本發(fā)明涉及丙烯酸羥烷基酯系列產(chǎn)品，尤其涉及一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法。

背景技術(shù)：

1、丙烯酸羥乙酯(2-hydroxyethyl?acrylate,hea)是一種無色透明液體，具有碳碳雙鍵和羥基兩個官能團，能夠參與多種化學(xué)反應(yīng)，在纖維加工、涂料工業(yè)等多個工業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用價值。丙烯酸羥乙酯的cas號為818-61-1，熔點為-60℃，沸點為210-215℃(1.6kpa)，相對密度為1.1098(20/4℃)，折射率為1.449-1.451，粘度為5.34mpa·s(25℃)。在工業(yè)生產(chǎn)中，hea主要通過丙烯酸與環(huán)氧乙烷在催化劑及阻聚劑存在下進行加成反應(yīng)制得。常用的催化劑包括鉻系催化劑、鐵系催化劑等。hea的合成工藝成熟且多樣，包括直接酯化法、開環(huán)反應(yīng)法、酯交換法等，其中開環(huán)反應(yīng)法因其反應(yīng)快、轉(zhuǎn)化率高、后處理簡便等優(yōu)點，成為工業(yè)化生產(chǎn)的主要方法。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，鉻系催化劑普遍具有高毒性，存在一定的安全隱患；鐵系催化劑會導(dǎo)致副產(chǎn)物較多，進而影響產(chǎn)量和純度。專利公開號為cn103288639a的發(fā)明專利，公開了一種丙烯酸羥乙酯的合成方法，采用磁性沸石分子篩作為催化劑。其中磁性沸石分子篩為磁性4a沸石分子篩，但該方法制備的分子篩形態(tài)為極細的粉末，通常尺寸僅有幾微米，在工業(yè)中使用極為不便，因此必須將其加工成具有一定形狀和尺寸的聚集體，解決的方法為加入20-60％的黏結(jié)劑，但黏結(jié)劑的加入會相應(yīng)降低沸石分子篩的各種性能，降低其活性和選擇性，從而影響丙烯酸羥乙酯的合成效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中提到的問題，本發(fā)明提供了一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，包括以下步驟：

4、s1、向縮合反應(yīng)釜中加入丙烯酸和沸石基催化劑，攪拌并用蒸汽加熱升溫，將環(huán)氧乙烷經(jīng)液下緩慢通入反應(yīng)釜，控制反應(yīng)溫度，保溫反應(yīng)，得到粗產(chǎn)品；

5、s2、將粗產(chǎn)品加入精餾釜中，加入阻聚劑，減壓蒸餾，用蒸汽加熱升溫，連續(xù)生產(chǎn)時，待中間釜中反應(yīng)液液位低于液位計以下時蒸餾結(jié)束，收集產(chǎn)品，得到丙烯酸羥乙酯成品和蒸餾殘液；

6、s3、蒸餾殘液再進入薄膜蒸發(fā)器，用蒸汽加熱升溫，繼續(xù)收集產(chǎn)品，得到丙烯酸羥乙酯成品和蒸餾殘渣，蒸餾殘渣集中去固廢處理。

7、反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

8、

9、進一步地，步驟s1中蒸汽加熱的溫度為75-80℃，攪拌速度為100-200rpm，通入環(huán)氧乙烷后反應(yīng)溫度控制在85-95℃，保溫時間為30-60min。

10、進一步地，步驟s2中減壓蒸餾的壓力為0.1-0.5mpa，蒸汽加熱的溫度為100-110℃。

11、進一步地，步驟s3中蒸汽加熱的溫度為92-100℃。

12、進一步地，丙烯酸、環(huán)氧乙烷、沸石基催化劑和阻聚劑的投料質(zhì)量比為2000:(1300-1400)：(15-20)：(0.9-1)，阻聚劑為2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物。

13、進一步地，步驟s1中沸石基催化劑包括以下步驟制得：

14、a1、將四丙基氫氧化銨加入去離子水中，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph值至10-11，在持續(xù)攪拌下，加入硅溶膠和鋁溶膠，轉(zhuǎn)移至帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，密封，放入烘箱中晶化，冷卻至室溫，過濾，用去離子水洗滌至洗滌液呈中性，在80-100℃下干燥至恒重，得到沸石分子篩顆粒；

15、a2、將釩酸鹽粉末加入去離子水中，加熱至80-90℃，配制得到0.1-0.5mol/l的釩酸鹽溶液；

16、a3、將沸石分子篩顆粒加入釩酸鹽溶液中浸漬2-3h，過濾，用去離子水洗滌至洗滌液清澈透明，再置于馬弗爐中固化，得到沸石基催化劑。

17、進一步地，步驟a1中四丙基氫氧化銨、去離子水、硅溶膠和鋁溶膠的質(zhì)量比為(5-7)：50：(25-30)：(1-1.5)。

18、進一步地，步驟a1中晶化的溫度為170-180℃，晶化的時間為48-72h。

19、進一步地，步驟a2中釩酸鹽為正釩酸鹽，包括釩酸鈉、釩酸鉀、釩酸鉍、釩酸鍶、釩酸銨鈉、釩酸鈣、釩酸鎂、釩酸銦的一種。

20、進一步地，步驟a3中沸石分子篩顆粒和釩酸鹽溶液的質(zhì)量比為(8-15)：(20-26)，浸漬時可進行輕微攪拌，攪拌速度不超過50rpm。

21、進一步地，步驟a3中固化的溫度為600-700℃，固化的時間為1-2h。

22、進一步地，步驟a1中硅溶膠的制備方法為：硅酸鈉作為硅源，將硅酸鈉加入去離子水中，硅酸鈉和去離子水的質(zhì)量比為(25-30)：50，加熱至60-70℃并持續(xù)至硅酸鈉完全溶解，用稀鹽酸調(diào)節(jié)ph值至9-10，在室溫下靜置陳化24-48h。

23、進一步地，步驟a1中鋁溶膠的制備方法為：鋁鹽作為鋁源，優(yōu)選地，鋁鹽為硫酸鋁，將鋁鹽加入去離子水中，鋁鹽和去離子水的質(zhì)量比為(1-1.5)：50，加熱至60-70℃并持續(xù)攪拌至鋁鹽完全溶解，用稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph值至6-7，在室溫下靜置陳化24-48h。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

25、1、本技術(shù)方案中，以四丙基氫氧化銨(tpaoh)為模板，硅溶膠和鋁溶膠在晶化過程中形成了具有直筒形孔道和“z”字形橫向孔道的孔道結(jié)構(gòu)的沸石分子篩顆粒，提供了豐富的活性位點，還有利于反應(yīng)物分子的擴散和產(chǎn)物的脫附。反應(yīng)物分子(丙烯酸、環(huán)氧乙烷等小分子)可以更容易地進入孔道內(nèi)部，并與活性位點充分接觸，從而提高催化效率。將沸石分子篩顆粒浸漬在釩酸鹽溶液中，并使釩離子進入沸石分子篩的孔道內(nèi)，形成了新的活性中心。這個過程中，釩離子替代了沸石分子篩骨架中的部分離子，或與骨架上的羥基等基團發(fā)生了相互作用，從而改變了沸石分子篩的局部微觀結(jié)構(gòu)，能夠有利于反應(yīng)物分子的吸附和活化，以及產(chǎn)物的快速脫附。與傳統(tǒng)的鉻系或鐵系催化劑相比，沸石基催化劑能夠更精確地控制反應(yīng)路徑，減少副反應(yīng)的發(fā)生，從而提高目標產(chǎn)物丙烯酸羥乙酯的產(chǎn)量和純度。

26、2、現(xiàn)有技術(shù)中的磁性4a沸石分子篩為極細的粉末形態(tài)，顆粒間缺乏有效的結(jié)合力，機械強度低，需要加入大量黏結(jié)劑進行加工才能使用，加入大量黏結(jié)劑會部分堵塞沸石分子篩的孔道，減少活性位點的暴露，從而降低催化劑的活性和選擇性。此外，黏結(jié)劑本身可能不具有催化活性，甚至可能引入惰性組分，進一步降低催化劑的性能。而本發(fā)明中的沸石基催化劑顆粒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)更加緊湊，顆粒間結(jié)合力增強，因此具有較高的機械強度，無需或僅需少量黏結(jié)劑即可直接使用，避免了黏結(jié)劑對催化劑性能的降低。

27、3、本技術(shù)方案中，沸石基催化劑采用的原料為無毒或低毒，且經(jīng)洗滌干燥后可回收再利用，具有一定的經(jīng)濟效益。

技術(shù)特征：

1.一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，步驟s1中蒸汽加熱的溫度為75-80℃，攪拌速度為100-200rpm，通入環(huán)氧乙烷后反應(yīng)溫度控制在85-95℃，保溫時間為30-60min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，步驟s2中減壓蒸餾的壓力為0.1-0.5mpa，蒸汽加熱的溫度為100-110℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，步驟s3中蒸汽加熱的溫度為92-100℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，丙烯酸、環(huán)氧乙烷、沸石基催化劑和阻聚劑的投料質(zhì)量比為2000:(1300-1400)：(15-20)：(0.9-1)，阻聚劑為2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，步驟s1中沸石基催化劑包括以下步驟制得：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，步驟a1中四丙基氫氧化銨、去離子水、硅溶膠和鋁溶膠的質(zhì)量比為(5-7)：50：(25-30)：(1-1.5)。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，步驟a1中晶化的溫度為170-180℃，晶化的時間為48-72h。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，步驟a2中釩酸鹽包括釩酸鈉、釩酸鉀、釩酸鉍、釩酸鍶、釩酸銨鈉、釩酸鈣、釩酸鎂、釩酸銦的一種。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，其特征在于，步驟a3中沸石分子篩顆粒和釩酸鹽溶液的質(zhì)量比為(8-15)：(20-26)，固化的溫度為600-700℃，固化的時間為1-2h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及丙烯酸羥烷基酯系列產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高純度丙烯酸羥乙酯的制備方法，包括以下步驟：S1、向縮合反應(yīng)釜中加入丙烯酸和沸石基催化劑，攪拌并用蒸汽加熱升溫，將環(huán)氧乙烷經(jīng)液下通入反應(yīng)釜，保溫反應(yīng)，得到粗產(chǎn)品；S2、將粗產(chǎn)品加入精餾釜中，加入阻聚劑，蒸汽加熱減壓蒸餾，得到丙烯酸羥乙酯成品和蒸餾殘液；S3、蒸餾殘液再進入薄膜蒸發(fā)器，用蒸汽加熱升溫，得到丙烯酸羥乙酯成品和蒸餾殘渣。本發(fā)明的制備方法能夠制備出高純度的丙烯酸羥乙酯，產(chǎn)量高且雜質(zhì)含量低，沸石基催化劑在此反應(yīng)中展現(xiàn)出了較高的催化活性和選擇性，優(yōu)于其他對比催化劑。

技術(shù)研發(fā)人員：陳方,蘭亞玲
受保護的技術(shù)使用者：池州方達科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14