阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备方法，该化合物的结构如下式所示：制备方法为：氮气保护下，三羟甲基氧化膦和等摩尔的磷酸三苯酯在催化剂作用下，在120-170℃反应8-14h，经纯化处理，得4-膦酰杂笼环磷酸酯。本发明专利技术化合物为高含磷量阻燃剂，阻燃性能优良，适合用作聚酯、聚氨酯、环氧树脂、不饱和树脂、聚烯烃等材料的阻燃剂。并且生产工艺简单，设备投资少，易于实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备方法
本专利技术涉及一种有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备方法，具体涉及一种1，4-二氧-2，6，7-三氧杂-1，4-二磷杂双环[2.2.2]辛烷化合物的制备方法，该化合物适合用作聚酯、聚氨酯、环氧树脂、不饱和树脂、聚烯烃等材料的阻燃剂。
技术介绍
高分子材料在日常生活中给人们的生活带来了很多便利，但这些高分子材料大多都是易燃的，常引起火灾，严重危害到了人们的生命财产安全。因此，阻燃高分子材料和阻燃剂的研究与应用得到了发展。随着世界范围内，人们安全意识的增强以及一些阻燃法规的颁布，对阻燃剂也提出了更高的要求，市场对其环保型阻燃剂有了很强的急迫性，低毒、高效阻燃剂是发展的重要方向。由于磷系特别是有机膦系阻燃剂具有低烟、低毒等优点，在阻燃剂无卤化呼声高昂的今天，逐渐受到人们的重视，对有机膦系阻燃剂的研究已成为最具有发展前景的方向之一。本专利技术公开了一种有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备方法，K.J.Coskran和J.G.Verkade在1965年公开了以三羟甲基膦为原料通过两步反应制备4-膦酰杂笼环磷酸酯的方法，最终产率只有33.2％，没有产业化的价值；本专利技术是以稳定的三羟甲基氧化膦为原料，一步法制备该化合物，工艺简单，设备投资少，操作方便，成本低，易转化为工业化生产；本专利技术反应产生的苯酚可全部回收利用，经济效益高，有非常好的发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备新方法，该方法为一步反应，工艺简单，易于规模化生产，且原料廉价易得，设备投资少，成本低廉，可克服现有技术中的不足。其技术方案如下：该方法为：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置的反应器中，在氮气保护下，加入等摩尔的磷酸三苯酯和三羟甲基氧化膦，再加入一定量的催化剂，升温至120-170℃反应8-14h，除去反应生成的苯酚，产品在冰水中结晶，过滤，冰水淋洗、抽干、真空干燥，得白色固体4-膦酰杂笼环磷酸酯。该方法具体为：在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝装置的反应器中，在氮气保护下，加入等摩尔的磷酸三苯酯和三羟甲基氧化膦，再加入一定量的催化剂，升温至120-170℃反应8-14h，停止反应，加入产品理论质量克数1-2倍体积毫升数的水，液面下通水蒸气，进行水蒸气蒸馏，待苯酚全部蒸出后，搅拌冷却至10℃以下，使白色粒状固体产品析出，过滤，冰水淋洗、抽干、真空干燥，得白色固体产品4-膦酰杂笼环磷酸酯。该方法具体还可为：在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝装置的反应器中，在氮气保护下，加入有机溶剂、等摩尔的磷酸三苯酯和三羟甲基氧化膦，搅拌下，再加入一定量的催化剂，升温至120-160℃反应8-12h，减压蒸馏除去有机溶剂和苯酚，加入产品理论质量克数2-3倍体积毫升数的冰水，搅拌降温至10℃以下，使白色粒状固体产品分散于水中，过滤，冰水淋洗、抽干、真空干燥，得白色固体产品4-膦酰杂笼环磷酸酯。如上所述一定量的催化剂为甲醇钠、三乙胺、吡啶或氢氧化钠，其用量是三羟甲基氧化膦质量的1％-2％。如上所述有机溶剂为苯甲醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二甲苯或氯苯，其用量体积毫升数为三羟甲基氧化膦质量克数的5-8倍。本专利技术有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯为白色固体，产品收率为84.3％-93.2％，熔点：211±2℃，分解温度：305±5℃。其适合用作聚酯、聚氨酯、环氧树脂、不饱和树脂、聚烯烃等材料的阻燃剂，该有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯的合成工艺原理如下式所示：与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：①本专利技术有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物含磷量高达33.7％，阻燃效能高，其分子中的有机膦键(C-P键)给化合物带来稳定性，磷杂笼环结构对称性好，对化合物的稳定性也有贡献，产品稳定，分解温度高，并且与高分子材料的相容性好，有很好加工性能。②本专利技术有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物使用的原料三羟甲基氧化膦本身就是一种优良的反应型有机膦阻燃剂，与磷酸酯反应，又引入多酯结构，同时又提高了磷的含量，使产品获得了较好的阻燃性能。③本专利技术有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯与MCA等氮系阻燃剂复配有较好的协同作用，还有很好的膨胀性，能有效的降低阻燃材料生产成本，有很好的应用前景。④本专利技术有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备工艺中产生的苯酚可全部回收利用，具有良好的环境效益和经济效益。⑤本专利技术有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备方法为一步反应，工艺简单，设备投资少，操作方便，原料易得，成本低，易于规模化转化和生产。附图说明为了进一步说明产品的结构和性能特给出如下附图。1、4-膦酰杂笼环磷酸酯的红外光谱图，详见说明书附图图1；图1表明，在2887cm-1处为亚甲基C-H键的伸缩振动峰；1483cm-1处为亚甲基C-H键的弯曲振动峰；1317cm-1处为与氧相连的P＝O双键的伸缩振动峰；1263cm-1处为与碳相连的P＝O双键的伸缩振动峰；1206cm-1和1114cm-1处为C-O键的伸缩振动峰；1005cm-1处为P-O键的伸缩振动峰；852cm-1处为C-P键的伸缩振动峰。2、4-膦酰杂笼环磷酸酯的核磁光谱图，详见说明书附图图2；图2表明，氘代二甲亚砜作溶剂，δ4.83-5.10处为亚甲基的H峰；δ2.50处为氘代二甲亚砜溶剂的H峰。3、4-膦酰杂笼环磷酸酯的差热图，详见说明书附图图3；由图3可知，温度为305℃开始失重；失重率50％时，温度为479℃；到终止温度800℃时仍有33％的残余物，说明产品有较好的热稳定性。具体实施例以下结合具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步说明。实施例1在装有搅拌器、温度计、高效回流装置的100ml四口烧瓶中，用氮气赶尽瓶内的空气，加入14.00g(0.1mol)三羟甲基氧化膦、32.63g(0.1mol)磷酸三苯酯和0.20g吡啶催化剂，加热搅拌并持续通入氮气，升温至130℃保温反应14h，停止反应，加入20ml水，液面下通水蒸气，进行水蒸气蒸馏，待苯酚全部蒸出后，搅拌冷却至10℃以下，使白色粒状固体产品析出，过滤，滤饼用10ml冰水淋洗，压实抽干，滤饼真空干燥，得白色固体4-膦酰杂笼环磷酸酯，产率为84.3％，熔点：211±2℃，分解温度：305±5℃。实施例2在装有搅拌器、温度计、高效回流装置的100ml四口烧瓶中，用氮气赶尽瓶内的空气，加入14.00g(0.1mol)三羟甲基氧化膦、32.63g(0.1mol)磷酸三苯酯和0.18g甲醇钠催化剂，加热搅拌并持续通入氮气，升温至170℃保温反应10h，停止反应，加入20ml水，液面下通水蒸气，进行水蒸气蒸馏，待苯酚全部蒸出后，搅拌冷却至10℃以下，使白色粒状固体产品析出，过滤，滤饼用10ml冰水淋洗，压实抽干，滤饼真空干燥，得白色固体4-膦酰杂笼环磷酸酯，产率为87.7％，熔点：211±2℃，分解温度：305±5℃。实施例3在装有搅拌器、温度计、高效回流装置的250ml四口烧瓶中，用氮气赶尽瓶内的空气，加入80ml苯甲醚，14.00g(0.1mol)三羟甲基氧化膦和32.63g(0.1mol)磷酸三苯酯。搅拌下，加入0.22g甲醇钠催化剂，加热并持续通入氮气，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机膦阻燃剂4‑膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备方法，其特征在于，该方法为：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置的反应器中，在氮气保护下，加入等摩尔的磷酸三苯酯和三羟甲基氧化膦，再加入催化剂，升温至120‑170℃反应8‑14h，除去反应生成的苯酚，产品在冰水中结晶，过滤，冰水淋洗、抽干、真空干燥，得白色固体4‑膦酰杂笼环磷酸酯，该化合物的结构如下式所示：

【技术特征摘要】
1.一种有机膦阻燃剂4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备方法，其特征在于，该方法为：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置的反应器中，在氮气保护下，加入等摩尔的磷酸三苯酯和三羟甲基氧化膦，再加入甲醇钠、三乙胺、吡啶或氢氧化钠作为催化剂，升温至120-170℃反应8-14h，除去反应生成的苯酚，产品在冰水中结晶，过滤，冰水淋洗、抽干、真空干燥，得白色固体4-膦酰杂笼环磷酸酯，该化合物的结构如下式所示：2.如权利要求1所述4-膦酰杂笼环磷酸酯化合物的制备方法，其特征在于，该方法为：在装有搅拌器、温度计、高效回流冷凝装置的反应器中，在氮气保护下，加入等摩尔的磷酸三苯酯和三羟甲基氧化膦，再加入相对于三羟甲基氧化膦质量1％-2％的甲醇钠、三乙胺、吡啶或氢氧化钠作为催化剂，升温至120-170℃反应8-14h，停止反应，加入产品理论质量克数1-2倍体积毫升数的水，液面下通水蒸气，进行水蒸气蒸馏，待苯酚全部蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦林，杨珂珂，
申请(专利权)人：苏州凯马化学科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32