CN104822694A - 用于制备膦酸单体的方法 - Google Patents
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Abstract
公开一种商业上可行的制备膦酸单体的简单方法，所述膦酸单体基本上不含二酯或无机亚磷酸化合物。
Description
相关申请案的交叉参考
本申请案要求2012年12月5日提交的临时申请案第61/733,438号的优先权，所述临时申请案以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于制备膦酸单体的方法。
背景技术
含有磷酸基的聚合物可用于许多应用中，包括涂料和胶粘剂。磷酸基提高聚合物与金属衬底的粘附力，在二价金属离子存在下形成交联，并促进聚合物吸附至颜料粒子，例如二氧化钛，从而形成复合粒子。但是，此类单体一般含有许多不合需要的杂质和/或副产物。
美国专利6,710,161公开一种含亚磷酸的单体组合物，其实质上不含某些磷酸化合物。但是，所述单体在使用之前必须进行处理以去除不需要的磷酸化合物，并且随后才可以与共聚单体聚合，产生可以用于制备涂料的聚合物。
将需要具有一种简单直接的方法来制备膦酸单体。
发明内容
本发明为一种如下方法，其包含在足以产生包含下式的膦酸化合物的产物的反应条件下∶
使甲基丙烯酸(MAA)与下式的磷反应物接触∶
其中n是具有1至3的平均值的数值。
意外地，可以产生所述产物单体，使得其实质上不含无机亚磷酸且实质上不含二酯交联剂，由此避免了对用于去除此类化合物的昂贵耗时的纯化步骤的需要。
具体实施方式
如本文所用，“一种(a或an)”、“所述”、“至少一种”以及“一或多种”可互换使用。术语“包含”、“包括”和其变型在这些术语在说明书和权利要求书中出现时不具有限制意义。因此，例如，包括“一种”疏水性聚合物的粒子的水性组合物可以解释为意指组合物包括“一或多种”疏水性聚合物的粒子。
同样在本文中，通过端点对数值范围进行的叙述包括所述范围内所包含的所有数字(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。出于本发明的目的，应了解，与本领域的普通技术人员将理解的一致，数值范围意图包括并且支持所述范围内所包括的所有可能的子范围。举例来说，范围1至100意图表达1.01至100、1至99.99、1.01至99.99、40至60、1至55等。
另外，在本文中，对数值范围和/或数值的叙述(包括权利要求书中的此类叙述)可以解读为包括术语“约”。在此类情况下，术语“约”指的是与本文所列举的那些数值范围和/或数值实质上相同的数值范围和/或数值。
除非相反陈述或上下文暗示，否则所有份数和百分比都是按重量计并且所有测试方法都是截至本申请案的申请日期的现行方法。出于美国专利实务的目的，任何参考专利、专利申请案或公开案的内容都以全文引用的方式并入(或其等效的美国版本如此以引用的方式并入)，尤其是在本领域中的定义(在与本发明具体提供的任何定义不一致的程度上)和常识的公开方面。
甲基丙烯酸(MAA)是众所周知的并且可以广泛购得。
在本发明的方法中，使MAA与式I的磷反应物反应∶
其中n是具有1至3的平均值的数值。MAA的用量宜为每摩尔磷反应物0.5至10摩尔。在本发明的各种实施例中，MAA的用量是每摩尔磷反应物1至3摩尔，或每摩尔磷反应物1.5至2摩尔。可采用磷反应物的混合物。
使MAA与磷反应物在足以产生式II的膦酸单体的反应条件下接触∶
在本发明的一个实施例中，使反应物在减压下在高温下接触足以产生所需单体的时间。温度宜为70至170℃，并且如本领域的技术人员所知，将取决于所采用的压力、工艺阶段和反应混合物的组成。优选地，工艺温度为90至150℃，并且更优选地，为120至140℃。水是反应副产物并随着其从反应混合物中汽化或沸腾而有利地去除。压力宜为0至760mmHg，并且优选地为200至600mmHg，并且更优选地为450至550mmHg。
在所述方法中宜采用聚合抑制剂。抑制剂的用量足以防止不需要的聚合。本领域的技术人员已知许多抑制剂和其使用方法，并且许多抑制剂可以购得。抑制剂的实例包括吩噻嗪(phenothiazine，PTZ)、4-羟基-TEMPO(4-hydroxy-TEMPO，4-HT)、甲氧基对苯二酚(methoxy hydroquinone，MeHQ)和对苯二酚(hydroquinone)。
有利地，反应不需要其他溶剂或催化剂，并且产生高产量的所需产物。所述方法不需要昂贵的试剂，例如(CH3)3SiBr。
本发明的具体实施例
实例1-制备(甲基丙烯酰基氧基)乙基膦酸
向装备有顶置式搅拌器、热电偶和10塔盘蒸馏塔的1000ml四颈圆底烧瓶馈入2-羟基乙基膦酸(125g，0.991mol)、甲基丙烯酸(180g，2.1mol)和45mg吩噻嗪。将搅拌器打开并设定在200rpm下，并且将反应器的压力设定在488mmHg下。经45分钟，将烧瓶的内含物加热至130℃。当罐温达到125℃时馏出物开始馏出，并且蒸汽温度保持在80至90℃之间。一个小时后，蒸汽温度开始下降。将热断开，并释放真空。获取样品并通过1H-NMR和31P-NMR光谱法分析。NMR结果指示16％的起始醇残留在样品中。反应器的压力再次减少至490mmHg并将内含物加热至140℃。在60-85℃的蒸汽温度范围下收集馏出物，又历时一个小时。
在全真空下在100至120℃的罐温下去除剩余MAA(<10mmHg)。产物称重达174g(理论产量的89％)并通过1H、13C、31P-NMR光谱法分析。结果与具有式III的单体，(甲基丙烯酰基氧基)乙基膦酸的预期结构一致。
对于一些应用来说，无需去除剩余MAA，因为未分离的混合物可以用于聚合。
实例2-制备(甲基丙烯酰基氧基)甲基膦酸
向装备有顶置式搅拌器、热电偶和10塔盘蒸馏塔的250ml四颈圆底烧瓶馈入2-羟基甲基膦酸(42g，0.38mol)、甲基丙烯酸(93g，1.1mol)和45mg吩噻嗪。将搅拌器打开并设定在200rpm下，并且将反应器的压力设定在497mmHg下。经45分钟，将烧瓶的内含物加热至130℃。当罐温达到125℃时馏出物开始馏出，并且蒸汽温度保持在80至90℃之间。两小时后，压力减少至全真空(<10mmHg)，并且在100至120℃的罐温下去除剩余MAA。产物称重达57g(理论产量的84％)并通过1H、31P-NMR光谱法分析。结果与具有式IV的单体，(甲基丙烯酰基氧基)甲基膦酸的预期结构一致。
Claims (13)
1.一种方法，其包含
在足以产生包含下式的膦酸化合物的产物的反应条件下∶
使甲基丙烯酸(MAA)与下式的磷反应物接触∶
其中n是具有1至3的平均值的数值。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述接触是在聚合抑制剂存在下进行。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接触是在70至170℃的温度范围内进行。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接触是在130至140℃的温度范围内进行。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接触是在0至760mmHg的压力范围内进行。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接触是在450至550mmHg的压力范围内进行。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中每摩尔磷反应物采用0.5至10摩尔MAA。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中每摩尔磷反应物采用1至3摩尔范围内的所述MAA。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中每摩尔磷反应物采用1.5至2摩尔范围内的所述MAA。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述抑制剂选自由吩噻嗪、4-羟基-TEMPO、甲氧基对苯二酚和对苯二酚组成的群组。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述产物实质上不含无机磷酸。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述产物实质上不含二酯交联剂。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接触是在实质上缺乏额外的溶剂下进行。
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