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:
副反应:
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:
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。