一种高效合成甲基丙烯酸酐的方法与流程

本发明涉及一种高效合成甲基丙烯酸酐的方法，属于有机物合成技术领域。

背景技术：

甲基丙烯酸酐是一种较强的酯化剂，是制备甲基丙烯酸硫脂、甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯(尤其是叔醇的酯)所必须的试剂。甲基丙烯酸酐还可以作为交联剂用于光固化涂料、交联树脂等材料的合成。

甲基丙烯酸酐的传统合成路线为甲基丙烯酸与丙烯氯反应制得，但是该路线存在丙烯氯，丙烯氯的化学性质活泼，生产过程中存在一定的危险。现在新兴的反应路线为甲基丙烯酸与乙酸酐反应合成甲基丙烯酸酐，该工艺路线存在问题为：反应过程中甲基丙烯酸极易聚合，反应时间长，纯化困难等。以上因素制约了甲基丙烯酸酐的生产，导致该产品目前主要依赖进口。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种高效合成甲基丙烯酸酐的方法，它解决了现有技术中制备甲基丙烯酸酐反应时间过长、纯化困难、原料成本高等问题。

本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

一种高效合成甲基丙烯酸酐的方法，包括以下步骤：

a)加料：称量出质量比为2：1的甲基丙烯酸和乙酸酐，再称量出质量占原料的总质量比为0.8％的催化剂，将甲基丙烯酸和乙酸酐预热后混合在一起得到原料，在原料中加入称量好的催化剂，将三者放在玻璃反应釜(5)中进行化学反应；

b)反应：利用真空泵制造出真空条件，在真空条件下将原料进行化学反应，待精馏塔的塔顶无采出时停止反应，采用色谱分析的方法得到甲基丙烯酸酐粗品和乙酸粗品；

c)回流：用电子天平称量出阻聚剂，质量占原料的总质量比为0.2％，将步骤b)得到的乙酸粗品冷凝后与称量好的阻聚剂混合，再利用低温冷却液循环泵和精馏塔对乙酸粗品进行回流得到乙酸精品，回流比为2:4；

d)分离：将步骤c)得到的乙酸精品与步骤b)中的甲基丙烯酸酐粗品混合，首先采出轻组分，将未反应的甲基丙烯酸和乙酸酐及中间产物提出，稳定后再利用刺形分馏柱(4)进行分离即可得到甲基丙烯酸酐精品。

作为优选实施例：所述步骤a)中的催化剂为c801催化剂。

作为优选实施例：所述步骤b)中的反应时长为6小时。

作为优选实施例：所述步骤c)中的阻聚剂为i102阻聚剂。

作为优选实施例：利用真空表测量所述步骤b)中的塔内压力，控制塔内压力为-85至-95kpa，利用温度计一测量玻璃反应釜(5)内的温度，控制玻璃反应釜(5)的温度为85-95℃，利用温度计二测量精馏塔的塔顶温度，控制塔顶的温度为50-55℃。

作为优选实施例：所述步骤a)中的反应浴为hwcl-3磁力搅拌反应浴。

作为优选实施例：所述步骤b)中的真空泵为shb-b95型循环水式多用真空泵。

作为优选实施例：所述低温冷却液循环泵为dlsb-5/20低温冷却液循环泵。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种制备甲基丙烯酸酐的方法，利用甲基丙烯酸与乙酸酐反应生成甲基丙烯酸酐，该方法简单合理，原料成本低，且使用新型高效催化剂，反应温和、高效、产品纯度较高。

附图说明

图1为本发明反应装置的结构示意图。

图中：1、真空系统连接口；2、精馏塔塔头；3、接受系统连接扣；4、刺形分馏柱；5、玻璃反应釜。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明提供了一种高效合成甲基丙烯酸酐的方法所用的装置，包括：1000ml的玻璃反应釜5、温度计、刺形分馏柱4、精馏塔、真空表、电子天平、hwcl-3磁力搅拌反应浴、shb-b95型循环水式多用真空泵、dlsb-5/20低温冷却液循环泵和气相色谱仪。

玻璃反应釜5包括四个连接口，刺形分馏柱4设置在玻璃反应釜5的中间连接口上，刺形分馏柱4上设置有精馏塔，温度计包括温度计一和温度计二，温度计一设置在玻璃反应釜5的侧边连接口上，温度计二设置在精馏塔的塔头上，精馏塔的一侧还设置有真空系统连接口1和接收系统连接口。

刺形分馏柱4是每隔一段距离就有一组向下倾斜的刺状物，且各组刺状物间呈螺旋状排列的分馏管。使用该分馏柱的优点是：仪器装配简单、操作方便，残留在分馏柱中的液体少。其缺点是：较同样长度的填充柱分流效率低，适合于分离少量且沸点差距较大的液体。

精馏塔是进行精馏的一种塔式气液接触装置，利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即利用在同一温度下各组分的蒸气压不同的性质，使液相中的轻组分(低沸物)转移到气相中，而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中，从而实现分离的目的。

包括以下步骤：

a)加料：利用电子天平称量出质量为516g的甲基丙烯酸和质量为258g的乙酸酐，再称量出质量为6.19g的催化剂，催化剂为c801催化剂，将甲基丙烯酸和乙酸酐预热后混合在一起得到原料，在原料中加入称量好的催化剂，将三者放在玻璃反应釜5中进行化学反应，玻璃反应釜5放置在反应浴中。

反应浴为hwcl-3磁力搅拌反应浴，磁力搅拌反应浴是结合磁力搅拌器进行多功能低温下的化学反应作业的装置。

b)反应：利用真空泵制造出真空条件，真空泵为shb-b95型循环水式多用真空泵。

真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。真空泵是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置。

在真空条件下将原料进行化学反应，待精馏塔的塔顶无采出时停止反应，反应时长6h，采用色谱分析的方法得到产品含量为61％的甲基丙烯酸酐粗品和乙酸粗品。

色谱分析的本质是待分离物质分子在固定相和流动相之间分配平衡的过程，不同的物质在两相之间的分配会不同，这使其随流动相运动速度各不相同，随着流动相的运动，混合物中的不同组分在固定相上相互分离。

反应原理：

c)回流：用电子天平称量出阻聚剂，阻聚剂为i102阻聚剂，质量为1.55g。

阻聚剂是一种工业助剂，通常用于防止聚合作用的进行。阻聚剂分子与链自由基或不能引发的低活性自由基，从而使聚合终止。

将步骤b)得到的乙酸粗品冷凝后与称量好的阻聚剂混合，再利用低温冷却液循环泵和精馏塔对乙酸粗品进行回流得到乙酸精品，回流比为2:4，精馏塔上设置有温度计二。

回流是一种化学实验现象，室温下，为了加快有些反应速度很慢或者难以进行的化学反应，常常需要使反应物较长时间保持沸腾。这种情况下，就需要冷凝装置，使蒸汽不断地在冷凝管内冷凝而返回反应器中，以防止反应器中物质逸失。或有时反应物具有挥发性，为了不使反应物挥发太快而损失，通常在反应物的容器上方安装冷凝管，这样蒸气将遇冷而回流入反应容器内。

化学工业中，指在精馏操作中，从精馏塔的塔顶引出的上升蒸气经冷凝管冷凝后，一部分液体作为馏出液(塔顶产品)送出塔外，另一部分液体送回塔内，后者称为回流。

d)分离：将步骤c)得到的乙酸精品与步骤b)中的甲基丙烯酸酐粗品混合，首先采出轻组分，即未反应的甲基丙烯酸和乙酸酐及中间产物，将未反应的甲基丙烯酸和乙酸酐及中间产物提出，稳定后再利用刺形分馏柱4进行分离即可得到纯度为98％的甲基丙烯酸酐精品。

利用真空表测量所述步骤b)中的塔内压力，控制塔内压力为-85至-95kpa，利用温度计一测量玻璃反应釜5内的温度，控制玻璃反应釜5的温度为85-95℃，利用温度计二测量精馏塔的塔顶温度，控制塔顶的温度50-55℃。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。