一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料、精细化学品领域，具体涉及一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 的合成方法。
【背景技术】
[0002] 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸是一种水溶性阴离子单体，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙 磺酸是一种白色结晶固体，它的化学结构式CH2=CH-C(0)-NH-C(CH 3)2-CH2-S03H，分子量为 207.2。由于它的结构特点，分子中-NH被两个-CH 3屏蔽，不能接近外来分子，酰胺基团受到 保护，在水溶液中不发生水解反应，酰胺基团中的氢不能形成氢键，而羟基氧的高电荷使它 有良好的吸附性。分子中另一个重要的官能团-S0 3H具有良好的水溶性，同时-S03-电荷密度 高，水化性强，在负离子-S03 -中两个π键和三个强电负性氧共享一个负电荷，使-S03-很稳 定，对外界阳离子的进攻不敏感，故它有很好的抗盐性。
[0003] 由于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸结构上的特点，与其他磺酸衍生物相比，它与一 些重要烯类单体如:AN(丙烯腈）、AM(丙烯酰胺）、AA(丙烯酸)及其酯等进行共聚时，具有恒 比共聚反应的特点，这对提高共聚物的结构均匀性是十分有利的。
[0004] 合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸可分为一步法和二步法。一步法是将原料丙烯 腈、异丁烯、浓硫酸在适当温度下一起反应，然后分离出产物2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸； 二步法是在反应溶剂存在下先将异丁烯于低温下用浓硫酸或S0 3磺化，得到磺化中间体，然 后在硫酸存在下与丙烯腈反应，之后分离出产物2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。比较两种方 法，一步法较两步法投资少、成本低，工艺及设备简单，反应周期短，后处理过程简单，产品 收率、纯度高，为国外制备2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的主要方法。我们在分析有关文献 的基础上，首先采用文献方法进行了大量的实验，发现无论是一步法还是二步法，实施工业 生产均存在很多问题，主要表现在产品纯度低、收率低、成本高，且后处理困难;在采用浓硫 酸为磺化剂时，如果控制不当，易使反应混合物颜色加深，影响产品色度。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺 酸的合成方法，以工业级丙烯腈、异丁烯、浓硫酸、添加剂(醋酐、丙烯酰胺)等为原料，连续 合成目的产物2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，然后进行分离、洗涤、干燥，再用90%的醋酸重 结晶得到高纯度的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。以实现以下发明目的： (1) 本发明制备的广品，收率尚； (2) 本发明制备的产品，纯度高； (3) 本发明制备的产品，色度好； (4) 本发明原料消耗低。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下： 一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法，包括连续反应。
[0007] 以下是对上述技术方案的进一步改进： 所述连续反应，丙烯腈、浓硫酸、异丁烯、醋酐加入量，质量比例为593-848 :156.8: 89.6:1〇
[0008] 所述方法，还包括第一阶段加料，所述第一阶段加料，加入丙烯腈，待温度小于-2 °C时，在5分钟内加入浓硫酸、醋酐，循环5分钟;在20分钟内继续均勾加入丙烯腈、浓硫酸醋 酐;所述丙烯腈、浓硫酸、醋酐的质量比例为576-826:152-154:1。
[0009] 所述方法，还包括通入第一阶段异丁烯;所述通入第一阶段异丁烯，异丁烯的通入 量与第一阶段加料中丙烯腈的质量比例为:1:8.82-12.65。
[0010] 所述方法，还包括第二阶段加料，所述第二阶段加料，加入丙烯腈，温度降到-2°C 时，5分钟内均匀加入浓硫酸、醋酐;所述丙烯腈、浓硫酸、醋酐的加入质量比例为：577.8-822.2:151.85:1。
[0011] 所述方法，还包括通入第二阶段异丁烯;所述通入第二阶段异丁烯，异丁烯的通入 量与第二阶段加料中丙烯腈的质量比例为:1:1.39-1.98。
[0012] 所述方法，还包括控制第一反应釜的温度，所述控制第一反应釜的温度，反应温度 为 30-50 °C。
[0013] -种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法，包括连续反应;所述连续反应，丙 烯腈、浓硫酸、异丁烯、醋酐、丙烯酰胺加入的质量比为：760-765:152-158:85-92:1:0.1; 所述连续反应，丙烯腈、浓硫酸、异丁烯、醋酐、丙烯酰胺加入的质量比，优选为:763.2: 156.8:89.6:1:0.1〇
[0014] 所述反应，还包括第一阶段加料和第二阶段加料;所述第一阶段加料，丙烯腈、浓 硫酸、醋酐、丙烯酰胺的加入质量比例为740-745:150-155:1:0.1;所述第二阶段加料，丙烯 腈、浓硫酸、醋酐、丙烯酰胺的加入质量比例为738-742:149-153:1:0.1; 所述第一阶段加料，丙烯腈、浓硫酸、醋酐、丙烯酰胺的加入质量比例，优选为742.3: 152.5:1:0.1;所述第二阶段加料，丙烯腈、浓硫酸、醋酐、丙烯酰胺的加入质量比例，优选为 740.7:151.85:1:0.1； 所述异丁烯的质量百分含量为99.5%;所述丙烯腈，水分的质量百分含量为0.1%_ 0.15%;所述浓硫酸，质量百分含量为99.9%。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果为： (1) 本发明制备的产品，收率高;收率为88.0%-90.5%; (2) 本发明制备的产品，纯度高;纯度为99.55%-99.75%; (3) 本发明制备的产品，色度(铂-钴号)为5; (4) 本发明原料消耗低，丙稀腈的消耗量为320kg/t;异丁稀的消耗量为310kg/t;浓硫 酸的消耗量为560kg/t;醋酸的消耗量为60kg/t; (5) 本发明制备的产品，熔程为186 · 5-187 · 5°C ;酸值为270 · 0-272 · 0mgK0H/g。
[0016]
【附图说明】
[0017] 图1为本发明2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法工艺流程图。
[0018] 图中，1-混合器，2-混合液缓冲罐，3-第一反应釜，4-第二反应釜，5-第三反应釜， 6-换热器，7-循环栗。
【具体实施方式】
[0019] 以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
[0020] 实施例1 一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法 包括以下步骤： (1)第一阶段加料 往带换热器6、混合器1、循环栗7和带底部及侧部出口的密闭混合液缓冲罐2中加入含 水0.10%-0.15%丙烯腈32kg、开启循环栗7和换热器6的冷冻盐水进出口降温，待温度小于-2 °C时，在5分钟内加入6.6kg质量百分含量为99.9%的浓硫酸、43g醋酐，浓硫酸、醋酐加入完 毕，循环5分钟形成丙烯腈和浓硫酸的混合液I，开启混合液缓冲罐2的侧部阀门，在20分钟 内继续均匀加入含水0.1〇%-〇. 15%丙烯腈222.6kg、含量99.9%的浓硫酸45.7kg和0.3kg醋 酐;物料加入完毕，用氮气把换热器6和混合液缓冲罐2等混酸系统中的物料全部转入到密 闭第一反应釜3中。
[0021 ] (2)通入第一阶段异丁烯 第一反应釜3升温，同时通入异丁烯，异丁烯的通气速率为22.4kg/h，通气时间为60分 钟，即异丁烯通入量为22.4kg。
[0022] (3)控制第一反应釜3的温度 第一反应釜3反应温度维持在30 °C。
[0023] (4)第二阶段加料 当异丁烯通入量为22.4kg时准备混料，往混合液缓冲罐2中加入含水0.1%-0.15%丙烯 腈20.0kg，开启循环栗7和换热器6冷冻盐水进出口，待混合液缓冲罐2内循环温度降到-2°C 时，5分钟内均匀加入含量为99.9%的浓硫酸4. lkg、醋酐27g，浓硫酸、醋酐加入完毕，继续循 环。
[0024] (5)通入第二阶段异丁烯 继续通入异丁烯，通气时间为30分钟，通入量为11.2kg，异丁烯的通气速率为22.4kg/ h〇
[0025] (6)连续反应 当第一反应釜3中异丁烯通气到90分钟即总通入量为33.6kg时开启混合液缓冲罐2的 侧部阀门。同时继续往混合液缓冲罐2中加入丙烯腈和浓硫酸，丙烯腈的加入量为190.8kg/ h、浓硫酸的加入量为39.2kg/h、醋酐加入量为0.25kg/h。同时开启第一反应釜3的侧部出料 口阀门，反应物料会流入