一种采用双丙酮醇制备双丙酮丙烯酰胺的方法

摘要

本发明公开了一种采用双丙酮醇制备双丙酮丙烯酰胺的方法，步骤如下：⑴将双丙酮醇与丙烯腈混合在复合质子酸催化下反应得反应混合液；⑵滴加反应混合液到氢氧化钾水溶液中，滴加完后调节体系的pH值为7.5-8.5，得中和混合物；⑶向中和混合物中加入乙酸乙酯，萃取后静置分层，取出有机相并加入阻聚剂，蒸馏有机相除去乙酸乙酯、丙烯腈，然后对有机相进蒸馏，回收未反应的原料双丙酮醇，再减压蒸馏有机相，收集120-125℃的馏分，得双丙酮丙烯酰胺粗产品；⑷将双丙酮丙烯酰胺粗产品溶于乙酸乙酯中重结晶，取出结晶产物并烘干，即得到双丙酮丙烯酰胺。该方法工序少，反应平稳，温度好控制，副反应少，产品转化率高，产品纯度高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性功能单体—双丙酮丙烯酰胺（DAAM）的制备方法。

背景技术

双丙酮丙烯酰胺（DAAM）是一种广泛用于涂料、胶粘剂、环氧树脂固化剂、感光树脂助剂、纺织助剂和医疗卫生等领域的新型乙烯基水性功能单体，也是一种可用于生产环保高性能产品的精细化工产品，其发展情景十分广阔。

DAAM的合成方法较多，国内主要采用丙烯腈与丙酮为原料，在浓硫酸作催化剂的条件下进行反应合成DAAM。上述反应的机理是丙酮在浓硫酸作用下，先经过缩合生成双丙酮醇，再与丙烯腈反应生成DAAM。由于丙酮缩合过程中副反应较多，产生杂质较多，并且副产物中还存在少量的通过蒸馏很难去除的丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、异佛尔酮等杂质，得到的产品纯度较低，导致产品应用存在分层、凝胶、附着力差、乳化剂适用面小等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种双丙酮丙烯酰胺（DAAM）的制备方法。

本发明采用包含以下步骤的制备方法来达到本发明的目的：

⑴将双丙酮醇与丙烯腈按摩尔比为1.2-1.3:1的配比关系组成的混合物升温至30-40℃，在温度40-50℃和搅拌条件下向混合物中滴加复合质子酸，滴加完毕后，在温度80-85℃和搅拌条件下，反应5-8小时，得反应混合液； 

⑵在温度20℃以下和搅拌条件下，将反应混合液滴加到质量分数为15%的氢氧化钾水溶液中，滴加过程中保持体系pH值大于7，滴加完毕后调节体系的pH值为7.5-8.5，得到中和混合物； 

⑶向中和混合物中加入乙酸乙酯进行萃取，萃取完毕后静置分层并分离出有机相，向有机相内加入阻聚剂对叔丁基邻苯二酚，先在温度76-78℃条件下对有机相进行蒸馏除去乙酸乙酯、丙烯腈，然后在绝对真空度3000-3200Pa和温度72-75℃条件下对有机相进行蒸馏，回收未反应的原料双丙酮醇，最后再对有机相在绝对真空度100-200Pa和温度119-126℃条件下进行蒸馏，收集120-125℃的馏分，即得双丙酮丙烯酰胺粗产品；

⑷将双丙酮丙烯酰胺粗产品溶于乙酸乙酯中，然后进行重结晶，结晶完毕进行固液分离，将固液分离的得到的固体产物进行烘干，烘干完毕即得到双丙酮丙烯酰胺。

所述步骤（4）中制得双丙酮丙烯酰胺，其质量纯度大于99%，熔点为54-56℃，水分小于0.3%，丙烯酰胺含量小于0.2%，阻聚剂含量不超过100ppm。

所述复合质子酸为浓度为85%的磷酸与浓度为36%盐酸的混合物，磷酸与盐酸质量比为8-9:1，复合质子酸与丙烯腈质量比为4-5:1。

所述步骤（3）中乙酸乙酯的用量为丙烯腈质量的8-10倍；所述步骤（4）中乙酸乙酯的用量为双丙酮丙烯酰胺粗产品质量的1-1.1倍。

所述步骤（1）中复合质子酸的滴加时间为1-2小时。

所述步骤（2）中对叔丁基邻苯二酚的用量为丙烯腈质量的1-3%。

所述步骤（2）中的氢氧化钾水溶液，其质量分数为15%。之所以采用质量分数为15%的氢氧化钾水溶液，是发明人经过大量反复试验才确定的，如果氢氧化钾水溶液浓度过低，则会导致中和时间过长，如果氢氧化钾水溶液浓度太高，中和过程放热速率过快很难控制温度在20℃以下。基于上述考虑，采用质量分数为15%的氢氧化钾水溶是十分合适的。至于氢氧化钾水溶液的用量以保证滴加过程中和滴加完成后体系的pH值大于7为底限，当然用量适当增多更有利于操作；不过用量过大，不但造成浪费，而且会在滴加完后体系的pH值大于8.5，还需加酸中和至体系的pH值为7.5-8.5，既浪费原料，又操作繁琐。

本发明中的对叔丁基邻苯二酚作为阻聚剂使用，其作用在于本品可以有效阻止蒸馏过程中因温度过高而导致的产品聚合。催化剂采用磷酸与盐酸组成的复合质子酸，相对浓硫酸而言，复合质子酸可以减少对设备的腐蚀，而且反应过程平稳，温度好控制，可减少副反应、提高产品转化率和产品纯度。

本发明与现有技术相比，有以下优点：直接采用双丙酮醇与丙烯腈进行反应，省略了丙酮缩合制备双丙酮醇的步骤，不但工艺步骤少，而且避免因丙酮缩合生成双丙酮醇过程而产生的异丙叉丙酮、N-叔丁基丙烯酰胺、异佛尔酮等杂质，可以显著提高产品纯度；采用复合质子酸作催化剂，减少了对设备的腐蚀，而且反应过程平稳，温度好控制，副反应少，产品转化率高，产品纯度高。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明技术方案，这些实施例仅是用来详细展现本发明的技术构思及其可实施性，并不是对本发明保护范围的限制，利用本发明技术构思做出的等效替换和变通仍然在本发明的保护范围之内。

实施例1

⑴将60g丙烯腈和158g双丙酮醇加入反应器中形成二者的混合物，加热混合物升温至30℃，然后在温度40℃和搅拌条件下向混合物中滴加240g复合质子酸，滴加时间1小时，滴加完毕后，再在温度80℃和搅拌条件下，反应8小时，得反应混合液。 

⑵在温度20℃以下和搅拌条件下，将上述反应混合液滴加到2175克质量分数为15%的氢氧化钾水溶液中，滴加过程中始终保持体系pH值大于7，滴加完毕后用   15%的氢氧化钾水溶液调节体系的pH值为7.5，得到中和混合物；

⑶向上述中和混合物中加入480g乙酸乙酯进行搅拌萃取，萃取完毕后静置分层并分离出有机相，向有机相内加入阻聚剂对叔丁基邻苯二酚0.6克，接着对有机相在温度76-78℃条件下进行蒸馏操作除去乙酸乙酯、丙烯腈，然后对有机相在绝对真空度3000-3200Pa和温度72-75℃条件下进行减压蒸馏，回收未反应的原料双丙酮醇，最后再对有机相在绝对真空度100-200Pa和温度119-126℃条件下进行减压蒸馏，收集120-125℃的馏分，即得双丙酮丙烯酰胺粗产品；

⑷按双丙酮丙烯酰胺粗产品与乙酸乙酯的质量比为1:1的配比关系，将上述双丙酮丙烯酰胺粗产品溶于乙酸乙酯中，然后进行重结晶，重结晶完成后进行抽滤，将抽滤后得到的固体产物进行烘干，烘干完毕即得到双丙酮丙烯酰胺146.8克，产品收率为76.7%。

本实施例中，复合质子酸为磷酸和盐酸的混合物，磷酸和盐酸的质量比为磷酸与盐酸质量比为8:1，其中的磷酸的浓度为85%，盐酸的浓度为36%。

实施例2

⑴将60g丙烯腈和170g双丙酮醇加入反应器中形成二者的混合物，加热混合物升温至35℃，然后在温度45℃和搅拌条件下向混合物中滴加270g复合质子酸，滴加时间1.5小时，滴加完毕后，再在温度82℃和搅拌条件下，反应7.5小时，得反应混合液。 

⑵在温度20℃以下和搅拌条件下，将上述反应混合液滴加到2456克质量分数为15%的氢氧化钾水溶液中，滴加过程中始终保持体系pH值大于7，滴加完毕后用15%的氢氧化钾水溶液调节体系的pH值为8，得到中和混合物；

⑶向上述中和混合物中加入600g乙酸乙酯进行搅拌萃取，萃取完毕后静置分层并分离出有机相，向有机相内加入阻聚剂对叔丁基邻苯二酚1.8克，接着对有机相在温度76-78℃条件下进行蒸馏操作除去乙酸乙酯、丙烯腈，然后对有机相在绝对真空度3000-3200Pa和温度72-75℃条件下进行减压蒸馏，回收未反应的原料双丙酮醇，最后再对有机相在绝对真空度100-200Pa和温度119-126℃条件下进行减压蒸馏，收集120-125℃的馏分，即得双丙酮丙烯酰胺粗产品；

⑷按双丙酮丙烯酰胺粗产品与乙酸乙酯的质量比为1:1.05的配比关系，将上述双丙酮丙烯酰胺粗产品溶于乙酸乙酯中，然后进行重结晶，重结晶完成后进行抽滤，将抽滤后得到的固体产物进行烘干，烘干完毕即得到双丙酮丙烯酰胺147.5克，产品收率为77.1%。

本实施例中，复合质子酸为磷酸和盐酸的混合物，磷酸和盐酸的质量比为磷酸与盐酸质量比为8.5:1，其中的磷酸的浓度为85%，盐酸的浓度为36%。

实施例3

⑴将60g丙烯腈和165g双丙酮醇加入反应器中形成二者的混合物，加热混合物升温至35℃，然后在温度45℃和搅拌条件下向混合物中滴加265g复合质子酸，滴加时间2小时，滴加完毕后，再在温度83℃和搅拌条件下，反应7小时，得反应混合液。 

⑵在温度20℃以下和搅拌条件下，将上述反应混合液滴加到2420克质量分数为15%的氢氧化钾水溶液中，滴加过程中始终保持体系pH值大于7，滴加完毕后用   15%的氢氧化钾水溶液调节体系的pH值为8.5，得到中和混合物；

⑶向上述中和混合物中加入600g乙酸乙酯进行搅拌萃取，萃取完毕后静置分层并分离出有机相，向有机相内加入阻聚剂对叔丁基邻苯二酚0.9克，接着对有机相在温度76-78℃条件下进行蒸馏操作除去乙酸乙酯、丙烯腈，然后对有机相在绝对真空度3000-3200Pa和温度72-75℃条件下进行减压蒸馏，回收未反应的原料双丙酮醇，最后再对有机相在绝对真空度100-200Pa和温度119-126℃条件下进行减压蒸馏，收集120-125℃的馏分，即得双丙酮丙烯酰胺粗产品； 

⑷按双丙酮丙烯酰胺粗产品与乙酸乙酯的质量比为1:1.1的配比关系，将上述双丙酮丙烯酰胺粗产品溶于乙酸乙酯中，然后进行重结晶，重结晶完成后进行抽滤，将抽滤后得到的固体产物进行烘干，烘干完毕即得到双丙酮丙烯酰胺147克，产品收率为76.8%。

本实施例中，复合质子酸为磷酸和盐酸的混合物，磷酸和盐酸的质量比为磷酸与盐酸质量比为9:1，其中的磷酸的浓度为85%，盐酸的浓度为36%。

实施例4

⑴将60g丙烯腈和162g双丙酮醇加入反应器中形成二者的混合物，加热混合物升温至40℃，然后在温度50℃和搅拌条件下向混合物中滴加300g复合质子酸，滴加时间2小时，滴加完毕后，再在温度85℃和搅拌条件下，反应5小时，得反应混合液。 

⑵在温度20℃以下和搅拌条件下，将上述反应混合液滴加到2739克质量分数为15%的氢氧化钾水溶液中，滴加过程中始终保持体系pH值大于7，滴加完毕后用15%的氢氧化钾水溶液调节体系的pH值为9，得到中和混合物；

⑶向上述中和混合物中加入490g乙酸乙酯进行搅拌萃取，萃取完毕后静置分层并分离出有机相，向有机相内加入阻聚剂对叔丁基邻苯二酚1.5克，接着对有机相在温度76-78℃条件下进行蒸馏操作除去乙酸乙酯、丙烯腈，然后对有机相在绝对真空度3000-3200Pa和温度72-75℃条件下进行减压蒸馏，回收未反应的原料双丙酮醇，最后再对有机相在绝对真空度100-200Pa和温度119-126℃条件下进行减压蒸馏，收集120-125℃的馏分，即得双丙酮丙烯酰胺粗产品； 

⑷按双丙酮丙烯酰胺粗产品与乙酸乙酯的质量比为1:1.1的配比关系，将上述双丙酮丙烯酰胺粗产品溶于乙酸乙酯中，然后进行重结晶，重结晶完成后进行抽滤，将抽滤后得到的固体产物进行烘干，烘干完毕即得到双丙酮丙烯酰胺146.2克，产品收率为76.4%。

本实施例中，复合质子酸为磷酸和盐酸的混合物，磷酸和盐酸的质量比为磷酸与盐酸质量比为9:1，其中的磷酸的浓度为85%，盐酸的浓度为36%。

实施例5

⑴将60g丙烯腈和167g双丙酮醇加入反应器中形成二者的混合物，加热混合物升温至35℃，然后在温度48℃和搅拌条件下向混合物中滴加285g复合质子酸，滴加时间2小时，滴加完毕后，再在温度85℃和搅拌条件下，反应6小时，得反应混合液。 

⑵在温度20℃以下和搅拌条件下，将上述反应混合液滴加到2602克质量分数为15%的氢氧化钾水溶液中，滴加过程中始终保持体系pH值大于7，滴加完毕后用15%的氢氧化钾水溶液调节体系的pH值为8，得到中和混合物；

⑶向上述中和混合物中加入540g乙酸乙酯进行搅拌萃取，萃取完毕后静置分层并分离出有机相，向有机相内加入阻聚剂对叔丁基邻苯二酚1.2克，接着对有机相在温度76-78℃条件下进行蒸馏操作除去乙酸乙酯、丙烯腈，然后对有机相在绝对真空度3000-3200Pa和温度72-75℃条件下进行减压蒸馏，回收未反应的原料双丙酮醇，最后再对有机相在绝对真空度100-200Pa和温度119-126℃条件下进行减压蒸馏，收集120-125℃的馏分，即得双丙酮丙烯酰胺粗产品； 

⑷按双丙酮丙烯酰胺粗产品与乙酸乙酯的质量比为1:1.03的配比关系，将上述双丙酮丙烯酰胺粗产品溶于乙酸乙酯中，然后进行重结晶，重结晶完成后进行抽滤，将抽滤后得到的固体产物进行烘干，烘干完毕即得到双丙酮丙烯酰胺148克，产品收率为77.3%。

本实施例中，复合质子酸为磷酸和盐酸的混合物，磷酸和盐酸的质量比为磷酸与盐酸质量比为9:1，其中的磷酸的浓度为85%，盐酸的浓度为36%。

上述实施例制得的双丙酮丙烯酰胺，经检测而得的物性参数见表1。

表1  双丙酮丙烯酰胺物性参数表

 

注：外观是通过目测法测定；双丙酮丙烯酰胺含量及丙烯腈含量通过气相色谱法测定，阻聚剂含量通过滴定测定。