JP2009298719A - Method for producing (meth)acrylic acid hydroxyalkyl ester - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a hydroxyalkyl ester of (meth) acrylic acid.
(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルは、塗料や親水性高分子の原料として広く用いられており、一般に(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシド(以下、AOとする。)とを反応させることにより製造される。そして、その反応の終了後には、反応液中の目的の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルを未反応の(メタ)アクリル酸、AO、触媒残渣、および高沸点副生成物等から分離することが必要である。 (Meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester is widely used as a raw material for paints and hydrophilic polymers, and is generally produced by reacting (meth) acrylic acid with alkylene oxide (hereinafter referred to as AO). The And after completion | finish of the reaction, the target (meth) acrylic-acid hydroxyalkyl ester in a reaction liquid can be isolate | separated from unreacted (meth) acrylic acid, AO, a catalyst residue, a high boiling point by-product, etc. is necessary.
このような(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの製造方法としては、下記に示すものがある。
(メタ)アクリル酸とエチレンオキシド(以下、EOとする。)とを反応させた後、その反応液を脱気塔へと導き、キャリアガスと接触させて未反応のEOを除去し、その後に薄膜蒸発器にて蒸発させることにより高純度の(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチルを得る方法(特許文献1)。
After reacting (meth) acrylic acid and ethylene oxide (hereinafter referred to as EO), the reaction solution is led to a degassing tower and contacted with a carrier gas to remove unreacted EO, and then a thin film A method for obtaining high-purity 2-hydroxyethyl (meth) acrylate by evaporating with an evaporator (Patent Document 1).
しかし、この方法は、反応液から未反応のEOを効率良く除去するための方法であり、目的とする(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの種類によっては、薄膜蒸発器内で(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの重合反応が起きてしまうことがあった。そのため、EO等の分離工程中に薄膜蒸発器内で(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの重合反応が起きることを防止できるような方策が望まれている。 However, this method is a method for efficiently removing unreacted EO from the reaction solution. Depending on the type of the target (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester, (meth) acrylic acid is used in the thin film evaporator. A polymerization reaction of hydroxyalkyl ester sometimes occurred. Therefore, a measure that can prevent the polymerization reaction of the hydroxyalkyl ester of (meth) acrylic acid in the thin film evaporator during the separation process such as EO is desired.
本発明は、薄膜蒸発器による分離工程中に(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの重合反応が起きることを抑制し、より安定に(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルを製造できる方法を提供する。 The present invention provides a method capable of producing a (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester more stably by suppressing the polymerization reaction of the (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester during the separation step by the thin film evaporator.
本発明の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの製造方法は、(メタ)アクリル酸とアルキレンオキシドとを反応させて(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルを含む反応液を得る工程と、前記反応液を一旦冷却した後、薄膜蒸発器にて前記反応液から(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルを分離する工程とを有する製造方法において、前記薄膜蒸発器に導入する前記反応液の温度T(℃)を下記式(1)に示す範囲内とする方法である。
Tb−30≦T≦Tb−1 ・・・(1)
式(1)中、Tb(℃)は薄膜蒸発器内の圧力下における(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの沸点である。
The method for producing a hydroxyalkyl ester of (meth) acrylic acid according to the present invention comprises a step of reacting (meth) acrylic acid with an alkylene oxide to obtain a reaction liquid containing (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester, and the reaction liquid comprising: In the manufacturing method having a step of separating the (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester from the reaction liquid in a thin film evaporator after cooling, the temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator is set. This is a method within the range shown in the following formula (1).
Tb-30 ≦ T ≦ Tb−1 (1)
In the formula (1), Tb (° C.) is the boiling point of the hydroxyalkyl ester of (meth) acrylic acid under the pressure in the thin film evaporator.
本発明の製造方法は、薄膜蒸発器による分離工程中に(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの重合反応が起きることを抑制でき、より安定に(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルを製造できる。 The production method of the present invention can suppress the polymerization reaction of (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester during the separation step by the thin film evaporator, and can produce (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester more stably.
本発明の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの製造方法の実施形態の一例を、図1に基づいて詳細に説明する。
本発明の製造方法では、反応器1において、触媒の存在下、(メタ)アクリル酸とAOとを反応させる。ただし、AOの使用量は、(メタ)アクリル酸1モルに対して1.0〜1.2モルとすればよく、1.03〜1.10とすることが好ましい。
An example of an embodiment of a method for producing a (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
In the production method of the present invention, (meth) acrylic acid and AO are reacted in the reactor 1 in the presence of a catalyst. However, the usage-amount of AO should just be 1.0-1.2 mol with respect to 1 mol of (meth) acrylic acid, and it is preferable to set it as 1.03-1.10.
触媒としては、公知のものを使用することができ、例えば、各種アミン類、四級アンモニウム塩、鉄等の遷移金属の酢酸や(メタ)アクリル酸等のカルボン酸塩が挙げられる。
触媒は、1種のみを単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
As the catalyst, known ones can be used, and examples thereof include various amines, quaternary ammonium salts, transition metal acetic acid such as iron, and carboxylate such as (meth) acrylic acid.
A catalyst may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
(メタ)アクリル酸とAOとの反応は、バッチ式または連続式のいずれであってもよい。また、通常、反応温度は40〜150℃であり、好ましくは50〜140℃である。 The reaction between (meth) acrylic acid and AO may be either batch type or continuous type. Moreover, reaction temperature is 40-150 degreeC normally, Preferably it is 50-140 degreeC.
反応終了後、冷却をしながら、AOを脱気する。このように、反応終了後に冷却を行うことにより、副反応の抑制と重合防止が可能となる。 After completion of the reaction, AO is degassed while cooling. Thus, by performing cooling after completion of the reaction, it is possible to suppress side reactions and prevent polymerization.
ついで、冷却された反応液(以下、単に反応液という。)を一旦中間タンク2へ供給する。その後、供給管4を通じて、反応液を中間タンク2から予熱器5へと移液する。ついで、予熱器5において反応液を後述する温度範囲内まで予熱し、脱気塔供給口7を通じて脱気塔6へ導入し、さらに薄膜蒸発器9に導入する。反応液は一旦冷却されており、そのままの温度で薄膜蒸発器9に導入すると反応液の温度が急上昇して重合反応が起こってしまうおそれがあるが、予熱器5により予熱を行うことにより薄膜蒸発器9内での重合反応を抑制できる。ただし、予熱器5によって予熱された反応液の温度は、脱気塔6を経て薄膜蒸発器9に導入されるまでに数℃程度低下するため、その温度低下も考慮して予熱を行うようにする。
Next, the cooled reaction liquid (hereinafter simply referred to as reaction liquid) is once supplied to the
本発明の製造方法では、薄膜蒸発器9により反応液の蒸留を行うことにより、高温の反応液の蒸発器内における滞在時間を短くできるため、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルが重合することによる不具合が抑制される。
薄膜蒸発器9の圧力はできるだけ低い方が好ましく、真空発生装置3にて0.001〜1.33kPa、好ましくは0.01〜0.4kPaの減圧に保たれている。
In the production method of the present invention, the residence time of the high temperature reaction liquid in the evaporator can be shortened by distilling the reaction liquid with the thin film evaporator 9, so that the (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester is polymerized. Defects are suppressed.
The pressure of the thin film evaporator 9 is preferably as low as possible. The vacuum generator 3 is maintained at a reduced pressure of 0.001 to 1.33 kPa, preferably 0.01 to 0.4 kPa.
予熱器5としては、反応液を徐々に目的の温度まで予熱できるものであればよく、例えば、多管式熱交換器、単管式熱交換器、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器のような予熱器を用いることができる。 The preheater 5 only needs to be capable of gradually preheating the reaction solution to a target temperature. For example, a multi-tube heat exchanger, a single-tube heat exchanger, a double-tube heat exchanger, a plate heat A preheater such as an exchanger can be used.
本発明の製造方法では、薄膜蒸発器9に導入する反応液の温度T(℃)を、下記式(1)に示す範囲内とすることを特徴とする。
Tb−30≦T≦Tb−1 ・・・(1)
式(1)中、Tb(℃)は薄膜蒸発器9内の圧力下における(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの沸点である。
また、薄膜蒸発器9に導入する反応液の温度T(℃)は、Tb−25≦T≦Tb−5であることが好ましい。
The production method of the present invention is characterized in that the temperature T (° C.) of the reaction solution introduced into the thin film evaporator 9 is within the range represented by the following formula (1).
Tb-30 ≦ T ≦ Tb−1 (1)
In the formula (1), Tb (° C.) is the boiling point of (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester under the pressure in the thin film evaporator 9.
The temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator 9 is preferably Tb-25 ≦ T ≦ Tb-5.
薄膜蒸発器9に導入する反応液の温度T(℃)をTb−30(℃)以上とすることにより、薄膜蒸発器9内で(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの重合反応が起きることを抑制でき、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルを安定して製造できる。また、薄膜蒸発器9に導入する反応液の温度T(℃)をTb−1(℃)以下とすることにより、反応液が薄膜蒸発器9内でフラッシュ蒸発したり、予熱器5内で沸騰したりすることを抑制でき、さらには予熱器5内で重合反応が起こって配管が閉塞したりすることがなくなり、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルを安定して製造できる。 By setting the temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator 9 to Tb-30 (° C.) or higher, the polymerization reaction of the hydroxyalkyl ester of (meth) acrylic acid in the thin film evaporator 9 is suppressed. And (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester can be produced stably. Further, by setting the temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator 9 to Tb−1 (° C.) or less, the reaction liquid flashes and evaporates in the thin film evaporator 9 or boils in the preheater 5. In addition, the polymerization reaction does not occur in the preheater 5 and the piping is not blocked, and the (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester can be stably produced.
脱気塔6においては、脱気塔供給口7から供給される予熱された反応液と、キャリアガス供給口8から供給されるキャリアガスとを接触させることにより、反応液中のAO等の低沸物を除去できる。脱気塔6は、反応液とキャリアガスとが効率的に接触するような構造であることが好ましい。このような構造としては、例えば、棚段の上から反応液を供給し、キャリアガスを下から供給することにより、向流で気液接触させるシーブトレイ状の構造が挙げられる。
In the
キャリアガスは、薄膜蒸発器9で蒸留される反応液(蒸留液)に吸収され難い気体であればよく、品質、重合防止およびコスト等の面から、乾燥空気を用いることが好ましい。キャリアガスの供給量は、目的の純度を達成するために適宜調節すればよく、反応液1容量に対して0.3〜2容量とすることが好ましい。 The carrier gas may be any gas that is difficult to be absorbed by the reaction liquid (distilled liquid) distilled by the thin film evaporator 9, and dry air is preferably used from the viewpoints of quality, polymerization prevention, cost, and the like. What is necessary is just to adjust the supply amount of carrier gas suitably in order to achieve the target purity, and it is preferable to set it as 0.3-2 volume with respect to 1 volume of reaction liquids.
脱気塔6において低沸物を除去した反応液は、Tb+1(℃)〜Tb+80(℃)、好ましくはTb+5(℃)〜Tb+60(℃)に加熱した薄膜蒸発器9にて蒸留し、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル10と蒸発残渣11とに分離する。
The reaction liquid from which low boiling substances have been removed in the
以上説明した、本発明の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの製造方法では、薄膜蒸発器に導入する反応液の温度T(℃)をTb−30≦T≦Tb−1とすることにより、薄膜蒸発器9内での(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの重合反応を抑制できるため、安定して(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルを製造できる。該理由としては、薄膜蒸発器に導入する反応液を前記温度範囲に予熱しておくことにより、薄膜蒸発器内で反応液が急激に加熱されることがなくなるためであると考えられる。薄膜蒸発器は、蒸発器のなかでも反応液(蒸留液)の温度が短時間で上昇するため、蒸発器内で重合反応が生じる傾向が高い。しかし、本発明の製造方法は薄膜蒸発器を用いても蒸発器内における重合反応を抑制できるため、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの製造方法に好適に使用できる。
また、本発明の方法では、(メタ)アクリル酸とAOを反応させた後に反応液を一旦冷却するため、蒸留前の副反応や重合反応を抑制することができる。
In the method for producing a hydroxyalkyl ester of (meth) acrylic acid according to the present invention as described above, the temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator is set to Tb-30 ≦ T ≦ Tb−1. Since the polymerization reaction of the (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester in the evaporator 9 can be suppressed, the (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester can be stably produced. The reason for this is considered to be that the reaction liquid is not rapidly heated in the thin film evaporator by preheating the reaction liquid introduced into the thin film evaporator to the above temperature range. In the thin film evaporator, the temperature of the reaction liquid (distilled liquid) rises in a short time among the evaporators, so that the polymerization reaction tends to occur in the evaporator. However, since the production method of the present invention can suppress the polymerization reaction in the evaporator even when a thin film evaporator is used, it can be suitably used for the production method of (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester.
Moreover, in the method of this invention, since the reaction liquid is once cooled after making (meth) acrylic acid and AO react, the side reaction and polymerization reaction before distillation can be suppressed.
尚、本発明の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの製造方法においては、予熱器5によって予熱した反応液は、脱気塔6に通過させずに薄膜蒸発器9に直接導入してもよい。
また、(メタ)アクリル酸とAOを反応させた後に反応液を冷却する際に、同時にAOの脱気を行わない方法であってもよい。
In the method for producing a (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester of the present invention, the reaction liquid preheated by the preheater 5 may be directly introduced into the thin film evaporator 9 without passing through the
Further, when the reaction solution is cooled after reacting (meth) acrylic acid and AO, a method in which AO is not deaerated at the same time may be used.
以下、実施例および比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。
[実施例1]
図1に示す装置を用いて、メタクリル酸とEOとを反応器1で反応(70℃)させ、反応終了後に反応液を冷却しながらEOを脱気して中間タンク2に移液した(液温30℃)。
ついで、反応液を中間タンク2から1.35m3/hの流量で予熱器5(多管式熱交換器)へ供給した。予熱器5において、液温30℃の反応液を110kPaの蒸気にて50℃に予熱し、1.35m3/hの流量で、5段のシーブトレイで構成されている脱気塔6へ、脱気塔供給口7から供給した。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited by the following description.
[Example 1]
Using the apparatus shown in FIG. 1, methacrylic acid and EO were reacted in a reactor 1 (70 ° C.), and after completion of the reaction, EO was degassed while cooling the reaction solution and transferred to the intermediate tank 2 (liquid) Temperature 30 ° C).
Subsequently, the reaction solution was supplied from the
また、乾燥空気を0.65Nm3/hの流量でキャリアガス供給口8から供給し、予熱された反応液と脱気塔6内にて0.13kPaの減圧下で接触させて低沸物を除去した。低沸物を除去した反応液を脱気塔6から移液し、薄膜蒸発器9に供給した。薄膜蒸発器9に導入される反応液の温度Tは、薄膜蒸発器9の直前に設置した温度計測器により測定した。温度Tは49℃であった。脱気塔6から供給された反応液を、薄膜蒸発器9において0.13kPa、120℃で蒸留し、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(0.13kPaにおけるTbは68℃である。)を得た。
上記操作を1ヶ月連続して運転し、薄膜蒸発器9の内部を確認したが重合物の付着はほとんど見られなかった。
Further, dry air is supplied from the carrier
The above operation was continued for one month, and the inside of the thin film evaporator 9 was confirmed, but adhesion of polymer was hardly observed.
[実施例2]
予熱器5による予熱温度および薄膜蒸発器9に導入される反応液の温度T(℃)を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様の方法でメタクリル酸2−ヒドロキシエチルを製造した。
[Example 2]
Except that the preheating temperature by the preheater 5 and the temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator 9 were changed as shown in Table 1, 2-hydroxyethyl methacrylate was prepared in the same manner as in Example 1. Manufactured.
[比較例1〜2]
予熱器5による予熱温度および薄膜蒸発器9に導入される反応液の温度T(℃)を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様の方法でメタクリル酸2−ヒドロキシエチルを製造した。
実施例および比較例におけるメタクリル酸2−ヒドロキシエチル蒸留工程の運転結果を表1に示す。ただし、表1中のHEMAとは、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルを意味する。
[Comparative Examples 1-2]
Except that the preheating temperature by the preheater 5 and the temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator 9 were changed as shown in Table 1, 2-hydroxyethyl methacrylate was prepared in the same manner as in Example 1. Manufactured.
Table 1 shows the operation results of the 2-hydroxyethyl methacrylate distillation step in Examples and Comparative Examples. However, HEMA in Table 1 means 2-hydroxyethyl methacrylate.
薄膜蒸発器9に導入する反応液の温度T(℃)をTb−30≦T≦Tb−1の範囲内とした実施例1〜2では、薄膜蒸発器9内でメタクリル酸2−ヒドロキシエチルが重合することなく、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルが安定して得られた。 In Examples 1 and 2 in which the temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator 9 was in the range of Tb-30 ≦ T ≦ Tb−1, 2-hydroxyethyl methacrylate was formed in the thin film evaporator 9. Without polymerization, 2-hydroxyethyl methacrylate was stably obtained.
一方、薄膜蒸発器9に導入する反応液の温度T(℃)がTb−30(℃)よりも低い比較例1では、薄膜蒸発器9内でのメタクリル酸2−ヒドロキシエチルの重合が見られた。また、薄膜蒸発器9に導入する反応液の温度T(℃)がTb−1(℃)よりも高い比較例2では、薄膜蒸発器9内で真空度や留出量が不安定となり、また、予熱器5内での重合が発生し、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルを安定して得ることができなかった。 On the other hand, in Comparative Example 1 in which the temperature T (° C.) of the reaction solution introduced into the thin film evaporator 9 is lower than Tb-30 (° C.), polymerization of 2-hydroxyethyl methacrylate in the thin film evaporator 9 is observed. It was. Further, in Comparative Example 2 in which the temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator 9 is higher than Tb-1 (° C.), the degree of vacuum and the amount of distillation become unstable in the thin film evaporator 9. Polymerization in the preheater 5 occurred, and 2-hydroxyethyl methacrylate could not be stably obtained.
本発明の製造方法は、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの重合反応が起きるおそれが少なく、より安定に(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルが製造できるため有用である。 The production method of the present invention is useful because the polymerization reaction of (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester is less likely and (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester can be produced more stably.
1 反応器
2 中間タンク
3 真空発生装置
4 供給管
5 予熱器
6 脱気塔
7 脱気塔供給口
8 キャリアガス供給口
9 薄膜蒸発器
10 (メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル
11 蒸発残渣
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記薄膜蒸発器に導入する前記反応液の温度T(℃)を下記式(1)に示す範囲内とする(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの製造方法。
Tb−30≦T≦Tb−1 ・・・(1)
式(1)中、Tb(℃)は薄膜蒸発器内の圧力下における(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの沸点である。 A step of reacting (meth) acrylic acid and alkylene oxide to obtain a reaction liquid containing (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester, and after cooling the reaction liquid once, from the reaction liquid (meta And a step of separating the hydroxyalkyl ester of acrylic acid,
A method for producing a (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester, wherein the temperature T (° C.) of the reaction liquid introduced into the thin film evaporator is within the range represented by the following formula (1).
Tb-30 ≦ T ≦ Tb−1 (1)
In the formula (1), Tb (° C.) is the boiling point of the hydroxyalkyl ester of (meth) acrylic acid under the pressure in the thin film evaporator.
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