CN103214514A - 一种磷酸三苯酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磷酸三苯酯的制备方法,步骤如下:⑴向熔融的苯酚中加入催化剂,投入反应釜中,搅拌至料温降至50℃以下,停止搅拌,将三氯氧磷混合;⑵在搅拌条件下进行常压排酸、负压排酸后酸值≤6mgKOH/g,中和、排气,得合格的粗酯;⑷将合格的粗酯升温进行减压蒸馏分离,收集成品;碱洗、水洗,取样分析成品酸值≤0.05 mgKOH/g,后进行脱水纯化,取样分析成品酸值≤0.05 mgKOH/g,过滤后,即得磷酸三苯酯。本发明制备方法操作简单、条件温和、反应时间短、能耗低、腐蚀小、污染少、产物纯、产率高,收率达到88%以上。
Description
技术领域
本发明属于化工领域,涉及磷酸三苯酯,尤其是一种磷酸三苯酯的制备方法。
背景技术
磷酸三苯酯(TPP),分子式为:(C6H5O)3PO或C18H15O4P,CAS为:115-86-6,分子量为326.29,结构式如下:
磷酸三苯酯为白色或微带颜色片状或粉末状结晶;无臭,不可燃,微有潮解性;熔点:50-51℃,不溶于水,溶于苯、氯仿、乙醚、乙醇、丙酮等有机溶剂。
磷酸三苯酯是纤维素树脂、乙烯基树脂、天然橡胶、合成橡胶的阻燃性辅助增塑剂;挥发率低,具有优良透明性,柔软性,强韧性,还有一定的阻燃性;是硝化纤维、醋酸纤维素(片基)、环氧树脂、合成塑料、聚氯乙烯、丁晴橡胶的增塑及物理增塑剂;以及黏胶纤维中樟脑的不燃性代用品;适合用于胶片、有机玻璃、工程塑料等。
目前,现有技术中也存在许多磷酸三苯酯的制备方法,这些方法也各有它们的优点,但是也存在着制备方法反应步骤多、路线长、效率低、能耗高、腐蚀设备、环境污染等不足。
通过检索,并未发现与本专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
本应用的目的在于克服现有技术的不足,提供一种操作简单、条件简便、反应时间短、能耗低、腐蚀小、污染少、产物纯、产率高的磷酸三苯酯的制备方法。
本发明实现目的的技术方案是:
一种磷酸三苯酯的制备方法,步骤如下:
(1)向熔融的苯酚中加入催化剂,投入反应釜中,搅拌至料温降至50℃以下,停止搅拌,将三氯氧磷投入并混合均匀;
其中,苯酚:三氯氧磷:催化剂的质量比为1180~1220:550~570:5;
(2)在搅拌条件下进行常压排酸,用1小时升至70℃后,以升温速度4-5℃/小时升温至95℃,平衡1小时;以升温速度5-6℃升温至140℃时;启动负压排酸系统,负压达到600mmHg以上时,用1-1.5小时,继续升温至160℃,平衡排气2-2.5小时,负压大于650mmHg;
(3)排酸完毕,取样测酸值,负压排酸后酸值≤6mgKOH/g,加碳酸钠中和,温度在150-160℃,负压大于600 mmHg,排气1.5小时,取样测酸值≤3mgKOH/g,即得合格的粗酯;
(4)将合格的粗酯升温进行减压蒸馏分离,把低沸物、中馏份、成品分别收集;
(5)蒸馏结束后,把酸值≤0.08 mgKOH/g的成品进行碱洗、水洗至水溶液pH=7为止,取样分析成品酸值≤0.05mgKOH/g,后进行脱水纯化,取样分析成品酸值≤0.05mgKOH/g,过滤后,即得磷酸三苯酯。
而且,所述步骤(1)中酚:三氯氧磷:催化剂的重量比为1200:560:5。
而且,所述步骤(1)中催化剂为钙镁催化剂,钙镁催化剂的制备步骤如下:
(1)将HZSM-5型分子筛、硫酸钙、氯化镁、田菁粉和水混合,得混合液;
每1L混合液中加入HZSM-5型分子筛、硫酸钙、氯化镁和田菁粉的质量比为10:2.9:2.5:1;
(2)搅拌条件下,加热至80±5℃,反应6~8h;
(3)将步骤(2)中反应物经过滤、抽滤后,使用水洗涤,得过滤产物;
(4)将过滤产物放入120℃的烤箱中烘7~8h,自然晾干1~2天,研碎,取≤100目的催化剂在550℃下焙烧12h,即得催化剂。
而且,所述步骤(4)中减压蒸馏分离的条件为:负压系统真空度≥0.097Mpa;低沸物的馏份温度在140~160℃;次成品的馏份温度在240~260℃;成品的馏份温度在270~280℃。
而且,所述步骤(5)中碱洗的步骤为:质量浓度为4-5%的NaOH溶液:成品的质量比为0.5:1;料温:65-70℃;pH=11-13;搅拌30分钟;静止分层:30-40分钟。
而且,所述步骤(5)中水洗的步骤为:料温:60-70℃;搅拌条件下,使用清水洗至成品的pH=7;停止搅拌,静止分层:30-40分钟。
而且,所述步骤(5)中脱水纯化的条件为:
(1)负压为0.085-0.09Mpa,通入氮气,至液体翻动,负压不降;
(2)升温速度调节以保持负压>0.08Mpa,608mmHg;
(3)升温至135-140℃,负压>740mmHg,时间:0.5小时;
(4)降温至65℃,氮气加压,变为常压。
本发明的优点和有益效果为:
1、本发明制备方法操作简单、条件简便、反应时间短、能耗低、腐蚀小、污染少、产物纯、产率高,收率达到88%以上。
2、本发明制备方法中热法替代冷法生产,滴加变成混合以控制升温速度和压差,不但提高了收率,方法简单,易于操作,而且减轻了生产人员的劳动强度,降低了生产成本。
3、本发明制备方法中酯化时加碱中和平衡,减少了水洗带来的废水,不会产生污水和环境污染,提高了收率,降低了消耗,增加了企业的经济效益。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述,以下实施例只是描述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的试剂,如无特殊说明,均为市售的常规试剂;所使用的方法,如无特殊说明,均为本技术领域的常规方法。
本发明所使用的催化剂的制备步骤如下:
(1)将HZSM-5型分子筛、硫酸钙、氯化镁、田菁粉和水混合,得混合液;
每1L混合液中加入HZSM-5型分子筛、硫酸钙、氯化镁和田菁粉的质量比为10:2.9:2.5:1;
(2)搅拌条件下,加热至80±5℃,反应6~8h;
(3)将步骤(2)中反应物经过滤、抽滤后,使用水洗涤,得过滤产物;
(4)将过滤产物放入120℃的烤箱中烘7~8h,自然晾干1~2天,研碎,取≤100目的催化剂在550℃下焙烧12h,即得催化剂。
一种磷酸三苯酯的制备方法,步骤简述如下:
将熔融的苯酚1200公斤,一次抽入反应釜内,加入催化剂;启动搅拌,料温降至50℃以下,停止搅拌,将560公斤三氯氧磷抽入内;启动搅拌和常压排酸系统,夹套缓慢给入蒸汽加热升温;约用1小时升至70℃后,视釜内反应情况,以时速约4-5℃升温至95℃,平衡1小时;以时速约5-6℃升温至140℃时,启动负压排酸系统,负压达到600mmHg以上时,用约1-1.5小时,继续升温至160℃,平衡排气2-2.5小时,负压大于650mmHg;排酸完毕,取样测酸值,根据结果,加碳酸钠中和,温度在150-160℃,负压大于600 mmHg,排气约1.5小时,取样测酸值,如≤4mgkoH/g,即为合格;后将合格粗酯抽入蒸馏锅内,升温进行减压蒸馏分离,把低沸物、中馏份、成品分别收集;蒸馏毕;把蒸馏收集合格的成品抽到洗涤罐内,进行碱洗、水洗,液温控制65℃左右,水洗使其水溶液pH=7为止,取样分析合格,后进行脱水纯化、降温,取样分析合格,过滤、切片、包装。
上述制备方法的工艺技术条件如下:
(1)配料比:
苯酚:三氯氧磷:催化剂=1200:560:5(kg)
(2)控制条件
①合成工序
A.料温<50℃,投三氯氧磷。
B.常压排酸:
升温至70℃,用1小时;70-95℃,升温速度4-5℃/小时;
95℃,平衡1小时;95-140℃,升温速度5-6℃/小时。
C.负压排酸:
135-140℃时,启动负压排酸,负压上升达600mmHg。
继续升温至160℃,用1-1.5小时;
160℃,平衡2-2.5小时,负压>650mmHg。
D.测酸值,加碳酸钠中和;温度:150-160℃,负压>600mmHg;
排气1-1.5小时。
②蒸馏工序
A.上料前核对酸值合格。
B.负压系统真空度≥0.097Mpa。
C.馏份温度控制:
低沸物:150℃左右;次成品:250℃左右;成品:270℃左右。
以上温度控制,随真空度高低变化;因此,保证所需真空度,是保证产品质量的一个关键。
③洗涤工序
A.碱洗:
碱水:成品质量比为0.5:1;料温:65-70℃;NaOH浓度4-5%;
pH=11-13;搅拌30分钟;静止分层:30-40分钟。
B.水洗:
清水:成品=0.5:1;料温:60-70℃;
搅拌30分钟;PH=7;静止分层:30-40分钟。
(注):若PH>7,再水洗,至水溶液PH=7。
④脱水工序
A.负压达到0.085-0.09Mpa,通入氮气,至液体翻动,负压不降。
B.升温速度调节以保持负压>0.08Mpa(608mmHg)
C.升温至135-140℃,负压>740mmHg,时间:0.5小时。
D.降温至65℃,关闭负压节门,氮气加压,变为常压。
E.取样分析,合格,过滤、切片、包装。
(3)中控指标
A合成工序
①负压排酸后酸值:≤6mgKOH/g。
②加碳氧中和后酸值:≤3mgKOH/g。
B蒸馏工序
①开始收成品酸值≤0.08mgKOH/g。②成品酸值≤0.05mgKOH/g。
C洗涤工序
①水洗后PH=7。②酸值≤0.05mgKOH/g。③脱水工序酸值≤0.05mgKOH/g。
一种磷酸三苯酯的制备方法,具体操作步骤如下:
1、酯化开车
(1)启动喷射泵,用胶塞堵好缓冲罐上口,打开反应罐上负压节门,连接好上料管路。
(2)反应罐内负压大于300mmHg时,将熔融的苯酚1200公斤,抽入到反应罐内。
(3)打开排气节门,关闭负压节门;打开取样口,投入制备好的催化剂,关闭取样口。
(4)启动搅拌,夹套给水降温,当液温降至50℃以下,关闭搅拌,打开负压节门,把560公斤三氯氧磷抽入反应罐内。
(5)关闭负压节门,打开缓冲罐上口胶塞,关闭喷射泵;打开罐上排空,至罐内常压,关闭排空;启动搅拌。
(6)开启自然排酸系统,盐酸吸收塔给冷却水。
(7)搅拌15分钟后,反应罐夹套给蒸汽加热升温,用1小时升温至70℃。
(8)以时速4-5℃/时,升温至95℃,平衡1小时。
(9)平衡后,视反应情况以时速5-8℃/时升至140℃,启动负压排酸系统。
(10)启动喷射泵,用胶塞堵好缓冲罐上口,打开关上负压节门;关闭常压,排酸节门及排酸系统;罐上负压>600mmHg。
(11)负压排酸时,升温速度要快,用1-1.5小时升至160℃;平衡2小时,负压>650mmHg。
(12)平衡后,关闭负压节门,排空打开取样口,取样化验。
(13)根据化验结果,适量加入碳氧进行中和,每次最多加3-4公斤,封闭取样口,打开负压节门,排气1.5小时,取样化验(同上)
(14)酸值≤3mgKOH/g,即为合格;否则继续加入碳氧中和至合格。
(15)合成毕,关闭负压节门,打开缓冲罐上口胶塞,关闭喷射泵,关闭搅拌及蒸汽节门。
2、蒸馏工序
(1)启动真空泵,打开上料节门,将合成粗酯一次抽入锅内,关闭进料节门。
(2)用点燃的炭炉升温,适量打开列管冷凝器冷却水节门,进行减压蒸馏。
(3)将水收集罐上节门打开,真空度在0.092Mpa以上,观察视镜,当液温接近80℃至100℃时,流出物为水收集,流量由大开始变小至无。
(4)当液温升至近140℃左右时,其馏份为低沸物,可打开升至160℃左右时,其流量由小变大,再由大变小,近无。
(5)当液温升到200℃以上时,流量出现,升至250℃,接近260℃左右,流量由小变大,该馏份为中馏份,收集于中馏份罐,(提前关闭低沸物收集罐上节门,打开中馏份收集罐上节门)。
(6)液温逐渐升高,从视镜上观察料液由略混浊到清亮透明,温度到270℃左右时,根据料液外观,测其酸值。
(7)当酸值在0.5 mgKOH/g左右时,外观浅色清澈透明,可打开成品收集罐上节门,同时关闭中馏份收集罐上节门。
(8)在收集成品过程中,液温升到280℃左右,真空度在0.0987Mpa以上,保持稳定,并随时观察成品外观及酸值的变化。
(9)当色泽变深或酸值增大时,转入中馏份收集,蒸馏结束,降温、彻火、停泵。
(10)低沸物放入备用桶暂贮存,后视情况分析使用。
(11)中馏份视情况全部或部分并入下锅粗酯蒸提成品或处理单蒸。
3、水洗开车
(1)中和平衡
①启动喷射泵,用胶塞堵住缓冲罐上口,打开罐上负压节门,连接好上料管路。
②将蒸馏收集的成品抽到洗涤罐内。
③抽料毕,关闭负压节门,打开缓冲罐上的胶塞,关闭喷射泵,洗涤罐夹套给(适量)蒸汽。
④洗涤罐排空,启动搅拌,向洗涤罐内注入约300公斤清水。
⑤当洗涤罐内温度升至65℃时(<70℃),加入配好的氢氧化钠(15-20%)溶液调节PH=12-13。
⑥搅拌30分钟,停止;静止分层30分钟,打开放料节门,把料放入料槽内。
⑦发现分层,关闭放料节门,打开排污节门,将废水放掉。
⑧用清水将洗涤罐冲洗干净,关闭排污节门。
(2)水洗
①启动循环泵,将槽内的粗酯打入洗涤罐内。
②打料毕,启动搅拌,向洗涤罐内注入清水500公斤;同时升温至65-70℃,测其PH值。
③搅拌30分钟,停止;静止分层30分钟,测其罐内水的PH=7值,打开放料节门,将清洗后的粗酯放入槽内。
④发现分层,关闭放料节门,打开排污节门,将废水放掉。
⑤用清水把洗涤罐冲洗干净,关闭排污节门。
⑥若水洗后的PH值大于7,再重复水洗,使其水溶液的PH值=7,为止。
⑦取样化验,测酸值,含酚量。
2、脱水
(1)启动料泵,将水洗好的粗酯打入脱水罐,关闭料泵,封闭上料口。
(2)启动喷射泵,用胶塞堵好缓冲罐上排空口,打开脱水罐上负压节门。
(3)当罐内负压到0.085-0.09Mpa时,开启氮气钢瓶节门,打开调节阀及通氮节门。
(4)通入氮气的量控制在罐内液体翻动而负压不降为宜,启动搅拌,脱水罐胶套给蒸汽加热。
(5)加热升温速度,以保持并调节负压大于0.08Mpa为宜。
(6)当脱水罐内料温升至135-140℃,负压大于740mmHg时,维持0.5小时。
(7)达到以上要求后,把脱水罐夹套蒸汽排掉,给冷却水(适量)降温。
(8)当温度降至65-70℃时,关闭冷却水并把冷却水放掉;关闭搅拌,关闭负压节门,打开缓冲罐上排空口,关闭喷射泵。
(9)用氮气加压,使脱水罐内变为常压为止;关闭通氮节门,关闭调压及氮气钢瓶节门。
(10)取样分析合格,过滤、切片、包装。
上述方法所制备得到的磷酸三苯酯的检测结果:
磷酸三苯酯的标准见表1,本发明制备方法制备得到的磷酸三苯酯的相关指标检测结果符合表1中所列的各项标准,产品合格。
表1 磷酸三苯酯质量规格标准
Claims (7)
1.一种磷酸三苯酯的制备方法,其特征在于:步骤如下:
(1)向熔融的苯酚中加入催化剂,投入反应釜中,搅拌至料温降至50℃以下,停止搅拌,将三氯氧磷混合;
其中,苯酚:三氯氧磷:催化剂的质量比为1180~1220:550~570:5;
(2)在搅拌条件下进行常压排酸,用1小时升至70℃后,以升温速度4-5℃/小时升温至95℃,平衡1小时;以升温速度5-6℃升温至140℃时;启动负压排酸系统,负压达到600mmHg以上时,用1-1.5小时,继续升温至160℃,平衡排气2-2.5小时,负压大于650mmHg;
(3)排酸完毕,取样测酸值,负压排酸后酸值≤6mgKOH/g,加碳酸钠中和平衡,温度在150-160℃,负压大于600 mmHg,排气1.5小时,取样测酸值≤3 mgKOH/g,即得合格的粗酯;
(4)将合格的粗酯升温进行减压蒸馏分离,把低沸物、中馏份、成品分别收集;
(5)蒸馏结束后,把酸值≤0.15mgKOH/g的成品进行碱洗、水洗至水溶液pH=7为止,取样分析成品酸值≤0.05 mgKOH/g,后进行脱水纯化,取样分析成品酸值≤0.05 mgKOH/g,过滤后,即得磷酸三苯酯。
2.根据权利要求1所述的磷酸三苯酯的制备方法,其特征在于:所述步骤⑴中酚:三氯氧磷:催化剂的重量比为1200:560:5。
3.根据权利要求1或2所述的磷酸三苯酯的制备方法,其特征在于:所述步骤⑴中催化剂为钙镁催化剂,钙镁催化剂的制备步骤如下:
(1)将HZSM-5型分子筛、硫酸钙、氯化镁、田菁粉和水混合,得混合液;
每1L混合液中加入HZSM-5型分子筛、硫酸钙、氯化镁和田菁粉的质量比为10:2.9:2.5:1;
(2)搅拌条件下,加热至80±5℃,反应6~8h;
(3)将步骤(2)中反应物经过滤、抽滤后,使用水洗涤,得过滤产物;
(4)将过滤产物放入120℃的烤箱中烘7~8h,自然晾干1~2天,研碎,取≤100目的催化剂在550℃下焙烧12h,即得催化剂。
4.根据权利要求1所述的磷酸三苯酯的制备方法,其特征在于:所述步骤⑷中减压蒸馏分离的条件为:负压系统真空度≥0.097Mpa;低沸物的馏份温度在140~160℃;次成品的馏份温度在240~260℃;成品的馏份温度在270~280℃。
5.根据权利要求1所述的磷酸三苯酯的制备方法,其特征在于:所述步骤⑸中碱洗的步骤为:质量浓度为4-5%的NaOH溶液:成品的质量比为0.5:1;料温:65-70℃;pH=11-13;搅拌30分钟;静止分层:30-40分钟。
6.根据权利要求1所述的磷酸三苯酯的制备方法,其特征在于:所述步骤⑸中水洗的步骤为:料温:60-70℃;搅拌条件下,使用清水洗至成品的pH=7;停止搅拌,静止分层:30-40分钟。
7.根据权利要求1所述的磷酸三苯酯的制备方法,其特征在于:所述步骤⑸中脱水纯化的条件为:
(1)负压为0.085-0.09Mpa,通入氮气,至液体翻动,负压不降;
(2)升温速度调节以保持负压>0.08Mpa,608mmHg;
(3)升温至135-140℃,负压>740mmHg,时间:0.5小时;
(4)降温至65℃,氮气加压,变为常压。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |