烏蘭察布化工N-乙烯基吡咯烷酮

正是由于直接脫水法需要較高的溫度(350~400℃),加之如前所述,難以找到.工業(yè)化生產(chǎn)理想的脫水催化劑,所以有人提出了間接脫水法合成NVP的路線.間接脫水法是使NHP分子內(nèi)的羥基先被另一基團(tuán)所取代生成一種中間產(chǎn)物,然后由這個(gè)中間產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成NVP.

J.Ferguson等人對(duì)NVP在酸和鹽存在下的水解進(jìn)行了比較的研究,得到了NVP水解速率與時(shí)間的關(guān)系曲線.顆粒大小對(duì)PVP堆密度有直接的影響,顆粒越大,顆粒間空隙越大,一定質(zhì)量的PVP堆體積就越大,由式(2.4)容易看出,顆粒越大,導(dǎo)致PVP堆密度越小.PVP作為一種合成水溶性高分子化合物,具有水溶性高分子化合物的一般性質(zhì),如膠體保護(hù)作用、成膜性、黏接性、吸濕性、增溶性、凝聚作用以及與某些化合物的絡(luò)合能力等.

NVP的聚合反應(yīng)適用于幾乎所有的聚合方式,從聚合反應(yīng)的原料看,它不僅能自身發(fā)生均聚反應(yīng)得到均聚PVP,還可與大多數(shù)含有不飽和官能團(tuán)的單體共聚生成共聚PVP,也可以與含有雙官能團(tuán)的交聯(lián)劑通過(guò)交聯(lián)聚合得到交聯(lián)PVP,習(xí)慣上,由NVP聚合而成的聚合物統(tǒng)稱為聚乙烯吡咯烷酮,簡(jiǎn)稱PVP.從聚合反應(yīng)體系來(lái)看,從本體聚合、溶液聚合到乳液聚合、懸浮聚合等聚合方式根據(jù)對(duì)聚合物的要求都可用于NVP的聚合.

顯然,取代NHP分子內(nèi)經(jīng)基的基團(tuán)必須滿足---定的條件,即既容易取代NHP分子內(nèi)的羥基,又要能比較容易地從中間產(chǎn)物分子中脫去.這樣,不經(jīng)過(guò)NHP的直接催化脫水,而是通過(guò)另外一種中間產(chǎn)物在較溫和的條件下同樣達(dá)到由NHP分子脫水生成產(chǎn)物NVP的目的,同時(shí)達(dá)到較高的產(chǎn)物收率,所以被稱為間接脫水法.間接脫水法根據(jù)取代NHP分子內(nèi)羥基基團(tuán)的不同,又可分為鹵代法、乙酐法等.鹵代法是間接脫水法中被研究較好的主要方法,其方法要點(diǎn)是:用--種鹵代劑與NHP反應(yīng)生成鹵代乙基吡咯烷酮,然后由鹵代乙基吡咯烷酮的熱反應(yīng)得到產(chǎn)物NVP.

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另外,該反應(yīng)是一個(gè)選擇性催化反應(yīng),生成產(chǎn)物的脫附是--個(gè)吸熱過(guò)程,體系放出的熱量增加,在加快產(chǎn)物1,4-丁二醇脫附的同時(shí),也使得一部分1,4-丁烯二醇來(lái)不及進(jìn)行進(jìn)一步加氫就從催化劑上脫附下來(lái)進(jìn)入產(chǎn)物中,總體是使產(chǎn)物中作為主要副產(chǎn)物的1,4-丁烯二醇比例增加,從而了生成1,4-丁二醇的選擇性.目前已有的乙炔法生產(chǎn)工藝丁炔二醇水溶液濃度在30%一40%之間。催化脫氫通常都需要加壓,丁炔二醇的催化加氫是通過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)的:將30%~40%的丁炔二醇水溶液與高壓H同時(shí)引入裝有Ni催化劑的高壓固定床反應(yīng)器中,同時(shí)在反應(yīng)器外壁加上換熱套,以移去反應(yīng)過(guò)程放出的多余的熱量.

但是相容性有別于相溶性,例如PVP不溶于某些表面活性劑,不具有相溶性,但可與其他物質(zhì)一起形成均一的乳狀物而用于化妝品中,所以與這樣的表面活性劑已具有相容性.PVP用于不同的用途時(shí),對(duì)其使用時(shí)形態(tài)的要求也不同,如作為增稠劑或膠體保護(hù)劑,-般要求使用時(shí)要配制成均勻的溶液﹐作為染發(fā)劑,定發(fā)劑或的包衣i時(shí).則要求能形成良好的無(wú)黏性的膜.加人某些天然或合成的高分子聚合物或者化合物可以有效地調(diào)節(jié)PVP膜的吸濕性和柔軟性而不影響膜的光澤度和透明度.

由此可見(jiàn),不論是乙炔法還是y丁內(nèi)酯法都存在自身的不足,所以目前仍然有大批科技工作者投身于NVP及其聚合物PVP的研究與生產(chǎn)工作中。y-丁內(nèi)酯為原料合成NVP及PVP的研究開(kāi)始于20世紀(jì)40年代,因?yàn)槭且詙-丁內(nèi)酯為主要的起始原料,所以稱為y-丁內(nèi)酯法.y-丁內(nèi)酯法根據(jù)脫水方式的不同又分為直接脫水法和間接脫水法兩種方法,直接脫水法分兩步進(jìn)行,一步為Y丁內(nèi)酯與乙醇胺進(jìn)行胺解反應(yīng)生成α-羥乙基吡咯烷酮α-NHP,二步為α-NHP在脫水催化劑的存在下進(jìn)行分子內(nèi)脫水反應(yīng),脫去一分子水得到單體NVP.

在鹵代法中, 重要的是鹵代劑的選擇,不少研究工作證明,氯化亞飆(SOC1,)可作為鹵代劑129},用SOCI。先是羥乙基吡咯烷酮在溶劑苯中與SOCl,發(fā)生鹵代反應(yīng)生成氯乙基吡咯烷酮,然后用KOH或甲醇鈉作催化劑脫去一分子氯化氫生成NVP,反應(yīng)的實(shí)施過(guò)程如下:( 1 )NHP和苯按重量比1:0.5~0.8加人三頸燒瓶中,再把燒瓶置于加有冰塊的超級(jí)恒水浴中,邊攪拌,邊由滴液漏斗滴加入重量為NHPO.83倍的SOCl ,控制速度使體系溫度不大于35℃為宜(因?yàn)榱u乙基吡咯烷酮與SOCl之間的反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)),滴加完畢后繼續(xù)攪拌4h,此時(shí)NHP的轉(zhuǎn)化率已達(dá)90%以上,將反應(yīng)裝置接到SO。

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從NVP水解機(jī)理來(lái)看,NVP能否發(fā)生水解主要依賴于一步一系列過(guò)渡態(tài)是否可以形成,或者說(shuō)NVP分子內(nèi)異構(gòu)化反應(yīng)能否發(fā)生是NVP是否發(fā)生水解的關(guān)鍵。溶液中H*或者堿金屬陽(yáng)離子的存在正好使NVP的分子內(nèi)異構(gòu)化得以實(shí)現(xiàn),所以NVP的水解得以進(jìn)行.NVP的水解速率主要取決于二步,當(dāng)K’存在時(shí),會(huì)與一步生成的吡咯烷酮反應(yīng)先生成吡咯烷酮鉀鹽,然后再與NVP進(jìn)行加成反應(yīng).