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        2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯制備新工藝

        2012-05-07 01:33:50龔小紅黃艷剛樂道進(jìn)
        化學(xué)與生物工程 2012年2期
        關(guān)鍵詞:磷酸酯雙酚丁基

        龔小紅,黃艷剛,2,樂道進(jìn),2

        (1.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院,湖北 武漢 430073;2.湖北華邦化學(xué)有限公司,湖北 武漢 430073)

        采用成核劑對(duì)聚烯烴進(jìn)行結(jié)晶改性是一種簡(jiǎn)便有效的方法[1~4]。2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯(以下簡(jiǎn)稱磷酸酯)是一種優(yōu)良的成核劑[4],也是目前廣泛使用的取代芳基磷酸鹽類復(fù)合型成核劑的重要組分,同時(shí)還是生產(chǎn)其它取代芳基磷酸鹽類成核劑的中間體[5~9]。

        磷酸酯的制備方法有非極性溶劑法和極性溶劑法。兩種方法均是以2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基苯酚)(以下簡(jiǎn)稱雙酚)為原料在溶劑中與POCl3進(jìn)行酯化和水解反應(yīng),只是選擇的溶劑和助劑不同。非極性溶劑法大多以環(huán)己烷、甲苯等為溶劑,產(chǎn)物需精制脫色,收率較低(≤80%)[8,9];極性溶劑法一般以乙腈為溶劑,產(chǎn)品收率和質(zhì)量較非極性溶劑法大為提高,收率可達(dá)90%左右,但乙腈的回收利用還有待研究[9],工業(yè)化生產(chǎn)受到限制。

        作者在此以乙腈為溶劑,采用先回收溶劑乙腈再進(jìn)行水解的方法制備磷酸酯,避免了乙腈與水的分離難題。其制備路線如下:

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 試劑與儀器

        2,4-二叔丁基苯酚(工業(yè)品,純度99.2%),硫酸,36%甲醛,十二烷基苯磺酸鈉,三氯氧磷,三乙胺,乙腈。

        電熱恒溫水浴鍋,北京永興明儀器廠;XT-4型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀,北京泰克儀器有限公司;VECTOR22型紅外光譜儀;Agilent1100型高效液相色譜儀。

        1.2 方法

        1.2.1 2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基)苯酚的制備

        依次取2,4-二叔丁基苯酚(以下簡(jiǎn)稱單酚)100.0 g、甲醛22.0 mL、水250 mL、十二烷基苯磺酸鈉(LAS)0.1 g加入四口瓶中,在水浴加熱下使單酚全部溶解后開始攪拌,待液溫升至80 ℃,加入30%的硫酸1.5 mL,在80 ℃左右回流反應(yīng)2 h。過濾,將得到的固體用熱水洗滌3~5次,烘干,得白色粉末狀產(chǎn)品,即雙酚。收率(以單酚計(jì),下同)為98.56%,熔點(diǎn)為148.5~149.4 ℃(文獻(xiàn)值149~150 ℃[10])。

        1.2.2 2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯的制備

        取雙酚25.4 g加入四口瓶中,依次加入溶劑乙腈260 mL和縛酸劑三乙胺22.3 mL,在水浴溫度為15 ℃下磁力攪拌使雙酚全部溶解,緩慢滴入7.6 mL POCl3,在60 ℃左右反應(yīng)2 h,冷卻至室溫,過濾,回收乙腈。再向體系中加入200 mL水,于50 ℃左右水解反應(yīng)2 h,冷卻至室溫,過濾,洗滌,烘干,得白色產(chǎn)品,即磷酸酯。收率達(dá)94%以上(以雙酚計(jì),下同)。

        將回收的乙腈處理后與試劑乙腈按85∶15的比例混合后,循環(huán)用于磷酸酯的制備,計(jì)算磷酸酯收率及純度。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 產(chǎn)物熔點(diǎn)測(cè)定

        用XT-4型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定產(chǎn)物的熔點(diǎn)為341.8 ℃,與文獻(xiàn)值相符[8,9]。

        2.2 紅外光譜分析(圖1)

        圖1 2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯的紅外光譜

        由圖1可以看到,2962.15 cm-1處有強(qiáng)吸收峰,為甲基的特征峰;1596.08 cm-1處為苯環(huán)的特征峰;946.85 cm-1、1019.26 cm-1處為P-O-C的伸縮振動(dòng)峰;1242.84 cm-1、1302.30 cm-1處為P=O的伸縮振動(dòng)峰,即紅外光譜圖上可見磷酸酯的特征峰。

        2.3 產(chǎn)物純度分析

        圖2為產(chǎn)物磷酸酯的高效液相色譜圖[C18色譜柱,流動(dòng)相為甲醇-乙酸-水(95∶4∶1,體積比)]。

        圖2 2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯的高效液相色譜

        由圖2可以看出,產(chǎn)物磷酸酯的高效液相色譜有一個(gè)明顯的峰。磷酸酯的純度為93.3%。

        2.4 溶劑對(duì)磷酸酯收率的影響

        采用非極性溶劑(如甲苯、環(huán)己烷等)制備磷酸酯時(shí)的收率在80%以下[8,9];而采用極性溶劑(乙腈、吡啶等)時(shí)的收率可達(dá)90%以上[8]。這可能是因?yàn)?,不同類型的溶劑?duì)反應(yīng)物及中間產(chǎn)物產(chǎn)生的作用不同。反應(yīng)物三氯氧磷和反應(yīng)中間產(chǎn)物氯代磷酸酯所含的P-Cl鍵活性很大,極易與水、醇等質(zhì)子性溶劑作用,因此在極性溶劑中磷酸酯收率較高。

        2.5 溶劑乙腈的回收

        參照文獻(xiàn)[8]先酯化水解生成磷酸酯后再回收溶劑乙腈。結(jié)果發(fā)現(xiàn),由于乙腈與水形成共溶體系,回收和利用極為困難[8]。

        因此,本實(shí)驗(yàn)先回收溶劑乙腈再進(jìn)行水解反應(yīng),不僅避免了乙腈與水的分離難題,而且乙腈回收在無水體系中進(jìn)行,簡(jiǎn)便且回收率高(84%~86%)。

        2.6 溶劑乙腈的循環(huán)使用

        回收的乙腈酸性較強(qiáng),其酸性隨循環(huán)使用次數(shù)的不同而不同。若將回收的乙腈直接用于反應(yīng),反應(yīng)體系的酸堿度無法控制,磷酸酯的收率大幅下降。本實(shí)驗(yàn)將回收的乙腈進(jìn)行處理后,與試劑乙腈按85∶15的比例循環(huán)用于磷酸酯的制備,磷酸酯的收率達(dá)到91.8%以上、純度達(dá)到93.3%以上,效果與試劑乙腈基本相同。

        3 結(jié)論

        (1)采用極性溶劑法制備2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯。當(dāng)反應(yīng)生成氯代磷酸酯后,采用先回收溶劑乙腈再進(jìn)行水解的制備新工藝,避免了乙腈與水的分離難題,乙腈的回收率為84%~86%。

        (2)將回收的乙腈處理后循環(huán)用于2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯的制備,磷酸酯的收率達(dá)到91.8%以上、純度達(dá)到93.3%以上,明顯優(yōu)于現(xiàn)行的非極性溶劑法。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 王小強(qiáng).聚丙烯增剛型成核劑研究與應(yīng)用綜述[J].甘肅石油和化工,2009,(2):10-14.

        [2] 樂道進(jìn),龍林林,池圣賢,等.HBP系列成核劑對(duì)聚丙烯性能的影響[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,2010,22(1):46-48.

        [3] Mai K C,Wang K F,Han Z W,et al.Study on the thermal stability of heterogeneous nucleation effect of polypropylene nucleated by different nucleating agents[J].J Appl Polym Sci,2002,83(8):1643-1650.

        [4] 張廣平,俞建勇,辛忠,等.有機(jī)磷酸酯成核劑在聚丙烯中成核的有效性[J].石油化工,2003,32(9):771-774.

        [5] Ryoji Kimura,Tetuo Tuboi.Crystalline synthetic resin composition[P].USP 5 342 868,1994-08-30.

        [6] 春名徹,高橋雅之.造核劑[P].特開2001-59 040,2001-03-06.

        [7] Svara Juergen.Process for the preparation of pure cyclic diarylph-osphoric acid esters[P].DE 3 940 765,1991-06-13.

        [8] 李秀云.聚丙烯成核劑NA-11和NA-21的合成研究[D].天津:河北工業(yè)大學(xué),2006.

        [9] 王一中,余鼎聲.PP成核劑的合成及應(yīng)用[J].塑料工業(yè),1999,27(5):29-31.

        [10] Takahashi Masayuki Di,Haruna Tohru Urawa.Nucleating agent[P].EP 1 209 190,2000-06-15.

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