СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ОРГАНОФОСФАТА РЕДКОЗЕМЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА В ОРГАНИЧЕСКОМ РАСТВОРИТЕЛЕ
METHOD OF PRODUCING SOLUTION OF ORGANOPHOSPHATE OF RARE-EARTH ELEMENT IN ORGANIC SOLVENT

Настоящее изобретение относится к способу получения раствора органофосфата редкоземельного элемента в органическом растворителе.
Растворы органофосфатов редкоземельных элементов используются, в частности, в качестве сырья для получения катализаторов полимеризации диенов.
Получение раствора органофосфата редкоземельного элемента под действием неорганической соли редкоземельного элемента обычно затруднительно. Действительно, необходим либо большой избыток фосфорорганической кислоты для полного растворения неорганической соли редкоземельного элемента, что приводит к присутствию остатка кислоты в продукте, что нежелательно для применения, либо слишком большая продолжительность реакции, несовместимая с промышленным применением. Кроме того, полученный таким образом раствор обычно имеет высокую вязкость (>15000 сПз), что делает почти невозможными любые операции отфильтровывания твердого остатка, присутствующего в продукте.
Таким образом, важно располагать способами, которые позволяют получить в промышленных условиях растворы с низким содержанием неорганических солей редкоземельных элементов в твердой форме, а также с приемлемой остаточной кислотностью.
Поэтому задача изобретения состояла в нахождении такого способа.
С этой целью способ по изобретению для получения раствора органофосфата редкоземельного элемента в органическом растворителе является способом типа, в котором фосфорорганическую кислоту в присутствии указанного растворителя приводят во взаимодействие с соединением редкоземельного элемента, выбранным из оксидов, гидроксидов, карбонатов и гидроксикарбонатов редкоземельных элементов, причем способ отличается тем, что реакция протекает в присутствии промотора, выбранного из воды, азотной, соляной, уксусной, муравьиной и пропионовой кислот и солей редкоземельных элементов и этих кислот.
Применение промотора согласно изобретению позволяет, в частности, упростить способ, уменьшить продолжительность реакции и получить раствор, в котором остаточное содержание твердой фазы может быть низким.
Другие характеристики, детали и преимущества изобретения выявятся более полно при прочтении следующего описания, а также различных конкретных примеров, предназначенных для иллюстрации, но не являющихся ограничивающими.
Под редкоземельным элементом понимаются элементы группы, образованной иттрием и элементами периодической системы с атомными номерами, составляющими от 57 до 71 включительно.
Способ по изобретению применим, в частности, для получения органофосфата редкоземельного элемента, выбранного из неодима, лантана, празеодима, самария и церия.
Способ по изобретению включает реакцию соединения редкоземельного элемента с фосфорорганической кислотой.
В качестве соединений редкоземельного элемента используют соединения, которые были упомянуты выше. Из них предпочтительно используются оксиды.
Фосфорорганическая кислота может быть выбрана, в частности, из сложных моноэфиров или диэфиров фосфорной кислоты, фосфоновых кислот и фосфиновых кислот.
2
Сложные моноэфиры или диэфиры фосфорной кислоты могут отвечать соответственно формулам (RO)PO(OH) и (RO)(R'O)PO(OH), в которых R и R', одинаковые или разные, означают алкильный или арильный радикалы.
Например, R и R' могут представлять собой радикалы н-бутил, изобутил, пентил, амил, изопентил, 2,2-диметилгексил, 2-этилгексил, 1-этилгексил, октил, нонил, децил, 2-2-диметилоктил, толил, нонафенил.
2
Фосфорорганическая кислота может быть также выбрана из фосфоновых кислот общих формул (RO)R'P(O)(OH) и RP(O)(OH), в которых R и R', одинаковые или разные, означают алкильный или арильный радикалы. Например, R и R' могут представлять собой радикалы н-бутил, изобутил, пентил, амил, изопентил, 2,2-диметилгексил, 2-этилгексил, 1-этилгексил, октил, нонил, децил, 2-2-диметилоктил, толил, нонафенил.
Фосфорорганическая кислота может быть также выбрана из фосфиновых кислот общих формул R(R')P(O)OH и R(H)P(O)OH, в которых R и R', одинаковые или разные, означают алкильный или арильный радикалы. Например, R и R' могут представлять собой радикалы н-бутил, изобутил, пентил, амил, изопентил, 2,2-диметилгексил, 2-этилгексил, 1-этилгексил, октил, нонил, децил, 2-2-диметилоктил, толил, нонафенил.
Само собой разумеется, можно использовать смеси описанных выше фосфорорганических кислот.
Существенным отличительным признаком изобретения является то, что реакция между соединением редкоземельного элемента и фосфорорганической кислотой имеет место в присутствии промотора указанного выше типа.
Реакцию обычно ведут, смешивая соединение редкоземельного элемента, фосфорорганическую кислоту и промотор в органическом растворителе.
Используемый органический растворитель обычно является углеводородным растворителем, в частности, алифатическим, циклоалифатическим и даже ароматическим растворителем.
Этот растворитель может быть выбран из группы, содержащей гексан, циклогексан, метилциклогексан, гептан, метилпентан, метилциклопентан, пентан, 3-метилпентан, 2-метилпентан, 2,3-диметилпентан и их изомеры, толуол и ксилолы и их смеси. Предпочтительны гексан, циклогексан, метилциклогексан, их изомеры и их смеси. Углеводородными растворителями, имеющимися в продаже, являются гексаны EXXSOL, поставляемые Exxon, гептан EXXSOL поставляемый Exxon, ISOPAR, ISOPAR-M и ISOPAR-L, поставляемые Exxon, Растворитель 140, поставляемый Exxon, Уайт-спириты 66, поставляемые Philips, циклогексан, поставляемый BASF, и метилциклогексан, поставляемый Total Fluides.
Количество используемого промотора будет уточнено ниже. Отметим, что, как правило, минимальным количеством является количество, начиная с которого промотор может оказывать эффект, то есть начиная с которого выход реакции становится приемлемым. Выход является приемлемым, когда реакционная среда на выходе с реакции больше не имеет мутности. Таким образом, это количество легко может быть определено специалистом. Максимальное количество обычно не является критичным и может устанавливаться в зависимости от промышленных ограничений. Количества, какие приводятся ниже, являются лишь иллюстративными примерами и должны поэтому пониматься как находящиеся между минимальным и максимальным количествами.
Когда промотором является вода, используют такое количество воды, которое, выраженное как мольное отношение вода/редкоземельный элемент, обычно составляет от примерно 1 до примерно 500, в частности, от 1 до 300 и, также, в частности, от 5 до 100. Согласно предпочтительному варианту реализации, это отношение составляет по меньшей мере 25, в частности, по меньшей мере 50 и, также, в частности, по меньшей мере 90, причем в этом варианте реализации могут применяться также верхние пределы указанных выше значений.
Когда промотором является кислота, используют такое количество кислоты, которое, выраженное как мольное отношение кислота/редкоземельный элемент, обычно составляет от примерно 0,005 до примерно 0,2, в частности, от 0,005 до 0,1 и, также, в частности, от 0,005 до 0,06.
Можно отметить, что кислота может применяться чистой или в концентрированном, или разбавленном растворе.
Как указано выше, промотором может быть нитрат, хлорид, ацетат, формиат или пропионат редкоземельного элемента. В этом случае количество соли, выражаемое мольным отношением соль/редкоземельный элемент, обычно составляет от примерно 0,005 до примерно 0,2, в частности, от 0,005 до 0,1.
Реакция соединения редкоземельного элемента с фосфорорганической кислотой в присутствии промотора проводится обычно при температуре по меньшей мере 60°C, в частности, составляющей от 80°C до 100°C. Однако допустимы и температуры выше 100°C.
Длительность этого воздействия может варьироваться в широких пределах, например, от 1 до 6 часов, и на практике она может составлять от 1 до 2 часов.
Предпочтительно, реакция проводится в инертной атмосфере, например атмосфере азота, чтобы избежать загрязнения раствора кислородом воздуха.
На выходе реакции получают раствор органофосфата редкоземельного элемента.
Раствор при необходимости можно промыть водой, чтобы удалить остатки кислоты. Эту промывку можно проводить, соединяя органический раствор с водой, перемешивая и оставляя его декантироваться, и затем отделяя водную фазу от органической фазы.
Это раствор можно также подвергнуть перегонке, чтобы удалить остаточную воду. Таким путем можно получить раствор, содержание воды в котором не превышает 500 ч./млн, в частности, не более 100 ч./млн. Это содержание воды, выражаемое мольным отношением вода/редкоземельный элемент, может быть не больше 0,2, в частности, не более 0,04.
Остаточная кислотность, выражаемая мольным отношением фосфорорганической кислоты к редкоземельному элементу, может составлять не более 0,75, в частности, не более 0,6 и, также в частности, не более 0,4.
Выход реакции повышенный, поскольку в растворе остаются очень незначительные количества исходного соединения редкоземельного элемента. Раствор действительно имеет прозрачный вид. Полученный выход обычно составляет по меньшей мере 95%, можно достичь выхода 100%.
Регулировать вязкость полученного раствора можно, добавляя в него соединение, выбранное из спиртов, карбоновых кислот или фосфорных кислот. В качестве неограничивающих примеров можно назвать этанол, этиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, уксусную кислоту, пропионовую кислоту.
Как указано выше, растворы органофосфата редкоземельного элемента, полученные способом по изобретению, могут применяться для получения катализаторов полимеризации диенов, таких как бутадиен и изопрен.
Далее приводятся примеры.
Пример 1
В реактор, в котором заранее создана инертная атмосфера аргона, вводят 3,03 г оксида неодима, содержащего 72,4 вес.% неодима, 17,39 г ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (DEHPA), 80 г метилциклогексана (MCH) и 25,9 г воды. Смесь перемешивают и держат при 95°C до полного исчезновения твердой фазы, то есть для этого случая 1 ч. Смесь охлаждают и декантируют. Таким образом из смеси удаляют 22,5 г воды. Затем азеотроп вода/MCH перегоняют на установке типа Дина Старка. Таким способом получают 84 г раствора ди(2-этилгексил)фосфата неодима в MCH.
Этот раствор отличается прозрачностью, содержанием неодима в растворе 2,65%, остаточным содержанием свободной кислотности, выраженной в весовых процентах DEHPA, 2,2%, и содержанием воды 382 ч./млн. В этом случае мольные отношения следующие: DEHPA/Nd=0,37 и вода/Nd=0,11. Выход реакции 100%.
Пример 2
3
В реактор, в котором заранее создана инертная атмосфера аргона, вводят 3,03 г оксида неодима, содержащего 72,4 вес.% неодима, 17,39 г ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (DEHPA), 80 г метилциклогексана (MCH) и 1,8 мл азотной кислоты концентрации 0,5 моль/л. Это количество азотной кислоты соответствует 0,06 мольных эквивалентов HNO по отношению к неодиму. Смесь перемешивают и держат при 80°C, пока визуально обнаружить присутствие твердых веществ станет невозможным, то есть для этого случая 3 ч. Смесь охлаждают. Три раза последовательно промывают 20 г воды, чтобы удалить остатки азотной кислоты. Каждая промывка включает фазу перемешивания 30 минут, затем фазу декантации также 30 минут, не считая последней декантации, которая длится 12 ч. Таким образом, последовательно собирают 18 г, 18 г и затем еще 23 г воды. Затем азеотроп вода/MCH перегоняют на установке типа Дина Старка. Таким способом получают 100 г раствора ди(2-этилгексил)фосфата неодима в MCH.
Этот раствор отличается прозрачностью, содержанием неодима в растворе 2,15%, остаточным содержанием свободной кислотности, выраженной в весовых процентах DEHPA, 3,0% и содержанием воды 72 ч./млн. В этом случае мольные отношения следующие: DEHPA/Nd=0,62 и вода/Nd=0,03. Выход реакции 98%.
Пример 3
В реактор, в котором заранее создана инертная атмосфера аргона, вводят 3,03 г оксида неодима, содержащего 72,4 вес.% неодима, 17,39 г ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (DEHPA), 80 г метилциклогексана (MCH) и 0,9 мл соляной кислоты концентрацией 1 моль/л. Это количество соляной кислоты соответствует 0,06 мольных эквивалентов HCl по отношению к неодиму. Смесь перемешивают и держат при 80°C в течение 3 ч. Смесь охлаждают. Три раза последовательно промывают 20 г воды, чтобы удалить остатки соляной кислоты. Каждая промывка включает фазу перемешивания 30 минут, затем фазу декантации также 30 минут, не считая последней декантации, которая длится 12 ч. Затем азеотроп вода/MCH перегоняют на установке типа Дина Старка. Таким способом получают прозрачный раствор ди(2-этилгексил)фосфата неодима в MCH.
Этот раствор отличается прозрачностью, содержанием неодима в растворе 2,25%, остаточным содержанием свободной кислотности, выраженной в весовых процентах DEHPA, 2,85% и содержанием воды 249 ч./млн. В этом случае мольные отношения следующие: DEHPA/Nd=0,56 и вода/Nd=0,09. Выход реакции 100%.
Пример 4
В реактор, в котором заранее создана инертная атмосфера аргона, вводят 2,88 г оксида неодима, содержащего 72,4 вес.% неодима, 0,53 г водного раствора нитрата неодима с 24,4 вес.% неодима, 17,39 г ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (DEHPA) и 80 г метилциклогексана (MCH). Смесь перемешивают и держат при 80°C до полного исчезновения твердой фазы, то есть для этого случая 1 ч. Смесь охлаждают. Три раза последовательно промывают 20 г воды, чтобы удалить неорганические остатки. Каждая промывка включает фазу перемешивания 30 минут, затем фазу декантации также 30 минут, не считая последней декантации, которая длится 12 ч. Затем азеотроп вода/MCH перегоняют на установке типа Дина Старка. Таким способом получают прозрачный раствор ди(2-этилгексил)фосфата неодима в MCH.
Этот раствор отличается прозрачностью, содержанием неодима в растворе 2,1%, остаточным содержанием свободной кислотности, выраженной в весовых процентах DEHPA, 3,2%, и содержанием воды 369 ч./млн. В этом случае мольные отношения следующие: DEHPA/Nd=0,68 и вода/Nd=0,14. Выход реакции 99%.
Пример 5
В реактор, в котором заранее создана инертная атмосфера аргона, вводят 2,88 г оксида неодима, содержащего 72,4 вес.% неодима, 0,58 г водного раствора хлорида неодима с 22,2 вес.% неодима, 17,39 г ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (DEHPA) и 80 г метилциклогексана (MCH). Смесь перемешивают и держат при 80°C в течение 5 ч. Смесь охлаждают. Три раза последовательно промывают 20 г воды, чтобы удалить неорганические остатки. Каждая промывка включает фазу перемешивания 30 минут, затем фазу декантации также 30 минут, не считая последней декантации, которая длится 12 ч. Затем азеотроп вода/MCH перегоняют на установке типа Дина Старка. Таким способом получают прозрачный раствор ди(2-этилгексил)фосфата неодима в MCH.
Этот раствор отличается прозрачностью, содержанием неодима в растворе 2,05%, остаточным содержанием свободной кислотности, выраженной в весовых процентах DEHPA, 3,3%, и содержанием воды 406 ч./млн. В этом случае мольные отношения следующие: DEHPA/Nd=0,72 и вода/Nd=0,16. Выход реакции 98%.
Пример 6
3
В реактор, в котором заранее создана инертная атмосфера аргона, вводят 3,03 г оксида неодима, содержащего 72,4 вес.% неодима, 16,15 г ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (DEHPA), 80 г метилциклогексана (MCH) и 1,8 мл азотной кислоты концентрацией 0,5 моль/л. Это количество азотной кислоты соответствует 0,06 мольных эквивалентов HNO по отношению к неодиму. Смесь перемешивают и держат при 80°C до тех пор, пока обнаружить визуально присутствие твердых веществ станет невозможным, то есть для этого случая 3 ч. Смесь охлаждают. Три раза последовательно промывают 20 г воды, чтобы удалить неорганические остатки. Каждая промывка включает фазу перемешивания 30 минут, затем фазу декантации также 30 минут. Таким образом собирают 20 г, 19,5 г и затем 19,5 г. Затем азеотроп вода/MCH перегоняют на установке типа Дина Старка. Таким способом получают прозрачный раствор ди(2-этилгексил)фосфата неодима в MCH. Он отличается содержанием неодима в растворе 2,05%, остаточным содержанием свободной кислотности, выраженной в весовых процентах DEHPA, 1,59%, и содержанием воды 209 ч./млн. В этом случае мольные отношения следующие: DEHPA/Nd=0,34 и вода/Nd=0,08. Выход реакции 95%.
Пример 7
3
В реактор, в котором заранее создана инертная атмосфера аргона, вводят 3,03 г оксида неодима, содержащего 72,4 вес.% неодима, 17,39 г ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (DEHPA), 80 г метилциклогексана (MCH) и 0,054 г уксусной кислоты концентрации 99,8%. Это количество уксусной кислоты соответствует 0,06 мольных эквивалентов CHCOOH по отношению к неодиму. Смесь перемешивают и выдерживают при 80°C до тех пор, пока обнаружить визуально присутствие твердых веществ станет невозможным, то есть в этом случае 1 ч. Смесь охлаждают. Три раза последовательно промывают 20 г воды, чтобы удалить неорганические остатки. Каждая промывка включает фазу перемешивания 30 минут, затем фазу декантации также 30 минут, не считая последней декантации, которая длится ночь. Таким образом собирают 16 г, 24,2 г и затем 17,1 г. Затем азеотроп вода/MCH перегоняют на установке типа Дина Старка. Таким способом получают прозрачный раствор ди(2-этилгексил)фосфата неодима в MCH. Он отличается содержанием неодима в растворе 2,3%, остаточным содержанием свободной кислотности, выраженной в весовых процентах DEHPA, 2,65%, и содержанием воды 77 ч./млн. В этом случае мольные отношения следующие: DEHPA/Nd=0,51 и вода/Nd=0,026. Выход реакции составляет 100%.