KR100561570B1

KR100561570B1 - 폴리에테르폴리올을 제조하기 위한 개선된 복 시안화금속촉매

Info

Publication number: KR100561570B1
Application number: KR1020007009947A
Authority: KR
Inventors: 줴르그 호프만; 피터 오옴스; 프라모드 굽타; 발터 쉐퍼
Original assignee: 바이엘 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2006-03-16
Also published as: ES2198130T3; HK1036024A1; US6291388B1; CN1137780C; HUP0105448A3; BR9908594A; EP1071509A1; KR20010041718A; WO1999046042A1; DE19810269A1; PT1071509E; HUP0105448A2; DK1071509T3; ID25618A; CA2322823A1; EP1071509B1; DE59905468D1; JP2002506088A; AU2929199A; CA2322823C

Abstract

본 발명은 알킬렌 산화물을 수소 원자를 함유하는 개시제 화합물상에 중첨가함으로써 폴리에테르 폴리올을 제조하기 위한 신규의 개선된 복 시안화금속(DMC) 촉매에 관한 것이며, 상기 촉매는 복 시안화금속 화합물, 유기 배위 리간드 및 수평균 분자량이 500을 초과하는 에틸렌 산화물 폴리에테르 5 내지 80 중량%(이 값은 촉매량을 기준으로 한 것임)를 함유한다.

신규의 개선된 촉매는 폴리에테르 폴리올의 제조에 있어 상당히 증가된 반응성을 나타낸다.

복 시안화 금속, 폴리에테르 폴리올의 제조 방법, 촉매

Description

폴리에테르폴리올을 제조하기 위한 개선된 복 시안화금속 촉매{Improved Double Metal Cyanide Catalysts For Producing Polyether Polyols}

본 발명은 알킬렌 산화물(alkylene oxide)을 활성 수소 원자 함유 개시제(starter) 화합물에 중첨가(polyaddition)함으로써 폴리에테르폴리올을 제조하기 위한 신규의 개선된 복 시안화금속(DMC) 촉매에 관한 것이다.

알킬렌 산화물을 활성 수소 원자 함유 개시제 화합물에 중첨가하는데 사용하기 위한 복 시안화금속(DMC) 촉매는 공지되어 있다(예를 들어, 미국 특허 제3, 404, 109호, 제3, 829, 505호, 제3, 941, 849호 및 제5 158 922호 참조). 이들 DMC 촉매를 사용하여 폴리에테르폴리올을 제조하는 경우에 알칼리 금속 수산화물과 같은 알칼리 금속 촉매를 사용하여 폴리에테르폴리올을 제조하는 통상적인 방법에 비해, 말단 이중 결합을 갖는 단일작용 폴리에테르, 즉 모노올의 비율을 감소시킨다는 특별한 효과를 갖는다. 이와 같은 방법으로 얻어진 폴리에테르폴리올을 가공처리하여 고품질의 폴리우레탄{예를 들면, 탄성체, 발포체, 코팅재(coatings)}를 제조할 수 있다. DMC 촉매는 통상적으로 저분자량의 유기 배위 리간드(예를 들면, 에테르)의 존재하에서 금속 염 수용액을 금속 시아나이드 염 수용액과 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 촉매를 제조하는 전형적인 방법은 예를 들어, 과량의 염화아연과 칼륨 헥사시아노코발테이트 수용액을 혼합하고, 이어서 디메톡시에탄(글림) 을 형성된 현탁액에 첨가하는 것이다. 여과하고, 촉매를 글림 수용액으로 세척한 후, 하기 화학식의 활성 촉매를 제조한다(유럽 특허 제700, 949호 참조).

Zn₃[Co(CN)₆]₂ ㆍ xZnCl₂ ㆍ yH₂O ㆍ z 글림

미국 특허 제5, 482, 908호, 미국 특허 제5 536 883호 및 유럽 특허 제700, 949호는 복 시안화금속 화합물 및 유기 배위 리간드외에 수평균 분자량이 500보다 큰 폴리에테르를 함유하는 개선된 DMC 촉매를 개시하고 있다. 이와 같이 개선된 DMC 촉매는 매우 높은 활성을 가지며, 극소량의 촉매(25 ppm: 유럽 특허 제700, 949호의 실시예 8 참조)만을 첨가함으로써 폴리에테르폴리올을 제조하는 것을 가능하게 한다. 미국 특허 제5, 482, 908호, 미국 특허 제5, 536, 883호 및 유럽 특허 제700, 949호에 기재된 높은 활성을 갖는 DMC 촉매 제제(formulations)는 바람직하게는, 2 내지 8개의 히드록시-작용기를 갖는 폴리에테르폴리올을 폴리에테르로서 함유한다. 개선된 DMC 촉매에 사용하기 적합한 폴리에테르폴리올은 폴리(옥시프로필렌)폴리올, EO-종결(terminated) 폴리(옥시프로필렌)폴리올, 혼합된 EO/PO-폴리올, 부틸렌 산화물 중합체, 에틸렌 산화물 및(또는) 프로필렌 산화물과 부틸렌 산화물의 공중합체 및 폴리(테트라메틸렌-에테르)글리콜이다. 폴리(옥시프로필렌)-폴리올이 특히 바람직하다(유럽 특허 제700, 949호의 4쪽 8 내지 12줄, 미국 특허 제5, 482, 908호의 4칼럼 26 내지 34줄 및 미국 특허 제5, 536, 883호의 4칼럼 32 내지 40줄 참조). 한편, 폴리에틸렌글리콜, 즉 순수한 에틸렌 산화물 폴리에테르폴리올은 높은 활성을 갖는 개선된 DMC 촉매를 제조하는데 부적합한 것으로 일반적으로 언급된다(유럽 특허 제700, 949호의 4쪽 10 내지 11줄, 미국 특허 제5, 482, 908호의 4칼럼 31 내지 32줄 및 미국 특허 제5, 536, 883호의 4칼럼 37 내지 38줄 참조).

미국 특허 제 5, 627, 120호 및 국제 특허 공개 공보 WO 97/40086호는 복 시안화금속 화합물 및 유기 배위 리간드에 더해, 수평균 분자량이 500 미만인 폴리에테르를 함유한 높은 활성을 갖는 DMC 촉매를 추가로 개시하고 있다. 흥미롭게도, 500 미만의 수평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜도 또한 미국 특허 제5 627 120호 및 국제 특허 공개 공보 WO 97/40086에 기술된 DMC 촉매를 제조하는데 특히 바람직하다(미국 특허 제5 627 120호의 3 칼럼 57 내지 60줄 및 국제 특허 공개 공보 WO 97/40086호의 7쪽 8 내지 10줄 참조).

본 발명의 목적은 알킬렌 산화물을 적합한 개시제 화합물에 중첨가하는데 사용하기 위한 개선된 DMC 촉매를 제공하는 것이며, 이 촉매는 확실히 지금까지 공지된 촉매 형태와 비교할 때 촉매 활성을 증가시켰다. 따라서 이론적으로 이 촉매는 그의 증가된 활성으로 인하여 만약 다른 촉매를 사용한 경우 요구되었을 수 있는 고비용의 촉매 분리 공정이 더 이상 필요하지 않으며, 생성물을 폴리우레탄 용도에 직접 사용할 수 있을 정도로 낮은 농도(15 ppm 이하)로 사용할 수 있다.

본 발명의 발명자들은 복 시안화금속 화합물, 유기 배위 리간드 및 500보다 큰 수평균 분자량을 갖는 에틸렌 산화물 폴리에테르 5 내지 80 중량%(이 값은 촉매의 양을 기준으로 계산된 것임)을 함유하는 DMC 촉매가 알킬렌 산화물을 활성 수소 원자 함유 개시제 화합물에 중첨가하는 반응에 대해 대단히 증가된 활성을 가지며, 그 결과 매우 낮은 촉매 농도(15 ppm 이하)에서 폴리에테르폴리올을 제조할 수 있 다는 사실을 밝혀냈다.

따라서, 본 발명은 a) 복 시안화금속 화합물 및 b) 유기 배위 리간드를 포함하고, 수평균 분자량이 500 보다 큰 에틸렌 산화물 폴리에테르를 최종 촉매량을 기준으로 5 내지 80 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 신규의 개선된 복 시안화금속(DMC) 촉매를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 촉매는 또한 선택적으로 물 1 내지 10 중량% 및(또는) 복 시안화금속의 제조로부터 유래한 수용성 금속 염 5 내지 25 중량%를 더 함유할 수 있다.

본 발명에 따른 촉매를 제조하는데 적합한 복 시안화금속 화합물 a)는 수용성 금속 염과 수용성 시안화금속 염과의 반응 생성물이다.

수용성 금속 염은 바람직하게는 일반식 M(X)_n을 가지며, 상기식에서 M은 Zn(II), Fe(II), Ni(II), Mn(II), Co(II), Sn(II), Pb(II), Fe(III), Mo(IV), Mo(VI), Al(III), V(V), V(IV), Sr(II), W(IV), W(VI), Cu(II) 및 Cr(III)와 같은 금속으로부터 선택된다. 이 중 Zn(II), Fe(II), Co(II) 및 Ni(II)가 특히 바람직하다. X는 음이온이고, 바람직하게는 할로겐화물, 수산화물, 황산염, 탄산염, 시안산염, 티오시안산염, 이소시안산염, 이소티오시안산염, 카르복실산염, 옥살산염 및 질산염의 군으로부터 선택된다. n은 1, 2 또는 3 이다.

적합한 금속 염의 예로는 염화아연, 브롬화아연, 아연 아세테이트, 아연 아세틸아세토네이트, 아연 벤조에이트, 질산아연, 황산철(II), 브롬화철(II), 염화철(II), 염화코발트(II), 티오시안산코발트(II), 염화니켈(II) 및 질산니켈(II)이 있다. 서로 다른 금속 염의 혼합물을 또한 사용하는 것도 가능하다.

수용성 시안화금속 염은 바람직하게는 일반식 (Y)_aM'(CN)_b(A)_c을 가지며, 여기서 M'는 Fe(II), Fe(III), Co(II), Co(III), Cr(II), Cr(III), Mn(II), Mn(III), Ir(III), Ni(II), Rh(III), Ru(II), V(IV) 및 V(V)와 같은 금속으로부터 선택된다. M'는 이 중 Co(II), Co(III), Fe(II), Fe(III), Cr(III), Ir(III) 및 Ni(II)와 같은 금속들로부터 선택된 것이 특히 바람직하다. 수용성 시안화 금속 염은 이 금속들중 1종이상을 함유할 수 있다. Y는 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온이다. A는 할로겐화물, 수산화물, 황산염, 탄산염, 시안산염, 티오시안산염, 이소시안산염, 이소티오시안산염, 카르복실산염, 옥살산염 및 질산염의 군으로부터 선택된 음이온이다. a 및 b는 모두 1 이상의 양수이고, 여기서 a, b 및 c의 값은 시안화금속 염이 전하를 운반하지 않도록 선택하고, c는 0이 바람직하다. 적합한 수용성 시안화금속 염의 예로는 칼륨 헥사시아노코발테이트(III), 칼륨 헥사시아노페레이트(II), 칼륨 헥사시아노페레이트(III), 칼슘 헥사시아노코발테이트(III) 및 리튬 헥사시아노코발테이트(III)가 있다.

본 발명에 따른 촉매에 사용될 수 있는 적합한 복 시안화금속 화합물 a)는 아연 헥사시아노코발테이트(III), 아연 헥사시아노페레이트(II), 아연 헥사시아노페레이트(III), 니켈(II) 헥사시아노페레이트(II) 및 코발트(II) 헥사시아노코발테 이트(III)이다. 적합한 복 시안화금속 화합물의 추가적인 예들은 예를 들어 미국 특허 제 5 158 922호(8 칼럼, 29-66 줄)에 언급되어 있다. 이 중 아연 헥사시아노코발테이트(III)가 바람직하게 사용된다.

유기 배위 리간드는 예를 들자면, 촉매 활성을 증가시킬 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 DMC 촉매는 유기 배위 리간드 b)를 함유한다. 적합한 유기 배위 리간드는 일반적으로 공지되어 있으며, 상기 인용된 선행 기술(미국 특허 제 5 158 922호의 6칼럼 9-65행)에 상세히 기술되어 있다. 배위 리간드는 촉매 제조과정이나 촉매를 침전시킨 직후 가해진다. 배위 리간드는 일반적으로 과량으로 사용된다. 바람직한 배위 리간드는 복 시안화금속 화합물과 착체를 형성할 수 있는 이종 원자를 갖는 수용성 유기 화합물이다. 적합한 유기 배위 리간드에는 예를 들어 알코올, 알데히드, 케톤, 에테르, 에스테르, 아미드, 우레아, 니트릴, 황화물 및 이 화합물들의 혼합물이 있다. 바람직한 유기 배위 리간드에는 수용성 지방족 알코올, 예를 들어 에탄올, 이소프로판올, n-부탄올, 이소-부탄올, 2차-부탄올 및 3차-부탄올이 있다. 이 중 3차-부탄올이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 DMC 촉매는 복 시안화금속 화합물을 최종 촉매량을 기준으로 20 내지 90 중량%, 바람직하게는 25 내지 80 중량% 함유하고, 유기 배위 리간드를 상기와 같이 최종 촉매량을 기준으로 1 내지 30 중량%, 바람직하게는 2 내지 20 중량% 함유한다.

본 발명에 따른 DMC 촉매는 500 보다 큰 수평균 분자량을 갖는 에틸렌 산화물 폴리에테르를 최종 촉매량을 기준으로 5 내지 80 중량% 함유한다. 바람직하게 는 촉매는 에틸렌 산화물 폴리에테르를 10 내지 60 중량% 함유한다.

본 발명에 따른 촉매를 제조하기에 적합한 에틸렌 산화물 폴리에테르는 사슬내에 반복 단위로서 독특한 구조적 특징부인 옥시에틸렌기 -O-CH₂-CH₂-를 갖는 고분자량 물질이다. 이 화합물은 에틸렌 산화물(옥시란)을 촉매, 예를 들어, 루이스산(예를 들어, 삼불화붕소, 사염화주석, 이염화아연), 알킬아연 또는 알킬암모늄 화합물, 탄산스트론튬 또는 탄산칼슘, 칼슘 아미드, 칼슘 아미드 알콕사이드, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 수산화물, 알카놀레이트 또는 페놀레이트로 개환중합시킴으로써 제조하는 것이 일반적이다.

에틸렌 산화물 폴리에테르의 제조 방법은 일반적으로 공지되어 있고, 예를 들어 문헌("Houben-Weyl. Methoden der organischen Chemie", vol. 14/2, Makromolekulare stoffe, 4th edition, 1963, pp. 425-453; "Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie", vol. E20, Makromolekulare Stoffe, 4th edition, 1987, pp. 1367-1368 및 ; "Encyclopedia of Polymer Science and Engineering", vol. 6, 2nd edition, 1987, pp. 225-230 및 234-254)에 상세하게 기술되어 있다.

에틸렌 산화물 폴리에테르는 임의의 말단기, 특히 히드록시, 아미노, 에스테르, 산, 산 아미드 또는 에테르 말단기, 바람직하게는 히드록시, 에스테르 또는 에테르 말단기를 함유할 수 있다.

히드록시 말단기 및 1 내지 8, 바람직하게는 1 내지 3개의 히드록시 작용기 및 500 내지 10⁷, 특히 500 내지 5 x 10⁴의 수평균 분자량을 갖는 에틸렌 산화물 폴리에테르가 바람직하게 사용된다. 이들은 활성 수소 원자를 함유하는 적합한 개시제 화합물의 존재하에 에틸렌 산화물을 개환 중합시킴으로써 제조하는 것이 일반적이다.

에틸렌 산화물 단일중합체외에도, 폴리비닐 화합물(예를 들어, 폴리스티렌, 폴리(α-메틸스티렌), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트)의 블럭이 500보다 큰 수평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 산화물 블럭에 연결되어 있는 블럭 공중합체를 또한 사용하는 것도 가능하다. 상기 언급된 에틸렌 산화물 폴리에테르의 임의의 혼합물을 사용하는 것도 또한 가능하다.

촉매 조성의 분석은 일반적으로 원소 분석, 열무게 측정 및 에틸렌 산화물 폴리에테르 분획물을 추출제거한 후 무게분석에 의해 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 촉매는 결정성, 부분 결정성 또는 무정형일 수 있다. 결정 상태는 분말 X-선 회절분석계를 사용하여 통상적으로 분석할 수 있다.

본 발명에 따른 개선된 DMC 촉매는 통상적으로 유기 배위 리간드 및 에틸렌 산화물 폴리에테르의 존재하에서 과량의 금속 염과 시안화금속 염을 반응시킴으로써 수용액중에서 제조할 수 있다.

바람직하게는, 금속 염{예를 들어, 염화아연, 화학양론적으로 과량(시안화금속 염을 기준으로 50% 이상) 사용됨} 및 시안화금속 염(예를 들어, 칼륨 헥사시아노코발테이트)의 수용액을 먼저 유기 배위 리간드(예를 들어, 3차-부탄올)의 존재 하에서 반응시키며, 여기서 복 시안화금속 화합물(예를 들어, 아연 헥사시아노코발테이트), 과량의 금속 염, 물 및 유기 배위 리간드를 함유하는 촉매 현탁액이 제조된다.

유기 배위 금속 리간드는 하나 또는 둘다의 수용액에 존재할 수 있거나, 복 시안화금속 화합물의 침전 후 즉시 현탁액에 가할 수 있다. 수용액 및 유기 배위 리간드를 격렬히 교반하면서 혼합하는 것이 유리하다는 사실이 밝혀졌다.

이어서 제조된 촉매 현탁액을 에틸렌 산화물 폴리에테르로 처리한다. 에틸렌 산화물 폴리에테르는 물 및 유기 배위 리간드와의 혼합물로서 사용하는 것이 바람직하다.

에틸렌 산화물 폴리에테르 함유 촉매를 예를 들어, 원심분리 또는 여과와 같은 공지된 방법을 사용하여 현탁액으로부터 단리시킨다.

촉매의 활성을 증가시키기 위해서는, 이어서 단리된 촉매를 유기 배위 리간드 수용액으로 세척(예를 들어, 재현탁시킨 후, 원심분리 또는 여과에 의해 다시 단리 시킴)하는 것이 유리하다. 이런 방법으로 예를 들어, 중첨가 반응에 부정적인 영향을 가져오는 염화칼륨과 같은 수용성 제 2 생성물을 본 발명에 따른 촉매로부터 제거할 수 있다.

수성 세척액중 유기 배위 리간드의 양은 바람직하게는 40 내지 80 중량%이다. 나아가, 수성 세척액에 에틸렌 산화물 폴리에테르를 바람직하게 0.5 내지 5 중량%로 가하는 것이 유리하다.

또한, 촉매를 1회 이상 세척하는 것이 유리하다. 이를 위해, 예를 들어 첫 번째 세척공정을 반복적으로 수행할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 비수성 용액, 예를 들어 유기 배위 리간드와 에틸렌 산화물 폴리에테르의 혼합물을 후속 세척 공정에 사용하여야 한다.

세척된 촉매를 선택적으로 분말화시킨 후, 20 내지 100℃의 온도 및 0.1 mbar 내지 대기압(1013 mbar)의 압력에서 최종적으로 건조시킨다.

본 발명은 또한 알킬렌 산화물을 활성 수소 원자 함유 개시제 화합물에 중첨가함으로써 폴리에테르폴리올을 제조하는 본발명에 따른 개선된 DMC 촉매의 용도를 제공하는 것이다.

이 목적에 사용되는 바람직한 알킬렌 산화물에는 에틸렌 산화물, 프로필렌 산화물, 부틸렌 산화물 및 그의 혼합물이 있다. 알콕시화에 의해 형성되는 폴리에테르 사슬은 예를 들어, 오직 하나의 단량체성 에폭사이드 또는 2 또는 3개의 다른 단량체성 에폭사이드들을 통계적으로나 불규칙적으로 갖는 기타 에폭사이드를 사용하여 제조할 수 있다. 상세한 사항은 문헌("Ullmanns Encyclopaedie der industriellen Chemie", English language edition, 1992, vol. A21, pages 670-671)에서 발견할 수 있다.

사용되는 활성 수소 함유 개시제 화합물은 18 내지 2000의 분자량 및 1 내지 8개의 히드록실기를 갖는 화합물이다. 그 예로서 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 헥사메틸렌 글리콜, 비스페놀 A, 트리메틸올프로판, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 소르비톨, 사탕수수설탕, 분해된 녹말 및 물을 언급할 수 있다.

활성 수소 함유 개시제 화합물은 상기 저분자량의 개시제(starter)로부터 예를 들어, 통상적인 알칼리 금속 촉매에 의해 제조된 화합물 및 200 내지 2000의 분자량을 갖는 올리고머성 알콕시화 생성물을 사용하는 것이 유리하다.

본 발명에 따른 촉매에 의해 촉진된, 알킬렌 산화물의 활성 수소 원자 함유 개시제 화합물로의 중첨가 반응은 20 내지 200℃, 바람직하게는 40 내지 180℃, 특히 50 내지 150℃의 온도에서 수행하는 것이 일반적이다. 반응은 전체 압력이 0.001 내지 20 bar인 압력에서 수행할 수 있다. 중첨가 반응은 벌크상태나 톨루엔 및(또는) THF와 같은 불활성 유기 용매중에서 수행할 수 있다. 용매의 양은 제조되는 폴리에테르폴리올의 양을 기준으로 10 내지 30 중량%이다.

촉매 농도는 중첨가 반응을 주어진 반응 조건에서 양호하게 통제할 수 있도록 선택한다. 촉매 농도는 제조되는 폴리에테르폴리올의 양을 기준으로 일반적으로는 0.0005 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.001 내지 0.1 중량%이다.

중첨가에 요구되는 반응 시간은 몇 분에서 몇 일까지이다.

본 발명에 따른 방법에 의해 제조되는 폴리에테르폴리올의 분자량은 500 내지 100000 g/mol의 범위, 바람직하게는 1000 내지 50000 g/mol의 범위, 특히 2000 내지 20000 g/mol의 범위이다.

중첨가 반응은 연속적으로, 회분식 공정 또는 반 회분식(semi-batch)으로 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 촉매는 일반적으로 몇 분 내지 몇 시간의 유도기간을 필요로 한다.

본 발명에 따른 신규 촉매를 사용한 폴리에테르폴리올 제조에 요구되는 유도기간은, 통상적으로 기존에 공지의 DMC 촉매를 사용할 때보다 더 짧다.

매우 증가된 촉매 활성으로 인해, 본 발명에 따른 신규 촉매를 사용시 알콕시화에 필요한 시간은 공지된 높은 활성을 갖는 DMC 촉매에 비해 훨씬 더 짧다.

이러한 이유로 총 반응 시간(유도 및 알콕시화 시간의 합)은 미국 특허 제5, 482, 908호, 제5, 536, 883호 및 유럽 특허 제700 949호(실시예 7 내지 10 및 비교 실시예 11 참조)에 기재된 DMC 촉매에 비해 약 25 내지 60 % 더 짧아진다.

본 발명에 따른 촉매는 매우 증가된 활성으로 인해 생성물의 품질에 불리한 영향을 미치지 않으면서, 폴리우레탄 용도에 사용하기 위해 폴리올로부터 촉매를 제거하는 것이 일반적으로 필요하지 않을 정도로 낮은 농도(15 ppm 이하, 실시예 7 내지 10 참조)에서 사용할 수 있다.

촉매 제조

실시예 1

수평균 분자량이 2000인 폴리에틸렌 글리콜을 사용한 DMC 촉매의 제조(촉매 A)

증류수 20 ml중의 염화아연 12.5 g(91.5 mmol) 용액을 격렬히 교반(24000 rpm)하면서 증류수 70 ml 중의 칼륨 헥사시아노코발테이트 4 g(12 mmol) 용액에 가한다. 그 직후, 3차-부탄올 50 g과 증류수 50 g의 혼합물을 생성된 현탁액에 가하고, 이어서 혼합물을 10분간 격렬히 교반했다(24000 rpm). 이어서 수평균 분자량이 2000인 폴리에틸렌 글리콜 1 g, 3차-부탄올 1 g 및 증류수 100 g의 혼합물을 가하고, 3분간 교반(1000 rpm)을 계속했다. 고체를 여과 단리시키고, 이어서 상기 언급된 폴리에틸렌 글리콜 1 g, 3차-부탄올 70 g 및 증류수 30 g의 혼합물과 함께 10분간 교반한 다음(10000 rpm), 다시 여과하였다. 마지막으로, 생성물을 상기 폴리에틸렌 글리콜 0.5 g 및 3차-부탄올 100 g의 혼합물과 함께 10분간 더 교반하였다(10000 rpm). 여과 후, 촉매를 50℃ 및 대기압에서 건조시켜 일정무게로 하였다.

건조한 분말 촉매의 수득량: 5.97 g

원소 분석, 열무게 분석 및 추출:

코발트 = 10.0 %, 아연 = 22.0 %, 3차-부탄올 = 4.2 %, 에틸렌 산화물 폴리에테르 = 41.1 %.

실시예 2

스테아릴 알코올상에서 출발하는, 수평균 분자량이 2470인 에틸렌 산화물 폴리에테르를 사용한 DMC 촉매의 제조(촉매 B)

실시예 1의 에틸렌 산화물 폴리에테르 대신 스테아릴 알코올상에서 출발하는, 수평균 분자량이 2470인 에틸렌 산화물 폴리에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 과정을 사용하였다.

건조한 분말 촉매의 수득량: 6.06 g

원소 분석, 열무게 분석 및 추출:

코발트 = 9.1 %, 아연 = 21.0 %, 3차-부탄올 = 3.9 %, 에틸렌 산화물 폴리에 테르 = 31.0 %.

실시예 3

지방 알코올(C_12-18)의 혼합물상에서 출발하는, 수평균 분자량이 720인 에틸렌 산화물 폴리에테르를 사용한 DMC 촉매의 제조(촉매 C)

실시예 1의 에틸렌 산화물 폴리에테르 대신 지방 알코올(C_12-18)의 혼합물상에서 출발하는, 수평균 분자량이 720인 에틸렌 산화물 폴리에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 과정을 사용하였다.

건조한 분말 촉매의 수득량: 5.40 g

원소 분석, 열무게 분석 및 추출:

코발트 = 10.7 %, 아연 = 24.1 %, 3차-부탄올 = 4.8 %, 에틸렌 산화물 폴리에테르 = 29.3 %.

실시예 4

폴리스티렌/폴리에틸렌 산화물 AB 블럭 공중합체(각각의 폴리스티렌 및 폴리에틸렌 산화물 세그먼트의 수평균 분자량은 1000임)를 사용한 DMC 촉매의 제조(촉매 D)

실시예 1의 에틸렌 산화물 폴리에테르 대신 폴리스티렌/폴리에틸렌 산화물 AB 블럭 공중합체(각각의 폴리스티렌 및 폴리에틸렌 산화물 세그먼트의 수평균 분자량은 1000임; Th. Goldschmidt AG)를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 과정을 사용하였다.

건조한 분말 촉매의 수득량: 6.36 g

원소 분석, 열무게 분석 및 추출:

코발트 = 9.1 %, 아연 = 20.4 %, 3차-부탄올 = 4.6 %, 에틸렌 산화물 폴리에테르 = 27.5 %.

비교 실시예 5

수평 균 분자량이 2000인 폴리프로필렌 글리콜을 사용한 DMC 촉매의 제조(촉매 E, 유럽 특허 제700 949호에 따라 합성됨)

증류수 20 ml중의 염화아연 12.5 g(91.5 mmol) 용액을 격렬히 교반(24000 rpm)하면서 증류수 70 ml 중의 칼륩 헥사시아노코발테이트 4 g(12 mmol) 용액에 가한다. 그 직후, 3차-부탄올 50 g과 증류수 50 g의 혼합물을 생성된 현탁액에 가하고, 이어서 혼합물을 10분간 격렬히 교반한다(24000 rpm). 이어서 수평균 분자량이 2000인 폴리프로필렌 글리콜 1 g, 3차-부탄올 1 g 및 증류수 100 g의 혼합물을 가하고, 3분간 교반(1000 rpm)을 계속한다. 고체를 여과 단리시키고, 이어서 상기 언급된 폴리프로필렌 글리콜 1 g, 3차-부탄올 70 g 및 증류수 30 g의 혼합물과 함께 10분간 교반한 다음(10000 rpm), 다시 여과하였다. 마지막으로, 생성물을 상기 프로필렌 글리콜 0.5 g 및 3차-부탄올 100 g의 혼합물과 함께 다시 교반한다(10000 rpm). 여과 후, 촉매를 50℃ 및 대기압에서 건조시켜 일정무게로 하였다.

건조한 분말 촉매의 수득량: 6.23 g

원소 분석, 열무게 분석 및 추출:

코발트 = 11.6 %, 아연 = 24.6 %, 3차-부탄올 = 3.0 %, 폴리프로필렌 글리 콜 = 25.8 %.

비교 실시예 6

수평균 분자량이 300인 폴리에틸렌 글리콜을 사용한 DMC 촉매의 제조(촉매 F)

실시예 1의 에틸렌 산화물 폴리에테르 대신 수평균 분자량이 300인 폴리에틸렌 글리콜{알드리치 캄파니(Aldrich co.)제품}을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 과정을 사용하였다.

건조한 분말 촉매의 수득량: 5.63 g

원소 분석, 열무게 분석 및 추출:

코발트 = 10.0 %, 아연 = 24.0 %, 3차-부탄올 = 3.8 %, 에틸렌 산화물 폴리에테르 = 32.3 %.

폴리에테르폴리올의 제조

일반 절차

폴리프로필렌 글리콜 개시제 50 g(분자량 = 1000 g/mol) 및 촉매 3 mg(15 ppm, 이 값은 제조되는 폴리올을 기준으로 계산됨)을 처음에 보호 기체(아르곤)하에서 500 ml의 가압 반응기에 놓고, 교반하면서 105℃로 가열하였다. 이어서, 프로필렌 산화물(약 5 g)을 총 압력이 2.5 bar로 가압될 때까지 한번에 가한다. 프로필렌 산화물을 반응기내에 압력이 급격히 떨어질 때에 한하여 더 가한다. 압력이 급격히 떨어진다는 사실은 촉매가 활성화되었다는 것을 나타낸다. 이어서, 남아있는 프로필렌 산화물(145 g)을 2.5 bar의 일정 압력에서 연속적으로 가한다. 프로필렌 산화물을 모두 가하고, 반응이 105℃에서 추가로 5 시간 더 진행되었을 때, 휘발 성분을 90℃(1 mbar)에서 증류 제거하고, 이어서 반응기를 실온으로 냉각시킨다.

수득된 폴리에테르폴리올은 OH 값, 이중 결합 함량 및 점도를 측정함으로써 특징을 알 수있다.

반응 진행을 시간/전환율 곡선{반응시간(분)에 대한 프로필렌 산화물 소비량(g)}으로 관찰하였다.

유도 시간은 시간/전환율 곡선의 최대급강점에서의 접선(tangent)과 곡선에 대한 확장된 기준선의 교점으로부터 정하였다.

활성 촉매에 대한 최종(definitive) 프로폭시화 시간은 촉매 활성(유도 기간의 종료)과 프로필렌 산화물 첨가 종료사이의 시간에 해당한다.

전체 반응 시간은 유도 시간과 프로폭시화 시간의 합이다.

실시예 7

촉매 A(15 ppm)를 사용한 폴리에테르폴리올의 제조

전체 반응시간: 395 분

폴리에테르폴리올: OH 값(KOH mg/g): 29.8

이중 결합 함량(mmol/kg): 11

25℃에서의 점도(mPas): 935

실시예 8

촉매 B(15 ppm)를 사용한 폴리에테르폴리올의 제조

전체 반응시간: 475 분

폴리에테르폴리올: OH 값(KOH mg/g): 29.2

이중 결합 함량(mmol/kg): 8

25℃에서의 점도(mPas): 944

실시예 9

촉매 C(15 ppm)를 사용한 폴리에테르폴리올의 제조

전체 반응시간: 655 분

폴리에테르폴리올: OH 값(KOH mg/g): 29.8

이중 결합 함량(mmol/kg): 7

25℃에서의 점도(mPas): 950

실시예 10

촉매 D(15 ppm)를 사용한 폴리에테르폴리올의 제조

전체 반응시간: 595 분

폴리에테르폴리올: OH 값(KOH mg/g): 29.3

이중 결합 함량(mmol/kg): 10

25℃에서의 점도(mPas): 958

실시예 7 내지 10은 본 발명에 따른 신규의 DMC 촉매가 폴리에테르폴리올 제조에 대한 상당히 높은 활성때문에 폴리올로부터 촉매를 분리하는 것이 필요하지 않을 정도로 낮은 농도로 사용할 수 있다는 것을 보여준다.

비교 실시예 11

촉매 E(15 ppm)를 사용한 폴리에테르폴리올의 제조

전체 반응시간: 895 분

폴리에테르폴리올: OH 값(KOH mg/g): 29.8

이중 결합 함량(mmol/kg): 6

25℃에서의 점도(mPas): 955

실시예 7과 비교 실시예 11을 비교해 보면, 유기 배위 리간드(3차-부탄올) 및 폴리에틸렌 글리콜을 함유하는 본 발명에 따른 신규의 DMC 촉매가 유기 배위 리간드(3차-부탄올) 및 폴리프로필렌 글리콜(본 발명에 따른 촉매에 사용되는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 수평균 분자량을 가짐)을 함유하는 높은 활성을 갖는 공지된 DMC 촉매보다 훨씬 더 활성적이라는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 신규의 촉매를 사용하여 폴리에테르폴리올을 훨씬 더 짧은 전체 반응시간내에 제조할 수 있다.

비교실시예 12

촉매 F(15 ppm)를 사용한 폴리에테르폴리올의 제조

전체 반응시간: ＞ 900 분

(촉매는 반응 과정에서 비활성화되었음).

비교 실시예 12는 복 시안화금속 화합물 및 유기 배위 리간드외에도, 500 미만의 수평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜을 함유하는 미국 특허 제5, 627, 120호 및 국제 특허 공개 공보 WO 97/40086호에 개시된 DMC 촉매가 본 발명에 따른 촉매보다 훨씬 덜 활성적이라는 사실을 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 촉매를 매우 낮은 농도(15 ppm)로 사용하여 폴리에테르폴리올을 제조할 수 있다.

Claims

a) 복 시안화금속 화합물 및 b) 유기 배위 리간드를 포함하고, 수평균 분자량이 500 보다 큰 에틸렌 산화물 폴리에테르를 최종 촉매량을 기준으로 5 내지 80 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 복 시안화금속(DMC) 촉매.
제1항에 있어서, 복 시안화금속 화합물이 아연 헥사시아노코발테이트(III)인 것을 특징으로 하는 DMC 촉매.
제1항에 있어서, 유기 배위 리간드가 3차-부탄올인 것을 특징으로 하는 DMC 촉매.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, DMC 촉매가 수평균 분자량이 500 보다 큰 에틸렌 산화물 폴리에테르를 10 내지 60 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 DMC 촉매.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, DMC 촉매가 수평균 분자량이 500 내지 10⁷ 사이이고, 히드록시 말단기 및 1 내지 8개의 히드록시 작용기를 갖는 에틸렌 산화물 폴리에테르를 함유하는 것을 특징으로 하는 DMC 촉매.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, DMC 촉매가 1 내지 3개의 히드록시 작용기 및 500 내지 5 x 10⁴ 의 수평균 분자량을 갖는 에틸렌 산화물 폴리에테르를 함유하는 것을 특징으로 하는 DMC 촉매.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, DMC 촉매가, 폴리비닐 화합물의 블럭이 500보다 큰 수평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 산화물 블럭에 결합된 블럭 공중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는 DMC 촉매.
과량의 금속 염을 유기 배위 리간드 및 에틸렌 산화물 폴리에테르의 존재하에서, 수용액중의 시안화금속 염과 반응시키고, 수득된 촉매를 단리시키고, 세척하고 이어서 건조시키는 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 DMC 촉매의 제조 방법.
알킬렌 산화물을 활성 수소 원자 함유 개시제 화합물에 중첨가하여 폴리에테르폴리올을 제조하는 방법에 있어서, 제1항에 따른 DMC 촉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리에테르폴리올의 제조 방법.