CN103755565A - 二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法,它是以甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇为原料,在催化剂和阻聚剂存在的条件下,采用反应精馏酯交换工艺进行反应,得到含二甲基丙烯酸新戊二醇酯的反应产物;然后将反应产物在减压条件下蒸馏,脱除过量的甲基丙烯酸甲酯后,再脱除催化剂和阻聚剂,得到二甲基丙烯酸新戊二醇酯产品。本发明采用碳酸盐和硫氰酸盐的复配催化剂,可循环使用,催化效果好,缩短了反应时间,提高了反应效率,降低了聚合物生成量。采用氮氧自由基阻聚剂,降低了阻聚剂的用量,提高了阻聚效果。
Description
技术领域
本发明涉及到一种化工产品的制备方法,特别涉及一种二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法。
背景技术
二甲基丙烯酸新戊二醇酯是一种功能性甲基丙烯酸酯类,可用作过氧化交联的助交联剂,适用于硫黄硫化困难的合成橡胶的硫化体系。具有缩短交联时间,改善硫化橡胶等特点。亦可用作改性剂,适用于PVC电线的辐射交联以及感光树脂、胶粘剂、涂料、泡沫塑料等。
现有技术二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法主要有酯化法和酯交换法。
TQ225.24介绍了一种以甲基丙烯酸和新戊二醇为原料、硫酸氢钠为催化剂高效合成二甲基丙烯酸新戊二醇酯的方法,使用的带水剂为环己烷,阻聚剂为对苯二酚,酯收率可达94%以上。
O643.36中在得出了传统浓硫酸作二甲基丙烯酸新戊二醇酯反应催化剂的优化工艺条件的基础上,系统考察了负载型固体酸催化剂的催化活性,负载方法的影响及优化反应条件。
TQ245.24中分别用三种不同种类的的催化剂(固体酸,碱金属,有机锡催化剂)利用甲基丙烯酸甲酯通过酯交换法制备甲基丙烯酸新戊二醇酯,并对比各类催化剂的催化活性并进行了该酯化反应表观动力学研究,具体研究如下: 1、以硫酸氢钠(NaHSO4·H2O)和对甲基苯磺酸作为制备甲基丙烯酸新戊二醇酯(NPGDA)的催化剂,结果表明硫酸氢钠具有更良好的酯化催化活性,采用的阻聚剂为对苯二酚。2、以碱金属:氢氧化钠,氢氧化钾,碳酸钾作催化剂,结果证明碳酸钾的催化活性更好。3、以有机锡:二丁基氧化锡和二丁基二月桂酸锡为催化剂,结果发现二丁基氧化锡的效果更好。最终产物收率可达94.4%。
TQ032.4文中分别用四种不同的固体酸催化剂(硫酸氢钠,强酸性阳离子交换树脂,固体超强酸SO42-/TiO2,稀土固体超强酸SO42-/TiO2/La3+)来合成甲基丙烯酸新戊二醇酯,优化其工艺条件,并对比固体酸催化剂的催化活性进行了研究。
TQ710.6中介绍了一种以对甲氧基苯酚为阻聚剂,氨基磺酸为催化剂,环己烷为带水剂进行丙烯酸与新戊二醇酯化反应合成二丙烯酸新戊二醇酯。新戊二醇双酯化率可达90%以上。所得产物经减压蒸馏分离精制得到二丙烯酸新戊二醇酯,其纯度为98%。
CN1355161公开了一种以(甲基)丙烯酸低级醇酯与多元醇为原料,在复合催化剂(a)+(b)及阻聚剂作用下,通过酯交换反应制备二(甲基)丙烯酸多元醇酯。其中(a)指钙或钡的氧化物、氢氧化物或硝酸盐;(b)指一种LiX化合物,X可以是硝酸、亚硫酸或6个碳原子以上的羧酸盐。阻聚剂采用哌啶醇氮氧自由基或哌啶醇氮氧自由基亚磷酸酯。
CN101203478公开了一种 (甲基)丙烯酸酯与具有4个或更多个可酯化的羟基的链烷醇进行酯交换制备丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的方法,使用0.01-10wt%的氨基化锂催化剂作为酯交换催化剂。
EP1078913公开了一种制备甲基丙烯酸酯的工艺,催化剂为1,3 -二羰基锆螯合物。
US6008404公开了一种甲基丙烯酸烷基酯与醇类进行的酯交换反应,催化剂为碱金属醇盐,阻聚剂为溴盐类。
EP0574632公开了一种酯交换合成反应,所用催化剂为金属醇盐。
US2002111511公开了一种甲基丙酸酯类的酯交换过程,所用催化剂为a)碱金属氰酸盐或硫氰酸盐,b)碱土金属氧化物,碱金属氢氧化物或卤化物,二者的混合物。
JP2002003444公开了甲基丙烯酸甲酯(MMA)与多羟基醇合成甲基丙烯酸酯的过程,催化剂为四醇钛。
WO0164615公开了一种甲基丙烯酸酯与醇的酯交换,催化剂为第2族和第5族金属。
上述文献和专利中多是有关甲基丙烯酸酯类与醇进行酯化或酯交换反应制备甲基丙烯酸高级醇酯类,具体到MMA与新戊二醇的酯交换反应生成二甲基丙烯酸新戊二醇酯的只有一篇,其文中提到的固体酸,碱金属,有机锡催化剂,也存在产品转化率低、催化剂价格贵,生产成本高的问题。酯交换反应催化剂种类较多,且各不相同,有活性炭负载磷钨酸、自制稀土改性固体超强酸SO4 2-/TiO2/La3+、氢氧化锂与氧化钙或氢氧化锂与氢氧化钙的混合物、氧化钙和硝酸锂、酸性催化剂、氨基化锂、1,3 -二羰基锆螯合物、乙酰丙酮锆、金属醇盐、四醇钛、第2族和第5族金属等,阻聚剂也分为几种,如对苯二酚、氢醌单甲基醚、哌啶醇氮氧自由基或哌啶醇氮氧自由基亚磷酸酯、溴盐类等。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题,提供一种反应效率高、成本低的二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法。
为了达到上述目的,本发明采用了以上技术方案:一种二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法,包括以下步骤:
A.以甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇为原料,在催化剂和阻聚剂存在的条件下,采用反应精馏酯交换工艺进行反应,把反应生成的甲醇通过共沸蒸馏及时移除,得到含有二甲基丙烯酸新戊二醇酯的反应产物;所述的甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇的用量摩尔比为3.0~6.0:1;所述的催化剂的用量为原料总质量的0.5%~5.0%,所述的阻聚剂的用量为原料总质量的0.05%~0.5%.
B.将步骤A所得的反应产物在减压条件下蒸馏,脱除过量的甲基丙烯酸甲酯后,再脱除催化剂和阻聚剂,得到二甲基丙烯酸新戊二醇酯产品。
所述的催化剂选自有A类催化剂中的一种和B类催化剂中的一种,所述的A类催化剂包括碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙、碳酸钡、碳酸氢钠、碳酸氢钾。所述的B类催化剂包括硫氰酸钾、硫氰酸钠、硫氰酸胺。
所述的阻聚剂为氮氧自由基阻聚剂中的一种包括二叔丁基氮氧自由基、2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧氮氧自由基、四甲基哌啶氮氧自由基亚磷酸三酯。
所述的催化剂由一种A类催化剂和一种B类催化剂混合组成,A类与B类的质量比为10:1~1:10 。
步骤A中所述的反应精馏酯交换工艺进行反应的反应温度控制在90~130℃,塔顶温度控制在63~70℃。反应开始时的温度为95-110℃ ,接近反应结束时的温度为110-130℃。
步骤A中所述的反应精馏酯交换工艺反应结束后,含有甲基丙烯酸甲酯和甲醇的混合物被分离出来,分离出来的混合物被投入到甲基丙烯酸酯的分离装置中提纯后,回收的甲基丙烯酸酯可再循环到下一反应中。
步骤B中所述的脱除甲基丙烯酸甲酯的真空度控制在10~15kPa,塔顶温度控制在40~50℃;二甲基丙烯酸新戊二醇酯蒸馏的真空度控制在0.01~2kPa,塔顶温度控制在80~150℃。
本发明二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法的具体做法是:把一定量的甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇一起加入反应釜后,以加入的甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇为基准加入一定量的催化剂和阻聚剂,开启搅拌,加热升温,塔顶温度上升后,待塔顶温度稳定在63~65℃后,开启塔顶回流比,控制回流比使塔顶温度稳定在63~70℃,待釜温升至110~130℃之间,且塔顶温度有明显上升时,停止加热,降温。把反应液移到分离釜减压蒸馏,首先脱除过量的甲基丙烯酸甲酯,然后脱除催化剂、阻聚剂、和重组份,即可从塔顶获得纯度大于99.0%的二甲基丙烯酸新戊二醇酯产品。
本发明的优点是:本发明二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法由于采用了以上技术方案,使其与现有技术相比,具有以下的优点和特点:
1.由于使用了高效的催化剂和阻聚剂,缩短了反应时间,降低了聚合物含量,提高了产品质量和收率;
2.由于采用了反应精馏工艺技术,通过过量的甲基丙烯酸甲酯和甲醇形成共沸物,及时移走副产物甲醇,促进了反应想生成二甲基丙烯酸新戊二醇酯的方向移动,缩短了反应时间,明显降低了聚合物含量,提高了反应釜的效率。反应采出的共沸物经过提纯处理后,可再循环到下一反应中,降低了反应成本。
附图说明
图1是本发明二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法的工艺流程简图。
具体实施方式
本发明的二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法是:取甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇按摩尔比为3.0~6.0:1配料,一起加入反应釜内。然后加入相当于甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇的总质量0.5%~5.0%的催化剂,以及相当于甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇的总质量0.05%~0.5%的阻聚剂,开启搅拌,加热升温,塔顶温度上升后,待塔顶温度稳定在63~65℃后,开启塔顶回流比,控制回流比使塔顶温度稳定在63~70℃,待釜温升至110~130℃之间,且塔顶温度有明显上升时,停止加热,降温(控制在60~80℃)。把反应液移到分离釜减压蒸馏,首先脱除过量的甲基丙烯酸甲酯(真空度控制在10~15kPa,塔顶温度控制在40~50℃),然后脱除催化剂、阻聚剂、和重组份,即可从塔顶获得纯度大于99.0%的二甲基丙烯酸新戊二醇酯产品(二甲基丙烯酸新戊二醇酯产品蒸馏的真空度控制在0.01~2kPa,塔顶温度控制在80~150℃)。
下面通过实施例来进一步说明本发明。工艺流程见图1,图中所示,1为反应釜,2为一级精馏塔,3为共沸物接受罐,4为分离釜,5为二级精馏塔,6为轻组份接受罐,7为中间组份接受罐,8为产品接受罐。
实施例1
在反应釜1中加入1200g甲基丙烯酸甲酯和250g新戊二醇,加入14.5g硫氰酸钠作为催化剂,加入2g四甲基哌啶氮氧自由基亚磷酸三酯作为阻聚剂。
开启搅拌,加热升温,反应釜1内温度升至90~98℃时,塔顶开始出料,全回流,待塔顶温度稳定在62~64℃时开启塔顶回流比系统,回流比为6:1~6:2,通过调节回流比使塔顶温度稳定在62~70℃,待釜温升至110~130℃之间,且塔顶温度有明显上升时,停止加热,降温,取样分析。
釜内产物总计884.5g,其组成为(通过气相色谱法测定):
甲醇0.05%
甲基丙烯酸甲酯83.05%
新戊二醇16.51%
单甲基丙烯酸新戊二醇酯0.18%
二甲基丙烯酸新戊二醇酯0.05%。
实施例2
在反应釜1中加入1200g甲基丙烯酸甲酯和250g新戊二醇,加入14.5g碳酸钾作为催化剂,加入2g四甲基哌啶氮氧自由基亚磷酸三酯作为阻聚剂。
开启搅拌,加热升温,反应釜1内温度升至90~98℃时,塔顶开始出料,全回流,待塔顶温度稳定在62~64℃时开启塔顶回流比系统,回流比为6:1~6:2,通过调节回流比使塔顶温度稳定在62~70℃,待釜温升至110~130℃之间,且塔顶温度有明显上升时,停止加热,降温,取样分析。
釜内产物总计1262g,其组成为(通过气相色谱法测定):
甲醇0.04%
甲基丙烯酸甲酯56.9%
新戊二醇0.05%
单甲基丙烯酸新戊二醇酯3.86%
二甲基丙烯酸新戊二醇酯37.90%
把反应液移到分离釜4,开始减压分离,在10~15kPa条件下,脱除过量的甲基丙烯酸甲酯,然后在1~2000Pa条件下脱除催化剂、阻聚剂和重组份,在产品接受罐8得到纯度大于99.0%的二甲基丙烯酸新戊二醇酯产品。
实施例3
在反应釜1中加入1200kg甲基丙烯酸甲酯和250kg新戊二醇,加入14.5kg硫氰酸钠与碳酸钾(复配比1:3)作为催化剂,加入2kg四甲基哌啶氮氧自由基亚磷酸三酯作为阻聚剂。
开启搅拌,加热升温,反应釜1内温度升至90~98℃时,塔顶开始出料,全回流,待塔顶温度稳定在62~64℃时开启塔顶回流比系统,回流比为6:1~6:2,通过调节回流比使塔顶温度稳定在62~70℃,待釜温升至110~130℃之间,且塔顶温度有明显上升时,停止加热,降温,取样分析。
釜内产物总计1263kg,其组成为(通过气相色谱法测定):
甲醇0.05%
甲基丙烯酸甲酯52.43%
新戊二醇0.02%
单甲基丙烯酸新戊二醇酯3.70%
二甲基丙烯酸新戊二醇酯42.49%
把反应液移到分离釜4,开始减压分离,在10~15kPa条件下,脱除过量的甲基丙烯酸甲酯,然后在1~2000Pa条件下脱除催化剂、阻聚剂和重组份,在产品接受罐8得到纯度大于99.0%的二甲基丙烯酸新戊二醇酯产品。
实施例4
在反应釜1中加入1200kg甲基丙烯酸甲酯和250kg新戊二醇,加入14.5kg硫氰酸钾与碳酸钠(复配比1:3)作为催化剂,加入2kg四甲基哌啶氮氧自由基亚磷酸三酯作为阻聚剂。
开启搅拌,加热升温,反应釜1内温度升至90~98℃时,塔顶开始出料,全回流,待塔顶温度稳定在62~64℃时开启塔顶回流比系统,回流比为6:1~6:2,通过调节回流比使塔顶温度稳定在62~70℃,待釜温升至110~130℃之间,且塔顶温度有明显上升时,停止加热,降温,取样分析。
釜内产物总计1270kg,其组成为(通过气相色谱法测定):
甲醇0.12%
甲基丙烯酸甲酯51.54%
新戊二醇0.01%
单甲基丙烯酸新戊二醇酯3.35%
二甲基丙烯酸新戊二醇酯42.65%
把反应液移到分离釜4,开始减压分离,在10~15kPa条件下,脱除过量的甲基丙烯酸甲酯,然后在1~2000Pa条件下脱除催化剂、阻聚剂和重组份,在产品接受罐8得到纯度大于99.0%的二甲基丙烯酸新戊二醇酯产品。
Claims (6)
1.一种二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
A.以甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇为原料,在催化剂和阻聚剂存在的条件下,采用反应精馏酯交换工艺进行反应,把反应生成的甲醇通过共沸蒸馏及时移除,得到含有二甲基丙烯酸新戊二醇酯的反应产物;所述的甲基丙烯酸甲酯和新戊二醇的用量摩尔比为3.0~6.0:1;所述的催化剂的用量为原料总质量的0.5%~5.0%,所述的阻聚剂的用量为原料总质量的0.05%~0.5%;
B.将步骤A所得的反应产物在减压条件下蒸馏,脱除过量的甲基丙烯酸甲酯后,再脱除催化剂和阻聚剂,得到二甲基丙烯酸新戊二醇酯产品。
2.根据权利要求1所述的一种二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法,其特征在于:所述的催化剂选自有A类催化剂中的一种和B类催化剂中的一种,所述的A类催化剂包括碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙、碳酸钡、碳酸氢钠、碳酸氢钾,所述的B类催化剂包括硫氰酸钾、硫氰酸钠、硫氰酸胺。
3.根据权利要求1所述的一种二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法,其特征在于:所述的阻聚剂为氮氧自由基阻聚剂中的一种,包括二叔丁基氮氧自由基、2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧氮氧自由基、四甲基哌啶氮氧自由基亚磷酸三酯。
4.根据权利要求1或2所述的一种二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法,其特征在于:所述的催化剂由一种A类催化剂和一种B类催化剂混合组成,A类与B类的质量比为10:1~1:10 。
5.根据权利要求1或2所述的一种二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法,其特征在于:步骤A中所述的反应精馏酯交换工艺进行反应的反应温度控制在90~130℃,塔顶温度控制在63~70℃,反应开始时的温度为95-110℃ ,接近反应结束时的温度为110-130℃。
6.根据权利要求1或2所述的一种二甲基丙烯酸新戊二醇酯的制备方法,其特征在于:步骤B中所述的脱除甲基丙烯酸甲酯的真空度控制在10~15kPa,塔顶温度控制在40~50℃;二甲基丙烯酸新戊二醇酯蒸馏的真空度控制在0.01~2kPa,塔顶温度控制在80~150℃。
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