CN110437050A - 一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及2,2‑二羟甲基丙醛制备领域，具体是一种2,2‑二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，包括以下步骤：将甲醛和丙醛加入反应釜后，搅拌，同时将反应釜的温度，滴加碱性催化剂；碱性催化剂滴加完成后，再滴加甲酸进行中和；将中和后的反应液加入到减压蒸发器内，并用的热水作为热源；保存，蒸发完成后加入碳酸氢钠；其中，所述甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1‑3:0.5‑1.5:0.05‑0.15。本发明采取丙醛微过量的配比，实现了控制游离醛含量小于0.5%，采用80℃的热水作为热源，有效的减少了因高温蒸发对2,2‑二羟甲基丙醛的氧化量；加入双性物质碳酸氢钠，能较好的稳定产品的酸碱度，从而使产品能长时间的储存。

Description

一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺
技术领域
本发明涉及2,2-二羟甲基丙醛制备领域，具体是一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺。
背景技术
2,2-二羟甲基丙醛作为一种合成水性聚氨酯的新原料，正处于一种新研制阶段。由于2,2-二羟甲基丙醛极为活泼，在甲醛过量的碱性情况下可以被还原成三羟甲基乙烷，所以在合成2,2-二羟甲基丙醛的过程中就会产生有三羟甲基乙烷的情况；在高温和阳光照射时，2,2-二羟甲基丙醛则会被空气中的氧气氧化成2,2-二羟甲基丙酸，从而导致产品含量的降低而无法用于实际生产。
为了让2,2-二羟甲基丙醛作为原料应用于水性聚氨酯的合成中，减少2,2-二羟甲基丙醛未反应的游离甲醛、丙醛量，保证2,2-二羟甲基丙醛能长时间储存而不变质。
特提出了一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，包括以下步骤：
1）、加料反应
将甲醛和丙醛加入反应釜后，搅拌，同时将反应釜的温度降至20℃，滴加7-9h的碱性催化剂；
2）、中和
碱性催化剂滴加完成后，再滴加0.5-1.5h的甲酸进行中和，中和到pH为6.5-7.5；
3）、减压蒸发
将中和后的反应液加入到减压蒸发器内，并用70-90℃的热水作为热源，脱除未反应的丙醛、甲醛和水后，在检测水分为54-56%后停止蒸发；
4）、保存
蒸发完成后加入碳酸氢钠，保证二羟甲基丙醛处于稳定状态，保存期间避免高温和阳光直射，以防止二羟甲基丙醛被氧化；
其中，所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1-3:0.5-1.5:0.05-0.15；并在滴加的碱性催化剂期间用冷冻水降温反应釜，进而保持反应釜温度均匀上升至34-35℃。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1.5-2.2:0.8-1.2:0.07-0.13。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1.95:1:0.1。
作为本发明进一步的方案：所述碱性催化剂为氢氧化钠。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤1）中的甲醛和丙醛的质量浓度均为37%。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤1）中的滴加碱性催化剂的时间为8h。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤2）中的滴加甲酸中和的时间为1h。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤3）中的热水的温度为80℃。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤3）中的碳酸氢钠的质量浓度为0.5%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）采取丙醛微过量的配比，尽可能将游离的甲醛反应彻底，实现了控制游离醛含量小于0.5%，因为游离的甲醛会对下游合成水性聚氨酯时产生异味影响使用，同时游离的甲醛在负压情况下很难去除，而未反应的丙醛则很容易分离开来；
（2）采用80℃的热水作为热源，有效的减少了因高温蒸发对2,2-二羟甲基丙醛的氧化量；
（3）加入双性物质碳酸氢钠，能较好的稳定产品的酸碱度，从而使产品能长时间的储存。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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
本发明实施例中，一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，包括以下步骤：
1）、加料反应
将甲醛和丙醛加入反应釜后，搅拌，同时将反应釜的温度降至20℃，滴加7h的碱性催化剂；
2）、中和
碱性催化剂滴加完成后，再滴加0.5h的甲酸进行中和，中和到pH为6.5-7.5；
3）、减压蒸发
将中和后的反应液加入到减压蒸发器内，并用70℃的热水作为热源，脱除未反应的丙醛、甲醛和水后，在检测水分为54-56%后停止蒸发；
4）、保存
蒸发完成后加入碳酸氢钠，保证二羟甲基丙醛处于稳定状态，保存期间避免高温和阳光直射，以防止二羟甲基丙醛被氧化；
其中，所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1:0.5:0.05；并在滴加的碱性催化剂期间用冷冻水降温反应釜，保持反应釜温度均匀上升至34-35℃。
以及，所述碱性催化剂为氢氧化钠；所述步骤1）中的甲醛和丙醛的质量浓度均为37%；所述步骤3）中的碳酸氢钠的质量浓度为0.5%。
进而可以达到以下效果：
（1）采取丙醛微过量的配比，尽可能将游离的甲醛反应彻底，实现了控制游离醛含量小于0.5%；因为游离的甲醛会对下游合成水性聚氨酯时产生异味影响使用，同时游离的甲醛在负压情况下很难去除，而未反应的丙醛则很容易分离开来；
（2）采用80℃的热水作为热源，有效的减少了因高温蒸发对2,2-二羟甲基丙醛的氧化量；
（3）加入双性物质碳酸氢钠，能较好的稳定产品的酸碱度，从而使产品能较长时间的储存；
（4）解决了2,2-二羟甲基丙醛水溶液的分析技术，用碱性催化剂的滴定法测定水溶液的总醛含量，然后用液相色谱检测出游离的甲醛和丙醛量，使产品得到稳定的控制。
实施例2
本发明实施例中，一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，包括以下步骤：
1）、加料反应
将甲醛和丙醛加入反应釜后，搅拌，同时将反应釜的温度降至20℃，滴加9h的碱性催化剂；
2）、中和
碱性催化剂滴加完成后，再滴加1.5h的甲酸进行中和，中和到pH为6.5-7.5；
3）、减压蒸发
将中和后的反应液加入到减压蒸发器内，并用90℃的热水作为热源，脱除未反应的丙醛、甲醛和水后，在检测水分为54-56%后停止蒸发；
4）、保存
蒸发完成后加入碳酸氢钠，保证二羟甲基丙醛处于稳定状态，保存期间避免高温和阳光直射，以防止二羟甲基丙醛被氧化；
其中，所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为3:1.5:0.15；并在滴加的碱性催化剂期间用冷冻水降温反应釜，保持反应釜温度均匀上升至34-35℃。
以及，所述碱性催化剂为氢氧化钠；所述步骤1）中的甲醛和丙醛的质量浓度均为37%；所述步骤3）中的碳酸氢钠的质量浓度为0.5%。
进而可以达到以下效果：
（1）采取丙醛微过量的配比，尽可能将游离的甲醛反应彻底，实现了控制游离醛含量小于0.5%；因为游离的甲醛会对下游合成水性聚氨酯时产生异味影响使用，同时游离的甲醛在负压情况下很难去除，而未反应的丙醛则很容易分离开来；
（2）采用80℃的热水作为热源，有效的减少了因高温蒸发对2,2-二羟甲基丙醛的氧化量；
（3）加入双性物质碳酸氢钠，能较好的稳定产品的酸碱度，从而使产品能较长时间的储存；
（4）解决了2,2-二羟甲基丙醛水溶液的分析技术，用碱性催化剂的滴定法测定水溶液的总醛含量，然后用液相色谱检测出游离的甲醛和丙醛量，使产品得到稳定的控制。
实施例3
本发明实施例中，一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，包括以下步骤：
1）、加料反应
将甲醛和丙醛加入反应釜后，搅拌，同时将反应釜的温度降至20℃，滴加8h的碱性催化剂；
2）、中和
碱性催化剂滴加完成后，再滴加1h的甲酸进行中和，中和到pH为6.5-7.5；
3）、减压蒸发
将中和后的反应液加入到减压蒸发器内，并用80℃的热水作为热源，脱除未反应的丙醛、甲醛和水后，在检测水分为54-56%后停止蒸发；
4）、保存
蒸发完成后加入碳酸氢钠，保证二羟甲基丙醛处于稳定状态，保存期间避免高温和阳光直射，以防止二羟甲基丙醛被氧化；
其中，所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1.5:0.8:0.07；并在滴加的碱性催化剂期间用冷冻水降温反应釜，保持反应釜温度均匀上升至34-35℃。
以及，所述碱性催化剂为氢氧化钠；所述步骤1）中的甲醛和丙醛的质量浓度均为37%；所述步骤3）中的碳酸氢钠的质量浓度为0.5%。
进而可以达到以下效果：
（1）采取丙醛微过量的配比，尽可能将游离的甲醛反应彻底，实现了控制游离醛含量小于0.5%；因为游离的甲醛会对下游合成水性聚氨酯时产生异味影响使用，同时游离的甲醛在负压情况下很难去除，而未反应的丙醛则很容易分离开来；
（2）采用80℃的热水作为热源，有效的减少了因高温蒸发对2,2-二羟甲基丙醛的氧化量；
（3）加入双性物质碳酸氢钠，能较好的稳定产品的酸碱度，从而使产品能较长时间的储存；
（4）解决了2,2-二羟甲基丙醛水溶液的分析技术，用碱性催化剂的滴定法测定水溶液的总醛含量，然后用液相色谱检测出游离的甲醛和丙醛量，使产品得到稳定的控制。
实施例4
本发明实施例中，一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，包括以下步骤：
1）、加料反应
将甲醛和丙醛加入反应釜后，搅拌，同时将反应釜的温度降至20℃，滴加8h的碱性催化剂；
2）、中和
碱性催化剂滴加完成后，再滴加1h的甲酸进行中和，中和到pH为6.5-7.5；
3）、减压蒸发
将中和后的反应液加入到减压蒸发器内，并用80℃的热水作为热源，脱除未反应的丙醛、甲醛和水后，在检测水分为54-56%后停止蒸发；
4）、保存
蒸发完成后加入碳酸氢钠，保证二羟甲基丙醛处于稳定状态，保存期间避免高温和阳光直射，以防止二羟甲基丙醛被氧化；
其中，所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为2.2:1.2:0.13；并在滴加的碱性催化剂期间用冷冻水降温反应釜，保持反应釜温度均匀上升至34-35℃。
以及，所述碱性催化剂为氢氧化钠；所述步骤1）中的甲醛和丙醛的质量浓度均为37%；所述步骤3）中的碳酸氢钠的质量浓度为0.5%。
进而可以达到以下效果：
（1）采取丙醛微过量的配比，尽可能将游离的甲醛反应彻底，实现了控制游离醛含量小于0.5%；因为游离的甲醛会对下游合成水性聚氨酯时产生异味影响使用，同时游离的甲醛在负压情况下很难去除，而未反应的丙醛则很容易分离开来；
（2）采用80℃的热水作为热源，有效的减少了因高温蒸发对2,2-二羟甲基丙醛的氧化量；
（3）加入双性物质碳酸氢钠，能较好的稳定产品的酸碱度，从而使产品能较长时间的储存；
（4）解决了2,2-二羟甲基丙醛水溶液的分析技术，用碱性催化剂的滴定法测定水溶液的总醛含量，然后用液相色谱检测出游离的甲醛和丙醛量，使产品得到稳定的控制。
实施例5
本发明实施例中，一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，包括以下步骤：
1）、加料反应
将甲醛和丙醛加入反应釜后，搅拌，同时将反应釜的温度降至20℃，滴加8h的碱性催化剂；
2）、中和
碱性催化剂滴加完成后，再滴加1h的甲酸进行中和，中和到pH为6.5-7.5；
3）、减压蒸发
将中和后的反应液加入到减压蒸发器内，并用80℃的热水作为热源，脱除未反应的丙醛、甲醛和水后，在检测水分为54-56%后停止蒸发；
4）、保存
蒸发完成后加入碳酸氢钠，保证二羟甲基丙醛处于稳定状态，保存期间避免高温和阳光直射，以防止二羟甲基丙醛被氧化；
其中，所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1.95:1:0.1；并在滴加的碱性催化剂期间用冷冻水降温反应釜，保持反应釜温度均匀上升至34-35℃。
以及，所述碱性催化剂为氢氧化钠；所述步骤1）中的甲醛和丙醛的质量浓度均为37%；所述步骤3）中的碳酸氢钠的质量浓度为0.5%。
进而可以达到以下效果：
（1）采取丙醛微过量的配比，尽可能将游离的甲醛反应彻底，实现了控制游离醛含量小于0.5%；因为游离的甲醛会对下游合成水性聚氨酯时产生异味影响使用，同时游离的甲醛在负压情况下很难去除，而未反应的丙醛则很容易分离开来；
（2）采用80℃的热水作为热源，有效的减少了因高温蒸发对2,2-二羟甲基丙醛的氧化量；
（3）加入双性物质碳酸氢钠，能较好的稳定产品的酸碱度，从而使产品能较长时间的储存；
（4）解决了2,2-二羟甲基丙醛水溶液的分析技术，用碱性催化剂的滴定法测定水溶液的总醛含量，然后用液相色谱检测出游离的甲醛和丙醛量，使产品得到稳定的控制。
本方案针对反应配比、反应温度及蒸发温度做了以下实验：
1、通过实施例5，制得反应液一。
2、甲醛、丙醛和氢氧化钠的配比为2.2:1:0.1，将37%甲醛和丙醛一次性加入到反应釜中，启动反应釜搅拌器，开启反应釜降温水将反应釜的温度降至20℃，滴加配制好的氢氧化钠水溶液，控制碱液的滴加时间为8小时，期间用冷冻水降温保证反应釜温度均匀上升，钟温为34-35℃。反应完成后用甲酸中和PH至6.5-7.5，制得反应液二。
3、甲醛、丙醛和氢氧化钠的配比为1.95:1:0.1，将37%甲醛和丙醛一次性加入到反应釜中，启动反应釜搅拌器，开启反应釜降温水将反应釜的温度降至20℃，滴加配制好的氢氧化钠水溶液，控制碱液的滴加时间为8小时，期间用冷冻水降温保证反应釜温度均匀上升，钟温为45℃。反应完成后用甲酸中和PH至6.5-7.5，制得反应液三。
4、取反应液一400ml，使用1000ml的旋转蒸发器蒸发，热源为80℃的热水，开启真空泵至旋转烧瓶内水分含量为54-56%，制得蒸发液一。
5、取反应液一400ml，使用1000ml的旋转蒸发器蒸发，热源为120℃的导热油，开启真空泵至旋转烧瓶内水分含量为54-56%，制得蒸发液二。
检测结果如下：
反应液一 反应液二 反应液三 蒸发液一 蒸发液二
总醛基含量 9.7% 10.2% 8.3% 9.1% 8.4%
游离醛含量 1.2% 2.1% 0.8% 0.5% 0.3%
水分 60.1% 60.0% 60.1% 55.2% 54.7%
PH 7.15 7.22 6.93 6.85 6.93
通过表格和实验表明，当甲醛过量时，游离的甲醛会跟2,2-二羟甲基丙醛反应生成三羟甲基乙烷，从而导致产品含量降低；反应温度过高使反应速度加快，副反应较多，收率变低；蒸发温度过高亦会导致2,2-二羟甲基丙醛被氧化而降低含量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）、加料反应
将甲醛和丙醛加入反应釜后，搅拌，同时将反应釜的温度降至20℃，滴加7-9h的碱性催化剂；
2）、中和
碱性催化剂滴加完成后，再滴加0.5-1.5h的甲酸进行中和，中和到pH为6.5-7.5；
3）、减压蒸发
将中和后的反应液加入到减压蒸发器内，并用70-90℃的热水作为热源，脱除未反应的丙醛、甲醛和水后，在检测水分为54-56%后停止蒸发；
4）、保存
蒸发完成后加入碳酸氢钠；
其中，所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1-3:0.5-1.5:0.05-0.15；并在滴加的碱性催化剂期间用冷冻水降温反应釜，保持反应釜温度均匀上升至34-35℃。
2.根据权利要求1所述的一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，其特征在于，所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1.5-2.2:0.8-1.2:0.07-0.13。
3.根据权利要求1所述的一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，其特征在于，所述步骤1）中的甲醛、丙醛和碱性催化剂加入的摩尔配比为1.95:1:0.1。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，其特征在于，所述碱性催化剂为氢氧化钠。
5.根据权利要求1所述的一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，其特征在于，所述步骤1）中的甲醛和丙醛的质量浓度均为37%。
6.根据权利要求1所述的一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，其特征在于，所述步骤1）中的滴加碱性催化剂的时间为8h。
7.根据权利要求1所述的一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，其特征在于，所述步骤2）中的滴加甲酸中和的时间为1h。
8.根据权利要求1所述的一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，其特征在于，所述步骤3）中的热水的温度为80℃。
9.根据权利要求1所述的一种2,2-二羟甲基丙醛水溶液的合成工艺，其特征在于，所述步骤3）中的碳酸氢钠的质量浓度为0.5%。
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