CN111302907B - 一种4,4’-二溴二苯醚的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种4,4'‑二溴二苯醚的制备方法,其解决了现有4,4'‑二溴二苯醚的制备方法存在的产品溶剂回收困难、副产品污染环境、收率低、耗能高的技术问题。本发明提供了一种4,4'‑二溴二苯醚的制备方法,使溴气体通过管道导入二氯乙烷溶剂中与二苯醚在低温下进行反应,用季铵盐做催化剂;待反应恒定,温度无明显变化升温进行保温反应;反应完成后进行抽滤除去催化剂,对有机相进行减压蒸馏至110℃无溶剂;之后向得到的粗品中滴水进行常压共沸,自然降温,40℃烘干得产品。本发明广泛应用于阻燃剂合成技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃剂合成技术领域,具体地说是一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法。
背景技术
溴系阻燃剂由于具有优异的阻燃性能和良好性价比,以及在保护人类生命健康和社会财产安全等方面所起到的巨大作用,长期以来一直占据阻燃剂市场的主导地位。虽然由于高市场消费量和被阻燃材料与人类生命健康密切相关,以及个别组织的片面宣传和误导等影响导致对溴系阻燃剂的燃烧、生物累积毒性的争论和困惑,但经科学证明目前除已经禁用的五溴二苯醚、八溴二苯醚存在多溴代二苯并二恶烷(PBDD)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)燃烧毒性争论,六溴环十二烷存在持久生物累积毒性外,其它溴系阻燃剂仍是今后很长一段时期的市场主导产品。
近十年来,欧洲“绿色”环保组织对溴系阻燃剂产生了误解,正由于他们非理性的偏见,以溴系阻燃剂有毒为名而制约政府放松对电视机的严格阻燃标准,采用火灾安全系数较低的IEC65燃烧标准。随后几年内,这些电视机就成为欧洲各国引起火灾的主要原因之一,达到每百万台165起/年,死亡16人/年的警戒线。在美国,每百万台电视机只有一台引起火灾,并且无人员死亡。这种对比的结果,迫使欧洲制订了新的较为严格的标准SBI。以取代以前较为宽松的标准。
这些“绿色”环保组织还认为溴系阻燃剂在燃烧时会产生有毒的烟雾,为此溴化物科学与环境论坛(BDEF)、溴系阻燃剂生产商会(BFRIP)和欧洲溴系阻燃剂生产商会(EBFRIP)完成了多项研究报告,显示溴系阻燃剂能显著减少阻燃高聚物燃烧时有毒气体的排放,而有利于环境。美国国家标准和技术实验室NIST(以前的NBS)的研究显示,在燃烧时,含溴阻燃剂的高聚物所产生的总发烟量中,有毒成份只是无阻燃剂高聚物的1/3。
另外,近期议论最多的是多溴二苯醚(PBDPO)在燃烧时会产生有毒致癌的多溴代苯并(PBDD)和多溴代二苯并呋喃(PBDF))。为此世界著名的溴系阻燃剂厂商将多溴二苯醚类阻燃剂经过中介机构测试,表明这些产品都能通过严格的德国二条令和美国环保局的规定(TSCA40§766.25),即没有产生BPDD和PBDF的危险。因此多溴二苯醚类阻燃剂在美国、日本和欧洲部分国家依然畅销,被使用在多种高聚物之中。
发明内容
本发明就是为了解决上述背景技术的问题,提供了一种成本低、反应路径简单、收率高、环保的合成4,4'-二溴二苯醚的制备方法。
为此,本发明提供了一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法,具体包含以下步骤:
(1)溴化反应:控制温度为0~5℃,依次加入有机溶剂、催化剂、二苯醚,将溴气通过管道液下通入反应装置中与二苯醚反应,待反应温度恒定无明显变化,保温反应1h,然后升温到20~30℃保温1h,继续升温至回流保温反应15h,制得4,4'-二溴二苯醚粗品;
(2)中和脱溶:对步骤(1)制得的粗品进行热抽滤除去催化剂,降温水洗,加入30%的亚钠水溶液除去残余溴,水洗分层,然后加入无机碱除去产生的氢溴酸,水洗有机层,将分出有机层减压蒸馏,蒸至无馏分为止;
(3)结晶分离:向反应装置内滴水进行常压共沸除杂,加入分散剂,搅拌状态下自然降温结晶出白色颗粒,抽滤,40℃烘干,制得4,4'-二溴二苯醚。
优选地,步骤(1)的有机溶剂为卤代烃,卤代烃为二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯乙烷的一种或几种,有机溶剂与二苯醚的质量比为(5~10):1。
优选地,步骤(1)溴气与二苯醚摩尔比为1:1。
优选地,步骤(1)中催化剂为季铵盐,季铵盐为四甲基氯化铵、四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、苄基三乙基溴化铵、苄基三丁基溴化铵、苯基三乙基溴化铵、苯基三乙基氯化铵、苯基三丙基溴化铵、苯基三丙基氯化铵中的一种或几种。
优选地,季铵盐的质量为二苯醚的质量的1~2%。
优选地,步骤(2)催化剂季铵盐,通过热过滤的方式实现完全回收套用。
优选地,步骤(2)中无机碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种。
优选地,步骤(3)中结晶分离剂为水,分散剂为对辛基苯酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、硬脂酸钠或N- 十二烷基二甲胺中的一种或几种。
优选地,分散剂的加入量为二苯醚加入量的1%~5%。
本发明的有益效果为:
(1)本发明的一种4,4'-二溴二苯醚的合成方法采用了与之前不同的反应方式,反应路径简单,产品质量好、设备投资少、成本低且收率较高,产品收率高,产品纯度高副产物含量低,产品阻燃性能显著提高,环保节能益于规模化生产。
(2)本发明的一种4,4’-二溴二苯醚的制备方法改变了溴参与反应方式,显著提高了产品的阻燃性和对溴的综合利用率。该方法对环境危害小,制备过程中的副产物可用于生产其他产品。
(3)本发明的一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法,中和所得溴化钠溶液经除杂、浓缩得溴化钠固体以副产物形式出售。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本发明。然而,本领域的技术人员容易理解,实施例所描述的内容仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所描述的本发明。
实施例1
一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法,依次包含以下步骤:
(1)溴化反应:在反应釜内依次加入8500g二氯甲烷、17g四甲基氯化铵、1700g二苯醚,将溴气体通过管道液下通入二氯甲烷中与二苯醚反应,该反应为放热反应,待反应温度恒定无明显变化0℃保温反应1h。之后升温到20℃保温1h,继续升温至回流保温反应15h,制得4,4'-二溴二苯醚粗品。
(2)中和脱溶:趁热过滤步骤(1)制得的4,4'-二溴二苯醚粗品,回收四甲基氯化铵,继续做催化剂循环套用,回收率为90%~96%;降温至30℃,加入质量百分比浓度为30%的亚钠水溶液除去反应釜内残余溴,第一次水洗分层;用质量百分比浓度为30%的氢氧化钠水溶液除去氢溴酸,调PH至中性,第二次水洗,静置分液处有机层;将有机层常压蒸馏至110℃,改为减压蒸馏至135℃,蒸至无馏份出。
(3)结晶分离:步骤(2)蒸馏后的物料呈橘黄色,降温至40℃物料呈固态状。向体系内加水,升温至42℃物料全熔呈橘黄色透明状,升温至回流,保温1h,加入17g辛基苯酚聚氧乙烯醚,自然降温30℃时有白色颗粒析出,继降温至10℃抽滤,40℃烘干得到最终产品3214.4g 4,4'-二溴二苯醚,收率98%,溴含量49.0%,熔点61~63℃,纯度98.9%。
实施例2
一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法,依次包含以下步骤:
(1)溴化反应:在反应釜内依次加入7920g二氯乙烷、34g四乙基溴化铵、1700g二苯醚,将溴气体通过管道液下通入二氯乙烷中与二苯醚反应,该反应为放热反应,待反应温度恒定无明显变化5℃保温反应1h。之后升温到30℃保温1h,继续升温至回流保温反应15h,制得4,4'-二溴二苯醚粗品。
(2)中和脱溶:趁热过滤步骤(1)制得的4,4'-二溴二苯醚粗品,回收四乙基溴化铵,继续做催化剂循环套用,回收率为90%~96%;降温至30℃,加入质量百分比浓度为30%的亚钠水溶液除去反应釜内残余溴,第一次水洗分层;用质量百分比浓度为30%的碳酸钠水溶液除去氢溴酸,调PH至中性,第二次水洗,静置分液处有机层;将有机层常压蒸馏至 110℃,改为减压蒸馏至135℃,蒸至无馏份出。
(3)结晶分离:步骤(2)蒸馏后的物料呈橘黄色,降温至40℃物料呈固态状。向体系内加水,升温至42℃物料全熔呈橘黄色透明状,升温至回流,保温1h,加入十二烷基苯磺酸钠,十二烷基苯磺酸钠的质量为二苯醚质量的34g,自然降温30℃时有白色颗粒析出,继降温至10℃抽滤,40℃烘干得到最终产品3247.2g 4,4'-二溴二苯醚,收率99%,溴含量47.0%,熔点61~63℃,纯度99.6%。
实施例3
一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法,依次包含以下步骤:
(1)溴化反应:在反应釜内依次加入7455g三氯甲烷、25.5g苄基三乙基溴化铵、1700g二苯醚,将溴气体通过管道液下通入三氯甲烷中与二苯醚反应,该反应为放热反应,待反应温度恒定无明显变化2℃保温反应1h。之后升温到25℃保温1h,继续升温至回流保温反应15h,制得4,4'- 二溴二苯醚粗品。
(2)中和脱溶:趁热过滤步骤(1)制得的4,4'-二溴二苯醚粗品,回收苄基三乙基溴化铵,继续做催化剂循环套用,回收率为90%~96%;降温至30℃,加入质量百分比浓度为30%的亚钠水溶液除去反应釜内残余溴,第一次水洗分层;用质量百分比浓度为30%的碳酸氢钠水溶液除去氢溴酸,调PH至中性,第二次水洗,静置分液处有机层;将有机层常压蒸馏至110℃,改为减压蒸馏至135℃,蒸至无馏份出。
(3)结晶分离:步骤(2)蒸馏后的物料呈橘黄色,降温至40℃物料呈固态状。向体系内加水,升温至42℃物料全熔呈橘黄色透明状,升温至回流,保温1h,加入聚乙烯醇,聚乙烯醇的质量为二苯醚质量的51g,自然降温30℃时有白色颗粒析出,继降温至10℃抽滤,40℃烘干得到最终产品3230.8g 4,4'-二溴二苯醚,测得收率98.5%,溴含量48.0%,熔点61~63℃,纯度98.6%。
实施例4
一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法,依次包含以下步骤:
(1)溴化反应:在反应釜内依次加入8300g四氯乙烷、17g苯基三乙基溴化铵、1700g二苯醚,将溴气体通过管道液下通入四氯乙烷中与二苯醚反应,该反应为放热反应,待反应温度恒定无明显变化0℃保温反应 1h。之后升温到20℃保温1h,继续升温至回流保温反应15h,制得4,4'- 二溴二苯醚粗品。
(2)中和脱溶:趁热过滤步骤(1)制得的4,4'-二溴二苯醚粗品,回收苯基三乙基溴化铵,继续做催化剂循环套用,回收率为90%~96%;降温至30℃,加入质量百分比浓度为30%的亚钠水溶液除去反应釜内残余溴,第一次水洗分层;用质量百分比浓度为30%的碳酸氢钠水溶液除去氢溴酸,调PH至中性,第二次水洗,静置分液处有机层;将有机层常压蒸馏至110℃,改为减压蒸馏至135℃,蒸至无馏份出。
(3)结晶分离:步骤(2)蒸馏后的物料呈橘黄色,降温至40℃物料呈固态状。向体系内加水,升温至42℃物料全熔呈橘黄色透明状,升温至回流,保温1h,加入硬脂酸钠,硬脂酸钠的质量为二苯醚质量的68g,自然降温30℃时有白色颗粒析出,继降温至10℃抽滤,40℃烘干得到最终产品3221g 4,4'-二溴二苯醚,收率98.2%,溴含量49.0%,熔点61~ 63℃,纯度98.6%。
实施例5
一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法,依次包含以下步骤:
(1)溴化反应:在反应釜内依次加入8910g二氯乙烷、34g苯基三乙基氯化铵、1700g二苯醚,将溴气体通过管道液下通入二氯乙烷中与二苯醚反应,该反应为放热反应,待反应温度恒定无明显变化5℃保温反应 1h。之后升温到30℃保温1h,继续升温至回流保温反应15h,制得4,4'- 二溴二苯醚粗品。
(2)中和脱溶:趁热过滤步骤(1)制得的4,4'-二溴二苯醚粗品,回收苯基三乙基氯化铵,继续做催化剂循环套用,回收率为90%~96%;降温至30℃,加入质量百分比浓度为30%的亚钠水溶液除去反应釜内残余溴,第一次水洗分层;用质量百分比浓度为30%的碳酸钠水溶液除去氢溴酸,调PH至中性,第二次水洗,静置分液处有机层;将有机层常压蒸馏至110℃,改为减压蒸馏至135℃,蒸至无馏份出。
(3)结晶分离:步骤(2)蒸馏后的物料呈橘黄色,降温至40℃物料呈固态状。向体系内加水,升温至42℃物料全熔呈橘黄色透明状,升温至回流,保温1h,加入N-十二烷基二甲胺,N-十二烷基二甲胺的质量为二苯醚质量的85g,自然降温30℃时有白色颗粒析出,继降温至10℃抽滤,40℃烘干得到最终产品3237.4g 4,4'-二溴二苯醚,收率98.7%,溴含量47.0%,熔点61~63℃,纯度99%。
下面对以上实施例1~5的实验数据结果作进一步分析总结如下:
本发明提供的4,4'-二溴二苯醚的制备方法,该方法采用了完全不同传统的制备方法,本发明利用造气法,使溴气通过管道导入有机溶剂中与二苯醚在低温条件下反应,改变了溴参与方式,提高了对溴的综合利用率高,且制备方法环保,副产物可以用于生产其他产品,产品收率高,产品的阻燃性能得到提高,适合工业化生产。
现有的制备方法中,在二苯醚中滴加溴素,二苯醚的摩尔数大于或等于2.2倍溴素,反应过程中加入的催化剂为氯化钛、氯化锡和氯化锌的一种或几种。而本发明改变了溴参与方式,将溴气通过管道液下与二苯醚发生反应,本发明中的催化剂为季铵盐,其机理是利用了一种特殊的温和的溴化体系,季铵盐可以与溴结合为温和的溴化试剂,将溴转移至碳氢单键时,碳氢键打开,形成碳溴单键。之后季铵盐再次形成,本身不参与主反应的进行,仅仅作为溴的转移媒介。溴化体系中,限定了溴气和二苯醚摩尔比为1:1,催化剂的质量分数为二苯醚的1-2%,保证了溴气和二苯醚充分反应的同时避免原料损耗,也抑制了副产物的形成,在本发明中取得了极其有益的效果,显著促进提高产品的产率,为后期除杂提供了方便。本发明中,优选的,季铵盐为四甲基氯化铵、四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、苄基三丁基溴化铵、苯基三乙基溴化铵、苯基三丙基溴化铵、苯基三丙基氯化铵中的一种或几种。
本发明步骤(1)溴化反应中还加入有机溶剂,现有的制备方法常常存在均相体系中溶剂不容易回收的情况,因此本发明选择一种和二苯醚相溶而较容易回收的有机溶剂。因二苯醚较溶于卤代烷烃类有机溶剂中,卤代烃类有机溶剂又不溶于水,当需将溶剂回收时,进行水洗分层便可进行回收处理,处理简单方便,所用溶剂均可以回收利用。本发明中,优选地,卤代烃为二氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷的一种或几种。
本发明限定了季铵盐的用量,充分考虑到季铵盐的媒介作用,导致反应不完全,优选的,季铵盐的质量为二苯醚质量的1%~2%。季铵盐作为一种较为昂贵的媒介助剂使用,在反应前后其不发生任何变化,通过热过滤方式将季铵盐从溶液中回收。季铵盐与卤代烃几乎不相容,而季铵盐溶于水,利用水洗方式进行回收套用,环保节能、成本低、回收率高达90%以上,适合现代工业的生产。
此外,步骤(1)反应为放热反应,持续升温不利于反应的发生,会影响化学平衡和移动,导致反应物不能完全反应,因此采取简短性升温,到当升温到某一温度时,采取保温措施,以保证反应物完全反应。
现有制备方法除杂一般是加热蒸处残余的氢溴酸和溴素,后经过水洗进一步除去催化剂、氢溴酸和溴素,这样回收的副产物为混合物,无法进行重复利用。而本发明中逐步回收副产物和溶剂,第一步先进行催化剂回收后;第二步进行两次中和反应,得到副产物溴化钠,溴化钠进行除杂和浓酸制得溴化钠固体,可以以副产物的形式出售,环保经济,显著节省成本,还带来附加经济效益;最后通过减压蒸馏出有机溶剂,进行重复利用。
步骤(3)中制得的4,4'-二溴二苯醚粗品的结晶分离剂采用水而非有机溶剂,因为4,4'-二溴二苯醚在有机溶剂中具有极高的溶解性,一般采取的结晶分离为在有机溶剂中加热结晶,此法的弊端是,有机溶剂的政法会对自然环境造成污染,同时加热会使得产品由固定转化为熔融状态,导致与有机溶剂分离结晶困难。本发明中,用水代替有机溶剂,并加入分散剂,形成一个稳定的分散体系降温过程中,所利用的机理为以水为介质,分散剂可降低水的表面张力,分散剂的疏水键可以通过范德华力吸附于晶体颗粒表面,亲水基深入水中提高其表面的亲水性,使得微粒间粘度降低,从而使得粒子团被破碎为更小的晶体,逐步分散在介质中。优选的,分散剂为对辛基苯酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、硬脂酸钠或N-十二烷基二甲胺中的一种或几种。此法操作简单,可行性高,且显著提高产品的收率和纯度。
惟以上所述者,仅为本发明的具体实施例而已,当不能以此限定本发明实施的范围,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法,其特征是,包含以下步骤:
(1)溴化反应:控制温度为0~5℃,依次加入有机溶剂、催化剂、二苯醚,将溴气通过管道液下通入反应装置中与二苯醚反应,溴气与二苯醚摩尔比为1:1,待反应温度恒定无明显变化,保温反应1h,然后升温到20~30℃保温1h,继续升温至回流保温反应15h,制得4,4'-二溴二苯醚粗品,
所述催化剂为季铵盐,所述季铵盐为四甲基氯化铵、四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、苄基三乙基溴化铵、苄基三丁基溴化铵、苯基三乙基溴化铵、苯基三乙基氯化铵、苯基三丙基溴化铵、苯基三丙基氯化铵中的一种或几种,所述季铵盐的质量为二苯醚质量的1%~2%;
(2)中和脱溶:对所述步骤(1)制得的粗品进行热抽滤除去催化剂,降温水洗,加入30%的亚钠水溶液除去残余溴,水洗分层,然后加入无机碱除去产生的氢溴酸,水洗有机层,将分出有机层减压蒸馏,蒸至无馏分为止;
(3)结晶分离:向反应装置内滴水进行常压共沸除杂,加入分散剂,搅拌状态下自然降温结晶出白色颗粒,抽滤,40℃烘干,制得4,4'-二溴二苯醚,所述分散剂为对辛基苯酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、硬脂酸钠或N-十二烷基二甲胺中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)所述的有机溶剂为卤代烃,所述卤代烃为二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯乙烷的一种或几种,所述有机溶剂与所述二苯醚的质量比为(5~10):1。
3.根据权利要求1所述的二溴二苯醚的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)催化剂季铵盐,通过热过滤的方式实现完全回收套用。
4.根据权利要求1所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中无机碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中结晶分离剂为水。
6.根据权利要求1所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法,其特征在于,所述分散剂质量为二苯醚质量的1%~5%。
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- 2020-03-18 CN CN202010191474.4A patent/CN111302907B/zh active Active
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