CN108752240A - 一种1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1,3‑二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法,将计量的惰性溶剂泵入可进行搅拌且具备光气导入管的反应器中铺底,降温,开始持续通入计量的光气;然后在低温条件下,向反应体系滴加计量的1,3‑环己二甲胺与惰性溶剂的混合溶液,得到1,3‑环己二甲胺盐酸盐与1,3‑环己二甲氨基甲酰氯的混合物,反应器内的物料为浆料状,此过程为冷光化反应;滴加结束后,升温至反应温度,此过程为热光化反应;反应结束后,经氮气赶去多余光气及氯化氢、高真空精馏后,得到高纯度1,3‑二甲基异氰酸酯环己烷。本发明具备原料易得、工艺简单、操作简便、收率较高、反应条件温和、溶剂可回收利用,适合工业化生产等优势。

Description

一种1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法
技术领域
本发明属于异氰酸酯制备技术领域,具体涉及一种1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法。
背景技术
1,3-二甲基异氰酸酯环己烷(简称H6XDI)是含有环己烷基的脂肪族初级二异氰酸酯,其具有六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)的优点。H6XDI具有优异的耐候性且色泽稳定,是一种可广泛应用于制备固化涂料、人造革、油漆、聚氨酯弹性体、胶黏剂和密封材料的重要原料。其化学结构式为:
H6XDI是顺反式异构混合物,常温下为无色透明液体,相对分子量为194.23、密度为1.101g/mL(25℃)、沸点294.4℃(760mmHg)。
制备异氰酸酯常用的是光气法,即先将胺与二氧化碳或氯化氢反应制得其氨基甲酸盐或盐酸盐,再在一定温度下与光气反应制得异氰酸酯。
目前文献报道的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法主要有以下几种:
1)中国专利201611000428公开了在两相反应溶剂中用1,3-环己二甲胺与氯化氢成盐,然后胺盐在惰性溶剂中与光气反应制备H6XDI。该方法虽然成功得到了产物,但1,3-环己二甲胺与氯化氢反应很快,会出现胺盐包裹、结块现象,搅拌不均匀,导致成盐不完全,再与光气反应时易生成脲,且溶液颜色变深。该发明先制备1,3-环己二甲胺盐酸盐增加了能耗,操作步骤较多,存在耗费溶剂量大,操作复杂等缺点。
2)日本专利JP201111142中公开了用1,3-环己二甲胺在低温条件下与固体光气反应制备1,3-二甲基异氰酸酯环己烷。该方法存在反应副产物多,反应时间长,收率较低等缺点,不适宜工业化生产。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法,解决了1,3-环己二甲胺在通光气过程中粘度大,易结块,副反应多,转化率低,溶剂消耗量大的问题。
本发明采用的技术方案是:
一种1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法,其特征是:包括以下步骤:将计量的惰性溶剂泵入可进行搅拌且具备光气导入管的反应器中铺底,降温,开始持续通入计量的光气;然后在低温条件下,向反应体系滴加计量的1,3-环己二甲胺与惰性溶剂的混合溶液,得到1,3-环己二甲胺盐酸盐与1,3-环己二甲氨基甲酰氯的混合物,反应器内的物料为浆料状,此过程为冷光化反应;滴加结束后,升温至反应温度,此过程为热光化反应;反应结束后,经氮气赶去多余光气及氯化氢、高真空精馏后,得到高纯度1,3-二甲基异氰酸酯环己烷。
铺底惰性溶剂与1,3-环己二甲胺与的摩尔比为1~4:1;低温通光气的反应温度为-10-7℃;低温通光气时间为0.5~2h;1,3-环己二甲胺与惰性溶剂的混合溶液中1,3-环己二甲胺与惰性溶剂的摩尔比为1:10~15,滴加时间为3~6h;在1~2h内升温至110~160℃,升温后继续反应3~8h;1,3-环己二甲胺与光气总量的摩尔比为1:2~4。
所述的惰性溶剂为苯、一氯代苯、邻二氯苯、甲苯、二甲苯、三氯苯中的至少一种。
所述高真空精馏是先在真空度为30~100kpa,温度60℃~80℃下精馏;再在真空度为15kpa~35kpa,精馏温度130℃~160℃的条件下精馏,得到H6XDI。
本发明的有益效果是:本发明采用直接光气化法省去的成盐的步骤,控制光气化反应条件生成氨基甲酰氯和少部分的盐酸盐,大大降低了胺盐浓度,解决了成盐法过程中出现的胺盐包裹、结块问题,大大提高了光气的利用率。
其铺底的惰性溶剂与配置1,3-环己二甲胺溶液的惰性溶剂可套用,大大减少了溶剂的使用量,解决了溶剂消耗量大的问题。
大大减少了反应过程中产生的副产物,反应时间短,溶液颜色浅,解决了反应时间过长导致的溶液颜色变深、易聚合的问题。
本发明具备原料易得、工艺简单、操作简便、收率较高、反应条件温和、溶剂可回收利用,适合工业化生产等优势。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解,下面将结合实施例对本发明作进一步详述,该实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1:
将150ml邻二氯苯加入到1000ml的烧瓶中,启动搅拌装置,打开冷冻装置将烧瓶降温,温度达到0℃后打开光气阀开始通入光气,调节光气流量在12g/h,预通光气0.5h。将550ml邻二氯苯与70g 1,3-环己二甲胺混合均匀,加入滴加漏斗,预通光气0.5h后继续通光气,同时打开滴加阀,开始向反应体系滴加邻二氯苯与1,3-环己二甲胺的混合溶液,滴加温度保持在0℃,4h滴加结束,溶液呈白色浆料状,保温反应0.5h。撤去冷冻装置,1h缓慢升温到130℃,保温反应5h。反应过程中浆料液逐渐变稀,溶液的颜色由白色逐渐变成淡米黄色,待到反应液变成清澈透明时,关闭光气阀,缓慢降温并打开氮气阀,向反应液中通入氮气,驱赶出反应体系中残留的光气和氯化氢气体。4h后关闭氮气阀,取样,水解性氯0.04%。
将所得溶液转入精馏塔中,精馏塔内采用的是玻璃填料,真空泵直接连接在塔顶的冷凝器上,塔内的真空度保持在15kpa~40kpa,真空泵排出的尾气直接接入尾气接受系统。在真空度为30kpa下,精馏釜内温度在78℃,塔顶有溶剂和低沸点组分蒸出。再在真空为150pa,精馏釜温度为150℃下,精馏得到高纯度的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷。经气相色谱分析,产品中的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷含量大于99.3%。
实施例2:
将150ml一氯代苯加入到1000ml的烧瓶中,启动搅拌装置,打开冷冻装置将烧瓶降温,温度达到0℃后打开光气阀开始通入光气,调节光气流量在12g/h,预通光气0.5h。将550ml一氯代苯与70g 1,3-环己二甲胺混合均匀,加入滴加漏斗,预通光气0.5h后继续通光气,同时打开漏斗的滴加阀,开始向反应体系滴加一氯代苯与1,3-环己二甲胺的混合溶液,滴加温度保持在0℃,4h滴加结束,溶液呈白色浆料状,保温反应0.5h。撤去冷冻装置,1h缓慢升温到130℃,保温反应5h。反应过程中浆料液逐渐边稀,溶液的颜色由白色逐渐变成淡米黄色,待到反应液变成清澈透明时,关闭光气阀,缓慢降温并打开氮气阀,向反应液中通入氮气,驱赶出反应体系中残留的光气和氯化氢气体。4h后关闭氮气阀,取样,水解性氯0.03%。
将所得溶液转入精馏塔中,精馏塔内采用的是玻璃填料,真空泵直接连接在塔顶的冷凝器上,塔内的真空度保持在15kpa~40kpa,真空泵排出的尾气直接接入尾气接受系统。在真空度为35kpa下,精馏釜内温度在70℃,塔顶有溶剂和低沸点组分蒸出。再在真空为150pa,精馏釜温度为150℃下,精馏得到高纯度的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷。经气相色谱分析,产品中的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷含量大于99.5%。
实施例3:
将150ml甲苯加入到1000ml的烧瓶中,启动搅拌装置,打开冷冻装置将烧瓶降温,温度达到0℃后打开光气阀开始通入光气,调节光气流量在12g/h,预通光气0.5h。将550ml甲苯与70g 1,3-环己二甲胺混合均匀,加入滴加漏斗,预通光气0.5h后继续通光气,同时打开漏斗的滴加阀,开始向反应体系滴加甲苯与1,3-环己二甲胺的混合溶液,滴加温度保持在0℃,4h滴加结束,溶液呈白色浆料状,保温反应0.5h。撤去冷冻装置,1h缓慢升温到120℃,保温反应5h。反应过程中浆料液逐渐边稀,溶液的颜色由白色逐渐变成淡米黄色,待到反应液变成清澈透明时,关闭光气阀,缓慢降温并打开氮气阀,向反应液中通入氮气,驱赶出反应体系中残留的光气和氯化氢气体。4h后关闭氮气阀,取样,水解性氯0.03%。
将所得溶液转入精馏塔中,精馏塔内采用的是玻璃填料,真空泵直接连接在塔顶的冷凝器上,在真空度为40kpa下,精馏釜内温度在60℃,塔顶有溶剂和低沸点组分蒸出。再在真空为150pa,精馏釜温度为150℃下,精馏得到高纯度的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷。经气相色谱分析,产品中的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷含量大于99.6%。
实施例4:
将上述案例1中精馏出的邻二氯苯套用,将150ml回收邻二氯苯加入到1000ml的烧瓶中,启动搅拌装置,打开冷冻装置将烧瓶降温,温度达到0℃后打开光气阀开始通入光气,调节光气流量在12g/h,预通光气0.5h。将550ml回收邻二氯苯与70g 1,3-环己二甲胺混合均匀,加入滴加漏斗,预通光气0.5h后继续通光气,同时打开漏斗的滴加阀,开始向反应体系滴加回收邻二氯苯与1,3-环己二甲胺的混合溶液,滴加温度保持在0℃,4h滴加结束,溶液呈白色浆料状,保温反应0.5h。撤去冷冻装置,1h缓慢升温到130℃,保温反应5h。反应过程中浆料液逐渐边稀,溶液的颜色由白色逐渐变成淡米黄色,待到反应液变成清澈透明时,关闭光气阀,缓慢降温并打开氮气阀,向反应液中通入氮气,驱赶出反应体系中残留的光气和氯化氢气体。4h后关闭氮气阀,取样,水解性氯0.05%。
将所得溶液转入精馏塔中,精馏塔内采用的是玻璃填料,真空泵直接连接在塔顶的冷凝器上,塔内的真空度保持在15kpa~40kpa,真空泵排出的尾气直接接入尾气接受系统。在真空度为30kpa下,精馏釜内温度在77℃,塔顶有溶剂和低沸点组分蒸出。再在真空为150pa,精馏釜温度为150℃下,精馏得到高纯度的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷。经气相色谱分析,产品中的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷含量大于99.4%。
实施例5:
将上述案例2中精馏出的一氯代苯套用,将150ml回收一氯代苯加入到1000ml的烧瓶中,启动搅拌装置,打开冷冻装置将烧瓶降温,温度达到0℃后打开光气阀开始通入光气,调节光气流量在12g/h,预通光气0.5h。将550ml回收一氯代苯与70g 1,3-环己二甲胺混合均匀,加入滴加漏斗,预通光气0.5h后继续通光气,同时打开漏斗的滴加阀,开始向反应体系滴加回收一氯代苯与1,3-环己二甲胺的混合溶液,滴加温度保持在0℃,4h滴加结束,溶液呈白色浆料状,保温反应0.5h。撤去冷冻装置,1h缓慢升温到130℃,保温反应5h。反应过程中浆料液逐渐边稀,溶液的颜色由白色逐渐变成淡米黄色,待到反应液变成清澈透明时,关闭光气阀,缓慢降温并打开氮气阀,向反应液中通入氮气,驱赶出反应体系中残留的光气和氯化氢气体。4h后关闭氮气阀,取样,水解性氯0.04%。
将所得溶液转入精馏塔中,精馏塔内采用的是玻璃填料,真空泵直接连接在塔顶的冷凝器上,塔内的真空度保持在15kpa~40kpa,真空泵排出的尾气直接接入尾气接受系统。在真空度为35kpa下,精馏釜内温度在70℃,塔顶有溶剂和低沸点组分蒸出。再在真空为150pa,精馏釜温度为150℃下,精馏得到高纯度的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷。经气相色谱分析,产品中的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷含量99.2%。
实施例6:
将上述案例3中精馏出的甲苯套用,将150ml回收甲苯加入到1000ml的烧瓶中,启动搅拌装置,打开冷冻装置将烧瓶降温,温度达到0℃后打开光气阀开始通入光气,调节光气流量在12g/h,预通光气0.5h。将550ml回收甲苯与70g 1,3-环己二甲胺混合均匀,加入滴加漏斗,预通光气0.5h后继续通光气,同时打开漏斗的滴加阀,开始向反应体系滴加回收甲苯与1,3-环己二甲胺的混合溶液,滴加温度保持在0℃,4h滴加结束,溶液呈白色浆料状,保温反应0.5h。撤去冷冻装置,1h缓慢升温到120℃,保温反应5h。反应过程中浆料液逐渐边稀,溶液的颜色由白色逐渐变成淡米黄色,待到反应液变成清澈透明时,关闭光气阀,缓慢降温并打开氮气阀,向反应液中通入氮气,驱赶出反应体系中残留的光气和氯化氢气体。4h后关闭氮气阀,取样,水解性氯0.03%。
将所得溶液转入精馏塔中,精馏塔内采用的是玻璃填料,真空泵直接连接在塔顶的冷凝器上,塔内的真空度保持在15kpa~40kpa,真空泵排出的尾气直接接入尾气接受系统。在真空度为35kpa下,精馏釜内温度在60℃,塔顶有溶剂和低沸点组分蒸出。再在真空为150pa,精馏釜温度为150℃下,精馏得到高纯度的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷。经气相色谱分析,产品中的1,3-二甲基异氰酸酯环己烷含量大于99.3%。

Claims (4)

1.一种1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法,其特征是:包括以下步骤:将计量的惰性溶剂泵入可进行搅拌且具备光气导入管的反应器中铺底,降温,开始持续通入计量的光气;然后在低温条件下,向反应体系滴加计量的1,3-环己二甲胺与惰性溶剂的混合溶液,得到1,3-环己二甲胺盐酸盐与1,3-环己二甲氨基甲酰氯的混合物,反应器内的物料为浆料状,此过程为冷光化反应;滴加结束后,升温至反应温度,此过程为热光化反应;反应结束后,经氮气赶去多余光气及氯化氢、高真空精馏后,得到高纯度1,3-二甲基异氰酸酯环己烷。
2. 根据权利要求1所述的一种1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法,其特征是:铺底惰性溶剂与1,3-环己二甲胺与的摩尔比为1~4: 1;低温通光气的反应温度为-10-7℃;低温通光气时间为0.5~2h;1,3-环己二甲胺与惰性溶剂的混合溶液中1,3-环己二甲胺与惰性溶剂的摩尔比为1:10~15,滴加时间为3~6h;在1~2h内升温至110~160℃,升温后继续反应3~8h;1,3-环己二甲胺与光气总量的摩尔比为1:2~4。
3.根据权利要求2所述的一种1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法,,其特征是:所述的惰性溶剂为苯、一氯代苯、邻二氯苯、甲苯、二甲苯、三氯苯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种1,3-二甲基异氰酸酯环己烷的合成方法,其特征是:所述高真空精馏是先在真空度为30~100kpa,温度60℃~80℃下精馏;再在真空度为15kpa~35kpa,精馏温度130℃~160℃的条件下精馏,得到H6XDI。
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