[发明专利]一种在线监测氨基甲酸酯合成过程的方法

说明书

技术领域

本发明属于在线分析技术领域，涉及合成过程在线监测分析方法，特别涉及一种在线监测氨基甲酸酯合成过程的方法。

背景技术

异氰酸酯是一种重要的化工材料和有机反应中间体，被广泛应用于聚异氰酸酯、聚氨酯类、聚脲、高聚物粘合剂、泡沫塑料、杀虫剂、除草剂等的合成。由于其广泛的应用性，近年来我国的需求量越来越大。

目前，利用“绿色化学品”——碳酸二甲酯（DMC）代替光气，两步合成异氰酸酯的方法由于绿色、安全、反应条件温和、成本低等优点，开始得到广泛发展。该路线主要是以碳酸二甲酯和胺为原料来合成氨基甲酸酯，再由氨基甲酸酯热裂解为异氰酸酯。其中，氨基甲酸甲酯的合成是异氰酸酯合成的关键。目前人们主要利用气相色谱与气质联用技术监测氨基甲酸酯合成过程，但是，该方法过程繁琐，准确度不高，所需时间较长，容易造成副反应增多。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种在线监测氨基甲酸酯合成过程的方法，采用本发明可以准确、及时的判断反应终点，避免反应时间过长而造成的副反应增多以及能耗增加。

本发明主要是在反应过程中通过傅立叶中红外光纤对反应体系中的胺、碳酸二甲酯和氨基甲酸酯的浓度进行实时监测，利用碳酸二甲酯与所生成的氨基甲酸酯的羰基峰的位置不同以及吸光度不同来确定反应进行的程度，其具体步骤为：

（1）将傅立叶中红外光纤探头分别插入碳酸二甲酯和氨基甲酸酯产物标准品中进行扫描并确定碳酸二甲酯和氨基甲酸酯的标准谱图；

（2）将傅立叶中红外光纤探头放置在空气中，以空气为背景扫描背景谱图；

（3）将胺、碳酸二甲酯和离子液体加入反应器中，并将傅立叶中红外光纤探头插入反应液中对其进行实时谱图扫描采集；

（4）待采集谱图中碳酸二甲酯和氨基甲酸酯羰基峰的吸光度不再发生变化时，反应完成。

本发明使用的傅立叶中红外光谱仪的波数范围为400-4000cm^-1。 

所述的傅立叶中红外光谱仪了配备有DLaTGS和MCT双检测器。

实验过程中，首先采用DLaTGS检测器检测碳酸二甲酯和产物氨基甲酸酯的标准化合物的谱图，分别确定两种物质特征峰的具体位置，该步骤中采用的碳酸二甲酯和氨基甲酸酯均为购买得到的标准样品。一般碳酸二甲酯的羰基峰位置为1705±5cm^-1，氨基甲酸甲酯羰基峰位置为1751±10cm^-1。MCT检测器灵敏度较高，用于监测反应过程中实时绘制谱图，从而便于观察不同反应阶段反应体系中羰基峰的相对变化，及时确定反应终点。

本发明中，为了保证碳酸二甲酯与氨基甲酸甲酯的羰基峰能够充分、清楚地分辨，发明人经过长期研究发现，当使用的傅立叶中红外光谱仪光谱分辨率为2-8cm^-1，背景扫描次数为16-64scan，样品扫描次数为16-64scan，扫描频率为10-20Hz时，两种物质的羰基峰能够得到清楚、充分的分辨。

本发明中所述的胺为正丁胺、正己胺、正辛胺、正癸胺、环己胺、二丁胺、卞胺、甲基苄胺、已二胺、异佛尔酮二胺、二环己基甲烷二胺、2,4-二氨基甲苯中的一种。相应的原料胺与碳酸二甲酯的反应条件均采用现有技术。

在反应过程中，傅立叶中红外光谱仪对反应体系进行实时谱图扫描采集，待采集谱图中碳酸二甲酯和氨基甲酸酯羰基峰的吸光度不再发生变化时，根据郎伯比尔定律，光谱图上羰基峰的吸光度大小与浓度成正比。待两种物质的吸光度不再发生变化时，说明两者之间转化完成，即反应完成，此时可以立即停止反应。

综上所述，本发明通过采用中红外光纤对反应过程中碳酸二甲酯和氨基甲酸酯的羰基峰进行实时监测，操作简单，准确度高，可以将反应时间精确到秒级，缩短了不必要的反应时间，有效地避免了副反应的发生。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但不作为对发明内容的限制，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中所用原料均为市售产品。

实施例1

光谱条件：傅立叶中红外光谱仪的波数范围为400-4000cm^-1；所述的傅立叶中红外光谱仪配备有DLaTGS和MCT双检测器，使用的光谱分辨率为4cm^-1，光阑半径3.5mm，背景扫描次数为32scan，样品扫描次数为32scan，扫描频率为10Hz。具体步骤为：