发明内容
本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处,而提供一种提供一种脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物(PUB)的制备方法。它适合工业化生产,产品的转化率高,产品的外观好、色泽浅,平均分子量稳定。
本发明的目的是通过如下措施来达到的:脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物的制备方法,其特征在于它包括如下反应步骤:
①.脲撑二甲氨基丙烷的合成:按二甲氨基丙胺∶尿素摩尔比为1.8-2.0∶1加入反应釜中,边加入边搅拌,向反应釜中通入惰性气体,并加入催化剂,温度为75-100℃,保温2-8小时,再升温至140℃,将反应中放出的氨气回收,得到脲撑二甲氨基丙烷粗品,再精馏出脲撑二甲氨基丙烷精品;
②.共聚物的合成:将脲撑二甲氨基丙烷∶β,β-二氯乙醚∶水按摩尔比0.5-1.2∶1∶12投入反应釜中,边加入边搅拌,在回流条件下反应13-21小时,再加入分子量调节剂,保温反应1-3小时,加活性碳脱色后,再蒸馏出多余的水,即得到脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物;
所述的催化剂为氢氧化铌与植酸的反应物或混合物,氢氧化铌与植酸的摩尔比为1.0-6.0∶1,催化剂的用量为二甲氨基丙胺质量的1-10‰;
所述的分子量调节剂为烟酸,烟酸的用量为脲撑二甲氨基丙烷质量的0.5-1.5‰。
在上述技术方案中,所述的二甲氨基丙胺∶尿素的摩尔比为1.95∶1。
在上述技术方案中,所述氢氧化铌与植酸的摩尔比为1.0-2.5∶1,催化剂用量为二甲氨基丙胺质量的3-7‰。
在上述技术方案中,所述的脲撑二甲氨基丙烷∶β,β-二氯乙醚∶水的摩尔比为1∶1∶12。
在上述技术方案中,所述分子量调节剂用量为脲撑二甲氨基丙烷质量的1‰。
在上述技术方案中,它包括如下反应步骤:
①.脲撑二甲氨基丙烷的合成:按二甲氨基丙胺∶尿素为1.95∶1加入反应釜中,边加入边搅拌,向反应釜中通入惰性气体,并加入催化剂,温度为90℃,保温6小时,再升温至140℃,将反应中放出的氨气回收,得到脲撑二甲氨基丙烷粗品,再精馏出脲撑二甲氨基丙烷精品;
②.共聚物的合成:将脲撑二甲氨基丙烷∶β,β-二氯乙醚∶水按摩尔比1∶1∶12投入反应釜中,边加入边搅拌,在回流条件下反应19小时,再加入分子量调节剂,保温反应2小时,加活性碳脱色后,再蒸馏出多余的水,即得到脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物;
所述的催化剂为氢氧化铌与植酸的反应物或混合物,氢氧化铌与植酸的摩尔比为1.0-2.5∶1,催化剂的用量为二甲氨基丙胺质量的5‰;
所述的分子量调节剂为烟酸,烟酸的用量为脲撑二甲氨基丙烷质量的1‰。
在上述技术方案中,所述氢氧化铌与植酸的摩尔比为1.5∶1。
本发明具有如下优点:①、在脲撑二甲氨基丙烷的合成中,加入了催化剂D(氢氧化铌与植酸的反应物或混合物,简称催化剂D),提高了反应收率。②、脲撑二甲氨基丙烷的合成温度采用逐步升温的方法,先在90℃保温反应,后升到140℃促进尿素分解,即保证在较低温度下反应完全又去除了原料杂质,再精馏出脲撑二甲氨基丙烷,从根本上解决了脲撑二甲氨基丙烷色泽度不好,纯度不高的问题,本发明的共聚物(PUB)铂钴比色为50-100#。③、增加了稀硫酸吸收尾气的装置,即达到了环保要求又实现了副业创收。④、在PUB的合成中,加入了分子量调节剂F(烟酸,简称为分子量调节剂F),有效地将其平均分子量控制在2000-3000,从而保证了电镀效果的稳定性。在脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚到一定的分子量时,加入烟酸,烟酸可与脲撑二甲氨基丙烷发生反应,也可与二氯乙醚发生反应而中止反应链的增加,同时延长反应时间,可让更多的小分子聚合物更进一步聚合,从而使共聚物分子量的范围更窄。⑤、增加了活性炭脱色吸附的工艺,保证了产品纯度与色泽度。⑥、整个合成工艺简单,利于工业化生产,对环境友好,能耗低。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况,但它们并不构成对本发明的限定,仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
本发明选用的原料为:
原料名称 |
规格 |
标准 |
尿素 |
外采工业品 |
含氮量≥46% |
二甲氨基丙胺 |
外采工业品 |
含量≥99% |
催化剂D |
自制 |
|
β,β-二氯乙醚 |
外采工业品 |
含量≥99% |
活性碳 |
外采工业品 |
|
分子量调节剂F |
外采工业品 |
含量≥99.5% |
在图1中横坐标表示二甲氨基丙胺∶尿素的摩尔比,纵坐标表示收率%。图1中标注的五个点表示该点的摩尔比与收率%的数值,在二甲氨基丙胺∶尿素的摩尔比为1.95∶1时,收率已很高(达97.4%),之后收率基本不变,因此将原料配比定为1.95∶1。其中的反应温度90℃,催化剂D用量:5‰,反应时间6小时。
在图2中横坐标表示温度,纵坐标表示收率%。图2中标注的五个点表示该点的温度与收率%的数值。参阅附图可知:收率%随温度的上升而增加,在90℃时收率%已很高(达97.4%),随后收率%增加不大,因此将反应温度定为90℃。其中的原料配比(二甲氨基丙胺∶尿素的摩尔比)为1.95∶1,催化剂D用量:5‰,反应时间6小时。需要说明的是:在图2中92-100℃的温度因与90℃时收率%相差不在,因此未画出。
在图3中横坐标表示时间,纵坐标表示收率%。图3中标注的五个点表示该点的时间与收率%的数值。在反应中,反应收率%随反应时间的延长而增加,在6h(小时)时收率%已很高,在8h时收率增加不大,因此将反应时间定为6小时。其中的原料配比(二甲氨基丙胺∶尿素的摩尔比)为1.95∶1,催化剂D用量:5‰,反应温度90℃。
在图4中横坐标表示二甲氨基丙胺∶尿素的摩尔比,纵坐标表示收率%。在反应中,催化剂D表示氢氧化铌与植酸的反应物或混合物,催化剂E表示氢氧化铌,空白表示未使用催化剂。图4中每条曲线上标注的五个点表示该点的摩尔比与收率%的数值。参阅图4可知:催化剂D的催化效果比催化剂E好得多,未使用催化剂的效果最差。因此选择催化剂D作为该反应的催化剂。其中的反应时间为6小时,催化剂用量:5‰,反应温度90℃。分析:氢氧化铌是一种较好的催化剂,但它是固态,其催化接触的面积较小,用植酸将其溶解后加入反应,与二甲氨基丙胺反应过程中能形成比表面积更大的胺盐,可取到更好的催化效果。
在图5中横坐标表示催化剂D的用量,纵坐标表示收率%。图5中曲线上标注的五个点表示该点的催化剂用量‰与收率%的数值。参阅图5可知:在反应中,当反应的其它条件确定后,催化剂的加入量与收率成正比。当加入量达5‰时,其收率已很高(达达97.4%),因此将反应的催化剂量选择为5‰。其中的原料配比(二甲氨基丙胺∶尿素的摩尔比)为1.95∶1,催化剂D用量:5‰,反应温度90℃,反应时间为6小时。需要说明的是:在图5中催化剂D的用量7-10‰因与7‰变化不大,故附图中未画出。
PUB合成反应的原料配比选择:
将反应温度定为100℃,反应时间19小时的不同投料比的PUB产品,在相同条件下进行串联电镀赫尔槽试片比较,电镀条件为:锌离子11g/l,烧碱130g/l,2A×10min。结果如下表:
摩尔比(中间体∶二氯乙醚∶水) |
电镀试片结果 |
0.5∶1∶12 |
光泽度不好,均镀性不好,走位性差 |
0.8∶1∶12 |
光泽度好,均镀性好,走位性差 |
0.9∶1∶12 |
光泽度好,均镀性好,走位性一般 |
1∶1∶12 |
光泽度较好,均镀性很好,走位性好 |
1.05∶1∶12 |
光泽度好,均镀性好,走位性一般 |
1.2∶1∶12 |
光泽度好,均镀性好,走位性差 |
因此,将PUB合成中原料配比定为1∶1∶12。
在图6中横坐标表示温度,纵坐标表示粘度(25℃)。图6中曲线上标注的五个点表示该点的温度对应的粘度(25℃)的数值。参阅图6可知:随反应温度的上升,粘度呈上升趋势,在温度为110℃时达最大,但是在此时PUB颜色开始带黄色,因此选择反应温度为100℃。原料配比:1∶1∶12,反应时间19h(此反应时间不包括加入分子量调节剂F后的保温时间),分子量调节剂F用量:1‰(需要说明的是:粘度越大,说明聚合度越大)。
在图7中横坐标表示反应时间,纵坐标表示粘度(25℃)。图7中曲线上标注的五个点表示反应时间(h)对应的粘度(25℃)的数值。参阅图7可知:随反应时间的增加,粘度呈上升趋势,在19h时反应时间再延长,粘度变化不大,因此选择反应时间为19h(此反应时间不包括加入分子量调节剂F后的保温时间)。原料配比:1∶1∶12,反应温度100℃,分子量调节剂F用量:1‰(需要说明的是:粘度越大,说明聚合度越大)。
合成中分子量调节剂F的选用及用量的选择:
在原料配比为1∶1∶12,反应温度为100℃,反应时间17小时,对加入不同分子量调节剂F用量保温2小时后,再脱色、脱水的PUB成品,在相同条件下进行串联电镀赫尔槽试片比较,电镀条件为:锌离子11g/l,烧碱130g/l,2A×10min。
结果如下表:
分子量调节剂F用量(‰) |
平均分子量 |
电镀试片结果 |
0 |
2000~11000 |
光泽度好,均镀性一般,走位性一般 |
0.5 |
2000~6000 |
光泽度好,均镀性好,走位性一般 |
1 |
2000~3000 |
光泽度好,均镀性好,走位性好 |
1.5 |
2000~2980 |
光泽度好,均镀性好,走位性好 |
因此,将PUB合成中分子量调节剂F的用量定为1‰。
脲撑二甲氨基丙烷的精制:
项目 |
水% |
二甲氨基丙胺% |
高聚物 |
脲撑二甲氨基丙烷% |
现象 |
粗品 |
2.12 |
3.28 |
0.33 |
94.27% |
淡黄色液体 |
精品 |
0.23 |
0.13 |
未检出 |
99.64% |
无色透明液体 |
从表中数据分析认为:脲撑二甲氨基丙烷粗品中含有的少量高聚物(高聚物即为杂质)导致的液体呈黄色,这说明脲撑二甲氨基丙烷的精制是完全必要的。本发明制备方法制备的PUB与现有PUB的电镀效果对比说明:
在相同条件下进行串联电镀赫尔槽试片比较,电镀条件为:锌离子11g/l,+烧碱130g/l,2A×10min。结果如下表:
电镀效果 |
本发明PUB |
现有PUB |
深镀能力 |
全片光亮 |
全片光亮 |
均镀能力 |
高低电流区厚度比值2.1∶1 |
高低电流区厚度比值2.4∶1 |
整平性 |
镜面光亮 |
镜面光亮 |
镀层柔软性 |
200℃烘烤2小时不脱皮 |
200℃烘烤2小时不脱皮 |
电流适用范围 |
5A烧焦范围0.2cm |
5A烧焦范围0.5cm |
本发明的反应原理:用尿素与二甲氨基丙胺缩合成中间体脲撑二甲氨基丙烷,中间体再与二氯乙醚逐步聚合成PUB。
实施例1
脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物的制备方法,它包括如下反应步骤:
①.脲撑二甲氨基丙烷的合成:按二甲氨基丙胺∶尿素为1.8∶1加入反应釜中,边加入边搅拌,向反应釜中通入惰性气体,并加入催化剂,温度为100℃,保温8小时,再升温至140℃,将反应中放出的氨气回收(采用稀硫酸吸收氨气的装置),得到脲撑二甲氨基丙烷粗品,再精馏出脲撑二甲氨基丙烷精品;
②.共聚物的合成:将脲撑二甲氨基丙烷∶β,β-二氯乙醚∶水按0.5∶1∶12投入反应釜中,边加入边搅拌,在回流条件下反应13小时,再加入分子量调节剂,保温反应3小时,加活性碳(活性碳的质量为共聚物总质量的1-10%)脱色后,再蒸馏出多余的水,即得到脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物;
催化剂为氢氧化铌与植酸的反应物或混合物,氢氧化铌与植酸的摩尔比为1∶1,催化剂的用量为二甲氨基丙胺质量的1‰;
分子量调节剂为烟酸,烟酸的用量为脲撑二甲氨基丙烷质量的0.5‰。
实施例2
脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物的制备方法,其特征在于它包括如下反应步骤:
①.脲撑二甲氨基丙烷的合成:按二甲氨基丙胺∶尿素为2.0∶1加入反应釜中,边加入边搅拌,向反应釜中通入惰性气体,并加入催化剂,温度为75℃,保温2小时,再升温至140℃,将反应中放出的氨气回收,得到脲撑二甲氨基丙烷粗品,再精馏出脲撑二甲氨基丙烷精品;
②.共聚物的合成:将脲撑二甲氨基丙烷∶β,β-二氯乙醚∶水按1.2∶1∶12投入反应釜中,边加入边搅拌,在回流条件下反应21小时,再加入分子量调节剂,保温反应1小时,加活性碳(活性碳的质量为共聚物总质量的1-10%)脱色后,再蒸馏出多余的水,即得到脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物;
催化剂为氢氧化铌与植酸的反应物或混合物,氢氧化铌与植酸的摩尔比为6.0∶1,催化剂的用量为二甲氨基丙胺质量的10‰;
分子量调节剂为烟酸,烟酸的用量为脲撑二甲氨基丙烷质量的1.5‰。
实施例3
脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物的制备方法,它包括如下反应步骤:
①.脲撑二甲氨基丙烷的合成:按二甲氨基丙胺∶尿素为1.9∶1加入反应釜中,边加入边搅拌,向反应釜中通入惰性气体,并加入催化剂,温度为90℃,保温5小时,再升温至140℃,将反应中放出的氨气回收,得到脲撑二甲氨基丙烷粗品,再精馏出脲撑二甲氨基丙烷精品;
②.共聚物的合成:将脲撑二甲氨基丙烷∶β,β-二氯乙醚∶水按0.9∶1∶12投入反应釜中,边加入边搅拌,在回流条件下反应17小时,再加入分子量调节剂,保温反应2小时,加活性碳脱色后,再蒸馏出多余的水,即得到脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物;
催化剂为氢氧化铌与植酸的反应物或混合物,氢氧化铌与植酸的摩尔比为2.0∶1,催化剂的用量为二甲氨基丙胺质量的6‰;
分子量调节剂为烟酸,烟酸的用量为脲撑二甲氨基丙烷质量的1.2‰。
实施例4
脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物的制备方法,它包括如下反应步骤:
①.脲撑二甲氨基丙烷的合成:按二甲氨基丙胺∶尿素为1.95∶1加入反应釜中,边加入边搅拌,向反应釜中通入惰性气体,并加入催化剂,温度为90℃,保温6小时,再升温至140℃,将反应中放出的氨气回收,得到脲撑二甲氨基丙烷粗品,再精馏出脲撑二甲氨基丙烷精品;
②.共聚物的合成:将脲撑二甲氨基丙烷∶β,β-二氯乙醚∶水按1∶1∶12投入反应釜中,边加入边搅拌,在回流条件下反应19小时,再加入分子量调节剂,保温反应2小时,加活性碳脱色后,再蒸馏出多余的水,即得到脲撑二甲氨基丙烷与二氯乙醚共聚物;
催化剂为氢氧化铌与植酸的反应物或混合物,氢氧化铌与植酸的摩尔比为1.5∶1,催化剂的用量为二甲氨基丙胺质量的5‰;
分子量调节剂为烟酸,烟酸的用量为脲撑二甲氨基丙烷质量的1‰。
实施例5
将142.8KG(公斤)的二甲氨基丙胺,0.8KG催化剂D与43.0KG尿素按顺序投入300L(升)的反应釜中,将71.7KG硫酸、167KG水加入氨气吸收罐内。开始向反应釜内通氮气和升温,待温度升至90℃后保温反应6小时,再加热至140℃将未反应完的尿素分解。再精馏出脲撑二甲氨基丙烷160.2KG,含量99.5%,蒸馏后总收率97%。
将第一步所得脲撑二甲氨基丙烷160.2KG,水150.2KG,99.5KG二氯乙醚,按顺序投入500L反应釜中,100℃下反应19小时,加入分子量调节剂F 0.6KG,保温反应2小时后加入活性碳脱色,冷却后过滤,然后脱除多余的水10KG,得PUB成品393.1KG,收率为98.4%,所得PUB的核磁图谱、电镀效果以及各项理化指标与文献一致。总收率:97%×98.4%=95.4%。