[發(fā)明專利]一種弱酸性低腐蝕焦磷酸哌嗪制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010058477.0
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111170964B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉文;許肖麗;陳濤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海化工研究院有限公司
• 主分類號: C07D295/027
• 分類號: C07D295/027;C07D295/023;C08K5/3462
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發(fā)明涉及一種弱酸性低腐蝕焦磷酸哌嗪的制備方法，包括以下步驟：首先將哌嗪、水、濃磷酸共熱制得含有二磷酸哌嗪的中間產(chǎn)物物料；再將中間產(chǎn)物物料與成核劑趁熱混合，并一同冷卻結(jié)晶，之后依次經(jīng)過濾、洗滌、干燥后，得到中間產(chǎn)物晶體；最后將中間產(chǎn)物晶體進行高溫脫水，即得到焦磷酸哌嗪。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有制備工藝簡單、可操作性強、在工業(yè)生產(chǎn)上易于實現(xiàn)、對產(chǎn)品質(zhì)量提高明顯等優(yōu)點，對高效阻燃劑產(chǎn)品的創(chuàng)制具有一定的實用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無鹵阻燃劑技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種弱酸性低腐蝕焦磷酸哌嗪制備方法。

背景技術(shù)

焦磷酸哌嗪是一類新型的無鹵阻燃劑，將酸源、碳源和氣源集成在一個分子結(jié)構(gòu)中，成炭性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性好，相比于聚磷酸銨(APP)而言，具有更高的阻燃效率與析出性，并對材料力學的影響也更小。市售幾款性能優(yōu)異的產(chǎn)品如日本艾迪科的FP-2200S、上海化工研究院ANTI-10、清遠普塞呋EPFR-110DL、浙江旭森XS-FR-8310等阻燃劑產(chǎn)品均是以焦磷酸哌嗪為核心構(gòu)筑的無鹵阻燃劑。在這些阻燃劑體系中，焦磷酸哌嗪占比約為50-70％，是發(fā)揮凝聚相阻燃作用最關(guān)鍵的組份，而體系中復配的少量其它組分，如聚磷酸三聚氰胺(MPP)、焦磷酸二三聚氰胺(DMPY)、三聚氰胺氰尿酸(MCA)等，主要用于補強酸源或氣源。就無鹵阻燃劑發(fā)展而言，焦磷酸哌嗪在性能方面極有可能取代APP成為下一代無鹵阻燃劑創(chuàng)制核心。

經(jīng)文獻報道焦磷酸哌嗪的制備方法大致分為4種：(1)專利US4599375采用焦磷酸鈉為起始原料，通過酸化得到焦磷酸，再進一步與哌嗪進行反應，制備得到焦磷酸哌嗪，該方法所得產(chǎn)品鈉離子含量通常較高；(2)專利CN102482239A以哌嗪和磷酸為起始原料，制備得到二磷酸哌嗪，再經(jīng)熱風設(shè)備或熱混設(shè)備，高溫反應得到焦磷酸哌嗪，該方法所得產(chǎn)品基本不含有鈉離子(小于10ppm)，但色度相對較差；(3)張秀芹等提出的制備方法，采用濃磷酸酸解五氧化二磷制得焦磷酸，然后加入冰乙酸進行溶解后，加入無水哌嗪升溫反應，進而制備得到焦磷酸哌嗪，通常熱分解溫度較低；(4)專利CN102304100A利用一磷酸哌嗪水溶性差的特點，首先合成一磷酸哌嗪，經(jīng)過過濾脫除原料中的金屬元素和其它胺類雜質(zhì)，再將一磷酸哌嗪與等摩爾量磷酸在高溫條件下反應，同時完成酸堿中和、水分蒸發(fā)、高溫脫水等步驟，得到的焦磷酸哌嗪雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)。

已經(jīng)工業(yè)化的且產(chǎn)品性能較優(yōu)的焦磷酸哌嗪，多是采用哌嗪與磷酸為起始原料，通過合成二磷酸哌嗪并進一步高溫脫水制備得到。通過該方法制備的焦磷酸哌嗪，通常其酸堿度在3.5-4.5之間，具有一定的酸度。由于焦磷酸哌嗪主要用于塑料的無鹵阻燃劑，加工過程使用常規(guī)的雙螺桿擠出機，高溫剪切過程中，助劑的酸度越高，對與之接觸的金屬材質(zhì)設(shè)備的腐蝕性越大。同時在塑料熱加工過程中，物料的酸性越大，越容易引發(fā)其他助劑甚至是自身在高溫時分解，引發(fā)一系列的性能劣化現(xiàn)象，如材料發(fā)泡、表面劣化、力學性能、阻燃性能、電阻率等一系列材料性能的降低。

此外，焦磷酸哌嗪酸性過強還會影響色粉的顯色效果，不適用于碳酸鈣等常用堿性礦物填充體系，大大制約了焦磷酸哌嗪在塑料加工行業(yè)中的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種弱酸性低腐蝕焦磷酸哌嗪制備方法，用于解決由于制備工藝的缺陷導致焦磷酸哌嗪產(chǎn)品酸性過強、對設(shè)備腐蝕性較大、產(chǎn)品質(zhì)量較差、應用范圍受限的問題。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種弱酸性低腐蝕焦磷酸哌嗪的制備方法，包括以下步驟：

1)將哌嗪、水、濃磷酸共熱制得含有二磷酸哌嗪的中間產(chǎn)物物料；

2)將中間產(chǎn)物物料與成核劑趁熱混合，并一同冷卻結(jié)晶，之后依次經(jīng)過濾、洗滌、干燥后，得到中間產(chǎn)物晶體；

3)將中間產(chǎn)物晶體進行高溫脫水，即得到焦磷酸哌嗪。