DE69405488T2

DE69405488T2 - Verfahren zur Reinigung von Diarylcarbonaten

Info

Publication number: DE69405488T2
Application number: DE69405488T
Authority: DE
Inventors: Robert Bruce Ehlinger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2014-06-15
Also published as: US5498319A; JP2862796B2; JPH07138208A; EP0633241B1; CN1103399A; EP0633241A1; DE69405488D1; ES2106451T3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Reinigung von Diarylcarbonaten, wie beispielsweise Diphenylcarbonat.

Kurze Beschreibung des Standes der Technik

Diarylcarbonate, beispielsweise Diphenylcarbonat, können durch eine Anzahl von Verfahren hergestellt werden. Ein Verfahren basiert beispielsweise auf der Phosgenierung von aromatischen Hydroxyverbindungen in der Gegenwart von quartären Ammoniumsalzkatalysatoren. Ein anderes Verfahren beinhaltet die Phosgenierung bei erhöhten Temperaturen in alkalischer Lösung. Ein kommerzielles Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat beinhaltet die Phosgenierung von Phenol in Gegenwart von Alkali bei einem pH von 10 - 11 und bei einer Temperatur von 55º- 60ºC.
SU-A-1698250 offenbart die Herstellung von Diphenylcarbonat durch die Umsetzung von Phenol mit Phenylethylthiocarbonat in Gegenwart von Natriumcarbonat in Nonan. Ethanthiol wird abdestilliert und die gekühlte Reaktionsmischung wird dreimal mit Wasser gewaschen und über Magnesiumsulfat getrockhet. Das Lösungsmittel wird abdestilliert und das Diphenylcarbonatprodukt wird aus Hexan umkristallisiert.
Kommerziell hergestelltes Diarylcarbonat, ungeachtet des angewendeten Herstellungsverfahrens, enthält zwangsläufig verschiedene Verunreinigungen in unterschiedlichen Mengen. Beispiele der Verunreinigung, die identifiziert wurden, sind anorganische und organische Chloride, Metallionen, Eisenverbindungen, saure Verbindungen, wie beispielsweise Aryl-Chlorformiate, und weitere Verbindungen, die nur als "color bodies" identifiziert werden konnten. Diese Verunreinigungen wirken sich häufig auf die Verwendung der Diarylcarbonate in bestimmten Anwendungen aus. Falls sie beispielsweise als Monomer zur Herstellung von aromatischen Polycarbonatharzen durch Umesterungsreaktion (Verwendung von Bisphenol-A und Diphenylcarbonat) dienen sollen, kann die Gegenwart von Verunreinigungen die Polymerisationsgeschwindigkeit und die Farbe des Harzes beeinflussen. Das Polymerprodukt kann eine niedrige Grenzviskositätszahl (IV) und Farben im Bereich von Rosa (Eisenverunreinigung) bis Braun (Phenylchlorformiat-Verunreinigung) aufweisen.
Obwohl sich die Destillation von Diarylcarbonaten zur Entfernung der Farbstoffe als nützlich erwiesen hat und das Problem der Verfärbung des Carbonats und der Harze, die hieraus hergestellt werden, löst, ist das Verfahren zur Entfernung anderer Verunreinigungen, die ffir die Verzögerung der Reaktionsgeschwindigkeit verantwortlich sind, nicht geeignet. Ein Hauptnachteil der destillierten Phenylcarbonate ist tatsächlich der Verlust an Reaktivität, der durch Esteraustauschversuche beobachtet werden kann. Über die Ursache kann nur spekuliert werden. Des weiteren tritt ein prozentualer Verlust auf, der wirtschaftliche Nachteile hat, falls die Arylcarbonate, wie beispielsweise Diphenylcarbonat, nur einer Destillation als einzige Reinigungsmethode unterzogen werden.
Wir haben festgestellt, daß relativ rohes Diarylcarbonat, das Verunreinigungen enthält, die mit dem Herstellungsverfahren zusammenhängen, vorteilhafterweise durch ein Zwei-Stufen-Verfahren gereinigt werden kann um die Gesamtausbeute des gewünschten Produkts zu optimieren und die Verunreinigungen zu entfernen. In einem ersten Schritt wird die Schmelze des Diarylcarbonats mit Wasser gewaschen, gefolgt von einem zweiten Destillationsschritt. Ein Zwischentrennschnitt, der während der Destillation zwischen dem ersten und letzten (Produkt) Trennschnitt vorgenommen wird, ist hilfreich zur Isolation der Farbstoffe und Verunreinigungen, die flir die niedrige Grenzviskositätszahl des Produkts und/oder farbigen Polymerharze verantwortlich sind.
Das destillierte Produkt zeigt eine verbesserte Reaktivität und eine höhere Reinheit, falls entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, die Destillation sofort auf eine Wäsche mit heißem Wasser folgt. Eine Wäsche der rohen Diarylcarbonate mit heißem Wasser hilft, den Gehalt an Verunreinigungen, einschließlich Eisen, zu reduzieren und verbessert die Farbe der Polymere, die aus dem gereinigten Diarylcarbonat hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung der Diarylcarbonate kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden, mit dem Vorteil, daß das Produkt beständig in hoher Reinheit erhalten wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Reinigung von Diarylcarbonaten, welches umfaßt: Waschen einer Schmelze des Diarylcarbonats mit Wasser
und
Destillation des gewaschenen Diarylcarbonats.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beigefügte Zeichnung ist ein schematisches Flußdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reinigung von Diphenylcarbonat (DPC). Der Fachmann wird erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Reinigung von anderen Diarylcarbonaten, wie beispielsweise Di-ortho-cresylcarbonat, Di-ortho-chlorphenylcarbonat und ähnliche anwendbar ist.
Aus der beigefügten Zeichnung kann eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch ersehen werden. Über die Leitung 12 wird das Wassergefäß 10, mit heißem Wasser gefullt, dessen Temperatur ausreicht das Diphenylcarbonat zu schmelzen (ca. 75º- 95ºC, vorzugsweise etwa 80ºC). Die erhöhte Temperatur der Wasserfüllung wird aufrecht erhalten, während das rohe Diphenylcarbonat über die Leitung 14 beigefügt wird. Das rohe Diphenylcarbonat schmilzt im heißen Wasser. Vorteilhafterweise wird die Luft in dem Wassergefäß 10 mit Hilfe eine Inertgases, wie beispielsweise Stickstoff gereinigt und der Inhalt des Gefäßes 10 wird bei einer Temperatur von ca. 75º-95ºC für eine Zeit gerührt, die ausreicht Metallionen, Eisenverbindungen und organische und anorganische Chloride aus dem geschmolzenen Diphenylcarbonat zu entfernen. Im allgemeinen genügt eine Zeit von 5 bis 30 Minuten. Nach dieser Zeit kann die Mischung für eine Zeit stehen gelassen werden, die ausreicht die Phasen zu trennen (5 bis 15 Minuten oder mehr). Die Wasserphase wird anschließend aus dem Wassergefäß 10 durch die Leitung 16 entfernt. In der bevorzugtesten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anschließend frisches heißes Wasser in das Wassergefäß 10 eingeleitet, um den Waschvorgang, der oben beschrieben wurde, zu wiederholen. Im allgemeinen sind zwei bis vier Wäschen vorteilhaft, vorzugsweise drei. Nachdem die Wäsche abgeschlossen ist, wird das geschmolzene Diphenylcarbonat in eine Destillationsanlage oder Destille 18 überführt, wobei das Diphenylcarbonat zuerst durch einen Filter 20 geleitet wird. Vorteilhafterweise wird ein Filter mit einer Größe von 10 Microns oder weniger verwendet, der die lesten Verunreinigungen entfernt. Während der Wäsche bildet sich an der Wasser/Diphenylcarbonat-Grenzfläche eine Zwischenschicht (rag layer). Diese Schicht kann aus der Anlage vor dem Filter 20 in der Leitung 22 über ein Umlaufventil 24 entfernt werden, sobald seine dunkle Farbe durch ein Sichtfenster in Leitung 20 beobachtet wird. Die Menge der Zwischenschicht (rag layer) ist etwa proportional zu dem Eisengehalt in dem rohen Diphenylcarbonat. Anscheinend konzentriert sich das Eisen in der Zwischenschicht (rag layer).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine geschlossene Vakuumdestillation in Destille 18 durchgeführt. Durch Vakuumleitung 26 wird ein Vakuum von circa 666,5-5332 Pa (5 bis 40 mm Hg) erzeugt, während das geschmolzene Diphenylcarbonat im Destillationstopf auf eine Temperatur von nicht mehr als 180ºC, vorzugsweise circa 180ºC erwärmt wird. Abhängig von der Temperatur des Dampfes werden drei Trennschnitte genommen (leichte, intermediäre und Diphenylcarbonatprodukt). Der leichte Trennschnitt (Phenol) wird aus dem Kühler 30 so lange in die Destilliervorlage 28 geleitet wie die Überkopfdampftemperatur geringer als 180ºC ist. Sobald die Dampftemperatur 180ºC erreicht wird die Topftemperatur der Destille 18 auf 210ºC erhöht und der zweite oder intermediäre Trennschnitt wird in die Destilliervorlage 32 geleitet. Der intermediäre Trennschnitt besteht hauptsächlich aus partiell gereinigtem Diphenylcarbonat und wird genommen um die Reinheit des letzten Trennschnitts zu verbessern. Vorteilhafterweise wird der intermediäre Trennschnitt bei einer späteren Charge von rohem Diphenylcarbonat wiederverwendet, um die Gesamtausbeute zu verbessern. Die Abtrennung des interrnediären Trennschnitts für eine weitere Wäsche und Destillation durch die Wiederverwendung einer späteren Charge dient zur Isolation von Farbstoffen und unidentifizierbaren Verbindungen, die sich offensichtlich auf die Polymerisation des monomeren Diphenylcarbonatprodukts auswirken (resultierend in einer niedrigen Grenzviskositätszahl des Polycarbonatharzes). Vorteilhafterweise wird der intermediäre Trennschnitt genommen, bis circa 5 bis 20 % der theoretisch zu reinigenden Diphenylcarbonatmenge als interrnediärer Aufwand gewonnen wurden. Im allgemeinen dauert dies ca. eine Stunde. Danach wird die Temperatur des Topfes der Destille 18 auf ca. 220ºC erhöht und der dritte oder letzte Trennschnitt wird in die gerührte Destillationsvorlage 34 geleitet. Der letzte Trennschnitt, der aus hochreinem Diphenylcarbonat besteht, wird genommen, bis die Überkopfdampftemperatur unter eine Temperatur von circa 180ºC fällt oder über eine Temperatur von ca. 190ºC steigt. Die Überkopfdämpfe werden in dem Kühler 30 gekühlt, dessen Temperatur vorteilhafterweise während des Destillationsvorgangs bei ca. 90ºC gehalten wird.
Nachdem im dritten Trennschnitt das gesamte destillierte Diphenylcarbonat gesammelt wurde, wird die Destillation durch Abbruch des Vakuums beendet. Der Rückstand (Teer), der sich im Topf der Destille 18 befindet, kann aus der Destille 18 entfernt werden und das geschmolzene Diphenylcarbonat, das sich in der Destilliervorlage 34 befindet, wird durch den Filter 36 gefiltert, zur Festigkeit gekühlt und mit Hilfe der Zerkleinerungseinheit 38 (flaker) gefiockt werden, um das hochreine Endprodukt zu erhalten.
Die Destillation von Diphenylcarbonat wurde bisher unter Atmosphärendruck bei Temperaturen von ca. 300ºC durchgeführt. Wir haben erforscht, daß gerade diese Bedingungen für das gewünschte Diphenylcarbonatprodukt schädlich sind, insbesondere falls das Diphenylcarbonat wie oben beschrieben gewaschen wurde. Die schädliche Wirkung hoher Destillationstemperaturen sind von der Temperatur und, bis zu einem gewissen Grade, von der Zeit abhängig. (Zum Beispiel 150ºC - 5 Stunden keine erkennbare schädliche Wirkung; 200ºC - 5 Stunden verursacht einen farbigen Abbau und Verlust an Reinheit (Gehalt an Diphenylcarbonat)). Die erfindungsgemäße Methode und das erfindungsgemäße Verfahren beinhalten dementsprechend kritische Temperaturparameter, um die thermische Alterung des gewünschten Produkts zu verhindern.
Die folgenden Beispiele beschreiben die Art, auf die das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann und legen die beste Ausführungsform dar, die sich der Erfinder erdacht hat. Sie sollen aber nicht dazu dienen, die Erfindung einzuschränken. Die Qualität des hergestellten Diphenylcarbonats wurde indirekt über ein Polymer, das aus dem Diphenylcarbonat durch Umesterungsreaktion hergestellt wurde, gemessen; dies ist entsprechend gekennzeichnet. Die Umesterungsreaktion wurde durch Mischen von gleichen Gewichtsteilen (228 Milligramm) Diphenylcarbonat und Bisphenol-A mit einem ppm eines Katalysators in einem 1-Liter Kolben durchgeführt. Der Kolben wurde gerührt, während er mit Stickstoffgas gereinigt wurde, anschließend wurde er unter Vakuum erhitzt, bis kein Phenol mehr entwich. Die Farbe des Polymeren wurde visuell gemessen. Die Grenzviskositätszahl (IV) wurde bei einer Temperatur von 25ºC im Methylenchlorid gemessen und ist in Deziliterlgramm (dlig) angegeben. Akzeptiert wurde eine IV, die 0,5 oder größer ist.

Beispiele 1 - 3

Unter Verwendung des oben mit Hilfe der beigefügten Zeichnung beschriebenen Verfahrens wurden 3 Chargen (jede Charge sind 362,9 kg (800 lbs.) von rohem Dipehnylcarbonat) zuerst gewaschen und anschließend wurde das gewaschene Produkt destilliert. In Beispiel 1 wurde einmal gewaschen, in Beispiel 2 wurde zweimal gewaschen und in Beispiel 3 wurde dreimal gewaschen. Das folgende Vorgehen und die folgenden Bedingungen wurden verwendet.

Wasserwäsche

1. Einfüllen von 454,6 1(100 Gallonen) von 80ºC heißem Wasser (abgekühlter Dampf) in das Waschgefäß (10).
2. Zugabe von 362,9 kg (800 lbs.) rohem DPC in das Waschgefäß (10). Durch Einstellung der Manteltemperatur des Gefäßes (10) wurde die Temperatur der DPC/Wassermischung auf 80ºC gehalten.
3. Beginn der Stickstoffreinigung und Rühren des Gefäßinhalts (10).
4. Nachdem die Temperatur 80ºC erreicht hat wurde für 20 Minuten geruhrt. Ausschalten des Rührers Die Mischung wurde für 10 Minuten stehen gelassen. Die Wasserfaser wurde über ein Tauchrohr mit Stickstoffdruck aus dem Gefäß (10) entfernt.
5. Verfahren mit zusätzlichen Waschgängen, wie in den Beispielen 2 und 3, wurden durchgeführt, indem 100 Gallonen frisches 80ºC heißes Wasser in das Waschgefäß (10) zugegeben wurden und die Schritte 3 - 4 ein- oder zweimal zusätzlich wiederholt wurden.
6. Überführung des geschmolzenen DPC zur Destille (18), indem das Waschgefäß (10) mit Stickstoff unter Druck gesetzt wurde und das Produktventil (24) des Waschgefäßes (10) geöffnet wurde. Beobachten des Sichtglases wegen der Zwischenschicht (rag layer).
7. Wenn die Zwischenschicht (rag layer, dunkle Schicht) in dem Sichtfenster beobachtet werden kann, wird das Produktventil geschlossen und das Ablaufventil (24) geöffnet. Ablassen der Zwischenschicht (rag layer). Vermeiden Sie, daß die Zwischenschicht (rag layer) in die Destille (18) gelangt.
Die Waschwirkung wurde durch Variation der Anzahl der Wasserwäschen von 1-3 untersucht. Die Wiederverwendung des Wassers wurde auch erforscht, in dem das zweite Waschwasser einer Charge als das erste Waschwasser für die nächste Charge verwendet wurde (aber nicht in Beispielen 1 bis 3, oben). Im allgemeinen wurden die Chloridmengen des Rohprodukts (6,6 - 7 ppm) sowohl durch 1 - 3 Waschgänge als auch bei Wiederverwendung des Wassers auf 1 ppm titrierbares Chlorid reduziert. Die Chloridmengen des Wassers waren nach dem ersten Waschgang am höchsten und wurden mit jedem nachfolgenden Waschgang reduziert. Eisen war mit 5,3 - 7,1 ppm im Ausgangsstoff vorhanden und wurde mit jedem nachfolgenden Waschgang sowohl im DPC als auch im Wasser reduziert. Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1 Wirkung des Waschens mit Wasser
Durch Wiederverwendung des Waschwassers wird Eisen und Chlorid im Waschwasser akkumuliert. Die Farbe des Polymeren, das aus DPC hergestellt wurde, das ein bis dreimal mit frischem Wasser gewaschen wurde, war mit jedem Waschgang besser. Wenn das Waschwasser wiederverwendet wurde, verschlechterte sich die Farbe des Polymeren weil die Akkumulation von Eisen und Chlorid größer wurde.

Destillation

1. Erhöhen der Temperatur des Destillationstopfes (18) bevor das Vakuum erzeugt wird. (Manteltemperatur sollte ca. 200ºC betragen).
3. Aufnahme des Dampfes in die Vorlage für leichte Stoffe. Dies ist der erste Trennschnitt (Leicht- oder Phenoltrennschnitt). Dieser Trennschnitt wird genommen, solange die Überkopfdampftemperatur geringer als 180ºC ist.
4. Wenn die Überkopfdampftemperatur 180ºC erreicht, wird der zweite Trennschnitt (Zwischentrennschnitt) genommen. Die Temperatur des Destillationstopfes (18) wird auf 210ºC erhöht. Dieser Trennschnitt wird bei gutem Fluß eine Stunde lang genommen.
5. Nach dem Zwischentrennschnitt wird die Temperatur der Destille (18) auf 220ºC erhöht. Der DPC oder dritte Trennschnitt wird in die gerührte Destilliervorlage 34 geleitet. Der DPC- oder dritte Trennschnitt wird genommen bis die Überkopfdampftemperatur unter 180ºC fällt oder über 190ºC steigt.
6. Nachdem das gesamte DPC gesammelt wurde, wird das Vakuum abgebrochen, der dritte oder DPC-Trennschnitt gekühlt und geflockt.
7. Nachdem der DPC Trennschnitt (dritter Trennschnitt) gesammelt wurde, wird der zweite Trennschnitt aus der Destilliervorlage (32) (Zwischentrennschnitt) genommen, gekühlt und geflockt. Dieser Trennschnitt wird aufbewahrt, um ihn zusammen mit neuem, rohem DPC in einer zukünftigen Charge einzusetzen.
Die folgenden Temperaturen sind für die Destillationsanlage, die in der Zeichnung dargestellt ist, vorteilhaft:
Temperatur der Destillationsvorlage (28, 32, 34) ca. 90ºC
Temperatur des Dampfkühlers (30) ca. 90ºC
Temperatur der Leitungen zur Zerkleinerungsanlage (fiaker) (38) ca. 100ºC.
Die folgende Tabelle 2 zeigt die Destillationstrennschnitte oder Fraktionen, die genommen wurden und die Zusammensetzung jedes Trennschnitts. Tabelle 2
Der Zweck des zweiten Trennschnitts ist es sicherzustellen, daß sobald der Produkttrennschnitt genommen wird, dessen DPC-Fluß gut gereinigt ist. Die Menge, die für den zweiten Trennschnitt genommen wird, ist teilweise von der Zeit abhängig (ca. 1 Stunde).
Aus obiger Tabelle 2 kann ersehen werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Diarylcarbonaten ein Diphenylcarbonat hervorbringen kann, das durchweg eine hohe Qualität zeigt, wobei angenommen wird, daß die typische Rohstoffqualität aus kommerziellen Herstellungsverfahren als Ausgangsmaterial genügt.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von Diarylcarbonaten, welches umfaßt:

Waschen einer Schmelze des Diarylcarbonats mit Wasser und

Destillierung des gewaschenen Diarylcarbonats.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schmelze dreimal gewaschen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Destillation unter Vakuumbedingungen erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Diarylcarbonat Diphenylcarbonat ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Temperatur des Waschwassers im Bereich von 75ºC bis 95ºC liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Destillation eine fraktionierte Destillation ist und der erste Trennschnitt Phenol entfernt, ein zweiter Trennschnitt entfernt Diarylcarbonat mit Verunreinigungen und ein dritter Trennschnitt entnimmt das Diarylcarbonat-Produkt von hoher Reinheit.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Reinigung von Diphenylcarbonat, das mit Verbindungen verunreinigt ist , die auf Farbe und/oder Reaktivität des Carbonats bei Polymerisationen einwirken, welches umfaßt:

vielmaliges Waschen einer geschmolzenen Form des Diphenylcarbonats mit Wasser bei einer Temperatur, um die geschmolzene Form zu erhalten; und

fraktionierte Destillierung des gewaschenen Diphenylcarbonats, um damit von dem gewaschenen Diphenylcarbonat

(a) einen ersten Phenol-Trennschnitt;

(b) einen zweiten, teilweise gereinigten Diphenylcarbonat-Trennschnitt; und

(c) einen dritten gereinigten Diphenylcarbonat- Trennschnitt

zu trennen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Temperatur des Waschwassers im Bereich von 75ºC bis 95ºC liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, worin 2 bis 4 Waschungen erfolgen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin 3 Waschungen erfolgen.

11. Verfahren nach Anspruch 7, worin der erste Phenol- Trennschnitt bei einer über Kopf Dampf temperatur von weniger als 180ºC vorgenommen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin der zweite, teiweise gereinigte Diphenylcarbonat-Trennschnitt bei einer über Kopf Dampftemperatur innerhalb des Bereichs von 180ºC bis 190ºC für die Dauer von etwa 1 Stunde vorgenommen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, worin der dritte Trennschnitt bei einer über Kopf Dampftemperatur innerhalb des Bereichs von 180ºC bis 190ºC vorgenommen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, worin der zweite teilweise gereinigte Diphenylcarbonat-Trennschnitt zu rohem Diphenylcarbonat hinzugegeben und die resultierende Mischung der Reinigung durch das Verfahren nach Anspruch 7 unterworfen wird.