[发明专利]一种合成2,2,4‑三甲基‑1,3‑戊二醇单异丁酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，具体涉及一种脂肪族二元醇酯绿色成膜助剂的制备方法，特别涉及一种强碱性离子液体催化合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯的方法。

背景技术

2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯（简称醇酯-12或Texanol醇酯），是一种适合于水性建筑涂料使用的典型成膜助剂，具有优异的成膜作用、无毒无害、水解稳定性好等优点，可使乳胶涂料中的聚合物乳胶粒子聚结在水分挥发后形成连续的树脂膜，具有良好的附着力、耐候性、冻融稳定性和耐擦洗性等。随着建筑行业的迅速发展，使高档建筑涂料需求大幅增长，醇酯-12已成为高档环保涂料最为关键的原材料，作为装饰材料之一的水性高档乳胶涂料质量越来越受到人们的关注。此外，也可以作为生产增塑剂、非离子表面活性剂、水基油墨等的原料。

迄今为止，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯的合成主要集中于两个方面，一是优化合成工艺路线，二是开发新型催化剂。专利 US4225726和专利WO9741088采用NaOH、KOH、LiOH等碱金属氢氧化物为催化剂一步反应合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；专利CN1417195A采用固体Ba(OH)₂为催化剂在同一反应器中同时发生羟醛缩合和Cannizzaro反应，一步合成目的产品；专利CN1429809A采用浓NaOH溶液为催化剂在管式反应器中一次生成目的产品。以上合成方法反应都在液-液或液-固非均相体系中一步完成，存在的问题是单纯转化率低、副产物含量高、反应时间长且产生有毒的固体废渣。专利CN101948386A采用醇钠为催化剂一步反应的工艺，但是醇钠作催化剂对异丁醛水含量要求极高，且副产物较多、腐蚀严重，不宜产业化。

专利CN1325841A采用两步反应工艺，第一步羟醛缩合采用稀NaOH溶液为催化剂生成2,2,4-三甲基-3-羟基戊醛，第二步采用粉末Ba(OH)₂为催化剂合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。专利CN200610024373.8也采用两段反应工艺，只是第二步采用水滑石为催化剂。该合成方法单程转化率有一定的提高，但是采用稀NaOH溶液作催化剂，后处理需要水洗，产生大量的废水，Ba(OH)₂催化剂的高毒性，产生大量的有毒废渣又不能循环利用，且两步反应工艺存在工艺路线长、能耗高、操作复杂等问题。

综上所述，现有的两种技术一步法和两步法反应工艺有许多缺点，反应体系都是非均相的液-液或液-固体系，反应速率低。大都采用无机碱性金属的氢氧化物或其溶液作催化剂，存在单纯转化率低、产生大量废水和有毒废渣、能耗大等诸多问题，且两段反应工艺后处理复杂，需要分相、水洗等过程，不宜产业化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的非均相体系和无机碱催化工艺的不足而提供一种合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯的方法，本发明采用强碱性离子液体为催化剂，在均相体系中一锅法完成羟醛缩合和Cannizzaro反应，提高了反应速率、单程转化率和选择性等。

为解决本发明的技术问题采用如下技术方案：

一种合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯的方法，其特征在于：以异丁醛为原料，在强碱性离子液体催化剂作用下，一锅法完成羟醛缩合和Cannizzaro反应，得到2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯产品，其中强碱性离子液体催化剂的阳离子部分为咪唑阳离子和吡啶阳离子中的一种，强碱性离子液体催化剂阴离子选自氢氧根OH^-、碳酸根CO₃^2-、氟硼酸根BF₄^-、六氟磷酸根PF₆^-中的一种；

强碱性离子液体催化剂咪唑阳离子结构如下所示，R1，R2为碳数1-12的烷基或芳香基：

上述合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯的方法，具体方法如下：

（1）第一步将强碱性离子液体催化剂和异丁醛混合，温度控制在15-60℃，氮气保护保温反应1-6小时；

（2）第二步待第一步保温反应结束后直接升温至60-160℃，压力为0.1-2.5MPa，氮气保护，反应时间为1-10小时；