CN105859771B - 一种芳基膦酸盐成核剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芳基膦酸盐成核剂的制备方法。芳基膦酸盐制备的反应过程分两步进行:1)中间体2,2'‑亚甲基‑双(4,6‑二叔丁苯氧基)苯酚的制备:将一定量的原料依次加入到反应瓶中,在一定温度下搅拌加热反应3‑6小时后,反应结束,分出有机层,干燥后,中间体不经分离,直接进入下一步反应。2)芳基膦酸盐制备:将上述有机层,在搅拌的同时滴加计量的三氯氧膦和三乙胺,并保持反应温度在10‑30℃,滴加完毕,搅拌一段时间后,将温度提高到60‑80℃,保温反应10小时,反应完毕,冷却到室温,加入一定量的水,滴加计量的金属氢氧化物的碱,滴加完毕,继续搅拌反应2‑4小时。反应完毕,过滤,用少许溶剂洗涤,过滤,干燥,得到产物。
Description
技术领域
发明涉及一种芳基膦酸盐成核剂的制备方法,属于功能材料研究领域。
技术背景
核剂改性聚丙烯(PP),聚乙烯(PE),聚丁烯(PE),聚酯(PET),聚砜(PS),聚酰胺(PA)等聚合物是实现聚合物材料高性能化、高透明化的一种简单有效方法。成核剂是一种新型的聚合物改性助剂,添加成核剂能改变聚合物的结晶度和结晶形态,从而大幅提高聚合物的刚性、强度以及透明性等性能。因此,对成核剂的研究和应用日益受到人们的关注。
基膦酸盐成核剂是国内外近年来新发展的一种聚烯烃成核剂,与其它品种相比,其对聚合物的透明性、刚性、结晶速度和热变形温度都有更显著的改善,该类成核剂最初由日本旭电化公司研制成功(JP184252)。由于芳基膦酸盐成核剂具有成核效率高、结晶速度快、性能提高更加显著等特点,目前已广泛应用于PP/PE/PET/PA/PS 等聚合物的改性中。研究表明,芳基膦酸盐成核剂具有较高的成核效率,能显著提高聚合物的的力学和透明性能,同时能显著减小聚合物材料的球晶尺寸,成核效果显著。
类化合物的合成方法已有文献报道(如JP 184252, EP 0622404,《石油化工》41卷,2012,703-706等),但这些方法有的收率较低,生产成本较高;有的工艺过程较长;有的废水较多,污染较重,三废处理费用高;有的工艺制备得到的产品品质不能满足使用要求等问题。
发明内容
发明提供了一种芳基膦酸盐成核剂的制备方法。
发明提供的制备方法分两步进行:
第一步,中间体2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)苯酚的制备:将一定量的原料2,4-二叔丁基苯酚,多聚甲醛,水,有机溶剂及硫酸依次加入到反应瓶中,搅拌加热,在50-90 oC下反应3-6小时后,取样经HPLC分析,转化率99.5%以上,反应结束。反应结束后,中间体不经分离,干燥后,直接进入下一步反应,水相进入下一次循环使用;
第二步,芳基膦酸盐成核剂的制备:将上述有机层,在搅拌下,同时滴加计量的三氯氧膦和三乙胺,并保持反应温度在10-30 oC,滴加完毕,搅拌一段时间后,将温度提高到60-80 oC反应,保温反应10-15小时,经HPLC分析,转化率达到99.7%以上,反应完毕,得到2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)膦酸酯,冷却到室温,加入一定量的水,在室温下,加入计量的金属氢氧化物的碱,加毕,继续搅拌反应2-4小时。反应完毕,过滤,用少许溶剂洗涤,过滤,干燥,得到产物,经HPLC分析,含量达到99.5%以上。滤液经分液后,经过简单处理可回收三乙胺和有机溶剂,并重复使用。
在上述过程中,第一步的反应温度在50-90 oC之间,最佳的反应温度在60-75 oC之间;反应时间在3-6小时,最佳时间为4-5小时,具体由中控决定(用HPLC监测反应,转化率达99.5%即可);反应的水层,可连续循环使用15次以上;
在上述反应过程中,第二步三氯氧膦和三乙胺同时滴加,反应温度保持在10-30oC,最佳温度为15-20 oC;此后的反应的温度为60-80 oC,时间为10-15小时,具体由中控决定(用HPLC监测反应,转化率达99.5%即可)。
发明提供的一种芳基膦酸盐成核剂的制备方法具有如下优点:
(1)本发明的制备方法简单,工艺流程短,三废少,有利于保护环境,适合工业化生产;
(2)本发明用多聚甲醛替代甲醛水溶液,具有易于运输、存储、计量准确的优点;
(2)本发明的制备方法,溶剂等辅料可回收使用,降低了生产成本;
(3)本发明的制备方法,转化率和收率高,品质稳定,含量高。
附图说明
图1为所制备芳基膦酸钠盐的含量HPLC图。
图2为所制备芳基膦酸钠盐的红外光谱图(IR)。
图3为所制备的芳基膦酸钠盐的核磁图(NMR)。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
种芳基膦酸盐成核剂的制备方法,其具体过程为:
第一步,2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)苯酚的制备过程为:将一定量的原料2,4-二叔丁基苯酚,多聚甲醛,水,有机溶剂及98%硫酸依次加入到反应瓶中,搅拌加热,在50-90 oC下反应3-6小时后,取样经HPLC分析,转化率99.5%以上,反应结束。反应结束后,分出有机层,经干燥后,直接进入下一步反应,水相可以进入下一次循环使用。
二步,芳基膦酸盐成核剂的制备:将在上述有机层转入另一反应瓶中,在搅拌下,同时滴加计量的三氯氧膦和三乙胺,并保持反应温度在10-30 oC,滴加完毕,搅拌一段时间后,将温度提高到60-80 oC反应,保温反应10-15小时,经HPLC分析,转化率达到99.7%以上,反应完毕,得到2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)膦酸酯,冷却到室温,加入一定量的水,在室温下,加入计量的金属氢氧化物的碱,加完,继续搅拌反应2-4小时。反应完毕,过滤,用少许溶剂洗涤,过滤,干燥,得到产物。
实施例1
芳基膦酸钠盐制备
2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)苯酚的制备:在装有搅拌,温度计和冷凝管的250 mL的玻璃瓶中,依次加入2,4-二叔丁基苯酚20.63 g,多聚甲醛1.66 g,水50 mL,三氯甲烷50 mL及98%硫酸1.0 g,搅拌加热,在60 oC下反应4小时后,取样经HPLC分析,转化率99.5%,结束反应。冷却后,分液,有机层经干燥后备用,水相进入下一次循环使用。
基膦酸钠盐的制备:将在上述有机层转入另一250 mL玻璃反应瓶中,在搅拌下,同时滴加三氯氧膦7.82 g和三乙胺5.11 g,并保持反应温度在15 oC,滴加完毕,搅拌30分钟后,将温度提高到65 oC,保温反应10小时,经HPLC分析,转化率达到99.7%,反应完成,得到2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)膦酸酯。冷却到室温,加入50 mL水,在室温下,加入氢氧化钠4.2 g,加毕,继续搅拌反应3.5小时。反应完毕,过滤,用少许三氯甲烷洗涤,过滤,干燥,得到产物为芳基膦酸钠盐24.92 g。经HPLC分析,其含量为99.91%(如图1所示),其对应的红外光谱如图2所示,其对应的核磁如图3所示。过滤所得的液体经一般方法处理后,回收三乙胺和三氯甲烷,并继续使用。
实施例2
芳基膦酸钠盐制备
2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)苯酚的制备:在装有搅拌,温度计和冷凝管的250 mL的玻璃瓶中,依次加入2,4-二叔丁基苯酚20.63 g,多聚甲醛1.66 g,三氯甲烷50mL以及上次反应的水相,搅拌加热,在60 oC下反应4小时后,取样经HPLC分析,转化率99.6%,结束反应。冷却后,分液,有机层经干燥后进行下一步反应,水相进入下一次循环使用。
基膦酸钠盐的制备:将在上述有机层转入另一250 mL玻璃反应瓶中,在搅拌下,同时滴加三氯氧膦7.82 g和三乙胺5.09 g,并保持反应温度在15 oC,滴加完毕,搅拌35分钟后,将温度提高到65 oC,保温反应11小时,经HPLC分析,转化率达到99.7%,反应完成,得到2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)膦酸酯。冷却到室温,加入50 mL水,在室温下,加入氢氧化钠4.2 g,加毕,继续搅拌反应3小时。反应完毕,过滤,用三氯甲烷洗涤,过滤,干燥,得到产物芳基膦酸钠盐25.1 g,含量99.82%。
实施例3
芳基膦酸钾盐制备
2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)苯酚的制备:在装有搅拌,温度计和冷凝管的500 mL的玻璃瓶中,依次加入2,4-二叔丁基苯酚30.95 g,多聚甲醛2.52 g,水70 mL,甲苯150 mL及98%硫酸1.5 g,搅拌加热,在70 oC下反应4小时后,取样经HPLC分析,转化率99.5%,结束反应。冷却后,分液,有机层经干燥后备用,水相进入下一次循环使用。
基膦酸钾盐的制备:将在上述有机层转入另一500 mL玻璃反应瓶中,在搅拌下,同时滴加三氯氧膦11.82 g和三乙胺7.61 g,并保持反应温度在10 oC,滴加完毕,搅拌30分钟后,将温度提高到70 oC,保温反应10小时,经HPLC分析,转化率达到99.5%,得到2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)膦酸酯。冷却到室温,加入100 mL水,在室温下,滴加20%氢氧化钾44.2 g,滴加完毕,继续搅拌反应3小时。过滤,用少许甲苯洗涤,过滤,干燥,得到产物为芳基膦酸钾盐39.35 g。经HPLC分析,其含量为99.87%。
实施例4
芳基膦酸锂盐制备:2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)苯酚的制备:在装有搅拌,温度计和冷凝管的500 mL的玻璃瓶中,依次加入2,4-二叔丁基苯酚30.95 g,多聚甲醛2.52 g,水80 mL,1,2-二氯乙烷100 mL及98%硫酸1.5 g,搅拌加热,在70 oC下反应3.5小时后,取样经HPLC分析,转化率99.7%。冷却,分液,有机层经干燥后备用,水相进入下一次循环使用。
芳基膦酸锂盐的制备:将在上述有机层转入另一500 mL玻璃反应瓶中,在搅拌下,同时滴加三氯氧膦11.81 g和三乙胺7.85 g,并保持反应温度在15 oC,滴加完毕,搅拌40分钟后,将温度提高到75 oC,保温反应12小时,经HPLC分析,转化率达到99.7%,得到2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)膦酸酯。冷却到室温,加入100 mL水,并在室温下,加入氢氧化锂3.82 g,继续搅拌反应5小时。过滤,用少许1,2-二氯乙烷洗涤固体,抽干,干燥,得到产物为芳基膦酸锂盐36.22 g。经HPLC分析,其含量为99.85%。
Claims (1)
1.一种芳基磷酸盐成核剂的制备方法,其特征在于反应分两步进行:
(1)2,2’-亚甲基-双(4,6-二叔丁基)苯酚的制备过程为:将一定量的原料2,4-二叔丁基苯酚,多聚甲醛,水,有机溶剂及催化剂硫酸依次加入到反应瓶中,搅拌加热,在50-90℃下反应3-6小时后,反应结束,反应结束后,分出有机层,干燥后,中间体不经分离,直接进入下一步反应,水相进入下一次循环使用;
(2)芳基磷酸盐的制备:将上述有机层中,在搅拌下,同时滴加计量的三氯氧磷和三乙胺,并保持反应温度在10-30℃,滴加完毕,搅拌一段时间后,将温度提高到60-80℃反应,保温反应10-15小时,反应完毕,得到2,2’-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)磷酸酯冷却到室温,加入一定量的水,加入计量的金属氢氧化物,加毕,继续搅拌反应2-4小时,反应完毕,过滤,用少许溶剂洗涤,过滤,干燥,得到产物,滤液经分液后,经过简单处理可回收三乙胺和有机溶剂,并重复使用,
所述有机溶剂为三氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、氯苯、二氯苯、三氯苯、苯、甲苯、二甲苯或三甲苯,
所述多聚甲醛为固体多聚甲醛,
所述金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙或氢氧化钡,
其中,得到2,2’-亚甲基-双(4,6-二叔丁苯氧基)磷酸酯不经分离,直接与金属氢氧化物成盐。
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