25584-83-2/丙烯酸羥丙酯的制備及應用進展

背景及概述^[1.2]

丙烯酸羥丙酯(簡稱HPA) 是一種性質活潑的功能性單體，具有能溶于水和一般有機溶劑的性質。丙烯酸羥丙酯有毒，在空氣中允許的最低濃度是3mg /m2 ，由于其在分子結構中含有羥基(-OH) ，同時它還與多種含有乙烯基單體形成共聚物，可有利于進行固化反應，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和丙烯酸與環(huán)氧丙烷反應兩種。但前一種方法合成的產(chǎn)品收率低和質量十分不穩(wěn)定，因此國內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。

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，同時由于現(xiàn)行的催化劑方法在工業(yè)化中很難實現(xiàn)高產(chǎn)率高質量的丙烯酸羥丙酯，也使制備成了一難點。

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、三氧化鉻和醋酸絡等，它的催化活性比較高，但是制備困難和過程具有危險性。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氧化劑，具有極強的氧化性和腐蝕性，儲運過程非常危險。

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驗研究，反應溫度為75 ～ 80℃，產(chǎn)率達到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，利用二氧化鋯獨有的特點和性質，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。該催化劑對丙烯酸和環(huán)氧丙烷反應的催化活性高，穩(wěn)定性好，反應溫度100℃，產(chǎn)率達到77. 8%。

復合催化劑法

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合催化體系，反應溫度90℃，產(chǎn)率達到91%。但三氧化鉻為強氧化劑，使用過程中，反應液和后系統(tǒng)殘液中易發(fā)生結塊現(xiàn)象。

應用

丙烯酸羥丙酯由于其特殊的結構在現(xiàn)代工業(yè)有機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，與其它單體共聚時可以很好地調節(jié)聚合物的性質，廣泛應用于改性水性聚氨酯。由于它的酯基有很強的氫鍵性，具有化學穩(wěn)定性好和耐候性好等優(yōu)點，被廣泛引入水

性聚氨酯中進行改性。

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峻的環(huán)保問題，而且彌補了乳液型膠黏劑耐低溫性差和材料易變形等缺點。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進行交聯(lián)反應形成網(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、儲運便捷和對多數(shù)材料都有很好的粘接性等優(yōu)點，其應用領域越來越廣闊。

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，同時在水處理中也得到廣泛的市場應用。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，同時對碳鋼也有很好的緩蝕作用，是一種新型的水質穩(wěn)定劑，具有很大的發(fā)展空間和應用價值。

總結與展望

丙烯酸羥丙酯具有非常廣泛的用途，隨著國內外涂料印刷、粘合劑、紡織業(yè)及其醫(yī)療技術的不斷進步加之環(huán)境保護需求的不斷提升，其開發(fā)應用和市場需求進一步擴大。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)保問題是關鍵，生產(chǎn)工藝不但要提高產(chǎn)品質量，還要保護環(huán)境; 在應用方面，丙烯酸羥丙酯雖然應用領域越來越廣，但是有關真正工業(yè)廢渣和廢氣的處理研究較少，待進一步拓展。綜合丙烯酸羥丙酯制備和應用現(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，同時努力把丙烯酸羥丙酯應用到更多的領域。

參考文獻

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