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美國專(zhuān)利5 101 045報道用Co,Cu, Mn等混合氧化物(活化后)作為催化劑在250℃及20MPa的高壓下與甲胺反應直接合成N-甲基吡咯烷酮,產(chǎn)率達80%以上.順酐一步法合成N-甲基吡咯烷酮源于y丁內酯是由順酐經(jīng)部分催化加氫制備的,

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)對聚合產(chǎn)物結構和分子量的影響.因為PVP的分子量不同,即K值不同,其性能與應用也不同(詳見(jiàn)本書(shū)PVP的應用一章)．在NVP的共聚物及交聯(lián)聚合物中,共聚物(及交聯(lián)聚合物)的組成和結構將決定共聚物的性能和應用．故本章將著(zhù)重對論聚合工藝條件對聚合產(chǎn)物的影響.NVP單體極容易發(fā)生聚合(均聚)反應．

美國ISP公司建立了--套年產(chǎn)10 000t y-丁內酯的生產(chǎn)線(xiàn),就是以順酐為原料的.事實(shí)上,合成NVP的很多方法都是以y-丁內酯為起始原料或中間產(chǎn)物.例如,乙炔法中y-丁內酯是-種重要的中間物,吡咯烷酮法中的原料吡咯烷酮是由y-丁內酯與無(wú)水氨反應制得,而直接脫水法和間接脫水法都是以Y-丁內酯為起始原料的.

是采用乙酸酐先與羥乙基吡咯烷酮反應生成吡咯烷酮的乙酸酯,然后脫去一分子乙酸即得NVP.方法(3)是直接使羥乙基吡咯烷酮進(jìn)行催化脫水反應生成NVP.三種方法各有利弊,(1)和(2)的優(yōu)點(diǎn)是反應易于進(jìn)行,轉化率高,脫HCl,脫乙酸比脫水反應容易,但反應路線(xiàn)長(cháng)，需加入另一種輔助原料,如SOCl,HCl或AczO,增大了成本及設備投資,且SOCl2,HCI分別有劇毒性及腐蝕性,易帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題和設備腐蝕問(wèn)題等.

由此可見(jiàn)，在NVP的合成中,順酐和十-丁內酯作為合成反應的原料占據著(zhù)不可替代的地位.NVP與N-甲基吡咯烷酮的結構有相似的地方,都屬于吡咯烷酮類(lèi)物質(zhì),其制備方法也有相通之處,由此可以預見(jiàn)，-步法制NVP不僅是合成PVP的單體,而且是一種具有重要用途的化合物.由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì),如水溶性﹑強極性、非毒性、化學(xué)穩定性和陽(yáng)離子活性,

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使得生成NVP的選擇性很高.顯而易見(jiàn),MSi,x,O,是一類(lèi)性能優(yōu)良且極具工業(yè)化前景的催化劑,有必要對此類(lèi)催化劑進(jìn)行深入研究和中試放大試驗.N-乙烯基吡咯烷酮單體在工業(yè)上并沒(méi)有實(shí)際應用價(jià)值,只有將NVP聚合或者共聚為具有一定結構、一定組成和一定分子量的高分子化合物之后,才能在工業(yè)上應用.也就是說(shuō),工業(yè)上能夠實(shí)際應用的是PVP以及NVP與其他不飽和單體共聚而成的共聚物.實(shí)際上.

NVP可廣泛應用于膠黏劑、涂料、紡織、食品、制藥等工業(yè)領(lǐng)域.它的共聚物或均聚物大都具有良好的膜強度﹑染色相容性、剛性和黏性.大約80年前,德國人J. Walter. Reppe以乙炔為起始原料通過(guò)多步反應合成了NVP(即乙炔法或Reppe法),20年后美國的GAF公司、德國的BASF公司相繼采用Reppe法實(shí)現了NVP的工業(yè)化生產(chǎn).

前者的NVP選擇性及單程收率明顯優(yōu)于后者,其中K,Si催化劑既具有高活性又具有高選擇性.(2)MSizo(M為堿土金屬Mg,Ca,Sr,Ba)催化劑分別取2.9g氫氧化鎂、3.7g氫氧化鈣、13.3g氫氧化鍶(含8個(gè)結晶水)、15.8g氫氧化鋇(含8個(gè)結晶水)分別溶于150ml水中,加熱到90℃攪拌并每種溶液中加入30gSiO,,然后依次經(jīng)濃縮,干燥(120℃,2h)、粉碎(9~16目),焙燒(500℃,2h)而得到Mg,Sijo,CaySiso,Sr,Sio,BaSigo四種催化劑.烷酮發(fā)生催化脫HCI反應而生成NVP.方法

在制備2-吡咯烷酮的鉀鹽時(shí),必須將生成的水連續排出,水的存在對鉀鹽催化劑的活性有較大的負面影響,導致轉化率降低.(2）羥端基聚醚和線(xiàn)性二元醇類(lèi)助催化劑l5]在采用2-吡咯烷酮的堿金屬鹽催化2-吡咯烷酮乙烯化合成NVP時(shí),分子量低于1000的羥端基聚醚和C以上的線(xiàn)性二元醇具有良好的助催化作用,采用這種助催化劑在100~200℃,7.5~30atm條件下反應3~20h,NVP收率可高達90%以上,并且沒(méi)有聚合副產(chǎn)物生成.

到目前為止,Reppe法仍是NVP生產(chǎn)的主要方法.由于Reppe具有反應步驟多、流程長(cháng),條件苛刻、副產(chǎn)物多、收率低、操作危險性大等缺陷,長(cháng)期以來(lái)人們對Reppe法的改進(jìn)研究從未間斷,研究的焦點(diǎn)集中在合成途徑的改變和新型催化體系的開(kāi)發(fā)上.

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然而,從.工業(yè)化生產(chǎn)的角度,如經(jīng)濟上技術(shù)上的可行性、產(chǎn)品的分離和提純難易程度等來(lái)看,目前還沒(méi)有十分理想的脫水催化劑.大多數催化劑存在活性、選擇性低的問(wèn)題，使得產(chǎn)物分離和提純較為困難.例如采用活性三氧化二鋁為羥乙基吡咯烷酮的脫水催化劑時(shí),大轉化率僅為31.7%,產(chǎn)物NVP選擇性為62.8%,而聚合副產(chǎn)物的選擇性高達22.8%.在其他金屬氧化物類(lèi)催化劑中,效果好的是ZrO。