CN110467546B - 一种制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的方法，所述方法包括如下步骤：将间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯溶于有机溶剂，在保护性气体吹扫下进行热分解反应，得到所述间苯二亚甲基二异氰酸酯。本发明所述制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的工艺简单易行、绿色环保、成本较低、且能够实现放大生产；该法使用的反应溶剂可以回收利用；且制备得到的产物收率很高。
Description
技术领域
本发明涉及化合物制备领域，具有涉及一种制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的方法。
背景技术
特种异氰酸酯间苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)同时具有芳香族和脂肪族的结构，在苯环和异氰酸酯基之间引进了亚甲基，从而使利用其制得的聚氨酯制品具有不黄变的特性，因此主要应用于各种耐黄变的涂料、高档聚氨酯弹性体、聚氨酯皮革、高档聚氨酯眼镜片领域。目前，XDI作为较大宗的异氰酸酯，其国际市场和国内市场均需求可观。
XDI的传统生产工艺是采用间苯二甲胺(XDA)光气化低温成盐法，XDA先与干燥的氯化氢或二氧化碳反应生成盐，然后在适当的高温下与气态光气反应生成XDI。该方法采用有毒原料光气，操作复杂，而且产生大量的副产物盐酸，对设备具有很强的腐蚀性，存在多种缺陷或者隐患，因此需要更加高效安全绿色的制造方法来代替光气法。
在各种非光气绿色清洁合成路线中，氨基甲酸酯热解法是最有发展前景的方法，该方法使用的温度相对较低，反应较为温和，易于操作控制。氨基甲酸酯热解法是氨基甲酸酯首先脱除一分子烷基醇产生中间体单氨基甲酸酯，然后单氨基甲酸酯再热解脱去另一分子烷基醇产生二异氰酸酯，脱去的烷基醇可以回收利用，因此该工艺是绿色化学工艺。
WO8805430A公开了一种采用醇钠作为催化剂，以碳酸二甲酯与己二胺合成己二氨基甲酸甲酯，再进一步热解制备己二异氰酸酯的方法，此方法收率很低仅为9％，且醇钠与溶液形成均相给分离带来困难。
JP2001—398911公开了一种采用碳酸甲基苯基酯与己二胺合成己二氨基甲酸甲酯，再用月桂酸二丁基锡催化热解己二胺基甲酸甲酯的方法，虽然胺解率可达到99.9％，但产品总收率比较低，且需要使用价格较高的碳酸甲基苯基酯为原料，制备成本较高。
CN101195590A公开了一种利用六亚甲基二氨基甲酸甲酯液相热裂解制备1,6-己二异氰酸酯的方法，由离子液体作为反应溶剂，担载型金属氧化物作为催化剂，该方法的主要特点是反应条件温和、清洁、绿色、挥发性小，但是离子液体的价格昂贵且后期难以去除，其制备得到的1,6-己二异氰酸酯产率也不高。
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CN105143177A公开了一种苯二甲撑二异氰酸酯的制造方法，其制备产物苯二甲基二异氰酸酯与醇类以及溶剂分离后，溶剂直接取出与新鲜苯二甲基二氨基碳酸酯混合，循环使用，这样溶剂中残留的苯二甲基二异氰酸酯聚合，积累在溶剂中，导致溶剂容易变质无法正常使用，而且产物的收率也不高。
因此，开发出一种能够克服上述现有技术中的缺点，使得制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的工艺简单易行、绿色环保、成本较低、能够实现放大生产，且使制备得到的产物收率高、副产物少、反应溶剂可以回收利用的方法是很重要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的方法。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的方法，所述方法包括如下步骤：将间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯溶于有机溶剂，在保护性气体吹扫下进行热分解反应，得到所述间苯二亚甲基二异氰酸酯。
本发明所述制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的工艺简单易行、绿色环保、成本较低、且能够实现放大生产；另外该法制备得到的产物收率高、副产物少、且反应溶剂可以回收利用。
优选地，所述有机溶剂包括甲苯、间二甲苯、乙苯、乙醚、氯苯、邻二氯苯或环己烷中的任意一种或至少两种的组合，所述两种的组合例如甲苯和二甲苯、乙醚和氯苯、邻二氯苯和甲烷、氯苯和邻二氯苯等。
所述有机溶剂在高压下均属于低沸点溶剂，一方面，溶剂的分散性和传热效果好；另一方面，溶剂容易进行分离提纯，且需要提供的能耗很低，在保证不变质的前提下能被循环使用，也不会污染目标产物，使得目标产物的产率提高。
优选地，所述有机溶剂包括甲苯、乙苯、氯苯或邻二氯苯中的任意一种或至少两种的组合，所述两种的组合例如甲苯和乙苯、氯苯和邻二氯苯、乙苯和氯苯等。
优选地，在所述有机溶剂中还加入催化剂。
优选地，所述催化剂包括碱性金属氧化物和/或过渡金属氧化物。
优选地，所述催化剂包括氧化锌、氧化镁、氧化锑或氧化钛中的任意一种或至少两种的组合，所述两种的组合包括氧化锌和氧化镁、氧化锑和氧化钛、氧化镁和氧化锑等。
所述催化剂均为非均相催化剂，易成型，易分离，不会污染目标产物，使得目标产物的产率提高，且成本比较低，毒性低，绿色环保。
在本发明中，所述间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯在有机溶剂中的质量百分浓度为0.1％-50％，例如0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、45％或50％等，优选2％-20％。所述间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯在有机溶剂中的质量百分浓度特定选择在0.1％-50％范围内，若超过此范围，虽然间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯转化率很高，但间苯二亚甲基二异氰酸酯收率很低，且间苯二亚甲基二异氰酸酯十分不稳定，易自聚，因此原料的消耗成本很高，没有现实意义；若小于此范围，虽然间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯转化率以及间苯二亚甲基二异氰酸酯收率都很高，但反应过程的能耗很高，也没有现实意义。在本发明中，所述催化剂的质量为所述间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯质量的0-30％但不包括0，例如0.1％、0.3％、0.5％、0.8％、1％、1.3％、1.5％、2％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、23％、25％、28％或30％，优选0.1％-10％。
优选地，所述进行热分解反应的压力为0.1-5.0MPa，例如0.1MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.7MPa、1MPa、1.3MPa、1.5MPa、1.8MPa、2MPa、2.2MPa、2.5MPa、2.8MPa、3.0MPa、3.5MPa、3.8MPa、4.0MPa、4.5MPa、4.8MPa或5.0MPa，优选0.3-1.2MPa。
所述热分解反应的压力特定选择在0.1-5.0MPa的范围，是因为当压力超过此范围值5MPa时，间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯的转化率很低；当压力小于此范围值0.1MPa时，则会导致大量溶剂蒸发甚至沸腾，能耗很大，失去现实意义。
优选地，所述进行热分解反应的温度为120-400℃，例如120℃、150℃、180℃、200℃、230℃、250℃、270℃、290℃、300℃、320℃、350℃、380℃或400℃，优选230-270℃。所述进行热分解反应的温度特定选择在120-400℃范围内，若超过此范围，过高的温度会使反应时间大大缩短，但反应设备难以在短时间内将温度升高至此，因此工艺难以调控；小于此范围会使反应时间过长，产品收率降低。
优选地，所述进行热分解反应的时间为60-500min，例如60min、80min、100min、120min、150min、180min、200min、220min、240min、260min、280min、300min、350min、380min、400min、430min、450min、480min或500min，优选120-300min。
优选地，所述进行热分解反应的同时给予搅拌。
优选地，所述保护性气体为氮气。
优选地，所述氮气的吹扫速率为300-600mL/min，例如300mL/min、350mL/min、400mL/min、450mL/min、500mL/min、550mL/min或600mL/min等。
作为本发明的优选技术方案，所述方法具体包括如下步骤：将间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯溶于有机溶剂，使其质量百分浓度为0.1％-50％，再向其中加入催化剂，使其质量为间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯质量的0-30％，控制压力为0.1-5.0MPa，温度为120-400℃，并在催化剂催化和氮气吹扫下进行热分解反应，持续60-500min，得到所述间苯二亚甲基二异氰酸酯。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明所述制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的工艺简单易行、绿色环保、成本较低、且能够实现放大生产、易于工业化和自动化；
使用该方法制备得到的间苯二亚甲基二异氰酸酯收率高，纯度高，且副产物少；
该方法使用的有机溶剂廉价易得，易与产品分离，易于提纯和回收利用。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
实施例1-29
本实施例制备间苯二亚甲基二异氰酸酯，其制备方法包括如下步骤：
采用1000mL反应釜作为热分解反应器，并将x g间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯、yg溶剂A、z g催化剂B加入反应釜，密封反应釜，开搅拌，控制压力为a MPa，温度为b℃，并在cmL/min氮气吹扫下进行热分解反应，持续t min，得到所述间苯二亚甲基二异氰酸酯。
实施例1-29的制备方法中各参数具体数值及原料苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯(XDC)的转化率、间苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)的收率如表1和表2所示。
实施例30
本实施例进行放大制备间苯二亚甲基二异氰酸酯，其制备方法包括如下步骤：
采用100L反应釜作为热分解反应器，并将6.5Kg间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯、58.5Kg邻二氯苯、0.65Kg氧化锌加入反应釜，密封反应釜，开搅拌，控制压力为0.75MPa，温度为270℃，并在50L/min氮气吹扫下进行热分解反应，持续120min，得到所述间苯二亚甲基二异氰酸酯。
实施例1-30制备得到的间苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)收率以及原料间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯(XDB)的转化率如表1和表2所示。
表1
表2
根据表1和表2数据可知：对比实施例1和实施例21-25，间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯在有机溶剂中的质量百分浓度特定选择在0.1％-50％范围时，XDC的转化率和XDI的收率均较高，而在2％-20％范围时，XDC的转化率和XDI的收率更高；若超过50％，虽然XDC转化率较高，但XDI收率很低，且间苯二亚甲基二异氰酸酯十分不稳定易自聚，因此原料的消耗成本很高，没有现实意义。
对比实施例1和实施例26-29，反应压力控制在0.1-5.0MPa时，XDC的转化率和XDI的收率均较高，而在0.3-1.2MPa范围时，XDC的转化率和XDI的收率更高；当压力超过此范围值5.0MPa时，XDC的转化率和XDI的收率均比较低。
对比实施例1和实施例30，说明该制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的方法可以实现放大生产。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (5)
1.一种制备间苯二亚甲基二异氰酸酯的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯溶于有机溶剂，在保护性气体吹扫下进行热分解反应，得到所述间苯二亚甲基二异氰酸酯；
所述有机溶剂为甲苯、间二甲苯、乙苯、乙醚、氯苯、邻二氯苯或环己烷中的任意一种或至少两种的组合；
在所述有机溶剂中还加入催化剂；所述催化剂为质量比为1:1的氧化锌和氧化钛的组合；
所述进行热分解反应的压力为0.3-1.2MPa；
所述间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯在有机溶剂中的质量百分浓度为2％-20％；
所述催化剂的质量为所述间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯质量的0.1％-10％；
所述进行热分解反应的温度为230-270℃；
所述进行热分解反应的时间为120-300min。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行热分解反应的同时给予搅拌。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护性气体为氮气。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氮气的吹扫速率为300-600mL/min。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：将间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯溶于有机溶剂，所述有机溶剂为甲苯、间二甲苯、乙苯、乙醚、氯苯、邻二氯苯或环己烷中的任意一种或至少两种的组合，使其质量百分浓度为2％-20％，再向其中加入催化剂，所述催化剂为质量比为1:1的氧化锌和氧化钛的组合，使其质量为间苯二亚甲基二氨基甲酸乙酯质量的0.1-10％，控制压力为0.3-1.2MPa，温度为230-270℃，并在催化剂催化和氮气吹扫下进行热分解反应，持续120-300min，得到所述间苯二亚甲基二异氰酸酯。
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