羟值和残余金属含量,并且多元醇酯可 具有使用的最大多功能性。
【发明内容】
[0018] 因此,本发明包括用于多元醇酯后处理的分步方法,所述多元醇酯通过在作为催 化剂的路易斯酸的存在下和在吸附剂的存在下,将通式(I)或通式(II)的多元醇与具有3-20个碳原子的直链或支链脂肪族一元羧酸反应同时除去形成的水而制备:
[0019] R(〇H)n (I)
[0020] 其中,R为具有2-20个、优选2-10个碳原子的脂肪族或脂环族烃基,η为2-8的整数, 优选2、3、4、5或6;
[0021] (II)
[0022] 其中,R1和R2各自独立地为氢,具有1-5个碳原子的烷基,优选甲基、乙基或丙基,或 者具有1-5个碳原子的羟烷基,优选羟甲基;m为1-10的整数,优选1-8,特别是1、2、3或4;〇为 2-15的整数,优选2-8,特别是2、3、4或5;
[0023] 所述路易斯酸选自作为元素的钛、锆、铪、铁、锌、硼、铝和锡或其化合物形式;所述 吸附剂的量为〇. 1-5,优选0.5-1.5重量份/100重量份的反应混合物;
[0024] 其特征在于,在低于水沸点的温度和特定的压力下将水加入到获得的粗酯中,对 加入水的粗酯进行后处理以避免碱性化合物,并且滤除存在于酯化反应中的难溶的转化产 物和吸附剂。
[0025] 根据起始原料,将多元醇与脂肪族一元羧酸起始化合物之间的反应设置在约120-180°C的范围内,并且随后可以不同的方式进行至完全。
[0026] 酯化反应的一个方案包括首先加热,从室温开始加热到最高280°C,优选高达230 °C的温度,并且在温度保持恒定的条件下,将压力从标准压力开始逐步地降低以促进除去 反应中的水。不管是一个、两个或两个以上阶段的压力阶段的选择,以及在特定阶段待建立 的压力的选择都可以在较宽的范围内改变,并且与特定的条件相匹配。例如,在第一阶段 中,压力可以从标准压力开始首先降低到600hPa,然后反应可以在300hPa的压力下进行至 完全。这些压力数字是适当遵守的指导值。
[0027] 除了压力的改变之外,在酯化反应期间,同样也可在一个、两个或两个以上的阶段 中从室温开始改变温度,从而在恒定的压力下逐阶段升高温度,通常高达最高280°C的温 度。但是,已经发现适合于随着逐阶段地升高温度而加热到最高280°C,并且还适合于逐阶 段地降低压力。例如,酯化反应可以在第一阶段中从室温开始在高达190°C的温度下进行。 为了加快驱除反应中的水,也可应用下降到600hPa的减低的压力。在达到190°C的温度阶段 时,再次降低压力到300hPa,并且在高达230°C的温度下进行酯化反应至完全。这些温度和 压力数字是适当遵守的指导值。根据起始化合物和反应产物的物理性质,在特定的阶段待 建立的温度和压力条件、阶段的数量和每单位时间特定温度的增加或压力的降低速率可以 在较宽的范围内改变和调节,将第一阶段的温度和压力条件建立为从标准压力和室温开 始。已经发现特别适合于分两个阶段升高温度并且分两个阶段降低压力。
[0028] 待建立的压力的下限取决于起始化合物和形成的反应产物的物理性质诸如沸点 和蒸汽压,并且也由工厂设备决定。从标准压力开始,随着压力逐阶段地降低可以在这些限 制内逐步地运行。应当符合温度上限,通常为280°C,以避免形成降解产物,其中的一些对颜 色产生破坏性的影响。温度阶段的下限通过反应速率决定,该反应速率仍必须足够高以在 可接受的时间内完成酯化反应。在这些限制内,可以随着温度逐阶段地升高而逐步地运行。
[0029] 为了在足够反应速率的情况下迫使着色成分形成为背景并且尽可能地避免多元 醇酯的降解反应,应当针对特定的多元醇酯调整特定的反应条件诸如温度、反应时间、待施 加的压力和待使用的催化剂。特别是在基于醚二醇例如三甘醇或四甘醇的多元醇酯的情况 下,当不能对特定多元醇酯以可控的方式调节反应条件诸如温度、反应时间及催化剂的类 型和量时,可能会开始增强醚骨架的降解。
[0030] 可以用化学计量的量的多元醇和脂肪族一元羧酸进行酯化。但是,优选的是允许 多元醇与过量一元羧酸反应,所述一元羧酸通常具有比使用的多元醇低的沸点,并且其可 以在随后的粗酯处理中通过蒸馏以简单的方式除去。根据多元醇中每摩尔待酯化的羟基, 脂肪族一元羧酸以过量10-50mo 1 %,优选以过量20-40mo 1 %使用。
[0031] 在酯化反应过程中形成的反应水与过量的一元羧酸一起从反应器蒸馏出,并通入 到下游的相分离器中,其中一元羧酸和水根据它们的溶解性质分离。在反应器和相分离器 之间,同样可以安装具有1-25个,优选2-10个,特别是3-6个理论塔板的分馏塔,其中富含水 的馏分通过塔的顶部进入相分离器,富含一元羧酸的馏分通过塔板(co 1 umn trays)流回到 反应器中。
[0032] 在一些情况下,使用的一元羧酸在反应条件下还与水形成共沸混合物,并且能够 作为夹带剂除去反应水。水的出现可用于监控反应进程。从过程中除去分离出的水,同时一 元羧酸流出相分离器流回到反应器。不排除加入假定充当共沸剂的其它有机溶剂,诸如己 烷、1-己烯、环己烷、甲苯、二甲苯或二甲苯同分异构体混合物,但其被限制在少数例外情况 下。共沸剂可以早在酯化反应开始时或在达到相对高的温度之后加入。当已经获得理论上 预期量的水或例如根据DIN53240测定的羟基值已经下降至设定值以下时,结束反应并开始 粗酯的处理。
[0033]用于多元醇与一元羧酸的酯化的催化剂是可以固体或液体形式使用的路易斯酸, 所述路易斯酸选自以精细分布形式作为元素的钛、锆、铪、铁、锌、硼、铝和锡,或优选以其化 合物的形式。在本发明的上下文中术语"路易斯酸"被理解为是指对具有电子对间隙 (electron pair gap)的这类元素或化合物的一般标准定义,例如,如在机械设计与制造( Rornpp'SChemie-Lexikon,8th edition,Franck'sche Verlagshandlung 1983,volume 3,H-L)中所描述的。合适的化合物例如是一氧化锡(II),二氧化锡(IV),锡羧酸酯诸如2-乙 基己酸亚锡(II)、草酸亚锡(II)、乙酸亚锡(II)或乙酸锡(IV),锡(IV)醇盐诸如锡酸四(甲) 酯、锡酸四(乙)酯、锡酸四(丙)酯、锡酸四(异丙)酯或锡酸四(异丁)酯,或者有机锡化合物 诸如马来酸丁基锡(butyltin maleate)或二月桂酸二丁基锡。
[0034]合适的钛化合物包括醇盐诸如钛酸四(甲)酯、钛酸四(乙)酯、钛酸四(丙)酯、钛酸 四(异丙)酯、钛酸四(丁)酯、钛酸四(异丁)酯、钛酸四(戊)酯或钛酸四(2-乙基己基)酯;酰 化物(acylates)诸如羟基乙酸钛、羟基丁酸钛或羟基戊酸钛;羧酸盐诸如乙酸钛(IV)、丙酸 钛(IV)、丁酸钛(IV)、戊酸钛(IV)或2-乙基己酸钛(IV);或螯合物诸如四甘醇钛酸酯或四丙 二醇钛酸酯。也可能成功使用相应的锆或铪化合物,诸如锆酸四甲酯、锆酸四乙酯、锆酸四 丙酯、锆酸四异丙酯、锆酸四丁酯、锆酸四异丁酯、锆酸四戊酯或锆酸四(2-乙基己基)酯。 [0035]同样合适的为硼酸和硼酸酯,诸如硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丙酯、硼酸三 异丙酯、硼酸三丁酯或硼酸三异丁酯。
[0036]同样合适的为氧化铝,氢氧化铝,羧酸铝诸如乙酸铝或硬脂酸铝,或者烷醇铝诸如 三丁氧基错(aluminum tributoxide)、三仲丁氧基错、三叔丁氧基错或三异丙氧基错。 [0037]还可能使用氧化锌、硫酸锌和羧酸锌诸如二水合乙酸锌或硬脂酸锌,以及乙酸亚 铁(II)或水合氧化铁(III)(iron(III)hydroxide oxide)作为催化剂。
[0038] 可早在开始时,或仅在随后,例如在开始除去反应水时在高温下观察安全措施时, 将催化剂加入到反应混合物中。催化剂可以一份或许多份加入。特别建议在接近酯化反应 的终点时加入另一剩余量的催化剂。
[0039] 加入的酯化催化剂的量是基于亏量加入的起始化合物,适当地基于多元醇的IX 10_5-20mol %,优选0.01-5mol %,特别是0.01-2mol %。在较高量催化剂的情况下,可预期多 元醇酯的裂解反应。
[0040] 特别在基于醚二醇例如三甘醇或四甘醇制备多元醇酯的情况下,在接近反应的终 点时和在最后残余的游离羟基的转化阶段使用高浓度催化剂的情况下,有增加醚链裂解的 风险,因此在这种情况下应当调节反应温度或待应用的压力。所选择的催化剂浓度越高,通 常应当选择较低的反应温度或应用的压力,并且应当采用优化的温度和压力分布。在催化 剂浓度过低的情况下,酯化率变低以至于在可接受的反应时间内没有观察到可接受的转 化。
[0041] 酯化催化剂可以液体或固体形式加入。固体催化剂例如一氧化锡(II)、氧化锌或 水合氧化铁(III),在酯化反应结束之后,在进一步的处理过程中被除去。如果酯化催化剂 以液体化合物的形式例如钛酸四(异丙)酯或钛酸四(丁)酯加入,则其在酯化反应已经结束 后仍然