CN1733687A - 一种(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的制备方法。在至少一种阻聚剂和共沸剂的存在下,以(甲基)丙烯酸和高级脂肪醇(十二碳醇以上)为原料,在酸性催化剂作用下,直接酯化合成(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯。酯化反应结束后,反应产物经后处理,再减压蒸馏除去多余的共沸剂和水,产品纯度大于98%,酸度小于0.03%,色度小于100(APHA)。本发明提供的方法操作简单,收率高,产品质量好,可实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的制备方法,具体地说涉及一种(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的合成及提纯方法。
背景技术
(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯,或称作(甲基)丙烯酸长链烷基酯,是一类重要的精细化工产品和高分子聚合单体,含有疏水性长链脂肪烃骨架,具有耐侯、耐水、低粘结性、柔性、硬性、抗冲击性的特点,在涂料、降凝剂、塑料、造纸及皮革、化工等领域都有着广泛的用途。(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯作为聚丙烯酸酯乳液的单体之一,可以改善乳液的耐水性;(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的共聚物(PAHE)或(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯与其它单体的共聚物是一类重要的原油降凝剂,能改善原油的低温流动性,主要在原油的管道集输、稠油的开采等领域使用,又可作为成品油流改剂;(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的均聚物或与苯乙烯、马来酸酐等单体的共聚物可用作塑料增塑剂,在造纸行业用作纸张涂层剂,皮革行业用作皮革鞣制剂,还可作为化妆品、日用品的助剂以及水处理阻垢剂等。
(甲基)丙烯酸低级脂肪醇酯如甲酯、乙酯、丁酯和2-乙基己酯等,通常采用酯交换法或直接酯化法合成。但是,用酯交换法制备(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯时,原料低级酯大多使用(甲基)丙烯酸甲酯,由于其沸点低,反应只能在较低温度下进行,使反应时间加长;另外,(甲基)丙烯酸甲酯及(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的共聚或均聚,会使(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的产率降低,因此一般阻聚剂加入量较多,从成本和后处理两方面考虑,此方法不太合适。目前,国内几乎没有关于(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯合成方面的专利报道。
本发明提供了一种以(甲基)丙烯酸和高级脂肪醇为原料,通过直接酯化合成(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的方法。本发明提供的方法操作简单,收率高,产品质量好,可实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种高收率地制备(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的方法。本发明提供的(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的制备方法包括:
(1)在至少一种阻聚剂和共沸剂的存在下,以(甲基)丙烯酸和高级脂肪醇为原料,在酸性催化剂作用下,直接酯化合成(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯。其中,(甲基)丙烯酸是指丙烯酸或甲基丙烯酸;高级脂肪醇是指碳原子数为十二及其以上的脂肪醇;阻聚剂为对苯二酚、氢醌单甲醚、吩噻嗪、醋酸铜、硫酸铜、二丁基二硫代氨基甲酸铜中的任一种或它们混合物,优选对苯二酚或硫酸铜或醋酸铜,其用量为反应物总量的0.1~5.0wt%,优选0.2~2.0wt%;酸性催化剂为硫酸、磷酸、盐酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、磺酸型强酸性阳离子交换树脂中的任一种或它们混合物,优选甲磺酸或对甲苯磺酸,其用量为反应物总量的0.1~5.0wt%,优选0.5~2.0wt%;反应过程中需加入共沸剂将反应生成的水移出反应体系,共沸剂为苯、甲苯、环己烷、四氯化碳、氯仿、正戊烷、正己烷中的任一种或它们混合物,优选甲苯或环己烷,其用量为反应物总量的1~60wt%,优选20~40wt%;(甲基)丙烯酸与高级脂肪醇的摩尔比为0.5~5.0,优选1.0~2.0;酯化反应温度为80~150℃,优选100~135℃;酯化反应时间为1~20h,优选5~10h。
(2)酯化反应结束后,反应产物在不低于60℃的条件下先用氢氧化钠溶液处理,再用纯水处理至中性,然后减压精馏。其中,氢氧化钠溶液浓度为1~20wt%,优选5~10wt%;减压精馏温度为35~70℃,优选40~60℃;真空度为5~100kPa,优选30~50kPa。
具体实施方式
下面将用具体的实施例来对本发明内容作进一步的说明,但本发明的范围不只局限于实施例。
以下实施例中反应收率以醇为基准。
实施例1~5
在带有分水器的反应釜中加入高级脂肪醇,在75℃下熔融后加入丙烯酸、共沸剂环己烷、催化剂对甲苯磺酸和阻聚剂醋酸铜,丙烯酸/高级脂肪醇的摩尔比为1.2∶1,环己烷用量为反应物总量的30wt%,对甲苯磺酸用量为反应物总量的1.2wt%,醋酸铜用量为反应物总量的0.5wt%。搅拌下加热升温,搅拌速度为300r/min、反应温度为115℃,反应6.5h后以醇为基准的反应收率结果见表1。
表1 不同高级脂肪醇为原料的反应收率
实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
脂肪醇反应收率,% | 十二醇95.9 | 十四醇95.0 | 十六醇94.8 | 十八醇93.8 | 二十醇90.9 |
实施例6~8
以十八醇为原料合成丙烯酸十八酯,反应条件同实施例1,改变阻聚剂种类的反应结果见表2。
表2 阻聚剂种类对丙烯酸十八酯反应收率的影响
实施例 | 4 | 6 | 7 | 8 |
阻聚剂反应收率,% | 醋酸铜93.8 | 硫酸铜97.3 | 对苯二酚91.2 | 吩噻嗪78.3 |
实施例9~12
原料及反应条件同实施例6,改变阻聚剂用量的反应结果见表3。
表3 阻聚剂用量对丙烯酸十八酯反应收率的影响
实施例 | 6 | 9 | 10 | 11 | 12 |
阻聚剂用量,wt%反应收率,% | 0.597.3 | 0.295.2 | 0.796.8 | 1.095.8 | 2.093.6 |
实施例13~16
原料及反应条件同实施例6,改变催化剂用量的反应结果见表4。
表4 催化剂用量对丙烯酸十八酯反应收率的影响
实施例 | 6 | 13 | 14 | 15 | 16 |
催化剂用量,wt%反应收率,% | 1.297.3 | 0.388.0 | 0.895.9 | 1.597.4 | 2.096.8 |
实施例17~20
原料及反应条件同实施例6,改变丙烯酸与十八醇的摩尔比,结果见表5。
表5原料配比对丙烯酸十八酯反应收率的影响
实施例 | 6 | 17 | 18 | 19 | 20 |
丙烯酸/十八醇摩尔比反应收率,% | 1.297.3 | 1.092.1 | 1.195.7 | 1.597.6 | 2.097.8 |
实施例21~24
原料及反应条件同实施例6,改变共沸剂种类的反应结果见表6。
表6共沸剂种类对丙烯酸十八酯反应收率的影响
实施例 | 6 | 21 | 22 | 23 | 24 |
共沸剂反应收率,% | 环己烷97.3 | 甲苯95.1 | 四氯化碳88.7 | 正己烷90.6 | 苯91.8 |
实施例25~28
原料及反应条件同实施例6,改变共沸剂用量的反应结果见表7。
表7共沸剂用量对丙烯酸十八酯反应收率的影响
实施例 | 6 | 25 | 26 | 27 | 28 |
共沸剂用量,wt%反应收率,% | 3097.3 | 1090.7 | 2095.3 | 4097.8 | 5096.9 |
实施例29~31
原料及反应条件同实施例6,改变反应温度,反应结果如表8所示。
表8反应温度对丙烯酸十八酯反应收率的影响
实施例 | 6 | 29 | 30 | 31 |
反应温度,℃反应收率,% | 11597.3 | 10593.9 | 13095.8 | 15094.2 |
实施例32~36
原料及反应条件同实施例6。反应得到的粗产物在60℃下用氢氧化钠溶液中和,再用水洗至水相呈中性;然后在温度50℃、真空度30kPa下减压蒸馏除去残余的环己烷和水,得到丙烯酸十八醇酯产品。最终产品的各项指标见表9。
表9后处理对最终产品各项指标的影响
实施例 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 |
氢氧化钠浓度,wt%最终产物总收率,%最终产物纯度,%酸度(%,以丙烯酸计)色度(APHA) | 4.091.4.098.00.026大于200 | 6.092.698.20.025100 | 8.093.898.60.025小于100 | 10.092.898.60.025小于100 | 15.082.998.80.024小于100 |
实施例37
在带有分水器的反应釜中加入十八醇,在75℃下熔融后加入甲基丙烯酸、环己烷、对甲苯磺酸和阻聚剂,甲基丙烯酸/十八醇的摩尔比为1.3,共沸剂环己烷用量为反应物总量的40wt%,催化剂对甲苯磺酸用量为反应物总量的1.2wt%,阻聚剂硫酸铜用量为反应物总量的0.5wt%。搅拌下加热升温,控制搅拌速度为300r/min、反应温度为120℃,反应8.0h后停止反应,反应收率为95.2%。反应粗产物在70℃下用8wt%的碱液中和,再用水洗至水相呈中性;然后在温度为60℃,真空度为30kPa条件下减压蒸馏除去残余的环己烷和水,得到甲基丙烯酸十八醇酯产品。最终产品的收率为92.6%,纯度为98.3%,酸度(以甲基丙烯酸计)为0.028%,色度小于100。
Claims (9)
1、一种(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯的制备方法,其特征在于以(甲基)丙烯酸和碳原子数大于十二的高级脂肪醇为原料,在至少一种阻聚剂和共沸剂的存在下,在酸性催化剂的作用下,直接酯化合成(甲基)丙烯酸高级脂肪醇酯;酯化反应产物经后处理,再减压蒸馏除去共沸剂和水,可得纯度大于98%、酸度小于0.03%和色度APHA小于100的产品。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于阻聚剂为对苯二酚、氢醌单甲醚、吩噻嗪、醋酸铜、硫酸铜、二丁基二硫代氨基甲酸铜中的任一种或它们混合物,共沸剂为苯、甲苯、环己烷、四氯化碳、氯仿、正戊烷、正己烷中的任一种或它们的混合物,酸性催化剂为硫酸、磷酸、盐酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、磺酸型阳离子交换树脂中的任一种或它们的混合物。
3、根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于阻聚剂为对苯二酚或硫酸铜或醋酸铜,共沸剂为甲苯或环己烷,催化剂为甲磺酸或对甲苯磺酸。
4、根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于阻聚剂用量为反应物总量的0.1~5.0wt%;共沸剂用量为反应物总量的1~60wt%,催化剂用量为反应物总量的0.1~5.0wt%。
5、根据权利要求4所述的方法,其特征在于阻聚剂用量为反应物总量的0.2~2.0wt%,共沸剂用量为反应物总量的20~40wt%,催化剂用量为反应物总量的0.5~2.0wt%。
6、根据权利要求1所述的方法,其特征在于(甲基)丙烯酸与高级脂肪醇的摩尔比为0.5~5.0∶1,酯化反应温度为80~150℃,酯化反应时间为1~20h。
7、根据权利要求1或6所述的方法,其特征在于,(甲基)丙烯酸与高级脂肪醇的摩尔比为1.0~2.0∶1,酯化反应温度为100~135℃,酯化反应时间为5~10h。
8、根据权利要求1所述的方法,其特征在于后处理是在温度60℃-70℃的条件下,用浓度为1~20wt%的氢氧化钠溶液处理,再用纯水处理至中性,然后在温度35~70℃和真空度5~100kPa下进行减压蒸馏。
9、根据权利要求1或8所述的方法,其特征在于氢氧化钠溶液浓度为5~10wt%,减压蒸馏温度为40~60℃和真空度为30~50kPa。
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