空气泄漏速率可使用以下转换转换为以mbar.L/s计的空气泄漏速率：

1mbar.L/s＝20℃的0.0043kg/h空气

漏气测试显示空气泄漏速率不大于2×10^-3mbar.L/s。优选地，漏气测试显示空气泄漏速率不大于2×10^-4mbar.L/s。更优选地，漏气测试显示空气泄漏速率不大于2×10^{- 5}mbar.L/s。最优选地，漏气测试显示空气泄漏速率不大于1.2×10^-5mbar.L/s。需要使最低空气泄漏速率成为可能，因为这将减少副反应和催化剂失活的问题。然而，实际考虑因素将意味着在使空气泄漏速率降到最低与具有经济且有效的设备之间存在平衡。

在低于大气压的压力下操作的具有多个蒸馏塔的设备中，期望所有这些蒸馏塔皆已经历漏气测试且全部都显示不大于2×10^-3mbar.L/s的空气泄漏速率。一或多个塔(尤其不是反应性蒸馏塔的那些塔)有可能可具有更高的空气泄漏速率，但这不是优选的。

通过遵循用于设计和实施用于制备碳酸二芳酯的方法的标准程序，所属领域的技术人员将不会实现不大于2×10^-3mbar.L/s的空气泄漏速率。举例来说，在电热系统公司(Thermo Systems Inc)的网站上给出以下指南：对于典型化学方法真空系统，基于在真空下呈1mm HgA到50mm HgA范围的容积，本设计空气泄漏速率(一般说来，基于多个成功应用的经验)将等于以下的量：

在真空下的容积(ft<sup>3</sup>)	空气泄漏速率(lb/hr)
		100	5
500	10
		700	15
1000	20
		1500	25
3000	50

这可如下转换为m³和以mbar计的空气泄漏速率：

如从表中可看出，通过遵循这些指南所得到的空气泄漏速率大于本发明方法中允许的空气泄漏速率。

本发明人已发现，通过使进入设备(且确切地说进入在低于大气压的压力下操作的蒸馏塔)的氧气降到最低，有可能减少副反应和催化剂失活的问题。所属领域的技术人员必须采用各种措施来确保漏气测试显示不大于2×10^-3mbar.L/s的空气泄漏速率。一种措施为使用通常用于高度真空系统中的装置和程序。举例来说，可使杆柄和凸缘全部紧固。可使用例如具有凹槽和舌片或精制机械加工的密封表面和/或特殊密封的专门设计的凸缘连接件。替代具有凸缘连接件，可期望具有其中设备的不同零件焊接在一起的焊接单元，因此减小空气进入的可能性。另一措施为使用其中可在蒸馏塔的连接件处施加吹扫气体(例如，氮气)的设备，所述连接件具有将气体提供到蒸馏塔且从蒸馏塔去除气体的管线。这些设备公开于例如US2015136238中。可将凸缘元件连接至管线，且一或多个蒸馏塔和内部和外部密封垫可定位于凸缘之间。可在内部密封垫与外部密封垫之间施加吹扫气体，从而有助于防止空气进入管线与蒸馏塔之间的连接件。

本发明进一步提供一种用于制备聚碳酸酯的方法，所述方法通过根据本发明方法制备碳酸二芳酯且使碳酸二芳酯与二羟基芳香族化合物反应来进行。优选地，二羟基芳香族化合物为双酚A，其为4,4'-(丙-2-亚基)二苯酚。用于制备聚碳酸酯的方法公开于例如US5747609、WO2005026235和WO2009010486中。

借助于以下实验进一步说明本发明。

碳酸二苯酯的热降解

进行实验以显示，空气进入影响碳酸二苯酯的热降解。分别在氮气下和在空气下将一系列相同质量的碳酸二苯酯的50g样品在100ml不锈钢密闭容器中加热到表1中所显示的温度持续3小时的时段。在加热之后测量DPC样品的APHA Pt-Co色数(其为由ASTM D1209定义的黄度等级)：

表1

更高的色数(增加的黄度)指示碳酸二苯酯的降解和发色体的形成。这显示，尤其在伴随着高温时的空气进入(在以上实例中呈大约200ppm的氧含量)可造成碳酸二苯酯的降解。如果空气泄漏速率不受控且根据标准原理设计用于制备碳酸二苯酯的方法，那么200ppm的氧含量可容易地存在于蒸馏塔中，因此造成产物降解。

Claims (10)

1.一种用于由碳酸二烷酯和芳基醇制备碳酸二芳酯的方法，其中所述碳酸二烷酯中的烷基具有1到4个碳原子且所述芳基醇中的芳基具有6到12个碳原子，所述方法包括：

第一步骤，其中使所述碳酸二烷酯在酯交换催化剂的存在下与所述芳基醇反应以得到碳酸烷酯芳酯和烷基醇；和

第二步骤，其中所述碳酸烷酯芳酯经历歧化以得到碳酸二芳酯和碳酸二烷酯；

其中所述方法在包括至少两个蒸馏塔的设备中进行，且所述蒸馏塔中的至少一个在使用真空装置实现的低于大气压的压力下操作；

且其中在低于大气压的压力下操作的所述至少一个蒸馏柱已经历漏气测试，且所述漏气测试显示不大于2×10^-3 mbar.L/s的空气泄漏速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳酸二烷酯为碳酸二甲酯或碳酸二乙酯。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述芳基醇为苯酚且所述碳酸二芳酯为碳酸二苯酯。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述酯交换催化剂为式TiX₄的均相催化剂，其中X可相同或不同且选自含有1到6个碳原子的烷氧基。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述设备包括至少两个反应性蒸馏塔。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述设备包括三个反应性蒸馏塔。

7.根据权利要求6所述的方法，其中第一个反应性蒸馏塔顶部处的压力为2 bar到7bar，第二个反应性蒸馏塔顶部处的压力为0.1 bar到3 bar，且第三个反应性蒸馏塔顶部处的压力为10 mbar到600 mbar，且所述第一个反应性蒸馏塔顶部处的所述压力高于所述第二个反应性蒸馏塔顶部处的所述压力，所述第二个反应性蒸馏塔顶部处的所述压力反过来高于所述第三个反应性蒸馏塔顶部处的所述压力。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中在低于大气压的压力下操作的至少一个蒸馏塔与将气体提供到所述蒸馏塔或从所述蒸馏塔去除气体的管线之间存在连接件，且在连接件处施加吹扫气体。

9.一种用于制备聚碳酸酯的方法，所述方法通过利用根据权利要求1-8中任一种所述的方法制备碳酸二芳酯且使所述碳酸二芳酯与二羟基芳香族化合物反应来进行。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述二羟基芳香族化合物为双酚A。