CN109206314B - 双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法 - Google Patents
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Abstract
一种双(2‑羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,包含使环氧乙烷与对苯二甲酸在共溶剂中加热进行反应,该共溶剂包括水与C6‑C8碳氢化合物;其中,以对苯二甲酸为1mol时,环氧乙烷的比例范围为2‑3mol;且以C6‑C8碳氢化合物为1重量份时,水的比例范围为1‑3重量份。本发明的制法可提高对苯二甲酸转化率并降低副产物,且可降低溶剂的使用量。
Description
技术领域
本发明涉及一种双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,特别是涉及一种在共溶剂中加热进行反应的制法。
背景技术
在一般聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)的工艺中,是先制得双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯[bis(2-hydroxyethyl)terephthalate,BHET,如以下化学式1所示],再进行缩聚反应。工业上,BHET可通过环氧乙烷(ethylene oxide)与对苯二甲酸反应得到,以避免酯交换法产生甲醇副产物及直接酯化法需在加压环境中反应、需添加大量乙二醇、产物组成中含有低聚物(oligomer)等问题。
[化学式1]
US 3052711公开一种以环氧乙烷与对苯二甲酸反应制得BHET的工艺,是以水作为溶剂,其通过连续式工艺,可减少水与环氧乙烷反应成二醇的可能性,并减免产物BHET水解的问题,但其工艺生产出每千克的BHET,所产生的溶剂废液量约有1千克。
US 7332548公开一种以环氧乙烷与对苯二甲酸反应制得部分酯化的对苯二甲酸的工艺,是以甲苯作为溶剂,然而,其对苯二甲酸转化率普遍在54.4%以下。
US 6310233公开一种以环氧乙烷与对苯二甲酸反应制得BHET的工艺,是以水及二甲醚作为共溶剂,但其制得的主要产物为对苯二甲酸单2-羟乙酯[mono(2-hydroxyethyl)terephthalate,MHET,如以下化学式2所示]。
[化学式2]
发明内容
本发明的目的在于提供一种双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,可以克服上述背景技术的缺点。
本发明的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,包含使环氧乙烷与对苯二甲酸在共溶剂中加热进行反应,该共溶剂包括水与C6-C8碳氢化合物;其中,以对苯二甲酸为1mol时,环氧乙烷的比例范围为2-3mol;且以C6-C8碳氢化合物为1重量份时,水的比例范围为1-3重量份。
本发明的有益效果在于:通过本发明双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,可提高对苯二甲酸转化率并降低副产物,且可降低溶剂的使用量。
以下将就本发明内容进行详细说明:
优选地,以对苯二甲酸为1mol时,环氧乙烷的比例范围为2.7-3mol。
优选地,以对苯二甲酸为1mol时,该共溶剂的比例范围为3-10mol。在本发明的具体实施例中,以对苯二甲酸为1mol时,该共溶剂的比例范围为3.3-4.5mol。
优选地,该C6-C8碳氢化合物是选自于己烷、庚烷、辛烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯或其组合。更优选地,该C6-C8碳氢化合物是选自于甲苯或环己烷。
优选地,该反应是在碱的催化下进行。更优选地,该碱是选自于碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、胺(amine)、有机铵盐(organic ammonium salt)、无机铵盐或其组合。在本发明的具体实施例中,该碱是碳酸钠。
优选地,在该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应前,先将该对苯二甲酸与该共溶剂预混合,再于加热下缓慢加入该环氧乙烷以进行反应。
优选地,该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应的温度范围为100-150℃。在本发明的具体实施例中,该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应的温度约为120℃。
优选地,该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应的压力范围为5-15kgf/cm2。在本发明的具体实施例中,该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应的压力约为5-7kgf/cm2。
优选地,在该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应后,还包含移除该共溶剂的步骤。在本发明的具体实施例中,在该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应后,还包含利用减压蒸馏移除该共溶剂的步骤。
具体实施方式
本发明将就以下实施例来作进一步说明,但应了解的是,所述实施例仅为例示说明用,而不应被解释为本发明实施的限制。
<实施例1>
在1L不锈钢反应器中置入345g(2.077mol)对苯二甲酸、3.89g碳酸钠、103.5g水及103.5g甲苯(共溶剂总重为207g,总摩尔数为6.873mol),加热并搅拌至温度为120℃,再以1mL/min的流速缓慢注入环氧乙烷,控制温度为120℃且压力在7.0kgf/cm2以下,直到注入274.4g(6.230mol)环氧乙烷,持续反应15min后,降温至110℃并利用减压蒸馏移除水及甲苯,冷却至室温后得到实施例1的BHET粗产物E1。
<实施例2-4>
实施例2-4的制法与实施例1相同,不同处在于注入环氧乙烷直到注入量分别为247.0g(5.607mol)、228.7g(5.192mol)及183.0g(4.154mol),分别得到实施例2-4的BHET粗产物E2-E4。
<实施例5>
实施例5的制法与实施例2相同,不同处在于将水及甲苯的用量分别改变为155.25g及51.75g(共溶剂总重为207g,总摩尔数为9.187mol),得到实施例5的BHET粗产物E5。
<实施例6>
实施例6的制法与实施例2相同,不同处在于将甲苯改变为环己烷(共溶剂总重为207g,总摩尔数为6.980mol),最后利用减压蒸馏移除水及环己烷,得到实施例6的BHET粗产物E6。
<比较例1>
比较例1的制法与实施例2相同,不同处在于不加入甲苯,并将水的用量改变为207g(11.5mol),最后利用减压蒸馏移除水,得到比较例1的BHET粗产物CE1。
<比较例2>
比较例2的制法与实施例2相同,不同处在于将水及甲苯的用量分别改变为51.75g及155.25g(共溶剂总重为207g,总摩尔数为4.560mol),得到比较例2的BHET粗产物CE2。
上述实施例1-6及比较例1-2的反应物及溶剂的用量及比例整理如下表1。其中,反应物的摩尔比值是以对苯二甲酸为1mol时的环氧乙烷摩尔数;溶剂的重量比值是以碳氢化合物为1重量份时的水的重量份。
[表1]
<对苯二甲酸转化率(conversion)分析>
利用1H NMR(300MHz,以DMSO作为溶剂)分析实施例1-6及比较例1-2的BHET粗产物中的对苯二甲酸转化率,结果如下表2所示。
<MHET副产物分析>
利用HPLC(以重量比为7:3的甲醇与水作为溶剂;进样量为10μL;侦测波长为254nm;流速为200μL/min;0至5min:以体积比为9:1的水及甲醇作为移动相,5至40min:线性改变至以体积比为2:8的水及甲醇作为移动相,40至45min:以体积比为2:8的水及甲醇作为移动相)分析实施例1-6及比较例1-2的BHET粗产物中的对苯二甲酸单2-羟乙酯(MHET)副产物与BHET的摩尔比值,结果如下表2所示。
[表2]
对苯二甲酸转化率 | MHET/BHET(摩尔比值) | |
实施例1 | 99% | 0(MHET侦测值为0) |
实施例2 | 88.28% | 0.0145 |
实施例3 | 73.5% | 0.0336 |
实施例4 | 63.82% | 0.0152 |
实施例5 | 88% | 0.0243 |
实施例6 | 88.1% | 0(MHET侦测值为0) |
比较例1 | 56.5% | 0.0534 |
比较例2 | 46.4% | 0.0497 |
由表2可以明显看出,实施例1-6的对苯二甲酸转化率皆在63%以上,且MHET副产物与BHET的摩尔比值皆小于0.035;特别是,实施例1、2、5及6的对苯二甲酸转化率皆在88%以上,且MHET副产物与BHET的摩尔比值皆小于0.025。而比较例1-2的对苯二甲酸转化率皆在57%以下,且MHET副产物与BHET的摩尔比值皆大于0.045。
此外,通过上述实施例1-6的制法生产BHET时,所产生的废液总重量(相当于工艺所需的共溶剂使用量)相较于US 3052711的工艺可大幅减少至少35%,显示本发明的制法能有效减少所产生的溶剂废液量。
综上所述,本发明双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法具有对苯二甲酸转化率高且MHET副产物低的优点,并可降低溶剂的使用量以减少废液处理成本,所以确实能达成本发明的目的。
以上所述,仅为本发明的实施例而已,当不能以此限定本发明实施的范围,即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰,皆仍属本发明的范围。
Claims (9)
1.一种双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,其特征在于其包含:
使环氧乙烷与对苯二甲酸在共溶剂中加热进行反应,该共溶剂包括水与C6-C8碳氢化合物;
其中,以对苯二甲酸为1mol时,环氧乙烷的比例范围为2-3mol;且以C6-C8碳氢化合物为1重量份时,水的比例范围为1-3重量份;以对苯二甲酸为1mol时,该共溶剂的比例范围为3.3-4.5mol。
2.根据权利要求1所述的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,其特征在于:以对苯二甲酸为1mol时,环氧乙烷的比例范围为2.7-3mol。
3.根据权利要求1所述的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,其特征在于:该C6-C8碳氢化合物是选自于己烷、庚烷、辛烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯或其组合。
4.根据权利要求3所述的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,其特征在于:该C6-C8碳氢化合物是选自于甲苯或环己烷。
5.根据权利要求1所述的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,其特征在于:该反应是在碱的催化下进行。
6.根据权利要求5所述的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,其特征在于:该碱是选自于碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、胺、有机铵盐、无机铵盐或其组合。
7.根据权利要求1所述的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,其特征在于:在该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应前,先将该对苯二甲酸与该共溶剂预混合,再于加热下缓慢加入该环氧乙烷以进行反应。
8.根据权利要求1所述的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,其特征在于:该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应的温度范围为100-150℃。
9.根据权利要求1所述的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯的制法,其特征在于:在该环氧乙烷与该对苯二甲酸进行反应后,还包含移除该共溶剂的步骤。
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