CN102977071A - 3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机合成领域,公开了一种3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法,主要包括过氧化反应、缩聚反应和调配精制过程,其制备方法如下:将浓硫酸作为催化剂,以双氧水和甲基乙基酮为原料,其中甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:(1-6):(0.3-3);在温度为10-50℃的条件下,搅拌,反应0.5-6.0小时后降温到20℃,静置,分层,留有机层;在上述有机层中,用浓度为10-50%碱水溶液中和反应溶液,进行洗涤精制,除去副产物,反应结束后,静置,降温,分液,干燥,过滤,得到目标产品纯品;加入稀释剂,得最终产品。本发明反应过程简单、产率较高、安全环保。

Description

3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成领域,尤其涉及了一种3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法。
背景技术
有机过氧化物是一类重要且比较特殊的化学物质,具有较强的氧化性,有机过氧化物分子中的过氧键(-O-O-)受热极易分解为活泼自由基和氧,由于其具有释放自由基的能力,因此广泛应用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、合成树脂、合成橡胶等工业和其他工业中。自由基聚合是大规模生产各种烯类聚合物的有效方法。自由基聚合的优点为可聚合的单体种类多、反应条件温和易控制,实现工业化生产容易。约70%以上的烯类聚合物都是通过自由基聚合来实现的。
3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷是一种多官能度的环酮类有机过氧化物,属于三官能度有机过氧化物,主要用于聚烯烃的(共)聚合改性。
多官能度有机过氧化物是指同一有机过氧化物分子中含有两个或两个以上的活性基团。多官能度有机过氧化物含有多个-o-o-基团,分解后可形成多个自由基,聚合反应时,保持聚合速度的同时可使产物分子量增加,大大提高了聚合物的产量和性能。因为在多官能度有机过氧化物的聚合体系里,在聚合物的链端存在有未分解的活性氧基团,它会在聚合过程中分解,从而产生再引发、增长和聚合链的终止反应。这样,不需要对原有的聚合生产装置作设备改造,利用多官能度有机过氧化物替代单官能度有机过氧物,就能提高装置的生产能力。
目前的环酮类有机过氧化物的制备方法,一般都在制备过程中加入惰性稀释剂或溶剂,存在以下问题:
①惰性稀释剂和溶剂的大量存在降低了原料浓度,为了达到预期的合成效果,必须增加原料的投入量和原料浓度,尤其是需要使用高浓度的浓硫酸和双氧水,这对原料储存和安全生产造成较大安全隐患。
②降低了反应速率,减少了原材料之间的有效接触,降低了搅拌效果,为了达到高的转化率,则需要更长的反应时间,从而使得反应过程有较大的延长。由于反应时间的加长,增加了各种安全事故发生几率,增加了人员劳动和能源消耗,对设备的要求更高,不利于节能环保。
③惰性稀释剂和溶剂的大量加入,使得去除合成中产生的副产物和杂质的难度增加,造成处理量增加,处理效果降低,导致产品纯度不够,杂质含量高。
④惰性稀释剂和溶剂在反应之前就加入,由于反应过程的不确定性,为了保证成品中有机过氧化物活性氧含量,需要进行二次调配,造成了材料损耗和能源消耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种反应过程简单、产率较高、安全环保的制备高纯度3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的方法,原材料配比合理,反应废液中酸碱中和COD排放少,节能降耗,也有利于环境保护。
为了解决上述技术问题,本发明通过下述技术方案得以解决:
3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法,其特征在于,主要包括过氧化反应、缩聚反应和调配精制过程,其制备方法如下:
步骤a:将浓硫酸作为催化剂,以双氧水和甲基乙基酮为原料,其中甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:(1-6):(0.3-3);在温度为10-50℃的条件下,不断搅拌下进行反应,反应0.5-6.0小时,反应结束后,降温到20℃,静置,分层,留有机层;
步骤b:调配精制:在上述有机层中,用浓度为10-50%碱水溶液中和反应溶液,进行洗涤精制,除去副产物,反应结束后,静置,降温,分液,干燥,过滤,得到目标产品纯品;
步骤c:在上述目标产品纯品中,加入1.0-99.0wt%的稀释剂,得最终产品。
作为优选,所述的双氧水的浓度为20-70%;浓硫酸的浓度为50-85%。
作为优选,所述的步骤a中,原料甲基乙基酮、双氧水和浓硫酸的摩尔比为3:(3-6):(0.5-2),反应温度为15-45℃,反应时间为1-3h。
作为优选,所述的碱水溶液为氢氧化钠水溶液或者氢氧化钾水溶液,浓度为15-50%。
作为优选,所述的稀释剂选自直链或者支链烷烃溶剂、增塑剂、固体聚合物载体、无机载体或有机过氧化物;直链或者支链烷烃溶剂如异十二烷、十三烷、十四烷、十六烷、Isopar L、Isopar M、Isopar H、Isopar E等,无味煤油、石脑油或无机载体(如气相二氧化硅、碳酸钙等)、有机过氧化物(甲乙酮过氧化物、甲乙酮过氧化物二聚体等)中的任意一种。
作为优选,所述的稀释剂占总溶液的重量百分比含量为5%-95%。
作为优选,所述的步骤a中搅拌速率为100-200rpm。
所述过氧化反应和缩聚反应中,主要反应方程式如下:
主反应:
Figure BDA00002544472100031
副反应:
Figure BDA00002544472100041
作为优选,所述的过氧化反应中,甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:3:0.3~3;
作为优选,所述的缩聚反应中,在过氧化反应完成后,升高温度,使反应温度为20~60℃,反应时间为1~6小时;
具体的,制备3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷包括以下步骤:
1.将确定浓度的(20%~70%)双氧水加入三口烧瓶中,将温度降低到反应温度;
2.将搅拌速度调至100~200RPM,用将指定浓度(50%~85%)的浓硫酸滴加到三口烧瓶中,温度维持到反应温度;
3.将计算量的甲基乙基酮滴加到三口烧瓶中,控制温度到反应温度,计时反应,反应结束后,静置,分液,留有机层;
4.在上述有机层中,用滴加一定浓度(10%~50%)的氢氧化钠水液,进行洗涤精制,除去副产物,反应结束后,静置,降温,分液,无水硫酸镁除水,过滤,得目标产品纯品;
5.在目标产品纯品中,加入含量为5%~95%的稀释剂、稀释剂选自直链或者支链烷烃溶剂,如异十二烷、十三烷、十四烷、十六烷、Isopar L、Isopar M、Isopar H、Isopar E、无味煤油、石脑油等,无机载体(如气相二氧化硅、碳酸钙等),有机过氧化物(如甲乙酮过氧化物、甲乙酮过氧化物二聚体等)。
本发明由于采用了以上技术方案,具有显著的技术效果:
1.该生产方法采用无溶剂一步反应的制备方法,通过严格控制反应条件和参数,定向生成高纯度的目标产品。制备过程步骤少,一次投料分步反应,采用低浓度双氧水和浓硫酸,制备条件温和,生产过程平稳安全,产品纯度高,收率高。
2.过氧化反应和缩聚反应的催化剂都是浓硫酸,增加了催化剂浓硫酸的使用率,减少了浓硫酸的使用量,同时也减少了废酸的排放,过氧化反应中放出的热量可为缩聚反应所用,节约了外加能源,整个制备过程绿色环保。
3.由于目标产品的纯品的安全性和稳定性稍差,为了安全储运及实际应用的需要,一般要用稀释剂进行稀释,本制备方法利用较为温和的实验条件,较短时间合成出较高浓度的纯品,增加一个调配精制的过程,用稀释剂定量配置出满足要求浓度的产品,溶剂损耗小,与现有方法在合成过程中就加入大量稀释剂的工艺相比,减少了整个合成过程中的无效处理量,增加了原材料的有效接触,增加了反应速率,大大减少了反应时间。
4.合成过程中就加入稀释剂,有可能因为反应的不确定性,造成最终产品的活性氧含量达不到要求,需要采用减压精馏的方式提高活性氧含量,也可能因为活性氧含量过高而需要进行二次调配稀释,本制备工艺不采用减压精馏的分离方式,对设备要求不高,工艺步骤精简,产品纯度高,先合成纯品,再根据需要进行调配,节约了生产成本,节约了能耗,是清洁生产工艺。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述:
实施例1
3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法如下:
(1)将70%双氧水加入三口烧瓶中,将加料温度降低到20℃;
(2)将搅拌速度调至100~200RPM,用将65%的浓硫酸滴加到三口烧瓶中,温度维持到20℃;
(3)在同样搅拌速度下,将计算量的甲基乙基酮滴加到三口烧瓶中,使甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:3:0.3,控制温度到20℃,计时反应4小时,升温到30℃,继续反应2小时,反应结束,降温到20℃,静置,分层,有机层为产物半成品;
(4)用滴加计量的10%的氢氧化钠溶液于上述有机层中,反应温度控制到20℃,反应0.5小时,静置,小心分液,上层有机层为目标产物;
(5)步骤(4)中有机层用无水硫酸镁除水,过滤,得产品纯品;
(6)步骤(5)中的产品中,在搅拌下,加入稀释剂异十二烷,使得其中3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的含量为15%。
实施例2
3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法如下:
(1)将20%双氧水加入三口烧瓶中,将加料温度降低到30℃;
(2)将搅拌速度调至100~200RPM,用将85%的浓硫酸滴加到三口烧瓶中,温度维持到30℃;
(3)在同样搅拌速度下,将计算量的甲基乙基酮滴加到三口烧瓶中,使甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:3:0.5,控制温度到30℃,计时反应3小时,升温到35℃,继续反应4小时,反应结束,降温到20℃,静置,分层,有机层为产物半成品;
(4)用加计量的20%的氢氧化钠溶液于上述有机层中,反应温度控制到35℃,反应1.0小时,静置,小心分液,上层有机层为目标产物;
(5)步骤(4)中有机层用无水硫酸镁除水,过滤,得产品纯品;
(6)步骤(5)中的产品中,在搅拌下,加入稀释剂Isopar L,使得其中3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的含量为40%。
实施例3
3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法如下:
(1)将50%双氧水加入三口烧瓶中,将加料温度降低到10℃;
(2)将搅拌速度调至100~200RPM,用将50%的浓硫酸滴加到三口烧瓶中,温度维持到10℃;
(3)在同样搅拌速度下,将计算量的甲基乙基酮滴加到三口烧瓶中,使甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:3:1,控制温度到10℃,计时反应2小时,升温到30℃,继续反应3小时,反应结束,降温到20℃,静置,分层,有机层为产物半成品;
(4)用滴加计量的30%的氢氧化钠溶液于上述有机层中,反应温度控制到10℃,反应1.5小时,静置,小心分液,上层有机层为目标产物;
(5)步骤(4)中有机层用无水硫酸镁除水,过滤,得产品纯品;
(6)步骤(5)中的产品中,在搅拌下,加入稀释剂异十六烷,使得其中3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的含量为85%。
实施例4
3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法如下:
(1)将40%双氧水加入三口烧瓶中,将加料温度降低到40℃;
(2)将搅拌速度调至100~200RPM,用将75%的浓硫酸滴加到三口烧瓶中,温度维持到40℃;
(3)在同样搅拌速度下,将计算量的甲基乙基酮滴加到三口烧瓶中,使甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:3:2,控制温度到40℃,计时反应0.5小时,升温到45℃,继续反应2小时,反应结束,降温到20℃,静置,分层,有机层为产物半成品;
(4)用滴加计量的40%的氢氧化钠溶液于上述有机层中,反应温度控制到30℃,反应2小时,静置,小心分液,上层有机层为目标产物;
(5)步骤(4)中有机层用无水硫酸镁除水,过滤,得产品纯品;
(6)步骤(5)中的产品中,在搅拌下,加入稀释剂硅油40%,二氧化硅10%,使得其中3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的含量为50%。
实施例5
3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法如下:
(1)将30%双氧水加入三口烧瓶中,将加料温度降低到15℃;
(2)将搅拌速度调至100~200RPM,用将70%的浓硫酸滴加到三口烧瓶中,温度维持到15℃;
(3)在同样搅拌速度下,将计算量的甲基乙基酮滴加到三口烧瓶中,使甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:3:3,控制温度到15℃,计时反应2.5小时,升温到25℃,继续反应3小时,反应结束,降温到20℃,静置,分层,有机层为产物半成品;
(4)用滴加计量的50%的氢氧化钠溶液于上述有机层中,反应温度控制到15℃,反应1小时,静置,小心分液,上层有机层为目标产物;
(5)步骤(4)中有机层用无水硫酸镁除水,过滤,得产品纯品;
(6)步骤(5)中的产品中,在搅拌下,加入稀释剂无味煤油,使得其中3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的含量为65%。
实施例6
3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法如下:
(1)将60%双氧水加入三口烧瓶中,将加料温度升高到45℃;
(2)将搅拌速度调至100~200RPM,用将55%的浓硫酸滴加到三口烧瓶中,温度维持到45℃;
(3)在同样搅拌速度下,将计算量的甲基乙基酮滴加到三口烧瓶中,使甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:6:1,控制温度到45℃,计时反应1小时,升温到55℃,继续反应1小时,反应结束,降温到20℃,静置,分层,有机层为产物半成品;
(4)用滴加计量的35%的氢氧化钠溶液于上述有机层中,反应温度控制到125℃,反应2小时,静置,小心分液,上层有机层为目标产物;
(5)步骤(4)中有机层用无水硫酸镁除水,过滤,得产品纯品;
(6)步骤(5)中的产品中,在搅拌下,加入稀释剂碳酸钙15%,硅油30%,使得其中3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的含量为55%。
一、过氧化反应和缩聚反应,实验数据如下表:
实验结果说明,甲基乙基酮和双氧水的摩尔比对反应产率影响较大,在甲基乙基酮和双氧水摩尔比相等时,增加浓硫酸的摩尔比可增加反应收率,但当甲基乙基酮和双氧水的摩尔比增加到1:2时,继续增加双氧水含量反应收率不会继续增加;增加温度有利于加快反应速率,但是副产品含量增加;延长反应时间,有利于增加反应的收率;提高双氧水的含量,有利于反应的进行,较短的反应时间可以达到较高的反应收率;增大浓硫酸的浓度,要降低反应温度,以免发生生产事故。
二、调配精制,实验数据如下表:
Figure BDA00002544472100101
实验结果说明,增加碱的浓度,洗涤效果增加,产品浓度增加,但是收率降低,碱的浓度高于40%以后,继续增加碱的浓度,洗涤效果反而下降,产品浓度下降;洗涤温度高,洗涤效果好,产品浓度增加,但是温度高产品分解的趋势增加,有可能造成其他杂质的生成;反应时间增加,有利于杂质的去除,但反应时间太长,产品分解的趋势增加,造成收率下降。
总之,以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰,皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法,其特征在于,主要包括过氧化反应、缩聚反应和调配精制过程,其制备方法如下:
步骤a:将浓硫酸作为催化剂,以双氧水和甲基乙基酮为原料,其中甲基乙基酮、双氧水、浓硫酸的摩尔比为3:(1-6):(0.3-3);在温度为10-50℃的条件下,不断搅拌下进行反应,反应0.5-6.0小时,反应结束后,降温到20℃,静置,分层,留有机层;
步骤b:调配精制:在上述有机层中,用浓度为10-50%碱水溶液中和反应溶液,进行洗涤精制,除去副产物,反应结束后,静置,降温,分液,干燥,过滤,得到目标产品纯品;
步骤c:在上述目标产品纯品中,加入1.0-99.0wt%的稀释剂,得最终产品。
2.根据权利要求1所述的3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法,其特征在于:所述的双氧水的浓度为20-70%;浓硫酸的浓度为50-85%。
3.根据权利要求1所述的3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法,其特征在于:所述的步骤a中,原料甲基乙基酮、双氧水和浓硫酸的摩尔比为3:(3-6):(0.5-2),反应温度为15-45℃,反应时间为1-3h。
4.根据权利要求1所述的3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法,其特征在于:所述的碱水溶液为氢氧化钠水溶液或者氢氧化钾水溶液,浓度为15-50%。
5.根据权利要求1所述的3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法,其特征在于:所述的稀释剂选自直链或者支链烷烃溶剂、增塑剂、固体聚合物载体、无机载体或有机过氧化物;具体选自异十二烷、十三烷、十四烷、十六烷、Isopar L、Isopar M、 Isopar H、Isopar E、无味煤油、石脑油或气相二氧化硅、碳酸钙、甲乙酮过氧化物、甲乙酮过氧化物二聚体中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法,其特征在于:所述的稀释剂占总溶液的重量百分比含量为5%-95%。
7.根据权利要求1所述的3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷的制备方法,其特征在于:所述的步骤a中搅拌速率为100-200rpm。
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