[发明专利]一种高纯级N-羟甲基丙烯酰胺的合成与结晶方法

说明书

本发明公开了一种利用介孔三氧化二铝(α‑Al2O3)负载型季铵碱做为催化剂制备一种高纯级N‑羟甲基丙烯酰胺的合成与结晶的方法，主要包括负载型季铵碱催化剂的制备、N‑羟甲基丙烯酰胺的制备以及N‑羟甲基丙烯酰胺晶体的制备；本发明提供一种以丙烯酰胺和多聚甲醛制备N‑羟甲基丙烯酰胺的合成方法，采用负载型季胺碱作为催化剂，反应条件温和，选择性高，有效的避免了传统无机碱液反应造成的体系聚合；反应体系无需添加大量的水作为反应溶剂，即可实现原料的高效转化。本发明所使用的负载型季胺碱催化剂的催化活性高，制备工艺简单，价格低廉。体系反应温度较低，反应时间较短，大大的降低了能耗和避免了副产物的生成；工艺简单，适合工业化推广。

技术领域

本发明涉及化工产品制备与纯化方法领域，更具体地说，涉及一种高纯级N-羟甲基丙烯酰胺的合成与结晶方法。

背景技术

N-羟甲基丙烯酰胺是一种应用很广泛的功能性单体，其分子结构中含有可聚合的双键和可以缩合的羟甲基两个活性基团，因此具有交联剂单体的特性，可广泛的广泛用于纤维的改性树脂、树脂加工、涂料、塑料粘合剂、油田助剂及土壤稳定剂等。其本身具有较好的水溶性，稀释能力较强，并且其活泼双键能够在UV照射下发生聚合，固化速度较其他丙烯酸类单体更快，固化产物兼具柔韧性与硬度，且具有低毒性、低刺激性，低腐蚀性等特点，被广泛的应用于UV柔印，水性UV染料以及UV粘合剂中，并可在水系中与多种单体聚合制成性能优良的聚合物，是目前应用十分广泛的精细化学品。国外对此研究技术较为成熟，国内对其应用开发和制备及纯化方法研究还较为有限，不少应用领域还有待进一步的研究和开发，从而发挥N-羟甲基丙烯酰胺更大的潜力和价值。

目前，已经有多篇国内外专利公开了合成N-羟甲基丙烯酰胺的方法，公开专利如下：

1、公开号为US5220065A的美国专利，公开了以丙烯酰胺与多聚甲醛为起始原材料，采用氢氧化钠/钼酸钠混合催化剂，然后于50摄氏度，pH＝10条件下反应，然后通过降温，在-10～-5℃下静置结晶，粉碎得到N-羟甲基丙烯酰胺粉体。该路线用到的氢氧化钠与钼酸钠催化剂易于潮解结块，不利于加料与保存；且采用静置结晶的方法，催化剂及残余甲醛均包裹在产品中，杂质多，难以得到高纯度的N-羟甲基丙烯酰胺。

2、公开号为US2837512A的美国专利，公开了以丙烯酰胺与多聚甲醛为起始原材料，采用氢氧化钾的乙醇溶液为催化剂，以乙酸乙酯为反应溶剂，得到N-羟甲基丙烯酰胺的晶体。此合成方法虽然避免了使用钼酸钠等毒性催化剂，但此反应用到大量的乙酸乙酯等有机溶剂，产品提纯仍需要用乙酸乙酯重结晶，该方法能得到N-羟甲基丙烯酰胺晶体产品，但是工业化有较大的安环风险，产生的VOC较高，使得工业化中成本增高。

3、公开号为CN102351729的中国专利，公开了以丙烯酰胺和甲醛水溶液为原料，采用pH值为9.5-10的氢氧化钠水溶液为反应溶剂，制备了N-羟甲基丙烯酰胺。但是此方法需要精确的控制体系pH值以及反应温度，且在后处理中需要大量的硫酸作为中和试剂，产率较低，副产物较多并生成大量硫酸盐，经济性不足，不利于工业化大规模生产，而且该方法也只能生产出N-羟甲基丙烯酰胺水溶液产品，该方法不能得到N-羟甲基丙烯酰胺晶体产品，不利于储存与运输。

4、公开号为CN102304057，CN102304058，CN102304059的中国专利，公开了以丙烯酰胺和多聚甲醛为原料，分别采用乙酸乙酯、矿物油、二氯乙烯作为反应溶剂，以有机碱三乙胺或者乙醇胺为催化剂得到N-羟甲基丙烯酰胺。此方法虽然避免了使用氢氧化钠等无机碱造成的粉尘污染，但是有机碱相对价格较高，并且反应在有机溶剂体系内进行，后处理较为复杂，产生的VOC较高，使得工业化中成本增高。

5、公开号为CN102020582A，CN102020583A的中国专利，公开了以丙烯酰胺和多聚甲醛为原料，采用乙醇钠作为碱催化剂，使用丙酮作为反应溶剂得到N-羟甲基丙烯酰胺。此方法使用的催化剂与溶剂成本较高，生产中有机溶剂VOC难以控制，且溶剂回收体系工作复杂，难以得到工业化推广。