DE19910232C1 - Verfahren zur Herstellung von Phosphinsäure-Aluminiumsalzen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Phosphinsäure-AluminiumsalzenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Phosphinsäure-Aluminiumsalzen, dadurch gekennzeichnet, daß man Phosphinsäuren mit Aluminumoxidhydroxid umsetzt. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung der nach diesem Verfahren hergestellten Phosphinsäure-Aluminiumsalze.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Phosphinsäure-Aluminiumsalzen.
Aluminiumsalze von organischen Phosphinsäuren sind als Flammschutzmittel bekannt. So
beschreibt die EP 0 699 708 A1 Polyesterformmassen, die als Flammschutzmittel Calcium-
und Aluminiumsalze von Phosphinsäuren enthalten.
Aluminiumsalze von organischen Phosphinsäuren können nach verschiedenen Verfahren her
gestellt werden. Hierzu gehören insbesondere die Verfahren, bei denen Phosphinsäuren oder
Phosphinsäureester mit Aluminiumhydroxid in Wasser unter Druck bei hohen Temperaturen
umgesetzt werden.
Solchen Verfahren ist der Nachteil gemeinsam, daß lange Reaktionszeiten (20 bis 50 Stunden)
bei hohen Temperaturen von ca. 200°C benötigt werden, so daß die vorgenannten Verfahren
nicht wirtschaftlich durchführbar sind.
Die DE 196 45 125 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumsalzen von
Phosphinsäuren durch Umsetzung von Phosphinsäuren mit Aluminiumhydroxid in Essigsäure
oder anderen polaren Lösungsmitteln.
Letztgenanntes Verfahren hat den Nachteil, daß bei der Salzbildung je Mol Phosphinsäure-
Aluminiumsalz drei Mol Wasser freigesetzt werden. Dieser hohe Wasseranteil führt zu einer
erheblichen Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens über die not
wendige Wiedergewinnung von Mutterlauge und Lösungsmittel, da sich die destillative Tren
nung dieser Stoffe, hierbei insbesondere in dem ansonsten sehr geeigneten System von Essig
säure und Wasser, sehr aufwendig gestaltet.
Des weiteren besteht der Nachteil, daß gegebenenfalls unumgesetztes Aluminiumhydroxid im
Produkt verbleibt und daher die Einsatzfähigkeit der Phosphinsäure-Aluminiumsalze als
Flammschutzmittel, vor allem in Thermoplasten, einschränkt, da Aluminiumhydroxid bereits
ab 200°C Wasser abspaltet, und es somit zu Polymerabbau kommen kann.
Es bestand deshalb die Aufgabe, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Phos
phinsäure-Aluminiumsalzen zu entwickeln, bei dem nur wenig Wasser freigesetzt wird und
bei dem keine leichtzersetzlichen Rückstände im Endprodukt verbleiben.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß anstelle von Alumini
umhydroxid das Aluminiumoxidhydroxid, Al(O)OH, als Reaktionspartner verwendet wird.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Phosphinsäure-
Aluminiumsalzen, dadurch gekennzeichnet, daß man Phosphinsäuren mit Aluminiumoxidhy
droxid umsetzt.
Bevorzugt setzt man in einem Lösungsmittel um.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Lösungsmittel um Essigsäure.
Bevorzugt wird dem Lösungsmittel ein Katalysator zugesetzt.
Bevorzugt handelt es sich dabei um einen sauren Katalysator.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Katalysator um konzentrierte Schwefelsäure.
Bevorzugt wird bei 50 bis 120°C umgesetzt.
Besonders bevorzugt wird bei 100 bis 120°C umgesetzt.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man unter Druck
bei Temperaturen oberhalb der Siedetemperatur des Lösungsmittels um.
Bevorzugt wird dann bei Temperaturen von 120 bis 180°C umgesetzt.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Aluminiumoxidhydroxid um Boehmit.
Bevorzugt werden Phosphinsäuren der allgemeinen Formel 1,
in der R1 und R2 gleich oder verschieden sein können und eine C1-C8-Alkyl-, Aryl- oder Al
kylarylgruppe bedeuten, sowie Polymere dieser Phosphinsäuren allein oder im Gemisch mit
einander eingesetzt.
Besonders bevorzugt werden Methylethylphosphinsäure und/oder Diethylphosphinsäure ein
gesetzt.
Bevorzugt wird je Mol Phosphinsäure 1/3 Mol Aluminiumoxidhydroxid eingesetzt.
Bevorzugt wird nach Ausfällen des Phosphinsäure-Aluminiumsalzes die Mutterlauge vom
Reaktionswasser befreit und in weiteren Umsetzungen eingesetzt.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her
gestellten Phosphinsäure-Aluminiumsalze zur Herstellung von Flammschutzmitteln.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her
gestellten Phosphinsäure-Aluminiumsalze zur Herstellung von Flammschutzmitteln für ther
moplastische Polymere.
Die Erfindung betrifft schließlich auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Phosphinsäure-Aluminiumsalze zur Herstellung von Flammschutz
mitteln für Polystyrol, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polyamid.
Die Erfindung betrifft schließlich auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Phosphinsäure-Aluminiumsalze als Additive in polymeren Formmas
sen.
Es wurde dabei überraschenderweise gefunden, daß man das gegenüber Aluminiumhydroxid
gemeinhin als deutlich reaktionsträger beschriebene Aluminiumoxidhydroxid erfindungsge
mäß unter wirtschaftlichen Bedingungen mit Phosphinsäuren in praktisch 100%iger Gesamt-
Ausbeute zu den entsprechenden Phosphinsäuresalzen umsetzen kann.
Dabei sind zwei verschiedene Reaktionswege bevorzugt:
- a) Zusatz von geringen Mengen eines (sauren) Katalysators zum Lösungsmittel oder
- b) man führt die Reaktion unter Druck bei Temperaturen oberhalb der Siedetemperatur des Lösungsmittels durch.
In beiden Fällen erhöht sich die Gesamt-Ausbeute erheblich, wenn die entstehenden Mutter
laugen nach der Entwässerung wiedereingesetzt werden.
Gegenüber dem Einsatz von Aluminiumhydroxid entsteht bei der Verwendung von Al(O)OH
je Mol Produkt 33% weniger Reaktionswasser, so daß die zur Mutterlaugenaufbereitung not
wendige destillative Trennung von Lösungsmittel und Wasser deutlich erleichtert ist. Dar
überhinaus ist Al(O)OH bis 300°C stabil, so daß eventuell im Endprodukt verbleibende
Restmengen keinen negativen Einfluß beim Flammschutzeinsatz in technischen Thermopla
sten aufweisen.
In einem 1 l-Dreihalskolben, ausgestattet mit Rührer und Rückflußkühler, wird eine Lösung
von 122 g Diethylphosphinsäure (1 mol) in 700 ml Eisessig mit 20 g Aluminiumoxidhydroxid
(0.33 mol) und 1 g konz. Schwefelsäure (0.01 mol) versetzt. Die entstandene Suspension wird
8 h unter Rückfluß erhitzt. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird der entstandene weiße
Feststoff abfiltriert, zweimal mit je 100 ml Eisessig gewaschen und bei 130°C im Wasser
strahlvakuum getrocknet. Man erhält so 110 g Diethylphosphinsäure-Aluminiumsalz, entspre
chend einer Ausbeute von 84%, bezogen auf eingesetzte Diethylphosphinsäure.
Die vereinigten Filtrate werden über eine Destillationskolonne vom Reaktionswasser befreit.
Man erhält so weitere 20 g Diethylphosphinsäure-Aluminiumsalz in Form einer Eisessiglö
sung (nachfolgend als Mutterlauge bezeichnet), die für eine weitere Fällung - etwa nach Bei
spiel 2 - eingesetzt werden kann.
In einem 1 l-Dreihalskolben, ausgestattet mit Rührer und Rückflußkühler, wird die nach Bei
spiel 1 erhaltene Mutterlauge mit 122 g Diethylphosphinsäure (1 mol), 20 g Aluminiumoxid
hydroxid (0.33 mol) und 1 g konz. Schwefelsäure (0.01 mol) versetzt. Die entstandene Sus
pension wird 8 h unter Rückfluß erhitzt. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird der ent
standene weiße Feststoff abfiltriert, zweimal mit je 100 ml Eisessig gewaschen und bei 130°C
im Wasserstrahlvakuum getrocknet. Man erhält so 130 g Diethylphosphinsäure-Aluminium
salz, entsprechend einer Ausbeute von 99%, bezogen auf die neu eingesetzte Diethylphos
phinsäure.
Die vereinigten Filtrate werden über eine Destillationskolonne vom Reaktionswasser befreit.
Man erhält so weitere 20 g Diethylphosphinsäure-Aluminiumsalz in Form einer Eisessiglö
sung (Mutterlauge), die für eine weitere Fällung - wie vorstehend beschrieben - eingesetzt
werden kann.
In einem 1 l-Dreihalskolben, ausgestattet mit Rührer und Rückflußkühler, wird eine Lösung
von 122 g Diethylphosphinsäure (1 mol) in 700 ml Eisessig mit 20 g Aluminiumoxidhydroxid
(0.33 mol) versetzt. Die enstandene Suspension wird 8 h unter Rückfluß erhitzt. Nach Ab
kühlung auf Raumtemperatur wird der entstandene weiße Feststoff abfiltriert, zweimal mit je
100 ml Eisessig gewaschen und bei 130°C im Wasserstrahlvakuum getrocknet. Man erhält so
19 g nicht umgesetztes Aluminiumoxidhydroxid, das nur geringfügige Anteile des Diethyl
phosphinsäure-Aluminiumsalzes enthält.
In einem 5 l-Druckreaktor aus Edelstahl wird eine Suspenson von 244 g Diethylphosphinsäure
(2 mol), 1500 ml Eisessig und 40 g Aluminiumoxidhydroxid (0.67 mol) 8 h auf 150°C erhitzt,
wobei sich ein Druck von 3 bar aufbaut. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird der ent
standene weiße Feststoff abfiltriert, zweimal mit je 100 ml Eisessig gewaschen und bei 130°C
im Wasserstrahlvakuum getrocknet. Man erhält so 210 g Diethylphosphinsäure-Aluminium
salz, entsprechend einer Ausbeute von 81%, bezogen auf eingesetzte Diethylphosphinsäure.
Die vereinigten Filtrate werden über eine Destillationskolonne vom Reaktionswasser befreit.
Man erhält so weitere 50 g Diethylphosphinsäure-Aluminiumsalz in Form einer Eisessiglö
sung (Mutterlauge), die für eine weitere Fällung - etwa gemäß Beispiel 2 - eingesetzt werden
kann.
Claims (19)
1. Verfahren zur Herstellung von Phosphinsäure-Aluminiumsalzen, dadurch gekennzeichnet,
daß man Phosphinsäuren mit Aluminiumoxidhydroxid umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Lösungsmittel
umsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Lösungs
mittel um Essigsäure handelt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Lösungsmittel ein Katalysator zugesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen sauren Kataly
sator handelt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem sauren
Katalysator um konzentrierte Schwefelsäure handelt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
man bei 50 bis 120°C umsetzt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
man bei 100 bis 120°C umsetzt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
man unter Druck bei Temperaturen oberhalb der Siedetemperatur des Lösungsmittels
umsetzt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Temperaturen von 120 bis
180°C umsetzt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
daß es sich bei dem Aluminiumoxidhydroxid um Boehmit handelt.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
Phosphinsäuren der allgemeinen Formel 1,
in der R1 und R2 gleich oder verschieden sind und eine C1-C8-Alkyl-, Aryl- oder Alkylarylgruppe bedeuten, sowie Polymere dieser Phosphinsäuren allein oder im Gemisch miteinander eingesetzt werden.
in der R1 und R2 gleich oder verschieden sind und eine C1-C8-Alkyl-, Aryl- oder Alkylarylgruppe bedeuten, sowie Polymere dieser Phosphinsäuren allein oder im Gemisch miteinander eingesetzt werden.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
als Phosphinsäuren Methylethylphosphinsäure und/oder Diethylphosphinsäure eingesetzt
werden.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß je
Mol Phosphinsäure 1/3 Mol Aluminiumhydroxid eingesetzt wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
nach Ausfällen des Phosphinsäure-Aluminiumsalzes die Mutterlauge vom Reaktionswasser
befreit und in weiteren Umsetzungen eingesetzt wird.
16. Verwendung der nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten
Phosphinsäure-Aluminiumsalze zur Herstellung von Flammschutzmitteln.
17. Verwendung der nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten Phos
phinsäure-Aluminiumsalze zur Herstellung von Flammschutzmitteln für thermoplastische
Polymere.
18. Verwendung der nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten Phos
phinsäure-Aluminiumsalze zur Herstellung von Flammschutzmitteln für Polystyrol, Poly
ethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat oder Polyamid.
19. Verwendung der nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten Phos
phinsäure-Aluminiumsalze als Additive in polymeren Formmassen.
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