DE102006021523A1 - Preparation of phosphorus-containing alkoxylated product, useful as fire retardants in polyurethane, comprises reacting phosphorus trihalides and/or phosphorus oxyhalides with alkylene oxide, using aluminum as a catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von phosphorhaltigen Alkoxylierungsprodukten mittels Aluminium als Katalysator, die als Flammschutzmittel in Polyurethanen eingesetzt werden können.The The invention relates to a process for the production of phosphorus-containing Alkoxylation products by means of aluminum as a catalyst, which as Flame retardants can be used in polyurethanes.
Die Herstellung von phosphorhaltigen Alkoxylierungsprodukten, insbesondere von organischen Phosphonaten und halogensubstituierten Alkylphosphaten ist dem Fachmann bekannt. Es werden vor allem Phosphorsäure, phosphorige Säure oder Phosphortrihalogenid, bevorzugt Phosphortrichlorid oder Phosphoroxihalogenid, insbesondere Phosphoroxichlorid, eingesetzt und mit Epoxiden wie Ethylenoxid, Propylenoxid und/oder Epichlorhydrin umgesetzt. Zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit werden häufig Katalysatoren eingesetzt. Für homogen arbeitende Katalysatoren sind dem Fachmann viele Varianten bekannt.The Production of phosphorus-containing alkoxylation products, in particular of organic phosphonates and halogen-substituted alkyl phosphates is known in the art. It is mainly phosphoric acid, phosphorous Acid or Phosphorus trihalide, preferably phosphorus trichloride or phosphorus oxyhalide, in particular phosphoroxychloride, used and with epoxides such as Implemented ethylene oxide, propylene oxide and / or epichlorohydrin. to increase The reaction rate is often used catalysts. For homogeneous working catalysts are known in the art many variants.
Im Allgemeinen müssen aber die erhaltenen alkoxylierten Produkte aufwändig gereinigt werden, da man Isomerengemische erhält. Die Nachbehandlung wird meist durch eine wässrige Aufarbeitung der rohen Reaktionsprodukte erreicht, wobei der Katalysator irreversibel zerstört und abgetrennt wird.in the Generally need but the obtained alkoxylated products are extensively cleaned, since one Isomer mixtures. The aftertreatment is usually by an aqueous workup of the crude reaction products achieved, wherein the catalyst irreversibly destroyed and separated becomes.
Dies
wird z.B. in
Derartige Nachbehandlungen zur Zerstörung bzw. Inaktivierung des Katalysators haben jedoch Nachteile. Sie erfordern zusätzlich Reaktoren, es kommt zu einer Verschlechterung der Raum-Zeit-Ausbeute und es treten Produktverluste auf. Die anfallenden Waschwässer müssen aufwändig entsorgt werden. Nicht zuletzt ist der eingesetzte Katalysator für die weitere Verwendung verloren.such After-treatment for destruction or inactivation of the catalyst, however, have disadvantages. she require in addition Reactors, it comes to a deterioration of the space-time yield and it occurs Product losses. The resulting wash water must be disposed of consuming. Not Finally, the catalyst used for further use is lost.
Eine
kontinuierliche Produktionsmethode von 2-haloalkylierten Phosphaten
mittels heterogener Katalysatoren wird in
In
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, ein Verfahren zur Herstellung phosphorhaltiger Alkoxylierungsprodukte unter Verwendung eines Katalysators zu entwickeln, der idealerweise ein optimiertes Isomerenverhältnis liefert, selber aber im Produktgemisch kaum mehr nachweisbar ist.The It is an object of the present invention to provide a process for the preparation of phosphorus-containing alkoxylation products using to develop a catalyst, ideally an optimized isomer supplies, but itself is hardly detectable in the product mixture.
Die Lösung der Aufgabe und somit Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von säurearmen, phosphorhaltigen Alkoxylierungsprodukten durch Umsetzung von Phosphortri- und/oder Phosphoroxihalogeniden mit Alkylenoxiden, dadurch gekennzeichnet, dass man
- a) zunächst die Phosphortri- und/oder Phosphoroxihalogenide mit Aluminium kontinuierlich umsetzt,
- b) das Umsetzungsprodukt aus a) in einen Reaktor überführt und dort mit Alkylenoxiden zur Reaktion bringt.
- a) initially the phosphorus tri- and / or phosphorus oxyhalides continuously reacted with aluminum,
- b) transferring the reaction product from a) into a reactor and reacting there with alkylene oxides.
Gegebenenfalls schließt sich an den Schritt b) ein Schritt c), die Wäsche des Umsetzungsprodukts aus b) mittels Wasser oder Alkaliwäsche an.Possibly includes to step b) a step c), the washing of the reaction product from b) by means of water or alkali washing.
Überraschenderweise zeigen die mittels Aluminium als Katalysator hergestellten phosphorhaltigen Alkylierungsprodukte ein im Vergleich zum Stand der Technik ausgeprägtes Isomerenverhältnis.Surprisingly show the prepared by means of aluminum as a catalyst phosphorus-containing Alkylation products in comparison to the prior art pronounced isomer ratio.
So ist es überraschend, dass im Fall der erfindungsgemäßen Synthese von Tri(chlorpropyl)phosphat ein Isomerengemisch der Isomere (I) bis (IV) erhalten wird worin das Verhältnis der Isomere (I)/(II) in der Mischung > 2 ist.Thus, it is surprising that in the case of the inventive synthesis of tri (chloropropyl) phosphate, a mixture of isomers of isomers (I) to (IV) is obtained wherein the ratio of isomers (I) / (II) in the mixture is> 2.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft das erfindungsgemäße Verfahren also die Synthese von Tri(chlorpropyl)phopsphat (TCPP) bzw. des Gemisches seiner Konfigurationsisomeren, nämlich (MeCHClCH2O3)PO, (ClCH2CH2CH2)3PO, (ClCH2CH2CH2O)(MeCHClCH2O)2PO, (ClCH2CH2CH2O)2(MeCHClCH2O)PO).In a preferred embodiment, the process according to the invention thus relates to the synthesis of tri (chloropropyl) phosphate (TCPP) or the mixture of its configuration isomers, namely (MeCHClCH 2 O 3 ) PO, (ClCH 2 CH 2 CH 2 ) 3 PO, (ClCH 2 CH 2 CH 2 O) (MeCHClCH 2 O) 2 PO, (ClCH 2 CH 2 CH 2 O) 2 (MeCHClCH 2 O) PO).
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis von Aluminium als Katalysator liegen in der leichten, wasserfreien Abtrennbarkeit des Katalysators von den Edukten und den Reaktionsprodukten. Die leichte Abtrennbarkeit erlaubt es somit auf eine aufwändige Produktwäsche weitgehend zu verzichten und den Produktionsprozess gegenüber dem Stand der Technik wirtschaftlicher zu gestalten. Nicht umgesetztes Phosphortri- und/oder Phosphoroxichlorid kann dem Produktionsprozess wieder zugeführt und erneut eingesetzt werde.Further Advantages of the method according to the invention based on aluminum as catalyst lie in the light, anhydrous separability of the catalyst from the educts and the reaction products. The easy separability thus allows it on an elaborate product washing largely to renounce and the production process against the State of the art to make more economical. Unreacted phosphorus tri- and / or phosphorus oxychloride can be recycled to the production process and used again.
Als phosphorhaltige Edukte werden im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise Phosphortri- und/oder Phosphoroxihalogenide, insbesondere Phosphortrichlorid und/oder Phosphoroxichlorid, eingesetzt und einzeln oder im Gemisch untereinander nach dem Vorbeifließen am Aluminium mit den Alkylenoxiden zur Reaktion gebracht. Beispiele für Alkylenoxide sind Ethylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid, Cyclohexenoxid, Cyclopentenoxid, Glycidylether, Epichlorhydrin, epoxidiertes Polybutadien, epoxidierte ungesättigte Öle. Dabei können die Alkylenoxide auch im Gemisch untereinander mit den Phosphortri- und/oder Phosphoroxihalogeniden eingesetzt werden. Auf diese Weise können phosphorhaltige Alkoxylierungsprodukte wie z.B. Tri(chlorpropyl)phosphat (TOPP), Tri(chlorethyl)phosphat (TCEP) Tri(chlorpropyl)phosphit oder Tri(chlorethyl)phosphit erhalten werden.When Phosphorus-containing starting materials are preferably in the process according to the invention Phosphorus tri- and / or Phosphoroxihalogenide, in particular phosphorus trichloride and / or Phosphoroxichlorid, used and individually or mixed with each other after passing by reacted on aluminum with the alkylene oxides. Examples for alkylene oxides are ethylene oxide, propylene oxide, styrene oxide, cyclohexene oxide, cyclopentene oxide, Glycidyl ether, epichlorohydrin, epoxidized polybutadiene, epoxidized unsaturated oils. The can Alkylene oxides also mixed with each other with the phosphorus tri- and / or Phosphoroxihalogeniden be used. In this way can phosphorus-containing alkoxylation products such as e.g. Tri (chloropropyl) phosphate (TOPP), tri (chloroethyl) phosphate (TCEP) tri (chloropropyl) phosphite or tri (chloroethyl) phosphite.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) als Alkylenoxid Propylenoxid und/oder Ethylenoxid eingesetzt.In a preferred embodiment is in step b) as the alkylene oxide propylene oxide and / or ethylene oxide used.
Das Aluminium in Schritt a) wird bevorzugt in Spänen, in granulierter Form, in Kugelform oder als Aluminiumgitter eingesetzt. In jedem Fall muss eine möglichst große Oberfläche an Aluminium zur Verfügung stehen.The Aluminum in step a) is preferably used in chips, in granulated form, used in spherical or aluminum grids. In any case one must be possible size surface available on aluminum stand.
Denkbar sind auch Kartuschen gefüllt mit beispielsweise Aluminiumgranulat, die in einen Lösebehälter eingehängt werden, so dass sie von den Phosphortri- und/oder Phosphoroxihalogeniden umflossen werden, bevor die Aluminium-haltige Mischung dann dem Reaktor zugeführt wird.Conceivable are also filled cartridges with, for example, aluminum granules which are suspended in a dissolving container, allowing them from the phosphorus tri- and / or phosphorus oxyhalides then the aluminum-containing mixture then the Reactor supplied becomes.
Die Durchführung des Schrittes b) und des gegebenenfalls durchzuführenden Schrittes c) ist dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus Methoden der Organischen Chemie, Houben-Weyl, Bd. 12/2 S. 336 ff.The execution of step b) and optionally to be performed step c) is the expert known, for example from methods of organic chemistry, Houben-Weyl, Vol. 12/2 p. 336 ff.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von phosphorhaltigen Alkoxylierungsprodukten mittels Aluminium als Katalysator kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durchgeführt werden. Bedingt durch den Schritt a) wird das Verfahren bevorzugt kontinuierlich durchgeführt. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium vor der Umsetzung von Phosphortri- und/oder Phosphoroxihalogenid mit Alkylenoxiden in einem Lösebehälter mit den Phosphortri- und/oder Phosphoroxihalogeniden in Kontakt gebracht wird und das dabei gebildete Umsetzungsprodukt zusammen mit noch nicht abreagiertem Phosphortri- und/oder Phosphoroxihalogenid dem Reaktor für die Umsetzung mit einem Alkylenoxid zugeführt wird.The inventive method for the preparation of phosphorus-containing alkoxylation by means of Aluminum as catalyst can be both continuous and discontinuous carried out become. Due to the step a), the method is preferred carried out continuously. It is characterized in that the aluminum before the reaction of phosphorus tri- and / or phosphorus oxyhalide with alkylene oxides in a dissolving container with the phosphorus tri- and / or Phosphoroxihalogeniden is brought into contact and the resulting reaction product together with not yet reacted phosphorus tri- and / or Phosphoroxihalogenid the reactor for the Reaction with an alkylene oxide is supplied.
Die Temperatur beim Lösevorgang des Aluminiums in Schritt a) sollte im Bereich von 0 bis 200°C, bevorzugt 10 bis 150°C, besonders bevorzugt 15 bis 100°C liegen.The Temperature during the dissolution process of the aluminum in step a) should be in the range of 0 to 200 ° C, preferably 10 to 150 ° C, more preferably 15 to 100 ° C lie.
Die Durchflussrate von Phosphortri- und/oder Phosphoroxihalogenid am Aluminiumkatalysator hängt von der Durchführung der Stufe b) ab, sollte aber um eine kontinuierliche Fahrweise zu gewährleisten bei 300 l/h. liegen. Nach Abschluss der Stufe a) liegt der Aluminiumgehalt der Reaktionslösung im Bereich von 10 bis 1000 ppm, bevorzugt im Bereich von 10 bis 500 ppm.The Flow rate of phosphorus tri- and / or phosphorus oxyhalide on Aluminum catalyst depends on the implementation of stage b), but should be a continuous driving style too guarantee at 300 l / h. lie. After completion of stage a) the aluminum content is the reaction solution in the range of 10 to 1000 ppm, preferably in the range of 10 to 500 ppm.
Wie bereits oben beschrieben ist die Durchführung der Stufe b) dem Fachmann bekannt. Diese wird bei Temperaturen von 0 bis 100°C durchgeführt. Vorzugsweise liegen die Reaktions temperaturen zwischen 50 bis 80°C. Die Reaktion erfolgt drucklos oder unter leichtem Überdruck von bis zu 1 MPa. Das Reaktionsgemisch aus der Stufe a) wird im Reaktionsgefäß vorgelegt und das Alkylenoxid kontinuierlich eindosiert. Das Reaktionsmedium kann durch Zugabe von phosphorhaltigen Alkoxylierungsprodukten mit einem der Reaktionspartner oder davon getrennt verdünnt werden. Nach dem Ende der Alkylenoxiddosierung wird bei Temperaturen von 60 bis 130°C eine Nachreaktionsphase angeschlossen und abschließend werden durch eine Vakuumdestillation bzw. ein Stickstoffstripping bei Temperaturen von 90 bis 150°C und Drücken von bis zu < 0,05 MPa leichtflüchtige Verunreinigungen entfernt. Vorzugsweise erfolgt die Entfernung von leichtflüchtigen Bestandteilen bei ca. 130°C und ca. 40 mbar.As already described above, the implementation of stage b) the expert known. This is carried out at temperatures of 0 to 100 ° C. Preferably the reaction temperatures are between 50 to 80 ° C. The reaction takes place without pressure or under slight overpressure of up to 1 MPa. The reaction mixture from stage a) is initially charged in the reaction vessel and metered in the alkylene oxide continuously. The reaction medium can by adding phosphorus-containing alkoxylation with one of the reactants or separately diluted. After the end of the Alkylenoxiddosierung is at temperatures of 60 to 130 ° C a post-reaction phase connected and final by vacuum distillation or nitrogen stripping at temperatures from 90 to 150 ° C and pressing of up to <0.05 MPa volatile Removed impurities. Preferably, the removal of volatile Ingredients at approx. 130 ° C and about 40 mbar.
BeispieleExamples
Synthese von Tris(chlorpropyl)phosphat (TCPP)Synthesis of tris (chloropropyl) phosphate (TCPP)
In einem Dreihalsrundkolben mit Rückflusskühler wurde 0,2 g Aluminiumgrieß und Phosphoroxychlorid vorgelegt und anschließend für 10 min gekocht. Dann wurde auf 50°C abgekühlt und mittels einer Telabpumpe BF 411/30 (Fördermenge: 0,5 ml/min) eine Mischung von POCl3 (11,7 g, 7 ml) und Propylenoxid (20,9 g, 25,1 ml) zugetropft. Die Temperatur wurde dabei mittels Kältebad zwischen 50 und 60°C halten. Nach einer Rührzeit von 180 min bei 60°C wurde eine Analyse der TCPP-Zusammensetzung mittels GC, 31P-NMR durchgeführt. Außerdem wurde der Aluminiumgehalt mittels Ionenchromatografie bestimmt.In a three-necked round bottomed flask with reflux condenser, 0.2 g aluminum semolina and phosphorus oxychloride was initially charged and then boiled for 10 min. It was then cooled to 50 ° C and by means of a BF 411/30 (pumping rate: 0.5 ml / min), a mixture of POCl 3 (11.7 g, 7 ml) and propylene oxide (20.9 g, 25.1 ml) was added dropwise. The temperature was kept by means of cooling bath between 50 and 60 ° C. After a stirring time of 180 min at 60 ° C, an analysis of the TCPP composition by GC, 31 P-NMR was performed. In addition, the aluminum content was determined by ion chromatography.
Gehalt an TCPP (31P{1H}-NMR):Content of TCPP ( 31 P { 1 H} NMR):
- 99,8 mol% bezüglich P99.8 mol% with respect to P
Zusammensetzung (GC Flächen% aus der Integration des Gaschromatogramms):Composition (GC area% off the integration of the gas chromatogram):
- 68,5 (Isomer I)68.5 (isomer I)
- 21,9 (Isomer III)21.9 (isomer III)
- 2,8 (Isomer IV)2.8 (isomer IV)
- 0,12 (Isomer II)0.12 (isomer II)
- 1.53 Rest Propylenoxid aus GC:1.53 residual propylene oxide from GC:
- 1,9 TCPP-Ether1.9 TCPP Ether
Gehalt an Al:Al content:
- 110 ppm110 ppm
Untersuchungen zum Al-Gehalt in Phosphoroxychlorid aus der Reaktion Aluminium mit POCl3 Bei verschiedenen Temperaturen:Studies on the Al content in phosphorus oxychloride from the reaction aluminum with POCl 3 At different temperatures:
Ein glasummantelter Rohreaktor (30 ml) wurde mit Aluminiumgranalien (10,4 g; 1 mm Durchmesser) und Glasperlen (23,5 g; 2–3 mm) beaufschlagt. Dabei betrug das Volumenverhältnis Al/Glasperlen ca. 1:2. Anschließend wurde Phosphoroxychlorid mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 10 ml POCl3/h zugeführt und der Aluminiumgehalt bei verschiedenen Temperaturen bestimmt. Ab 85°C wurde die Bildung eines gelben Al-haltigen Festkörpers beobachtet.
- AAS
- = Atomadsorptiosspektroskopie
- AAS
- = Atomic adsorption spectroscopy
Die Tabelle zeigt, dass ab etwa 70°C ein starker Anstieg der Al Konzentration zu verzeichnen ist. Diese nimmt bei Temperaturen von 85 bis 90°C so stark zu, dass eine unlösliche Al-Verbindung entsteht. Erfindungsgemäß bevorzugt ist deshalb das Verfahren bei Temperaturen von 70 bis 100°C.The Table shows that starting at about 70 ° C there is a sharp increase in Al concentration. This takes at temperatures of 85 to 90 ° C so strong that an insoluble Al connection arises. Therefore, the invention is preferred Process at temperatures from 70 to 100 ° C.
Claims (11)
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DE200610021523 DE102006021523A1 (en) | 2006-05-08 | 2006-05-08 | Preparation of phosphorus-containing alkoxylated product, useful as fire retardants in polyurethane, comprises reacting phosphorus trihalides and/or phosphorus oxyhalides with alkylene oxide, using aluminum as a catalyst |
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-
2006
- 2006-05-08 DE DE200610021523 patent/DE102006021523A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108794522A (en) * | 2018-05-07 | 2018-11-13 | 浙江万盛股份有限公司 | A kind of tricresyl phosphate(The chloro- 2- propyl of 1-)The Total continuity stream production technology of ester |
CN108794522B (en) * | 2018-05-07 | 2023-02-24 | 浙江万盛股份有限公司 | Full continuous flow production process of tris (1-chloro-2-propyl) phosphate |
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