1. 研究目的与意义
丙烯酸甲氧基乙酯是一种重要的化工中间体,属于丙烯酸酯类化合物。丙烯酸酯
类化合物,由于其具有活性高、稀释能力强、低毒、低刺激性等特点,已被广泛的用于涂料、粘合剂、油墨等化工领域。同时,丙烯酸甲氧基乙酯可以用于合成聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯。
丙烯酸-2-甲氧基乙酯是合成丙烯酸酯橡胶的重要原料,是保持丙烯酸酯橡胶耐寒耐油特性的重要保证,以其耐热、耐老化、耐油、耐臭氧、抗紫外线等特点广泛用于汽车的耐高温油封、曲轴、阀杆、汽缸垫、液压输油管等配件中,在丙烯酸酯橡胶中约占15%~25%的比例.近年来中国汽车工业持续高速发展,每年需要丙烯酸-2-甲氧基乙酯在2 000t以上;另外,作为非常有用的功能聚合物单体丙烯酸-2-甲氧基乙酯在涂料工业、特种粘结等方面也发挥着不可替代的作用。为了能用更低的成本来制得更多更纯的物料,因此值得研究。2. 国内外研究现状分析
作为一个非常有用的功能单体分子,丙烯酸-2-甲氧基乙酯的合成方法已有文献报道,其中以通过丙烯酸与乙二醇单甲醚脱水缩合最为常用。
这个过程通常情况下是在取代硫酸或烷基钛酸酯的催化下完成的.虽然反应产率较高,但催化剂酸造成的污染和腐蚀问题却很难解决;另外该类催化剂在实验的过程中也非常容易失活人们对环境问题的日益关注使得该类化合物的合成路线不断创新。
其中,桥本龙太郎等通过丙烯酸甲酯和环氧乙烷的插入反应,顺利得到了丙烯酸-2-甲氧基乙酯.因为在这个反应中得到的是一系列的丙烯酸酯混合物,所以,只能满足某些合成要求的需要.而该反应最值得一提的是,反应是100%的原子经济性.最近人们发现,通过杂多酸的催化来合成该类不饱和羧酸酯可以有效抑制聚合物副产物的产生,从而高收率和高选择性地得到所需要的产物.但在大多数情况下,该类缩合反应所生成的水是需要通过溶剂苯或甲苯带走的.
3. 研究的基本内容与计划
丙烯酸甲氧基乙酯采用直接酯化法工艺,以乙二醇单甲醚和丙烯酸为主要原料,在固体酸催化剂与低毒脱水剂、阻聚剂共同作用下,进行丙烯酸甲氧基乙酯合成工艺研究。
具体的研究内容:① 进行固体酸催化剂、脱水剂及阻聚剂研究,筛选出适宜的固体酸催化剂、低毒共沸脱水剂和阻聚剂。② 对直接酯化反应工艺研究,在确定的共沸脱水剂、催化剂和阻聚剂作用下,确定合理的工艺流程和工艺参数。③确定适宜的产品精馏工艺设备与工艺参数,制得纯度大于99%的目标产品,并对反应产物进行分析表征。
实验方法:在装有磁力搅拌、温度计套管、油水分离器的250 mL三口烧瓶中,依次加入15.22 g(012 mol)乙二醇单甲醚、15.85 g(0122 mol)丙烯酸、80 mL甲苯,混匀; 然后,加入固体酸催化剂、脱水剂及阻聚剂, 避光反应,油浴控温加热,维持反应器内温度为90~100. 反应过程中,反应液略带棕黄色,且油水分离器中积聚起透明液体(分层)。反应6 h后,反应液棕黄色加深,测量油水分离器中水的体积为3 mL左右,停止加热。反应液降温静置后分层,上层为大量微黄色液体,底部有少量棕色液体。分离出下层棕色液体;用净水洗涤(50 mL@2)上层的微黄色液体,分出水相;然后用质量分数10%氢氧化钠水溶液洗掉甲苯相中未反应的丙烯酸和阻聚剂,调节pH10左右,分离出水相。用旋转蒸发仪除去甲苯溶剂(甲苯溶剂可以回收利用).得到了物料,计算产率!4. 研究创新点
第一,合成工艺的创新。对于新的催化剂,新的生产体系必然需要选择适宜的脱水剂;确定适宜的反应条件,包括适宜的投料比、催化剂的用量、脱水剂的用量、反应温度和反应时间等工艺参数。
第二,确定适宜的产品精馏工艺设备与工艺参数,制得纯度大于99%的目标产品,使之用更少的成本,制得更多的物料!