JP5169899B2 - アクリル酸アルキルエステルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明はアクリル酸アルキルエステルの製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、原料のアクリル酸に不純物として含まれている酢酸を中和工程および抽出工程にて効率よく除去することにより、不純物の含有量が少ないアクリル酸アルキルエステルを工業的に製造する方法に関するものである。
アクリル酸アルキルエステルは重合性能を有する化合物であり、得られる重合体に優れた特性を付与することができるため、種々の用途、例えば、塗料、接着剤、粘着剤、合成樹脂および繊維等の原料として幅広く用いられている。
アクリル酸アルキルエステルの製造方法としては、酸触媒の存在下に、アクリル酸とアルコールとをエステル化反応させて製造する方法が用いられている。該方法におけるエステル化反応で得られた、主成分がアクリル酸アルキルエステルである反応液から、酸触媒および未反応のアクリル酸を除去する方法として、反応液をアルカリ水溶液で処理することで、酸触媒および未反応アクリル酸を水相に移して分離する方法が知られている（特許文献１参照）。
さらに、アルカリ水溶液で除去された未反応アクリル酸を酸性水と有機溶剤と接触させることによってアクリル酸を回収する方法が開示されている（特許文献２参照）。
しかしながら、原料のアクリル酸に含まれている酢酸も、同様にエステル化されて酢酸アルキルエステルが生成する。生成した酢酸アルキルエステルは、アクリル酸アルキルエステルと沸点が近いために蒸留操作では十分な分離が困難なために、アクリル酸アルキルエステル中に不純分として含まれることになる。そのため、原料のアクリル酸に酢酸が含まれる場合には、不純物である酢酸アルキルエステルの含有量が少ないアクリル酸アルキルエステルを製造することは困難となっている。
アクリル酸アルキルエステルの製造方法としては、酸触媒の存在下に、アクリル酸とアルコールとをエステル化反応させて製造する方法が用いられている。該方法におけるエステル化反応で得られた、主成分がアクリル酸アルキルエステルである反応液から、酸触媒および未反応のアクリル酸を除去する方法として、反応液をアルカリ水溶液で処理することで、酸触媒および未反応アクリル酸を水相に移して分離する方法が知られている（特許文献１参照）。
さらに、アルカリ水溶液で除去された未反応アクリル酸を酸性水と有機溶剤と接触させることによってアクリル酸を回収する方法が開示されている（特許文献２参照）。
しかしながら、原料のアクリル酸に含まれている酢酸も、同様にエステル化されて酢酸アルキルエステルが生成する。生成した酢酸アルキルエステルは、アクリル酸アルキルエステルと沸点が近いために蒸留操作では十分な分離が困難なために、アクリル酸アルキルエステル中に不純分として含まれることになる。そのため、原料のアクリル酸に酢酸が含まれる場合には、不純物である酢酸アルキルエステルの含有量が少ないアクリル酸アルキルエステルを製造することは困難となっている。
本発明は、従来の製造方法では、原料のアクリル酸に酢酸が含まれる場合には、不純物である酢酸アルキルエステルの含有量が少ないアクリル酸アルキルエステルを製造することは困難であるという問題点を解決し、効率よく、酢酸アルキルエステルの含有量が少ない高純度のアクリル酸アルキルエステルを製造する方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、未反応のアルコールとアクリル酸を含むアクリル酸アルキルエステルと酢酸アルキルエステルからなる反応混合物のアルカリ水溶液による中和および鹸化加水分解工程の条件の選定、未反応および鹸化加水分解したアクリル酸および酢酸を選択的に抽出するのに適した抽出剤を見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第１発明は、酢酸を含有するアクリル酸と、炭素数が４〜８個のアルコールとを用いるアクリル酸アルキルエステルを製造する方法であって、エステル化反応工程で生じる水を、水と共沸を形成する有機溶剤との共沸蒸留により除去して得られた反応液について、少なくとも次の（１）〜（５）の工程を含む方法で処理することを特徴とするアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
（１）反応液にアルカリ水溶液を加え、大気圧下、３５℃〜６５℃の温度で、アクリル酸および触媒成分を中和し、かつ、アクリル酸アルキルエステルおよび酢酸アルキルエステルの一部または全部を鹸化加水分解する工程、
（２）上記工程の後に、有機相と水相に分離する工程、
（３）上記で分離した有機相から蒸留によりアクリル酸アルキルエステルを留出させ、一方、分離した水相に酸を添加して、水相中にアルカリ塩の形で存在するアクリル酸および酢酸を遊離させる工程、
（４）上記で遊離したアクリル酸および酢酸を、アクリル酸アルキルアクリレートまたはアクリル酸アルキルエステルとアルコールとの混合物からなる抽出剤を用いて抽出する工程、
（５）上記抽出相を反応器へ循環して再利用する工程
（１）反応液にアルカリ水溶液を加え、大気圧下、３５℃〜６５℃の温度で、アクリル酸および触媒成分を中和し、かつ、アクリル酸アルキルエステルおよび酢酸アルキルエステルの一部または全部を鹸化加水分解する工程、
（２）上記工程の後に、有機相と水相に分離する工程、
（３）上記で分離した有機相から蒸留によりアクリル酸アルキルエステルを留出させ、一方、分離した水相に酸を添加して、水相中にアルカリ塩の形で存在するアクリル酸および酢酸を遊離させる工程、
（４）上記で遊離したアクリル酸および酢酸を、アクリル酸アルキルアクリレートまたはアクリル酸アルキルエステルとアルコールとの混合物からなる抽出剤を用いて抽出する工程、
（５）上記抽出相を反応器へ循環して再利用する工程
本発明の第２発明は、前記工程（１）において、４〜２５質量％のアルカリ水溶液を反応液中の酸分に対して１．０５〜１．５倍当量添加しながら、大気圧下、３５℃〜６５℃の温度で、５〜３０分間反応を行なう第１発明のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第３発明は、前記アルカリ水溶液が、水酸化ナトリウム水溶液である第１発明または第２発明に記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第４発明は、前記工程（２）の分離に遠心分離機を用いる第１発明〜第３発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第５発明は、前記工程（４）で用いる抽出剤が、工程（２）で得られる有機相である第１発明〜第４発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第６発明は、前記工程（４）で用いる抽出剤のアクリル酸アルキルエステル／アルコールの質量比が、１／０〜１／０．５である第１発明〜第５発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第７発明は、炭素数４〜８個のアルコールがｎ−ブチルアルコールあるいはイソブチルアルコールである、第１発明〜第６発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第８発明は、工程（１）〜（５）を連続で行うことを特徴とする第１発明〜第７発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第３発明は、前記アルカリ水溶液が、水酸化ナトリウム水溶液である第１発明または第２発明に記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第４発明は、前記工程（２）の分離に遠心分離機を用いる第１発明〜第３発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第５発明は、前記工程（４）で用いる抽出剤が、工程（２）で得られる有機相である第１発明〜第４発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第６発明は、前記工程（４）で用いる抽出剤のアクリル酸アルキルエステル／アルコールの質量比が、１／０〜１／０．５である第１発明〜第５発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第７発明は、炭素数４〜８個のアルコールがｎ−ブチルアルコールあるいはイソブチルアルコールである、第１発明〜第６発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の第８発明は、工程（１）〜（５）を連続で行うことを特徴とする第１発明〜第７発明のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法である。
本発明の製造方法は、酢酸を含有するアクリル酸を原料に使用した場合でも、工業的に容易な方法で、効率よく、酢酸に起因する酢酸アルキルエステルなどの不純物の含有量が少ない、極めて高純度のアクリル酸アルキルエステルを製造することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明は、酸触媒の存在下、アクリル酸とアルコールとをエステル化反応させて、アクリル酸アルキルエステルを製造する方法に係わるものであり、かかる製造方法自体は広く知られている方法である。
原料であるアクリル酸は工業的に使用されているものが使用できる。アクリル酸の製造時の酢酸の分離精製能力にも依存するが、一般に市販されているアクリル酸には不純物である酢酸が通常０．１質量％以下の範囲で含まれている。本願発明の効果をよく発現するためには、酢酸を０．００５〜０．１質量％含むアクリル酸に好ましく適用される。
原料であるアクリル酸は工業的に使用されているものが使用できる。アクリル酸の製造時の酢酸の分離精製能力にも依存するが、一般に市販されているアクリル酸には不純物である酢酸が通常０．１質量％以下の範囲で含まれている。本願発明の効果をよく発現するためには、酢酸を０．００５〜０．１質量％含むアクリル酸に好ましく適用される。
原料のアルコールとしては、炭素数が４〜８個のアルコールが用いられ、脂肪族アルコール、脂環式アルコールおよび芳香族アルコールのいずれもが適用される。
それらの具体例を挙げると、脂肪族アルコールとしては、例えば、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｎ−ヘプチルアルコール、ｎ−オクチルアルコール、２−エチルヘキシルアルコール、イソオクチルアルコール、（ポリ）アルキレングリコール、アルキレンオキサイド変性２−エチルヘキシルアルコール、アルキレンオキサイド変性（ジ）グリセリン、（ジ）ペンタエリスリトール、（ジ）トリメチロールプロパン、アルキレンオキサイド変性（ジ）トリメチロールプロパン、アルキレンオキサイド変性ペンタエリスリトール等が挙げられる。
脂環式アルコールとしては、例えば、シクロヘキシルアルコール、メチルシクロヘキシルアルコール等が挙げられる。
芳香族アルコールとしては、例えば、ベンジルアルコール、メチルベンジルアルコール、アルキレンオキサイド変性フェノール、アルキレンオキサイド変性ノニルフェノール、アルキレンオキサイド変性ビスフェノールＡ、アルキレンオキサイド変性ｐ−クミルフェノール、アルキレンオキサイド変性ビスフェノールＦ等が挙げられる。
これらのアルコールの中でも、本願発明の効果が発現しやすいとの理由から、ｎ−ブチルアルコールおよびイソブチルアルコールが好ましい。
それらの具体例を挙げると、脂肪族アルコールとしては、例えば、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｎ−ヘプチルアルコール、ｎ−オクチルアルコール、２−エチルヘキシルアルコール、イソオクチルアルコール、（ポリ）アルキレングリコール、アルキレンオキサイド変性２−エチルヘキシルアルコール、アルキレンオキサイド変性（ジ）グリセリン、（ジ）ペンタエリスリトール、（ジ）トリメチロールプロパン、アルキレンオキサイド変性（ジ）トリメチロールプロパン、アルキレンオキサイド変性ペンタエリスリトール等が挙げられる。
脂環式アルコールとしては、例えば、シクロヘキシルアルコール、メチルシクロヘキシルアルコール等が挙げられる。
芳香族アルコールとしては、例えば、ベンジルアルコール、メチルベンジルアルコール、アルキレンオキサイド変性フェノール、アルキレンオキサイド変性ノニルフェノール、アルキレンオキサイド変性ビスフェノールＡ、アルキレンオキサイド変性ｐ−クミルフェノール、アルキレンオキサイド変性ビスフェノールＦ等が挙げられる。
これらのアルコールの中でも、本願発明の効果が発現しやすいとの理由から、ｎ−ブチルアルコールおよびイソブチルアルコールが好ましい。
前記エステル化におけるアクリル酸とアルコールの使用割合は、特に限定されないが、アクリル酸１モルに対して、アルコール０.１〜１０モルの範囲から選択することが好ましく、未反応分による損失を抑制する目的から、さらに好ましくは、アルコールが０．８〜１．５モルの範囲である。
エステル化反応に使用する触媒としては、通常エステル化触媒として用いられているルイス酸が幅広く適用され、具体的には、硫酸および塩酸等の鉱酸、パラトルエンスルホン酸およびメタンスルホン酸等の有機酸、陽イオン交換樹脂等が挙げられる。
また、触媒の使用量は、特に限定されないが、アクリル酸１モルに対して、０.０００１〜０.１モルの範囲から選択することが好ましい。
エステル化反応に使用する触媒としては、通常エステル化触媒として用いられているルイス酸が幅広く適用され、具体的には、硫酸および塩酸等の鉱酸、パラトルエンスルホン酸およびメタンスルホン酸等の有機酸、陽イオン交換樹脂等が挙げられる。
また、触媒の使用量は、特に限定されないが、アクリル酸１モルに対して、０.０００１〜０.１モルの範囲から選択することが好ましい。
また、前記エステル化反応において水が副生するが、この水を反応液から除去するために、水と共沸組成を形成する有機溶剤を、あらかじめ反応前および／または反応中に反応器内に供給することが必要である。このような有機溶剤としては、ベンゼン、トルエン、ｎ−へキサン、シクロヘキサン、イソプロピルエーテルなどが例示され、これらの中でもｎ−ヘキサンが好ましい。
エステル化反応の温度、圧力および反応時間などの条件は、公知の反応条件を特に限定なく選択することが出来る。例えば、反応温度８０〜１３０℃で、１〜１２時間かけて行うことが例示できる。エステル化反応により副生する水は、前記水と共沸組成を形成する有機溶剤と同伴して反応系外に除去される。この水の除去はエステル化反応と同時に行なうことによりエステル化反応を促進することができ、さらに必要に応じて、反応工程とは別に、反応液に含まれる有機溶剤を除去する脱溶剤工程を適宜設定してもよい。
エステル化反応の温度、圧力および反応時間などの条件は、公知の反応条件を特に限定なく選択することが出来る。例えば、反応温度８０〜１３０℃で、１〜１２時間かけて行うことが例示できる。エステル化反応により副生する水は、前記水と共沸組成を形成する有機溶剤と同伴して反応系外に除去される。この水の除去はエステル化反応と同時に行なうことによりエステル化反応を促進することができ、さらに必要に応じて、反応工程とは別に、反応液に含まれる有機溶剤を除去する脱溶剤工程を適宜設定してもよい。
前記エステル化反応で得られた反応液には、生成したアクリル酸アルキルエステルと酢酸アルキルエステル、未反応のアクリル酸と酢酸、未反応のアルコール、触媒などが含まれている。本発明の製造方法は、この反応液を、次の（１）〜（５）の各工程で処理することが特徴である。
工程（１）
反応液にアルカリ水溶液を加え、アクリル酸および触媒成分を中和し、かつ、アクリル酸アルキルエステルおよび酢酸アルキルエステルの一部または全部を鹸化加水分解する。アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の水酸化物もしくは炭酸塩等の水溶液を挙げることができる。これらの中でも、反応性の面から、水酸化ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。
水溶液の濃度としては、４〜２５質量％のものを用いることが好ましい。水溶液濃度が４質量％より低い場合には水相の量が多くなり、その後の廃水処理工程の負荷が大きくなるため経済的ではない。また、水溶液濃度が２５質量％を超える場合には過剰に鹸化分解が起こる恐れがある。
アルカリ水溶液の供給量は、目的とする反応が十分に進行させるため、反応液中に含まれる酸分に対して１．０５〜１．５倍当量であることが好ましい。
本発明の製造方法において、工程（１）の反応温度が３５℃〜６５℃であることが重要である。温度が３５℃より低い場合には鹸化加水分解が十分に起こらず、６５℃を超える場合には、過剰に鹸化加水分解が起こるため、アクリル酸アルキルエステルの収量が少なくなるために経済的ではない。
前記中和・鹸化加水分解の反応時間は、大気圧下で、５〜３０分であることが好ましい。５分より短い場合には十分な鹸化加水分解が起こらず、酢酸を十分に除去することができない恐れがある。一方、３０分を超える場合には過剰に鹸化加水分解が起こってしまい、アクリル酸エステルの収量が少なくなるために経済的ではない。
なお、アルカリ水溶液を加えた後の反応液のｐＨは、未反応および鹸化分解による酸の除去のために、９以上にするのが好ましい。
反応液にアルカリ水溶液を加え、アクリル酸および触媒成分を中和し、かつ、アクリル酸アルキルエステルおよび酢酸アルキルエステルの一部または全部を鹸化加水分解する。アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の水酸化物もしくは炭酸塩等の水溶液を挙げることができる。これらの中でも、反応性の面から、水酸化ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。
水溶液の濃度としては、４〜２５質量％のものを用いることが好ましい。水溶液濃度が４質量％より低い場合には水相の量が多くなり、その後の廃水処理工程の負荷が大きくなるため経済的ではない。また、水溶液濃度が２５質量％を超える場合には過剰に鹸化分解が起こる恐れがある。
アルカリ水溶液の供給量は、目的とする反応が十分に進行させるため、反応液中に含まれる酸分に対して１．０５〜１．５倍当量であることが好ましい。
本発明の製造方法において、工程（１）の反応温度が３５℃〜６５℃であることが重要である。温度が３５℃より低い場合には鹸化加水分解が十分に起こらず、６５℃を超える場合には、過剰に鹸化加水分解が起こるため、アクリル酸アルキルエステルの収量が少なくなるために経済的ではない。
前記中和・鹸化加水分解の反応時間は、大気圧下で、５〜３０分であることが好ましい。５分より短い場合には十分な鹸化加水分解が起こらず、酢酸を十分に除去することができない恐れがある。一方、３０分を超える場合には過剰に鹸化加水分解が起こってしまい、アクリル酸エステルの収量が少なくなるために経済的ではない。
なお、アルカリ水溶液を加えた後の反応液のｐＨは、未反応および鹸化分解による酸の除去のために、９以上にするのが好ましい。
工程（２）
中和・鹸化加水分解工程の後に、アクリル酸アルキルエステルおよびアルコールを含む有機相と、アクリル酸、酢酸および触媒成分のアルカリ塩と、過剰のアルカリ成分とアルコールの一部を含んだ水相に分離する。この分離には、静置分離器や遠心分離機などを用いることができるが、特開平１０−４５６６９号公報等に記載されているように、有機相と水相の分離境界面にポリマーやスラッジ等の副生成物が蓄積されやすく、それらが起因となって分離不良を起こし、安定な連続運転ができなくなるという問題が生じる恐れがあるので、遠心分離機を用いた分離方法が好ましい。
中和・鹸化加水分解工程の後に、アクリル酸アルキルエステルおよびアルコールを含む有機相と、アクリル酸、酢酸および触媒成分のアルカリ塩と、過剰のアルカリ成分とアルコールの一部を含んだ水相に分離する。この分離には、静置分離器や遠心分離機などを用いることができるが、特開平１０−４５６６９号公報等に記載されているように、有機相と水相の分離境界面にポリマーやスラッジ等の副生成物が蓄積されやすく、それらが起因となって分離不良を起こし、安定な連続運転ができなくなるという問題が生じる恐れがあるので、遠心分離機を用いた分離方法が好ましい。
工程（３）
前記工程（２）で分離された有機相は、通常の蒸留分離により、目的とするアクリル酸アルキルエステルを留出することができる。
一方、工程（２）で分離された水相は、アクリル酸塩および酢酸塩を含み、塩濃度は通常５〜２５質量％である。これに酸を添加することで、アクリル酸塩および酢酸塩がアクリル酸および酢酸として水相から遊離する。酸を添加することで、液のｐＨを２以下にすることが好ましく、さらに好ましくは１．５〜２の範囲にすることである。ｐＨが２より高いと、アクリル酸の回収率が減少する。
酸としては、硫酸、塩酸および硝酸等が例示され、装置の腐食やコストの面から硫酸が好ましい。酸の添加の際に水相中の塩濃度が飽和し塩が析出する場合には、水を加えてそれを溶解することが好ましい。
前記工程（２）で分離された有機相は、通常の蒸留分離により、目的とするアクリル酸アルキルエステルを留出することができる。
一方、工程（２）で分離された水相は、アクリル酸塩および酢酸塩を含み、塩濃度は通常５〜２５質量％である。これに酸を添加することで、アクリル酸塩および酢酸塩がアクリル酸および酢酸として水相から遊離する。酸を添加することで、液のｐＨを２以下にすることが好ましく、さらに好ましくは１．５〜２の範囲にすることである。ｐＨが２より高いと、アクリル酸の回収率が減少する。
酸としては、硫酸、塩酸および硝酸等が例示され、装置の腐食やコストの面から硫酸が好ましい。酸の添加の際に水相中の塩濃度が飽和し塩が析出する場合には、水を加えてそれを溶解することが好ましい。
工程（４）
前記工程（３）で遊離したアクリル酸および酢酸を抽出剤を用いて抽出する。抽出剤としては、
アクリル酸を選択的に抽出することができる、アクリル酸アルキルエステルまたはアクリル酸アルキルエステルとアルコールとの混合物からなる抽剤剤が好ましい。製品となるアクリル酸アルキルエステルとは異なるアクリル酸アルキルエステルおよびアルコールを用いることは可能ではあるが、製品への混入を避けるためには、同種のアクリル酸アルキルエステルおよびアルコールを用いることが好ましい。
また、アクリル酸アルキルエステル／アルコールの重量比は、１／０〜１／０．５であることが好ましい。製品により抽出を行うことも可能ではあるが、前記工程（２）で得られた有機相を用いることが好ましい。また、エステル化反応における脱水に用いる有機溶剤が一部混入しても良い。
前記工程（３）で遊離したアクリル酸および酢酸を抽出剤を用いて抽出する。抽出剤としては、
アクリル酸を選択的に抽出することができる、アクリル酸アルキルエステルまたはアクリル酸アルキルエステルとアルコールとの混合物からなる抽剤剤が好ましい。製品となるアクリル酸アルキルエステルとは異なるアクリル酸アルキルエステルおよびアルコールを用いることは可能ではあるが、製品への混入を避けるためには、同種のアクリル酸アルキルエステルおよびアルコールを用いることが好ましい。
また、アクリル酸アルキルエステル／アルコールの重量比は、１／０〜１／０．５であることが好ましい。製品により抽出を行うことも可能ではあるが、前記工程（２）で得られた有機相を用いることが好ましい。また、エステル化反応における脱水に用いる有機溶剤が一部混入しても良い。
抽出工程は１段でも可能であるが、抽出率を高めるために多段抽出が好ましい。多段抽出における好ましい段数は、溶剤の種類によっても異なるが、好ましくは３段〜１０段である。また、抽出はバッチ式または連続式のいずれを用いてもよい。連続抽出は通常抽出塔を用いて、上方から水相を供給し、下方から有機相を供給することにより両者を接触させる向流抽出によって行われる。連続の場合にも、抽出理論段数としては３〜１０段が好ましい。本発明において、特に好ましい方法は、理論段数３〜１０段の連続抽出である。連続抽出に使用できる抽出塔としては、多孔板の棚段塔、充填塔、回転円板式抽出塔、ミキサーセトラータイプの抽出塔および往復振動式抽出塔等が挙げられる。
抽出における水相と有機相の割合としては、水相１当たり有機相０．５〜２（容量比）が好ましく、さらに好ましくは有機相１．０〜１．５である。
抽出塔への水相および有機相の供給速度、抽出塔の内径および塔高等は、目的とする抽出速度および抽出率等に応じて適宜選択すればよい。
抽出における水相と有機相の割合としては、水相１当たり有機相０．５〜２（容量比）が好ましく、さらに好ましくは有機相１．０〜１．５である。
抽出塔への水相および有機相の供給速度、抽出塔の内径および塔高等は、目的とする抽出速度および抽出率等に応じて適宜選択すればよい。
工程（５）
前記工程（４）で得られた抽出液を反応器に循環させて、抽出したアクリル酸をエステル化反応に再利用する。
なお、前記工程（４）における抽出残渣は、必要に応じて公知の方法で処理を行った後、廃液とする。
前記工程（４）で得られた抽出液を反応器に循環させて、抽出したアクリル酸をエステル化反応に再利用する。
なお、前記工程（４）における抽出残渣は、必要に応じて公知の方法で処理を行った後、廃液とする。
本発明の製造方法で得られるアクリル酸アルキルエステルは、不純物の含有量が少ない高純度なものである。
不純物である酢酸アルキルエステルは、原料に含まれる酢酸に起因するものであり、酢酸アルキルエステルはアクリル酸アルキルエステルと沸点が近いので、通常の蒸留では分離が困難である。
従って、本発明における反応液の処理工程（１）〜（５）により、回収されて、エステル化反応に再利用されるアクリル酸に同伴される酢酸の量を少なくすることが重要である。
不純物である酢酸アルキルエステルは、原料に含まれる酢酸に起因するものであり、酢酸アルキルエステルはアクリル酸アルキルエステルと沸点が近いので、通常の蒸留では分離が困難である。
従って、本発明における反応液の処理工程（１）〜（５）により、回収されて、エステル化反応に再利用されるアクリル酸に同伴される酢酸の量を少なくすることが重要である。
すなわち、アルカリ水溶液によりアクリル酸アルキルエステルおよび酢酸アルキルエステルは鹸化加水分解されるが、酢酸アルキルエステルの方がアクリル酸アルキルエステルより鹸化加水分解されやすいこと、また、抽出に用いるアクリル酸アルキルエステルまたはアクリル酸アルキルエステルとアルコール混合物はアクリル酸より酢酸をより選択的に水相に分配することから、本発明における反応液の処理工程（１）〜（５）の操作により、酢酸成分を水相側に選択的に抜き出すことができ、アクリル酸アルキルエステル製品中の酢酸エステルの濃度を低下させる効果があると推定される。
本発明を実施例により詳細に説明する。なお、特に断りのない限りは、％は質量％を意味する。
実施例１
酢酸を７５０ｐｐｍ含有するアクリル酸とイソブチルアルコールを、硫酸を触媒として反応させて得られた反応生成物（残留アクリル酸３.９質量％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、４０℃、滞留時間１０分で中和を行い、ｐＨ１１の液を得た。
工程（２）：遠心分離機にて、有機相（アクリル酸イソブチル９０％、酢酸イソブチル０．５％、イソブタノール３．４％、水分０．６％、高沸成分等５．５％）および水相を分離した。
工程（３）：前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．８にして、有機分２５％、無機塩１５％、水分６５％の水溶液を得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対して前記中和にて分離した有機相を重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相を蒸留精製した結果、アクリル酸イソブチル中の酢酸イソブチル濃度は４９０ｐｐｍであった（参考：原料に用いたアクリル酸中に含まれている酢酸が全てエステル化して製品に入る場合は８１６ｐｐｍとなる）。
抽出塔での抽出率を測定したところ、アクリル酸が９９．５％に対して、酢酸は３６．４％であった。
実施例１
酢酸を７５０ｐｐｍ含有するアクリル酸とイソブチルアルコールを、硫酸を触媒として反応させて得られた反応生成物（残留アクリル酸３.９質量％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、４０℃、滞留時間１０分で中和を行い、ｐＨ１１の液を得た。
工程（２）：遠心分離機にて、有機相（アクリル酸イソブチル９０％、酢酸イソブチル０．５％、イソブタノール３．４％、水分０．６％、高沸成分等５．５％）および水相を分離した。
工程（３）：前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．８にして、有機分２５％、無機塩１５％、水分６５％の水溶液を得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対して前記中和にて分離した有機相を重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相を蒸留精製した結果、アクリル酸イソブチル中の酢酸イソブチル濃度は４９０ｐｐｍであった（参考：原料に用いたアクリル酸中に含まれている酢酸が全てエステル化して製品に入る場合は８１６ｐｐｍとなる）。
抽出塔での抽出率を測定したところ、アクリル酸が９９．５％に対して、酢酸は３６．４％であった。
実施例２
実施例１の反応生成物（残留アクリル酸３.９％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、温度６０℃、滞留時間１０分で中和を行い、ｐＨ１１の液を得た。
工程（２）：有機相（アクリル酸イソブチル９０％、酢酸イソブチル０．４％、イソブタノール３．５％、水分０．６％、高沸成分等５．５％）と水相に遠心分離機にて分離した。
工程（３）前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．８にして、有機分２７％、無機塩１５％、水分６３％の水溶液が得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対して中和にて分離した有機相を重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相を蒸留精製した結果、アクリル酸イソブチル中の酢酸イソブチル濃度は２５０ｐｐｍであった（参考：原料に用いたアクリル酸中に含まれている酢酸が全てエステル化して製品に入る場合は８１６ｐｐｍとなる）。
抽出塔での抽出率を測定したところ、アクリル酸が９９．５％に対して、酢酸は３６．４％であった。
実施例１の反応生成物（残留アクリル酸３.９％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、温度６０℃、滞留時間１０分で中和を行い、ｐＨ１１の液を得た。
工程（２）：有機相（アクリル酸イソブチル９０％、酢酸イソブチル０．４％、イソブタノール３．５％、水分０．６％、高沸成分等５．５％）と水相に遠心分離機にて分離した。
工程（３）前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．８にして、有機分２７％、無機塩１５％、水分６３％の水溶液が得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対して中和にて分離した有機相を重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相を蒸留精製した結果、アクリル酸イソブチル中の酢酸イソブチル濃度は２５０ｐｐｍであった（参考：原料に用いたアクリル酸中に含まれている酢酸が全てエステル化して製品に入る場合は８１６ｐｐｍとなる）。
抽出塔での抽出率を測定したところ、アクリル酸が９９．５％に対して、酢酸は３６．４％であった。
実施例３
酢酸を９００ｐｐｍ含有するアクリル酸とｎ−ブタノールを、硫酸触媒で反応した反応生成物（残留アクリル酸２.７％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、温度４０℃、滞留時間２０分で中和を行い、ｐＨ１０の液を得た。
工程（２）：有機相（アクリル酸ｎ−ブチル９０％、酢酸ｎ−ブチル０．５％、ｎ−ブタノール３．４％、水分０．６％、高沸成分等５．５％）と水相に遠心分離機にて分離した。
工程（３）：前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．５にして、有機分２４％、無機塩１５％、水分６５％の水溶液を得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対してアクリル酸ｎ−ブチルを重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相を蒸留精製した結果、アクリル酸ｎ−ブチル中の酢酸ｎ−ブチル濃度は３５０ｐｐｍであった（参考：原料に用いたアクリル酸中に含まれている酢酸が全てエステル化して製品に入る場合は１０１０ｐｐｍとなる）。
抽出塔での抽出率を測定したところ、アクリル酸が９９．６％に対して、酢酸は３５．２％であった。
酢酸を９００ｐｐｍ含有するアクリル酸とｎ−ブタノールを、硫酸触媒で反応した反応生成物（残留アクリル酸２.７％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、温度４０℃、滞留時間２０分で中和を行い、ｐＨ１０の液を得た。
工程（２）：有機相（アクリル酸ｎ−ブチル９０％、酢酸ｎ−ブチル０．５％、ｎ−ブタノール３．４％、水分０．６％、高沸成分等５．５％）と水相に遠心分離機にて分離した。
工程（３）：前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．５にして、有機分２４％、無機塩１５％、水分６５％の水溶液を得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対してアクリル酸ｎ−ブチルを重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相を蒸留精製した結果、アクリル酸ｎ−ブチル中の酢酸ｎ−ブチル濃度は３５０ｐｐｍであった（参考：原料に用いたアクリル酸中に含まれている酢酸が全てエステル化して製品に入る場合は１０１０ｐｐｍとなる）。
抽出塔での抽出率を測定したところ、アクリル酸が９９．６％に対して、酢酸は３５．２％であった。
比較例１
実施例１の反応生成物（残留アクリル酸３.９％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、温度３０℃、滞留時間５分で中和を行い、ｐＨ１１の液を得た。
工程（２）：有機相（アクリル酸イソブチル９０％、酢酸イソブチル０．３％、イソブタノール３．２％、水分０．６％、高沸成分等５．９％）と水相に遠心分離機にて分離した。
工程（３）：前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．８にして、有機分２５％、無機塩１５％、水分６５％の水溶液を得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対して中和にて分離した有機相を重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相を蒸留精製した結果、アクリル酸イソブチル中の酢酸イソブチル濃度は７２０ｐｐｍであった（参考：原料に用いたアクリル酸中に含まれている酢酸が全てエステル化して製品に入る場合は８１６ｐｐｍとなる）。
抽出塔での抽出率を測定したところ、アクリル酸が９９．５％に対して、酢酸は３６．４％であった。
実施例１の反応生成物（残留アクリル酸３.９％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、温度３０℃、滞留時間５分で中和を行い、ｐＨ１１の液を得た。
工程（２）：有機相（アクリル酸イソブチル９０％、酢酸イソブチル０．３％、イソブタノール３．２％、水分０．６％、高沸成分等５．９％）と水相に遠心分離機にて分離した。
工程（３）：前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．８にして、有機分２５％、無機塩１５％、水分６５％の水溶液を得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対して中和にて分離した有機相を重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相を蒸留精製した結果、アクリル酸イソブチル中の酢酸イソブチル濃度は７２０ｐｐｍであった（参考：原料に用いたアクリル酸中に含まれている酢酸が全てエステル化して製品に入る場合は８１６ｐｐｍとなる）。
抽出塔での抽出率を測定したところ、アクリル酸が９９．５％に対して、酢酸は３６．４％であった。
比較例２
実施例１の反応生成物（残留アクリル酸３.９％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、温度７０℃、滞留時間１０分で中和を行い、ｐＨ１１の液を得た。
工程（２）：有機相（アクリル酸イソブチル８７％、酢酸イソブチル０．３％、イソブタノール５．２％、水分１．６％、高沸成分等５．９％）と水相に遠心分離機にて分離した。
工程（３）：前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．８にして、有機分３０％、無機塩１５％、水分５５％の水溶液を得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対して中和にて分離した有機相を重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相中の水分および分解したイソブタノールが増加して、蒸留精製工程のスチーム使用量が増加して精製系の運転が不安定になったので、条件を実施例２に戻した。
実施例１の反応生成物（残留アクリル酸３.９％）について、以下の工程（１）〜（５）の処理を行った。
工程（１）：中和槽で１０質量％水酸化ナトリウム水溶液を加えて、温度７０℃、滞留時間１０分で中和を行い、ｐＨ１１の液を得た。
工程（２）：有機相（アクリル酸イソブチル８７％、酢酸イソブチル０．３％、イソブタノール５．２％、水分１．６％、高沸成分等５．９％）と水相に遠心分離機にて分離した。
工程（３）：前記水相に９８質量％硫酸を加えｐＨを１．８にして、有機分３０％、無機塩１５％、水分５５％の水溶液を得た。
工程（４）：前記水溶液を回転円板式の抽出塔（理論段数３段）にて、水相１に対して中和にて分離した有機相を重量比１．４で連続抽出を行った。
工程（５）：抽出相は反応に戻し、抽残相は廃水処理設備にて処理を行った。
前記工程（２）で分離した有機相中の水分および分解したイソブタノールが増加して、蒸留精製工程のスチーム使用量が増加して精製系の運転が不安定になったので、条件を実施例２に戻した。
本発明のアクリル酸アルキルエステルの製造方法によれば、工業的に容易な方法で、純度の極めて高いアクリル酸アルキルエステルを得ることができる。純度の高いアクリル酸アルキルエステルは、種々の用途、例えば、塗料、接着剤、粘着剤、合成樹脂および繊維等の原料として用いた場合、従来より性能に優れた製品を製造することができる。
Claims (8)
- 酢酸を含有するアクリル酸と、炭素数が４〜８個のアルコールとを用いるアクリル酸アルキルエステルを製造する方法であって、エステル化反応工程で生じる水を、水と共沸を形成する有機溶剤との共沸蒸留により除去して得られた反応液について、少なくとも次の（１）〜（５）の工程を含む方法で処理することを特徴とするアクリル酸アルキルエステルの製造方法。
（１）反応液にアルカリ水溶液を加え、大気圧下、３５℃〜６５℃の温度で、アクリル酸および触媒成分を中和し、かつ、アクリル酸アルキルエステルおよび酢酸アルキルエステルの一部または全部を鹸化加水分解する工程、
（２）上記工程の後に、有機相と水相に分離する工程、
（３）上記で分離した有機相から蒸留によりアクリル酸アルキルエステルを留出させ、一方、分離した水相に酸を添加して、水相中にアルカリ塩の形で存在するアクリル酸および酢酸を遊離させる工程、
（４）上記で遊離したアクリル酸および酢酸を、アクリル酸アルキルエステルまたはアクリル酸アルキルエステルとアルコールとの混合物からなる抽出剤を用いて抽出する工程、
（５）上記抽出相を反応器へ循環して再利用する工程 - 前記工程（１）において、４〜２５質量％のアルカリ水溶液を反応液中の酸分に対して１．０５〜１．５倍当量添加しながら、大気圧下、３５℃〜６５℃の温度で、５〜３０分間反応を行なう請求項１記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法。
- 前記アルカリ水溶液が、水酸化ナトリウム水溶液である請求項１または請求項２に記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法。
- 前記工程（２）の分離に遠心分離機を用いる請求項１〜３のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法。
- 前記工程（４）で用いる抽出剤が、工程（２）で得られる有機相である請求項１〜４のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法。
- 前記工程（４）で用いる抽出剤のアクリル酸アルキルエステル／アルコールの質量比が、１／０〜１／０．５である請求項１〜５のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法。
- 炭素数が４〜８個のアルコールがｎ−ブチルアルコールあるいはイソブチルアルコールである、請求項１〜６のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法。
- 工程（１）〜（５）を連続で行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアクリル酸アルキルエステルの製造方法。
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