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JP2004027161A - メチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法 - Google Patents

メチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法 Download PDF

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Takuya Saeki
佐 伯  卓 哉
Tsukuru Izukawa
伊豆川   作
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Mitsui Chemicals Polyurethanes Inc
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Mitsui Takeda Chemicals Inc
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Abstract

【解決手段】本発明にかかるメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法は、得られた粗生成物に加熱条件下で不活性ガスを吹き込んで該粗生成物中の加水分解性塩素分および酸分を低減するに際して、
該粗生成物を加熱条件下で連続処理槽に連続的に供給するとともに該連続処理槽に不活性ガスを吹き込み、処理された粗生成物を連続的に排出する第一の処理工程を行ない、次いで第一の処理工程で得られた粗生成物の少なくとも一部をバッチ槽内に供給し、該バッチ槽内で加熱条件下でさらに窒素ガスを吹き込んで第二の処理工程を行なうことにより、粗生成物中の加水分解性塩素分および酸分を低減することを特徴としている。
【効果】本発明によれば、効率的にメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネート中の加水分解性塩素分と酸分を低減することができる。
【選択図】 なし

Description

【0001】
【発明の技術分野】
本発明は、メチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法に関する。より詳しくは、加水分解性塩素分および酸分が少ないメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートを製造する方法に関する。
【0002】
【発明の技術的背景】
メチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートは極めて反応性に富む物質であり、ポリウレタンフォーム、エラストマー、接着剤、および塗料等の広範囲の製造に利用されている。このようなメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートを製造する方法として、アニリンとホルムアルデヒドとを塩酸などの酸触媒存在下に縮合させて生成するメチレン架橋ポリフェニレンポリアミン(以下、ポリMDAと略記する。)のホスゲン化によってメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネート(以下、ポリMDIと略記する。)を製造する方法が良く知られている。
【0003】
しかし、ポリMDAのホスゲン化を経てポリMDIを製造する場合には、加水分解性塩素分(以下、HC分と略記する)および酸分の生成を免れることができず、これらの不純物が多いとウレタン製造時の反応性が悪くなることが知られている。
ところで、近年、ウレタン製造の際における効率化や製品の高性能化の要求、さらには発泡体を製造する際の発泡ガスの変遷などを背景として、HC分および酸分をより低減させて反応性を向上させたポリMDIを供給することが製造業者に強く求められてきている。
【0004】
このHC分および酸分を低減する方法として、これまで数多くの特許出願がされており、ポリMDIを有機金属化合物と高温で処理する方法や、ポリMDI中のジフェニルメタンジイソシアネートの一部を同時に伴って蒸留により抜き出す方法などが知られている。しかし、有機金属化合物を用いる方法は、ポリMDI中に金属成分が残留したり熱によるタール化が促進されたりする問題点があり、また蒸留によって抜き出す方法も、抜き出したジフェニルメタンジイソシアネートがHC分や酸分を高い割合で含有するために二次処理が必要であるなど、何れも工業的に満足できる方法とはいえなかった。
【0005】
また、ポリMDIを含む反応液に対して加熱条件下で塩化水素ガスを吹き込み、HC分および酸分を低減する方法が特開平6−234724号公報に記載されている。しかし、該方法では、使用する塩化水素ガス量が反応液100重量部に対して1〜10重量部と多く、ガス供給および排ガス処理に係る設備やコストが膨大となるため、工業的にさらに好ましい方法の開発が求められていた。
【0006】
本発明者らは、上記事情に鑑みて、メチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法において、効率的かつ効果的に加水分解性塩素分および酸分を低減する方法を鋭意検討した結果、ホスゲン化反応後の粗生成物に対して、連続的に加熱条件下で不活性ガスを吹き込む第一の処理工程と、バッチ法により加熱条件下で不活性ガスを吹き込む第二の処理工程とを組み合わせることで、工業的に有利な条件で加水分解性塩素分および酸分を効率的に低減することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
【発明の目的】
本発明は、メチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法において、効率的かつ効果的に加水分解性塩素分および酸分を低減する方法を提供することを目的としている。
【0008】
【発明の概要】
本発明にかかるメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法は、アニリンとホルムアルデヒドとを酸触媒存在下に縮合させて生成するメチレン架橋ポリフェニレンポリアミンのホスゲン化によってメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートを製造する方法において、
得られた粗生成物に加熱条件下で不活性ガスを吹き込んで該粗生成物中の加水分解性塩素分および酸分を低減するに際して、
該粗生成物を加熱条件下で連続処理槽に連続的に供給するとともに該連続処理槽に不活性ガスを吹き込み、処理された粗生成物を連続的に排出する第一の処理工程を行ない、次いで第一の処理工程で得られた粗生成物の少なくとも一部をバッチ槽内に供給し、該バッチ槽内で加熱条件下でさらに窒素ガスを吹き込んで第二の処理工程を行なうことにより、粗生成物中の加水分解性塩素分および酸分を低減することを特徴としている。
【0009】
なお、ここで、加水分解性塩素分とは、水沸点下で加水分解して塩酸を遊離する化合物いい、塩素としてその値を示す。また、酸分とは、室温でアルコールと反応して遊離する酸成分をいい、塩酸としてその値を示す。したがって、酸分は加水分解性塩素分に含まれる。
本発明では、前記の第一および第二の処理工程のうち、少なくとも一方の処理工程における加熱条件は180℃〜240℃の範囲であることが好ましい。
【0010】
また、本発明では、前記の第一および第二の処理工程のうち、少なくとも一方の処理工程において、不活性ガスを、粗生成物100重量部に対して0.1〜6重量部の量で供給することが好ましい。
さらに本発明では、前記の第一および第二の処理工程のうち、少なくとも一方の処理工程を減圧条件下で行なうことが望ましい。
【0011】
【発明の具体的説明】
以下、本発明について具体的に説明する。
ホスゲン化反応に使用されるポリMDAは、塩酸などの酸触媒の存在下、アニリンとホルムアルデヒドとの縮合により生成するメチレン架橋ポリフェニレンポリアミンである。このポリMDAの組成は、縮合反応時のアニリン/ホルムアルデヒド/酸触媒の比率および縮合反応温度によって異なるが、本発明の原料としては、いかなる組成のポリMDAも使用することができる。
【0012】
ポリMDAのホスゲン化反応を行なうにあたり、必要に応じて有機溶媒を使用することができる。使用される有機溶媒としては、有機イソシアネート類の製造に一般的に用いられる不活性溶媒であれば、いかなるものを用いても良く、例えばトルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、クロロトルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素類、酢酸ブチル、酢酸アミルなどのエステル類およびメチルイソブチルケトンなどのケトン類が挙げられる。有機溶媒の使用量は、用いる有機溶媒の種類により原料であるポリMDAの溶解度が異なるため一様ではないが、ポリMDAの濃度が概ね1重量%〜50重量%になる範囲で適宜選択して用いることができる。
【0013】
前記ポリMDAのホスゲン化の方法としては、連続法、バッチ法を問わず一般的に知られている方法であれば何ら限定はなく、塩酸塩法、冷熱2段法、加圧ホスゲン法、液化ホスゲン法などを含めていかなる方法も適用することができる。ホスゲン化反応終了後、必要に応じて残存ホスゲンの除去を行なう。除去の方法としては、160℃以下、好ましくは140℃以下の温度で、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを装入する方法や、減圧下で溶媒の沸点まで加熱する方法などの一般的な方法を適宜選択して用いることができる。
【0014】
このように残存ホスゲンを必要に応じて除去した後、ポリMDIを含む粗生成物に対して、連続的に加熱条件下で不活性ガスを吹き込む第一の処理工程を行ない、さらに第一の処理工程を経て得られた処理液の少なくとも一部をバッチ槽内に供給し、バッチ法で加熱条件下に不活性ガスを吹き込む第二の処理工程を行なう。
【0015】
ホスゲン化反応時に溶媒を使用した場合には、溶媒を含んだままの粗生成物溶液に対して第一および第二の処理工程を行なうこともできるが、必要に応じて脱溶媒を行なって粗ポリMDIとしてから実施することもできる。脱溶媒は、第一の処理工程の前または第一の処理工程と第二の処理工程の間のどちらで行っても良いが、熱効率や設備効率を考えると、第一の処理工程の前にあらかじめ脱溶媒を行なうことが好ましい。
【0016】
また、必要に応じて、第一の処理工程の後に、蒸留、晶析、抽出などによる組成物の分離や精製、他のポリMDI組成物や他の成分との混合、その他、所望の操作を行ない、その後に第二の処理工程を実施することもできる。
第一の処理工程では、処理前の比較的高濃度のHC分および酸分を含有する粗生成物の全量を連続的に処理し、粗生成物全体のHC分および酸分を低減することを主な目的としている。続く第二の処理工程は、粗生成物の少なくとも一部に対してバッチ法でのさらなる処理を行ない、ポリMDI中のHC分および酸分を所望の濃度まで低減することを主目的としている。
【0017】
一般的にポリMDI製品は、その使用目的や使用条件により要求される反応性が異なるため、製造業者は内容組成やHC分および酸分などの不純物濃度の異なる複数の銘柄を作り分ける必要がある。本発明の方法では、第一の処理工程で粗生成物の全量を連続的に処理した後、その少なくとも一部を第二の処理工程でHC分および酸分がそれぞれ所望の濃度になるまでバッチ法で処理することにより、異なる組成を有する複数の製品を効率的に作り分けることができる。
【0018】
すなわち、第二の処理工程では、ポリMDI製品に要求される反応性などの品質に応じて、第一の処理工程で得られた粗生成物のうち、必要量をバッチ槽に供給し、処理することで、効率よく低HC分および低酸分化されたポリMDIを製造することができる。したがって、第二の処理工程では、第一の処理工程を経て得られた粗生成物の一部を用いることが好ましいが、全量についてそのような品質要求がある場合には、それに応じて全量を処理することもできる。
【0019】
第一の処理工程は連続的な操作で行なう。すなわち、粗生成物を加熱条件下で連続処理槽に連続的に供給するとともに該連続処理槽に不活性ガスを吹き込み、処理された粗生成物を連続的に排出する。この第一の処理工程で使用する処理槽としては、槽型、管型、塔型などの一般的な装置から適宜選択して用いることができ、吹き込んだ不活性ガスと被処理液である粗生成物が良く接触する形式のものが好ましい。前記処理槽としては、少なくとも粗生成物の連続供給装置および連続排出装置、不活性ガスの供給装置および排出装置、所定温度に加熱する装置を有するものを使用する。また、被処理液の一部を循環させる装置を設け、不活性ガスと被処理液との接触効率を高めることもできる。
【0020】
第二の処理工程は、バッチ操作で行なう。すなわち、第一の処理工程で処理された粗生成物の少なくとも一部をバッチ槽に装入した後、加熱条件下で不活性ガスを吹き込んで処理を行ない、処理終了後に被処理液を排出する。この第二の処理工程で使用する処理槽としては、槽型、塔型などの一般的な装置から適宜選択して用いることができ、吹き込んだ不活性ガスと被処理液である粗生成物が良く接触する形式のものが好ましく、具体的には、撹拌または循環装置を有する槽型装置が好ましく用いられる。さらに前記処理槽には、少なくとも粗生成物の供給および排出装置、不活性ガスの供給装置および排出装置、所定温度に加熱する装置を設けることが好ましい。また、被処理液の一部または全部を循環させる装置を設け、不活性ガスと被処理液との接触効率を高めることもできる。
【0021】
第一および第二の処理工程で使用する不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴンなどが挙げられ、工業的には窒素ガスを使用することが好ましい。不活性ガスの供給量は、処理前の粗生成物のHC分および酸分の濃度や、各処理工程での処理温度および圧力、処理装置の効率、さらに処理工程後の処理液のHC分および酸分の目標値により変動するが、第一および第二の処理工程のうちの少なくとも一方の処理工程において、脱溶媒後の粗生成物100重量部に対して、不活性ガスを0.1〜6重量部、好ましくは0.1〜3重量部の量で供給することが望ましい。
【0022】
処理温度は、処理前の粗生成物のHC分および酸分の濃度や、各処理工程での不活性ガスの供給量および圧力、処理装置の効率、さらに処理工程後の処理液のHC分および酸分の目標値により変動するが、第一および第二の処理工程のうちの少なくとも一方の処理工程において、180℃〜240℃の範囲、好ましくは200℃〜230℃の範囲、より好ましくは210℃〜225℃の範囲である。第一および第二の処理工程では、HC分および酸分の少なくとも一部を加熱により分解させ、発生する分解ガスを不活性ガス吹込みにより系外に除去することによりHC分および酸分を低減することが目的であるが、180℃より低い温度では加熱分解の効率が低くなる場合がある。また240℃を超えると、ポリMDIの分解や自己重合反応等の望ましくない副反応の影響が大きくなり、ポリMDIの品質が低下する場合がある。
【0023】
第一および第二の処理工程は、常圧条件の他、減圧下でも実施することができる。減圧条件下で行なうと分解ガスの除去効率が高くなるため、常圧条件に比べて使用する不活性ガスの量を低減することが可能であることから、第一および第二の処理工程のうち、少なくとも一方の処理工程を減圧条件下で行なうことが好ましい。圧力は処理温度や吹き込む不活性ガス量によって適宜選択することができるが、通常1kPa以上、好ましくは5〜40kPaの範囲である。
【0024】
第一および第二の処理工程での各処理時間は、処理温度、圧力、および不活性ガスの吹き込み量や処理装置によって異なるが、通常2分〜60分、好ましくは5分〜30分の範囲で行なうことが好ましい。第一の処理工程での連続処理においては、平均滞留時間または平均接触時間を上記処理時間の範囲とする。
以上のように本発明は、ホスゲン化反応後の粗生成物に対して、連続的に加熱条件下で不活性ガスを吹き込む第一の処理工程と、バッチ法により加熱条件下で不活性ガスを吹き込む第二の処理工程とを組み合わせることで、工業的に有利な条件で加水分解性塩素分および酸分を効率的に低減するものである。
【0025】
第一の処理工程では、粗生成物の全体を連続的に処理してHC分および酸分をある程度の濃度まで低減させ、次いで第二の処理工程において、第一の処理工程で処理された粗生成物の少なくとも一部をバッチ法で処理し、HC分および酸分を所望の濃度まで低減させることで、効率的にかつ再現性良く目的のポリMDI組成物を得る方法を提供するものである。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、ポリMDAのホスゲン化によってポリMDIを製造する方法において、ポリMDAのホスゲン化によって得られた粗生成物を連続的に加熱条件下で不活性ガスを吹き込んで処理する第一の処理工程と、次いで第一の処理工程で得られた粗生成物をバッチ槽内で加熱条件下でさらに窒素ガスを吹き込む第二の処理工程とを組み合わせることにより、効率的にポリMDI中のHC分と酸分を低減することができる。
【0027】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、下記の実施例および比較例中、特に断らない限りすべての部および比率は重量基準による。
<ポリMDIのHC分および酸分の測定方法>
実施例および比較例において、ポリMDIのHC分および酸分は次のようにして測定し、表示した。
【0028】
HC分測定方法: 試料約0.4gを精秤し、アセトン:メタノール(体積比)=1:1溶液100mlに溶解し、電熱板上で加熱する。沸騰が始まったら蒸留水60mlを加え、さらに2時間加水分解を行なった後に0.01N硝酸銀水溶液で滴定する。値は塩素としての重量%で表示する。
酸分測定方法: 試料約2gを精秤し、アセトン:エタノール(体積比)=1:1溶液150mlに溶解し、室温で60分間撹拌した後、0.01N水酸化カリウム/メタノール溶液で滴定する。値はHClとしての重量%で表示する。
【0029】
【参考例1】<ポリMDAの製造>
以下の実施例および比較例で使用するポリMDAは、次の方法で製造した。
アニリン 22.7kg(純度97%)と37%ホルムアルデヒド水溶液 7.9kgを35%塩酸 10.9kgの存在下、温度30〜120℃で縮合反応させ、得られた反応液に32%水酸化ナトリウム水溶液 16.5kgを加えて中和し、油層を取り出した。続いて油層を湯洗後、減圧蒸留によって水と過剰のアニリンを留去し、粗製のポリMDA 16.9kgを得た。
【0030】
【実施例1】
図1に示す連続反応装置を用い、第一反応槽1に20重量%のポリMDAのオルソジクロロベンゼン(以下、ODCBと略記する)溶液9.1kg/hと、ホスゲン(ガス分離器7からのリサイクルホスゲンを含む)7.8kg/hと、ODCB(冷却器8からのリサイクルODCBを含む)6.9kg/hを供給した。第二反応槽2には第一反応槽よりオーバーフローによって抜き出された反応液を供給した。反応温度はジャケットおよび外部加熱器により、第一反応槽は80℃、第二反応槽は140℃に維持し、圧力は両反応槽共に0.5MPa−G(ゲージ圧)に維持した。
【0031】
この反応液17.9kg/hをフラッシュタンク3で大気圧に戻し、ホスゲン濃度を3.0%に低減した。この液を16.4kg/hで減圧脱ガス塔4に供給し、15.3kPaの減圧下、120℃に加熱し、滞留時間5分で残存ホスゲンを完全に除去した。
ついで、この脱ホスゲン液を脱溶媒塔5に送液し、ODCBを留去した。なお、留去したODCBは冷却器8を介して回収した。得られた粗ポリMDIを2.3kg/hで連続不活性ガス処理槽6に供給すると同時に窒素ガス0.02kg/hを供給しながら、13.3kPaの減圧下、温度215℃、滞留時間10分で処理を行なった。処理後に得られた粗ポリMDI(A)から、薄膜蒸発装置を用いて230℃/0.7kPaの条件下に、全体の30重量%に相当するジフェニルメタンジイソシアネート(以下、2核MDIと略記する。)を抜き出し、残分として粗ポリMDI(B)を得た。
【0032】
撹拌装置と加熱ジャケットを備えた槽型反応装置(図示せず)をバッチ式不活性ガス処理槽として用い、ここに前記の粗ポリMDI(B)を3.2kg装入し、加熱により215℃まで昇温した。215℃を維持しながら、窒素ガス0.02kgを10分かけて供給し、処理を行なった。処理終了後、冷却し、ポリMDIを取り出した。
【0033】
得られたポリMDI中の酸分は100ppm、HC分は1050ppmであった。
【0034】
【実施例2】
実施例1の連続反応装置を用いて処理を行った後、実施例1と同じバッチ式不活性ガス処理槽を用い、その処理温度を220℃、同処理槽への窒素ガスの供給量を0.032kg、同処理槽での処理時間を20分とした以外は実施例1と同じ操作を行なった。得られたポリMDI中の酸分は60ppm、HC分は750ppmであった。
【0035】
【実施例3】
実施例1と同じ連続反応装置を用い、脱溶媒塔5でODCBを留去する段階まで実施例1と同じ操作を行なった。得られた粗ポリMDIを2.3kg/hで連続不活性ガス処理槽6に供給すると同時に窒素ガス0.025kg/hを供給しながら、34.7kPaの減圧下、温度220℃、滞留時間20分で処理を行なった。処理後に得られた粗ポリMDI(A)から、薄膜蒸発装置を用いて230℃/0.7kPaの条件下に、全体の26重量%に相当する2核MDIを抜き出し、残分として粗ポリMDI(B)を得た。
【0036】
撹拌装置と加熱ジャケットを備えた槽型反応装置(図示せず)をバッチ式不活性ガス処理槽として用い、ここに前記の粗ポリMDI(B)を3.2kg装入し、加熱により215℃まで昇温した。215℃を維持しながら、窒素ガス0.08kgを25分かけて供給し、処理を行なった。処理終了後、冷却し、ポリMDIを取り出した。
【0037】
得られたポリMDI中の酸分は45ppm、HC分は650ppmであった。
【0038】
【比較例1】
実施例1の連続反応装置を用い、連続不活性ガス処理槽6での窒素ガス供給量を0.025kg/h、減圧度を34.7kPa、温度を215℃、滞留時間を10分とした以外は実施例1と同じ操作を行ない、連続不活性ガス処理槽6での処理までを行なった。処理後に得られた粗ポリMDI(A)から、薄膜蒸発装置を用いて230℃/0.7kPaの条件下に、全体の26重量%に相当する2核MDIを抜き出し、残分として粗ポリMDI(B)を得た。
【0039】
ついで、バッチ式不活性ガス処理槽での処理を行なわずに冷却し、酸分およびHC分を測定したところ、得られたポリMDI中の酸分は120ppm、HC分は1300ppmであった。
【0040】
【比較例2】
実施例1と同じ連続反応装置を用い、脱溶媒塔5でODCBを留去する段階まで実施例1と同じ操作を行なった。得られた粗ポリMDIを連続不活性ガス処理を行なわずに排出し、得られた粗ポリMDI(A)から、薄膜蒸発装置を用いて230℃/0.7kPaの条件下に、全体の30重量%に相当する2核MDIを抜き出し、残分として粗ポリMDI(B)を得た。
【0041】
撹拌装置と加熱ジャケットを備えた槽型反応装置(図示せず)をバッチ式不活性ガス処理槽として用い、ここに前記の粗ポリMDI(B)を3.2kg装入し、加熱により215℃まで昇温した。215℃を維持しながら、窒素ガス0.01kgを10分かけて供給し処理を行なった。処理終了後、冷却し、ポリMDIを取り出した。得られたポリMDI中の酸分は160ppm、HC分は1500ppmであった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、実施例1で用いた連続反応装置の模式図である。
【符号の説明】
1 第一反応槽
2 第二反応槽
3 フラッシュタンク
4 減圧脱ガス塔
5 脱溶媒塔
6 連続不活性ガス処理槽
7 ガス分離器
8 冷却器

Claims (4)

  1. アニリンとホルムアルデヒドとを酸触媒存在下に縮合させて生成するメチレン架橋ポリフェニレンポリアミンのホスゲン化によってメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートを製造する方法において、
    得られた粗生成物に加熱条件下で不活性ガスを吹き込んで該粗生成物中の加水分解性塩素分および酸分を低減するに際して、
    該粗生成物を加熱条件下で連続処理槽に連続的に供給するとともに該連続処理槽に不活性ガスを吹き込み、処理された粗生成物を連続的に排出する第一の処理工程を行ない、次いで第一の処理工程で得られた粗生成物の少なくとも一部をバッチ槽内に供給し、該バッチ槽内で加熱条件下でさらに窒素ガスを吹き込んで第二の処理工程を行なうことにより、粗生成物中の加水分解性塩素分および酸分を低減することを特徴とするメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法。
  2. 前記の第一および第二の処理工程のうち、少なくとも一方の処理工程における加熱条件が180℃〜240℃の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法。
  3. 前記の第一および第二の処理工程のうち、少なくとも一方の処理工程において、不活性ガスを、粗生成物100重量部に対して0.1〜6重量部の量で供給することを特徴とする請求項1または2に記載のメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法。
  4. 前記の第一および第二の処理工程のうち、少なくとも一方の処理工程を減圧条件下で行なうことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のメチレン架橋ポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法。
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