25584-83-2/丙烯酸羥丙酯的制備及應(yīng)用進(jìn)展

背景及概述^[1.2]

丙烯酸羥丙酯(簡(jiǎn)稱HPA) 是一種性質(zhì)活潑的功能性單體，具有能溶于水和一般有機(jī)溶劑的性質(zhì)。丙烯酸羥丙酯有毒，在空氣中允許的最低濃度是3mg /m2 ，由于其在分子結(jié)構(gòu)中含有羥基(-OH) ，同時(shí)它還與多種含有乙烯基單體形成共聚物，可有利于進(jìn)行固化反應(yīng)，可制得性能優(yōu)異的熱固性涂料。丙烯酸羥丙酯的合成方法主要有丙烯酸鈉鹽與氯丙醇反應(yīng)和丙烯酸與環(huán)氧丙烷反應(yīng)兩種。但前一種方法合成的產(chǎn)品收率低和質(zhì)量十分不穩(wěn)定，因此國(guó)內(nèi)外合成丙烯酸羥丙酯的主要途徑是丙烯酸和環(huán)氧丙烷在催化劑下反應(yīng)。

圖1丙烯酸羥丙酯性狀圖

制備方法

丙烯酸和環(huán)氧丙烷在催化劑下反應(yīng)合成丙烯酸羥丙酯。催化劑的選擇是本合成研究的核心，同時(shí)由于現(xiàn)行的催化劑方法在工業(yè)化中很難實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率高質(zhì)量的丙烯酸羥丙酯，也使制備成了一難點(diǎn)。

鉻系催化劑法

在眾多的制備工藝中，采用鉻系催化劑合成丙烯酸羥丙酯是傳統(tǒng)工藝合成路線，鉻系催化劑主要有三氯化鉻、三氧化鉻和醋酸絡(luò)等，它的催化活性比較高，但是制備困難和過(guò)程具有危險(xiǎn)性。鉻系催化劑在使用過(guò)程中常與催化助劑和阻聚劑匹配適用，尤其是三氧化鉻屬于強(qiáng)氧化劑，具有極強(qiáng)的氧化性和腐蝕性，儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程非常危險(xiǎn)。

鐵系催化劑法

鐵系催化劑主要有三氯化鐵、硫酸鐵和氫氧化鐵等，用三氯化鐵為催化劑合成丙烯酸羥丙酯的實(shí)驗(yàn)研究，反應(yīng)溫度為75 ～ 80℃，產(chǎn)率達(dá)到88. 3%。鐵系催化劑合成丙烯酸羥丙酯副產(chǎn)物較多，副產(chǎn)含量也高，而且顏色較深，影響產(chǎn)品的色度。

固體堿催化劑法

二氧化鋯是一種同時(shí)具有酸堿性、氧化性和還原性的過(guò)渡金屬氧化物，利用二氧化鋯獨(dú)有的特點(diǎn)和性質(zhì)，用浸漬法制得K－Fe /ZrO2固體堿催化劑。該催化劑的制備工藝是把二氧化鋯載體在馬弗爐中活化3h，將溶有氟化鉀和硝酸鐵的無(wú)水乙醇加入活化后的二氧化鋯載體攪拌3h，蒸去乙醇和水后真空干燥，重置于馬弗爐中焙燒后得到K－Fe /ZrO2固體堿催化劑。該催化劑對(duì)丙烯酸和環(huán)氧丙烷反應(yīng)的催化活性高，穩(wěn)定性好，反應(yīng)溫度100℃，產(chǎn)率達(dá)到77. 8%。

復(fù)合催化劑法

丙稀酸羥丙酯原生產(chǎn)過(guò)程中釆用的催化劑主要為三氧化鉻與丙稀酸鐵的復(fù)合催化體系，反應(yīng)溫度90℃，產(chǎn)率達(dá)到91%。但三氧化鉻為強(qiáng)氧化劑，使用過(guò)程中，反應(yīng)液和后系統(tǒng)殘液中易發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。

應(yīng)用

丙烯酸羥丙酯由于其特殊的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工業(yè)有機(jī)合成中占有重要地位，也是丙烯酸類樹(shù)脂的主要交聯(lián)單體之一，在涂料、膠黏劑、阻垢劑和醫(yī)藥中用途廣泛。將水溶性氨基樹(shù)脂等摻合在丙烯酸羥丙酯與乙烯類單體的共聚乳膠中，用于處理纖維，可大大提高纖維的耐水性、耐溶劑性、防皺性和防水性等。近年來(lái)，隨著這些工業(yè)迅速發(fā)展，丙烯酸羥丙酯需求量與日俱增。

涂料

丙烯酸羥丙酯，與其它單體共聚時(shí)可以很好地調(diào)節(jié)聚合物的性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于改性水性聚氨酯。由于它的酯基有很強(qiáng)的氫鍵性，具有化學(xué)穩(wěn)定性好和耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛引入水

性聚氨酯中進(jìn)行改性。

膠黏劑

隨著膠黏劑工業(yè)的發(fā)展，膠黏劑及其制品因使用方便快捷而備受人們青睞，在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用。其中，通過(guò)引入丙烯酸羥丙酯( HPA) 的膠黏劑不但解決了日趨嚴(yán)峻的環(huán)保問(wèn)題，而且彌補(bǔ)了乳液型膠黏劑耐低溫性差和材料易變形等缺點(diǎn)。制備一種丙烯酸羥丙酯改性的水性丙烯酸酯類膠黏劑，丙烯酸羥丙酯的含量對(duì)丙烯酸酯膠黏劑使用性能的影響，利用其具有的羥基官能團(tuán)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)形成網(wǎng)狀大分子，可有效的改善膠黏劑的成膜性能。近幾年，丙烯酸羥丙酯及其酯類的膠黏劑具有生產(chǎn)效率高、儲(chǔ)運(yùn)便捷和對(duì)多數(shù)材料都有很好的粘接性等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣闊。

阻垢劑

丙烯酸羥丙酯和丙烯酸共聚物，由于其優(yōu)良的性能，不僅有效地抑制碳酸鈣和磷酸鈣垢的形成和沉積，還能抑制鋅鹽沉積和分散氧化鐵，同時(shí)在水處理中也得到廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。以丙烯酸( AA) 、丙烯酸羥丙酯( HPA) 和異丙烯磷酸( IPPA) 為單體合成了AA-HPA-IPPA 三元共聚物( YSS-94) ，該共聚物不僅有良好的阻垢分散性，同時(shí)對(duì)碳鋼也有很好的緩蝕作用，是一種新型的水質(zhì)穩(wěn)定劑，具有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用價(jià)值。

總結(jié)與展望

丙烯酸羥丙酯具有非常廣泛的用途，隨著國(guó)內(nèi)外涂料印刷、粘合劑、紡織業(yè)及其醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步加之環(huán)境保護(hù)需求的不斷提升，其開(kāi)發(fā)應(yīng)用和市場(chǎng)需求進(jìn)一步擴(kuò)大。然而，丙烯酸羥丙酯還有兩方面需要改善。在工藝方面，如何解決環(huán)保問(wèn)題是關(guān)鍵，生產(chǎn)工藝不但要提高產(chǎn)品質(zhì)量，還要保護(hù)環(huán)境; 在應(yīng)用方面，丙烯酸羥丙酯雖然應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，但是有關(guān)真正工業(yè)廢渣和廢氣的處理研究較少，待進(jìn)一步拓展。綜合丙烯酸羥丙酯制備和應(yīng)用現(xiàn)狀，不斷研究開(kāi)發(fā)更為環(huán)保的、回收率和催化活性的催化劑制備方法，同時(shí)努力把丙烯酸羥丙酯應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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