DE19752735A1 - Verfahren zur Herstellung von Salzen der Dialkylphosphinsäure - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Salzen der DialkylphosphinsäureInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Salzen der Dialkylphosphinsäuren
sowie die Verwendung der nach diesem Verfahren hergestellten Salze der Dialkyl
phosphinsäuren.
Aluminiumsalze von organischen Phosphorsäuren sind als Flammschutzmittel bekannt. Sie
können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden.
Die EP-A-0 299 922 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumsalzen von
Phosphor- und Phosphonsäureestern durch Umsetzung von Aluminium mit Phosphorsäure,
Phosphonsäure oder eines Esters davon.
Bei dem in der EP-A-0 245 207 beschriebenen Verfahren werden Aluminiumverbindungen
mit Alkylphosphonsäurediestern zum entsprechenden Aluminiumsalz umgesetzt.
Nach der EP-A-0 327496 führt die Umsetzung von Aluminiumhydroxid mit
Alkylphosphonsäurediestern in Abwesenheit von Wasser bei ca. 180°C ebenfalls zu
Aluminiumsalzen der Phosphonsäurehalbester.
Die EP-A-0 699 708 beschreibt flammgeschützte Polyesterformmassen, wobei die
Polyester durch den Zusatz von Calcium- oder Aluminiumsalzen von Phosphin- oder
Diphosphinsäuren flammfest ausgerüstet werden. Die vorgenannten Salze werden durch
Umsetzung des entsprechenden Dialkylphosphinsäuren mit Calcium- oder
Aluminiumhydroxid erhalten.
Die DE 24 47 727 beschreibt schwerentflammbare Polyamidformmassen, die ein Salz einer
Phosphinsäure oder einer Diphosphinsäure enthalten.
Die vorgenannten Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, daß die geeigneten
organischen Phosphorverbindungen zunächst auf umständliche Art und Weise hergestellt
werden müssen. Dies trifft insbesondere für die Dialkylphosphinsäuren zu, deren
Aluminiumsalze in der Anwendung als Flammschutzmittel die besten Resultate liefern, und
für die ebenfalls einige Synthesewege beschrieben sind.
So beschreibt die DE 21 00 779 A1 ein Verfahren zur Herstellung von von Dialkylphos
phinsäurealkylestern durch Addition von Olefinen mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen an
Alkylphosphonigsäureester.
Auch hier fehlt es bisher an einer wirtschaftlichen Synthesemöglichkeit, die zu homogenen
Produkten in hoher Ausbeute führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Salzen
der Dialkylphosphinsäuren zur Verfügung zu stellen, bei dem sich auf besonders einfache
und wirtschaftliche Art und Weise sowohl die Dialkylphosphinsäuren bzw. ihre Alkalisalze
als auch die gewünschten Endprodukte, nämlich Dialkylphosphinsäuresalze von bestimmten
Metallen, herstellen lassen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, dadurch
gekennzeichnet, daß man
- a) Alkylphosphonige und/oder Hypophosphorige Säure und/oder deren Alkalisalze mit Olefinen in Gegenwart eines kationischen Radikalstarters zu Dialkylphosphinsäuren und/oder deren Alkalisalzen umsetzt und
- b) die nach a) erhaltenen Dialkylphosphinsäuren und/oder deren Alkalisalze mit Metallverbindungen von Mg, Ca, Al, Sb, Sn, Ge, Ti und/oder Zn zu den Dialkylphosphinsäuresalzen der Metalle umsetzt.
Bevorzugt handelt sich bei den Metallverbindungen um Aluminiumoxid, -hydroxid,
-oxidhydroxid, -sulfate, -acetate, -chlorid und/oder -alkoxide.
Bevorzugt setzt man
- a) Alkalisalze der Hypophosphorigen Säure mit Olefinen in Gegenwart eines kationischen Radikalstarters zu den Alkalisalzen von Dialkylphosphinsäuren und
- b) die nach a) erhaltenen Alkalisalze der Dialkylphosphinsäuren mit Aluminium verbindungen zu den Dialkylphosphinsäuresalzen des Aluminiums um.
Anstelle der Alkalisalze der Hypophosphorigen Säure läßt sich problemlos ebenso eine
wäßrige Lösung der freien Säure einsetzen.
Bevorzugt wird das nach Schritt a) erhaltene Produktgemisch ohne weitere Reinigung mit
den Metallverbindungen umgesetzt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das nach Schritt a) erhaltene
Produktgemisch aufgearbeitet und danach nur die nach Schritt a) erhaltenen Dialkylphos
phinsäuren und/oder deren Alkalisalze mit den Metallverbindungen umgesetzt.
Bevorzugt werden als Olefine lineare oder verzweigte α-Olefine eingesetzt.
Bevorzugt werden als Olefine solche mit innenständiger Doppelbindung, cyclische oder
offenkettige Diene und/oder Polyene mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen eingesetzt.
Bevorzugt werden als Olefine Ethylen, n-, i-Propylen, n-, i-Buten, n-, i-Penten, n-, i-Hexen,
n-, i-Octen, 1-Decen, 1,5-Cyclooctadien, 1,3-Cyclopentadien, Dicyclopentadien und/oder
2,4,4-Trimethylpenten-Isomerengemisch eingesetzt.
Bevorzugt tragen die Olefine eine funktionelle Gruppe.
Als Olefine sind Verbindungen der allgemeinen Formel
in der R4-R4 gleich oder verschieden sein können und für Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit
1 bis 18 C-Atomen, für Phenyl, Benzyl oder alkylsubstituierte Aromaten stehen, geeignet.
Geeignet sind ebenfalls Cycloolefine der Formel
insbesondere Cyclopenten,
Cyclohexen, Cycloocten und Cyclodecen.
Eingesetzt werden können auch offenkettige Diene der Formel
in der R5-R10 gleich oder verschieden sind und für Wasserstoff oder eine C1 bis C6-Al
kylgruppe stehen und R11 für (CH2)n mit n = 0 bis 6 steht. Bevorzugt sind hierbei
Butadien, Isopren und 1,5-Hexadien.
Als Cyclodiene sind 1,3-Cyclopentadien, Dicyclopentadien und
1,5-Cyclooctadien sowie Norbornadien bevorzugt.
Bevorzugt handelt es sich bei der Alkylphosphonigen Säure und/oder deren Alkalisalze um
Methylphosphonige Säure oder Ethylphosphonige Säure und/oder deren Alkalisalze.
Bevorzugt wird als kationischer Radikalstarter 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydro
chlorid oder 2,2'-Azobis(N,N'-dimethylenisobutyramidin)dihydrochlorid eingesetzt.
Bevorzugt erfolgt die Umsetzung im Schritt a) bei einer Temperatur von 40 bis 130°C.
Besonders bevorzugt erfolgt die Umsetzung im Schritt a) bei einer Temperatur von 70 bis
110°C.
Bevorzugt erfolgt die Umsetzung im Schritt b) bei einer Temperatur von 20 bis 150°C.
Besonders bevorzugt die Umsetzung im Schritt b) bei einer Temperatur von 60 bis 100°C.
Bevorzugt erfolgt die Umsetzung im Schrift a) und im Schritt b) in essigsaurem Medium.
Dabei erfolgt die Umsetzung im Schritt b) nach Einstellung eines für das jeweilige System
Dialkylphosphinsäure/Metallverbindung optimalen pH-Bereichs für die Salzfallung.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Dialkylphosphinsäuresalze der Metalle zur Herstellung von
Flammschutzmitteln.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten
Dialkylphosphinsäuresalze der Metalle zur Herstellung von Flammschutzmitteln für
thermoplastische Polymere wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polystyrol
oder Polyamid.
Schließlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Dialkylphosphinsäuresalze der Metalle als Additive in polymeren
Formmassen.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.
1000 g (12,5 Mol) Methylphosphonige Säure wurden zusammen mit 50 g (0,18 Mol,
1,5 Mol%) 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid in einem Autoklav vorgelegt und
unter Rühren zunächst auf 60°C aufgeheizt. Danach wurde Ethylen in den Reaktor bis zur
Sättigung bei einem Druck von 20 bar eingeleitet. Nach 17 h Reaktionszeit bei max. 81°C
wurde der Reaktor entspannt und abgekühlt. Die Ausbeute betrug 1,35 kg.
31P-NMR-Analyse:
31P-NMR-Analyse:
| Methyl-ethyl-phosphinsäure: | 92,4 Mol% |
| Methyl-butyl-phosphinsäure: | 6,2 Mol% |
| Methylphosphonige Säure: | 0,9 Mol% |
| unbekannte Komponenten: | 0,5 Mol% |
1100 g der nach a) erhaltenen Mischung aus überwiegend Methyl-ethyl-phosphinsäure und
Methyl-butyl-phosphinsäure wurden in 2800 ml Essigsäure gelöst und 270 g (3,4 Mol)
Aluminiumhydroxid zugegeben. Es wurde 5 Stunden unter Rückfluß erhitzt, dann
abgekühlt, abgesaugt und im Vakuum-Trockenschrank bei 135°C getrocknet. Man erhielt
insgesamt 1172 g Produkt, entsprechend einer Ausbeute von 97%. Der Gehalt an
Aluminiumsalz der Methyl-ethyl-phosphinsäure betrug 93,2 Mol% und an Aluminiumsalz
der Methyl-butyl-phosphinsäure 6,1 Mol%.
2,2 kg (20,7 Mol) Natriumhypophosphit-1-hydrat wurden in 8 kg (7,62 l) Essigsäure
gelöst und in einem 16-L-Doppelmantel-Druckreaktor aus Stahl-Emaille vorgelegt. Nach
Aufheizen der Reaktionsmischung auf 85°C wurde über ein auf 5 bar eingestelltes
Reduzierventil Ethylen bis zur Sättigung in den Reaktor eingeleitet. Die Reaktion wurde
unter ständigem Rühren durch Zudosieren einer Lösung von 56 g (1 Mol%)
2,2'-Azobis-(2-amidinopropan)dihydrochlorid in 250 ml Wasser gestartet und über die Radikalstarter-
Dosier-Geschwindigkeit so gesteuert, daß die Reaktionstemperatur im Reaktor bei einer
Manteltemperatur von 80°C unter ständiger Zufuhr von Ethylen bei einem mittleren Druck
von etwa 5 bar nicht über 95°C stieg. Die Dosierzeit betrug insgesamt 3 Stunden. Danach
ließ man noch 3 h bei 85°C nachreagieren. Der Reaktor wurde entspannt, auf
Raumtemperatur abgekühlt und der Inhalt analysiert.
31P-NMR-Analyse:
31P-NMR-Analyse:
| Diethylphosphinsäure-Na-Salz: | 87,0 Mol% |
| Ethylbutylphosphinsäure-Na-Salz | 11,9 Mol% |
| Monoethylphosphinsäure-Na-Salz: | 0,9 Mol% |
| Hypophosphorige Säure-Na-Salz: | 0,1 Mol% |
| unbekannte Komponenten: | 0,1 Mol% |
Die Gesamt-Auswaage betrug 11,7 kg. Dies entspricht einer Ethylen-Aufnahme von 1,2 kg
(100% der Theorie).
800 g der nach a) erhaltenen Mischung aus hauptsächlich Diethylphosphinsäure-Na-Salz
wurden in 2500 ml Essigsäure gelöst und anschließend 38 g (0,48 Mol) Aluminium
hydroxid zugegeben. Dann wurde für etwa 4 Stunden unter Rückfluß erhitzt, abgekühlt und
abfiltriert. Der erhaltene Feststoff wurde zuerst mit 1 Liter Eisessig, dann mit 1 Liter dest.
Wasser und zuletzt mit 500 ml Aceton gewaschen, und dann bei 130°C im Vakuum
getrocknet. Ausbeute: 183 g (92% der Theorie).
Claims (19)
1. Verfahren zur Herstellung von Salzen der Dialkylphosphinsäuren, dadurch
gekennzeichnet, daß man
- a) Alkylphosphonige und/oder Hypophosphorige Säure und/oder deren Alkalisalze mit Olefinen in Gegenwart eines kationischen Radikalstarters zu Dialkylphosphinsäuren und/oder deren Alkalisalzen umsetzt und
- b) die nach a) erhaltenen Dialkylphosphinsäuren und/oder deren Alkalisalze mit Metallverbindungen von Mg, Ca, Al, Sb, Sn, Ge, Ti und/oder Zn zu den Dialkylphosphinsäuresalzen der Metalle umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den
Metallverbindungen um Aluminiumoxid, -hydroxid, -oxidhydroxid, -sulfate, -acetate,
-chlorid und/oder -alkoxide handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
- a) Alkalisalze der Hypophosphorigen Säure mit Olefinen in Gegenwart eines kationischen Radikalstarters zu den Alkalisalzen von Dialkylphosphinsäuren und
- b) die nach a) erhaltenen Alkalisalze der Dialkylphosphinsäuren mit Aluminium verbindungen zu den Dialkylphosphinsäuresalzen des Aluminiums umsetzt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man das nach Schritt a) erhaltene Produktgemisch ohne weitere Reinigung mit den
Metallverbindungen umsetzt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man das nach Schritt a) erhaltene Produktgemisch aufarbeitet und danach nur die
nach Schritt a) erhaltenen Dialkylphosphinsäuren und/oder deren Alkalisalze mit den
Metallverbindungen umsetzt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als Olefine lineare oder verzweigte α-Olefine eingesetzt werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß als Olefine solche mit innenständiger Doppelbindung, cyclische oder offenkettige
Diene und/oder Polyene mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß als Olefine Ethylen, n-, i-Propylen, n-, i-Buten, n-, i-Penten, n-, i-Hexen, n-, i-Octen,
1-Decen, 1,3-Cyclooctadien, 1,3-Cyclopentadien, Dicyclopentadien und/oder
2,4,4-Trimethylpenten-Isomerengemisch eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Olefine eine funktionelle Gruppen tragen.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei der Alkylphosphonigen Säure und/oder deren Alkalisalzen um
Methylphosphonige Säure oder Ethylphosphonige Säure und/oder deren Alkalisalze
handelt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß als kationische Radikalstarter 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid oder
2,2'-Azobis(N,N'-dimethylenisobutyramidin)dihydrochlorid eingesetzt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umsetzung im Schritt a) bei einer Temperatur von 40 bis 130°C erfolgt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umsetzung im Schritt a) bei einer Temperatur von 70 bis 110°C erfolgt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umsetzung im Schritt b) bei einer Temperatur von 20 bis 150°C erfolgt.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umsetzung im Schritt b) bei einer Temperatur von 60 bis 100°C erfolgt.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umsetzungen im Schritt a) und im Schritt b) in essigsaurem Medium erfolgen.
17. Verwendung der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 16 hergestellten
Dialkylphosphinsäuresalze der Metalle zur Herstellung von Flammschutzmitteln.
18. Verwendung der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 16 hergestellten
Dialkylphosphinsäuresalze der Metalle zur Herstellung von Flammschutzmitteln für
thermoplastische Polymere wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat,
Polystyrol oder Polyamid.
19. Verwendung der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 16 hergestellten
Dialkylphosphinsäuresalze der Metalle als Additive in polymeren Formmassen.
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