CN103664709B - 一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法,该方法包括以下步骤:(1)将丙烯腈与磺化剂混合,形成磺化剂的丙烯腈溶液;(2)使步骤(1)得到的磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触,形成浆状产物;(3)过滤该浆状产物,得到含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼;(4)用冰醋酸洗涤步骤(3)得到的含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼,得到AMPS粗产品。这种方法可以有效减少2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成时间,提高合成效率,降低成本。且得到产品的收率和纯度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法。
背景技术
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(2-acrylamide-2-methylpropanesulfonicacid,以下称为AMPS)是多功能水溶性阴离子单体,由于分子结构具有碳碳双键和对盐不敏感的磺酸基,因此易于聚合,而且其均聚和共聚物有许多特殊的性质,具有广阔的应用前景,可广泛应用于油田化学、水处理剂、化纤、塑料、印染、涂料、表面活性剂、抗静电剂、陶瓷、照相、洗涤助剂、离子交换树脂、气体分离膜、电子工业等领域。
目前最典型的生产AMPS的工艺,是以丙烯腈、发烟硫酸和异丁烯为原料在较温和的条件下进行反应制备AMPS。US3544597首先报道了这种制备酰胺基磺酸类化合物的方法,并得到了纯度较高的单体,但反应条件较为苛刻。
目前技术中,制备AMPS的方法通常为:将丙烯腈、硫酸与异丁烯接触,生成浆状产物后,过滤该浆状产物,得到含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼。由于丙烯腈相对于磺化剂大大地过量加入,为了尽量减少含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼中的丙烯腈的含量,需要将过滤后得到的滤饼进行真空干燥,防止滤饼中夹带的丙烯腈被带入到后续的AMPS的精制过程中发生聚合,从而影响AMPS的产品制备。在该方法中,为了实现滤饼中夹带的丙烯腈的有效去除,真空干燥的时间往往长达3-5小时,操作周期长,工作效率低,且得到的AMPS产品的纯度和收率偏低。
发明内容
本发明的目的是为了克服目前AMPS的合成工艺操作周期长、得到的AMPS产品的纯度和收率偏低的缺点,提供一种制备工艺简单的AMPS的合成工艺。
本发明的发明人发现,在将丙烯腈、硫酸与异丁烯接触,生成浆状产物过滤完成后,使用冰醋酸对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼进行洗涤可以有效地将丙烯腈带走,使含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼无需经真空干燥就可以继续进行精制,这种方法可以有效减少流程长度,提高合成效率,降低成本,还可以提高的AMPS产品的纯度和收率。洗涤后废液可以通过减压精馏的方法进行回收。基于以上发明,完成了本发明。
本发明提供了一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法,该方法包括以下步骤:
(1)将丙烯腈与磺化剂混合,形成磺化剂的丙烯腈溶液;
(2)将步骤(1)得到的磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触,形成浆状产物;
(3)过滤步骤(2)得到的浆状产物,得到含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼;
(4)用冰醋酸洗涤步骤(3)得到的含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼。
本发明提供的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法,使用冰醋酸对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼进行洗涤,可以有效地将残留在含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼中的丙烯腈带走,使含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼不经真空干燥就可以进行继续精制,这种方法可以有效减少2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成流程长度,提高合成效率,降低成本。此外,采用本发明的方法,还可以提高的AMPS产品的纯度和收率。
具体实施方式
本发明提供了一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法,该方法包括以下步骤:
(1)将丙烯腈与磺化剂混合,形成磺化剂的丙烯腈溶液;
(2)将步骤(1)得到的磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触,形成浆状产物;
(3)过滤步骤(2)得到的浆状产物,得到含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼;
(4)用冰醋酸洗涤步骤(3)得到的含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼。
根据本发明,尽管本发明对步骤(4)中,所述冰醋酸与含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的质量比没有特别要求,可以在很宽的范围内选择,但优选情况下,为了充分降低含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼中的丙烯腈的含量,所述冰醋酸与含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的质量比为1-8:1,进一步优选为2-6:1。
根据本发明,尽管本发明对步骤(4)中,所述冰醋酸洗涤含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的方式和次数没有特殊要求,可以将冰醋酸连续地对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼进行洗涤,也可以用冰醋酸分数次对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼进行洗涤。在一种实施方式下,步骤(4)中冰醋酸洗涤步骤(3)得到的含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的方法为间歇冲洗。所述间歇冲洗为用于洗涤含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的冰醋酸不是一次连续冲洗完毕,用部分冰醋酸冲洗后,需要进行过滤,过滤后再用部分冰醋酸洗涤。用冰醋酸冲洗并过滤滤饼为1次。在用冰醋酸分数次对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼进行洗涤的情况下,本发明对用冰醋酸对将冰醋酸对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼进行洗涤的次数没有特别的要求,考虑到洗涤的效果和操作成本,优选情况下,将冰醋酸对将冰醋酸分次对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼进行洗涤的次数为2-4次,进一步优选为2或3次。
根据本发明,对所述丙烯腈、磺化剂和异丁烯的用量没有特别的要求,可以为常规的用量。优选情况下,丙烯腈相对于磺化剂和异丁烯大大过量,磺化剂和异丁烯的摩尔比相近,具体地,所述丙烯腈、异丁烯和磺化剂的摩尔比可以为5-25:0.8-1.2:1。
本发明中,将丙烯腈与磺化剂混合的目的是为了获得磺化剂的丙烯腈溶液,因此,根据本发明,对所述丙烯腈与磺化剂混合的温度并没有特别的限定,考虑到磺化剂通常具有为强酸性和强氧化性的硫酸或者发烟硫酸,较低的温度有利于反应和操作,优选地,所述丙烯腈与磺化剂混合的温度为-10℃到4℃,进一步优选情况下,所述丙烯腈与磺化剂混合的温度为-10-0℃。本发明对将丙烯腈与磺化剂混合时间没有特别的限定,考虑到磺化剂为高浓度硫酸或发烟硫酸的强酸性和强氧化性,合理的混合时间有利于防止副反应的发生和有利于工艺操作,优选地,所述将丙烯腈与磺化剂混合的时间为3-300分钟,进一步优选情况下,混合的时间为30-180分钟。
本发明中,将磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触的目的是为了获得AMPS浆状产物,因此,根据本发明,对磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触的时间和温度没有特别的限定,优选地,将磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触的温度为-10℃到50℃,磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触的时间为0.5-10小时,进一步优选情况下,将磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触的温度为0℃至50℃,时间为30-180分钟。
根据本发明,本发明对磺化剂的种类没有特别的要求,现有技术中各种磺化剂均可以实现本发明的目的,考虑到具有强酸性和强氧化性的磺化剂可以提高反应的产率,优选地,所述磺化剂为浓度为95-102重量%的硫酸或发烟硫酸。
根据本发明的生产方法,本发明对所述丙烯腈的含水量没有特别的限制。优选情况下,丙烯腈含水量低于1重量%,更优选为0.2-0.7重量%。
根据本发明的生产方法,步骤(3)中固液过滤的方法可以为现有技术中各种能过实现固液分离的过滤方法,包括常压过滤法、真空过滤法等,将生成的浆状产物冷至室温,经过滤后得到含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼和滤液。
根据本发明,所述AMPS粗品可以进一步纯化得到AMPS纯品。所述纯化的方法可以为常规的AMPS纯化方法,如US4337215中公开的方法。具体地,该方法包括将AMPS粗品与含水量为3-20重量%的醋酸水溶液混合,所述AMPS粗品与醋酸水溶液的重量比为1:10-1:4,将混合物加热到85℃-105℃直至AMPS粗品溶解,然后将得到的混合液冷却3-5小时,过滤并真空干燥,所述真空干燥的条件可以与前述真空干燥的条件相同,干燥后即可得到AMPS纯品,纯品纯度一般大于99重量%。在重结晶过程中,可以在AMPS粗品溶解后,通过减压蒸馏蒸馏出部分水和醋酸,能够提高重结晶过程的收率。
下面通过实施例对本发明的方法做进一步的说明。
AMPS产品的纯度通过液相色谱分析(LC分析)确定。液相色谱的分析条件为:ZorbaxSAX色谱柱,流动相为0.1mol/LKH2PO4溶液,流速为1.0mL/min,紫外检测器。
本发明中,AMPS的收率是根据异丁烯原料的加入量和AMPS粗品的重量计算得到。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法。
(1)在设有控温装置、搅拌器、温度计和气体进料装置的四口烧瓶中,加入330g丙烯腈,将丙烯腈冷却到-10℃后加入102重量%的发烟硫酸61g,加料过程中以及加料完毕后维持温度为-10℃并继续搅拌1小时,形成磺化剂的丙烯腈溶液;
(2)升温到38℃后通入35g异丁烯进行反应,待异丁烯通入完毕后,保温1小时后结束反应,得到浆状产物;
(3)将步骤(2)得到的浆状产物进行真空过滤,得到含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼180g;
(4)分别使用360g冰醋酸两次对滤饼进行洗涤和过滤,两次洗涤和过滤的时间分别为30分钟;
(5)将洗涤后的滤饼中加入450g浓度为10重量%的醋酸水溶液,1小时内升温到90℃,然后降温至50℃,使用真空蒸馏装置蒸出约280g醋酸水溶液,然后继续降温到10℃,对液固混合物进行过滤,将滤饼在105℃下真空干燥5h,得到高纯AMPS,纯度为99.6重量%,总收率84%。
对比例1
本对比例用于说明现有技术提供的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法。
按照实施例1的方法合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,不同的是,步骤(4)中,对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼在温度为105℃,压力为10KPa,真空干燥5h。得到的高纯AMPS中,纯度为99重量%,总收率80%。
实施例2
按照实施例1的方法合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,不同的是,在步骤(4)中,使用440g冰醋酸对滤饼进行连续洗涤后过滤,冰醋酸与含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的质量比为2:1,洗涤和过滤的时间为15分钟,其他步骤相同,得到的高纯AMPS中,纯度为99.3重量%,总收率85%。
实施例3
按照实施例1的方法合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,不同的是,在步骤(4)中使用1080g冰醋酸一次对滤饼进行连续洗涤后过滤,冰醋酸与含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的质量比为6:1,洗涤和过滤的时间为15分钟,其他步骤相同,得到的高纯AMPS中,纯度为99.5重量%,总收率85%。
实施例4
按照实施例1的方法合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,不同的是,在步骤(4)中,冰醋酸与含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的质量比为1:1,对滤饼进行连续洗涤后过滤,洗涤和过滤的时间为10分钟,其他步骤相同,得到的高纯AMPS中,纯度为99.1重量%,总收率84%。
实施例5
按照实施例1的方法合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,不同的是,在步骤(4)中,冰醋酸与含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的质量比为8:1,洗涤和过滤的时间为15分钟,其他步骤相同,得到高纯AMPS中,纯度为99.2重量%,总收率82%。
实施例6
按照实施例1的方法合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,不同的是,步骤(2)的反应温度为20℃,其他步骤相同,得到的高纯AMPS中,纯度为99.3重量%,总收率80%。
实施例7
按照实施例1的方法合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,不同的是,步骤(5)步中降温至50℃后不再蒸出醋酸液,其他步骤相同,最终得到高纯AMPS,纯度为99.6重量%,总收率59%。
对比例2
按照实施例6的方法合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,不同的是,除步骤(4)中对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼在温度为105℃,压力为10KPa,真空干燥3h代替冰醋酸洗涤,其他步骤相同,最终得到高纯AMPS,纯度为99重量%,总收率50%。
将实施例1与对比例1、实施例6与对比例2进行比较可以看出,采用本发明提供的方法合成AMPS,可以使除去含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼中的丙烯腈的时间由目前技术中真空干燥的3-5小时缩短到5-30分钟。此外,采用本发明的方法制备的AMPS的收率和纯度比现有技术采用真空干燥的方法除去含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼中的丙烯腈得到的AMPS高。
Claims (11)
1.一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法,该方法包括以下步骤:
(1)将丙烯腈与磺化剂混合,形成磺化剂的丙烯腈溶液;
(2)将步骤(1)得到的磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触,形成浆状产物;
(3)过滤步骤(2)得到的浆状产物,得到含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼;
(4)用冰醋酸洗涤步骤(3)得到的含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼;
(5)将含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼不经真空干燥直接与含水量为3-20重量%的醋酸水溶液混合,所述含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼与醋酸水溶液的重量比为1:10-1:4,将混合物加热到85℃-105℃直至含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼溶解,然后将得到的混合液冷却3-5小时,过滤并真空干燥,干燥后即可得到含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸纯品。
2.根据权利要求1所述的生产方法,其中,步骤(4)中,所述冰醋酸与含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的质量比为1-8:1。
3.根据权利要求2所述的生产方法,其中,步骤(4)中,所述冰醋酸与含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的质量比为2-6:1。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的生产方法,其中,步骤(4)中冰醋酸洗涤步骤(3)得到的含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的方法为间歇冲洗,冲洗次数为2-4次。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的生产方法,其中,冰醋酸洗涤步骤(3)得到的含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的滤饼的方法为连续冲洗。
6.根据权利要求1所述的生产方法,其中,所述丙烯腈、异丁烯和磺化剂的摩尔比为5-25:0.8-1.2:1。
7.根据权利要求1或6所述的生产方法,其中,将丙烯腈与磺化剂混合的温度为-10℃至4℃,时间为3-300分钟。
8.根据权利要求1或6所述的生产方法,其中,磺化剂的丙烯腈溶液与异丁烯接触的温度为-10℃到50℃,时间为0.5-10小时。
9.根据权利要求1所述的生产方法,其中,所述磺化剂为浓度为95-102重量%的硫酸或发烟硫酸。
10.根据权利要求1所述的生产方法,其中,所述丙烯腈的含水量低于1重量%。
11.根据权利要求10所述的生产方法,其中,所述丙烯腈的含水量为0.2-0.7重量%。
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