Phosgen-freier Zugang zu Isocyanaten : Untersuchung der Spaltung von 2,4-Toluol dimethyl dicarbamat (TDC) zu 2,4-Toluol diisocyanat (TDI) in einem kontinuierlichen Rührkesselreaktor

• Phosgene-free access to isocyanates : Investigations on the cleavage of 2,4-toluene dicarbamate (TDC) to 2,4-toluene diisocyanate (TDI) in a continuous stirred tank reactor

Erdkamp, Eric; Liauw, Marcel (Thesis advisor); Leitner, Walter (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Die Reaktion der Spaltung von aromatischen Carbamaten mit dem finalen Ziel einer Übertragung in einem kontinuierlichen Rührkesselreaktor wurde in dieser Dissertation untersucht. Zunächst wurden verschiedene Lösungsmittel in Reaktionen mit dem Modellsubstrat N-Methylphenylcarbamat untersucht. Daraus resultierend wurden Sulfolan und Diphenylether für weitere Experimente ausgewählt. Im nächsten Schritt wurden Spaltungsrekationen vom Zielsubstrat Toluoldicarbamat zum bifunktionalen 2,4-Toluoldiisocyanat bei verschiedenen Reaktionstemperaturen im mmol-Maßstab durchgeführt. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass signifikante Ausbeuten oberhalb von 200 °C erzielt wurden und die Selektivität des Zielprodukts oberhalb von 240 °C aufgrund der Zersetzung zu Carbodiimiden abnimmt. Weiterhin wurde basierend auf früheren Arbeiten ein kontinuierlicher Rührkesselreaktor entworfen. Zunächst wurden Satzversuche mit dem Modell- und dem Zielsubstrat reproduzierbar durchgeführt. Jedoch waren die Umsätze und Ausbeuten kleiner als bei den Reaktionen mit vergleichbaren Bedingungen im Labormaßstab. Aufgrund von Problemen mit der Produkt enthaltenden Gasphase bei Reaktionen mit dem Modellsubstrat wurde nur das Zielsystem im kontinuierlichen Betrieb untersucht. Um signifikante Umsätze bei der Durchführung kontinuierlicher Reaktionen zu erzielen waren lange Verweilzeiten, hohe Temperaturen und sehr hohe Volumenströme des Strippgases Argon notwendig. Die vielversprechendsten Ergebnisse wurden bei einer Reaktortemperatur von 228 °C, mit einer Verweilzeit von 350 Minuten und einem Argonfluss von 120 L/h erhalten. Darüber hinaus war die Ausbeute des Zielprodukts TDI aufgrund der Komplexität des Reaktionsnetzwerks limitiert. Der Großteil der gespaltenen Carbamate wurde als Isocyanat-Spezies in der Reaktionsmischung identifiziert. Allerdings handelte es sich in der Mehrheit um Monoisocyanate, bei welchen lediglich eine Spaltung stattgefunden hat. Grundsätzlich war die Reaktion sehr selektiv, da Harnstoffderivate als einzige Nebenprodukte identifiziert wurden. Im letzten Abschnitt der Arbeit wurde ein theoretischer Carbamatumsatz im stationären Zustand auf Basis von kinetischen Daten aus Laborversuchen modelliert. Die Ergebnisse waren grundsätzlich vergleichbar, auch wenn nach dem Modell höhere Umsätze erwartet wurden, als im Experiment erzielt werden konnten.

Einrichtungen

• Fachgruppe Chemie [150000]
• Lehrstuhl für Technische Chemie und Petrolchemie (N.N.) [154110]