含DOPO基衍生物的制備

周 侃，陳志釗，劉華夏

（清遠市普塞呋磷化學有限公司，廣東清遠 511540）

9，10-二 氫-9-氧 雜-10-磷 雜 菲-10-氧 化 物（9，10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide，簡稱DOPO），最早是由Sanko化學公司在1972 年發(fā)現(xiàn)的[1]，其是利用熱冷凝法，將鄰苯基苯酚衍生物在催化劑作用下與三氯氧磷反應(yīng)制得。數(shù)十年以后，DOPO及其合成的衍生物開始被應(yīng)用于阻燃高分子材料。由于DOPO及其衍生物分子結(jié)構(gòu)中含有聯(lián)苯環(huán)、菲環(huán)和O=P—O鍵，在作為高分子聚合物阻燃劑時，不僅具有無煙無毒、不遷移、阻燃性持久等性能，而且還可以提高聚合物的熱穩(wěn)定性、耐氧化性、耐水性和機械性能等，在聚合物阻燃方面應(yīng)用廣泛[2]，DOPO結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 DOPO的結(jié)構(gòu)式

乙二醇二縮水甘油醚（EGDE）分子內(nèi)含有兩個環(huán)氧基團，氣味小，反應(yīng)活性及耐熱性優(yōu)良，固化時形成鏈狀及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；稀釋效果與單縮水甘油醚相當，但固化后樹脂的抗張強度、抗彎曲強度、抗壓強度、沖擊強度等機械性能以及適應(yīng)期均優(yōu)于單縮水甘油醚固化的樹脂。

本文所選用磷雜菲DOPO與乙二醇二縮水甘油醚EGDE反應(yīng)，得到帶DOPO基及乙二醇二縮水甘油醚基的衍生物，使得產(chǎn)品后續(xù)應(yīng)用于阻燃高聚物中，具有較好的力學性能，如圖2所示。

圖2 DOPO與EGDE反應(yīng)的反應(yīng)式

1 實驗部分

1.1 主要原料

9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DOPO）：沈陽博美達化學有限公司；乙二醇二縮水甘油醚（EGDE）：廣州市一夫化工物資有限公司。

1.2 主要儀器及設(shè)備

電動攪拌裝置：RW20，德國IKA公司；高精度電子天平：JJ2000B，常熟市雙杰測試儀器廠。

1.3 實驗步驟

1.3.1 樣品制備

向250mL四口瓶內(nèi)加入DOPO，升溫溶解，然后開動機械攪拌，升溫；往溶液中滴加乙二醇二縮水甘油醚，控制滴加溫度；加完后繼續(xù)反應(yīng)一段時間，冷卻，倒出產(chǎn)物，為淺黃色透明固體。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同投料比的對比情況

在150℃條件下反應(yīng)5h，不同原料比例會有明顯的差異，DOPO及產(chǎn)物DOPO-EGDE會用TLC薄層色譜表征其反應(yīng)殘余物。由于EGDE分子上有兩個環(huán)氧鍵，本反應(yīng)中P—H鍵對環(huán)氧鍵的加成是按1∶1反應(yīng)，所以理論原料化學計量比DOPO∶EGDE為2∶1，但由于DOPO高溫時會有部分升華，所以一般DOPO會多添加一些。

如表1所示，DOPO∶EGDE為2.02∶1時，原料DOPO剛好與EGDE反應(yīng)完畢，當比例小于2.02∶1時，少量的EGDE（液體，熔點為33~35℃）殘留，會導致產(chǎn)物偏軟。

表1 不同投料比的對比情況

圖3為DOPO的紅外譜圖，可以看到3 061cm-1是苯環(huán) C—H的共振吸收峰，2 435cm-1為明顯的P—H鍵共振吸收峰，1 593.88cm-1為苯環(huán)骨架的共振吸收峰，903cm-1位P—O—C的共振吸收峰，圖4為DOPO-EGDE的紅外譜圖，其P—H鍵的共振吸收峰已經(jīng)消失，3 362cm-1為環(huán)氧鍵打開后的—OH共振吸收 峰，2 925cm-1為—CH2—吸收峰，1201cm-1為雙環(huán)P=O的吸收峰，1 043cm-1為P—O的吸收峰。可以判斷環(huán)氧鍵與 P—H鍵發(fā)生加成反應(yīng)，生成DOPO-DGDE。

圖3 DOPO的紅外譜圖

圖4 DOPO-EGDE的紅外譜圖

2.2 不同反應(yīng)溫度對比情況

如表2所示，當反應(yīng)溫度低于150℃，反應(yīng)速度都偏慢，同樣的反應(yīng)時間，原料DOPO還有殘留；當反應(yīng)溫度高于150℃，反應(yīng)速度過快，放熱明顯，不利于控制，另外產(chǎn)品顏色也較深。這是由于P—H鍵與環(huán)氧鍵的加成反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，但是反應(yīng)需要在一定的溫度下才可能加快，實驗結(jié)果表明，150℃是比較合適的反應(yīng)溫度，既可以使原料DOPO跟DGDE發(fā)生反應(yīng)，又可以控制好反應(yīng)體系的溫度。當反應(yīng)溫度為160℃時，P—H鍵與環(huán)氧鍵的反應(yīng)過于劇烈，放出的熱量過大，導致產(chǎn)品以及部分未反應(yīng)的原料DGDE發(fā)生分解而顏色變深。

表2 不同反應(yīng)溫度對比情況

2.3 不同反應(yīng)時間對比情況

如表3所示，反應(yīng)時間在5h以下，原料DOPO還有殘留，產(chǎn)品也偏軟，證明反應(yīng)沒完全進行，當反應(yīng)時間大于5h，TLC檢測中，反應(yīng)物中已經(jīng)沒有原料DOPO，證明原料已經(jīng)反應(yīng)完全。

表3 不同反應(yīng)時間對比情況

3 結(jié)束語

采用磷雜菲阻燃劑DOPO與環(huán)氧基化合物乙二醇二縮水甘油醚（EGDE）反應(yīng)，通過對產(chǎn)物TLC板及IR譜圖分析，表征原料DOPO殘余及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明，DOPO∶EGDE為2.02∶1，原料DOPO及EGDE的殘余均最少；另外，反應(yīng)溫度為150℃，反應(yīng)時間為5h，既能保證原料反應(yīng)完全，并且過程中放出的熱量控制得較緩和，又能使產(chǎn)物DOPO-EGDE顏色更淺，合成工藝更加安全。