Трикрезилфосфат

Трикрезилфосфат – трикрезиловый эфир ортофосфорной кислоты, представляющий собой бесцветную (возможно, с желтым оттенком или желтоватую) прозрачную маслянистую густую жидкость, практически нелетучую, без запаха. Трикрезилфосфат не является взрывоопасным или легковозгораемым веществом. В его составе от 2 до 37% о-изомеров, оставшуюся же часть составляют м- и n-изомеры. Трикрезилфосфат нерастворим в воде, но хорошо растворяется в органических растворителях, жирах, некоторых маслах. Температура кипения составляет около 290 °C, однако рабочие температуры при его переработке не превышают 160 °C, что исключает вредное испарение трикрезилфосфата в рабочем пространстве. При невысоких температурах и нормальном давлении ТКФ стабилен.

Применение трикрезилфосфата

Применение трикрезилфосфата в качестве пластификатора (пластификатора-антипирена) можно встретить в резинотехнической, текстильной промышленности при производстве искусственных материалов, кинематографической пленки, нитролаков, оберточных и упаковочных материалов. В последнее время трикрезилфосфат находит широкое применение в строительстве турбин реактивных двигателей, на высокотехнологических производствах (космическая аппаратура, авиационная техника) в качестве добавок к теплоносителям, огнеупорным жидкостям и маслам, а также в составе присадок к гидравлике. Трикрезилфосфат придает готовым изделиям высокую сопротивляемость трению, устойчивость к климатическим воздействиям и грибковым поражениям.

Получения трикрезилфосфата

Технологическая схема получения трикрезилфосфата по периодическому способу

Принципиальная схема получения трикрезилфосфата по периодическому способу. Существует аналогичный непрерывный процесс.

1 – сборник крезола; 2 – сборник фосфорилхлорида; 3 – реактор; 4 – обратный холодильник; 5 – насадочная колонна; 6 – разгонный куб; 7 – холодильник; 8,9,10 – приемники; 11 – нейтрализатор; 12 – промыватель; 13 – конденсатор; 14 – приемник воды; 15 – осветлитель; 16 – фильтр; 17 – приемник соляной кислоты. В реактор 3 загружают крезол, твердый хлорид магния и фосфорилхлорид. Реакционную смесь быстро нагревают до 90°С (начало реакции), а затем постепенно повышают температуру до 170-200°С.

Для улучшения отгонки выделяющегося в процессе синтеза хлористого водорода рекомендуется проводить процесс под вакуумом или продувать через слой жидкости инертный газ. Отходящие газы охлаждают в обратном холодильнике 4для конденсации унесенного с НСl фосфорилхлорида, который возвращают в процесс. Хлористый водород направляется в нижнюю часть насадочной колонны 5, орошаемой водой, для получения соляной кислоты.

Синтез завершают по прекращении выделения хлористого водорода. Реакционная смесь содержит до 25% избыточного крезола. Ее передают в разгонный куб 6. При фракционной перегонке выделяют три фракции. Первая фракция отгоняется при температуре около 200°Си остаточном давлении 5,3-6,65 кПа. Она отгоняется в интервале температур 200-260°С при остаточном давлении 2,65 кПа и направляется на повторную разгонку. Третья фракция включает свыше 95% целевого продукта. Она отгоняется при 260-320°С и остаточном давлении 2,65 кПа. В кубовом остатке разгонного куба 6 остаются продукты осмола и катализатор, которые растворяют в щелочи и сливают в приемник загрязненных отходов.

Во избежание коррозии разгонного куба рекомендуется перед разгонкой добавлять в реакционную смесь оксид кальция. Реакционная смесь после разгонки содержит в небольшом количестве крезолы и кислые эфиры. Их нейтрализуют разбавленным раствором щелочи в нейтрализаторе 11 при 70-80°С и атмосферном давлении. Процесс проводят в одну или две стадии. После каждой стадии при выключенной мешалке содержимое нейтрализатора расслаивается на эфирную и водно-солевую фазы. Водно-солевую фазу сбрасывают в приемник загрязненных стоков, а эфирную фазу направляют в промыватель12 для отмывки солей нейтрализации и остатков щелочного агента горячей водой. Промывку проводят в несколько стадий, причем промывную воду с последующей стадии для сокращения количества загрязненных стоков можно использовать на предыдущей стадии.

При синтезе алкил- и арилфосфатов в реакционной смеси в небольшом количестве присутствуют неполные эфиры, которые образуют комплексы с содержащимися в щелочных растворах и воде ионами металлов. Эти частично растворимые в воде комплексы образуют стойкие эмульсии, располагающиеся при декантации между эфирной и водной фазами – так называемая «борода». Для разрушения комплексов в промывной раствор добавляют аминоалкиленфосфоновые кислоты или их соли.

После сброса водной фазы эфир-сырец подсушивают под вакуумом при 120-140°С для удаления следов воды. Отгоняемую воду собирают в приемнике 14.

Нейтральный и промытый от солей эфир для улучшения цвета обрабатывают сорбентами при 120-130°С и остаточном давлении 2,65-6,75 кПа в осветлителе 15, после чего фильтруют на фильтре 16. При необходимости для улучшения качества готовый продукт подвергают перегонке.

При непрерывном получении трикрезилфосфата процесс проводят в каскаде из нескольких реакторов (не менее трех) с постепенным повышением температуры по реакторам до 200°С. При организации непрерывного производства хлорид магния предварительно растворяют в смеси фосфорилхлорида и крезола (в каждом из этих реагентов по отдельности хлорид магния не растворяется). Катализатор рекомендуется вводить в процесс в виде2-3%-ного раствора в смеси фосфорилхлорида и крезолов, взятых в мольном соотношении от 1:3 до 1:4. Раствор готовят смешением компонентов при 30-40°С.

Отгонку крезолов непрерывным способом проводят, например, на роторном пленочном испарителе. В литературе описан также ректификационный способ непрерывного выделения эфира с содержанием крезолов не выше 10% , что позволяет отказаться от последующей нейтрализации и промывок.

Нейтрализацию и промывку при непрерывном получении трикрезилфосфата, так же как в периодическом процессе, можно проводить в каскаде последовательно расположенных кубовых аппаратов с мешалками; после каждого аппарата предусмотрен флорентийский сосуд для разделения водной и эфирной фаз. При непрерывном процессе эти стадии можно интенсифицировать за счет применения противоточных аппаратов колонного типа, заполненных насадкой, распылительных колонн, аппаратов с вибрирующей насадкой.

Описанным способом производят также трифенилфосфат и дифенилкрезилфосфат.

Свойства трифенилфосфата

Трифенилфосфат используется для придания огнестойкости, улучшения перерабатываемости и физических свойств ацетата и нитрата целлюлозы, эпоксидных смол, а также инженерных пластиков, например, ПК/АБС, модифицированного полифениленоксида (РРО) и других.

Дифенилкрезилфосфат получают взаимодействием смеси фенола и крезола с фосфорилхлоридом. Другие смешанные триарилфосфаты синтезируют в две стадии путем последовательного ввода в процесс различных фенолов и крезолов.

Он нашёл применение как пластификатор алкиларильного типа и органофосфатный антипирен для ПВХ и прочих виниловых сополимеров в упаковочных материалах пищевой промышленности. Как сложноэфирный фосфатный пластификатор, производится в промышленном масштабе. Также используется как компонент гидравлических жидкостей в крупных самолётах. При получении триарилфосфатов из смеси фенолов, характеризующихся различной реакционной способностью, в оборотных фенолах накапливаются менее реакционноспособные компоненты. В этом случае рекомендуется проводить синтез в две стадии, причем оборотные фенолы вводить на первую стадию, а свежие фенолы — на вторую.