DE2532161C2 - Verfahren zur Herstellung von Di- (polyoxyalkylen)-hydroxymethylphosphonaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Di- (polyoxyalkylen)-hydroxymethylphosphonatenInfo
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Description
worin η+ η/= 2 bis IO und .Y= 2. 3 oder 4 ist. dadurch
gekennzeichnet, daß man
(a) phosphorige Säure mit Formaldehyd oder einem Formaldehyd polymeren bei einer Temperatur.von
90 bis 1505C unter Bildung eines
Zwischenproduktes der Formel II
O"
HOCH2P(OH)2
HOCH2P(OH)2
(II)
20
und
(b) dieses mit Athylenoxid. Propylenoxid bzw. Butylenoxid bei einer Temperatur von 30 bis
1003C umsetzt.
30
Die Erfindung betrifft das im Patentanspruch beschriebene Verfahren zur Herstellung von Di-(polynxvalkylenj-hydroxymethylphosphonaten.
insbesondere von Di-ipolyoxyäthylen)-. Di-(polyoxypropylen)- und
Di-(polyoxybutylen)-hydroxymethyiphosphonaten.
Bislang wurden Di-(polyoxyäthylen)-nydroxymethylphosphonate
hergestellt, indem man zuerst Phosphortrichlorid mit Formaldehyd umsetzte. Dieser Umsetzung
schloß sich eine Hydrolyse an. wobei Hydroxymethylphosphonsäure und Rest-Chlor erhallen wurde [vgl.
M. I. Kabachnik und E. S. Shepeleva; Izvest. Akad.
Nauk-SSSR. S. 185 (1951)]. Die Hydroxymethylphosphonsäure
wurde sodann mit überschüssigem Athylenoxid umgesetzt, wobei Di-(polyoxyäthylen)-hydroxymethylphosphonate
erhalten wurden. Ein Nebenprodukt dieses bekannten Verfahrens ist Bischlormethyläther. ein
bekanntes Carcinogen [vgl. USA Federal Register. Bd. 39. Nr. 20. 29. Januar 1974. S. 3757].
Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Di-(polyoxyalkylen)-hydroxymethylphosphonaten
der allgemeinen Formel
HO-[(CHA-O]- P-[O-(CH2)J-OH (I)
CH2OH
HOCH2P(OH)2
55
worin//+/)/= 2 — 10. und .v=2. 3 oder 4 ist. das dadurch
gekennzeichnet ist. daß man phosphorige Säure und Formaldehyd oder ein Formaldehyd polymeres. Vorzugs=
weise in wäßriger Lösung, bei 90 his 150 'C. unter Bildung
eines Zwischenprodukts der Formel
(II)
umsetzt, welches man mit Äthyleno.xiJ. Propylenoxid
bzw. Butylenoxid unter Bildung der entsprechenden Di-(polyoxyalkylen)-hydroxymethylphosphonate der allgemeinen
Formel I umsetzt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird kein Bis-chlormethyläther gebildet, und
es tritt kein Rest-Chlor auf.
'Die folgenden Gleichungen 1 und 2 sind für die Umsetzung,
bei der sich das Zwischenprodukt bildet, bzw. die Umsetzung repräsentativ, bei welcher beispielsweise
das Di-(polyoxyäthylen)-hydroxymethylphosphonat [vgL Formel I mit .v= 2] gebildet wird:
O
H3PO3 + HCHO -^ HOCH2 P (OH)2 (1)
H3PO3 + HCHO -^ HOCH2 P (OH)2 (1)
O o
HOCH2P(OH)2 + w + H)CH2—CH2 -^-
O
O
HO— (CH2CH2O)n- P-(OCH2CH2).,- OH (2)
CH2OH
worin η +■ m die zuvor genannten Bedeutungen besitzen.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Reaktionsteilnehmer können in stöchiometrischen Mengen
angewandt werden, obgleich auch ein Überschuß an jedem Reaktionsteilnehmer gegebenenfalls verwendet
werden kann.
Zur Herstellung des Zwischenprodukts werden phosphorige Säure und Formaldehyd oder ein Formaldehydpolymeres.
wie z.B. Trioxan oder Paraformaldehyd. allein oder, vorzugsweise in einem wäßrigen
Medium bei einer Temperatur von etwa 90 bis etwa 150°C
umgesetzt. Die bevorzugte Temperatur liegt zwischen etwa 100 und etwa I35;C.
Die Reaktionszeiten können innerhalb eines breiten Bereiches schwanken, ohne daß das Verfahren nachteilig
beeinflußt wird. Die optimalen Reaktionszeiten können leicht ermittelt werden. Die Reaktionszeiten sind abhängig
von der Reaktionstemperatur, der Formaldehydmenge und der Wassermenge, welche im Reaktionsgemisch vorliegen. Eine Erhöhung der Reaktionstemperatur
oder der Formaldehydmenge führt zu einer Erniedrigung der Reaktionszeit. Die Reaktionszeit steigt
mit zunehmender Menge an vorhandenem Wasser an. Die Umsetzung ist in der Regel in etwa 1 bis 10 Stunden
vollständig. Nach der Umsetzung können die flüchtigen Komponenten in üblicher Weiss von dem Hydroxymethylphosphonsäure-Zwsschenprodukt
abgetrennt werden. Die Herstellung des ZwischenprvJukts gemäß dem Reaktionsschema (1) kann zweckmäßigerweise erfolgen.
ind'?m man die einzelnen Reaktionsteilnehmer, phosphorige
Säure ond Formaldehyd in Wasser, in eine erwärmte Reaktionszone führt, welche mit Rühr- oder
Mischvorrichtungen ausgestaltet ist. Jedoch können die Rcaktionsteilnehmer auch vor Eintritt in die Reaktionszone vermischt werden. Zweckmäßigerweise kann eine
umschlossene Reaktionszone, welche sich zu einem Kühler hin öffnet, verwendet werden. Die Reaktionszone ist
mit geeigneten Vorrichtungen zur Temperaturüberwachung versehen. Das Gemisch wird auf eine Temperatur
von etwa 90 bis etwa 150aC erwärmt, wobei sich das Zwischenprodukt bildet. Der Phosphitgehalt kann kontinuierlich
überwacht werden, indem man beispielsweise gravimetrische Phosphorbestimmungen in Proben vornimmt,
die dem Gemisch entnommen wurden.
Das Zwischenprodukt wird gereinigt, indem man das Wasser und nicht umgesetztes Formaldehyd unter einem
verminderten Druck von etwa 13.3 bis etwa 1013 mbar
bei einer Temperatur von etwa 50 bis etwa 1200C abzieht.
Die Identifizierung des Zwischenproduktes kann durch I. R.-Analyse. anhand der NMR-Spektren oder durch
gravimetrische oder volumetrische Phosphoranalyse erfolgen.
Die Ausbeute an Zwischenprodukt liegt in der Regel zwischen etwa 95 und 100% der Theorie.
Die Di-(polyoxyalkylen)-hydroxymethylphosphonate
werden gebildet, indem man das Hydroxymethylphos- ίο phonsäure-Zwischenprodukt mit Äthylenoxid. Propylenoxid
oder Butylenoxid bei einer Temperatur von etwa 30 bis etwa 1000C in Berührung bringt. Ohne daß das
Verfahren nachteilig beeinflußt wird, kann die Reaktionszeit innerhalb eines weiten Bereiches schwanken.
Die optimale Reaktionszeit kann leicht ermittelt werden. Die Reaktionszeiten können erniedrigt werden, indem
man die Reaktionstemperatur oder Geschwindigkeit der Alkylenoxidzugabe erhöht. Reaktionszeiten von etwa 5
bis etwa 50 Stundep sind typisch.
Die Umsetzung der Hydroxymethyiphosphonsäure mit
dem Alkylenoxid gemäß dem Reaktionsschema (2) kann zweckmäßigerweise so bewirkt werden, daß man das
geschmolzene Zwischenprodukt, während das gasförmige Alkylenoxid zugegeben wird, heftig in Bewegung hält.
Die Temperatur in der Reaktionszone wird auf etwa 30 bis I00=C während der Umsetzung gehalten. Das Alkylenoxid
wird in das Reaktionsgemisch so lange eingeführt, bis die Säurezahl des Reaktionsgemischs etwa 0 ist.
Um Farbprobleme zu vermeiden, welche bei metallisehen
Reaktionszoner: auftreten können, wird eine mit Glas ausgekleidete Reaktionszone bevorzugt. Beispielsweise
bewirkt Eisen eine unerwünschte gelbe Verfärbung des hergestellten Phosphonats.
Das rohe Di-(polyoxyalkylen)-hydroxymethylphosphonat
wird nach herkömmlichen Verfahren, beispielsweise durch Abziehen der flüchtigen Komponenten aus
dem Reaktionsgemisch bei erhöhter Temperatur und unter vermindertem Druck, durch Berührung mit einem
Inertgas oder nach anderen für die Abtrennung von Materialien mit unterschiedlichen Siedepunkten bekannten
Verfahren gereinigt. Vorzugsweise werden die flüchtigen Komponenten bei einer Temperatur von etwa 25
bis etwa 12O0C unter vermindertem Druck entfernt. Geeignete Drucke liegen zwischen etwa 13,3 bis etwa
1013 mbar. Die Identifizierung der Endprodukte kann durch Phosphitanalyse, volumetrische oder gravimetrische
Phosphoranalyse, I. R.-Analyse. anhand der NMR-Spektren. durch Bestimmung der Acidität oder nach
anderen herkömmlichen Verfahren erfolgen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Di-(polyoxyalky-Ien)-hydroxymethylphosphonate
können als Stabilisatoren für Polyesterfolien oder als Weichmacher für Celluloseacetat,
Polyvinylacetat und dergleichen verwendet werden. Sie werden auch als Flammhemmungsmittel für
wärmehärtbare Harze, wiez. B. Urethane, vernetzte Polyesterharze
und Aminoplaste SGwie für thermoplastische Harze, wie z. B. Acrylat- und Polyesterfasern, verwendet.
Ferner sind sie auch als Schmiermittel und hydraulische Flüssigkeiten brauchbar.
Nachfolgendes Beispiel erläutert die Erfindung näher.
A. Herstellung von Hydroxymethyiphosphonsäure
In einen 1 1-Rundkolben, welcher mit einem mechanischen
Rührer versehen war, wurden 500 g phosphorige Säure, 275 g Paraformaldehyd und 50 g destilliertes
Wasser gebracht. Das Gemisch wurde auf 115 bis 125CC erwärmt, wobei 9 Stunden gerührt wurde. Sodann
wurden die flüchtigen Komponenten aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt, indem man das Gemisch bei I20'C
und 80 bis 93 mbar 3 Stunden und danach bei 120=C und 20 mbar weitere 3 Stunden erwärmte. Es wurden
727 g einer farblosen Flüssigkeit erhalten, welche bei Raumtemperatur erstarrte.
Die Analyse zeigte einen Phosphorgehalt von 28,3 % und einen Phosphitgehaii von 0,26 %.
B. Herstellung von Di-(polyoxyäthylen)-hydroxymethylphosphonat
In einen 500 ml-Rundkolben wurden 150 g des gemäß
Stufe A hergestellten Produkts gegeben. Der Kolben wurde auf 65 aC erwärmt. In die Flüssigkeit wurde durch
ein Gasverteilungsrohr, während die Reaktionstemperatur auf 65 bis 70cC gehalten wurde, Äthytaioxid eingeführt.
Während 40 Stunden wurden 400 g Äthylenoxid in den Kolben geleitet. Die Säurezahl des Reaktionsgemisches betrug 0,14 mg KOH/g Probe. Die flüchtigen
Bestandteile wurden aus dem Reaktionsgemisch entfernt, indem man es 2 Stunden bei 400 mbar auf 60°C
erwärmte. Es wurden 483 g einer klaren farblosen Flüssigkeit erhalten. Die Säurezahl derselben betrug weniger
als 0.01 mg KOH/g Probe. Die Analyse zeigte einen Phosphorgehalt von etwa 8,33 %.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Di-(polyoxyalkylen)-hydroxymethyiphosphonaten der allgemeinen Formel IHO—[(CH2)^-O]-P-[O-(CH2)J-OH (I)CH2OH
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