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，但是制備困難和過程具有危險(xiǎn)性。鉻系催化劑在使用過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，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)

[1]蘇輝輝，肖舒，戴林，等.ATRP法合成(甲基) 丙烯酸羥丙酯［J］.化學(xué)試劑， 2012， 34( 09) : 787-791．

[2]朱曉麗，姜緒寶，張志國(guó)，等.丙烯酸羥乙酯對(duì)丙烯酸酯改性水性聚氨酯性能的影響［J］.化學(xué)學(xué)報(bào)，2009，67( 08) :850-856．