一種2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料、精細(xì)化學(xué)品領(lǐng)域，具體涉及一種2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸是一種水溶性陰離子單體，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙 磺酸是一種白色結(jié)晶固體，它的化學(xué)結(jié)構(gòu)式CH2=CH-C(0)-NH-C(CH 3)2-CH2-S03H，分子量為 207.2。由于它的結(jié)構(gòu)特點，分子中-NH被兩個-CH 3屏蔽，不能接近外來分子，酰胺基團(tuán)受到 保護(hù)，在水溶液中不發(fā)生水解反應(yīng)，酰胺基團(tuán)中的氫不能形成氫鍵，而羥基氧的高電荷使它 有良好的吸附性。分子中另一個重要的官能團(tuán)-S0 3H具有良好的水溶性，同時-S03-電荷密度 高，水化性強(qiáng)，在負(fù)離子-S03 -中兩個π鍵和三個強(qiáng)電負(fù)性氧共享一個負(fù)電荷，使-S03-很穩(wěn) 定，對外界陽離子的進(jìn)攻不敏感，故它有很好的抗鹽性。
[0003] 由于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸結(jié)構(gòu)上的特點，與其他磺酸衍生物相比，它與一 些重要烯類單體如:AN(丙烯腈）、AM(丙烯酰胺）、AA(丙烯酸)及其酯等進(jìn)行共聚時，具有恒 比共聚反應(yīng)的特點，這對提高共聚物的結(jié)構(gòu)均勻性是十分有利的。
[0004] 合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸可分為一步法和二步法。一步法是將原料丙烯 腈、異丁烯、濃硫酸在適當(dāng)溫度下一起反應(yīng)，然后分離出產(chǎn)物2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸； 二步法是在反應(yīng)溶劑存在下先將異丁烯于低溫下用濃硫酸或S0 3磺化，得到磺化中間體，然 后在硫酸存在下與丙烯腈反應(yīng)，之后分離出產(chǎn)物2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。比較兩種方 法，一步法較兩步法投資少、成本低，工藝及設(shè)備簡單，反應(yīng)周期短，后處理過程簡單，產(chǎn)品 收率、純度高，為國外制備2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的主要方法。我們在分析有關(guān)文獻(xiàn) 的基礎(chǔ)上，首先采用文獻(xiàn)方法進(jìn)行了大量的實驗，發(fā)現(xiàn)無論是一步法還是二步法，實施工業(yè) 生產(chǎn)均存在很多問題，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品純度低、收率低、成本高，且后處理困難;在采用濃硫 酸為磺化劑時，如果控制不當(dāng)，易使反應(yīng)混合物顏色加深，影響產(chǎn)品色度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺 酸的合成方法，以工業(yè)級丙烯腈、異丁烯、濃硫酸、添加劑(醋酐、丙烯酰胺)等為原料，連續(xù) 合成目的產(chǎn)物2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，然后進(jìn)行分離、洗滌、干燥，再用90%的醋酸重 結(jié)晶得到高純度的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。以實現(xiàn)以下發(fā)明目的： (1) 本發(fā)明制備的廣品，收率尚； (2) 本發(fā)明制備的產(chǎn)品，純度高； (3) 本發(fā)明制備的產(chǎn)品，色度好； (4) 本發(fā)明原料消耗低。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下： 一種2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法，包括連續(xù)反應(yīng)。
[0007] 以下是對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)： 所述連續(xù)反應(yīng)，丙烯腈、濃硫酸、異丁烯、醋酐加入量，質(zhì)量比例為593-848 :156.8: 89.6:1〇
[0008] 所述方法，還包括第一階段加料，所述第一階段加料，加入丙烯腈，待溫度小于-2 °C時，在5分鐘內(nèi)加入濃硫酸、醋酐，循環(huán)5分鐘;在20分鐘內(nèi)繼續(xù)均勾加入丙烯腈、濃硫酸醋 酐;所述丙烯腈、濃硫酸、醋酐的質(zhì)量比例為576-826:152-154:1。
[0009] 所述方法，還包括通入第一階段異丁烯;所述通入第一階段異丁烯，異丁烯的通入 量與第一階段加料中丙烯腈的質(zhì)量比例為:1:8.82-12.65。
[0010] 所述方法，還包括第二階段加料，所述第二階段加料，加入丙烯腈，溫度降到-2°C 時，5分鐘內(nèi)均勻加入濃硫酸、醋酐;所述丙烯腈、濃硫酸、醋酐的加入質(zhì)量比例為：577.8-822.2:151.85:1。
[0011] 所述方法，還包括通入第二階段異丁烯;所述通入第二階段異丁烯，異丁烯的通入 量與第二階段加料中丙烯腈的質(zhì)量比例為:1:1.39-1.98。
[0012] 所述方法，還包括控制第一反應(yīng)釜的溫度，所述控制第一反應(yīng)釜的溫度，反應(yīng)溫度 為 30-50 °C。
[0013] -種2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法，包括連續(xù)反應(yīng);所述連續(xù)反應(yīng)，丙 烯腈、濃硫酸、異丁烯、醋酐、丙烯酰胺加入的質(zhì)量比為：760-765:152-158:85-92:1:0.1; 所述連續(xù)反應(yīng)，丙烯腈、濃硫酸、異丁烯、醋酐、丙烯酰胺加入的質(zhì)量比，優(yōu)選為:763.2: 156.8:89.6:1:0.1〇
[0014] 所述反應(yīng)，還包括第一階段加料和第二階段加料;所述第一階段加料，丙烯腈、濃 硫酸、醋酐、丙烯酰胺的加入質(zhì)量比例為740-745:150-155:1:0.1;所述第二階段加料，丙烯 腈、濃硫酸、醋酐、丙烯酰胺的加入質(zhì)量比例為738-742:149-153:1:0.1; 所述第一階段加料，丙烯腈、濃硫酸、醋酐、丙烯酰胺的加入質(zhì)量比例，優(yōu)選為742.3: 152.5:1:0.1;所述第二階段加料，丙烯腈、濃硫酸、醋酐、丙烯酰胺的加入質(zhì)量比例，優(yōu)選為 740.7:151.85:1:0.1； 所述異丁烯的質(zhì)量百分含量為99.5%;所述丙烯腈，水分的質(zhì)量百分含量為0.1%_ 0.15%;所述濃硫酸，質(zhì)量百分含量為99.9%。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為： (1) 本發(fā)明制備的產(chǎn)品，收率高;收率為88.0%-90.5%; (2) 本發(fā)明制備的產(chǎn)品，純度高;純度為99.55%-99.75%; (3) 本發(fā)明制備的產(chǎn)品，色度(鉑-鈷號)為5; (4) 本發(fā)明原料消耗低，丙稀腈的消耗量為320kg/t;異丁稀的消耗量為310kg/t;濃硫 酸的消耗量為560kg/t;醋酸的消耗量為60kg/t; (5) 本發(fā)明制備的產(chǎn)品，熔程為186 · 5-187 · 5°C ;酸值為270 · 0-272 · 0mgK0H/g。
[0016]
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法工藝流程圖。
[0018] 圖中，1-混合器，2-混合液緩沖罐，3-第一反應(yīng)釜，4-第二反應(yīng)釜，5-第三反應(yīng)釜， 6-換熱器，7-循環(huán)栗。
【具體實施方式】
[0019] 以下通過具體實施例說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅僅限定于這些實施例。
[0020] 實施例1 一種2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法 包括以下步驟： (1)第一階段加料 往帶換熱器6、混合器1、循環(huán)栗7和帶底部及側(cè)部出口的密閉混合液緩沖罐2中加入含 水0.10%-0.15%丙烯腈32kg、開啟循環(huán)栗7和換熱器6的冷凍鹽水進(jìn)出口降溫，待溫度小于-2 °C時，在5分鐘內(nèi)加入6.6kg質(zhì)量百分含量為99.9%的濃硫酸、43g醋酐，濃硫酸、醋酐加入完 畢，循環(huán)5分鐘形成丙烯腈和濃硫酸的混合液I，開啟混合液緩沖罐2的側(cè)部閥門，在20分鐘 內(nèi)繼續(xù)均勻加入含水0.1〇%-〇. 15%丙烯腈222.6kg、含量99.9%的濃硫酸45.7kg和0.3kg醋 酐;物料加入完畢，用氮氣把換熱器6和混合液緩沖罐2等混酸系統(tǒng)中的物料全部轉(zhuǎn)入到密 閉第一反應(yīng)釜3中。
[0021 ] (2)通入第一階段異丁烯 第一反應(yīng)釜3升溫，同時通入異丁烯，異丁烯的通氣速率為22.4kg/h，通氣時間為60分 鐘，即異丁烯通入量為22.4kg。
[0022] (3)控制第一反應(yīng)釜3的溫度 第一反應(yīng)釜3反應(yīng)溫度維持在30 °C。
[0023] (4)第二階段加料 當(dāng)異丁烯通入量為22.4kg時準(zhǔn)備混料，往混合液緩沖罐2中加入含水0.1%-0.15%丙烯 腈20.0kg，開啟循環(huán)栗7和換熱器6冷凍鹽水進(jìn)出口，待混合液緩沖罐2內(nèi)循環(huán)溫度降到-2°C 時，5分鐘內(nèi)均勻加入含量為99.9%的濃硫酸4. lkg、醋酐27g，濃硫酸、醋酐加入完畢，繼續(xù)循 環(huán)。
[0024] (5)通入第二階段異丁烯 繼續(xù)通入異丁烯，通氣時間為30分鐘，通入量為11.2kg，異丁烯的通氣速率為22.4kg/ h〇
[0025] (6)連續(xù)反應(yīng) 當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)釜3中異丁烯通氣到90分鐘即總通入量為33.6kg時開啟混合液緩沖罐2的 側(cè)部閥門。同時繼續(xù)往混合液緩沖罐2中加入丙烯腈和濃硫酸，丙烯腈的加入量為190.8kg/ h、濃硫酸的加入量為39.2kg/h、醋酐加入量為0.25kg/h。同時開啟第一反應(yīng)釜3的側(cè)部出料 口閥門，反應(yīng)物料會流入