[发明专利]一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法。

背景技术

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid，以下称为AMPS)是多功能水溶性阴离子单体，由于分子结构具有碳碳双键和对盐不敏感的磺酸基，因此易于聚合，而且其均聚和共聚物有许多特殊的性质，具有广阔的应用前景，可广泛应用于油田化学、水处理剂、化纤、塑料、印染、涂料、表面活性剂、抗静电剂、陶瓷、照相、洗涤助剂、离子交换树脂、气体分离膜、电子工业等领域。

目前最典型的生产AMPS的工艺，是以丙烯腈，发烟硫酸和异丁烯为原料在较温和的条件下进行反应制备AMPS。美国专利US 3544597首先报道了这种制备酰胺基磺酸类化合物的方法，并得到了纯度较高的单体，但反应条件较为苛刻。日本日东化学公司(DE 2904444Al，DE 2904465Al)改进了上述方法，并提出了获得更高纯度AMPS的技术方案。该专利所述的方法是将过量的丙烯腈兼作反应溶剂，在氦气气氛中于低温下加入发烟硫酸，在搅拌下通入异丁烯，使其反应，产物AMPS从混合液中析出，得到泥浆状产物，然后加入醋酸升温，蒸出过量丙烯腈，再加入一定量水，升温至90℃以上使其溶解，再放入冷水中，使产物结晶析出，并用醋酸洗净，再用60℃热风干燥，即得到高纯单体。

在现有的AMPS生产工艺中，为了提高AMPS的纯度和收率，通常使用高浓度的硫酸，尤其是发烟硫酸作为磺化剂。但是，当反应液中存在多余的SO₃时，SO₃就会丙烯腈和异丁烯反应生成磺化副产物，如单磺化异丁烯、双磺化异丁烯等，而且，这些磺化副产物的生成对于AMPS作为聚合物单体的聚合反应有显著的负面影响。

CN 101284805A公开了一种AMPS收率的方法，预先在硫酸中加入2-30重量％的有机磺化物，如对羟基苯磺酸，将混有有机磺化物的硫酸与丙烯腈混合，再通入异丁烯，该方法不仅抑制副反应的发生，而且产品结晶粒度较大，提高AMPS的收率。

CN 1072406A公开了一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法，该方法以丙烯腈、异丁烯和硫酸三种物料为原料，并加入有机酸酐，其中，有机酸酐为醋酸酐，醋酸酐的加入量为硫酸加入量的0.5-50％，优选为2-25％。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的方法生产的AMPS纯度低的缺陷，提供一种能够以较高收率获得较高纯度AMPS产品的合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的方法。

本发明的发明人发现，在CN 1072406A公开的一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的生产方法中，该方法只选用了一种有机酸酐，即醋酸酐，硫酸选用了浓度为98％的硫酸，而醋酸酐的用量仅由硫酸的用量决定。而且，该方法中并没有指出在使用不同浓度硫酸的时候，所用酸酐的最佳用量；更没有指出该方法对减少磺化副产物的影响，也没有提及纯度问题。

本发明的发明人经过研究发现，在合成2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的方法中加入酸酐可以去除反应体系中的水分，从而有效地减少磺化副产物的产生，但是，酸酐的用量直接影响副产物的多少，酸酐的用量过少，反应体系中的水分去除不完全，导致产品AMPS的收率和纯度较低；酸酐的用量过多，未反应的酸酐也成为一种副产物，影响AMPS产品的纯度，而且AMPS的收率也较低。本发明的发明人经研究还发现，酸酐的用量不仅与硫酸的用量有关，还与硫酸的浓度、酸酐的分子量以及酸酐与水的反应系数紧密相关，通过将酸酐的用量控制在一个合适的范围内，不仅AMPS的收率较高，而且AMPS产品纯度较现有技术也明显提高。正是基于此，本发明的发明人得到本发明。

本发明提供了一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法，该合成方法包括将丙烯腈、硫酸、异丁烯在酸酐存在下接触，其中，所述酸酐的用量W为(0.9～1.5)m，m由式(1)计算得出，

m＝(1-C)×m₁×M×f/18               (1)

其中，C为硫酸的浓度，小于100％，单位为重量％，m₁为硫酸的用量，单位为克，M为酸酐的分子量，f为酸酐与水反应的反应系数。

本发明提供的AMPS的合成方法，通过控制酸酐的用量在上述范围内，可以有效地抑制磺化副产物的产生，从而能够以较高收率获得较高纯度AMPS产品。此外，本发明提供的AMPS合成方法不仅适用于醋酸酐，还适用于其他的有机酸酐和无机酸酐，而且也适用于各种不同浓度的硫酸。