KR860001901B1 - 알킬 아크릴아미도글리콜레이트의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
알킬 아크릴아미도글리콜레이트의 제조방법
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 알킬 아크릴아미도글리콜레이트 및 그의 알킬 에테르를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 알킬 글리옥실레이트 또는 그의 헤미아세틸을 아크릴아마이드와 반응하여 적당한 알콜과 에테르화될 수 있는 알킬 아크릴아미도글리콜레이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
알킬 아크릴아미도글리콜레이트와 그의 알킬 에테르는 스티렌, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴 등과 같이 에틸렌처럼 불포화된 공통단량체와 쉽게 중합 및 공중합될 수 있다. 중합 또는 공중합될 때 알킬 아크릴아미도글리콜레이트와 그의 알킬 에테르는 피복수지로서 이용된 중합체에 반응부위를 제공하는 것으로 알려졌다. 이들 반응부위는 고온에서의 자체축합에 의해 또는 디아민 같은 가교제의 첨가에 의해 가교될 수 있다.
알킬 아크릴아미도글리콜레이트와 그의 알킬 에테르는 일수화물형태의 아크릴아미도글리콜산을 제공하기 위해 아크릴 아마이드와 글리옥실산을 반응시키므로써 제조된다. 알킬 아크릴아미도글리콜레이트 알킬 에테르를 얻기 위해서, 모액으로부터 중간체를 분리한 후 알킬화 단계시 과량의 물을 제거할 필요가 있다. 이들 공정에서 물을 제거하는 것은 주요난점이다. 몰기준으로 디메톡시프로판 같은 값비싼 물스캐빈저(scavanger)를 사용하는 것은 상당량의 알킬 에테르를 얻는데 필요하다.
그러므로, 알킬 아크릴아미도글리콜레이트와 그의 알킬 에테르를 제조하는 공정에서 바람직한 것은 아크릴아미도글리콜산을 분리한 후 그 다음 단계에서 과량의 물을 제거하는 것을 피하는 것이다. 이와 같은 불필요한 공정을 피하는 것은 오랜동안의 염원이며 본 분야에서 큰 장점이 될 수 있다.
본 발명에서는, 중합억제제 존재하에 약 50℃∼90℃에서 똑같은 몰비로 아크릴아마이드를 알킬 글리옥실레이트 또는 그의 헤미아세탈과 반응하여 알킬아크릴아미도글리콜레이트를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서는 탄소수 1-6의 지방족 및 지환족 알콜과 탄소수 2-6의 1,2-디하이드록시알콜로부터 선정된 과잉몰의 알콜을 증류에 의해 반응하는 추가 반응단계를 포함하는 개량된 공정을 제공한다.
본 발명의 공정에서는 수용성 모액으로부터 분리한 후 알킬화 단계에서 과량의 물을 제거하여 아크릴아미도글리옥실산 1수화물을 제조하는 방법을 피하고 있다. 본 발명의 공정에서는 종래에 이용할 수 없었던 알킬아크릴아미도글리콜레이트의 분리법을 이용한다.
공정이 간단한 본발명에서는 비용을 절감할 수 있고 더 좋은 질의 제품을 생성할 수 있다.
본 발명을 실시하는데 있어, 알킬글리옥실레이트 또는 알킬글리콜레이트 헤미아세탈은 똑같은 몰비로 아크릴아마이드와 반응되어 알킬 아크릴아미도글리콜레이트를 제조한다. 반응물의 몰비를 변형할 수 있지만 몰비를 변형하면 장점이 얻어지지 아니하며, 몰비가 같은 경우에 더 순수하고 더 좋은 수율로 생성물을 얻을 수 있다.
유용한 알킬 글리옥실레이트 헤미아세탈은 하기 구조식(Ⅰ)을 갖고 알킬 글리옥실레이트는 다음 구조식(Ⅱ)을 갖는다.
Figure kpo00001
상기에서, R은 각각 탄소수 1-6의 지방족 또는 지환족 라디칼, 또는 탄소수 2-6의 하이드록시지방족 또는 하이드록실지환족 라디칼이며, 여기서 하이드록실기는 알킬 글리옥실레이트 헤미아세탈의 산소원자에 인접경합된 탄소원자에 결합되어 있다. 전형적으로, 라디칼은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, 시클로헥실, 하이드록시에틸등이 있다.
알킬 글리옥실레이트 또는 그들의 헤미아세탈은 종래의 방법에 의해 제조될 수 있다. 헤미아세탈을 제조하기에 양호한 방법은 글리옥실산 무수물을 과잉몰의 알콜과 반응함과 동시에 반응결과 생성된 물을 제거하는 것이다. 그 결과 형성된 알킬 글리옥실레이트 헤미아세탈은 진공스트리핑에 의해 반응 혼합물로부터 회수될 수 있다.
본 발명의 공정에 유용한 아크릴아마이드는 상업적으로 쉽게 이용될 수 있으며 다음 구조를 갖는다 :
Figure kpo00002
상기에서 R1는 수소 또는 메틸기이다.
본 발명을 실시하는데 있어, 동몰량으로 알킬 글리옥실레이트 헤미아세탈 또는 알킬 글리옥실레이트와 아크릴레이트와 아크릴아마이드는 중합억제제의 존재하에 반응이 종결될 때까지 약 1-3시간동안 약 50°-90℃까지 가열된다. 적당한 중합억제제의 예로는 하이드로퀴논의 메틸 에테르, 에틸렌디아민 테트라아세트산 및 이들의 혼합물이 있다.
알킬 아크릴아미도글리콜레이트가 얻어진 후 이는 중합체 또는 공중합체 제조에 직접 사용하기 위해 분리될 수 있거나, 또는 그의 알킬 에테르 제조시 분리하지 않고 이용될 수 있다.
알킬 아크릴아미도글리콜레이트의 알킬 에테르를 제조하는데 있어, 필요한 과잉몰의 알콜과 알킬 아크릴아미도글리콜레이트는 에테르화 촉매존재하에 환류온도까지 가열된다. 유용한 에테르화촉매는 황산, 파라톨루엔설폰산 등이 있다. 물은 공비증류에 의해 제거될 수 있거나, 과잉의 알콜을 제거하는데 사용되는 진공스트리핑에 의해 제거될 수 있다. 생성물의 미완성 중합을 방지하기 위해 반응혼합물에 공기를 주입하는 것이 바람직하다. 알콜과 알킬 아크릴아미도글리콜레이트가 반응한 후, 종류에 의해 과잉의 알콜을 제거한다.
본 발명은 다음 실시예에서 충분히 예증된다.
[실시 예 A]
에틸 글리옥실레이트 헤미아세탈의 제조
212부(2.25몰)의 글리옥실산 1수화물을 적당한 반응용기에 도입한다. 1,943부의 헥산과 419부(약 9몰)의 2B 에탄올을 첨가한다. 혼합물을 대기압에서 비점까지 가열한다. 헥산을 이용하여 물을 계속 제거하므로써 공비물질을 형성한다. 저급 에탄올 농축액(대부분 물함유)을 제거한다. 반응기에서 에탄올/글리옥시산 몰비를 4/1로 유지하기 위해 제거된 양을 보충하도록 2B에탄올을 반응기에 더 첨가한다.
물이 더 제거되지 않을 때(약 8시간), 반응 혼합물을 냉각한다. 냉각 즉시 혼합물은 2개의 상으로 분리된다. 하부에 분리된 엷은 녹색상은 주로 에틸 글리옥실레이트 헤미아세탈과 에탄올을 함유한다. 상부에 분리된 많은 무색상은 주로 헥산이다.
생성물을 13C NMR에 의해 실험한 결과 약 2/3는 에틸글리옥실레이트 헤미아세탈이고, 약 1/3은 하기구조식의 상응하는 헤미아세탈산이다.
Figure kpo00003
소량의 글리옥실산 1수화물과 에틸 디하이드록시아세테이트로 존재한다.
에틸 글리옥실레이트 헤미아세탈은 50mmHg의 진공증류에 의해 하층으로부터 분리된다. 물 약 1%를 함유하는 순수 생성물 113부가 모두 얻어지는데 이는 글리옥실산공급물의 중량기준으로 34%의 총수율에 해당된다.
[실시예 B]
메틸 글리옥실레이트 헤미아세탈의 제조
적당한 반응용기에 50% 글리옥실산 수용액 4,448부를 도입한다. 100mmHg의 압력에서 진공 스트리핑에 의해 물을 제거한다. 63°-116℃의 반응기온도에서 9시간 동안 계속물을 제거한다. 제거된물의 총량은 2008부에 달한다.
스트립된 글리옥실산은 약 85℃까지 냉각되고 메탄올(메탄올 3몰/글라옥실산 1몰)을 서서히 첨가한다. 반응은 급속한 발열반응이므로, 메탄올중 적어도 반을 첨가함과 동시에 메탄올을 환류하여 온도를 유지할수 있다. 메탄올이 거의 모두 첨가될 때 열이 가해진다. 메탄올의 총첨가량은 2890부이며 이때 온도는 78-92℃이다. 반응시간은 2-1/2시간이다.
메틸 글리옥실레이트 헤미아세탈은 50mmHg에서 진공스트리핑에 의해 반응 혼합물로부터 제거된다. 대부분 약 75-80℃에서 수집되는 생성물은 순도가 약 80%이며, 메탈 디하이드록시 아세테이트(약 10%), 물(약 5%)과 미확인물질 5-10%를 함유한다. 총 2,466부를 수집하였으며 글리옥실산의 초기중량기준으로 총수율은 약 50-60%이었다.
[실시 예 C]
부틸 글리옥실레이트 헤미아세탈의 제조
실시예 Ⅰ의 과정은 다음을 제외하고 실시된다. 50% 글리옥실산수용액 1000부가 도입된 후 부탄올 2000부가 첨가된다. 물과 부탄올은 공비물질을 형성하므로, 물은 공비증류에 의해 2.5시간동안 제거된다. 반응 혼합물을 증류하여 부틸글리옥실레이트 헤미아세탈 1,337부(수율 71%)을 얻는다. 잔류물 610부는 부틸글리옥실레이트 아세탈(24%)이다.
[실시예 Ⅰ]
메틸 아크릴아미도글리콜레이트의 제조
실시예 B에서 얻어진 메틸 글리옥실레이트 헤미아탈 96.3부(0.8몰)를 적당한 반응용기에 도입한 후, 하이드로퀴논의 메탈에테르 1000ppm과 에틸렌디아민테트라아세트산 50ppm을 첨가한다. 질소를 세척한다. 아크릴아마이드 56.8부(0.8몰)를 도입한 후, 아크릴아 마이드 일부가 용해할때 반응기온도를 26℃에서 16℃로 떨어뜨린다. 혼합물을 점차 가열하며, 40-45℃에서 모든 아크릴아마이드가 용해한다.
반응 혼합물의 온도를 서서히 80∼85℃까지 증가시킨 후 유지한다. 이 온도에서 약 1시간 지난후 반응기 내용물을 고화하여 메틸 아미도글리콜레이트를 얻는다.
[실시예 Ⅱ]
에틸 아크릴아미도글리콜레이트의 제조
실시예 A에서 얻어진 에틸 글리옥실레이트 헤미아세탈 29.5부(0.2몰)를 실시예의 과정에 따라 아크릴 아마이드 14.3부(0.2몰)와 함께 이용한다. 반응은 70-85℃에서 2.5시간동안 실시된다. 생성물을13C NMR에 의해 분석한 결과 에틸 아크릴아미도글리콜레이트에 대한 90% 선택도로 90%의 전환율을 나타낸다. 소량의 에틸 아크릴아미도글리콜레이트 에릴 에테르도 존재한다.
[실시예 Ⅲ]
부틸 아크릴아미도글리콜레이트의 제조
다음 화합물을 이용하여 실시예 Ⅰ의 과정을 반복한다. 부틸 글리옥실레이트 헤미아세탈 315부(1.5몰), 아크릴아마이드 110부(1.5몰), 하이드로퀴논의 메틸 에테르 400ppm과 에틸렌디아민 릴트라아세트산 200ppm. 60-65℃에서 3시간 동안 반응을 실시한 후 부산물 부탄올을 진공하에서 스트립한다.
물질을 분리하지 않고 부틸 아크릴아미도글리콜레이트 부틸 에테르를 제조하는데 직접 사용한다.
[실시예 Ⅳ]
메틸 아크릴아미도글리콜레이트 메틸 에테르의 제조
실시예 Ⅰ에서 제조된 메틸 아크릴아미도글리콜레이트 100부(0.63몰)를 메탄올 200부(6.3몰), 하이드로퀴논의 메틸에테르 0.10부 및 에틸렌 디아민 테르라아세트산 0.005부와 혼합한 다음, 파라톨루엔 설폰산 40% 수용액 5.0부를 촉매로서 첨가한다. 반응 혼합물을 환류온도에서 4시간동안 가열한 후, 냉각한 다음 여과한다. 메탄올을 진공 스트리핑하여 생성물을 결정화 한다. 메틸 아크릴아미도글리콜레이트 메틸 에테르의 수율 85%가 얻어진다.
[실시예 Ⅴ]
부틸 아크릴아미도글리콜레이트 부틸 에테르의 제조
실시예 Ⅲ의 반응 생성물이 이용된다. 부탄올 570부(7.7몰)을 첨가한다. 농황산 2㎖를 촉매로서 첨가한 다음, 190mmHg 및 80-85℃에서 2시간동안 공비증류하므로써 물을 제거한다.
공기를 도입하여 생성물의 미완성 중합을 방지한다. 부탄올을 증류하여 96%의 수율로 부틸아크릴아미도글리콜레이트 부틸 에테르를 얻는다.
[실시예 Ⅵ]
부틸 글리옥실레이트 130부를 아크릴아마이드 64부와 하이드로퀴논의 모노메틸 에티르 1000부와 적당한 반응용기에서 혼합한다.
혼합물을 84℃까지 서서히 가열한다. 2시간후 혼합물을 냉각하여 얻는 원하는 부틸 아크릴아미도글리콜레이트는 적당한 용매로부터 재결정화된다.
[실시예 Ⅶ]
부틸 메티크릴아미도글리콜레이트의 제조
다음 화합물을 사용하여 실시예 Ⅵ의 과정을 반복한다. 부틸 글리옥실레이트 부틸 헤미아세탈 273부, 메타크릴아마이드 110부, 하이드로퀴논논의 메틸 에테르 0.27부. 반응은 70-75℃에서 1.5시간 동안 실시되었다. 물질을 분리하지 않고 부틸 메틸아크릴글리콜레이트 부틸 에테르를 제조하는데 직접 사용되었다.
[실시예 Ⅷ]
부틸 메타크릴아미도글리콜레이트 부틸 에테르의 제조
실시예 Ⅵ의 반응 생성물을 이용하였다. 부탄올 130부, 부틸 아세테이트 130부와 농황산 3.0부를 첨가한 후, 감압하에서 공비증류에 의해 물을 제거하였다. 공기를 도입하여 미완성 중합을 방지하였다. 부탄올과 부틸아세테이트를 증류하여 부틸메타크릴 아미도글리콜레이트 부틸 에테르를 얻었다.

Claims (11)

  1. 중합 억제제의 존재하에 아크릴아마이드를 알킬 글리옥실레이트 또는 알킬 글리옥실레이트 헤미아세탈과 동몰량으로 약 50℃-90℃에서 반응하여 알킬 아크릴아미도글리콜레이트를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 촉매가 하이드로퀴논의 메틸에테르와 에틸렌디아민 테트라아세트산의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 알킬글리옥실레이트 헤미아세탈이 메틸글리옥실레이트 메틸 헤미아세탈인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 알킬 글리옥실레이트 헤미아세탈이 부틸글리옥실레이트 부틸 헤미아세탈인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 알킬 글리옥실레이트 헤미아세탈이 부틸글리옥실레이트 부틸 헤미아세탈인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 환류온도에서 에테르와 촉매존재하에 알킬 아크릴아미도글리콜레이트를 과잉의 알콜과 반응한 다음 과잉의 알콜을 증류에 의해 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 공비 증류에 의해 물을 제거함과 동시에 반응을 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서 에테르화 촉매가 황산인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 알킬 아크릴아미도글리콜레이트가 메틸 아크릴아미도글리옥실레이트이고 알콜이 메탄올인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제6항에 있어서 알킬 아크릴아미도글리콜레이트가 부틸 아크릴아미도글리콜레이트이고 알콜이 부탄올인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제6항에 있어서, 알킬 아크릴아미도글리콜레이트가 에테르 아크릴아미도글리콜레이트이고 알콜이 에탄올인 것을 특징으로 하는 방법.
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