內(nèi)蒙2-吡咯烷酮應(yīng)用

美國專利5 101 045報道用Co,Cu, Mn等混合氧化物(活化后)作為催化劑在250℃及20MPa的高壓下與甲胺反應(yīng)直接合成N-甲基吡咯烷酮,產(chǎn)率達(dá)80%以上.順酐一步法合成N-甲基吡咯烷酮源于y丁內(nèi)酯是由順酐經(jīng)部分催化加氫制備的,

在2-吡咯烷酮乙烯化反應(yīng)中加入分子量低于1000的羥端基聚醚或C以上的線性二元醇,易使主催化劑2-吡咯烷酮鉀鹽被羥端基聚醚或線性二元醇包圍,助催化劑中的羥基基團(tuán)與主催化劑2-吡咯烷酮鉀鹽之間的相互作用有利于提高鉀鹽催化劑的活性，加快反應(yīng)速度.這些助催化劑有如下優(yōu)點:①助催化劑加入量較少,一般為總物料量的0.5%~3%(重量比)(主催化劑加入量也在0.5%~3%之間.)

美國ISP公司建立了--套年產(chǎn)10 000t y-丁內(nèi)酯的生產(chǎn)線,就是以順酐為原料的.事實上,合成NVP的很多方法都是以y-丁內(nèi)酯為起始原料或中間產(chǎn)物.例如,乙炔法中y-丁內(nèi)酯是-種重要的中間物,吡咯烷酮法中的原料吡咯烷酮是由y-丁內(nèi)酯與無水氨反應(yīng)制得,而直接脫水法和間接脫水法都是以Y-丁內(nèi)酯為起始原料的.

使得生成NVP的選擇性很高.顯而易見,MSi,x,O,是一類性能優(yōu)良且極具工業(yè)化前景的催化劑,有必要對此類催化劑進(jìn)行深入研究和中試放大試驗.N-乙烯基吡咯烷酮單體在工業(yè)上并沒有實際應(yīng)用價值,只有將NVP聚合或者共聚為具有一定結(jié)構(gòu)、一定組成和一定分子量的高分子化合物之后,才能在工業(yè)上應(yīng)用.也就是說,工業(yè)上能夠?qū)嶋H應(yīng)用的是PVP以及NVP與其他不飽和單體共聚而成的共聚物.實際上.

由此可見，在NVP的合成中,順酐和十-丁內(nèi)酯作為合成反應(yīng)的原料占據(jù)著不可替代的地位.NVP與N-甲基吡咯烷酮的結(jié)構(gòu)有相似的地方,都屬于吡咯烷酮類物質(zhì),其制備方法也有相通之處,由此可以預(yù)見，-步法制NVP不僅是合成PVP的單體,而且是一種具有重要用途的化合物.由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì),如水溶性﹑強(qiáng)極性、非毒性、化學(xué)穩(wěn)定性和陽離子活性,

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采用強(qiáng)堿催化劑如KOH催化2-吡咯烷酮與乙炔的乙烯化反應(yīng).但該方法的缺陷十分顯著,即反應(yīng)過程中生成的不揮發(fā)性聚合副產(chǎn)物的量較大,不僅導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物NVP收率的降低,而且使NVP的分離和提純復(fù)雜化.因此,工業(yè)生產(chǎn)中--般都采取比較溫和的反應(yīng)條件,通過降低2-吡咯烷酮轉(zhuǎn)化率的方式來控制聚合副反應(yīng)的發(fā)生,但很多情況下,收效甚微.為了提高NVP收率,加入一種或多種助催化劑往往具有顯著效果.

NVP可廣泛應(yīng)用于膠黏劑、涂料、紡織、食品、制藥等工業(yè)領(lǐng)域.它的共聚物或均聚物大都具有良好的膜強(qiáng)度﹑染色相容性、剛性和黏性.大約80年前,德國人J. Walter. Reppe以乙炔為起始原料通過多步反應(yīng)合成了NVP(即乙炔法或Reppe法),20年后美國的GAF公司、德國的BASF公司相繼采用Reppe法實現(xiàn)了NVP的工業(yè)化生產(chǎn).

直接脫水法可避免上述缺點,簡化操作，但脫水反應(yīng)較難進(jìn)行,需開發(fā)高效脫水催化劑,傳統(tǒng)的脫水催化劑都不適用于羥乙基吡咯烷酮分子內(nèi)脫水反應(yīng).總的來看,MSi,XO類催化劑普遍具有如下優(yōu)點:(1)反應(yīng)過程中催化劑表面積炭量較少.(2）催化劑穩(wěn)定性良好,長時間連續(xù)反應(yīng)而活性無明顯降低.(3）催化劑易使用,方法簡單易行,可在催化反應(yīng)原位進(jìn)行.(4）能夠有效抑制羥乙基吡咯烷酮分解為2-吡咯烷酮和乙醛等副反應(yīng)的發(fā)生,

該反應(yīng)所用催化劑仍是堿金屬或堿金屬氫氧化物.典型的實驗步驟如下:取0.4g氫氧化鉀溶于170g(2mol)2-吡咯烷酮中,加熱攪拌并通過減壓蒸餾不斷移去生成的水,得到混合物A冷卻待用.在一個裝有攪拌器﹑溫度計、回流冷凝管﹑滴液漏斗的四口燒瓶中加入172g(2mol)乙酸乙烯酯,然后在攪拌狀態(tài)下滴加A混合液，30min內(nèi)滴完.通過冷卻及滴加過程中反應(yīng)物系溫度保持在10℃以下.加完后升溫至80℃,并進(jìn)行減壓蒸餾(壓力6.6×10~3MPa,隨后逐漸升溫并降低反應(yīng)器內(nèi)壓,直到溫度為100℃時內(nèi)壓達(dá)1.3×10+MPa為止

到目前為止,Reppe法仍是NVP生產(chǎn)的主要方法.由于Reppe具有反應(yīng)步驟多、流程長,條件苛刻、副產(chǎn)物多、收率低、操作危險性大等缺陷,長期以來人們對Reppe法的改進(jìn)研究從未間斷,研究的焦點集中在合成途徑的改變和新型催化體系的開發(fā)上.

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X(硼,鋁,磷)可采用其氧化物﹑氫氧化物、鹵化物﹑碳酸鹽﹑硝酸鹽﹑羧酸鹽、磷酸鹽.硫酸鹽等等.催化劑既可以單獨使用,也可以負(fù)載于載體氧化鋁、碳化硅等上使用,還可以與這些載體混合后使用.催化劑焙燒溫度一般在400~8o0℃,催化反應(yīng)既可以采用固定床反應(yīng)器以連續(xù)流動方式進(jìn)行,也可以在流化床、移動床反應(yīng)器中進(jìn)行.以下是部分MSi,X.O催化劑的具體制備方法及反應(yīng)評價結(jié)果(固定床反應(yīng)器),為便于表示,在各催化劑表示式中均略去氧原子.