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使用醇胺促進劑生產(chǎn)對苯二甲酸二酯的制作方法與工藝

文檔序號:12295443閱讀:556來源:國知局
使用醇胺促進劑生產(chǎn)對苯二甲酸二酯發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體上涉及由對苯二甲酸制備對苯二甲酸二酯。發(fā)明背景在多種聚合物材料(例如聚氯乙烯)中,對苯二甲酸二酯如對苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(還被稱為對苯二甲酸二辛脂或DOTP)可以用作增塑劑。通常通過對苯二甲酸二甲酯(DMT)與2-乙基己醇(EH)的經(jīng)鈦酸酯催化的酯交換反應(yīng)來制備DOTP。然而,該方法不是制備DOTP的最直接路線。其需要使對苯二甲酸(TPA)轉(zhuǎn)化成DMT。至DOTP的最直接路線涉及TPA與EH的酯化反應(yīng)。有機鈦酸酯如鈦酸四異丙酯(tetraisopropoxytitanate)在用于該直接路線的最佳催化劑之中。然而,使用這些催化劑的反應(yīng)速率仍然比酯交換反應(yīng)路線顯著更慢。因此,在本領(lǐng)域中存在對直接由TPA形成DOTP的更快速方法的需求。本發(fā)明解決了該需求以及其它問題,其將通過以下描述和所附的權(quán)利要求來變得明確。發(fā)明概述本發(fā)明如在所附的權(quán)利要求中所闡述的。簡言之,本發(fā)明提供了用于制備對苯二甲酸二酯的方法。該方法包括在有機鈦催化劑和醇胺促進劑(promoter)存在下,使對苯二甲酸與C6-C10醇在有效形成相應(yīng)的對苯二甲酸二酯的條件下接觸。該促進劑選自2-(甲氨基)乙醇和2-(乙氨基)乙醇。在一個實施方案中,本發(fā)明提供了用于制備對苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的方法。該方法包括在140至230℃的溫度下,在有機鈦催化劑和醇胺促進劑存在下,使對苯二甲酸與2-乙基己醇接觸以形成對苯二甲酸二(2-乙基己基)酯。該促進劑選自2-(甲氨基)乙醇和2-(乙氨基)乙醇。該接觸步驟在裝配有分餾柱的反應(yīng)器中進行,所述分餾柱包括3至6個高效理論級(theoreticalstage)以用于除去來自反應(yīng)器的水。附圖簡要說明所述圖顯示出可與根據(jù)本發(fā)明的方法一起使用的反應(yīng)器和柱。發(fā)明詳述已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)某些醇胺可以顯著改進對苯二甲酸與C6-C10醇的經(jīng)有機鈦催化的酯化反應(yīng)以制備相應(yīng)的二酯的反應(yīng)速率。本發(fā)明提供了用于制備對苯二甲酸二酯的方法。該方法包括在有機鈦催化劑和醇胺促進劑存在下,使對苯二甲酸與C6-C10醇在有效形成相應(yīng)的對苯二甲酸二酯的條件下接觸。C6-C10醇的實例包括己醇、環(huán)己醇、庚醇、2-乙基己醇(EH或2-EH)、環(huán)己烷甲醇、甲基環(huán)己烷甲醇的異構(gòu)體、辛醇、壬醇、芐醇、2-苯基乙醇和癸醇。可制備的對苯二甲酸二酯的類型的實例包括對苯二甲酸二己酯、對苯二甲酸二庚酯、對苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、對苯二甲酸二芐酯、對苯二甲基二壬酯和對苯二甲基二癸酯。合適的有機鈦催化劑的實例包括具有式Ti(OR)4的四烷氧基鈦,其中R是具有1至8個碳原子的烷基。優(yōu)選的有機鈦催化劑包括鈦酸四異丙酯。所述催化劑可以1000至2000ppm、1200ppm至1600ppm,和1300ppm至1500ppm的量使用,基于總反應(yīng)物進料計。優(yōu)選的醇胺促進劑包括2-(甲氨基)乙醇和2-(乙氨基)乙醇。2-(乙氨基)乙醇是特別優(yōu)選的。所述促進劑可以500ppm至1500ppm、750ppm至1250ppm,和1100ppm至1200ppm的量使用,基于總反應(yīng)物進料計。根據(jù)本發(fā)明的方法可以在間歇式或連續(xù)式反應(yīng)器中在酯化反應(yīng)條件下進行。該反應(yīng)器可以是裝配有用于除去水的分餾柱的簡單的攪拌單元,或可以包括用于反應(yīng)物引入和產(chǎn)物去除的多個端口(port)。在一個實施方案中,反應(yīng)器裝配有分餾柱和用于裝入TPA、醇、促進劑和催化劑的進入端口。如U.S.專利第7,799,942號(經(jīng)此通過引用將其全部內(nèi)容并入)中所述,分餾柱可以既增加反應(yīng)速率又使起泡的發(fā)生最小化。在另一個實施方案中,分餾柱具有3至6個高效理論級(HETS)。為了使起泡最小化,分餾柱可以具有4至5個HETS。典型的酯化反應(yīng)條件包括大氣壓力和高溫。通?;诜磻?yīng)物(通常是醇)的最低沸點來設(shè)定反應(yīng)溫度。通常,反應(yīng)溫度可以為例如140至230℃或180至225℃??梢栽谶^量的醇的情況下進行酯化反應(yīng)。使用的醇與酸的摩爾比可以為3:1至6:1,或5:1以促進轉(zhuǎn)化成二酯。可以使未反應(yīng)的醇容易地再循環(huán)到過程中??梢酝ㄟ^憑借螺旋進料器將TPA添加至合適的反應(yīng)器并將醇/催化劑以泵進料(pump-fed)混合物的形式添加至配備有分餾柱/潷析器組合的攪拌反應(yīng)器(使得可以除去反應(yīng)的水并且使未反應(yīng)的醇返回至反應(yīng)器)來以連續(xù)模式實踐根據(jù)本發(fā)明的方法??梢詫碜栽摲磻?yīng)器的流出物傳送至一系列的一個或多個后處理反應(yīng)器(finishingreactor),在其中繼續(xù)轉(zhuǎn)化成二酯并將水去除。如果需要,可以如本文中所述進一步處理和精制該反應(yīng)的產(chǎn)物。在一個具體實施方案中,將對苯二甲酸、過量的2-乙基己醇,和催化量的鈦酸四異丙酯(其通常縮寫為TIPT),和有機速率促進劑裝入反應(yīng)器。將混合物加熱并且攪拌至回流導(dǎo)致有效除去水和使TPA至DOTP的酯化反應(yīng)。揮發(fā)性組分主要由反應(yīng)的水和未反應(yīng)的2-乙基己醇組成??梢越?jīng)由潷析器分離所述水,并且使2-乙基己醇能夠在整個柱中回流。至DOTP的轉(zhuǎn)化在不到2小時內(nèi)基本上完成,并且可以過濾產(chǎn)物以除去痕量的未反應(yīng)的TPA用于再循環(huán)。然后,將粗產(chǎn)物(濾液)用稀釋的NaOH中和,用水洗滌并且過濾。在減壓下脫去過量的2-乙基己醇?;钚蕴刻幚砜梢杂糜跍p少最終產(chǎn)物中的顏色。如本文中所用,不定冠詞“a”和“an”表示一個或多個,除非上下文中另行明確提出。類似地,名詞的單數(shù)形式包括它們的復(fù)數(shù)形式,并且反之亦然,除非上下文中另行明確提出。盡管已經(jīng)試圖精確,然而本文中描述的數(shù)值和范圍應(yīng)該被認為是近似值。取決于通過本發(fā)明所尋求獲得的所需特性以及由在測量技術(shù)中存在的標準偏差所產(chǎn)生的變量,這些值和范圍可以從它們的所敘述的數(shù)字變化。此外,本文中描述的范圍意在并且特別預(yù)期包括所敘述范圍內(nèi)的全部子范圍和值。例如,50至100的范圍意在包括該范圍內(nèi)的全部值,包括子范圍例如60至90和70至80。本發(fā)明可以通過以下其優(yōu)選實施方案的實施例來進一步舉例說明,但是將理解的是僅出于舉例說明的目的包括這些實施例,并這些實施例不意在限制本發(fā)明的范圍。實施例實施例1使用各種促進劑候選物的TPA與2-EH的酯化反應(yīng)該實施例使用了在圖中顯示的反應(yīng)器系統(tǒng)和所聯(lián)合的蒸餾柱30。該設(shè)備包括裝配有加熱套32的一升底座(base)31、磁力攪拌棒33、溫度傳感器37和蒸餾柱34。該柱34容納10英寸的PennState填料(其相當于約5個HETS)。柱34的頂部裝配有柱頭35以使水/2-乙基己醇共沸物能夠經(jīng)由冷凝器39冷凝并且收集在潷析器36中。經(jīng)由溢流管38使?jié)銎?6中的頂部2-乙基己醇層返回至柱34中,和將水層收集在收集裝置40中并且在冷卻器41中冷卻用于稱重。將343.48g(2.637摩爾,25摩爾%過量,MW=130.23)的2-乙基己醇、1.054摩爾(175g,MW=166.13)的經(jīng)純化的對苯二甲酸(PTA)、表1中列出的3000ppm的促進劑候選物(1.55g)和3000ppm(1.55g)的鈦酸四異丙酯(TIPT)裝入反應(yīng)器柱底座31。在促進劑候選物DEATitanate的情況下使用6000ppm,因為其被認為是有機鈦和二乙醇胺的大致1:1的絡(luò)合物。將36.6g的2-乙基己醇裝入潷析器以彌補從系統(tǒng)對25摩爾%過量的去除。開始升溫,并且通過水的產(chǎn)生來監(jiān)控反應(yīng)進程。總的除去的水通常為40-42g。通常實現(xiàn)98.5%的材料回收率。表1顯示出測試的促進劑候選物和對于每個候選物而言達到完成的總反應(yīng)時間。實施例2進行所設(shè)計的實驗以確定對于使TPA轉(zhuǎn)化成DOTP而言的反應(yīng)物(TPA和EH)、促進劑(EAE)和催化劑(TIPT)的最佳水平。實驗的參數(shù)顯示于表2中。表22-乙基己醇(EH)EH/TPA摩爾比高5中4低32-(乙氨基)乙醇(EAE)促進劑濃度(ppm)高1500中1000低500鈦酸四異丙酯(TIPT)催化劑濃度(ppm)高1500中1000低500使用0.5摩爾的TPA。如上面的實施例1中所述進行反應(yīng)??偡磻?yīng)時間(定義為反應(yīng)的理論水的積累)是唯一的響應(yīng)(response)。隨機選擇運行數(shù)。所設(shè)計的實驗的結(jié)果總結(jié)于下表3中。在表3中中心點2的反應(yīng)時間旁邊的“*”指示特定實驗的再現(xiàn)性,并且被統(tǒng)計人員用于建立針對“相同條件”的標準偏差。分析表3中的結(jié)果,并且開發(fā)統(tǒng)計模型。該模型表明2-EH的最佳水平為2.5:0.5(5:1摩爾比),促進劑EAE的最佳水平為1144ppm,和最佳的TIPT量為1412ppm。這組經(jīng)計算的條件將導(dǎo)致約1.75小時的反應(yīng)時間,其在表3中列出的值的實驗誤差內(nèi)。實施例3(對比)將實施例2與最佳的對苯二甲酸二甲酯運行(使用相同的反應(yīng)設(shè)備)比較。將以下物質(zhì)裝入燒瓶中:364.6g的2-乙基己醇(2.8摩爾,40摩爾%過量,MW=130.23);194.2g的DMT(1摩爾;MW=194.18);和0.055g的TIPT(98ppm)。總共1.4小時的反應(yīng)時間導(dǎo)致除去255mL的甲醇至反應(yīng)完成。因此,可用對苯二甲酸實現(xiàn)的1.75小時的最佳反應(yīng)時間與用對苯二甲酸二甲酯獲得的1.4小時的反應(yīng)時間相比是有利的。實施例4(對比)使用與實施例2的運行12相同的反應(yīng)條件和設(shè)備進行該實施例,但是以兩倍的規(guī)模且在沒有促進劑的情況下。將651.2g(5摩爾,150摩爾%過量,MW=130.23)的2-乙基己醇、1.00摩爾(166.1g,MW=166.13)的經(jīng)純化的對苯二甲酸,和1000ppm(0.818g)的鈦酸四異丙酯裝入反應(yīng)器柱底座。將36.6g的2-乙基己醇裝入潷析器以彌補從系統(tǒng)對25摩爾%過量的去除。開始升溫,并且通過水的產(chǎn)生來監(jiān)控反應(yīng)進程??偟某サ乃疄?6.2g。完成反應(yīng)的總反應(yīng)時間為3.75小時。實施例2的運行12(用EAE作為促進劑)給出了2.0小時的反應(yīng)時間。該促進劑使總反應(yīng)時間減少了47%。已經(jīng)特別參考本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案來對其進行詳細描述,但是將理解的是在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以實現(xiàn)變化和修改。
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