DE1290532B - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Phosphorsaeureestern durch Umsetzung von Phosphoroxychlorid mit Alkylenoxyden - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Phosphorsaeureestern durch Umsetzung von Phosphoroxychlorid mit AlkylenoxydenInfo
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Description
1 2
Die bekannte Umsetzung des Phosphoroxychlorids liehe Arbeitsweise bietet sich bei der beschriebenen
mit Alkylenoxyden zur Herstellung der entsprechen- Reaktion besonders an,- da die Endprodukte einden
Phosphorsäureester, die unter Zuhilfenahme ver- deutig definierte Substanzen darstellen, während bei
schiedener Katalysatoren bisher nur diskontinuierlich den sonstigen kontinuierlichen Oxalkylierungen hodurchgeführt
wurde, stellt eine stark exotherme Re- 5 mologe Reihen mit breiter Kettenverteilung erhalten
aktion dar und verläuft demzufolge mit äußerster werden.
Heftigkeit. So weist z. B. die deutsche Patentschrift Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur
848 946 auf Seite 1, Zeile 29 und 30, und Seite 2, Herstellung von Phosphorsäureestern durch UmZeile
1 if., sowie auf Seite 2, Zeile 71 bis 81, auf die Setzung von Phosphoroxychlorid mit Alkylenoxyden,
Schwierigkeit der Durchführung und Überwachung io welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Reder
Reaktion hin, die unter bestimmten Bedingungen aktion in Verdünnung mit einer großen Menge des
bisweilen unkontrollierbar wird und unerwünschte Fertigproduktes in kontinuierlicher Arbeitsweise
Nebenreaktionen im Gefolge haben kann. durchführt und die anschließende Aufarbeitung durch
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, diese Behandlung mit Alkali, Wasserwäsche und Trock-Reaktion
durch geeignete Maßnahmen im gewünsch- 15 nung in geeigneten Apparaturen ebenfalls kontinuierten
Sinn ablaufen zu lassen. So wurden in der deut- lieh erfolgt.
sehen Patentschrift 1032 240 modifizierte Friedel- Eine besonders günstige Ausführungsform des
Crafts-Katalysatoren vorgeschlagen, bei denen das Kontinuums besteht darin, daß die Reaktionskompo-Halogen
teilweise oder ganz durch organische Reste nenten an entgegengesetzten Enden eines geeignet
ersetzt und dadurch eine mehr oder weniger stark ab- 20 ausgebildeten Reaktors eintreten und in diesem eingeschwächte
Aktivität derselben erzielt wurde. ander entgegenströmen. Dabei erfolgt die Reaktion
Gleichzeitig arbeitet man zur besseren Wärmeabfuhr in einer gemäßigten Form, da das Zusammentreffen
und der damit verbundenen besseren Beherrschbar- hoher Konzentrationen der beiden Reaktionsteilnehkeit
der Reaktion gemäß den Beispielen 3 und 11 in mer und damit auch jegliche Überhitzung mit Sicher-Gegenwart
eines Lösungsmittels. 25 heit vermieden wird.
In ähnlicher Weise wird das Verfahren nach der Als Reaktoren dienen vorzugsweise Türme aus
USA.-Patentschrift 2157 164, Spalte 1, Zeile 28 ff., Glas, die bekanntlich auch in großen Dimensionen
unter Rückfluß der Reaktionsteilnehmer durchge- zur Verfügung stehen. Diese werden vor Beginn der
führt, wobei deren Verdampfungswärme zum Kühlen Reaktion mit dem Fertigprodukt angefüllt und am
ausgenutzt und dadurch eine bessere Steuerung der 30 oberen Ende mit Phosphoroxychlorid und dem Kataexothermen
Reaktion erzielt wird. lysator beschickt, während am unteren Ende die
Abgesehen von der Schwierigkeiten, die Reaktion. Alkylenoxyde zugeführt werden. Das Verhältnis der
gefahrlos zu beherrschen, ist sie auch nur mit gutem Füllung des jeweiligen Reaktors mit Fertigprodukt zu
Erfolg in engen Temperaturgrenzen durchführbar, bei der Menge der umzusetzenden Reaktionsteilnehmer
deren Überschreitung Nebenreaktionen ausgelöst 35 pro Zeiteinheit soll genügend hoch gewählt werden,
werden, die sowohl die Ausbeute wie auch die Quali- um durch die damit erreichte Verdünnung einen mögtät
der Endprodukte durch unerwünschte Ver- liehst großen Wärmepuffer zu haben. Das Verhältnis
unreinigungen verschlechtern. So findet sich z. B. in beträgt 2 :1 bis 20 :1, vorzugsweise 5 :1 bis 10 :1.
der britischen Patentschrift 710 090 ein Hinweis auf An die somit beschriebene eigentliche Umsetzung
die thermische Instabilität derartiger Phosphorsäure- 40 schließt sich die Aufarbeitung des erhaltenen Rohester,
bei denen sich durch partielle Abspaltung von produkts durch Behandlung mit Alkali und Wasser
Salzsäure saure Endprodukte bilden. Diese Instabili- an. Nach Entfernung der- letzten Reste Alkali wird
tat wirkt sich natürlich nachteilig bei der Verwendung das Produkt in schonender Weise rasch getrocknet,
dieser Produkte aus. Im Fall des Tris-(/?-chloräthyl)- Alle diese Arbeitsvorgänge werden in dafür geeigphosphats,
welches durch Umsetzung von Phosphor- 45 neten Apparaturen kontinuierlich durchgeführt. Die
oxychlorid mit 3 Mol Äthylenoxyd erhalten wird und Erfahrung hat gezeigt, daß die schnelle kontinuierals
hervorragender Weichmacher und zur Verbes- liehe Arbeitsweise, insbesondere bei der Trocknung
serung der Nicht-Entflammbarkeit in Celluloseacetat- des gewaschenen Produkts,, zu einer Spitzenqualität
Kompositionen Verwendung findet, wirkt die bei den der hergestellten Produkte führt,
notwendigen hohen Verarbeitungstemperaturen auf- 50 ■ ' · '
tretende Azidität auf das Celluloseacetat schädigend
tretende Azidität auf das Celluloseacetat schädigend
ein. Deshalb werden in. der genannten britischen ,__, .; Beispiel 1
Patentschrift zur Verbesserung der thermischen Stabilität
des Tris-(/S-chloräthyl)-phosphats verschiedene Ein gläserner Reaktionsturm von 1100 mm Länge
Stabilisatoren in Vorschlag gebracht. ·> ■ „ ; 55 und: 65. mm lichiei; Weite mit einem nutzbaren; Inhalt
Zusammenfassend kann zu dem bisherigen Stand von 2500 ml, der mit einem Wärmemantel umgeben
der Technik gesagt werden, daß es durchaus wün- ist, wird mit Tris-(/S-chloräthyl)-phosphat angefüllt
sehenswert war, eine Arbeitsweise aufzufinden, nach und sein Inhalt auf 60° C gebracht. Anschließend
welcher es möglich ist, die bekannte Umsetzung des läßt man im Verlauf von 30 Stunden 8,08 kg Phos-Phosphoroxychlorids
mit Alkylenoxyden in gefahr- 60 phoroxychlorid, welches 0,8 % Butyltitanat, bezogen
loser, leicht beherrschbarer Weise durchzuführen und auf dasselbe, am oberen Ende des Reaktionstunnes
gleichzeitig in ihren Eigenschaften verbesserte Pro- eintropfen und leitet gleichzeitig im unteren Teil des
dukte zu erhalten. Turmes 11,70 kg Äthylenoxyd gasförmig ein (MoI-Es
wurde nun gefunden, daß dies in überraschend verhältnis Phosphoroxychlorid zu Äthylenoxyd =
einfacher Weise gelangt, wenn man die Umsetzung 65 1:5, entsprechend einem Überschuß an Äthylenoxyd
des Phosphoroxychlorids mit Alkylenoxyden in einem von etwa 70%). Das erhaltene Reaktionsprodukt
großen Überschuß des Fertigprodukts als Reaktions- wird kontinuierlich am Boden des Turmes abgezogen,
medium kontinuierlich durchführt. Die kontinuier- während das überschüssige Äthylenoxyd am Kopf
entweicht und nach Passieren einer Tauchung in Kältefallen auskondensiert und damit zurückgewonnen
wird.
Die dem Reaktionsturm stündlich entzogene Menge Rohprodukt beträgt etwa 500 g = 350 ml (bei einer
Dichte von 1,4), so daß sich die Füllmenge des Turmes zur anfallenden Menge Reaktionsprodukt wie
7:1 verhält. Das auf diese Weise erhaltene rohe Tris-(/?-chloräthyl)-phosphat wird in einem weiteren
Gefäß im Verhältnis 4:1 mit lOprozentiger Natronlauge unter Rühren kontinuierlich von nichtumgesetztem
Phosphoroxychlorid und instabilen Nebenprodukten befreit. Um Zersetzungen des Produkts
durch die Lauge zu vermeiden, soll dabei eine Temperatur von 30° C nicht überschritten werden.
Die Trennung der beiden flüssigen Phasen erfolgt in einem Scheidegefäß in Form eines waagerecht angeordneten
Glasrohres von 1000 mm Länge und 50 mm Weite mit einem Fassungsvermögen von 1960 ml. Das spezifisch schwerere Reaktionsprodukt
verläßt das Scheidegefäß am unteren Ausgang und gelangt in die Wasserwäsche. Hier erfolgt die Behandlung
mit Wasser in kontinuierlicher Arbeitsweise im Verhältnis 1:1, um die überschüssige Natronlauge
aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen. Anschließend erfolgt die Trennung der beiden flüssigen Phasen,
ebenfalls kontinuierlich, bei 40 bis 45° C.
Das nach erfolgter Wasserwäsche anfallende Produkt ist frei von Lauge, enthält jedoch noch etwa
5 % Wasser. Zu seiner Trocknung wird es durch ein Kapillarrohr in die unter vollem Wasserstrahlvakuum
stehende Trockenapparatur eingesaugt. Diese besteht aus zwei hintereinandergeschalteten, jeweils 1500 mm
langen, mit Füllkörperringen beschickten Türmen, welche von außen mit Dampf beheizt werden. Nach
Passieren des zweiten Reaktionsturmes beträgt der Restwassergehalt unter 0,2%. Am Ende der Apparatur
werden stündlich etwa 500 g reines, trockenes Tris-(/J-chloräthyl)-phosphat entnommen. Die Gesamtausbeute
beträgt 14,75 kg.
In der gleichen Apparatur, wie im Beispiel 1 beschrieben, werden im Verlauf von 30 Stunden
3,725 kg Phosphoroxychlorid, welches 0,8% Butyltitanat enthält, mit 6,30 kg Propylenoxyd umgesetzt,
was einem Molverhältnis 1: 4,5 bei einem gleichzeitigen Überschuß von 50% Propylenoxyd entspricht.
Das zum Einsatz gelangende flüssige Propylenoxyd wird vor der eigentlichen Apparatur verdampft. Dabei
werden 7,8 kg reines Tris-(/?-chlorpropyl)-phosphat erhalten. In diesem Fall verhält sich die Turmfüllung
zur stündlich entnommenen Menge Rohprodukt (260 g = 187 ecm) etwa wie 13,5:1.
In einen 10-1-Rundkolben werden 5250 ml Endprodukt
vorgelegt und im Verlauf einer Stunde 460 g Phosphoroxychlorid, welches 1% Butyltitanat als
Katalysator enthält, und 915 g Epichlorhydrin (Molverhältnis 1:3,3) gleichmäßig unter gutem Rühren
zugeführt. Die Reaktionstemperatur, die 60 bis 70° C betragen soll, wird durch Außenkühlung entsprechend
geregelt.
Dem Reaktionsgefäß wird durch ein als Siphon ausgebildetes Ableitungsrohr eine den zugesetzten
Komponenten entsprechende Menge an Reaktionsprodukt entnommen. Das Verhältnis von Füllmenge
zu stündlich entnommener Produktmenge (1292 g = 875 ml bei Dichte 1,48) beträgt in diesem Fall
6:1. Das erhaltene Rohprodukt wird anschließend — wie im Beispiel 1 beschrieben — gewaschen und
getrocknet.
Die Qualität des erhaltenen Produkts ist wesentlich besser als diejenige eines nach der diskontinuierlichen
Fahrweise hergestellten.
Stabilitätsvergleich der diskontinuierlichen und kontinuierlichen Arbeitsweise
(Vakuumdestillation)
Einsatz ml |
Destillat = ml |
: °/o, bezogen auf Einsatz |
Säurezahlc na 1U Stunde |
es Destillats ch 24 Stunden |
28 j | 25,2 25,8 24,5 |
90,0 92,0 87,5 |
0,25 0,28 0,40 |
0,62 0,55 1,6 |
28 J | 26,5 26,8 27,9 |
94,7 95,7 96,8 |
0,09 0,06 0,10 |
0,38 0,08 0,14 |
28 I | 27,0 27,0 |
96,5 96,5 |
0,08 0,08 |
0,09 0,08 |
28 | 23,7 | 85,0 | 0,75 | 1,4*) |
28 | 26,0 | 93,0 | 0,42 | 1,0 |
28 | 15,8 | 60,0 | 24,2 | 38,4 |
28 | 23,7 | 85,0 | 5,3 | 16,2 |
A) Umsetzung von POCL1 mit AeO
diskontinuierlich
diskontinuierlich
kontinuierliche Laborapparatur
halbtechnische Apparatur
B) Umsetzung von POCl3 mit PO
diskontinuierlich
kontinuierlich
C) Umsetzung von POCl3 mit Epichlorhydrin
diskontinuierlich
kontinuierlich
*) Dieses stabile Produkt wurde erst nach mehrmaliger Wäsche mit Alkali erhalten.
In einem mit dem Endprodukt angefüllten Reaktionsturm aus Glas mit einem Nutzinhalt von 2501,
der im unteren Teil mit einer Heizspirale und im oberen Teil mit Innenkühlung versehen ist, werden
stündlich 27 kg Phosphoroxychlorid mit 23,2 kg Äthylenoxyd in Gegenwart von 0,8 %>
Butyltitanat (bezogen auf Phosphoroxychlorid) als Katalysator im halbtechnischen Maßstab umgesetzt und dabei in
einem kontinuierlich durchgeführten 6-Tage-Versuch 7263 kg Tris-(^-chloräthyl)-phosphat erhalten.
Das für die Reaktion benötigte Äthylenoxyd wird aus großen Druckgefäßen entnommen, mit Stickstoff
einem Verdampfer und von dort über Meß- und *5 Sicherheitseinrichtungen dem Reaktor zugeführt. Es
tritt in diesen oberhalb einer Beruhigungszone ein und löst eine kräftige Durchmischung des Turminhalts
aus. Das Phosphoroxychlorid wird aus zwei wahlweise einschaltbaren Meßgefäßen aus Glas (301
Füllung) mit Hilfe einer Dosierpumpe dem Kopf des Turmes zugeführt. Etwas unterhalb der Phosphoroxyehlorid-Zugabe
wird der Katalysator eingespeist.
Vor Inbetriebnahme der Apparatur wird diese mit dem Endprodukt angefüllt und mit Hilfe der Heizspirale
auf 50 bis 60° C aufgeheizt. Nach erfolgter Sättigung der Turmfüllung mit Äthylenoxyd erfolgt
die Zugabe des Phosphoroxychlorids, worauf die Reaktion sofort anspringt. An Stelle der Heizspirale
wird nun die Kühlung in Betrieb genommen. Dann werden beide Komponenten in dem angegebenen
Verhältnis zugeführt und eine entsprechende Menge Rohprodukt dem Reaktionsturm kontinuierlich entnommen,
welches dann in der üblichen Art und Weise durch Alkalibehandlung, Wasserwäsche und
Trocknung aufgearbeitet wird.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produkte zeichnen sich durch besonders
gute Qualität aus. Es sind wasserklare, nahezu farblose Ester mit kaum wahrnehmbarem Geruch. Gegenüber
Produkten einer diskontinuierlichen Arbeitsweise besitzen sie eine auffallend niedrigere Säurezahl
und lassen sich im Vakuum weitgehend unzersetzt destillieren. In der auf Spalte 3 und 4 stehenden
Tabelle sind die Produkte der diskontinuierlichen und kontinuierlichen Fahrweise gegenübergestellt.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäureestern durch Umsetzung von Phosphoroxychlorid
mit Alkylenoxyden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion in Verdünnung mit einer großen Menge des Fertigprodukte
in kontinuierlicher Arbeitsweise durchführt und die anschließende Aufarbeitung durch
Behandlung mit Alkali, Wasserwäsche und Trocknung in geeigneten Apparaturen ebenfalls kontinuierlich
erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Fertigprodukt
als Turmfüllung zu der stündlich erzeugten Produktmenge 2:1 bis 20:1, vorzugsweise 5:1
bis 10:1, beträgt.
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Non-Patent Citations (1)
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