乙炔二醇(濃度為30%~40%)在鎳系催化劑作用下通過(guò)加氫反應(yīng)生成1,4-丁二醇即反應(yīng)(4.2).1,4-丁二醇經(jīng)脫氫環(huán)化而得y-丁內(nèi)酯[反應(yīng)(4.3)],該反應(yīng)常用銅催化劑或銅-鋅、銅-鉻等復(fù)合金屬氧化物催化體系,在230~255℃,0.2MPa的條件下進(jìn)行.反應(yīng)(4.4)為Y-丁內(nèi)酯的胺化反應(yīng),該反應(yīng)可在一定的溫度﹑壓力條件下以液相反應(yīng)形式自發(fā)進(jìn)行,為非催化過(guò)程.y-丁內(nèi)酯的胺化產(chǎn)物2-吡咯烷酮與乙炔發(fā)生乙烯化反應(yīng)生成NVP[反應(yīng)(4.5)],該反應(yīng)采用KOH為催化劑,
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又可分為鹵代法、乙酐法等.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。
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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(dú)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(dòng)方式進(jìn)行,也可以在流化床、移動(dòng)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(píng)價(jià)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.
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由于該反應(yīng)為--強(qiáng)放熱過(guò)程,適宜的反應(yīng)溫度范圍在-30~30℃之間,較低的溫度有利于避免副反應(yīng)發(fā)生,提高選擇性.為控制反應(yīng)過(guò)程中溫度升高,一是要采用緩慢的加料方式,如滴加,二要有外加的冷卻裝置,此外還可以采取減少催化劑用量、添加惰性溶劑以稀釋反應(yīng)物濃度的方法.常用溶劑包括正己烷、苯、四氫呋喃、二嗯烷等．催化劑用量為每摩爾2-吡咯烷酮加0.001~0.2mol催化劑.中間產(chǎn)物N-(α-羧酸乙基)-2-吡咯烷酮的分解方法通常包括熱分解法.
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可以得到不同的產(chǎn)物.在NVP的聚合研究中,人們總是關(guān)心聚合工藝條件(引發(fā)劑.聚合方式、聚合溫度﹑聚合時(shí)間等)對(duì)聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和分子量的影響.因?yàn)镻VP的分子量不同,即K值不同,其性能與應(yīng)用也不同(詳見(jiàn)本書(shū)PVP的應(yīng)用一章)．在NVP的共聚物及交聯(lián)聚合物中,共聚物(及交聯(lián)聚合物)的組成和結(jié)構(gòu)將決定共聚物的性能和應(yīng)用．故本章將著重對(duì)論聚合工藝條件對(duì)聚合產(chǎn)物的影響.NVP單體極容易發(fā)生聚合(均聚)反應(yīng)．
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因而提高了主反應(yīng)速率和NVP選擇性.此類助催化劑不僅能顯著加快反應(yīng)速度,使反應(yīng)在溫和條件下高轉(zhuǎn)化率地進(jìn)行,而且能有效抑制聚合副反應(yīng)的發(fā)生,從而得到較高的NVP收率.不足之處在于助催化劑加入量較大,一般為KOH的2~4倍.其次,這一類助催化劑價(jià)格相對(duì)較高,而且并不能完全阻止聚合副反應(yīng)的發(fā)生(聚合副產(chǎn)物產(chǎn)率一般為4.5%~6.5%),這仍然會(huì)帶來(lái)下游工序中產(chǎn)物分離上的困難.由于不揮發(fā)性聚合物的生成,必須采用兩個(gè)蒸餾塔將目標(biāo)產(chǎn)物NVP分別與未反應(yīng)的原料2-吡咯烷酮及聚合副產(chǎn)物加以分離.此外
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把NVP單體加熱到140℃以上,或者在NVP單體中加入引發(fā)劑,很容易引發(fā)NVP的均聚,生:成聚乙烯吡咯烷酮(PVP).由于NVP極容易發(fā)生本體聚合,所以NVP單體在長(zhǎng)期儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中需要加入阻聚劑,在聚合之前需要蒸餾提純.引發(fā)劑包括陽(yáng)離子型引發(fā)劑,如BF3,陰離子型引發(fā)劑,如酰胺的鉀鹽,游離基引發(fā)劑,如過(guò)氧化物﹑偶氮類化合物等.與其他高分子的合成方法相同,NVP的聚合方式也有本體聚合﹑溶液聚合和懸浮聚合等幾種.
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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吸收系統(tǒng)上,以除去反應(yīng)副產(chǎn)物SO,,待SO被完全吸收后,在75~80℃下常壓蒸餾出溶劑苯,然后在真空度0.09MPa下減壓蒸餾出氯乙基吡咯烷酮.(2〉將氯乙基吡咯烷酮、溶劑苯和作為催化劑的KOH或醇鈉按比例(氯乙基吡咯烷酮:苯=3∶1)加入三頸燒瓶中,KOH加入量為氯乙基吡咯烷酮的10%(mol).在攪拌下加熱升溫至65℃,維持溫度65土5℃攪拌回流反應(yīng)3h停止反應(yīng),
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直接脫水法可避免上述缺點(diǎn),簡(jiǎn)化操作，但脫水反應(yīng)較難進(jìn)行,需開(kāi)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(lái)看,MSi,XO類催化劑普遍具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)反應(yīng)過(guò)程中催化劑表面積炭量較少.(2）催化劑穩(wěn)定性良好,長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)反應(yīng)而活性無(wú)明顯降低.(3）催化劑易使用,方法簡(jiǎn)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,
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在65~90℃下常壓蒸餾出溶劑苯,在0.09MPa真空度下減壓蒸餾出產(chǎn)物NVP,未反應(yīng)的氯乙基吡咯烷酮返回再進(jìn)行反應(yīng).作者的大量研究結(jié)果表明,使用醇鈉(甲醇鈉、乙醇鈉等)作為氯乙基吡咯烷酮消除反應(yīng)的催化劑效果明顯比使用KOH效果好,而且醇鈉的用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于KOH,這可能是因?yàn)镵OH與氯乙基吡咯烷酮反應(yīng)除生成KCl,還有副產(chǎn)物H,O,不利于反應(yīng)的順利進(jìn)行.而使用醇鈉時(shí)生成的副產(chǎn)物醇對(duì)反應(yīng)影響比HO小,一是因?yàn)楫a(chǎn)生醇的量比HO少,
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