二甲基丙烯酸新戊二醇酯的绿色催化合成工艺研究

摘要

二甲基丙烯酸新戊二醇酯(NPGDA)是功能性丙烯酸酯的一种，可用作过氧化交联的助交联剂，适用于硫黄硫化困难的合成橡胶的硫化体系。具有缩短交联时间，改菩硫化橡胶等特点。亦可用作改性剂，适用于PVC电线的辐射交联以及感光树脂、胶粘剂，涂料、泡沫塑料等。工业生产绝大多数均用浓硫酸作为其合成的催化剂，由于浓硫酸的污染环境，腐蚀设备及后处理工序繁杂等缺点，寻找环境友好，可重复利用的固体酸催化剂就成为工业界和学术界研究的重点。 为此，本文在得出传统浓硫酸作本反应催化剂的优化工艺条件的基础上，系统考察了负载型固体酸催化剂的催化活性，负载方法的影响及优化反应条件。具体研究如下： 1、以浓硫酸(H2SO4)、对甲苯磺酸(PTSA)和磷钨酸(HPW)作催化剂，研究了反应原料配比(甲基丙烯酸MAA和新戊二醇NPG的摩尔比)，催化剂含量，带水剂用量，阻聚剂用量(均是相对于新戊二醇的质量分数，下同)，反应终温对NPGDA收率的影响，其中S2SO4的优化反应条件为酸醇摩尔比2.3:1，催化剂用量7％，反应终温105℃，反应时间90min，带水剂环己烷用量60％，阻聚剂用量0.75％，酯收率可达到95.0％。 2、以活性碳，二氧化硅和二氧化钛分别负载磷钨酸(HPW/AC、HPW/SiO2、HPW/TiO2)，活性碳负载对甲苯磺酸(PTSA/AC)作催化剂，考察了反应条件的影响。其中HPW/AC的优化反应条件为酸醇摩尔比2.3:1，催化剂用量8％，反应终温115℃，反应时间120min，带水剂环己烷用量80％，搅拌转速300r/min，酯收率可达到83.5％，重复利用四次后，仍可达到76.0％。 3、考察了负载方法和负载量对负载型催化剂反应活性的影响，得出采用直接蒸干法和活性组分与载体1:1的质量配比为最优化的负载条件。 4、对负载型催化剂进行了FT-IR，SEM，XRD，XPS，TGA，BET等表征，证明负载型催化剂的催化性能与表面晶态，催化活性组分的分布态，催化剂的结构组成等密切相关。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章文献综述

1.1功能性丙烯酸酯的应用概述

1.2国内外丙烯酸酯类及其聚合物的生产发展状况

1.2.1国外的发展状况

1.2.2国内发展状况

1.3合成功能性丙烯酸酯的催化剂研究

1.3.1浓硫酸和对甲苯磺酸

1.3.2强酸性阳离子交换树脂

1.3.3固体超强酸

1.3.4沸石分子筛

1.3.5杂多酸

1.4负载型杂多酸催化剂

1.4.1负载杂多酸的载体概述

1.4.2负载型杂多酸催化剂表面作用机理

1.4.3负载型杂多酸催化剂的制备

1.5选题背景和意义

第二章实验部分

2.1实验所用的试剂与仪器

2.2试验装置

2.2.1 酯化反应试验装置

2.2.2减压蒸馏试验装置

2.3实验操作

2.3.1负载型催化剂的制备

2.3.2反应实验步骤

2.3.3减压蒸馏实验步骤

2.4反应产物分析

2.4.1红外光谱结果分析

2.4.2气相色谱结果分析

2.4.3色质联用结果分析

2.4.4活性和折射率测定结果

2.5催化剂的表征

2.5.1红外光谱法

2.5.2扫描电镜法

2.5.3 XPS测定

2.5.4 XRD测定

2.5.5 TGA测定

2.5.6比表面积和孔结构的测定

2.5.7衡量反应的指标

第三章均相催化剂的催化活性研究

3.1通过正交实验初步确定反应条件

3.1.1正交实验方案的确定

3.1.2正交实验结果及极差分析

3.2反应过程影响因素分析

3.2.1酸醇摩尔比的影响

3.2.2催化剂用量的影响

3.2.3反应终温的影响

3.2.4带水剂用量的影响

3.2.5阻聚剂用量的影响

3.2.6传统催化剂下的催化活性及产物比较

3.3本章小结

第四章负载型催化剂的催化活性研究

4.1优化负载方法和负载量的筛选

4.2反应过程影响因素分析

4.2.1酸醇摩尔比的影响

4.2.2催化剂用量的影响

4.2.3带水剂用量的影响

4.2.4搅拌器转速的影响

4.2.5反应终温的影响

4.3负载型催化剂重复利用考察

4.4各负载型催化剂下的催化活性和产物比较

4.5负载型催化剂的表征

4.5.1红外光谱结果分析

4.5.2扫描电镜结果分析

4.5.3 XRD结果分析

4.5.4 XPS结果分析

4.5.5 TGA结果分析

4.5.6负载型催化剂比表面积和孔结构分析

4.6本章小结

第五章结论与研究展望

5.1 结论

5.2研究展望

参考文献

发表论文情况

致谢