生命科学関連特許情報

タイトル:特許公報(B2)_低色トリメチロールプロパン製造のためのプロセス改良
出願番号:2000516930
年次:2010
IPC分類:C07C 29/86,C07C 31/22


特許情報キャッシュ

サプリー,キャロリン ローレル,ロドルフォ・ダブリュー シーマン,ジョージ・シー JP 4433440 特許公報(B2) 20100108 2000516930 19980929 低色トリメチロールプロパン製造のためのプロセス改良 オクシア・ビショップ・エルエルシー 507293631 社本 一夫 100089705 小野 新次郎 100140109 小林 泰 100075270 千葉 昭男 100080137 富田 博行 100096013 相馬 貴昌 100139642 サプリー,キャロリン ローレル,ロドルフォ・ダブリュー シーマン,ジョージ・シー US 08/951,607 19971016 20100317 C07C 29/86 20060101AFI20100225BHJP C07C 31/22 20060101ALI20100225BHJP JPC07C29/86C07C31/22 C07C 29/86、31/22 CASREACT(STN) 独国特許出願公開第04109058(DE,A1) 特開平56−142223(JP,A) 特開平56−147732(JP,A) 特開平61−93133(JP,A) 15 US1998020353 19980929 WO1999020586 19990429 2001520209 20011030 11 20050922 神野 将志 【0001】発明の分野本発明は、トリメチロールプロパン(TMP)の製造、より詳細には低色(low color)の粗製TMPを得ることに関する。【0002】背景の背景本発明は、反応色の低い(low reacted color)(本明細書中では互換性をもって“低色”という)粗製トリメチロールプロパン(TMP)を得るための方法に関する。【0003】トリメチロールプロパンは、n−ブチルアルデヒドとホルムアルデヒドを強水酸化アルカリ、たとえば苛性アルカリ溶液の存在下で縮合反応および交差カニッツァーロ反応させることにより製造される。反応溶液からのTMPの分離は、生成物をこの水溶液とTMPに対する有機溶媒、たとえば酢酸エチル、イソブタノール、酢酸ブチルなどとの間で分配することにより行うことができる。次いで有機相からたとえば蒸留によりTMPを分離する。有機相からTMPを分離し、さらにTMPから苛性アルカリを分離するための他の方法は、第2溶媒、すなわちTMPがそれに不溶性である溶媒を、水相の分離には十分であるが、TMPが分離するには不十分な量で添加し、水層を分離し、次いで第1溶媒を蒸留により除去するものである。一般に第2溶媒は非極性溶媒、たとえばキシレンである。このTMP/第2有機溶媒混合物を沈静させ、分離したTMPをデカンテーションにより分離する。パーマーらの米国特許第3,956,406号参照。これらの方法では、一般に約5〜10ガードナー単位(Gardner Unit,GU)の酸洗浄色(acid wash color)または約100〜300APHAの無水フタル酸色(phthalic anhydride color)をもつ生成物が得られる。従来、当技術分野では、TMP製造反応中に生成した呈色不純物を抽出、浸出またはさらに精製することにより、反応色の低いTMPを得ていた。【0004】シェンは米国特許第5,603,835号に、TMP製造反応中に生成した呈色不純物を抽出する方法を開示している。この方法は、精製した最終TMPを、その呈色体は可溶性であるが、TMPは可溶性でない有機溶媒で抽出することよりなる。この抽出の結果、3ガードナー単位以下の酸洗浄色をもつTMP生成物が約85%以上の収率で得られると報告されている。この可溶性生成物の無水フタル酸色は約100APHA未満であることも報告されている。【0005】低色TMPは高純度TMPと同様ではない。TMPの酸洗浄色は、TMPを有機溶媒で抽出し、次いで抽出液を硫酸で洗浄し、その反応色を比色計で監視してガードナー単位(GU)値を求めることにより測定される。TMP試料の純度は一般に(再)結晶化法などによって高められる。再結晶ではホルムアルデヒドとブチルアルデヒドの反応により生成した塩類を除去することはできるが、TMP生成物中にみられる呈色不純物は必ずしも除去できない。パーマー(米国特許第3,956,406号)はTMPの試料純度を高めることを目標とし、一方シェン(米国特許第5,603,835号)はTMPの色の向上を目標とした。米国特許第3,956,406号と米国特許第5,603,835号は共に、目的TMPを得るための抽出型方法によるものである。【0006】他の方法で、約5〜6ガードナー単位の酸洗浄色をもつ生成物が得られた。しかし多くの用途にとって、可能な限り低い酸洗浄色(または他の色分析)をもつTMP生成物を得ること、かつこの低い色を経済的にみて効率的方法で得ることが望ましい。したがって当技術分野では、低色TMPを得る方法が常に探索されている。【0007】発明の概要約5GU未満、好ましくは約3GU未満の酸洗浄色をもつ低色TMPを少なくとも30%の収率で得る方法を開示する。TMPは一般に、n−ブチルアルデヒドとホルムアルデヒドをアルカリ溶液中で縮合させることにより製造される。次いで混合物を抽出器に装入する。高濃度の低色粗製TMPが抽出相中に存在し、高温の溶媒/水/TMP流を抽出器から取り出し、水を追加して、または追加せずに混合物を冷却し、そして相分離させることにより、これを得ることができるのが見出された。相を分離すると、一般に5未満の酸洗浄色をもつTMPが水相から回収される。有機相からの追加TMPまたは低色TMPの回収は任意である。本発明方法により得られるTMPはまた、一般に約100APHA未満、最も多くの場合0.1〜50APHAの無水フタル酸色をもつ。従来法と異なり、本発明方法は低色の、固体でない最終生成物TMPを得て、これを次いで常法によりさらに抽出、浸出または精製するものである。粗製TMPとは、本発明により処理した後(すなわち抽出および蒸留の後)に得られるTMPを意味する。【0008】発明の詳細な説明本発明によれば、約5GU以下(最も一般的には3GU未満)の酸洗浄色および自然色ならびに100APHA未満(最も一般的には0〜50APHA)の無水フタル酸色をもつTMPを得るための方法が提供される。本方法は、有機溶媒および水の中におけるTMPの1相溶液から、溶液を少なくとも2つの別個の相に分離させ、そして有機相または水相からトリメチロールプロパンを回収することにより、トリメチロールプロパンを回収することを含む。【0009】TMPは一般にn−ブチルアルデヒドとホルムアルデヒドを強塩基、たとえば水酸化ナトリウムの存在下で反応させることにより製造される。ギ酸塩(水酸化ナトリウムを用いた場合はギ酸ナトリウム)がTMPとの同時生成物として生成する。過剰の塩基を中和した後、ギ酸および中和した塩基を含有する水溶液から、一般に溶媒抽出法により、たとえば酢酸エチル、イソブタノール、酢酸ブチルなどの溶媒を用いてTMPを回収できる。次いでたとえば蒸留により、有機溶媒相からTMPを分離する。【0010】この溶媒抽出相が高濃度の低色TMPを含有し、これを容易に単離および再び相分離し、両相をさらに処理できることが、今回見出された。約150°F(66℃)より高い操作温度ではTMPが抽出器カラム内で有機溶媒と水を含む1相中に存在することを見出した。さらに、より低い温度で有機抽出器流から水相を分離することによって低色TMPが得られることを見出した。混合物を冷却して、相分離させる。次いで低色TMPを水相から単離することができる。【0011】この有機/水TMP流に水を添加すると水相の体積が増加し、反応色の低いTMPの回収可能な量が増加することが見出された。【0012】約150°F(66℃)より高い温度では、TMP含有流は有機溶媒および存在する他の成分を含む1相である。一般にTMPは抽出器内でプロセス温度約32〜212°F(0〜100℃)、最も好ましくは、約77〜122°F(25〜50℃)に冷却され、溶媒混合物から分離される。抽出器内の有機溶媒には、ジエチルエーテル、メチルt−ブチルエーテル、ジプロピルエーテル、エチルt−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DIGLYME)、酢酸エチル、イソブタノール、酢酸ブチル、およびエチレングリコールまたはプロピレングリコールとC1〜C4酸とのエステルなどの化合物が含まれる。好ましい溶媒には、ジエチルエーテル、メチルt−ブチルエーテルおよび酢酸エチルが含まれ、最も好ましいものはメチルt−ブチルエーテルおよび酢酸エチルである。一般に、相分離を高め、水相の体積を増加させるのに十分な量の水を、TMP含有流に添加する。これは一般に全体積に対し約1〜4%の水を添加すると起きる。【0013】抽出流は、無溶媒基準で主に約77%の体積のTMPを含み、痕跡量のEPDO、MCF、NPG、BMLF、DTMP、MELF、水、および約3%の未同定物を含む。略号:EPDO−2−エチル−1,3−プロパンジオールMCF−TMPの単環式ホルマールNPG−ネオペンチルグリコールBMLF−TMPのビス(モノ線状)ホルマールDTMP−ジトリメチロールプロパンMELF−TMPのメチル(モノ線状)ホルマール抽出後、高温のTMP流を冷却し、所望により水を添加する。次いで有機相は回収システム内を進み、水相は仕上げシステム内を進む。TMPを水相から常法により回収する。【0014】TMPを水相から回収する態様では、TMP、ギ酸ナトリウム、水および不純物を含有するデカントした水性流が4段階サイクルを経る。カラム1は水−有機溶媒ストリッパーカラムを用いるものであり、ここでは流れを大気圧下でオーバーヘッド温度約140〜158°F(60〜70℃)、底部温度約248〜266°F(185〜195℃)において、カラムの頂部に供給することが好ましい。【0015】この第1カラム(溶媒ストリッパーカラム)の残留物流を、真空フラッシャーカラムまたはカラム2と表示する第2カラムへ向ける。カラム2については、約6mmHgの圧力、ならびに予熱器温度約158〜176°F(70〜80℃)、オーバーヘッド温度約365〜383°F(185〜195℃)、および底部温度約401〜419°F(205〜215℃)で、カラムの頂部に流れを供給することが好ましい。この第2カラムは一般に、プロセスから重質最終成分(たとえばDTMP、BMLF)を分離するためのものである。【0016】TMP流(約90%のTMP)がオーバーヘッド流としてカラム2から排出され、カラム3のほぼ中間に進入する。これはTMPをさらに濃縮し、存在する残留重質最終不純物を除去するためのものである。一般に約1mmHgの真空圧、カラムのオーバーヘッド温度約284〜320°F(140〜160℃)、および底部温度約401〜419°F(205〜215℃)で、生成物をオーバーヘッドとして取り出す。重質最終成分を残留物としてカラム3から取り出し、オーバーヘッドは主にTMPを含有し、その後の処理に用いられる。【0017】TMP流(約94%のTMP)はカラム4、すなわち最終処理および残留不純物除去のための軽質最終成分除去(仕上げ)カラムに進入する。最終の低色TMPをカラム4から残留物流として採集し、軽質最終不純物(これにはMCF、EPDO、NPGが含まれる)をオーバーヘッド流として取り出す。一般に、約1mmHgの真空圧、カラムのオーバーヘッド温度約284〜320°F(140〜160℃)、および底部温度約401〜419°F(205〜215℃)で、TMPを残留物流として取り出す。【0018】本発明方法によれば、約99%TMPが抽出流の水相から回収された。この最終TMP生成物の色は、5GU未満、一般に3GU未満であると測定された。【0019】別態様においては、抽出流の有機相を本発明の記載に従って処理することができる。約98%TMPが抽出流の有機相から回収された。粗製低色TMPの回収率は、水の追加により、および/または抽出器流もしくは有機相の温度をさらに低下させることにより、高めることができる。【0020】前記方法に基づく色試験の結果は下記のとおりである:【0021】【表1】【0022】市販(CA)TMPは、得られた最終TMPの抽出、浸出またはさらに精製を伴う従来の商業的方法で最終生成物として得られたTMPである上記で用いた単位:AW色=GU;PA(w/o 窒素吹付け)=GU略号:Aq=水性;有機=酢酸エチル有機相;AW=酸洗浄;NC=自然色;PA=無水フタル酸色;CA=市販 ガードナー単位とAPHA単位の対応を表IIに示す。【0023】【表2】【0024】抽出は未使用または再循環プラント溶媒を用いて実施できる。本発明にはバッチ抽出または連続抽出のいずれも有利に採用できるが、本発明方法は好ましくは内部循環流を用いる連続抽出により実施される。【0025】低色TMPの回収に影響を与える変数には、温度、水分、溶媒量、接触時間、および段階数が含まれる。たとえば、回収率は温度の低下または水添加の増加に伴って高まる。【0026】本発明方法の連続1回処理抽出(once−throughput extraction)は、約32°F(0℃)〜約212°F(100℃)、好ましくは、約77°F(25℃)〜約122°F(50℃)において実施できる。低色TMPを、水相から最高約100%、好ましくは約30〜約50%の収率で回収できる。【0027】この方法では、抽出流を有機相および水相中へ1段階相分離操作することにより、TMP生成物の一部を反応色の低いTMPとして回収することを記載する。さらに温度低下および/または水の追加により反応色の低いTMPの回収体積を増加させるための任意操作については、先に述べた。さらに、1相操作を多段階相分離操作に拡張すると、回収率が有意に高まるであろう。多段階抽出器内で抽出器流を向流抽出すると、反応色の低いTMPの回収体積が有意に増加するであろう。向流抽出器は、90%以上のTMPが反応色の低い生成物として回収されるように設計できる。多段階抽出法の態様では、第1抽出器で冷却した後、有機相を第2抽出器へ前進させる。その際、第2抽出器は多段階向流抽出器である。この有機相を水と接触させ、これにより低色TMPをさらに抽出する。所望により、たとえば蒸発により若干の溶媒を分離して、多段階抽出への有機相供給率を低下させることができる。【0028】酸洗浄(AW)色は、硫酸洗浄色試験によるものである。この試験では、呈色種をトルエンでTMPから抽出し、このトルエンを硫酸と反応させる。生じる色を比色計によりガードナー単位で測定する。【0029】無水フタル酸(PA)色は、高温で無水フタル酸とTMPを反応させることにより測定される。得られたポリマーは発色し、これを比色計によりAPHA単位またはガードナー単位で測定する。【0030】TMPの自然色(NC)は、TMPの目視色である。一般にそれは水中の10重量%TMP溶液であり、APHA単位で報告される。色試験TMPの酸洗浄色は、硫酸洗浄色試験により測定される。この試験では、溶融TMPをトルエンまたはシクロヘキサンで抽出し、次いで抽出液を硫酸で洗浄する。反応色を比色計によりガードナー単位で監視する。【0031】a.色試験の標準品色試験を実施するには、ハンターズ・ラボ3刺激比色計(Hunter‘s Lab Tristimulus Colorimeter)(カラークエスト(ColorQuest)#C4188)およびソフトウェア(#CMR−884)を用いる。ASTM標準液を、ASTM法D 1544−80に従う検量に用いる;b.セルのサイズ色はセルのサイズに依存することが示されている。色分析に10mmのセルを用いた;c.振とう色はトルエン抽出液を酸と共に振とうする強さに依存する。相を確実に十分に混合するには、激しい振とうが必要である;1.20gのTMP(精度0.1g、結晶または溶融)を200mlの風袋秤量済みビーカーに添加する。80gの試薬用トルエン(酸洗浄色、約1ガードナー単位)を添加する;2.溶液を急速撹拌しながら60℃に5分間加熱する。磁気撹拌棒を用いる。60℃においてTMPがすべて溶融した時点で計時を開始する;3.75ml(+/−1ml)のトルエン層を250mlの分液漏斗に装入する(デカントまたはピペット)。25ml(+/−1ml)の濃硫酸をメスシリンダーで分液漏斗に添加する。分液漏斗を30秒間激しく振とうして、異なる相を確実に十分に混合する。4分間、溶液を相分離させる。溶液は約45+/−2℃の温度を示すべきである。酸層(底)をデカントする;4.10mm*のセルを満たすのに十分な量の酸層を添加する。ハンター・ラボ3刺激比色計で色を記録する。特別なプログラム(カラークエスト#C4188)を用いて、データを最も近似する数値のガードナー単位で記録する。このソフトウェアはスペクトル透過率データからの色度座標をガードナー単位に換算する。比色計は、ASTM標準溶液(たとえばK2PtCl6)およびカラーディスクを用いて検量される;* 比色計の代わりにガードナー管およびコンパレーターを使用できる。PA色試験この試験法は、試料を無水フタル酸により反応温度200℃で反応時間30分間処理した際に発現する色の強度を測定する方法を記載する。装置1.ガードナー/ヘリッジ・バーニッシュ(Hellige Varnish)カラーコンパレーター2.10mm*ガードナー試験管3.ろう浴またはパラフィン浴−温度を200℃±5℃に効率的に制御できる撹拌式恒温ろう浴4.振動式ミキサー5.タイマー試薬無水フタル酸(99%)注釈:無水フタル酸の品質が呈色反応に影響を与える可能性がある。アルドリッチ銘柄の無水フタル酸を推奨する。方法1.3.00gの試料を試験管に入れ、3.00gの無水フタル酸試薬を添加する。試験管をコルク栓でゆるくシールする;2.試験管を200℃±5℃に維持したろう浴中に吊るす。タイマーを30分に設定する。溶液が溶融して透明になるまで(約10分間)試験管をろう浴中に保持する。この時点で手袋をはめて試料を浴から取り出し、余分なろうを拭き取る。直ちに試験管を振動式ミキサーに入れ、20秒間または試料が十分に混合されるまで、撹拌する。すべての試料についてこの操作を繰り返す;3.混合後、30分間の反応時間が完了するまで、試験管をろう浴に入れておく。反応時間終了時に試料を取り出し、余分なろうを拭き取る;4.試料を室温にまで放冷し、30分間おく;5.試料試験管の外側を拭いて、試料の調製や反応から残留する物質を除去する;6.試料試験管をカラーコンパレーター装置に装入し、試料の色を標準色のいずれかと合わせることにより、試料の色を読み取る*;* カラーコンパレーターの代わりにシェンらに従ってバウシュ・アンド・ロム(Bausch and Lomb)、スペクトロニック(Spectronic)20を用いると、APHA値が得られる。自然色試験(Pt/Co)装置:1)ハンター・ラボ3刺激比色計(カラークエスト)およびコンピューター。2)比色計セル、光路長さ20mm試薬および材料1.計測器ブランクとして用いるためのタイプI脱イオン水2.計測器のゼロ透過率を設定するための黒色カード3.コバルト白金カラー標準方法1.まず装置(すなわち比色計)を標準化する;2.下記に従ってTMPを色分析用に調製する:TMP(10%溶液)1.10mLの熱TMPを、温水90mL入りの100mLメスシリンダーに注入する;2.メスシリンダーに栓をし、均質溶液が生成するまで試料を振とうする;3.試料を比色計で分析する。【0032】本発明をさらに説明するために、以下の実施例を示す。特に指示しない限り、割合はすべて重量による。実施例実施例1精製TMPの反応色を下記の方法で低下させた。17,000gの30%粗製TMP、60%酢酸エチルおよび10%H2O溶液を149°F(65℃)から77°F(25℃)に放冷した。室温に冷却すると、溶液は2層に分離した。77°F(25℃)で水層を有機層から分離した。次いで下記の方法でいずれかの層からTMPを回収した。158°F(70℃)および1mmHgでの回転蒸発(roto−evaporation)により溶媒を除去した。320°F(160℃)および1mmHgでのバッチ真空蒸留によって、純粋なTMP(>98%)がオーバーヘッド生成物として得られた。水層から回収したTMPの酸洗浄色は5ガードナー単位以下であった。これに対し有機層から得たTMPの酸洗浄色は10ガードナー単位以下であった。【0033】【表3】【0034】実施例2実施例1に述べたものと同じプロセス分離条件下で、ただし2カラム連続精製システムを用いて、有意に低い酸洗浄色のTMPを得た。【0035】回転蒸発による溶媒除去後、水層および有機層からの粗製TMP(それぞれ90%または70%)を、まず重質最終成分の除去、次いで真空蒸留による軽質最終成分の除去により精製した。TMPが両層について残留物流として得られた。【0036】重質不純物(BMCF、DTMP)を35トレー、内径2インチのジャケット付きオルダーショー(Oldershaw)カラムにより除去した。カラムに300mLのリボイラーを取り付けた。リボイラーのトレー10、トレー25およびトレー35にサーマルウェル(thermal well)を設置した。粗製TMPをカラムのトレー10に4g/分で供給した。重質最終成分(BMLF、DTMP)をカラムの底部から除去した。94%TMPおよび軽質最終不純物(MCF、EPDO、NPG)を含有するオーバーヘッド流を、次いで300mLのリボイラーを取り付けた35トレー、内径2インチのジャケット付きオルダーショーカラムに4g/分で供給した。リボイラーのトレー10、トレー25およびトレー35にサーマルウェルを設置した。軽質最終成分がオーバーヘッド流中に除去され、純粋なTMPが底部から得られた。【0037】【表4】【0038】実施例3蒸留および脱イオンした水(2重量%)を104°F(40℃)の有機抽出器流に添加し、混合物を104°F(40℃)で相分離させ、得られた各層を実施例2に従って処理することにより、TMPを得た。【0039】【表5】【0040】* 未知成分には痕跡量のMCFおよびMELFが含まれる1 =GU次表は、すべて類似の従来法でTMPを製造している種々の製造業者から得られるTMPの色分析を示す。【0041】【表6】【0042】* EtAc=酢酸エチル 反応色の低いトリメチロールプロパン(TMP)を得るための方法であって、該方法は、ジエチルエーテル、メチルt−ブチルエーテル、ジプロピルエーテル、エチルt−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、イソブタノール、及び、エチレングリコールまたはプロピレングリコールとC1〜C4酸とのエステルよりなる群から選択される有機溶媒並びに水の中におけるトリメチロールプロパン(TMP)の加熱1相溶液から粗製トリメチロールプロパンを回収することを含み、前記溶液を冷却して水相を含む少なくとも2相に分離させ、そして前記水相からトリメチロールプロパンを回収することを特徴とする方法。 回収したTMPが5ガードナー単位以下の酸洗浄色をもつ、請求項1記載の方法。 得られた回収TMPが3ガードナー単位以下の酸洗浄色および70APHA以下の無水フタル酸色をもつ、請求項2記載の方法。 回収TMPが1ガードナー単位以下の酸洗浄色および50APHA以下の無水フタル酸色をもつ、請求項3記載の方法。 回収TMPが5ガードナー単位未満の無水フタル酸色および100APHA未満の自然色をもつ、請求項1記載の方法。 有機溶媒が酢酸エチル、ジエチルエーテル、又はメチルt−ブチルエーテルである、請求項1記載の方法。 溶媒が酢酸エチルである、請求項6記載の方法。 TMPを水相から単離する、請求項1記載の方法。 高温のTMP/有機/水相を77〜122°F(25〜50℃)に冷却して分離する、請求項1記載の方法。 前記1相溶液が分離した後、確実に相分離するのに十分な量の水を有機相に添加する、請求項1記載の方法。 1〜4重量%の水を有機相に添加する、請求項10記載の方法。 TMP/有機/水混合物を相分離させるために1段階抽出器を使用する、請求項1記載の方法。 TMP/有機/水混合物を相分離させるために多段階抽出器を使用する、請求項1記載の方法。 TMP/有機/水混合物を相分離させるために、少なくとも1つの1段階抽出器および少なくとも1つの多段階抽出器を使用する、請求項1記載の方法。 多段階抽出器に進入する前に有機溶媒の一部を分離する、請求項14記載の方法。


ページのトップへ戻る

生命科学データベース横断検索へ戻る