JP2005305280A - Alkoxylation reaction catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脂肪族アルコールのアルキレンオキサイド付加物の製造法に関する。更に詳しくは、脂肪族アルコールにアルキレンオキサイドを付加重合させるための触媒とアルキレンオキサイド付加物の製造法に関する。 The present invention relates to a method for producing an alkylene oxide adduct of an aliphatic alcohol. More specifically, the present invention relates to a catalyst for addition polymerization of an alkylene oxide to an aliphatic alcohol and a method for producing an alkylene oxide adduct.
脂肪族アルコール等の活性水素原子を含有する有機化合物に塩基性触媒または酸性触媒の存在下でアルキレンオキサイドを付加重合させて得られる付加重合体は、各種化学品の原料等として知られている。塩基性触媒としては、通常水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウム等のアルカリ金属酸化物、複合金属酸化物、並びにジエチルアミン及びトリエチルアミン等のアミン類が用いられる。また、酸触媒としては、通常、硫酸、塩酸、及び燐酸等の鉱酸、並びにその金属塩が用いられる。 Addition polymers obtained by addition polymerization of an alkylene oxide to an organic compound containing an active hydrogen atom such as an aliphatic alcohol in the presence of a basic catalyst or an acidic catalyst are known as raw materials for various chemicals. As the basic catalyst, alkali metal oxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, composite metal oxides, and amines such as diethylamine and triethylamine are usually used. Moreover, as an acid catalyst, mineral acids, such as a sulfuric acid, hydrochloric acid, and phosphoric acid, and its metal salt are used normally.
これら酸または塩基性触媒を用いて脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加体を製造する場合、反応生成物中に未反応原料、例えば脂肪族系アルコール等の活性水素原子含有有機化合物が残留し、更にこれらの反応で得られる付加重合体の付加オキシアルキレン分布が通常の正規分散せず、全体にブロードに分散してしまうという問題がある。これらアルキレンオキサイド付加物を界面活性剤等に使用した場合、残留アルコールによる臭気や、分子量がブロードであることから界面活性剤機能が十分に発現されない等の問題がある。 When an aliphatic alcohol alkylene oxide adduct is produced using these acid or basic catalysts, an unreacted raw material, for example, an active hydrogen atom-containing organic compound such as an aliphatic alcohol remains in the reaction product. There is a problem that the addition oxyalkylene distribution of the addition polymer obtained by the reaction is not normally dispersed normally but dispersed broadly. When these alkylene oxide adducts are used as a surfactant or the like, there are problems such as an odor caused by residual alcohol and a surfactant function not sufficiently developed due to the broad molecular weight.
脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物のオキシアルキレン基付加数分布状態に関しては、Weibullの分布則から導かれる下記の式(2)の分布定数cがナロー化度指標として定義される。分布定数cの値が小さい、すなわち未反応の脂肪族系アルコールの含有量が少ないほど分子量分布が狭いことを意味する。
c=(v+n0/n00−1)/[Ln(n00/n0)+n0/n00−1] (2)
これらの式で、Ln(n00/n0)は(n00/n0)の自然対数を意味し、vは脂肪族アルコール1モル当たりに付加したアルキレンオキサイドの平均付加モル数を表し、n00は反応に用いた脂肪族アルコールのモル数、n0は未反応の脂肪族アルコールのモル数を表す。なお、この式は、未反応の脂肪族アルコールの量が検出限界(0.001質量%)以上の場合に適用される式である。
水酸化カリウム等のアルカリ金属酸化物を用いた製造方法では、得られたアルキレンオキサイド付加体のcは5以上になる。また複合金属酸化物をアルコキシ化触媒として用いた場合でも、アルキレンオキサイド付加体のcは1以下にならない。(特許文献1,2参照)また、このcを1以下にするために、アルキレンオキサイド付加の触媒として、過塩素酸塩類を用いた方法が提案されている。(特許文献3参照)
Regarding the oxyalkylene group addition number distribution state of the aliphatic alcohol alkylene oxide adduct, the distribution constant c of the following formula (2) derived from the Weibull distribution rule is defined as a narrowing degree index. The smaller the distribution constant c, that is, the smaller the content of unreacted aliphatic alcohol, the narrower the molecular weight distribution.
c = (v + n 0 / n 00 −1) / [Ln (n 00 / n 0 ) + n 0 / n 00 −1] (2)
In these formulas, Ln (n 00 / n 0 ) means the natural logarithm of (n 00 / n 0 ), v represents the average number of moles of alkylene oxide added per mole of aliphatic alcohol, and n 00 represents the number of moles of the aliphatic alcohol used in the reaction, and n 0 represents the number of moles of the unreacted aliphatic alcohol. This formula is applied when the amount of unreacted aliphatic alcohol is not less than the detection limit (0.001% by mass).
In the production method using an alkali metal oxide such as potassium hydroxide, c of the obtained alkylene oxide adduct is 5 or more. Even when the composite metal oxide is used as an alkoxylation catalyst, c of the alkylene oxide adduct does not become 1 or less. (See Patent Documents 1 and 2) In order to reduce c to 1 or less, a method using perchlorates as a catalyst for addition of alkylene oxide has been proposed. (See Patent Document 3)
しかし、上記製造方法ではcは1以下になるが、触媒の反応活性が小さく反応時間が長くなり、触媒量を増加して反応時間を短縮させようとすると、生成物の着色が著しく、製品の外観を悪化させたり、生成物のアルデヒド含量が多くなる等の問題がある。 However, in the above production method, c is 1 or less. However, when the reaction activity of the catalyst is small and the reaction time is long and the reaction time is shortened by increasing the amount of the catalyst, the product is remarkably colored, There are problems such as deteriorating the appearance and increasing the aldehyde content of the product.
本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、パーフルオロアルキルスルホン酸金属塩をアルコキシ化触媒として使用すると、高活性で反応時間が短く、脂肪族アルコールに高モル数のアルキレンオキサイドを付加重合でき、さらに狭い分子量分布(上記分布定数cが、0.7未満)の脂肪族アルコールのアルキレンオキサイド付加体が得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
(I)下記一般式(1)で表される有機金属塩(A)の1種または2種以上からなることを特徴とする、脂肪族アルコール(B)とアルキレンオキサイド(C)とのアルコキシ化反応触媒
M[RfSO3]n (1)
[式中、Mは銅(Cu),カドミウム(Cd),チタン(Ti),ハフニウム(Hf),クロム(Cr),モリブデン(Mo),マンガン(Mn),鉄(Fe),パラジウム(Pd)及び希土類金属原子示し、nはM元素の原子価に等しい整数値を示す。Rfは炭素数1から16のパーフルオロアルキル基を表す。];
(II)一般式(1)で有機金属塩(A)の1種または2種以上の存在下、(B)に(C)を付加させることを特徴とする脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物の製造方法;
(III)該製造法で得られる分子量分布の狭い脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物;である。
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found that when perfluoroalkylsulfonic acid metal salt is used as an alkoxylation catalyst, high activity, short reaction time, and addition polymerization of a high mole number alkylene oxide to an aliphatic alcohol. The inventors have found that an alkylene oxide adduct of an aliphatic alcohol having a narrower molecular weight distribution (the above distribution constant c is less than 0.7) can be obtained, and the present invention has been completed.
That is, the present invention
(I) Alkoxylation of aliphatic alcohol (B) and alkylene oxide (C), characterized by comprising one or more of the organometallic salts (A) represented by the following general formula (1) Reaction catalyst M [RfSO 3 ] n (1)
[Wherein M is copper (Cu), cadmium (Cd), titanium (Ti), hafnium (Hf), chromium (Cr), molybdenum (Mo), manganese (Mn), iron (Fe), palladium (Pd) And n represents an integer value equal to the valence of the M element. Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 16 carbon atoms. ];
(II) Production of an aliphatic alcohol alkylene oxide adduct characterized by adding (C) to (B) in the presence of one or more of the organometallic salt (A) represented by the general formula (1) Method;
(III) an aliphatic alcohol alkylene oxide adduct having a narrow molecular weight distribution obtained by the production method.
本発明のアルコキシ化反応触媒は下記の効果を奏する。
(1)触媒が高活性のために、反応時間が大幅に短くすることができ、高モル数のアルキレンオキサイドを付加できる。
(2)狭い分子量分布(c<0.7)のアルキレンオキサイド付加体が得られる。
(3)未反応アルコールが少なく、低臭気のアルキレンオキサイドが得られる。
The alkoxylation reaction catalyst of the present invention has the following effects.
(1) Since the catalyst has high activity, the reaction time can be greatly shortened, and a high mole number alkylene oxide can be added.
(2) An alkylene oxide adduct having a narrow molecular weight distribution (c <0.7) is obtained.
(3) An unreacted alcohol is small and a low odor alkylene oxide is obtained.
本発明のアルコキシ化触媒は、下記一般式(1)で表される。
M[RfSO3]n (1)
式中、金属(M)は、銅(Cu),カドミウム(Cd),チタン(Ti),ハフニウム(Hf),クロム(Cr),モリブデン(Mo),マンガン(Mn),鉄(Fe),パラジウム(Pd)及び希土類金属原子から選ばれる原子を示す。
これらの金属原子のうち、好ましくは、Cu,Cd,Ti,Cr,Fe、および希土類原子(例えば、スカンジュウム(Sc)、イットリウム(Y)、及びランタン(La)等)、さらに好ましくはCu,Cd、Cr,Ti、Fe、Sc、及びLaであり、最も好ましくはTi、Fe、Scである。
The alkoxylation catalyst of the present invention is represented by the following general formula (1).
M [RfSO 3 ] n (1)
In the formula, metal (M) is copper (Cu), cadmium (Cd), titanium (Ti), hafnium (Hf), chromium (Cr), molybdenum (Mo), manganese (Mn), iron (Fe), palladium An atom selected from (Pd) and a rare earth metal atom.
Of these metal atoms, Cu, Cd, Ti, Cr, Fe, and rare earth atoms (for example, scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), etc.), more preferably Cu, Cd , Cr, Ti, Fe, Sc, and La, and most preferably Ti, Fe, and Sc.
RfSO3はパ−フルオロアルキルスルホン酸基であり、Rfは炭素数1から16のパーフルオロアルキル基を表す。具体的には、トリフルオロメタンスルホン酸基、ペンタフルオロエタンスルホン酸基、ヘプタフルオロプロパンスルホン酸基、ノナフルオロブタンスルホン酸基、ウンデカフルオロペンタンスルホン酸基、トリデカフルオロヘキサンスルホン酸基、ペンタデカフルオロヘプタンスルホン酸基、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸基から選ばれた同一あるいは異なったパーフルオロアルキルスルホン酸基を挙げることができる。これらRfSO3うち、好ましくはトリフルオロメタンスルホン酸基、ペンタフルオロエタンスルホン酸基、ヘプタフルオロプロパンスルホン酸基、ノナフルオロブタンスルホン酸基、より好ましくはトリフルオロメタンスルホン酸基、ペンタフルオロエタンスルホン酸基である。 RfSO 3 is a perfluoroalkylsulfonic acid group, and Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 16 carbon atoms. Specifically, trifluoromethanesulfonic acid group, pentafluoroethanesulfonic acid group, heptafluoropropanesulfonic acid group, nonafluorobutanesulfonic acid group, undecafluoropentanesulfonic acid group, tridecafluorohexanesulfonic acid group, pentadecacarbon group Examples thereof include the same or different perfluoroalkylsulfonic acid groups selected from a fluoroheptanesulfonic acid group and a heptadecafluorooctanesulfonic acid group. Of these RfSO 3 , preferably a trifluoromethanesulfonic acid group, a pentafluoroethanesulfonic acid group, a heptafluoropropanesulfonic acid group, a nonafluorobutanesulfonic acid group, more preferably a trifluoromethanesulfonic acid group or a pentafluoroethanesulfonic acid group. is there.
本発明の金属触媒は公知の合成法により得ることができ、例えば、T.Mukaiyama,N.Iwasawa,R.W.Stevens,T.Haga,Tetrahedron,40,1381(1984)に詳細に記載されている方法で合成できる。 The metal catalyst of the present invention can be obtained by a known synthesis method. Mukaiyama, N .; Iwasawa, R.W. Stevens, T.W. It can be synthesized by the method described in detail in Haga, Tetrahedron, 40, 1381 (1984).
次に合成法の一例を記載するが、これに限定されるものではない。
酸化スカンジュウムを12〜16Nのトリフルオロメタンスルホン酸溶液に、酸化スカンジュウムがスカンジュウムトリフルオロメタンスルホン酸塩(スカンジュウムトリフラート)として溶解するに必要な当量の0.95〜2.00倍量を加え、沸点温度100〜150℃で1〜3時間溶解し、スカンジュウムトリフラートを得た。このようにして得られた水溶液を、エバポレーターの使用により、温度40〜80℃、真空度50〜250トールにて剰余水の低温真空蒸発を行ったところ、1時間程度で白色固形物が得られた。さらに、温度100〜300℃、真空度10〜10−2トールにて24時間高温真空乾燥を行い、スカンジュウムトリフラートの白色粉末を得た後、窒素ガスにて密封した。スカンジュウムトリフラートが得られた。
上記の方法により得られた金属触媒の具体例を表1に記載するが、これらに限定されるものではない。得られたスカンジュウムトリフラートの組成は原子吸光法により測定される。
Next, although an example of a synthesis method is described, it is not limited to this.
Add 0.95 to 2.00 times the equivalent amount of scandium to 12-16N trifluoromethanesulfonic acid solution to dissolve scandium as scandium trifluoromethanesulfonate (scandium triflate) The solution was dissolved at a boiling point of 100 to 150 ° C. for 1 to 3 hours to obtain scandium triflate. When the aqueous solution thus obtained was subjected to low-temperature vacuum evaporation of surplus water at a temperature of 40 to 80 ° C. and a degree of vacuum of 50 to 250 Torr by using an evaporator, a white solid was obtained in about 1 hour. It was. Furthermore, high temperature vacuum drying was performed for 24 hours at a temperature of 100 to 300 ° C. and a degree of vacuum of 10 to 10 −2 Torr to obtain a white powder of scandium triflate, which was then sealed with nitrogen gas. Scandium triflate was obtained.
Although the specific example of the metal catalyst obtained by said method is described in Table 1, it is not limited to these. The composition of the obtained scandium triflate is measured by an atomic absorption method.
これらのうち、好ましいのは上記表のNo.1、2、4、7、8、10、11、より好ましいのは、No.1、2、4、7、10、特に好ましいのは、No.1、4、10である。 Of these, Nos. 1, 2, 4, 7, 8, 10, and 11 in the above table are preferred, Nos. 1, 2, 4, 7, and 10 are more preferred. 1, 4, and 10.
本発明のもう一つの発明は、上記の有機金属塩(A)の少なくとも1種以上の存在下、アルキレンオキサイド(C)を脂肪族アルコール(B)に開環付加重合させてなる脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物(D)の製造方法である。 Another invention of the present invention is an aliphatic alcohol alkylene obtained by ring-opening addition polymerization of an alkylene oxide (C) to an aliphatic alcohol (B) in the presence of at least one of the above organometallic salts (A). It is a manufacturing method of an oxide adduct (D).
本発明における脂肪族アルコール(B)としては、炭素数1〜25の脂肪族アルコールが好ましく、さらに好ましくは炭素数1〜22、特に好ましくは炭素数1〜18の脂肪族アルコールである。これらは直鎖または分岐アルコールであっても、一価または二価以上のアルコールであってもよい。またこれらアルコールは、天然アルコールでも合成アルコール(例えば、チーグラーアルコール、オキソアルコールなど)でもよい。 As aliphatic alcohol (B) in this invention, a C1-C25 aliphatic alcohol is preferable, More preferably, it is C1-C22, Most preferably, it is C1-C18 aliphatic alcohol. These may be linear or branched alcohols, or monohydric or dihydric or higher alcohols. These alcohols may be natural alcohols or synthetic alcohols (eg, Ziegler alcohol, oxo alcohol, etc.).
一価アルコールの具体例としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、ブタノール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ウンデシルアルコール、ドデシルアルコール、トリデシルアルコール、テトラデシルアルコール、ヘキサデシルアルコール、オクタデシルアルコール、ノナデシルアルコールなどの飽和脂肪族アルコール;プロペニルアルコール、ブテニルアルコール、1−ペンテニルアルコール、1−オクテニルアルコール、1−デセニルアルコール、1−ドデセニルアルコール、トリデセニルアルコール、ペンタデセニルアルコール、オレイルアルコール、ガドレイルアルコール、リノレイルアルコールなどの不飽和脂肪族アルコール;メチルシクロヘキシルアルコール、エチルシクロヘキシルアルコール、n−プロピルシクロヘキシルアルコール、オクチルシクロヘキシルアルコール、ノニルシクロヘキシルアルコール、アダマンチルアルコールなどの脂環式アルコールが挙げられる。 Specific examples of the monohydric alcohol include methanol, ethanol, n-propanol, butanol, pentyl alcohol, hexyl alcohol, heptyl alcohol, octyl alcohol, nonyl alcohol, decyl alcohol, undecyl alcohol, dodecyl alcohol, tridecyl alcohol, tetradecyl Saturated aliphatic alcohols such as alcohol, hexadecyl alcohol, octadecyl alcohol, nonadecyl alcohol; propenyl alcohol, butenyl alcohol, 1-pentenyl alcohol, 1-octenyl alcohol, 1-decenyl alcohol, 1-dodecenyl Unsaturated aliphatic alcohols such as alcohol, tridecenyl alcohol, pentadecenyl alcohol, oleyl alcohol, gadreyl alcohol, linoleyl alcohol Le; methylcyclohexyl alcohol, ethylcyclohexyl alcohol, n- propyl cyclohexyl alcohol, octyl cyclohexyl alcohol, nonyl cyclohexyl alcohol, alicyclic alcohols, such as adamantyl alcohol.
多価アルコールの具体例としては、2価アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−又は1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール及びネオペンチルグリコール等のアルキレングリコール;並びにシクロヘキサンジオール及びシクロヘキサンジメタノール等のシクロアルキレングリコール等)、3価アルコール(グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン及びヘキサントリオール等のアルカントリオール等);4〜8価の多価アルコール(ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン等のアルカンポリオールの分子内脱水物、ジグリセリン及びジペンタエリスリトール等のアルカンポリオールの分子間脱水物;並びにショ糖、グルコース、マンノース、フルクトース及びメチルグルコシド等の糖類及びその誘導体);が挙げられる。
これらアルコールのうち、ナロー化度の観点から、一価の脂肪族アルコールが好ましく、さらに好ましくは一価の1級または2級アルコールであり、特に好ましくは一価の1級アルコールである。特に好ましいものの具体例としては、ドデシルアルコール、トリデシルアルコール、テトラデシルアルコール、ヘキサデシルアルコール、オクタデシルアルコールが挙げられる。
Specific examples of the polyhydric alcohol include dihydric alcohol (alkylene glycol such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,3- or 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol and neopentyl glycol; and cyclohexanediol and Cycloalkylene glycols such as cyclohexanedimethanol, etc., trihydric alcohols (glycerin, trimethylolpropane, trimethylolethane, alkanetriols such as hexanetriol, etc.); 4- to 8-valent polyhydric alcohols (pentaerythritol, sorbitol, mannitol, Intramolecular dehydration of alkane polyols such as sorbitan, intermolecular dehydration of alkane polyols such as diglycerin and dipentaerythritol; and sucrose, glucose, mannose, fructose And sugar and their derivatives such as methyl glucoside); and the like.
Among these alcohols, monovalent aliphatic alcohols are preferable from the viewpoint of the degree of narrowing, more preferably monovalent primary or secondary alcohols, and particularly preferably monovalent primary alcohols. Specific examples of particularly preferable ones include dodecyl alcohol, tridecyl alcohol, tetradecyl alcohol, hexadecyl alcohol, and octadecyl alcohol.
本発明において、アルキレンオキサイド(C)としては、好ましくは炭素数2〜8、とくに好ましくは炭素数2〜6のアルキレンオキサイドである。好ましいものの具体例としては、例えば、エチレンオキサイド(以下、EOと略記)、プロピレンオキサイド(以下、POと略記)、1,2−または2,3−ブチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、スチレンオキサイドなどが挙げられる。さらに好ましいものはEO、POであり、特に好ましいものはEOである。 In the present invention, the alkylene oxide (C) is preferably an alkylene oxide having 2 to 8 carbon atoms, particularly preferably 2 to 6 carbon atoms. Specific examples of preferable ones include ethylene oxide (hereinafter abbreviated as EO), propylene oxide (hereinafter abbreviated as PO), 1,2- or 2,3-butylene oxide, tetrahydrofuran, styrene oxide and the like. More preferred are EO and PO, and particularly preferred is EO.
(A)の使用量としては、反応速度と経済性の点から、(B)と(C)の合計100質量部に対して、0.001〜1質量部が好ましい。さらに好ましくは0.003〜0.8質量部、特に好ましくは0.005〜0.5質量部である。
(C)の(B)に対する付加モル数は、ナロー化度の観点から、平均1〜160が好ましく、さらに好ましくは平均1〜80である。
As the usage-amount of (A), 0.001-1 mass part is preferable with respect to 100 mass parts of the sum total of (B) and (C) from the point of reaction rate and economical efficiency. More preferably, it is 0.003-0.8 mass part, Most preferably, it is 0.005-0.5 mass part.
The number of moles added of (C) to (B) is preferably from 1 to 160 on average, and more preferably from 1 to 80 on average, from the viewpoint of the degree of narrowing.
(B)と(C)を反応させる場合の反応条件としては、例えば、(B)と(A)を混合し、窒素置換を行った後、−0.8〜5kgf/cm2の圧力で、80〜200℃の温度で(C)を導入し、所定量の(C)を投入後、80〜200℃で反応系内の圧力が平衡になるまで熟成を行う方法などが挙げられる。 As a reaction condition in the case of reacting (B) and (C), for example, after mixing (B) and (A) and performing nitrogen substitution, at a pressure of −0.8 to 5 kgf / cm 2 , Examples include a method in which (C) is introduced at a temperature of 80 to 200 ° C., a predetermined amount of (C) is added, and then ripening is performed until the pressure in the reaction system becomes equilibrium at 80 to 200 ° C.
このようにして得られる脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物(D)の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは76〜7、400、さらに好ましくは76〜3,900である。特に好ましいは76〜1,250である。Mwがこの範囲にあると浸透力などの界面活性能が特に良好であり好ましい。 本発明において、分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)による測定値である。 The weight average molecular weight (Mw) of the aliphatic alcohol alkylene oxide adduct (D) thus obtained is preferably 76 to 7,400, more preferably 76 to 3,900. Particularly preferred is 76-1,250. When Mw is in this range, the surface activity such as osmotic force is particularly good and preferable. In the present invention, the molecular weight is a value measured by gel permeation chromatograph (GPC).
(D)において、Weibullの分布則により導かれる式(2)から計算されるナロー化度指標である分布定数cは、0.2〜0.7であることが好ましく、さらに好ましくは0.2〜0.65、特に好ましくは0.3〜0.6である。この値が小さい程、未反応のアルコール含量が少なく、かつ分子量分布が狭いことを意味する。 In (D), the distribution constant c which is a narrowing degree index calculated from the equation (2) derived from the Weibull distribution rule is preferably 0.2 to 0.7, and more preferably 0.2. It is -0.65, Most preferably, it is 0.3-0.6. The smaller this value, the smaller the unreacted alcohol content and the narrower the molecular weight distribution.
本発明の触媒は高活性であるため、本発明の製造法により、反応時間が大幅に短くすることができる。しかも脂肪族アルコールに高モル数のアルキレンオキサイドを付加重合でき、さらに、高ナロー化度(分布定数cが0.7未満)の脂肪族アルコールのアルキレンオキサイド付加物(D)が得られる。 Since the catalyst of the present invention is highly active, the reaction time can be significantly shortened by the production method of the present invention. In addition, an alkylene oxide having a high mole number can be addition-polymerized with an aliphatic alcohol, and an alkylene oxide adduct (D) of an aliphatic alcohol having a high degree of narrowing (distribution constant c is less than 0.7) can be obtained.
反応させて得られた(D)はそのまま、あるいはpHを調整することにより各種用途に使用することが可能であり、目的に応じて、例えば[「キョーワード600」協和化学工業(株)製]等の吸着剤で吸着処理後、ろ過操作で重合物から触媒を除去することが出来る。この際、必要によりろ過助剤としてケイソウ土系ろ過助剤[例えば昭和化学工業(株)製のラヂオライト等]を用いることによりろ過操作に要する時間を短縮することも可能である。 (D) obtained by the reaction can be used for various purposes as it is or by adjusting the pH. For example, ["KYOWARD 600" manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.] After the adsorption treatment with an adsorbent such as, the catalyst can be removed from the polymer by filtration. At this time, if necessary, the time required for the filtration operation can be shortened by using a diatomaceous earth filter aid [for example, Radiolite manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd.] as a filter aid.
本発明の製造方法で得られる(D)は、未反応の脂肪族アルコール含有量が少ないため、臭気改良などの点で、例えば低臭気の硫酸化物、カルボキシメチル化物などのアニオン活性剤を得る際の中間体として用いることができる。また、前述の乳化剤、分散剤などの用途にも、もちろん有用である。 Since (D) obtained by the production method of the present invention has a low content of unreacted aliphatic alcohol, it is preferable to obtain an anionic activator such as a low odor sulfate or carboxymethylated product in terms of odor improvement. It can be used as an intermediate. Of course, it is also useful for applications such as the above-mentioned emulsifiers and dispersants.
[実施例]
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、部は質量部、%は質量%を示す。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to this. Moreover, a part shows a mass part and% shows the mass%.
GPCによる分子量の測定条件は次の通り。
《GPCの測定条件》
機種 :HLC−8120(東ソー株式会社製)
カラムTSK gel SuperH4000
TSK gel SuperH3000
TSK gel SuperH2000
(いずれも東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃ 検出器:RI
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:0.6ml/分
試料濃度:0.25%
注入量:10μl
標準:ポリオキシエチレングリコール
(東ソー株式会社製;TSK STANDARD
POLYETHYLENE OXIDE)
データ処理装置:SC−8020(東ソー株式会社製)
The measurement conditions of molecular weight by GPC are as follows.
<< GPC measurement conditions >>
Model: HLC-8120 (manufactured by Tosoh Corporation)
Column TSK gel SuperH4000
TSK gel SuperH3000
TSK gel SuperH2000
(Both manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 40 ° C. Detector: RI
Solvent: Tetrahydrofuran Flow rate: 0.6 ml / min Sample concentration: 0.25%
Injection volume: 10 μl
Standard: Polyoxyethylene glycol (manufactured by Tosoh Corporation; TSK STANDARD
POLYETHYLENE OXIDE)
Data processor: SC-8020 (manufactured by Tosoh Corporation)
ガスクロマトグラフィー(以下GCと略記)による未反応脂肪族アルコール濃度の測定は次のとおりである。
《GCの測定条件》
機種:ガスクロマトグラフ GC−14B(島津製作所製)
検出器:FID
カラム:ガラスカラム(内径=約3mm,長さ=約2m)
カラム充填剤:シリコンGE SE−30 5%
カラム温度:90℃から280℃まで昇温。昇温速度=4℃/分
キャリアガス:窒素
試料:50%アセトン溶液
注入量:1μl
定量:使用した脂肪族アルコールにより、炭素数が2または3の脂肪族アルコールを内部標準物質として用い定量した。
The measurement of the unreacted aliphatic alcohol concentration by gas chromatography (hereinafter abbreviated as GC) is as follows.
<< GC measurement conditions >>
Model: Gas chromatograph GC-14B (manufactured by Shimadzu Corporation)
Detector: FID
Column: Glass column (inner diameter = about 3 mm, length = about 2 m)
Column filler: Silicon GE SE-30 5%
Column temperature: raised from 90 ° C to 280 ° C. Temperature rising rate = 4 ° C./min Carrier gas: Nitrogen Sample: 50% acetone solution Injection volume: 1 μl
Quantification: Quantification was performed using an aliphatic alcohol having 2 or 3 carbon atoms as an internal standard depending on the aliphatic alcohol used.
[合成1](触媒の合成)
酸化スカンジュウムを15Nのトリフルオロメタンスルホン酸溶液に、酸化スカンジュウムがスカンジュウムトリフルオロメタンスルホン酸塩(スカンジュウムトリフラート)として溶解するに必要な当量の1.05倍量を加え、沸点温度120℃で2時間溶解し、スカンジュウムトリフラートを得た。このようにして得られた水溶液を、エバポレーターの使用により、温度60℃、真空度100トールにて剰余水の低温真空蒸発を行ったところ、1時間程度で白色固形物が得られた。さらに、温度200℃、真空度10−1トールにて24時間高温真空乾燥を行い、スカンジュウムトリフラートの白色粉末を得た後、窒素ガスにて密封した。
原子吸光法で分析したスカンジュームトリフラートの組成は、Sc:9.28%、Fe:60ppm、Al:150ppm、Sn:21ppm、Mn:12ppm、Ni:13ppm、Ca:61ppm、Mg:10ppm、Si:14ppmであり、スカンジュウムトリフラートとして99.1%である高純度のスカンジュウムトリフラートが得られた。
[Synthesis 1] (Synthesis of catalyst)
Add 1.05 times the amount of scandium oxide equivalent to that required for dissolution of scandium as scandium trifluoromethanesulfonate (scandium triflate) to a 15N trifluoromethanesulfonate solution at a boiling temperature of 120 ° C. After dissolution for 2 hours, scandium triflate was obtained. The aqueous solution thus obtained was subjected to low-temperature vacuum evaporation of surplus water at a temperature of 60 ° C. and a vacuum degree of 100 Torr by using an evaporator, and a white solid was obtained in about 1 hour. Further, high-temperature vacuum drying was performed for 24 hours at a temperature of 200 ° C. and a vacuum degree of 10 −1 torr to obtain a white powder of scandium triflate, which was then sealed with nitrogen gas.
The composition of scandium triflate analyzed by the atomic absorption method is Sc: 9.28%, Fe: 60 ppm, Al: 150 ppm, Sn: 21 ppm, Mn: 12 ppm, Ni: 13 ppm, Ca: 61 ppm, Mg: 10 ppm, Si: A high-purity scandium triflate having a concentration of 14 ppm and a scandium triflate of 99.1% was obtained.
[合成例2](触媒の合成)
実施例1における酸化スカンジュウムを酸化チタンに代え、それ以外は実施例1と同様にして、チタンテトラフラートを得た。原子吸光法で分析したチタンテトラフラートの組成は、Ti:7.55%、Fe:65ppm、Al:168ppm、Mn:10ppm、Cu:20ppm、Ni:11ppm、Ca:62pm、Mg:32ppm、Si:14ppmであり、チタンテトラフラートとして99.3%である高純度のチタンテトラフラートが得られた。
[実施例1](脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物の合成)
撹拌および温度調節機能の付いたガラス製オートクレーブに、ラウリルアルコール186部(1モル)、[合成例1]のスカンジュウムトリフラート0.02部を投入し、混合系内を窒素で置換した後、減圧下(約20mmHg)、120℃にて1時間脱水を行った。次いでEO132部(3モル)を120℃にて、ゲージ圧が1〜2kgf/cm2となるように導入しながら、120℃で3時間反応させた。未反応のEOを減圧下で除去した後、生成物に「キョーワード600(協和化学工業株式会社製)」を3部投入し、90℃にて触媒を吸着処理後、ろ過により脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物(A1−1)を得た。このものの分子量分布と未反応脂肪族アルコール量をGPCおよびGCにより測定した結果、Mw/Mnは1.05、未反応アルコール量は1.50%、Weibull分布定数cは0.56であった。
[Synthesis Example 2] (Synthesis of catalyst)
Titanium tetraflate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the scandium oxide in Example 1 was replaced with titanium oxide. The composition of titanium tetraflate analyzed by the atomic absorption method was Ti: 7.55%, Fe: 65 ppm, Al: 168 ppm, Mn: 10 ppm, Cu: 20 ppm, Ni: 11 ppm, Ca: 62 pm, Mg: 32 ppm, Si: A high-purity titanium tetraflate having a content of 14 ppm and 99.3% of titanium tetraflate was obtained.
[Example 1] (Synthesis of aliphatic alcohol alkylene oxide adduct)
To a glass autoclave having a stirring and temperature control function, 186 parts (1 mol) of lauryl alcohol and 0.02 part of scandium triflate of [Synthesis Example 1] were added, and the inside of the mixed system was replaced with nitrogen. Dehydration was performed at 120 ° C. for 1 hour under reduced pressure (about 20 mmHg). Next, 132 parts (3 moles) of EO was reacted at 120 ° C. for 3 hours while being introduced at 120 ° C. so that the gauge pressure was 1 to 2 kgf / cm 2 . After removing unreacted EO under reduced pressure, 3 parts of “KYOWARD 600 (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.)” is added to the product. An oxide adduct (A1-1) was obtained. The molecular weight distribution and unreacted aliphatic alcohol content of this product were measured by GPC and GC. As a result, Mw / Mn was 1.05, unreacted alcohol content was 1.50%, and Weibull distribution constant c was 0.56.
[実施例2](脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物の合成)
実施例2と同様にして、ラウリルアルコール186部(1モル)、実施例1のスカンジュウムトリフラート0.02部を投入し、混合系内を窒素で置換した後、減圧下(約20mmHg)、120℃にて1時間脱水を行った。次いでEO308部(7モル)を120℃にて、ゲージ圧が1〜2kgf/cm2となるように導入しながら、120℃で5時間反応させた。反応後、未反応のEOを減圧下で除去し、実施例1と同様に吸着処理、ろ過して本発明の脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物(A1−2)を得た。このものの分子量分布と未反応脂肪族アルコール量をGPCおよびGCにより測定した結果、Mw/Mnは1.04、未反応アルコール量は0.58%、Weibull分布定数cは0.52であった。
[Example 2] (Synthesis of aliphatic alcohol alkylene oxide adduct)
In the same manner as in Example 2, 186 parts (1 mol) of lauryl alcohol and 0.02 part of scandium triflate of Example 1 were added, the inside of the mixed system was replaced with nitrogen, and then under reduced pressure (about 20 mmHg). Dehydration was performed at 120 ° C. for 1 hour. Next, 308 parts (7 mol) of EO was reacted at 120 ° C. for 5 hours while introducing the gauge pressure at 1 to 2 kgf / cm 2 at 120 ° C. After the reaction, unreacted EO was removed under reduced pressure, and adsorption treatment and filtration were performed in the same manner as in Example 1 to obtain the aliphatic alcohol alkylene oxide adduct (A1-2) of the present invention. The molecular weight distribution and unreacted aliphatic alcohol content of this product were measured by GPC and GC. As a result, Mw / Mn was 1.04, unreacted alcohol amount was 0.58%, and Weibull distribution constant c was 0.52.
[実施例3](脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物の合成)
実施例2と同様にして、ラウリルアルコール186部(1モル)、実施例1のスカンジュウムトリフラート0.02部を投入し、混合系内を窒素で置換した後、減圧下(約20mmHg)、120℃にて1時間脱水を行った。次いでEO528部(12モル)を120℃にて、ゲージ圧が1〜2kgf/cm2となるように導入しながら、120℃で7時間反応させた。反応後、未反応のEOを減圧下で除去し、実施例1と同様に吸着処理、ろ過して本発明の脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物(A1−3)を得た。このものの分子量分布と未反応脂肪族系アルコール量をGPCおよびGCにより測定した結果、Mw/Mnは1.04、未反応アルコール量は0.20%、Weibull分布定数cは0.47であった。
[Example 3] (Synthesis of aliphatic alcohol alkylene oxide adduct)
In the same manner as in Example 2, 186 parts (1 mol) of lauryl alcohol and 0.02 part of scandium triflate of Example 1 were added, the inside of the mixed system was replaced with nitrogen, and then under reduced pressure (about 20 mmHg). Dehydration was performed at 120 ° C. for 1 hour. Subsequently, 528 parts (12 mol) of EO was reacted at 120 ° C. for 7 hours while introducing the gauge pressure to be 1 to 2 kgf / cm 2 at 120 ° C. After the reaction, unreacted EO was removed under reduced pressure, and adsorption treatment and filtration were performed in the same manner as in Example 1 to obtain the aliphatic alcohol alkylene oxide adduct (A1-3) of the present invention. The molecular weight distribution and unreacted aliphatic alcohol content of this product were measured by GPC and GC. As a result, Mw / Mn was 1.04, unreacted alcohol content was 0.20%, and Weibull distribution constant c was 0.47. .
[実施例4](脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物の合成)
[実施例1]におけるスカンジュウムトリフラートに代えて、[合成例2]のチタンテトラフラート0.02部を用い、実施例3と同様にして本発明の脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物(A1−4)を得た。
このもののMw/Mnは1.04、未反応アルコール量は1.25%、Weibull分布定数cは0.48であった。
[Example 4] (Synthesis of aliphatic alcohol alkylene oxide adduct)
In place of the scandium triflate in [Example 1], 0.02 part of titanium tetraflate of [Synthesis Example 2] was used, and the aliphatic alcohol alkylene oxide adduct (A1- 4) was obtained.
This product had an Mw / Mn of 1.04, an unreacted alcohol amount of 1.25%, and a Weibull distribution constant c of 0.48.
[比較例1](脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物の合成)
撹拌および温度調節機能の付いたガラス製オートクレーブに、ラウリルアルコール186部(1モル)、スカンジュウムトリフラートに代えて過塩素酸アルミニウム9水塩0.06部を用い、混合系内を窒素で置換した後、減圧下(約20mmHg)、120℃にて1時間脱水を行った。次いでEO132部(3モル)を120℃にて、ゲージ圧が1〜2kgf/cm2となるように導入ながら、120℃で20時間反応させた。反応後、未反応のEOを減圧下で除去し、実施例1と同様に吸着処理、ろ過して脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物(H−1)を得た。
(H−1)の分子量分布と未反応脂肪族アルコール量をGPCおよびGCにより測定した結果、Mw/Mnは1.05、未反応脂肪族系アルコール量は1.78%、分布定数cの計算値は0.65であった。
[Comparative Example 1] (Synthesis of aliphatic alcohol alkylene oxide adduct)
In a glass autoclave with stirring and temperature control functions, 186 parts (1 mol) of lauryl alcohol and 0.06 part of aluminum perchlorate 9-hydrate in place of scandium triflate are used, and the inside of the mixed system is replaced with nitrogen. After that, dehydration was performed at 120 ° C. for 1 hour under reduced pressure (about 20 mmHg). Next, 132 parts (3 moles) of EO was reacted at 120 ° C. for 20 hours while introducing a gauge pressure of 1 to 2 kgf / cm 2 at 120 ° C. After the reaction, unreacted EO was removed under reduced pressure, and adsorption treatment and filtration were carried out in the same manner as in Example 1 to obtain an aliphatic alcohol alkylene oxide adduct (H-1).
The molecular weight distribution of (H-1) and the amount of unreacted aliphatic alcohol were measured by GPC and GC. As a result, Mw / Mn was 1.05, the amount of unreacted aliphatic alcohol was 1.78%, and the distribution constant c was calculated. The value was 0.65.
[比較例2](脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物の合成)
撹拌および温度調節機能の付いたガラス製オートクレーブに、ラウリルアルコール186部(1モル)、水酸化カリウム0.3部を投入し、混合系内を窒素で置換した後、減圧下(約20mmHg)、120℃にて1時間脱水を行った。次いでEO308部(7モル)を120℃にて、ゲージ圧が1〜3kgf/cm2となるように導入しながら、120℃で5時間反応させた。反応後、未反応のEOを減圧下で除去し、実施例1と同様に吸着処理、ろ過して脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物(H−2)を得た。
このもののMw/Mnは1.32、未反応脂肪族アルコール量は7.7%、分布定数cの計算値は3.21であった。
[Comparative Example 2] (Synthesis of aliphatic alcohol alkylene oxide adduct)
186 parts (1 mol) of lauryl alcohol and 0.3 part of potassium hydroxide were charged into a glass autoclave having a stirring and temperature control function, and the mixed system was replaced with nitrogen, and then under reduced pressure (about 20 mmHg). Dehydration was performed at 120 ° C. for 1 hour. Subsequently, 308 parts (7 mol) of EO was reacted at 120 ° C. for 5 hours while introducing the gauge pressure at 1 to 3 kgf / cm 2 at 120 ° C. After the reaction, unreacted EO was removed under reduced pressure, and adsorption treatment and filtration were performed in the same manner as in Example 1 to obtain an aliphatic alcohol alkylene oxide adduct (H-2).
This product had an Mw / Mn of 1.32, an unreacted aliphatic alcohol amount of 7.7%, and a calculated value of the distribution constant c of 3.21.
[比較例3](脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物の合成)
撹拌および温度調節機能の付いたガラス製オートクレーブに、ラウリルアルコール186部(1モル)を投入し、系内を窒素で置換した後、減圧下(約20mmHg)120℃にて脱水し、40℃にて三フッ化ホウ素ジエチルエーテル0.3部を投入し、混合系内を窒素で置換した。次いでEO440部(10モル)を80℃にて、ゲージ圧が約1kgf/cm2となるように導入しながら、80℃で8時間反応させた。反応物をアルカリで中和し、脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物(H−3)を得た。
このもののMw/Mnは1.14、未反応脂肪族アルコール量は1.04%、分布定数cの計算値は1.66であった。また、本比較例では、約8%のポリエチレングリコールの副生が認められた。
[Comparative Example 3] (Synthesis of aliphatic alcohol alkylene oxide adduct)
186 parts (1 mol) of lauryl alcohol was charged into a glass autoclave equipped with stirring and temperature control, and the system was purged with nitrogen, then dehydrated at 120 ° C. under reduced pressure (about 20 mmHg), and heated to 40 ° C. Then, 0.3 part of boron trifluoride diethyl ether was added, and the inside of the mixed system was replaced with nitrogen. Subsequently, 440 parts (10 mol) of EO was reacted at 80 ° C. for 8 hours while introducing the gauge pressure to be about 1 kgf / cm 2 at 80 ° C. The reaction product was neutralized with alkali to obtain an aliphatic alcohol alkylene oxide adduct (H-3).
The Mw / Mn of this product was 1.14, the amount of unreacted aliphatic alcohol was 1.04%, and the calculated value of the distribution constant c was 1.66. In this comparative example, about 8% by-product of polyethylene glycol was observed.
結果を表2にまとめて示す。
脂肪族アルコールとアルキレンオキサイドとのアルコキシ化反応用触媒として有用である。
It is useful as a catalyst for alkoxylation reaction of aliphatic alcohol and alkylene oxide.
Claims (8)
M[RfSO3]n (1)
[式中、Mは銅(Cu),カドミウム(Cd),チタン(Ti),ハフニウム(Hf),クロム(Cr),モリブデン(Mo),マンガン(Mn),鉄(Fe),パラジウム(Pd)及び希土類金属原子を示し、nはMの原子価に等しい整数値を示す。Rfは炭素数1から16のパーフルオロアルキル基を表す。] An alkoxylation reaction catalyst of an aliphatic alcohol (B) and an alkylene oxide (C), comprising one or more organic metal salts (A) represented by the following general formula (1).
M [RfSO 3 ] n (1)
[Wherein M is copper (Cu), cadmium (Cd), titanium (Ti), hafnium (Hf), chromium (Cr), molybdenum (Mo), manganese (Mn), iron (Fe), palladium (Pd) And a rare earth metal atom, and n represents an integer equal to the valence of M. Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 16 carbon atoms. ]
The aliphatic alcohol alkylene oxide adduct according to claim 7, wherein the Weibull distribution constant c is 0.2 to 0.7.
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