CN110857280A - 一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸盐的制备方法，包括：混合溶剂的制备、碱液的制备、连续中和反应；所述连续中和反应，将2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸溶液和碱液连续混合后进行反应，同时开启冷却水系统，温度为‑20‑30℃，反应液pH为8‑10；优选pH为8.5‑9.5；还包括滴加第二阻聚剂，搅拌1小时，调节溶液pH=8.5‑9.5，继续搅拌30min；本发明得到的2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸盐，产品质量稳定，1年内色度指标稳定，变化为5‑10；粘度指标稳定，变化为0.1‑0.3mpa.s；纯度指标稳定，变化为0.09‑0.13%。
Description
技术领域
本发明属于化合物制备技术领域，涉及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐，具体涉及一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法。
背景技术
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，英文名称为2-Acrylamide-2-methylpropanesulfonicacid，简称AMPS，是一种多功能水溶性阴离子单体，性状为白色结晶固体。
由于AMPS结构式中含有强阴离子性、水溶性、并对盐不敏感的磺酸基团，屏蔽的酰胺基团及不饱和双键，使其具有优良的性能。AMPS的特殊结构也可用于改善非水溶性高聚物的综合性能。它的聚合物都是优秀的功能高分子电解质，作为染料固定剂、絮凝剂、分散剂、增粘增稠剂，已广泛应用于化纤、塑料、涂料、表面活性剂、造纸、水处理和油田化学等领域。
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸本身为粉末状固体，且为强酸性，其在实际生
产使用中易起粉尘，以及造成设备腐蚀、环境污染。后来有国外公司开发了其盐溶液产品，溶液产品与固体粉末相比，具有诸多的优势，一是解决了强酸粉末带来的各种设备、环境问题。二是液体产品使用方便，易于实现下游产业的自动化控制。正是由于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐溶液产品的种种优势，其应用的范围较之粉末固体更广泛，国内外的市场需求呈逐年上升的趋势。
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐溶液产品一般是用碱性物质与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸进行中和制备而成，但是该中和过程却有一定的技术难度，如果制备工艺存在缺陷，所制备的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐溶液的质量稳定性就很差，存放一段时间后，溶液很容易出现变黄，纯度下降，粘度超标甚至大量自聚等问题。轻则产品的性能达不到使用标准，重则产品自聚无法使用，造成重大损失。
专利CN201510811857.6中提到一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐类单体的制备方法，该方法重点是丙烯酰胺基烷基磺酸盐的提纯，以及高收率。专利CN201310044319.X中提到一种制备固体丙烯酰胺基烷基磺酸盐的方法，该专利的盐溶液制备过程设计存在缺陷，且最终制备成固体盐产品。这样不仅违背了制备溶液产品的初衷，也没有解决盐溶液产品的质量稳定性问题。
发明内容
本发明针对以上不足，提供了一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，以实现和解决以下发明目的和技术问题：
（1）本发明的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，效率高、易于大生产化。
（2）本发明的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，解决现有技术方法制备产品易变黄，纯度下降，粘度超标甚至自聚等质量不稳定的问题。
为解决上述技术问题，采用以下技术方案：
一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法包括：混合溶剂的制备、碱液的制备、连续中和反应、滴加第二阻聚剂。
作为本发明优选的技术方案，所述连续中和反应，将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液和碱液按照一定流速连续混合后进行反应，同时开启冷却水系统，控制温度为-20-30℃，控制反应液pH为8-10。
作为本发明优选的技术方案，所述混合溶剂的制备，将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末，第一阻聚剂及水混合，搅拌溶解。
作为本发明优选的技术方案，所述混合溶剂的制备，第一阻聚剂的加量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末和水的总量的20ppm-40ppm。
作为本发明优选的技术方案，所述滴加第二阻聚剂，滴加第二阻聚剂后搅拌1小时，调节溶液pH=8-10，继续搅拌30min。
作为本发明优选的技术方案，所述滴加第二阻聚剂，滴加第二阻聚剂后搅拌1小时，调节溶液pH=8.5-9.5，继续搅拌30min。
作为本发明优选的技术方案，所述滴加第二阻聚剂，所述第二阻聚剂加量，以流入2#反应釜内总物料量的占比计，为54-68ppm。
作为本发明优选的技术方案，所述第一阻聚剂包括对苯二酚、对苯醌、对羟基苯甲醚，优选对羟基苯甲醚。
作为本发明优选的技术方案，所述第二阻聚剂包括对苯二酚、对苯醌、对羟基苯甲醚，优选对羟基苯甲醚。
作为本发明优选的技术方案，所述碱液的制备，碱液浓度为45%。
本发明提供了一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，包括如下步骤：
（1）混合溶剂的制备：将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末，第一阻聚剂及水投加到2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸配制罐中，配制一定浓度的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液，并将其打入高位槽1中备用。
（2）碱液的制备：将碱性试剂与水投加到通有冷却水的碱液配制罐中，配制一定浓度的碱液，并将其打入高位槽2中备用。
（3）连续中和反应：打开步骤高位槽1和高位槽2的阀门，调节流量计，使其按照一定的流速连续混合到反应釜1中进行反应，同时开启冷却水系统，控制温度为-20-30℃，控制釜内反应液pH始终保持在8-10。
（4）滴加第二阻聚剂：反应釜1所得的混合液溢流到反应釜2中，并同时滴加一定量的第二阻聚剂溶液。搅拌1h后，进行pH值的复调，调节完毕，搅拌30min。
（5）过滤：将反应液经袋式过滤器过滤后，直接出料包装。即得2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐。
所述（1）中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末与水的重量比为(1.2-1.5):1，优选1.3:1；投加方式为把2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸投加到水中。
本发明的发明人在研究中发现，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐溶液产品的质量稳定性不仅与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸产品的纯度有关，而更为重要的是盐溶液制备过程的控制。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备需要综合考虑各个环节的控制，才能得到质量稳定的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐产品，其中特别是中和反应瞬间放热的平稳以及pH的控制至关重要。
本发明所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末，包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸合成品、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸精制品，优选2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸精制品，纯度≥99%，含铁≤2ppm。本发明人研究发现铁离子的存在对2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的质量稳定性影响较大，其会引起溶液的缓慢聚合，还会引起盐溶液产品的颜色逐渐发黄加深。
本发明所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其中，碱性试剂优选离子膜液碱，杂质少，特别是铁离子含量低。
其中所述碱液配制罐需要通入冷却水降温，碱液与水的混合瞬间，会放出大量的热，使其在中和反应前即降温至常温，大大减轻了对中和反应放热的影响。
本发明所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其中，步骤（3）中和反应的控制是关键点。酸碱中和是典型的放热反应，温度的控制很重要控制温度为-20-30℃，优选10-30℃。温度过低，反应过慢，pH值达到平稳期所需时间过长。温度过高，随时会有聚合的风险。特别重要的是控制反应釜1中的pH要使其始终维持在8-10，优选8.5-9.5，pH值过低2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸极易聚合，pH值过高2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸则易于分解，纯度下降。主要是通过调控两个高位槽溶液的滴加速率来控制，使两种原料维持在一个化学反应平衡点，有力保证反应放热的平稳均匀以及pH的稳定。
现有技术的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸制备方法，不论是将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸投加到碱性试剂中还是将碱性试剂投加到2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中，反应条件都不稳定，放热不均匀，特别是反应体系的pH值一直处于酸性或者碱性中，造成产品易于聚合或分解，质量不稳定。另外有提到将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与碱性试剂的粉末先混合均匀，再投加到水中。此种操作在实际生产中是不太现实的，两种不同形态、比重的固体粉末很难做到混合均匀，增加了操作难度与耗时。再就是该固体混合物，投加到水中，需要经历先溶解之后才能参与中和反应，这样整个的反应放热和pH的稳定性就无法保证。
本发明的发明人研究发现，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐制备前期的中和反应以及后续控制不好，产品的pH值在存放一段时间后会出现较大幅度下降，进而会影响产品的质量稳定性。
本发明所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其中，步骤（4）
中反应釜2，是为了保证产品反应的完全程度，1h后，随着反应的深化，产品的pH值会有稍微的波动。此时，紧接着对反应液的pH进行复调，使其进一步维持在8-10之间，优选8.5-9.5，在搅拌30min，出料。这样所得产品，其pH值在正常存放的情况下，基本不再发生变化。
本发明所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其中，步骤（5）将反应液经袋式过滤器过滤后，直接出料包装。原料中的副产物杂质以及铁离子等与碱性物质作用后，会形成一些分散的细小絮状物，及时的将其过滤除掉，可以避免产品在存放一段时间后形成絮状沉积，影响产品质量稳定，并使产品颜色加深。所述袋式过滤器构造形式没有特别的限定，过滤膜的过滤精度优选4-100um。
本发明所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其中，步骤（1）和步骤（4）中涉及的第一阻聚剂，第二阻聚剂包括对苯二酚,对苯醌、对羟基苯甲醚，优选对羟基苯甲醚。分两个阶段加入，第一阻聚剂，加量为20ppm-40ppm，第二阻聚剂，加量54ppm-68ppm。
本发明提供的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐制备方法，综合考虑了原料的选择、阻聚剂的添加方式、过滤等各个环节的控制，其中特别是中和反应放热平稳以及pH的控制，使得到产品的质量稳定性大大提高。整个制备流程，设计合理高效，并适合连续化生产作业，易于大生产化。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，解决了现有技术方法制备产品易变黄，纯度下降，粘度超标甚至自聚等质量不稳定的问题；产品质量稳定，1年内：色度指标稳定，变化为5-10；粘度指标稳定，变化为0.1-0.3mpa.s；纯度指标稳定，变化为0.09-0.13%。
附图说明
图1：本发明的设备连接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方案进行描述。
实施例1一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法
（1）混合溶剂的制备：
在配制罐中，将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸682kg(纯度99.27%，铁1.1ppm)，阻聚剂0.0241kg投加到525kg水中，搅拌溶解，打入高位槽1中。
（2）碱液的制备：
将液碱与水投加到通有冷却水的碱液配制罐中，配制293kg浓度为45%碱液，打入高位槽2中。
（3）连续中和反应：
打开高位槽1和高位槽2的阀门，调节质量流量计，高位槽1的流速为804.5kg/h，高位槽2的流速为195.5kg/h,均匀连续流入到反应釜1中进行混合搅拌，同时开启冷却水系统，控制釜内温度为20℃，反应釜在线pH值显示在9.2-9.5之间。
（4）滴加第二阻聚剂：
反应釜1内混合液溢流至反应釜2中，并同时滴加第二阻聚剂0.0809kg。搅拌反应，1小时后，根据反应釜2在线pH值显示数值，补加少许碱液调节溶液pH=9.3,调节完毕，继续搅拌30min。
（5）过滤：
将反应釜2的溶液，由泵打入袋式过滤器，过滤器出液管直接出料包装。即得浓度为50%的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐产品。
实施例2一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法
（1）混合溶剂的制备：
在配制罐中，将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸682kg(纯度99.30%，铁1.5ppm),阻聚剂0.0483kg投加到525kg水中，搅拌溶解，打入高位槽1中。
（2）碱液的制备：
将液碱与水投加到通有冷却水的碱液配制罐中，配制293kg浓度为45%碱液，打入高位槽2中。
（3）连续中和反应：
打开高位槽1和高位槽2的阀门，调节质量流量计，高位槽1的流速为603.4kg/h，高位槽2的流速为146.5kg/h，均匀连续流入到反应釜1中进行混合搅拌，同时开启冷却水系统，控制釜内温度为20℃，反应釜在线pH值显示在9.2-9.5之间。
（4）滴加第二阻聚剂：
反应釜1内混合液溢流至反应釜2中，并同时滴加第二阻聚剂0.1017kg。搅拌反应，1小时后，根据反应釜2在线pH值显示数值，补加少许碱液调节溶液pH=9.5,调节完毕，继续搅拌30min。
（5）过滤：
将反应釜2的溶液，由泵打入袋式过滤器，过滤器出液管直接出料包装。即得浓度为50%的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐产品。
实施例3一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法
（1）混合溶剂的制备：
在配制罐中，将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸682kg(纯度99.36%，铁1.88ppm)，阻聚剂0.0241kg投加到525kg水中，搅拌溶解，打入高位槽1中。
（2）碱液的制备：
将液碱与水投加到通有冷却水的碱液配制罐中，配制195kg浓度为45%碱液，打入高位槽2中。
（3）连续中和反应：
打开高位槽1和高位槽2的阀门，调节质量流量计，高位槽1的流速为603.4kg/h，高位槽2的流速为146.5kg/h，均匀连续流入到反应釜1中进行混合搅使，同时开启冷却水系统，控制釜内温度为25℃，反应釜在线pH值显示在8.5-8.8之间。
（4）滴加第二阻聚剂：
反应釜1内混合液溢流至反应釜2中，并同时滴加第二阻聚剂0.0809kg。搅拌反应，1小时后，根据反应釜2在线pH值显示数值，补加少许碱液调节溶液pH=8.5,调节完毕，继续搅拌30min。
（5）过滤：
将反应釜2的溶液，由泵打入袋式过滤器，过滤器出液管直接出料包装。即得浓度为50%的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐产品。
以下为本发明实施例制备的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐溶液产品与国内某公司现有技术产品在不同的存放时间主要指标变化对比。
表1，产品色度指标(标准≤90)
表2，产品粘度指标(标准≤14)
表3，产品纯度指标（≥99%）
由以上3个表格，产品的色度、粘度、纯度在不同时间的检测对比来看，本发明实施例所制备的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐产品的质量稳定性较好：12个月内，色度指标稳定，变化为5-10；粘度指标稳定，变化为0.1-0.3mpa.s；纯度指标稳定，变化为0.09-0.13%。在存放1年后仍能达到标准，明显优于现有技术水平制备的产品。
除非另有说明，本发明所采用的百分数均为重量百分数，本发明所述的比例，均为质量比例。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法包括：混合溶剂的制备、碱液的制备、连续中和反应、滴加第二阻聚剂。
2.根据权利要求1所述的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述连续中和反应，将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液和碱液按照一定流速连续混合后进行反应，同时开启冷却水系统，控制温度为-20-30℃，控制反应液pH为8-10。
3.根据权利要求2所述的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述混合溶剂的制备，将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末，第一阻聚剂及水混合，搅拌溶解。
4.根据权利要求1或2所述的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述混合溶剂的制备，第一阻聚剂的加量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末和水的总量的20ppm-40ppm。
5.根据权利要求1所述的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述滴加第二阻聚剂，滴加第二阻聚剂后搅拌1小时，调节溶液pH=8-10，继续搅拌30min。
6.根据权利要求1所述的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述滴加第二阻聚剂，滴加第二阻聚剂后搅拌1小时，调节溶液pH=8.5-9.5，继续搅拌30min。
7.根据权利要求1或6所述的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述滴加第二阻聚剂，所述第二阻聚剂加量，以流入2#反应釜内总物料量的占比计，为54-68ppm。
8.根据权利要求1所述的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述第一阻聚剂包括对苯二酚、对苯醌、对羟基苯甲醚，优选对羟基苯甲醚。
9.根据权利要求1或7所述的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，
所述第二阻聚剂包括对苯二酚、对苯醌、对羟基苯甲醚，优选对羟基苯甲醚。
10.根据权利要求1或7所述的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐的制备方法，其特征在于，所述碱液的制备，碱液浓度为45%。
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