KR20220095867A - 이소시아네이트 화합물의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 포스겐을 사용한 이소시아네이트 화합물의 제조시 반응 생성물의 열 변성 및 부산물의 생성을 최소화하고 고순도의 이소시아네이트 화합물을 보다 안정적으로 얻을 수 있는 이소시아네이트 화합물의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
Description
본 발명은 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에 관한 것이다.
자일릴렌 디이소시아네이트(xylylene diisocyanate, 이하 XDI)는 분자 내에 방향족 고리를 포함하고 있지만 지방족 이소시아네이트로 분류된다. XDI는 화학 공업, 수지 공업 및 페인트 공업 분야에서 폴리우레탄계 재료, 폴리우레아계 재료 또는 폴리이소시아누레이트계 재료 등의 원료로서 매우 유용한 화합물이다.
통상적으로 이소시아네이트 화합물은 합성 과정에서 부반응이 많이 발생하기 때문에, 무수염산 또는 탄산과 반응시켜 아민 화합물의 염을 형성하고 이를 포스겐과 반응시키는 방법으로 제조된다.
일례로, XDI의 경우 자일릴렌 디아민(xylylene diamine, 이하 XDA)을 무수염산과 반응시켜 아민-염산염을 형성하고, 이를 포스겐과 반응시킴으로써 제조된다. 보다 구체적으로, 기존에는 액상의 원료 아민, 예를 들어, XDA 함유 용액을 무수염산과 반응시켜 XDA-HCl 염산염을 형성하고, 이를 적어도 100 ℃ 이상의 고온으로 가열한 후, 기상의 포스겐을 주입하여 기-액 반응을 진행하여, XDI 등 이소시아네이트 화합물을 제조하는 방법을 적용하여 왔다.
상기 이소시아네이트 화합물의 형성 반응은 대표적인 흡열 반응으로서, 이의 수율을 높이기 위해서 반응 중에 지속적인 가열 및 고온의 유지가 요구된다.
그런데, XDI 등의 이소시아네이트 화합물은 대체로 아미노기의 반응성이 커서 포스겐화 반응 중 부반응이 많이 발생하며, 부반응을 통해 형성되는 부산물들은 이소시아네이트 화합물을 원료로 적용한 공정(예를 들어, 폴리우레탄 수지를 제조하는 공정)에 영향을 미쳐 품질의 저하를 초래하는 문제가 있다.
이처럼 이소시아네이트 화합물의 제조 과정 중의 고온 유지 필요성과, XDI 등 생성된 이소시아네이트 화합물의 큰 반응성으로 인해, 제품의 열 변성 등으로 인한 부산물의 생성이나 부반응의 발생 우려는 더욱 높아지게 되고, 이로 인해 이의 정제 공정에도 큰 부하가 발생하는 경우가 많았다.
이러한 문제점으로 인해, 이전부터 이소시아네이트 화합물 제조 중의 부반응이나 부산물의 생성을 억제하기 위한 다양한 시도가 이루어진 바 있으나, 아직까지 실효성있는 기술은 개발되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 포스겐을 사용한 이소시아네이트 화합물의 제조시 반응 생성물의 열 변성 및 부산물의 생성을 최소화하고 고순도의 이소시아네이트 화합물을 보다 안정적으로 얻을 수 있는 이소시아네이트 화합물의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
발명의 일 구현 예에 따르면,
아민 화합물의 염과 포스겐을 용매 하에서 반응시켜 이소시아네이트 화합물을 포함한 반응 생성물을 얻는 반응 단계,
상기 반응 생성물로부터 가스상을 제거하는 탈가스 단계,
상기 가스상이 제거된 반응 생성물로부터 용매를 제거하는 탈용매 단계,
상기 용매가 제거된 반응 생성물로부터 저비점 물질(lights)을 제거하는 탈저비물 단계, 및
상기 저비점 물질이 제거된 반응 생성물로부터 고비점 물질(heavies)을 제거하는 탈고비물 단계를 포함하고;
상기 탈저비물 단계는 탑저부에 리보일러가 연결되어 있는 증류탑에서 수행되고, 상기 리보일러를 통해 상기 증류탑의 하부에 과열된 비활성 가스가 공급되는,
이소시아네이트 화합물의 제조 방법이 제공된다.
이하, 발명의 구현 예에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 명세서에서 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 통상의 기술자들에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 상기 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 예를 들어 '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
본 명세서에서, 예를 들어 '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "저비점 물질"은 본 발명에 따른 타겟 생성물인 이소시아네이트 화합물 보다 낮은 비점을 갖는 물질을 의미하고; "고비점 물질"은 본 발명에 따른 타겟 생성물인 이소시아네이트 화합물 보다 높은 비점을 갖는 물질을 의미한다.
본 명세서에서 증류탑의 "탑저부"는 상기 증류탑의 하부 배출물이 상기 증류탑의 외부로 배출되는 출구를 의미하고, 증류탑의 "탑정부"는 상기 증류탑의 상부 배출물이 상기 증류탑의 외부로 배출되는 출구를 의미한다.
발명의 일 구현 예에 따르면,
아민 화합물의 염과 포스겐을 용매 하에서 반응시켜 이소시아네이트 화합물을 포함한 반응 생성물을 얻는 반응 단계,
상기 반응 생성물로부터 가스상을 제거하는 탈가스 단계,
상기 가스상이 제거된 반응 생성물로부터 용매를 제거하는 탈용매 단계,
상기 용매가 제거된 반응 생성물로부터 저비점 물질(lights)을 제거하는 탈저비물 단계, 및
상기 저비점 물질이 제거된 반응 생성물로부터 고비점 물질(heavies)을 제거하는 탈고비물 단계를 포함하고;
상기 탈저비물 단계는 탑저부에 리보일러가 연결되어 있는 증류탑에서 수행되고, 상기 리보일러를 통해 상기 증류탑의 하부에 과열된 비활성 가스가 공급되는,
이소시아네이트 화합물의 제조 방법이 제공된다.
이소시아네이트 화합물을 광학 재료를 비롯한 정밀 화학 제품의 원료로 사용하기 위해서는 높은 순도가 요구된다.
그런데, 일반적으로 XDI를 포함한 이소시아네이트 화합물의 합성시 부반응이 많이 발생하고, 반응 생성물들 사이의 반응 및 열 변성에 의해 이소시아네이트 화합물의 순도가 떨어지는 문제점이 있다.
일 예로, 지방족 디이소시아네이트는 지방족 디아민과 포스겐의 반응에 의해 제조될 수 있다. 이때 부반응이 발생하며, 부반응물로서, 예를 들어, (클로로메틸)벤질 이소시아네이트[(chloromethyl)benzyl isocyanate]와 같은 모노이소시아네이트 등이 생성된다. 이러한 부반응의 발생 및 부산물의 생성은 지방족 디이소시아네이트 제조 과정 중의 고온 유지의 필요성과, XDI 등 생성된 지방족 디이소시아네이트의 큰 반응성으로 인해 초래되는 것으로 알려져 있다. 특히, 최종 생성물인 지방족 디이소시아네이트는 고온에 일정 시간 노출될 경우 열분해 또는 부반응을 일으키거나, 이량체 혹은 삼량체 이상의 다량체를 포함한 올리고머나 폴리머 등 고분자 형태의 부산물을 형성시킬 수 있다.
상기 열분해가 일어나지 않도록 증류탑의 온도를 낮게 운전할 경우, 상기 반응 생성물을 끓여 리플럭스를 조성해주기 위해서는 리보일러의 압력이 매우 낮아야 한다. 하지만, 증류탑의 하이드로릭 파라미터(hydraulic parameter)를 고려할 때 10 torr 이하의 낮은 압력을 유지하면서 안정적으로 운전하는 것은 매우 까다롭다.
본 발명자들의 계속적인 연구 결과, 상기 반응 단계, 상기 탈가스 단계, 상기 탈용매 단계, 상기 탈저비점물 단계, 및 상기 탈고비점물 단계를 순차로 수행하여 이소시아네이트 화합물을 제조하되, 특히 상기 탈저비물 단계에서 증류탑에 연결되어 있는 리보일러를 통해 상기 증류탑의 하부에 비활성 가스를 공급할 경우, 상기 증류탑의 탑정부와 탑저부의 하이드로릭 파라미터 차이를 줄일 수 있어 보다 안정적인 정제 공정의 운용이 가능함이 확인되었다.
상기 단계들을 상기 온도 및 압력 조건 하에서 수행할 경우, 반응 생성물의 열 변성 및 부산물의 생성을 최소화할 수 있고, 고순도의 이소시아네이트 화합물을 얻을 수 있다.
도 1은 발명의 일 구현예에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에 이용되는 공정 및 장치를 모식적으로 나타낸 것이다.
이하, 도 1을 참고하여 발명의 일 구현예에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에 포함될 수 있는 각 단계에 대해 설명한다.
(반응 단계)
먼저, 아민 화합물의 염과 포스겐을 용매 하에서 반응시켜 이소시아네이트 화합물, 상기 용매 및 미반응 포스겐을 포함한 반응 생성물을 얻는 반응 단계가 수행된다.
발명의 일 실시 예에 따르면, 아민 화합물과 포스겐의 급격한 반응과 부반응을 억제하기 위하여, 상기 아민 화합물은 아민 화합물의 염으로 적용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 아민 화합물의 염은 아민 화합물의 염산염 또는 탄산염일 수 있다.
상기 아민 화합물의 염은 아민 화합물과 무수 염산 또는 탄산을 반응시켜 중화 반응에 의해 준비될 수 있다. 상기 중화 반응은 20 내지 80 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 무수 염산 또는 탄산의 공급 비율은 상기 아민 화합물 1 몰에 대하여, 예를 들어 2 몰 내지 10 몰, 혹은 2 몰 내지 6 몰, 혹은 2 몰 내지 4 몰일 수 있다.
바람직하게는, 상기 아민 화합물은 분자 내에 지방족 그룹을 갖는 지방족 아민이 적용될 수 있다. 구체적으로, 상기 지방족 아민은 사슬상 또는 환상의 지방족 아민일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 지방족 아민은 분자 내에 2 개 이상의 아미노기를 포함하는 2 관능 이상의 사슬상 또는 환상의 지방족 아민일 수 있다.
예를 들어, 상기 아민 화합물은 헥사메틸렌디아민, 2,2-디메틸펜탄디아민, 2,2,4-트리메틸헥산디아민, 부텐디아민, 1,3-부타디엔-1,4-디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 1,6,11-운데카트리아민, 1,3,6-헥사메틸렌트리아민, 1,8-디이소시아네이토-4-이소시아네이토메틸옥탄, 비스(아미노에틸)카보네이트, 비스(아미노에틸)에테르, 자일릴렌디아민, α,α,α',α'-테트라메틸자일릴렌디아민, 비스(아미노에틸)프탈레이트, 비스(아미노메틸)시클로헥산, 디시클로헥실메탄디아민, 시클로헥산디아민, 메틸시클로헥산디아민, 디시클로헥실디메틸메탄디아민, 2,2-디메틸디시클로헥실메탄디아민, 2,5-비스(아미노메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 2,6-비스(아미노메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 3,8-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 3,9-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 4,8-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 4,9-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 비스(아미노메틸)노보넨, 및 자일릴렌디아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 자일릴렌디아민은 지방족 디아민으로 분류된다.
또한, 상기 아민 화합물은 비스(아미노메틸)설피드, 비스(아미노에틸)설피드, 비스(아미노프로필)설피드, 비스(아미노헥실)설피드, 비스(아미노메틸)설폰, 비스(아미노메틸)디설피드, 비스(아미노에틸)디설피드, 비스(아미노프로필)디설피드, 비스(아미노메틸티오)메탄, 비스(아미노에틸티오)메탄, 비스(아미노에틸티오)에탄, 비스(아미노메틸티오)에탄, 및 1,5-디아미노-2-아미노메틸-3-티아펜탄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 황 함유 지방족 아민일 수 있다.
상기 아민 화합물 중에서도 자일릴렌디아민(XDA)은 발명의 일 구현예에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에 적용시 보다 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 상기 아민 화합물은 m-자일릴렌디아민, p-자일릴렌디아민 및 o-자일릴렌디아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.
발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 단계는 고체상인 아민 화합물의 염과 기체상인 포스겐을 용매 하에서 반응시키는 기체-액체-고체의 3상 반응으로 수행된다. 그에 따라, 급격한 반응이 효과적으로 억제될 수 있고, 부반응 및 부산물의 발생이 최소화될 수 있다.
상기 아민 화합물의 염과 포스겐을 용매 하에서 반응시킬 때, 포스겐은 한번에 투입되거나 또는 분할하여 투입될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 온도 하에서 적은 양의 포스겐을 1차 투입하여 상기 아민 화합물의 염과 반응시킴으로써 그 중간체를 생성시킨다. 이어서, 상대적으로 고온 하에서 잔량의 포스겐을 2차 투입하여 상기 중간체와 반응시킴으로써 이소시아네이트 화합물을 포함하는 반응액을 얻을 수 있다. 일 예로, 자일릴렌 디아민과 적은 양의 포스겐을 반응시켜 카바모일계 염 형태의 중간체를 생성시킨 후, 잔량의 포스겐을 투입하여 상기 카바모일계 염 형태의 중간체와 포스겐을 반응시켜 자일릴렌 디이소시아네이트와 같은 지방족 이소시아네이트를 형성할 수 있다.
이러한 반응 단계를 통해 최종 생성물인 이소시아네이트 화합물이 고온 하에 노출되는 시간을 최소화할 수 있다. 나아가, 상대적으로 낮은 온도에서 상기 중간체를 형성함에 따라, 전체적인 반응 공정에서 고온의 유지 필요 시간을 줄일 수 있다. 부가하여, 전체 공정에 투입되는 열량이 감소할 수 있다. 그리고, 포스겐의 고온 반응 시간을 상대적으로 단축시켜 포스겐의 폭발적인 기화에 의한 위험성 역시 줄일 수 있다.
상기 반응 단계는 방향족 탄화수소계 용매 및 에스테르계 용매 중 적어도 하나를 포함하는 용매 하에서 수행된다. 상기 용매는 상기 반응 단계의 수행 온도를 고려하여 선택될 수 있다.
상기 방향족 탄화수소계 용매는 모노클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠 및 1,2,4-트리클로로벤젠과 같은 할로겐화 방향족 탄화수소계 용매일 수 있다
상기 에스테르계 용매는 아밀 포르메이트, n-부틸 아세테이트, 이소부틸 아세테이트, n-아밀 아세테이트, 이소아밀 아세테이트, 메틸이소아밀 아세테이트, 메톡시부틸 아세테이트, sec-헥실 아세테이트, 2-에틸부틸 아세테이트, 2-에틸헥실 아세테이트, 시클로헥실 아세테이트, 메틸시클로헥실 아세테이트, 벤질 아세테이트, 에틸 프로피오네이트, n-부틸 프로피오네이트, 이소아밀 프로피오네이트, 에틸 아세테이트, 부틸 스테아레이트, 부틸 락테이트, 및 아밀 락테이트와 같은 지방산 에스테르; 또는 메틸살리실레이트, 디메틸 프탈레이트 및 메틸 벤조에이트와 같은 방향족 카르복실산 에스테르일 수 있다.
발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 단계에서 상기 아민 화합물의 염은 상기 용매에 20 부피% 이하의 농도, 예를 들어 1 내지 20 부피%, 혹은 5 내지 20 부피%의 농도로 포함될 수 있다. 상기 용매에 포함된 상기 아민 화합물의 염의 농도가 20 부피%를 초과할 경우, 상기 반응 단계에서 다량의 염이 석출될 우려가 있다.
상기 반응 단계는 165 ℃ 이하, 바람직하게는 80 ℃ 내지 165 ℃의 온도 하에서 수행될 수 있다.
발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 단계에서 포스겐을 분할하여 투입할 경우, 80 ℃ 내지 100 ℃ 혹은 85 ℃ 내지 95 ℃의 온도 하에서 포스겐 전체 투입량 중 10 내지 30 중량%, 혹은 12 내지 30 중량%, 혹은 15 내지 28 중량%가 투입될 수 있다. 이러한 반응 조건에 의해 급격한 반응이 억제되고 카바모일계 염 형태의 중간체가 선택적이고 효과적으로 형성될 수 있다. 이어서, 110 ℃ 내지 165 ℃ 혹은 120 ℃ 내지 150 ℃의 온도 하에서 잔량의 포스겐을 투입하면서 상기 중간체와 포스겐을 반응시켜 이소시아네이트 화합물을 포함하는 반응 생성물을 얻을 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은 상기 반응 단계에서 사용되는 상기 아민 화합물의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 이소시아네이트 화합물은 n-펜틸 이소시아네이트, 6-메틸-2-헵탄 이소시아네이트, 시클로펜틸 이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 디이소시아네이토메틸시클로헥산(H6TDI), 자일릴렌 디이소시아네이트(XDI), 디이소시아네이토시클로헥산(t-CHDI), 및 디(이소시아네이토시클로헥실)메탄(H12MDI)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.
특히, 발명의 구현 예에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법은 자일릴렌 디이소시아네이트(XDI)의 제조에 보다 유용할 수 있다. XDI는 구조 이성질체로서 1,2-XDI(o-XDI), 1,3-XDI(m-XDI), 1,4-XDI(p-XDI)를 포함한다.
상기 반응 단계는 배치식 및 연속식의 어느 것에 의해서도 수행될 수 있다. 상기 반응 단계는, 회전축을 가진 반응기(110); 상기 반응기 내부로 반응물을 공급하는 아민 화합물의 염 공급 라인(10)과 포스겐 공급 라인(20); 상기 반응기에 열량을 공급하는 열원; 및 상기 반응기에서 얻어지는 반응 생성물을 후속 정제 공정으로 이송하는 반응 생성물 이송 라인(102)을 포함하는 반응 유닛(100)에서 수행될 수 있다.
(탈가스 단계)
이어서, 상기 반응 생성물로부터 가스상을 제거하는 탈가스 단계가 수행된다.
상기 탈가스 단계에서는, 상기 반응 생성물로부터 잉여인 포스겐이나 부생하는 염화 수소 등의 가스상을 공지의 탈가스 유닛(200)에 의해 제거한다.
상기 반응 생성물로부터 가스상을 제거하는 방법으로는 가스를 공급하여 통기하는 방법이나, 플래시 탱크 또는 증류탑을 이용하여 가스상을 상기 반응 생성물로부터 분리하는 방법을 들 수 있다.
특히, 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탈가스 단계에서의 부산물의 생성을 최소화하기 위하여, 상기 탈가스 단계는 145 ℃ 내지 165 ℃의 온도 및 100 torr 내지 600 torr의 압력 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
일 예로, 상기 탈가스 단계는 증류탑에서 수행될 수 있는데, 상기 증류탑의 하부(bottom)의 온도를 145 ℃ 내지 165 ℃로 하고, 상기 증류탑의 상부(top)의 압력을 100 torr 내지 600 torr로 운전하는 것이 부산물의 생성을 최소화하는데 유리할 수 있다. 여기서, 상기 증류탑의 하부의 온도는 상기 증류탑의 탑저부에 연결된 리보일러의 온도를 의미하는 것일 수 있다. 그리고, 상기 증류탑 상부의 압력은 상기 증류탑의 탑정부에 연결된 응축기의 압력을 의미하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 탈가스 단계의 수행 온도는 145 ℃ 내지 165 ℃, 혹은 150 ℃ 내지 165 ℃, 혹은 150 ℃ 내지 160 ℃, 혹은 155 ℃ 내지 160 ℃일 수 있다. 그리고, 바람직하게는, 상기 탈가스 단계의 수행 압력은 100 torr 내지 600 torr, 혹은 200 torr 내지 500 torr, 혹은 300 torr 내지 450 torr, 혹은 350 torr 내지 450 torr일 수 있다.
상기 탈가스 단계의 수행 온도 및 압력이 상기 범위를 충족하지 못할 경우, 상기 탈가스 단계에서의 부산물의 생성량이 증가할 수 있고, 가스상의 제거 효율이 저하할 수 있으며, 그에 따라 상기 탈가스 단계로부터 얻어지는 반응 생성물에서 이소시아네이트 화합물의 농도가 저하할 수 있다.
일 예로, 상기 탈가스 단계는, 상기 반응 유닛(100)의 반응 생성물 이송 라인(102)을 통해 공급되는 상기 반응 생성물로부터 가스상을 제거할 수 있도록 구성된 증류탑(220); 상기 증류탑의 탑정부로 가스상을 배출하는 가스상 배출 라인(209); 및 상기 증류탑의 탑저부로 상기 가스상이 제거된 반응 생성물을 배출하여 후속 단계로 이송하는 반응 생성물 이송 라인(203)을 포함하는 탈가스 유닛(200)에서 수행될 수 있다.
(탈용매 단계)
이어서, 상기 가스상이 제거된 반응 생성물로부터 용매를 제거하는 탈용매 단계가 수행된다.
상기 탈용매 단계에서는, 상기 가스상이 제거된 반응 생성물로부터 공지의 탈용매 유닛(300)에 의해 용매를 증류 제거한다.
발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탈용매 단계에서 상기 반응 생성물의 열 변성과 부산물의 생성을 최소화하기 위하여, 상기 탈용매 단계는 100 ℃ 내지 165 ℃의 온도 및 30 torr 이하의 압력 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
일 예로, 상기 탈용매 단계는 증류탑에서 수행될 수 있는데, 상기 증류탑의 하부(bottom)의 온도를 100 ℃ 내지 165 ℃로 하고, 상기 증류탑의 상부(top)의 압력을 30 torr 이하로 운전하는 것이 상기 열 변성과 부산물의 생성을 최소화하는데 유리할 수 있다. 여기서, 상기 증류탑의 하부의 온도는 상기 증류탑의 탑저부에 연결된 리보일러의 온도를 의미하는 것일 수 있다. 그리고, 상기 증류탑 상부의 압력은 상기 증류탑의 탑정부에 연결된 응축기의 압력을 의미하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 탈용매 단계의 수행 온도는 100 ℃ 내지 165 ℃, 혹은 115 ℃ 내지 165 ℃, 혹은 115 ℃ 내지 160 ℃, 혹은 130 ℃ 내지 160 ℃일 수 있다. 그리고, 바람직하게는, 상기 탈용매 단계의 수행 압력은 5 torr 내지 30 torr, 혹은 5 torr 내지 25 torr, 혹은 10 torr 내지 20 torr, 혹은 10 torr 내지 15 torr일 수 있다.
상기 탈용매 단계의 수행 온도 및 압력이 상기 범위를 충족하지 못할 경우, 상기 탈용매 단계에서의 상기 열 변성과 부산물의 생성량이 증가할 수 있고, 용매의 제거 효율이 저하할 수 있으며, 그에 따라 상기 탈용매 단계로부터 얻어지는 반응 생성물에서 이소시아네이트 화합물의 농도가 저하할 수 있다.
일 예로, 상기 탈용매 단계는, 상기 탈가스 유닛(200)의 반응 생성물 이송 라인(203)을 통해 공급되는 상기 반응 생성물로부터 용매를 제거할 수 있도록 구성된 증류탑(330); 상기 증류탑의 탑정부로 용매를 배출하는 용매 배출 라인(309); 및 상기 증류탑의 탑저부로 상기 용매가 제거된 반응 생성물을 배출하여 후속 단계로 이송하는 반응 생성물 이송 라인(304)을 포함하는 탈용매 유닛(300)에서 수행될 수 있다.
상기 탈용매 단계에서 상기 반응 생성물의 고온 체류 시간을 최소화하기 위하여, 케틀 타입의 리보일러(Kettle type reboiler), 박막 증류장치(thin film evaporator), 강제 순환형 리보일러(force circulated reboiler), 및 재킷 베셀 타입의 리보일러(jacketed vessel type reboiler)와 같은 장치가 구비된 증류탑(440)이 이용될 수 있다.
(탈저비물 단계)
이어서, 상기 용매가 제거된 반응 생성물로부터 저비점 물질(lights)을 제거하는 탈저비물 단계가 수행된다.
상기 탈저비물 단계에서는, 상기 용매가 제거된 반응 생성물로부터 공지의 탈저비물 유닛(400)에 의해 저비점 물질(lights)을 제거한다.
상기 저비점 물질은 상기 반응 단계에서의 주 생성물인 이소시아네이트 화합물 보다 낮은 비점을 갖는 물질을 의미한다. 상기 저비점 물질로는 상기 주 생성물을 얻는 공정에서 부반응에 의해 생성되는 물질을 예로 들 수 있다. 일 예로, 상기 이소시아네이트 화합물로 XDI를 제조하는 공정에서, 상기 저비점 물질은 (클로로메틸)벤질 이소시아네이트((chloromethyl)benzyl isocyanate, CBI) 및 에틸페닐 이소시아네이트(ethylphenyl isocyanate, EBI)와 같은 모노이소시아네이트를 포함할 수 있다.
발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탈저비물 단계에서 상기 반응 생성물의 열 변성과 부산물의 생성을 최소화하기 위하여, 상기 탈저비물 단계는 증류탑(440)의 탑저부의 온도가 165 ℃ 이하이고 상기 탑저부의 압력이 50 torr 이하가 되도록 수행되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 증류탑의 탑저부의 온도는 상기 증류탑의 탑저부에 연결된 리보일러의 온도를 의미하는 것일 수 있다. 그리고, 상기 증류탑의 탑저부의 압력은 상기 증류탑의 탑저부에 연결된 리보일러의 압력을 의미하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 탈저비물 단계의 수행 온도는 145 ℃ 내지 165 ℃, 혹은 150 ℃ 내지 165 ℃, 혹은 150 ℃ 내지 160 ℃, 혹은 155 ℃ 내지 160 ℃일 수 있다. 그리고, 바람직하게는, 상기 탈저비물 단계의 수행 압력은 1 torr 내지 50 torr, 혹은 5 torr 내지 40 torr, 혹은 10 torr 내지 30 torr일 수 있다.
상기 탈저비물 단계의 수행 온도 및 압력이 상기 범위를 충족하지 못할 경우, 상기 탈저비물 단계에서의 상기 열 변성과 부산물의 생성량이 증가할 수 있고, 저비점 물질의 제거 효율이 저하할 수 있으며, 그에 따라 상기 탈저비물 단계로부터 얻어지는 반응 생성물에서 이소시아네이트 화합물의 농도가 저하할 수 있다.
일 예로, 상기 탈저비물 단계는, 상기 탈용매 유닛(300)의 반응 생성물 이송 라인(304)을 통해 공급되는 상기 반응 생성물로부터 저비점 물질을 제거할 수 있도록 구성된 증류탑(440); 상기 증류탑의 탑정부로 저비점 물질을 배출하는 저비점 물질 배출 라인(409); 및 상기 증류탑의 탑저부로 상기 저비점 물질이 제거된 반응 생성물을 배출하여 후속 단계로 이송하는 반응 생성물 이송 라인(405)을 포함하는 탈저비물 유닛(400)에서 수행될 수 있다.
특히, 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탈저비물 단계는 탑저부에 리보일러가 연결되어 있는 증류탑에서 수행되고, 상기 리보일러를 통해 상기 탑저부에 과열된 비활성 가스가 공급되도록 수행된다.
상기 탈저비물 단계에서 상기 반응 생성물에 포함된 이소시아네이트 화합물의 열분해를 최소화하기 위하여, 증류탑(440)의 하부의 온도를 165 ℃ 이하의 낮게 유지해야 한다. 그런데, 상기 온도 조건 하에서 상기 반응 생성물을 끓여 리플럭스를 조성해주기 위해서는 리보일러의 압력을 10 torr 이하로 낮게 유지해야 한다. 하지만, 증류탑(440)의 하이드로릭 파라미터(hydraulic parameter)를 고려할 때, 리보일러의 압력을 10 torr 이하로 낮게 유지하면서 증류탑(440)을 안정적으로 운전하는 것은 매우 까다롭다.
그런데, 발명의 일 실시예와 같이 상기 탈저비물 단계를 탑저부에 리보일러가 연결되어 있는 증류탑에서 수행하되, 상기 리보일러를 통해 상기 탑저부에 과열된 비활성 가스를 공급할 경우, 상기 증류탑의 탑정부와 탑저부의 하이드로릭 파라미터 차이를 줄일 수 있어 보다 안정적인 공정의 운용이 가능하다.
도 2는 발명의 일 구현 예에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에서 탈저비물 단계에 이용되는 공정 및 장치를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참고하면, 상기 탈저비물 단계에서, 상기 탈용매 유닛(300)에서 얻어진 상기 반응 생성물은 반응 생성물 이송 라인(304)을 통해 증류탑(440)으로 공급된다.
증류탑(440)에서 저비점 물질이 풍부한 분획은 증류탑(440)의 탑정부에 연결된 탑정 스트림 라인(491)을 통해 저비점 물질 응축기(495)로 이송된다. 응축기(495)에서 응축된 저비점 물질은 리플럭스 드럼(496)에 모이고, 응축된 저비점 물질 중 일부는 증류탑(440)의 상부로 환류되며, 나머지 저비점 물질은 저비점 물질 배출 라인(409)을 통해 배출된다. 응축기(495)에서 응축되지 않은 비활성 가스는 비활성 가스 응축기(497)에서 응축되어 비활성 가스 리커버리 드럼(460)으로 이송된다.
증류탑(440)에서 상기 이소시아네이트 화합물이 풍부한 분획은 증류탑(440)의 탑저부에 연결된 탑저 스트림 라인(402)을 통해 리보일러(404)로 이송된다. 리보일러(404)에서 저비점 분획은 증류탑(440)의 하부로 재공급되고, 상기 이소시아네이트 화합물을 포함한 분획은 반응 생성물 이송 라인(405)을 통해 탈고비물 유닛(500)으로 이송된다.
특히, 발명의 일 실시 예에 따르면, 비활성 가스 공급 라인(450)을 통해 신선한 비활성 가스가 비활성 가스 리커버리 드럼(460)에 추가로 공급된다. 비활성 가스 리커버리 드럼(460)에 모인 비활성 가스는 비활성 가스 프리히터(470)에서 과열된다. 과열된 비활성 가스는 리보일러(404)에 투입되어 증류탑(440)의 탑저부로 공급된다.
상기 과열된 비활성 가스를 리보일러(404)에 투입하기 위해서는 링 스파저(ring sparger)와 같은 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 증류탑(440)의 하부에는 상기 과열된 비활성 가스가 탑저부로 혼합되는 것을 방지하기 위한 내부 배플(internal baffle)이 설치되는 것이 바람직하다.
발명의 일 구현 예에 따르면, 상기 비활성 가스는 탄소수 1 내지 6의 탄화수소계 가스일 수 있다. 구체적으로, 상기 비활성 가스는 메탄 가스, 에탄 가스, 프로판 가스, 부탄 가스, 펜텐 가스, 및 헥산 가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 가스일 수 있다.
상기 비활성 가스는 리보일러(404)에서 가열되어 얻어진 상기 저비점 분획의 온도만큼 가열(과열)된 상태로 공급되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 비활성 가스는 비활성 가스 프리히터(470)에 의해 150 ℃ 이상(바람직하게는 155 ℃ 내지 160 ℃)의 온도로 과열된 상태로 증류탑(440)의 탑저부에 공급될 수 있다.
이처럼 과열된 비활성 가스가 증류탑(440)의 탑저부에 공급되면 상기 반응 생성물에 포함된 이소시아네이트 화합물의 일부와 저비점 물질이 증류탑(440)의 탑정부에 연결된 저비점 물질 응축기(495)까지 끌어올려질 수 있다. 이러한 흐름을 통해 증류탑(440)의 탑정부와 탑저부의 하이드로릭 파라미터 차이를 줄일 수 있고, 보다 낮은 증류탑 하부 온도 하에서도 안정적인 공정의 운용이 가능해진다.
상기 탈저비물 단계에서 상기 반응 생성물의 고온 체류 시간을 최소화하기 위하여, 상기 탈저비물 단계는 탑저부에 재킷 베셀 타입의 리보일러(jacketed vessel type reboiler)가 연결되어 있는 증류탑(440)에서 수행되는 것이 바람직하다.
(탈고비물 단계)
이어서, 상기 저비점 물질이 제거된 반응 생성물로부터 고비점 물질(heavies)을 제거하는 탈고비물 단계가 수행된다.
상기 탈고비물 단계에서는, 상기 저비점 물질이 제거된 반응 생성물로부터 공지의 탈고비물 유닛(500)에 의해 고비점 물질(heavies)을 제거한다.
상기 고비점 물질은 상기 반응 단계에서의 주 생성물인 이소시아네이트 화합물 보다 높은 비점을 갖는 물질을 의미한다. 상기 고비점 물질로는 상기 주 생성물을 얻는 공정에서 형성되는 이소시아네이트 화합물의 이량체 혹은 삼량체 이상의 다량체를 포함한 올리고머, 혹은 폴리머 등 고분자 형태의 부산물을 예로 들 수 있다.
발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탈고비물 단계에서 상기 반응 생성물의 열 변성과 부산물의 생성을 최소화하기 위하여, 상기 탈고비물 단계는 145 ℃ 내지 165 ℃의 온도 및 1 torr 이하의 압력 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
일 예로, 상기 탈고비물 단계는 박막 증류장치(thin-film evaporator) 하에서 수행될 수 있는데, 상기 박막 증류장치의 하부(bottom)의 온도를 145 ℃ 내지 165 ℃로 하고, 상기 박막 증류장치의 하부(bottom)의 압력을 1 torr 이하로 운전하는 것이 상기 열 변성과 부산물의 생성을 최소화하는데 유리할 수 있다.
바람직하게는, 상기 탈고비물 단계의 수행 온도는 145 ℃ 내지 165 ℃, 혹은 150 ℃ 내지 165 ℃, 혹은 150 ℃ 내지 160 ℃, 혹은 155 ℃ 내지 160 ℃일 수 있다. 그리고, 바람직하게는, 상기 탈고비물 단계의 수행 압력은 0.1 torr 내지 1 torr, 혹은 0.5 torr 내지 1 torr일 수 있다.
상기 탈고비물 단계의 수행 온도 및 압력이 상기 범위를 충족하지 못할 경우, 상기 탈고비물 단계에서의 상기 열 변성과 부산물의 생성량이 증가할 수 있고, 고비점 물질의 제거 효율이 저하할 수 있으며, 그에 따라 상기 탈고비물 단계로부터 얻어지는 이소시아네이트 화합물의 농도가 저하할 수 있다.
일 예로, 상기 탈고비물 단계는, 상기 탈저비물 유닛(400)의 반응 생성물 이송 라인(405)을 통해 공급되는 상기 반응 생성물로부터 고비점 물질을 제거할 수 있도록 구성된 박막 증류장치(550); 상기 박막 증류장치의 응축부로 이소시아네이트 화합물을 배출하는 이소시아네이트 화합물 배출 라인(509); 및 상기 박막 증류장치의 탑저부로 상기 고비점 물질을 배출하는 고비점 물질 배출 라인(506)을 포함하는 탈고비물 유닛(500)에서 수행될 수 있다.
본 발명은 포스겐을 사용한 이소시아네이트 화합물의 제조시 반응 생성물의 열 변성 및 부산물의 생성을 최소화하고 고순도의 이소시아네이트 화합물을 보다 안정적으로 얻을 수 있는 이소시아네이트 화합물의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현 예에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에 이용되는 공정 및 장치를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현 예에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에서 탈저비물 단계에 이용되는 공정 및 장치를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현 예에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법에서 탈저비물 단계에 이용되는 공정 및 장치를 모식적으로 나타낸 것이다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 이해를 돕기 위한 예시로서 제시된 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 장치를 이용하여 다음과 같은 공정으로 1,3-XDI(m-XDI)를 제조하였다.
(반응 단계)
상온 및 상압의 조건 하에, 6500 kg의 1,2-디클로로벤젠(o-DCB)의 용매 내에서, 염산 500 kg과 m-자일릴렌디아민(m-XDA) 560 kg을 4 시간 동안 반응시켜, m-자일릴렌디아민의 염산염 870 kg을 형성하였다.
상기 m-자일릴렌디아민의 염산염 870 kg을 공급 라인(10)을 통해 반응기(110)에 투입하고, 반응기의 온도를 125 ℃로 승온하였다. 반응 진행 시간 동안 공급 라인(20)을 통해 총 1359 kg의 포스겐(phosgene)을 반응기에 넣고 교반하였다. 포스겐 투입 시점부터 반응 종료 시점까지 드라이아이스-아세톤 컨덴서를 사용하여 포스겐이 외부로 새어나가지 않도록 하였다. 90 ℃의 온도 하에 1.5 시간 동안 반응을 진행시켰다.
이후, 반응기 내부 온도를 125 ℃가 되도록 가열하고, 포스겐 6000 kg을 추가로 투입하였다. 반응기의 온도가 125 ℃가 유지되도록 하며 반응 용액이 투명해질 때까지 4.5 시간을 추가로 교반하였다. 반응 용액이 투명해진 후 가열을 중단하였다. 상기 방법으로 얻어진 반응 생성물은 이송 라인(102)을 통해 증류 유닛(200)으로 이송되었다.
(탈가스 단계)
탈가스 유닛(200)의 증류탑(220)은 이송 라인(102)을 통해 공급되는 상기 반응 생성물로부터 가스상을 제거할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 증류탑(220)은 구조 패킹의 한 종류인 멜라팩(Mellapak)이 충전된 패킹 타워가 사용되었으며, 그 높이는 약 6 m이다.
증류탑(220)의 하부(bottom)의 온도를 155 ℃로 하고, 증류탑(220)의 상부(top)의 압력을 400 torr로 운전하였다.
약 150 kg/hr의 환류 스트림을 증류탑(220)으로 재투입하였으며, 이는 탑정 유출량 대비 약 3.2의 환류비에 해당한다.
증류탑(220)의 탑정부에 연결된 가스상 배출 라인(209)을 통해 포스겐을 포함한 가스상이 배출되었다. 상기 가스상이 제거된 반응 생성물은 증류탑(220)의 탑저부에 연결된 이송 라인(203)을 통해 탈용매 유닛(300)으로 이송되었다.
(탈용매 단계)
탈용매 유닛(300)의 증류탑(330)은 이송 라인(203)을 통해 공급되는 상기 반응 생성물로부터 용매를 제거할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 증류탑(330)은 구조 패킹의 한 종류인 멜라팩(Mellapak)이 충전된 패킹 타워가 사용되었으며, 그 높이는 약 7 m이다.
증류탑(330)의 하부(bottom)의 온도를 160 ℃로 하고, 증류탑(330)의 상부(top)의 압력을 15 torr로 운전하였다.
약 600 kg/hr의 환류 스트림을 증류탑(330)으로 재투입하였으며, 이는 탑정 유출량 대비 약 0.5의 환류비에 해당한다.
증류탑(330)의 탑정부에 연결된 용매 배출 라인(309)을 통해 1,2-디클로로벤젠(o-DCB)을 포함한 용매가 배출되었다. 상기 용매가 제거된 반응 생성물은 증류탑(330)의 탑저부에 연결된 이송 라인(304)을 통해 탈저비물 유닛(400)으로 이송되었다.
(탈저비물 단계)
탈저비물 유닛(400)의 증류탑(440)은 이송 라인(304)을 통해 공급되는 상기 반응 생성물로부터 저비점 물질을 제거할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 증류탑(440)은 구조 패킹의 한 종류인 멜라팩(Mellapak)이 충전된 패킹 타워가 사용되었으며, 그 높이는 약 13 m이다.
증류탑(440)의 탑저부의 온도를 160 ℃로 하고, 증류탑(440)의 탑저부의 압력을 30 torr로 운전하였다.
약 120 kg/hr의 환류 스트림을 증류탑으로 재투입하였으며, 이는 탑정 유출량 대비 약 0.8의 환류비에 해당한다.
증류탑(440)에서 저비점 물질이 풍부한 분획은 증류탑(440)의 탑정부에 연결된 탑정 스트림 라인(491)을 통해 저비점 물질 응축기(495)로 이송되었다. 응축기(495)에서 응축된 저비점 물질은 리플럭스 드럼(496)에 모였고, 응축된 저비점 물질 중 일부는 증류탑(440)의 상부로 환류되었고, 나머지 저비점 물질은 저비점 물질 배출 라인(409)을 통해 배출되었다. 응축기(495)에서 응축되지 않은 비활성 가스는 비활성 가스 응축기(497)에서 응축되어 비활성 가스 리커버리 드럼(460)으로 이송되었다.
증류탑(440)에서 1,3-XDI가 풍부한 분획은 증류탑(440)의 탑저부에 연결된 탑저 스트림 라인(402)을 통해 리보일러(404)로 이송되었다. 리보일러(404)에서 저비점 분획은 증류탑(440)의 하부로 재공급되었고, 1,3-XDI를 포함한 분획은 반응 생성물 이송 라인(405)을 통해 탈고비물 유닛(500)으로 이송되었다.
비활성 가스 공급 라인(450)을 통해 신선한 비활성 가스(헥산)가 비활성 가스 리커버리 드럼(460)에 추가로 공급되었다. 비활성 가스 리커버리 드럼(460)에 모인 비활성 가스는 비활성 가스 프리히터(470)에서 과열되었다. 155 ℃로 과열된 비활성 가스는, 리보일러(404)에서 얻어진 상기 저비점 분획과 함께 증류탑(440)의 탑저부로 공급되었다.
(탈고비물 단계)
탈고비물 유닛(500)의 박막 증류장치(550)는 이송 라인(405)을 통해 공급되는 상기 반응 생성물로부터 고비점 물질을 제거할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 박막 증류장치(550)는 내부에 응축기가 설치되어 있는 short path evaporator 형태의 증발기가 사용되었다.
박막 증류장치(550)의 하부(bottom)의 온도를 135 ℃로 하고, 박막 증류장치(550)의 하부(bottom)의 압력을 0.5 torr로 운전하였다.
박막 증류장치의 하부(bottom)로 약 13 kg/hr의 고비점 응축물이 분리되었다.
박막 증류장치(550)의 배출 라인(509)을 통해 1,3-XDI(m-XDI)을 포함한 이소시아네이트 화합물이 배출되었다. 상기 반응 생성물로부터 분리된 고비점 물질은 박막 증류장치(550)의 탑저부에 연결된 배출 라인(506)을 통해 배출되었다.
실시예 2
상기 탈저비물 단계에서 증류탑(440)의 탑저부의 온도를 130 ℃가 되도록 운전한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 1,3-XDI(m-XDI)을 포함한 이소시아네이트 화합물을 얻었다.
실시예 3
상기 탈저비물 단계에서 증류탑(440)의 탑저부의 압력을 20 torr가 되도록 운전한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 1,3-XDI(m-XDI)을 포함한 이소시아네이트 화합물을 얻었다.
비교예 1
상기 탈저비물 단계에서 증류탑(440)의 탑저부에 비활성 가스(헥산)를 투입하지 않고 상기 탑저부의 온도 160 ℃ 및 상기 탑저부의 압력 30 torr로 운전한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 1,3-XDI(m-XDI)을 포함한 이소시아네이트 화합물을 얻었다.
시험예
상기 실시예 및 비교예의 탈저비물 단계에서 얻어지는 반응 생성물의 일부를 회수하여 gel permeation chromatography 분석을 실시하였다. 상기 분석을 통해 확인된 주요 성분의 함량을 아래 표 1에 나타내었다.
| (중량%) | oDCB | Lights | m-XDI | 헥산 |
| 실시예 1 | - | 0.02 | 89.6 | - |
| 실시예 2 | - | 0.4 | 88.7 | - |
| 실시예 3 | - | 0.01 | 89.7 | - |
| 비교예 1 | 7.2 | 1.9 | 80.5 | - |
*oDCB: 1,2-디클로로벤젠
상기 표 1을 참고하면, 상기 실시예들에 따른 이소시아네이트 화합물의 제조 방법은 반응 생성물의 열 변성 및 부산물의 생성을 최소화할 수 있고, 고순도의 이소시아네이트 화합물을 보다 안정적으로 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.
그에 비하여, 상기 비교예 1의 경우 상기 탈저비물 단계에서 상기 탑저부의 압력을 실시예들에서와 같은 30 torr로 운전하였으나, 얻어지는 이소시아네이트 화합물의 농도가 현저히 낮은 것으로 확인되었다.
10: 아민 화합물의 염 공급 라인
20: 포스겐 공급 라인
100: 반응 유닛
110: 반응기
102: 반응 생성물 이송 라인
200: 탈가스 유닛
220: 증류탑
209: 가스상 배출 라인
203: 반응 생성물 이송 라인
300: 탈용매 유닛
330: 증류탑
309: 용매 배출 라인
304: 반응 생성물 이송 라인
400: 탈저비물 유닛
440: 증류탑
409: 저비점 물질 배출 라인
405: 반응 생성물 이송 라인
402: 탑저 스트림 라인
404: 리보일러
450: 비활성 가스 공급 라인
460: 비활성 가스 리커버리 드럼(recovery drum)
470: 비활성 가스 프리히터(preheater)
491: 탑정 스트림 라인
495: 저비점 물질 응축기(condenser)
496: 리플럭스 드럼
497: 비활성 가스 응축기(condenser)
500: 탈고비물 유닛
550: 박막 증류장치
506: 고비점 물질 배출 라인
509: 이소시아네이트 화합물 배출 라인
20: 포스겐 공급 라인
100: 반응 유닛
110: 반응기
102: 반응 생성물 이송 라인
200: 탈가스 유닛
220: 증류탑
209: 가스상 배출 라인
203: 반응 생성물 이송 라인
300: 탈용매 유닛
330: 증류탑
309: 용매 배출 라인
304: 반응 생성물 이송 라인
400: 탈저비물 유닛
440: 증류탑
409: 저비점 물질 배출 라인
405: 반응 생성물 이송 라인
402: 탑저 스트림 라인
404: 리보일러
450: 비활성 가스 공급 라인
460: 비활성 가스 리커버리 드럼(recovery drum)
470: 비활성 가스 프리히터(preheater)
491: 탑정 스트림 라인
495: 저비점 물질 응축기(condenser)
496: 리플럭스 드럼
497: 비활성 가스 응축기(condenser)
500: 탈고비물 유닛
550: 박막 증류장치
506: 고비점 물질 배출 라인
509: 이소시아네이트 화합물 배출 라인
Claims (15)
- 아민 화합물의 염과 포스겐을 용매 하에서 반응시켜 이소시아네이트 화합물을 포함한 반응 생성물을 얻는 반응 단계,
상기 반응 생성물로부터 가스상을 제거하는 탈가스 단계,
상기 가스상이 제거된 반응 생성물로부터 용매를 제거하는 탈용매 단계,
상기 용매가 제거된 반응 생성물로부터 저비점 물질(lights)을 제거하는 탈저비물 단계, 및
상기 저비점 물질이 제거된 반응 생성물로부터 고비점 물질(heavies)을 제거하는 탈고비물 단계를 포함하고;
상기 탈저비물 단계는 탑저부에 리보일러가 연결되어 있는 증류탑에서 수행되고, 상기 리보일러를 통해 상기 증류탑의 하부에 과열된 비활성 가스가 공급되는,
이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 탈저비물 단계는, 비활성 가스 프리히터(preheater)에서 과열된 비활성 가스를 링 스파저(ring sparger)를 이용하여 상기 리보일러에 투입하는 방법으로 수행되는, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 비활성 가스는 탄소수 1 내지 6의 탄화수소계 가스인, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 비활성 가스는 150 ℃ 이상의 온도로 과열된 것인, 이소시아네이트의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 단계들은 각각 165 ℃ 이하의 온도 하에서 수행되는, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 탈저비물 단계는 상기 증류탑의 탑저부의 온도가 165 ℃ 이하이고 상기 탑저부의 압력이 50 torr 이하가 되도록 수행되는, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 리보일러는 재킷 베셀 타입의 리보일러(jacketed vessel type reboiler)인, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 탈저비물 단계의 상기 증류탑은, 상기 과열된 비활성 가스가 상기 증류탑의 탑저부로 혼합되는 것을 방지하기 위한 내부 배플(internal baffle)이 설치되어 있는 것인, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 아민 화합물은 분자 내에 지방족 그룹을 갖는 지방족 아민인, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 아민 화합물은 분자 내에 2 개 이상의 아미노기를 포함하는 2 관능 이상의 사슬상 또는 환상의 지방족 아민인, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 아민 화합물은 헥사메틸렌디아민, 2,2-디메틸펜탄디아민, 2,2,4-트리메틸헥산디아민, 부텐디아민, 1,3-부타디엔-1,4-디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 1,6,11-운데카트리아민, 1,3,6-헥사메틸렌트리아민, 1,8-디이소시아네이토-4-이소시아네이토메틸옥탄, 비스(아미노에틸)카보네이트, 비스(아미노에틸)에테르, 자일릴렌디아민, α,α,α',α'-테트라메틸자일릴렌디아민, 비스(아미노에틸)프탈레이트, 비스(아미노메틸)시클로헥산, 디시클로헥실메탄디아민, 시클로헥산디아민, 메틸시클로헥산디아민, 디시클로헥실디메틸메탄디아민, 2,2-디메틸디시클로헥실메탄디아민, 2,5-비스(아미노메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 2,6-비스(아미노메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 3,8-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 3,9-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 4,8-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 4,9-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 비스(아미노메틸)노보넨, 및 자일릴렌디아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 아민 화합물은 비스(아미노메틸)설피드, 비스(아미노에틸)설피드, 비스(아미노프로필)설피드, 비스(아미노헥실)설피드, 비스(아미노메틸)설폰, 비스(아미노메틸)디설피드, 비스(아미노에틸)디설피드, 비스(아미노프로필)디설피드, 비스(아미노메틸티오)메탄, 비스(아미노에틸티오)메탄, 비스(아미노에틸티오)에탄, 비스(아미노메틸티오)에탄, 및 1,5-디아미노-2-아미노메틸-3-티아펜탄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 황 함유 지방족 아민인, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 아민 화합물은 m-자일릴렌디아민, p-자일릴렌디아민 및 o-자일릴렌디아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 아민 화합물의 염은 아민 화합물의 염산염 또는 탄산염인, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반응 단계는 방향족 탄화수소계 용매 및 에스테르계 용매 중 적어도 하나를 포함하는 용매 하에서 수행되는, 이소시아네이트 화합물의 제조 방법.
Priority Applications (6)
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| JP2023540179A JP2024503330A (ja) | 2020-12-30 | 2021-12-30 | イソシアネート化合物の製造方法 |
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