CN103497323B - 甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的合成方法，主要解决现有技术中的原料转化率低的问题，本发明通过采用甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的合成方法，包括在催化剂和自由基阻聚剂存在下使甲氧基聚氧乙烯醚与(甲基)丙烯酸发生酯化反应得到甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯，反应温度为90～130℃；所述催化剂选自硫酸、芳磺酸、金属硫酸盐或金属芳磺酸盐中的至少一种的技术方案，较好地解决了该技术问题，可用于甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的生产中。
Description
技术领域
本发明涉及甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的合成方法，尤其涉及在催化剂存在下甲氧基聚氧乙烯醚与(甲基)丙烯酸进行酯化反应合成甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的方法。
背景技术
目前，减水剂已成为混凝土中不可缺少的组份，许多新的减水剂不断地被研究开发出来。国内常用的高效减水剂主要有萘系高效减水剂、脂肪族减水剂、密胺树脂减水剂、氨基磺酸盐减水剂及之后发展起来的聚羧酸高性能减水剂。其中聚羧酸系高性能减水剂由于具有掺量低、减水率高、保塌性好、无氯、低碱、生产过程中无“三废”排放、对人体健康不构成威胁、分子结构可调控性强等一系列优点，因而发展很快，在铁路、桥梁、水利水电等混凝土工程建设领域得到了广泛应用，从而使混凝土质量水平不断提高。
在聚羧酸系高性能减水剂的生产过程中，酯化产物的制备一直是关键难点，酯化产物的质量及其稳定性对最终聚羧酸减水剂产品质量及其稳定性影响很大。甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯是生产聚羧酸减水剂的重要原料之一，有关研究报道已有，但多存在溶剂回收或废水排放等过程，如专利CN1636922，CN101092478介绍了用甲苯、二甲苯、戊烷或己烷作溶剂，烷基聚氧乙烯醚与丙烯酸进行酯化，制备烷基聚氧乙烯醚丙烯酸酯的方法，需要进行溶剂回收；专利CN1316398介绍了甲氧基聚乙烯醚与甲基丙烯酸酯进行酯交换反应，生成甲氧基聚乙烯醚甲基丙烯酸酯的方法，有废水排放产生。另外，现有技术中甲氧基聚乙烯醚与(甲基)丙烯酸酯或与(甲基)丙烯酸进行反应采用的催化剂的活性不够导致反应时间较长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中甲氧基聚乙烯醚与(甲基)丙烯酸进行酯化反应原料转化率低的问题，提供一种新的甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的合成方法。该方法具有反应活性高、原料转化率高、甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯合成制造工艺简单合理等优点。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的合成方法，包括在催化剂和自由基阻聚剂存在下使甲氧基聚氧乙烯醚与(甲基)丙烯酸发生酯化反应得到甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯，反应温度为90～130℃；所述催化剂选自硫酸、芳磺酸、金属硫酸盐或金属芳磺酸盐中的至少一种。作为较优的技术方案以摩尔份数计，所述催化剂包括如下组分：(1)硫酸和／或芳磺酸，1份；(2)碱金属硫酸盐和／或碱金属芳磺酸盐，0～1000份。作为更优的技术方案所述碱金属硫酸盐和／或碱金属芳磺酸盐的量为>0且小于50份，最优选用量为>0且小于10份。
上述技术方案中，所述酯化反应优选在真空条件下进行，反应的真空度优选为-0.02～-0.05MPa。
上述技术方案中所述芳磺酸优选为C6～C10芳磺酸；所述芳磺酸更优选自α-萘磺酸、β-萘磺酸或如式(i)所述的芳磺酸中的任意一种：
其中，R1、R2或R3独立选自H或甲基。
上述技术方案中，所述的金属芳磺酸盐优选为C6～C10芳磺酸的金属盐；所述金属芳磺酸盐更优选自与α-萘磺酸、β-萘磺酸或如式(ii)所述的芳磺酸中的任意一种对映的金属盐：
其中，R4、R5或R6独立选自H或甲基。
上述技术方案中所述金属硫酸盐优选为硫酸钾或硫酸钠中的至少一种。
上述技术方案中所述金属芳磺酸盐选自芳磺酸钾或芳磺酸钠中的至少一种。
本发明所述催化剂，可以将所需组分预先简单混合后用于甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯合成，也可以按照所需组分同时或分别投入反应体系后进行反应。所述组分进行预先简单混合的顺序，或者分别投入反应体系的顺序没有特别要求。
本发明催化剂还可以包括酯化反应领域常见的其他组分，例如其他的质子酸或路易斯酸。质子酸的例子有但不限于磷酸、诸如分子筛或离子交换树脂等固体质子酸。路易士酸包括常见的过渡金属离子。
上述技术方案中，所述的甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯优选具有式(iii)所示的结构：
其中，R7选自H或甲基，n为5～50；更优选n＝10～40。
本发明涉及的反应表示如下：
本领域技术人员知道，酯化反应是平衡反应，伴随有水的生成，为了使平衡向目标产物方向移动，需要从反应体系中除去水。本领域人员知道酯化反应除去水的方法很多，可以在反应体系中加入水的常见共沸溶剂形式在反应过程中共沸除水，共沸溶剂例如可以是苯、甲苯、环己烷等。当反应物的沸点比较高时可以在负压下进行反应，使生成的水陆续脱除到反应体系之外。还可以采用使对反应原料和产物呈惰性的气体作为携带气体从反应体系中穿过以携带水的方式从反应体系中除去水，常用的携带气体为氮气。为了除水效果更好，更有利于平衡向目标产物移动，这些除水方式还可以结合使用，例如携带气体和负压相结合使用。这些除水的方式均可用于本发明。
上述技术方案中，所述甲氧基聚氧乙烯醚与(甲基)丙烯酸的摩尔比优选为1.0：(1.0～1.2)。
上述技术方案中，所述催化剂以催化剂中组分(1)计和以甲氧基聚氧乙烯醚和(甲基)丙烯酸总重为基准，用量优选为0.5～8.0wt％。
上述技术方案中，所述阻聚剂优选为对苯二酚、对甲氧基苯酚等酚类化合物，其加入量以甲氧基聚氧乙烯醚和(甲基)丙烯酸总重为基准，优选为0.05～0.15wt％。
本发明的关键是催化剂的选择，本领域技术人员能够根据转化率的需要合理确定反应时间，通常比较经济的反应时间优选为2～8小时。
通过测量反应原料羟值和反应产物羟值计算原料中醇羟基的转化率用于表示酯化反应进行的程度，转化率越高表示生成目标产物的反应进行越彻底，醇羟基转化率的计算公式如下：
转化率＝[(原料羟值-产物羟值)／原料羟值]×100％
反应原料羟值和反应产物羟值均按照《GB／T7383-2007非离子表面活性剂羟值的测定》进行测定。
本发明的催化剂中的组分(1)和组分(2)在催化甲氧基聚乙烯醚与(甲基)丙烯酸之间的酯化反应合成甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的反应活性方面具有协同作用，取得了有益的技术效果，可用于(甲基)丙烯酸与甲氧基聚氧乙烯醚进行酯化反应合成甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的生产中。
下面通过具体实施方式对本发明进行详细的说明。
具体实施方式
【实施例1】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂为对甲苯磺酸)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例2】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂为硫酸)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例3】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1.1的对甲苯磺酸和对甲苯磺酸钠组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例4】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1：0.5的对甲苯磺酸和硫酸钠组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例5】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1：1的对二甲苯磺酸和对甲苯磺酸钠组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例6】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1：1的硫酸和对甲苯磺酸钠组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例7】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1：1的对甲苯磺酸和对甲苯磺酸钠组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应6小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例8】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1：10的对甲苯磺酸和硫酸钠组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例9】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1：10的对甲苯磺酸和硫酸钾组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例10】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(40)、1.2摩尔甲基丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(40)和甲基丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、4wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1：10的对甲苯磺酸和硫酸钠组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占甲氧基聚氧乙烯醚(40)和甲基丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至120℃反应6小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【实施例11】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(10)、1.0摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(10)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1：10的对甲苯磺酸和硫酸钠组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占甲氧基聚氧乙烯醚(10)和丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.04MPa，升温至100℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【比较例1】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的对比催化剂(对比催化剂为对甲苯磺酸钠)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【比较例2】
将1摩尔甲氧基聚氧乙烯醚(27)、1.1摩尔丙烯酸、相当于甲氧基聚氧乙烯醚(27)和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的对比催化剂(催化剂为Na2SO4)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应3小时，降温至70℃得到甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【比较例3】
将4摩尔十八醇、4.4摩尔丙烯酸、相当于十八醇和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂由摩尔比为1：1的对甲苯磺酸和对甲苯磺酸钠组成；催化剂用量以催化剂中的酸量占十八醇和丙烯酸总重的百分数计)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应2小时，降温至70℃得到丙烯酸十八醇酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
【比较例4】
将4摩尔十八醇、4.4摩尔丙烯酸、相当于十八醇和丙烯酸总重0.15wt％的对苯二酚、2wt％的催化剂(催化剂为对甲苯磺酸)加入不锈钢反应釜中，加热至70℃，开启搅拌，取样供测定原料羟值用，氮气置换反应釜中的空气三次，抽真空，控制真空度为-0.03MPa，升温至110℃反应2小时，降温至70℃得到丙烯酸十八醇酯，取样供测定产物羟值用。
为便于比较将主要反应工艺和醇羟值转化率列于表1。
本申请的发明人长期研究发现，从表1给出的数据也可以直观看出，对于甲氧基聚氧乙烯醚与(甲基)丙烯酸甲酯进行酯化反应制备甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸甲酯的过程中，由于反应体系中有聚氧乙烯醚链段的存在，本发明所述催化剂中的下列组分(1)和组分(2)之间在提高转化率方面产生了协同作用，而这种协同作用在脂肪醇与(甲基)丙烯酸进行酯化过程中并不存在：(1)硫酸和／或芳磺酸，1份；(2)碱金属硫酸盐和／或碱金属芳磺酸盐，0～1000份。
Claims (9)
1.甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的合成方法，包括在催化剂和自由基阻聚剂存在下使甲氧基聚氧乙烯醚与(甲基)丙烯酸发生酯化反应得到甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯，反应温度为90～130℃；以摩尔份数计所述催化剂包括如下组分：芳磺酸1份，碱金属硫酸盐和/或碱金属芳磺酸盐＞0且小于50份；或者以摩尔份数计所述催化剂包括如下组份：硫酸1份，碱金属芳磺酸盐＞0且小于50份。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是所述酯化反应在真空条件下进行，反应的真空度为-0.02～-0.05MPa。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是所述芳磺酸为C6～C10芳磺酸。
4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征是所述芳磺酸选自α-萘磺酸、β-萘磺酸或如式(i)所述的芳磺酸中的任意一种：
其中，R1、R2或R3独立选自H或甲基。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是所述的碱金属芳磺酸盐为C6～C10芳磺酸的碱金属盐。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征是所述碱金属芳磺酸盐选自与α-萘磺酸、β-萘磺酸或如式(ii)所述的芳磺酸中的任意一种对映的碱金属盐：
其中，R4、R5或R6独立选自H或甲基。
7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是所述碱金属硫酸盐为硫酸钾或硫酸钠中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是所述碱金属芳磺酸盐选自芳磺酸钾或芳磺酸钠中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的甲氧基聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯具有式(iii)所示的结构：
其中，R7选自H或甲基，n为5～50。
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| 甲基丙烯酸聚氧乙烯酯合成的研究进展;雷海琴等;《江苏化工》;20080229(第01期);第9页第1节 * |
| 聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯的制备与表征;郭睿等;《陕西科技大学学报(自然科学版)》;20101231(第06期);第32页第1.3-1.4节 * |
| 聚羧酸减水剂大单体聚乙二醇单甲醚酯化率的测定及影响因素;郭伟杰;《新型建筑材料》;20110331(第03期);第12页第1.2-1.4节 * |
| 聚羧酸系减水剂大单体MPEGMA的制备;孙振平等;《建筑材料学报》;20090228(第01期);第102页第1.1-1.3节 * |
| 聚羧酸系减水剂大单体PEGMAA的制备;陈小平等;《硅酸盐通报》;20101231(第06期);第1493页第2.2-2.3页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103497323A (zh) | 2014-01-08 |
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