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JPH07233137A - 脂肪族ポリイソシアナートの製造方法 - Google Patents

脂肪族ポリイソシアナートの製造方法

Info

Publication number
JPH07233137A
JPH07233137A JP31319594A JP31319594A JPH07233137A JP H07233137 A JPH07233137 A JP H07233137A JP 31319594 A JP31319594 A JP 31319594A JP 31319594 A JP31319594 A JP 31319594A JP H07233137 A JPH07233137 A JP H07233137A
Authority
JP
Japan
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hydrochloride
solvent
aliphatic
phosgene
hydrochloric acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31319594A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuki Okazaki
光樹 岡崎
Yoshinobu Kanemura
芳信 金村
Teruyuki Nagata
輝幸 永田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Toatsu Chemicals Inc filed Critical Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority to JP31319594A priority Critical patent/JPH07233137A/ja
Publication of JPH07233137A publication Critical patent/JPH07233137A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 脂肪族ポリアミンと塩酸ガスを、エステル溶
媒中に同時に装入して、脂肪族ポリアミン塩酸塩を製造
した後、ホスゲンと反応させる脂肪族ポリイソシアナー
トの製造方法。 【効果】 高収率で、未反応の濾塊も少なく、目的とす
る脂肪族ポリイソシアナートを容易に、極めて安定的に
製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、脂肪族ポリイソシアナ
ートの製造方法に関する。本発明によって製造される脂
肪族ポリイソシアナートは化学工業、樹脂工業、塗料工
業、等の分野において、ポリウレタン系材料、ポリ尿素
系材料、ポリイソシアヌレート系材料として極めて有用
である。
【0002】
【従来の技術】有機イソシアナート化合物を製造する方
法は、既に各種の方法が提案されている。
【0003】例えば、ホルムアミド化合物またはアミン
化合物からウレタン化合物を製造し、次いでそれを熱分
解する方法(特開平3−200756)、クロルメチル
基にシアン酸アルカリを反応させる方法(特開昭50−
64245)、ホルムアミド化合物を高温で酸化させる
方法(特開昭54−39018)、ニトロ化合物に一酸
化炭素を反応させる方法(Issled Obl Kh
im Vysokomol Soedine Neft
ekhim 1997,15〜16)、有機ハロゲン化
合物にニトロシアナミド銀をを反応させる方法(JCS
ParkinTrans I 1988,2137〜
2140)などが提案されているが、有機アミンをホス
ゲンと反応させるホスゲン法が代表的である。
【0004】ホスゲン法は、原料アミンとホスゲンを直
接反応させる直接法と、原料アミンを一旦塩酸塩にした
後ホスゲンと反応させる塩酸塩法に大別される。
【0005】直接法は、塩酸塩法よりもはるかに簡便な
方法であるが、生成したカルバモイルクロリドまたはイ
ソシアナートと原料アミンが反応してウレアを副生す
る。芳香族イソシアナートの場合、一般的に、この直接
法でも、副生したウレアがさらにホスゲンと反応してイ
ソシアナートを生成する(Ann.562,75(19
49)、Ber.17,1284(1884))為、比
較的容易に高収率で製品が得られ問題とならない。
【0006】ところが脂肪族ポリイソシアナートの場
合、副生したウレアはホスゲンと反応する事によって、
塩素誘導体を副生する事が知られており(Brit.1
086782)、通常で3〜10%、時には20%近く
も副生する事があり、収率低下をきたすとともに、使用
したウレタン樹脂の物性に悪影響を及ぼす為、直接法は
通常使用されない。従って脂肪族ポリイソシアナートの
場合には、ホスゲン化によって副生するウレアを抑制す
る為に、原料アミンを有機溶媒中であらかじめ塩酸塩と
した後、ホスゲンと反応させてイソシアナートを製造す
る塩酸塩法が広く用いられている。
【0007】本発明者らは、この塩素誘導体の生成を抑
制する方法として、反応溶媒にエステル溶媒を用いる方
法を提案した(特開平3−7253号公報、特開平3−
204851号公報)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、塩素誘導体を抑制する方法としては非常に優れて
いるものの、原料脂肪族ポリアミンを溶解したアミン溶
液に塩酸ガスを装入する塩酸塩法である為、塩酸ガスが
均一に分散されずに、また塩酸塩同士の凝集等によっ
て、粒径の粗い塩酸塩が多く生成し易く、大部分が微粒
子となる塩酸塩は安定的には得られず、改良の余地があ
った。
【0009】この粗粒径の脂肪族ポリアミン塩酸塩は、
粉砕が容易ではなく、沸騰あるいは激しく攪拌する程度
ではほとんど粉砕できない。また、ホスゲンとの接触表
面積も小さくなることから、反応速度が著しく低下し、
そのまま未反応として残るため、収率が低下する事があ
り、ホスゲン化反応終了後の濾塊が多いという問題点を
有していた。収率の低下はまず問題であるが、未反応の
濾塊が多い事も、実際に実装置で生産を開始した場合か
なり問題となる。具体的には、未反応の濾塊を除く濾過
工程の時間がかなり延びたり、煩雑な濾塊の抜きだし作
業が増えたりして生産性が悪化する。これによって、脂
肪族ポリイソシアナートの生産量も低下し、コストも上
昇する。この問題点を回避する為に、長時間ホスゲン化
反応を続行しても、ほとんど未反応塩は減少せず、むし
ろ生成していた脂肪族ポリイソシアナート自身のタール
化が進み、更に収率の低下を招く。本発明は、先願(特
開平3−7253号公報、特開平3−204851号公
報)の改良発明を目的とするもので、微粒化された脂肪
族ポリアミン塩酸塩の製造方法、及びその塩酸塩にホス
ゲンを反応させる脂肪族ポリイソシアナートの製造方法
である。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点を改良すべく、エステル溶媒を用いた塩酸塩法によ
る脂肪族ポリイソシアナートの製造法につき鋭意検討し
た結果、500μm以下の塩酸塩を80%以上有する微
粒径の脂肪族ポリアミン塩酸塩をホスゲンと反応すれ
ば、未反応の濾塊も少なく、高収率で、目的とする脂肪
族ポリイソシアナートを容易に、極めて安定的に製造で
きる事を見い出した。また、脂肪族ポリアミン塩酸塩を
このように微粒径にする方法は、脂肪族ポリアミンと塩
酸ガスを0.2〜1.5(アミノ基/塩酸ガス)の官能
基モル比で、それぞれ同時に連続的にエステル溶媒に装
入して塩酸塩化する方法が、極めて効果的である事と、
更には、装入する脂肪族ポリアミンをエステル溶媒に混
合させれば、それ以上に効果的である事を見出し、本発
明に到達した。
【0011】即ち、本発明は脂肪族ポリアミンと塩酸ガ
スを、エステル溶媒中に同時に装入して、脂肪族ポリア
ミン塩酸塩を製造した後、ホスゲンと反応させることを
特徴とする、脂肪族ポリイソシアナートの製造方法であ
る。
【0012】本発明で脂肪族ポリイソシアナートとは、
芳香環にイソシアナート基が直結していない2官能以上
の有機イソアナートを表し、以下の化合物が挙げられ
る。例えば、ペンタメチレンジイソシアナート、ヘキサ
メチレンジイソシアナート、2,2,4−トリメチルヘ
キサメチレンジイソシアナート、2,4,4−トリメチ
ルヘキサメチレンジイソシアナート、オクタメチレンジ
イソシアナート、ノナメチレンジイソシアナート等の直
鎖状脂肪族ポリイソシアナート、m−キシリレンジイソ
シアナート、p−キシリレンジイソシアナート、o−キ
シリレンジイソシアナート、又はそれらが任意に混合さ
れたキシリレンジイソシアナート、1,3−ビス(イソ
シアナトメチル)シクロヘキサン、イソホロンジイソシ
アナート、ビス(4−イソシアナトシクロヘキシル)メ
タン、2,2−ビス(4−イソシアナトシクロヘキシ
ル)プロパン、ビス(イソシアナトメチル)ノルボルネ
ン等の環状脂肪族ポリイソシアナート等である。脂肪族
ポリアミンとしては、以下の化合物が挙げられる。例え
ば、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミ
ン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、
2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、オク
タメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン等の直鎖状
脂肪族ポリアミン、m−キシリレンジアミン、p−キシ
リレンジアミン、o−キシリレンジアミン、又はそれら
が任意に混合されたキシリレンジアミン、1,3−ビス
(アミノメチル)シクロヘキサン、イソホロンジアミ
ン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、2,2
−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス
(アミノメチル)ノルボルネン等の環状脂肪族ポリアミ
ン等である。
【0013】反応溶媒は、副生物である塩素誘導体を抑
制する意味から、エステル系溶媒を用いる。中でも脂肪
酸エステル類、芳香族カルボン酸エステル類が好適であ
る。
【0014】脂肪酸エステル類としては、例えば、ギ酸
アミル、酢酸−n−アミル、酢酸イソアミル、酢酸メチ
ルイソアミル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢
酸−2−エチルブチル、酢酸メトキシブチル、酢酸エト
キシエチル、酢酸メトキシエチル、酢酸エチル、酢酸第
2ヘキシル、酢酸−2−エチルヘキシル、酢酸シクロヘ
キシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ベンジル、酢
酸フェニル、酢酸メチルカルビトール、エチレングリコ
ールジアセテート、プロピオン酸エチル、プロピオン酸
−n−ブチル、プロピオン酸イソアミル、酪酸エチル、
酪酸ブチル、酪酸イソアミル、ステアリン酸ブチル、乳
酸ブチル、乳酸アミル等が挙げられる。芳香族カルボン
酸エステル類としては、例えば、フタル酸ジメチル、安
息香酸メチル、安息香酸エチル等が挙げられる。更に好
ましくは、沸点が120〜180℃のエステル類であ
り、これらを使用すれば、過加熱による脂肪族ポリイソ
シアナート自身のタール化が抑制でき、蒸留による脂肪
族ポリイソシアナートとの分離も容易である。用いる溶
媒の種類については、それぞれの単独でも2種類以上混
合しても良いが、回収の面からは単独使用が好ましい。
【0015】本発明の方法では、脂肪族ポリアミン塩酸
塩化反応時の脂肪族ポリアミンと溶媒の混合比は、攪拌
状態、温度等の条件によって異なるが、一般的には溶媒
に対する脂肪族ポリアミンの重量%で3〜25%、更に
は5〜20%が好ましい。25%を超えると分散効果の
低下により造塩粒子径は大きくなる傾向があり、3%未
満では容積効率が悪化し、工業的に有利とはならない。
【0016】脂肪族ポリアミン塩酸塩化反応時の脂肪族
ポリアミンと塩酸ガスの装入速度比は、官能基モル比
(アミノ基/塩酸ガス)で0.2〜1.5、更には0.
5〜1.2(アミノ基/塩酸ガス)が好ましい。1.5
を超えると、造塩粒子径は大きくなる傾向があり、0.
2未満では塩酸ガスの使用量が多くなり、工業的に有利
とはならない。
【0017】反応温度は、塩酸塩化反応では、10〜3
0℃以下が好ましい。10℃以下では、冷凍機が必要
で、設備費増となり、30℃以上では、理由は不明だ
が、造塩粒子径が大きくなる傾向があり好ましくない。
ホスゲン化の反応は、120〜180℃、さらには13
0〜160℃が好ましい。120℃以下では反応しなく
もないが、反応速度が遅く実用的ではなく、180℃以
上では脂肪族ポリイソシアナート自身の熱安定性が無
く、タール分の増加により収率低下をきたす。
【0018】本発明は、減圧下、大気圧下、もしくは、
更に反応速度を増やすために、大気圧以上の加圧下で反
応を行う事も出来る。
【0019】本発明の好ましい形態は次のようになる。
還流冷却器、温度計、ホスゲン吹き込み管、塩酸吹き込
み管、原料滴下器、溶媒滴下器、及び攪拌翼を備えた反
応機中に、溶媒を、原料滴下器に脂肪族ポリアミンを、
溶媒滴下器にも同一の溶媒を仕込む。次に塩酸吹き込み
管から塩酸ガスを吹き込みながら、脂肪族ポリアミンと
溶媒を同時にうちあわせながら連続的に装入して塩酸塩
化を行う。次に、この造塩マスを所定の温度まで昇温し
て、ホスゲン吹き込み管からホスゲンを吹き込み反応を
行う。反応終了後、窒素により未反応ホスゲン及び塩酸
をパージし、脱溶媒をした後蒸留精製して、目的の脂肪
族ポリイソシアナートを得る。
【0020】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例により具体
的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるも
のではない。 実施例1 還流冷却器、温度計、ホスゲン吹き込み管、塩酸吹き込
み管、原料滴下器、溶媒滴下器、及び攪拌翼を備えた内
容積2l反応フラスコに溶媒酢酸アミル1000gと、
原料滴下器にビス(アミノメチル)ノルボルネン(以下
NBDAと略す)150.0g(0.961モル)を、
溶媒滴下器に残りの溶媒酢酸アミル350gを仕込んだ
(NBDA濃度=11.1重量%(対溶媒))。次に攪
拌下冷却しながら、塩酸ガスは塩酸吹き込み管から3
5.4g/Hの速度で、滴下器のNBDAと溶媒酢酸ア
ミルは同時に1:2.3の一定の重量比でうちあわせな
がら250.0g/Hの速度で、塩酸ガス装入と同時に
滴下を開始して2時間かけて終了した。更に塩酸ガスを
そのまま装入しながら0.5時間熟成を行った。また、
これら一連の造塩反応は、内温は20〜30℃で行っ
た。ここで、NBDA塩酸塩の粒子径を日本鉱業(株)
プロセス用粒度分布計TSUBUTEC−100で測定
したところ、500μm以下の粒子が99.5%で、5
00μmを超える粒子はわずか0.5%であった。次
に、この造塩マスを135℃まで昇温した後、ホスゲン
吹き込み管からホスゲンを 100g/H(1.0モル
/H)の速度で吹き込み、内温を130〜140℃に保
ちながら、8時間反応を続けた。反応終了後、窒素によ
り未反応ホスゲン及び塩酸をパージし、未反応NBDA
塩酸塩1.3g(as dry)を濾別除去後、濾液を
脱溶媒をし、減圧蒸留(1〜2mmHg)して、塩素置
換体であるクロルメチルノルボニルメチルイソシアナー
トを0.1重量%含有するビス(イソシアナトメチル)
ノルボルネン(以下NBDiと略す)184.6g(純
度換算収率=93.0%)を得た。結果を表1に示す。
【0021】実施例2 NBDAの仕込み量を、実施例1の2倍の300.0g
(1.92モル)にして、実施例1と同様に試験を行っ
た。NBDA塩酸塩は、500μm以下の粒子が98.
3%で、500μmを超える粒子は1.7%であった。
濾塊は、3.2g(as dry)で、塩素置換体0.
1重量%含有するNBDi365.5g(純度換算収率
=92.1%)を得た。結果を表1に示す。
【0022】実施例3 NBDAの仕込み量を、実施例1の半分の75.0g
(0.480モル)にして、実施例1と同様に試験を行
った。NBDA塩酸塩は、500μm以下の粒子が9
9.9%で、500μmを超える粒子は僅か0.1%で
あった。濾塊は、0.2g(as dry)で、塩素置
換体0.1重量%含有するNBDi94.0g(純度換
算収率=94.9%)を得た。結果を表1に示す。
【0023】実施例4 溶媒酢酸アミル1350gを全量反応フラスコの仕込
み、NBDAを直接滴下した以外は、実施例1と同様に
試験を行った。NBDA塩酸塩は、500μm以下の粒
子が82.0%で、500μmを超える粒子は18.0
%であった。濾塊は2.9g(as dry)で、塩素
置換体を0.1重量%含有するNBDi183.2g
(純度換算収率=92.3%)を得た。結果を表1に示
す。
【0024】比較例1 溶媒酢酸アミル1350gとNBDA150.0(0.
961モル)を最初から反応フラスコに仕込んだ以外
は、実施例1と同様に試験を行った。NBDA塩酸塩
は、500μm以下の粒子が31.2%であった。濾塊
は85.8g(as dry)もあり、塩素置換体を
0.1重量%含有するNBDiは、僅か117.7g
(純度換算収率=59.3%)であった。結果を表1に
示す。
【0025】比較例2 原料NBDAと溶媒を同時滴下する0.5時間前から塩
酸ガスの装入を行った以外は実施例1と同様に実施し
た。NBDA塩酸塩は500μm以下の粒子が71.2
%であった。濾塊は18.3g(as dry)で、塩
素置換体を0.1重量%含有するNBDiは、僅か16
7.3g(純度換算収率=84.6%)を得た。
【0026】
【表1】
【0027】比較例3 比較例1のホスゲン化反応時間を8時間から20時間に
のばした試験を行った。NBDA塩酸塩は、500μm
以下の粒子が33.4%であった。濾塊は70.0g
(as dry)もあり、塩素置換体を0.1重量%含
有するNBDiは、僅か132.9g(純度換算収率=
67.0%)しか得られなかった。ホスゲン化時間を延
長しても、濾塊量は大幅には改善されず、収率もわずか
に上昇しただけであった。
【0028】実施例5 実施例1と同様にm−キシリレンジアミン(以下m−X
DAと略す)136.2g(1.0モル)と、溶媒滴下
器に溶媒酢酸アミル400g、反応フラスコに残りの溶
媒酢酸アミル800gを仕込み(m−XDA濃度=1
1.4重量%(対溶媒))、実施例1と同様な試験を行
った。m−XDA塩酸塩は500μm以下の粒子が9
9.6%であった。未反応m−XDA塩酸塩である濾塊
は1.5g(as dry)で、m−クロルメチルベン
ジルイソシアナート(以下m−CBiと略す)を0.4
重量%含有するm−キシリレンジイソシアナート(以下
m−XDiと略す)176.5g(純度換算収率=9
3.0%)を得た。結果を表2にしめす。
【0029】実施例6 実施例5と同様に、反応フラスコに溶媒酢酸アミル50
0gと、滴下器にm−XDA136.2g(1.0モ
ル)と残りの溶媒170gを仕込み(m−XDA濃度=
20.3重量%(対溶媒))、実施例5と同様な試験を
行った。m−XDA塩酸塩は、500μm以下の粒子が
98.4%であった。未反応m−XDA塩酸塩である濾
塊は1.6g(as dry)で、m−CBiを0.8
重量%含有するm−XDi174.5g(純度換算収率
=92.1%)を得た。結果を表2にしめす。
【0030】実施例7 実施例5と同様に、3l反応フラスコに溶媒酢酸アミル
700gと、滴下器にm−XDA136.2g(1.0
モル)と、溶媒酢酸アミル1300gを仕込み(m−X
DA濃度=6.8重量%(対溶媒))、実施例5と同様
な試験を行った。m−XDA塩酸塩は、500μm以下
の粒子が99.8%であった。未反応m−XDA塩酸塩
である濾塊は0.3g(as dry)で、m−CBi
を0.4重量%含有するm−XDi179.2g(純度
換算収率=94.5%)を得た。結果を表2にもしめ
す。
【0031】実施例8 溶媒酢酸アミル1200gを全量反応フラスコの仕込
み、m−XDAを直接滴下した以外は、実施例7と同様
に試験を行った。m−XDA塩酸塩は、500μm以下
の粒子が83.0%であった。未反応m−XDA塩酸塩
である濾塊は2.8g(as dry)で、m−CBi
を0.4重量%含有するm−XDi174.8g(純度
換算収率=92.3%)を得た。結果を表2にしめす。
【0032】比較例4 溶媒酢酸アミル1200gとm−XDA136.2
(1.00モル)を最初から反応フラスコに仕込んだ以
外は、実施例5と同様に試験を行った。m−XDA塩酸
塩は、500μm以下の粒子が75.7%であった。m
−CBiを0.4重量%含有するm−XDi173.3
g(純度換算収率=91.7%)が得られたが、未反応
m−XDA塩酸塩は11.5g(as dry)と多か
った。結果を表2に示す。
【0033】
【表2】
【0034】比較例5 比較例4の反応時間を8時間から12時間にのばして試
験を行った。m−XDA塩酸塩は、500μm以下の粒
子が69.8%であった。未反応m−XDA塩酸塩であ
る濾塊は9.6g(as dry)と多く、m−CBi
0.5重量%含有するm−XDi167.2g(純度換
算収率=88.2%)が得られた。ホスゲン化時間を延
長しても、濾塊量は大幅には改善されず、収率もわずか
に低下した。
【0035】比較例6 m−XDAを11.4重量%から実施例8と同じ20.
3重量%に変更して、比較例4と同様な試験を行った。
結果、m−XDA塩酸塩の平均粒子径は、500μm以
下の粒子が48.7%しかなく、未反応m−XDA塩酸
塩である濾塊は16.9g(as dry)と非常に多
かった。また得られたm−XDi量は、CBiを0.4
重量%含有する168.5g(純度換算収率=88.9
%)であった。
【0036】実施例9〜12 溶媒を変更した以外は実施例5と同様に行った。結果を
表3に示す。
【0037】
【表3】
【0038】実施例13〜14、比較例7〜8 脂肪族アミンをヘキサメチレンジアミン(HDAと略す
る)、ビスアミノシクメヘキシルメタン(HMDAと略
する)に変更した以外は、実施例1及び比較例1と同様
に行った。結果を表4に示す。
【0039】
【表4】
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、高収率で、未反応の濾
塊も少なく、目的とする脂肪族ポリイソシアナートを容
易に、極めて安定的に製造できる為、工業的製造方法と
して非常に価値が高い。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 脂肪族ポリアミンと塩酸ガスを、エステ
    ル溶媒中に同時に装入して、脂肪族ポリアミン塩酸塩を
    製造した後、ホスゲンと反応させることを特徴とする、
    脂肪族ポリイソシアナートの製造方法。
  2. 【請求項2】 脂肪族ポリアミンがビス(アミノメチ
    ル)ノルボルネン、キシリレンジアミン、ビス(アミノ
    シクロヘキシル)メタン及びヘキサメチレンジアミンか
    ら選ばれる請求項1記載の製造方法。
JP31319594A 1993-12-27 1994-12-16 脂肪族ポリイソシアナートの製造方法 Pending JPH07233137A (ja)

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JP33198093 1993-12-27
JP5-331980 1993-12-27
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