一种N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种利用固体超强碱为催化剂进行酰胺化反应制备N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的方法，该方法克服了现有技术中使用甲醇钠为催化剂而产生的副反应多、收率低、产生废渣多等缺点，是一种反应温和，操作简单；副反应少，收率高；反应过程对反应设备要求不高，不会腐蚀反应设备；环境友好；成本低，适合工业化生产的制备方法，相对于现有技术具有相当大的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法
本专利技术涉及的内容为一种高纯度的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法。
技术介绍
N、N-二甲基丙基丙烯酰胺是性能优异的功能性的单体和活性稀释剂，由于具有双键和酰胺基团，化学性质比较活泼，因而易于与各种单体发生共聚或均聚反应。其聚合物具有良好的染色性、抗水解性、抗水渗透性和粘合性，可广泛应用于石油开采、印刷业、纺织业、造纸、涂料等，使用N、N-二甲基丙基丙烯酰胺改性后的UV固化树脂，有很好的耐酸、耐碱、耐溶剂的特性。N、N-二甲基丙基丙烯酰胺还可以与氯甲烷反应形成季铵盐单体，是制备阳离子絮凝剂的主要原料，用于造纸、污水处理等，因此其用量较大。专利JP昭55-119201公开了早期的N,N-二甲基丙基丙烯酰胺的合成方法，采用3-二甲氨基丙胺（DMAPA）与丙烯酸加成、酰胺化反应，再进行热裂解的方法制取N,N-二甲基丙基丙烯酰胺。收率可达85.8%，但由于其酰胺化反应时需要加压，反应产生水，对后处理的工作不利。专利US5587515公开利用丙烯酸甲酯为原料进行合成的工艺，反应条件温和，产率达到72.3%，是目前工业生产的主要路线。但由于酰胺化反应时采用甲醇钠作催化剂，反应后需用酸中和、再脱盐，增加了废弃物的排放。反应流程如下：。本专利技术采用固体超强碱作为酰胺化反应的催化剂，催化效率高，反应时间短，不需要进行酸中和，大大地减少了废弃物的排放，不给环境造成压力。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中酰胺化反应的不足，提供一种新的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法。本专利技术提供的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法，包括：1）丙烯酸甲酯和N、N-二甲基丙二胺在固体超强碱催化剂反应，制备3-（N、N-二甲基氨基丙胺基）丙酰丙基二甲基胺。2）3-（N、N-二甲基氨基丙胺基）丙酰丙基二甲基胺在阻聚剂和酸催化剂存在下进行热裂解反应，精馏提纯，得到高纯度的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺。本专利技术提供的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于步骤1）所使用的固体超强碱是由γ-氧化铝经过负载氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸钾、氯化钙、氯化镁等金属化合物，再在高温下活化而成，活化温度宜在400~800℃，优选500~600℃。超强碱催化剂具体制备方法，分别把氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸钾、氯化钙、氯化镁配成10%的水溶液，负载到γ-氧化铝载体上，烘干后再移入马弗炉中煅烧4~8个小时，稍冷移入干燥器中冷却备用。固体超强碱催化剂的用量选自步骤1）反应液质量的1-5%，也即是丙烯酸甲酯和N、N-二甲基丙二胺的质量之和的1~5%。本专利技术提供的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于步骤2）所使用的阻聚剂选自对苯二酚、吩噻嗪、4,6-二硝基-2-仲丁基苯酚、对羟基苯甲醚、2,4-二仲丁基苯酚、丁基邻苯二酚、二乙基羟胺的一种或多种，优选对苯二酚和吩噻嗪一种或其混合，其用量选自3-（N、N-二甲基氨基丙胺基）丙酰丙基二甲基胺质量的0.001~10%，优选0.01~5%。本专利技术提供的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于步骤1）N、N-二甲基丙二胺的用量选自N、N-二甲基丙二胺与丙烯酸甲酯物质的摩尔比为2~2.2:1,其中裂解反应结束后会再生成1当量的N、N-二甲基丙二胺，可回收重新套用。本专利技术提供的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于步骤1）反应温度选自80~120℃。本专利技术提供的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于步骤2）裂解温度选自150~220℃。本专利技术提供的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于步骤2）所述的酸催化剂选自浓硫酸、盐酸、磷酸、甲磺酸等。本专利技术制备N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的方法，克服了由于使用甲醇钠作催化剂制备3-（N、N-二甲基氨基丙胺基）丙酰丙基二甲基胺的反应时间长、副反应多、并且反应结束后需要用酸中和的缺点，对提高产品质量及收率有利的制备方法。同时超强碱催化剂可以回收再次利用，即降低成本又不给环境造成压力。最后通过裂解、精馏的方法，可以使最终产品含量到达99%以上，最高收率到达90%。本专利技术制备N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的方法优点：1、反应安全，无需使用酸中和甲醇钠；2、副反应少，收率高；3、环境友好，不会产生盐，减少了固废物的排放；4、减低生产成本，有利工业生产。具体实施方式本专利技术将通过下述非限定性实施例加以进一步说明。实施例1：超强碱催化剂的制备分别把氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸钾、氯化钙、氯化镁配成10%的水溶液，负载与γ-氧化铝载体上，烘干后再移入550℃的马弗炉中煅烧5个小时，稍冷移入干燥器中冷却备用，对应的催化剂分别标为A、B、C、D、E、F、G。实施例2：N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备在装有蒸馏装置和搅拌器的四口烧瓶中，加入86克（1mol）丙烯酸甲酯，在搅拌下滴加224克（2.2mol）N、N-二甲基丙二胺，用水浴冷却，保持反应液温度不超过50℃，滴加完后在50℃保温1小时，使加成反应完全。加入固体超强碱催化剂（A）10克，加热升温反应，当温度升到85℃时，即有甲醇开始蒸出，5小时后，反应温度到达100℃时，取样分析，合格后蒸去低沸物，得到3-（N、N-二甲基氨基丙胺基）丙酰丙基二甲基胺291克，GC分析含量为98.7%。得到的3-（N、N-二甲基氨基丙胺基）丙酰丙基二甲基胺加入带有二级分馏装置的四口瓶中，加入浓硫酸2.9克，0.145克对苯二酚和0.145克吩噻嗪，在真空开启下（15mmHg）加热180℃进行裂解，产生的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺和N、N-二甲基丙二胺通过分馏装置冷却得到粗品N、N-二甲基丙基丙烯酰胺和N、N-二甲基丙二胺，N、N-二甲基丙基丙烯酰胺用温水冷却，N、N-二甲基丙二胺用0℃的冰水冷却，最后得到N、N-二甲基丙基丙烯酰胺粗品155克，N、N-二甲基丙二胺94克。所得粗品加阻聚剂0.08克对苯二酚和0.08克吩噻嗪，加入到装有30厘米长的精馏柱的四口瓶中，减压下进行精馏，收集馏分125-130℃的馏分，得产品117克，GC含量99%，精馏釜残36克，釜残GC分析含N、N-二甲基丙基丙烯酰胺19%，含3-（N、N-二甲基氨基丙胺基）丙酰丙基二甲基胺78%，釜残可以继续裂解。总收率88.9%。实施例3-7：用实施例2的方法，分别使用催化剂B、C、D、E、F、G制备N、N-二甲基丙基丙烯酰胺，具体反应情况见表1。表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N、N‑二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于步骤包括：1）丙烯酸甲酯和N、N‑二甲基丙二胺在固体超强碱催化剂反应，制备3‑（N、N‑二甲基氨基丙胺基）丙酰丙基二甲基胺；随后2）3‑（N、N‑二甲基氨基丙胺基）丙酰丙基二甲基胺在阻聚剂和酸催化剂存在下进行热裂解反应，精馏提纯，得到高纯度的N、N‑二甲基丙基丙烯酰胺。

【技术特征摘要】
1.一种N、N-二甲基丙基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于步骤包括：1)丙烯酸甲酯和N、N-二甲基丙二胺在固体超强碱催化剂反应，制备3-(N、N-二甲基氨基丙胺基)丙酰丙基二甲基胺；随后2)3-(N、N-二甲基氨基丙胺基)丙酰丙基二甲基胺在阻聚剂和酸催化剂存在下进行热裂解反应，精馏提纯，得到高纯度的N、N-二甲基丙基丙烯酰胺；其中：超强碱催化剂是由γ-氧化铝经过负载氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸钾、氯化钙、氯化镁，并在400～800℃下活化而成。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤1)所使用固体超强碱催化剂的用量选自丙烯酸甲酯和N、N-二甲基丙二胺质量总和的1～5％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤1)N、N-二甲基丙二胺的用量选...

【专利技术属性】
技术研发人员：张利明，程兵兵，张磊，张齐，赵国锋，
申请(专利权)人：天津久日新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12