CN107721910A - 一种双(1‑烷氧基‑2,2,6,6‑四甲基‑4‑哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种双(1‑烷氧基‑2,2,6,6‑四甲基‑4‑哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,反应的合成路线为:(1)(2)其中,R1和R2为C6‑C10烷基。本发明以两步法实现双(1‑烷氧基‑2,2,6,6‑四甲基‑4‑哌啶基)烷基二酸酯的制备合成,此方法操作简单、环境污染小、成本低,是工业化生产较理想的工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种光稳定剂的生产工艺,特别涉及一种双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,属于光稳定剂的制备技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展,高分子材料已成为人们生产与生活不可或缺的一部分。然而,高分子材料在光、氧、热的作用下,往往会发生老化现象,例如脆化、黄变、发粘等,此类现象对于工业生产和人们的生活造成了巨大的不便与损失。为了有效的抑制高分子材料的老化,工业上多通过在高分子材料中添加适量的光稳定剂来延长使用时间,目前,最常用的光稳定剂主要包括紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂。其中,受阻胺光稳定剂因具有2,2,6,6-四甲基哌啶结构,光稳定效果优异,成为高分子材料光稳定剂消费市场的主流,在世界光稳定剂市场消费结构中占据主导地位。随着光稳定剂的基础研究和应用研究的不断深入,受阻胺类光稳定剂的应用范围不断扩大,目前,受阻胺类光稳定剂的应用已经涵盖农膜、工程塑料、高分子涂料、纤维以及户外各种塑料制品等众多领域。
我国对于受阻胺类光稳定剂的研究起步较晚,生产企业规模偏小,生产的品种较少。为适应国内高速增长的聚合材料行业的发展,设计生产性能优异的受阻胺光稳定剂具有十分重要的意义。双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯类光稳定剂是一类N-取代烷氧基结构的低碱性物质,可广泛应用于聚苯乙烯、家用塑料薄膜及涂料产品,具有良好的光稳定性。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点,提供一种双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,实现低碱性光稳定剂的低成本、低污染的制备,以解决国内受阻胺光稳定剂生产规模小、生产工艺繁琐等缺点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,反应的合成路线为:
其中,R1和R2为C6-C10烷基。
通过上述技术方案,以两步法实现双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的制备合成,此方法操作简单、环境污染小、成本低,是工业化生产较理想的工艺。
本发明进一步设置为,按照所述合成路线(1)进行的步骤如下:
1)将R2-H烷烃溶剂、烷基二酸二甲酯、四甲基哌啶醇混合,搅拌,升温,使四甲基哌啶醇完全溶解在烷烃溶剂中;
2)升温至90-130℃,压力控制为负压;
3)分批量缓慢加入催化剂1,反应中有甲醇产生,甲醇和有机溶剂分层,甲醇溶液位于下层,含有双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的有机溶剂位于上层;
4)反应结束后,将上层有机溶剂进行水洗,得到含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的R2-H溶液。
通过上述技术方案,利用提高真空度来降低溶剂沸点,使之保持回流状态,促进反应进行,可节省原料,降低成本,而且此直接得到中间产物的有机溶液的工艺流程简单易操作。经过多次实验,优选的,压力为-0.01--0.03MPa,反应效果更好。
本发明进一步设置为,将路线(1)生成的含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的R2-H溶液进行如下路线(2)反应:
1)将含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的R2-H溶液搅拌升温至100-120℃,加入催化剂2进行反应;
2)将氧化剂缓慢滴加到上述1)的溶液中;
3)反应结束后进行抽滤,将滤液泵入薄膜蒸发器中,用薄膜蒸发器脱去溶剂得到目标产物。
通过上述技术方案,直接利用中间产物的有机溶液作为反应原料,无需对于其进行提纯、脱溶等操作,简化了工艺流程,节省能耗。
本发明进一步设置为,在路线(2)中,将反应3)中的溶剂进行水洗,水与醇类互溶而与有机溶剂不溶,进而将醇类和有机烷烃溶剂分离,醇类和有机烷烃溶剂分别回收利用。
通过上述技术方案,根据相似相溶原理,利用水即可实现醇类和有机溶剂的很好分离,效果好,操作简单,分离后的醇类和有机溶剂还可以再利用,经济环保。
本发明进一步设置为,所述R2-H优选直链烷烃,如正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷等中的一种或多种。因为其他支链烷烃的位阻会大一些,反应比较慢或者比较差。直链烷烃位阻,反应快。有机烷烃溶剂的气味很低,甚至无味,对人体和环境友好,是一种绿色、高效的溶剂。
本发明进一步设置为,所述催化剂1为对甲苯磺酸、甲醇钠、氨基锂、氨基钠、钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯等中的一种或多种。
通过上述技术方案,催化剂1多选用金属有机化合物作为酯交换反应的催化剂,其具有良好的活性和反应选择性,可高效催化反应进行。且此类催化剂容易获得,成本较低。
本发明进一步设置为,所述催化剂2为氯化铁、三氧化钼、三氧化二铬、硫酸亚铁、钨酸钠、硅酸钛、氢氧化镁中的一种或多种。
通过上述技术方案,利用此类催化剂可有效的促使氧化剂形成过氧化自由基,从而推动后续反应进行。
本发明进一步设置为,所述氧化剂为双氧水或其他有机过氧化物,如叔丁基过氧化氢、异丙基过氧化氢或其他有机过氧化物中的一种或多种。
通过上述技术方案,氧化剂主要有两方面的作用,(1)氧化双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯生成相应的氮氧自由基;(2)氧化剂在催化剂2作用下自身生成自由基来夺取烷烃的氢原子,以便得到烷烃自由基与上述的氮氧自由基进行后续反应。
本发明进一步设置为,在3)中,薄膜蒸发器温度设定为85-120℃。
本发明进一步设置为,所述烷基二酸二甲酯与四甲基哌啶醇的摩尔比为1:2.0-3.5;催化剂1占烷基二酸二甲酯摩尔百分比的1.6%-2.5%;所述烷基二酸二甲酯与R2-H的摩尔比小于1:5;路线(2)中所述催化剂2占双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯摩尔百分比的14%-34%,所述氧化剂与双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯摩尔比为6.2-8.7:1。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
(1)两步法合成目标产物,操作简单,环境污染小,成本低;
(2)R2-H既做第一步反应的溶剂,又做第二步反应的反应物,简化了操作过程和反应过程,避免了添加多种物质造成的溶剂分离问题和副产物的生成问题;
(3)适当的负压能节省原料,降低成本;
(4)利用水进行物质的分离,操作简单且成本低;
(5)适合的助剂,氧化剂和催化剂,使得反应能顺利快速的进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的装置连接图。
其中,1、第一反应釜;2、第一水洗釜;3、第二反应釜;4、抽滤装置;5、薄膜蒸发器;6、回流罐;7、甲醇储罐;8、精馏塔;9、减压蒸馏釜;10、副产物醇类试剂储罐;11、成品仓;12、第二水洗釜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
第一步,制备双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯:
将正己烷145kg、壬二酸二甲酯40kg、四甲基哌啶醇65kg混合,搅拌,升温至90-100℃,压力控制为-0.01--0.02MPa;
分批量缓慢加入对甲苯磺酸0.67kg,反应中有甲醇产生,甲醇和有机溶剂分层,甲醇溶液位于下层,含有双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯的有机溶剂位于上层;反应结束后,将上层有机溶剂进行水洗,得到双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯的正己烷溶液。
第二步,制备双(1-己氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯:
将第一步得到的含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯的正己烷溶液搅拌升温至90-105℃,加入氯化铁6kg进行反应;2)将叔丁基过氧化氢134kg缓慢滴加到上述1)的溶液中;3)反应结束后进行抽滤,将滤液泵入薄膜蒸发器中,薄膜蒸发器温度设定为85-95℃,用薄膜蒸发器脱去溶剂得到目标产物。
通过上述两步反应后,制得目标产物双(1-己氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯。
为了对反应后产生的混合溶剂进行分离,以便回收再利用,将路线2中反应3)中的溶剂进行水洗,水与醇类互溶而与有机溶剂不溶,进而将醇类和有机烷烃溶剂分离。
实施例2
第一步,制备双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯:
将正辛烷190kg、癸二酸二甲酯48kg、四甲基哌啶醇67kg混合,搅拌,升温至110-120℃,压力控制为-0.015--0.025MPa;
分批量缓慢加入甲醇钠0.25kg,反应中有甲醇产生,甲醇和有机溶剂分层,甲醇溶液位于下层,含有双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯的有机溶剂位于上层;反应结束后,将上层有机溶剂进行水洗,得到双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯的正辛烷溶液。
第二步,制备双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯:
将第一步得到的含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯的正辛烷溶液搅拌升温至105-115℃,加入三氧化钼10kg进行反应;2)将叔丁基过氧化氢160kg缓慢滴加到上述1)的溶液中;3)反应结束后进行抽滤,将滤液泵入薄膜蒸发器中,薄膜蒸发器温度设定为95-110℃,用薄膜蒸发器脱去溶剂得到目标产物。
实施例3
第一步,制备双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)己二酸酯:
将正庚烷157kg、己二酸二甲酯55kg、四甲基哌啶醇110kg混合,搅拌,升温至90-105℃,压力控制为-0.01--0.02MPa;
分批量缓慢加入氨基锂和氨基钠0.24kg,反应中有甲醇产生,甲醇和有机溶剂分层,甲醇溶液位于下层,含有双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)己二酸酯的有机溶剂位于上层;反应结束后,将上层有机溶剂进行水洗,得到双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)己二酸酯的正庚烷溶液。
第二步,制备双(1-庚氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)己二酸酯:
将第一步得到的含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)己二酸酯的正庚烷溶液搅拌升温至100-110℃,加入钨酸钠14.5kg进行反应;2)将双氧水92kg缓慢滴加到上述1)的溶液中;3)反应结束后进行抽滤,将滤液泵入薄膜蒸发器中,薄膜蒸发器温度设定为90-105℃,用薄膜蒸发器脱去溶剂得到目标产物。
实施例4
第一步,制备双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯:
将正辛烷190kg、壬二酸二甲酯65kg、四甲基哌啶醇133kg混合,搅拌,升温至110-120℃,压力控制为-0.015--0.025MPa;
分批量缓慢加入钛酸四乙酯1.2kg,反应中有甲醇产生,甲醇和有机溶剂分层,甲醇溶液位于下层,含有双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯的有机溶剂位于上层;反应结束后,将上层有机溶剂进行水洗,得到双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯的正辛烷溶液。
第二步,制备双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯:
将第一步得到的含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)壬二酸酯的正辛烷溶液搅拌升温至100-120℃,加入硫酸亚铁和三氧化二铬11.5kg进行反应;2)将异丙基过氧化氢173kg缓慢滴加到上述1)的溶液中;3)反应结束后进行抽滤,将滤液泵入薄膜蒸发器中,薄膜蒸发器温度设定100-110℃,用薄膜蒸发器脱去溶剂得到目标产物。
实施例5
第一步,制备双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯:
将正癸烷191kg、癸二酸二甲酯50kg、四甲基哌啶醇119kg混合,搅拌,升温至120-130℃,压力控制为-0.02--0.03MPa;
分批量缓慢加入钛酸四异丙酯1kg,反应中有甲醇产生,甲醇和有机溶剂分层,甲醇溶液位于下层,含有双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯的有机溶剂位于上层;反应结束后,将上层有机溶剂进行水洗,得到双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯的正癸烷溶液。
第二步,制备双(1-癸氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯:
将第一步得到的含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯的正癸烷溶液搅拌升温至110-120℃,加入三氧化钼6.5kg进行反应;2)将叔丁基过氧化氢118kg缓慢滴加到上述1)的溶液中;3)反应结束后进行抽滤,将滤液泵入薄膜蒸发器中,薄膜蒸发器温度设定为105-120℃,用薄膜蒸发器脱去溶剂得到目标产物。
实施例6
下面将本发明应用到具体的工业化生产中,结合图1中的装置连接图对其实用性进行说明。
本生产工艺步骤主要包含两部分:
(一)双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯有机溶液的制备
第一步:将R2-H溶剂,烷基二酸二甲酯,四甲基哌啶醇投入第一反应釜1中,升温搅拌溶解;
第二步:升温至90-130℃,打开连接第一反应釜1的真空泵,将第一反应釜1内的压力抽成-0.01--0.03MPa;
第三步,恒温90-130℃,恒压-0.01--0.03MPa反应,观察回流罐6至没有水分流出,可用无水硫酸铜或卡尔费休进行检测;
第四部,分批量滴加催化剂1;反应中会有甲醇产生,在回流罐6中甲醇和有机烷烃溶剂分层,甲醇在下层,及时将甲醇分出到甲醇储罐7;
第五步,反应接结束后,将双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯有机R2-H溶液泵入到第一水洗釜2中,水洗三遍;将水洗完的成品输送到第二反应釜3中。
(二)双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的制备
第一步,将氧化剂输送到第二反应釜3,搅拌,升温至100-120℃,加入催化剂2,维持反应温度100-120℃;
第二步,缓慢滴加氧化剂到第二反应釜3中;注意控制滴加速度,滴加过程中由于会有轻组分副产物的产生,如叔丁醇、异丙醇、水等,影响反应温度,所以将回馏组分通过精馏塔8进行精馏,促使轻组分进入第二水洗釜12,重组分流回第二反应釜3;
第三步,在滴加完成后的两天左右进行取样检测(利用TLC进行检测),合格后利用抽滤装置4进行抽滤,将滤液泵入薄膜蒸发器5中,薄膜蒸发器5温度设定为85-120℃,用薄膜蒸发5器脱去溶剂得到目标产物,封装放于成品仓11内管理;
第四步,由于反应会有叔丁醇、异丙醇、水等副产物产生,其中,醇类副产物和反应的烷烃类有机溶剂混溶,而烷烃类有机溶剂和水不溶,醇类副产物与水混溶,因此,通过第二水洗釜12用水来洗涤醇类副产物与烷烃类有机溶剂的混合液。首先,通过水洗可将醇类副产物分离出来。分离出的含醇的水溶液可利用减压蒸馏釜9进行减压蒸馏,浓缩成具有一定浓度(质量分数为80%-90%)的醇,储存于副产物醇类试剂储罐10中,后续可作为化工原料进行销售。其次,分离出的烷烃类有机溶剂可以收集重复循环利用,用作后续投产的有机溶剂。最后,第二水洗釜12釜底的水亦可进行重复循环利用,继续水洗醇类副产物与烷烃类有机溶剂的混合液。
除了实施例6中的装置,该反应还能用其他类似作用的装置进行组装实现,本发明在工业生产中能很好地应用,并产生可观的经济作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,反应的合成路线为:
其中,R1为C6-C10烷基,R2-H为C6-C10烷烃。
2.根据权利要求1所述的双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,按照所述合成路线(1)进行的步骤如下:
1)将R2-H烷烃溶剂、烷基二酸二甲酯、四甲基哌啶醇混合,搅拌,升温,使四甲基哌啶醇完全溶解在烷烃溶剂中;
2)升温至90-130℃,压力控制为负压;
3)分批量缓慢加入催化剂1,反应中有甲醇产生,甲醇和烷烃溶剂分层,甲醇溶液位于下层,含有双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的有机溶剂位于上层;
4)反应结束后,将上层有机溶剂进行水洗,得到含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的R2-H溶液。
3.根据权利要求1所述的双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,将路线(1)生成的含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的R2-H溶液进行如下反应:
1)将含双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的R2-H溶液搅拌升温至100-120℃,加入催化剂2进行反应;
2)将氧化剂缓慢滴加到上述1)的溶液中;
3)反应结束后进行抽滤,将滤液泵入薄膜蒸发器中,用薄膜蒸发器脱去溶剂得到目标产物。
4.根据权利要求3所述的双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,将反应3)中的溶剂进行水洗,水与醇类互溶与烷烃溶剂不溶,醇类和烷烃溶剂分离。
5.根据权利要求2所述的双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,在2)中,压力为-0.01--0.03MPa。
6.根据权利要求1或2所述的双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,所述催化剂1为对甲苯磺酸、甲醇钠、氨基锂、氨基钠、钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯等中的一种或多种。
7.根据权利要求1或3所述的双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,所述催化剂2为氯化铁、三氧化钼、三氧化二铬、硫酸亚铁、钨酸钠、硅酸钛、氢氧化镁中的一种或多种。
8.根据权利要求1或3所述的双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,所述氧化剂为双氧水或其他有机过氧化物。
9.根据权利要求3所述的双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,在3)中,薄膜蒸发器温度设定为85-120℃。
10.根据权利要求1所述的双(1-烷氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯的生产工艺,其特征在于,所述烷基二酸二甲酯与四甲基哌啶醇的摩尔比为1:2.0-3.5;所述催化剂1占烷基二酸二甲酯摩尔百分比的1.6%-2.5%;所述烷基二酸二甲酯与R2-H的摩尔比小于1:5;路线(2)中所述催化剂2占双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯摩尔百分比的14%-34%,所述氧化剂与双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)烷基二酸酯摩尔比为6.2-8.7:1。
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