CN109293480B - 二烯丙基双酚a、制备方法及双马来酰亚胺树脂预聚物 - Google Patents

二烯丙基双酚a、制备方法及双马来酰亚胺树脂预聚物 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二烯丙基双酚A、制备方法及双马来酰亚胺树脂预聚物。由双酚A双烯丙基醚在惰性溶剂体系中进行Claisen重排反应制备所述二烯丙基双酚A；惰性溶剂与双酚A双烯丙基醚互溶，惰性溶剂的沸点为200～205℃，惰性溶剂包括γ‑丁内酯和N‑甲基吡咯烷酮。本发明利用双酚A双烯丙基醚在惰性溶剂体系中进行Claisen重排反应制备二烯丙基双酚A的制备方法，由于反应体系是在大量惰性溶剂汽化、冷凝回流条件下进行，体系温度为恒温，且体系内几乎不含空气，在整个重排反应过程中不需要控制任何条件，使获得的二烯丙基双酚A产品质量大大提高，产品的色泽呈淡黄色，粘度指标低于现有工艺的粘度指标，羟基当量指标高于现有工艺的羟基当量指标。

Description

二烯丙基双酚A、制备方法及双马来酰亚胺树脂预聚物
技术领域
本发明属于二烯丙基双酚A的制备技术领域，具体涉及一种惰性溶剂反应体系的二烯丙基双酚A的制备方法制备的二烯丙基双酚A和双马来酰亚胺树脂预聚物。
背景技术
双酚A双烯丙基醚及二烯丙基双酚A是一种热固性树脂的改性单体，主要应用于双马来酰亚胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂等改性，可大大提高热固性树脂的韧性，还可以作为热固性树脂的活性稀释剂；在橡胶中使用可以进一步改善橡胶与金属之间的粘合强度。
双酚A双烯丙基醚是由氯丙烯与双酚A化合物进行取代反应制得，其合成化学原理如下：
由氯丙烯与含有不同取代基的双酚化合物在一定条件下进行皂化取代反应，形成二烯丙基取代苯基醚：
Figure BDA0001850109670000011
当R1、R2、R3、和R4均为-H，R为-{C(CH3)2}-时，该化合物称为双酚A双烯丙基醚。
在加热条件下，当温度达到200℃时，双酚A双烯丙基醚进行Claisen重排反应(分子内转位反应)，生成二烯丙基双酚A化合物，反应式如下所示：
Figure BDA0001850109670000021
Claisen重排反应是一个强放热反应，在实际工业生产中，为了及时移去反应热，保持体系反应温度控制在200～205℃，在装置内必须设置冷却移热系统，一般情况下均采用水冷却盘管，在反应过程中一直往盘管中通入冷却水，使反应过程中放出的热量不断地由流动的冷却水带走，直至反应结束。
另外，在反应过程中，为了保持双酚A双烯丙基醚及所生成的二烯丙基双酚A的色泽满足产品质量的要求，必须一直通入氮气保护，尽量降低反应器中空气(氧气)含量，以降低产品在高温下氧化变色的机率。
综上，现有的利用双酚A双烯丙基醚Claisen重排制备二烯丙基双酚A的工艺中，存在有如下明显的技术问题：
(1)采用冷却盘管方式移走反应热，使体系的反应温度很难达到精准控制，往往反应体系的温度范围波动很大，不能使反应达到恒温状态，进而造成产品的粘度上升；
(2)由于反应体系温度波动很大，在200℃以下时双酚A双烯丙基醚很难发生Claisen重排，会造成产品的羟基当量指标降低，也即双酚A双烯丙基醚重排反应不完全；
(3)使用氮气保护，由于体系中残留的氧气与反应物和生成物接触的机率很大，在高温下发生氧化反应程度加大，造成最终产品的色泽加深，影响产品的外观；另外氧化反应程度加大也会使产品的粘度上升。
发明内容
为了解决现有工艺中存在的上述技术问题，本发明提供了一种惰性溶剂反应体系的二烯丙基双酚A、制备方法及双马来酰亚胺树脂预聚物。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种二烯丙基双酚A的制备方法，双酚A双烯丙基醚在惰性溶剂体系中进行Claisen重排反应制备所述二烯丙基双酚A。
本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，所述惰性溶剂与所述双酚A双烯丙基醚互溶。
本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，所述惰性溶剂的沸点为200～205℃。
本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，所述惰性溶剂包括γ-丁内酯和N-甲基吡咯烷酮。
本发明的二烯丙基双酚A的制备方法中，包括以下步骤：
步骤1，将惰性溶剂和双酚A双烯丙基醚分别加入装有搅拌装置、测温装置和回流冷凝装置的反应器内；
步骤2，在搅拌条件下升温至体系回流温度，在回流温度下计时反应3～5h；
步骤3，对反应体系降温，在真空条件下将惰性溶剂蒸出，并冷凝回收；
步骤4，收集反应器内的剩余物，得到所述二烯丙基双酚A。
本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，所述惰性溶剂与双酚A双烯丙基醚的质量比为4:1。
本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，所述回流温度为200～205℃。
本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，所述降温是指温度降至140～160℃。
一种二烯丙基双酚A，由上述方法制备而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，由于采用沸点与双酚A双烯丙基醚反应温度一致的惰性溶剂，反应放出的热量使惰性溶剂汽化，然后再通过冷凝装置冷凝回流，使整个反应体系的反应热通过惰性溶剂的不断汽化、冷凝回流实现反应体系恒温状态，由于反应体系一直处于恒温状态，其制备的二烯丙基双酚A的粘度指标低于传统工艺制备的二烯丙基双酚A的粘度指标；
(2)本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，由于反应体系保持恒温状态，双酚A双烯丙基醚Claisen重排反应更彻底，制备的二烯丙基双酚A的羟基当量高于传统工艺制备的二烯丙基双酚A的羟基当量，更接近理论值，也即双酚A双烯丙基醚重排反应更完全；
(3)本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，由于采用与双酚A双烯丙基醚相溶的惰性溶剂作为反应体系，体系内几乎不含空气(氧气)，使制备的二烯丙基双酚A的色泽呈淡黄色，和标准产品色泽一致；
(4)本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，由于采用沸点与双酚A双烯丙基醚反应温度一致的惰性溶剂，在达到Claisen重排反应温度时惰性溶剂自然汽化、冷凝回流，使反应恒温，因此在整个重排反应过程中不需要控制任何条件，制备方法操作简单，且获得的二烯丙基双酚A产品质量大大提高。
(5)本发明制备的双马来酰亚胺树脂预聚物，由于原料二烯丙基双酚A具有更高的质量，因而由其制备的双马来酰亚胺树脂预聚物也具备更高的质量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的设计思路为：鉴于现有的利用双酚A双烯丙基醚Claisen重排反应制备二烯丙基双酚A工艺中存在的采用冷却盘管方式移走反应热，不能使反应达到恒温状态，进而造成产品的粘度上升的问题、重排反应不完全的问题，以及反应体系采用氮气保护造成最终产品的色泽加深的问题，这些问题均会直接影响产品的质量；因此，本发明针对双酚A双烯丙基醚Claisen重排工艺进行改进，以克服以上不足，大大提高产品质量。
对双酚A双烯丙基醚Claisen重排工艺进行改进的重点是不用氮气保护，进而选用适宜的惰性有机溶剂作为反应保护体系；选择适宜的惰性有机溶剂，要求有二：
A、该溶剂对于双酚A双烯丙基醚和二烯丙基双酚A是惰性的，在反应温度条件下不进行任何反应；并与其具有良好的互溶性；
B、该溶剂的沸点在200～205℃范围内，以满足双酚A双烯丙基醚Claisen重排反应温度的要求。
基于上述要求，本发明选择出两种适宜的惰性有机溶剂：γ-丁内酯和N-甲基吡咯烷酮；这两种惰性有机溶剂的性状如下：
γ-丁内酯，又称1，4-丁内酯，是一种无色油状液体，能与水混溶，溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚和苯；有芳香气味；分子式：C4H6O2；沸点：204℃。
N-甲基吡咯烷酮，又称NMP、1-甲基-2吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮。无色透明油状液体，微有胺的气味；挥发度低，热稳定性、化学稳定性均佳；易溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、氯仿和苯；分子式：C5H9NO，沸点：203℃，81～82℃/10mmHg。
同时，对反应体系采用回流冷凝的方法使反应产生的热量及时散掉，从而使整个反应体系始终保持恒温状态，实现对反应温度的精确控制，得到粘度较低且羟基当量更高的反应产物。
基于上述设计思路，本发明改进的双酚A双烯丙基醚Claisen重排工艺制备二烯丙基双酚A的方法如下：
步骤1，将惰性溶剂和双酚A双烯丙基醚分别加入装有搅拌装置、测温装置和回流冷凝装置的反应器内；惰性溶剂与双酚A双烯丙基醚的质量比为4:1。
步骤2，在搅拌条件下升温至体系回流温度(204～205℃)，在回流温度下计时反应3～5h；
步骤3，对反应体系降温至140～160℃，在真空条件下将惰性溶剂蒸出，并冷凝回收；
步骤4，收集反应器内的剩余物，得到所述二烯丙基双酚A。
下面结合具体的实施例和比较例来进一步说明本发明的二烯丙基双酚A的制备方法，以及制备出的二烯丙基双酚A的产品性能。
实施例1：
本实施例的二烯丙基双酚A的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，取160gγ-丁内酯和40g双酚A双烯丙基醚分别加入装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶内；
步骤2，在搅拌条件下升温至体系回流温度(204℃)，在回流温度下计时反应4h；
步骤3，将反应体系降温至150℃，采用抽真空设备将反应体系抽真空，在真空条件下将160gγ-丁内酯全部蒸出，并冷凝回收；
步骤4，收集反应器内的剩余物，得到淡黄色的二烯丙基双酚A。
经测定，实施例1得到的淡黄色的二烯丙基双酚A的粘度为14250mpa.s，羟基当量为150g/mol。
实施例2：
本实施例的二烯丙基双酚A的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，取160gN-甲基吡咯烷酮和40g双酚A双烯丙基醚分别加入装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶内；
步骤2，在搅拌条件下升温至体系回流温度(203℃)，在回流温度下计时反应4h；
步骤3，将反应体系降温至150℃，采用抽真空设备将反应体系抽真空，在真空条件下将160gN-甲基吡咯烷酮全部蒸出，并冷凝回收；
步骤4，收集反应器内的剩余物，得到淡黄色的二烯丙基双酚A。
经测定，实施例2得到的淡黄色的二烯丙基双酚A的粘度为14300mpa.s，羟基当量为148g/mol。
实施例3：
本实施例的二烯丙基双酚A的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，取100kgγ-丁内酯和25kg双酚A双烯丙基醚分别加入装有搅拌装置、测温装置和回流冷凝装置的反应釜内；
步骤2，在搅拌条件下升温至体系回流温度(204℃)，在回流温度下计时反应3h；
步骤3，将反应体系降温至140℃，采用抽真空设备将反应体系抽真空，在真空条件下将100kgγ-丁内酯全部蒸出，并冷凝回收；
步骤4，收集反应器内的剩余物，得到淡黄色的二烯丙基双酚A。
经测定，实施例3得到的淡黄色的二烯丙基双酚A的粘度为14050mpa.s羟基当量为151g/mol。
实施例4：
本实施例的二烯丙基双酚A的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，取100kgγ-丁内酯和25kg双酚A双烯丙基醚分别加入装有搅拌装置、测温装置和回流冷凝装置的反应釜内；
步骤2，在搅拌条件下升温至体系回流温度(204℃)，在回流温度下计时反应5h；
步骤3，将反应体系降温至160℃，采用抽真空设备将反应体系抽真空，在真空条件下将100kgγ-丁内酯全部蒸出，并冷凝回收；
步骤4，收集反应器内的剩余物，得到淡黄色的二烯丙基双酚A。
经测定，实施例4得到的淡黄色的二烯丙基双酚A的粘度为14500mpa.s，羟基当量为149g/mol。
实施例5：
本实施例的二烯丙基双酚A的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，取100kg N-甲基吡咯烷酮和25kg双酚A双烯丙基醚分别加入装有搅拌装置、测温装置和回流冷凝装置的反应釜内；
步骤2，在搅拌条件下升温至体系回流温度(203℃)，在回流温度下计时反应3h；
步骤3，将反应体系降温至140℃，采用抽真空设备将反应体系抽真空，在真空条件下将100kg N-甲基吡咯烷酮全部蒸出，并冷凝回收；
步骤4，收集反应釜内的剩余物，得到淡黄色的二烯丙基双酚A。
经测定，实施例5得到的淡黄色的二烯丙基双酚A的粘度为14100mpa.s，羟基当量为151g/mol。
实施例6：
本实施例的二烯丙基双酚A的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，取100kg N-甲基吡咯烷酮和25kg双酚A双烯丙基醚分别加入装有搅拌装置、测温装置和回流冷凝装置的反应釜内；
步骤2，在搅拌条件下升温至体系回流温度(203℃)，在回流温度下计时反应5h；
步骤3，将反应体系降温至160℃，采用抽真空设备将反应体系抽真空，在真空条件下将100kg N-甲基吡咯烷酮全部蒸出，并冷凝回收；
步骤4，收集反应釜内的剩余物，得到淡黄色的二烯丙基双酚A。
经测定，实施例6得到的淡黄色的二烯丙基双酚A的粘度为14600mpa.s，羟基当量为152g/mol。
对比例1：
本对比例的二烯丙基双酚A的制备方法是采用传统的双酚A双烯丙基醚Claisen重排工艺，具体步骤如下：
A、取160g双酚A双烯丙基醚加入装有搅拌器、温度计和冷凝器的500ml三口烧瓶内；
B、在搅拌条件下，开始通入氮气保护并缓慢升温，在1.5h内使体系温度达到200℃，随着反应进行体系温度会渐渐上升，此时，缓慢打开冷却水，通过冷却器盘管使反应热移走，并保持反应温度在200～210℃之间，反应4h后迅速降温至80℃以下，反应结束；
C、收集烧瓶内的产品；获得的二烯丙基双酚A产品色泽为棕红色，粘度为18500mpa.s，羟基当量为142g/mol。
对比例2：
本对比例的二烯丙基双酚A的制备方法是采用传统的双酚A双烯丙基醚Claisen重排工艺，具体步骤如下：
A、取160g双酚A双烯丙基醚加入装有搅拌器、温度计和冷凝器的500ml三口烧瓶内；
B、在搅拌条件下，开始通入氮气保护并缓慢升温，在2h内使体系温度达到200℃，随着反应进行体系温度会渐渐上升，此时，缓慢打开冷却水，通过冷却器盘管使反应热移走，并保持反应温度在200～210℃之间，反应5h后迅速降温至80℃以下，反应结束；
C、收集烧瓶内的产品；获得的二烯丙基双酚A产品色泽为棕红色，粘度为19200mpa.s，羟基当量为140g/mol。
对比例3：
本对比例的二烯丙基双酚A的制备方法是采用传统的双酚A双烯丙基醚Claisen重排工艺，具体步骤如下：
A、取100kg双酚A双烯丙基醚加入装有搅拌装置、测温装置和回流冷凝装置的反应釜内；
B、在搅拌条件下，开始通入氮气保护并缓慢升温，在1h内使体系温度达到200℃，随着反应进行体系温度会渐渐上升，此时，缓慢打开冷却水，通过冷却器盘管使反应热移走，并保持反应温度在200～210℃之间，反应3h后迅速降温至80℃以下，反应结束；
C、收集反应釜内的产品；获得的二烯丙基双酚A产品色泽为棕红色，粘度为18750mpa.s，羟基当量为145g/mol。
本发明的利用双酚A双烯丙基醚Claisen重排工艺制备二烯丙基双酚A的方法，由于反应体系是在大量惰性溶剂回流条件(恒温条件)下进行，体系内几乎不含空气(氧气)，在整个重排反应过程中不需要控制任何条件，使获得的二烯丙基双酚A产品质量大大提高，产品的色泽呈淡黄色，粘度指标范围为13500～15000mpa.s，低于现有工艺制备的二烯丙基双酚A的粘度；羟基当量指标范围为148～152g/mol，高于现有工艺制备的二烯丙基双酚A的羟基当量(140～145g/mol)，接近理论值(154g/mol)，证明本发明利用双酚A双烯丙基醚制备的二烯丙基双酚A的Claisen重排反应更完全。
需要说明的是，本发明的双马来酰亚胺树脂预聚物可由本发明制备的二烯丙基双酚A和二胺化合物通过溶剂法或熔融法制备而成。具体不再详述。
本发明制备的双马来酰亚胺树脂预聚物，由于原料二烯丙基双酚A具有更高的质量，因而由其制备的双马来酰亚胺树脂预聚物也具备更高的质量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种二烯丙基双酚A的制备方法，其特征在于，双酚A双烯丙基醚在惰性有机溶剂体系中以回流冷凝的方式进行Claisen重排反应制备所述二烯丙基双酚A，其中，
所述惰性有机溶剂相对于所述双酚A双烯丙基醚和所述二烯丙基双酚A为惰性的，且所述惰性有机溶剂与所述双酚A双烯丙基醚和所述二烯丙基双酚A互溶；
所述Claisen重排反应的反应温度为200～205℃，且所述惰性有机溶剂的沸点与所述双酚A双烯丙基醚的反应温度一致，为200～205℃；
所述惰性有机溶剂包括γ-丁内酯和N-甲基吡咯烷酮。
2.根据权利要求1所述的二烯丙基双酚A的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将惰性有机溶剂和双酚A双烯丙基醚分别加入装有搅拌装置、测温装置和回流冷凝装置的反应器内；
步骤2，在搅拌条件下升温至体系回流温度，在回流温度下计时反应3～5h；
步骤3，对反应体系降温，在真空条件下将惰性有机溶剂蒸出，并冷凝回收；
步骤4，收集反应器内的剩余物，得到所述二烯丙基双酚A。
3.根据权利要求2所述的二烯丙基双酚A的制备方法，其特征在于，所述惰性有机溶剂与双酚A双烯丙基醚的质量比为4:1。
4.根据权利要求2所述的二烯丙基双酚A的制备方法，其特征在于，所述回流温度为200～205℃。
5.根据权利要求2所述的二烯丙基双酚A的制备方法，其特征在于，所述降温是指温度降至140～160℃。
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