Способ получения димеров -метилстирола

 

Использование: производство полимерных материалов. Сущность: димеризацию a-метилстирола проводят в присутствии пятиокиси ванадия, нанесенной в количестве 2-10 мас. % на оксид титана или алюминия, в реакторе проточного или периодического действия. При 80-100^oС селективно получают линейные димеры, а при 130-150^oС - циклические димеры. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области нефтехимического синтеза, конкретно к способу получения диаметров α-метилстирола (ДМС).

Различают линейные и циклические ДМС. Линейные используют в производстве пластификаторов изоляционных материалов и ряда полимеров [1] Циклические в качестве пластификаторов и высокотемпературных носителей [2] Известен способ получения олигомеров a-метилстирола олигомеризацией его на кислых глинах, таких как монтмориллонит, бентонит, аттапульчит или монтмориллонит, обработанный серной кислотой [3] Состав продуктов реакции в значительной степени зависит от условий синтеза.

Для более селективного образования линейных димеров реакцию проводят в присутствии альдегидов, кетонов, спиртов. Без этих добавок образуется преимущественно до 95% циклический димер a-метилстирола. Максимальная конверсия a-метилстирола в опытах равна 95% при этом выход фракции линейных димеров, полученной разгонкой реакционной массы, составляет 87 мас.

В составе фракции содержится 98 мас. линейных димеров и 2% циклического димера. В других опытах выход димерной фракции 77-82 мас. Содержание в ней циклического димера от 2 до 10 мас. Остаток после разгонки представляет собой полимеры, их количество 12 мас. и более.

Существенным недостатком данного способа является наличие в реакционной массе дополнительного компонента (альдегиды, кетоны, спирты), который затем должен быть удален и который может присутствовать в целевом продукте, загрязняя его.

Наиболее близкими к заявляемому способу по технической сущности является способ получения олигомеров (в основном димеров) a-метилстирола при 90-95^o C в присутствии катализатора, в качестве которого используют P₂O₅, нанесенный на поверхность SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, MgO или их смеси. Реакцию проводят в течение 2 ч и получают катализат следующего состава, циклический ДМС-6,2; линейный ДМС 83,0; a-метилстирол-4,1; тримеры a-метилстирола-6,7 [4] Известный способ характеризуется следующими недостатками: низкой селективностью процесса (по линейному ДМС 83%) невозможностью получения циклических ДМС в достаточном количестве, низкими эксплуатационными свойствами используемых катализаторов, а также большой трудоемкостью их приготовления и вредными условиями труда.

Так для поддержания активности катализатора необходимо определенное парциальное давление паров воды, но даже в этом случае срок его службы не превышает 20-30 сут [5] Испарение P₂O₅ при приготовлении катализатора резко ухудшает безопасные условия труда [6] Целью изобретения является увеличение выхода димеров.

Указанная цель достигается способом получения димеров альфа-метилстирола при повышенной температуре в присутствии окисного катализатора, в качестве которого используют пятиокись ванадия в количестве 2-10 мас. нанесенную на оксид титана или алюминия.

Применение указанного катализатора позволяет проводить процессы, как в реакторе периодического действия, так и в реакторе проточного типа и в зависимости от температурного режима селективно получать как линейные ДМС (80-100^oC), так и циклические (130-150^oC). В обоих случаях конверсия сырья достигает 95-99% селективность по линейному ДМС 86,0-93,0% При осуществлении процесса в проточном реакторе скорость подачи альфа-метилстирола составляет 6,1-24,4 ч, время реакции в аппарате периодического действия - 1,5-2,0 ч.

Катализатор готовят обычным образом пропиткой гранулированного или порошкообразного носителя раствором термолабильных солей, например аммонийной соли ванадиевой кислоты, с последующим высушиванием и прокалкой.

Пример 1. В проточный реактор, загруженный стеклянной насадкой и 10 мл катализатора гранулированного оксида титана, на который пропиткой нанесено 2% пятиокиси ванадия, подают дозировочным насосом 531,7 г альфа-метилстирола при 80^oC в течение 5 ч с объемной скоростью 11,7 ч. Получают 530,6 г реакционной массы следующего состава, в a-Метилстирол 2,2 Циклический димер (1,1,3-триметил-3-фенилиндан) 0,4 a-Линейный димер (4-метил-2,4-дифенилпентен-1) 59,2 b-Линейный димер (4-метил-2,4-дифенилпентен-2) 28,0 Тримеры 10,2
Этот продукт удовлетворяет требованиям ТУ 38402-67-106-91 и без какой-либо дополнительной обработки может использоваться в процессе получения полистирола в качестве регулятора роста цепи.

Примеры 2-6 аналогичны примеру 1 (табл.1)
Примеры 7-11 аналогичны примеру 1.

В качестве катализатора используют гранулированный оксид алюминия А-64, на который пропиткой наносится от 2,1 до 10% V₂O₅.

Пример 12 аналогичен примеру 1.

Реакцию проводят при температуре 130^oC с использованием гранулированного оксида титана на который наносится 2,0% пятиокиси ванадия.

Катализатор, выходящий из реактора, содержит 90,5 мас. циклического димера (1,1,3-триметил-3-фенилиндана) от примесей линейных димеров и тримеров его очищают кристаллизацией в парафинном растворителе (гексан). Объемное соотношение циклического димера и растворителя 1:0,3. Выход циклического димера после кристаллизации 98,6% Содержание основного вещества в полученном продукте более 99,9% температура кипения 183^oC/1 мм рт.ст. температура плавления 53^oC.

Примеры 13-21 аналогичны примеру 1.

Реакцию проводят с использованием гранулированных оксида титана (примеры 13-16) и оксида алюминия (примеры 17-21), на которые наносится от 2,0 до 10% пятиокиси ванадия.

Пример 22. В реакторе с мешалкой загружают 100 ч. a-метилстирола, 2 ч. катализатора и помещают реактор в термостат.

В качестве катализатора используют порошок оксида титана, на который пропиткой нанесено 2% оксида ванадия. Реакцию проводят в течение 1,5 ч при температуре 80^oC. Затем реакционную массу охлаждают до 40^oC, отфильтровывают на воронке Бюхнера и анализируют как в примере 1.

Состав реакционной массы в
a-Метилстирол 4,8
Циклический димер (1,1,3-триметил-3-фенилиндана) 2,2
a-Линейный димер (4-метил-2,4-дифенилпентен-1) 57,1
b-Линейный димер (4-метил-2,4-дифенилпентен-2) 27,1
Тримеры 8,8
Качество продукта соответствует требованиям технических условий ТУ-38402-67-106-91 и он без дополнительной обработки может быть использован в процессе синтеза полистирола.

Условия синтеза и качество продукта приведены в табл. 2.

Примеры 23-41 аналогичны примеру 22.

В качестве катализатора используют порошок оксида титана (примеры 23-26,32-36) или оксида алюминия (примеры 27-31, 37-41), на который пропиткой нанесено 2-10% V₂O₅. Реакцию проводят при температуре 80-100^oC (примеры 23-31) и 130-150^oC (примеры 32-41).

Как видно из результатов экспериментов, приведенных в таблицах 1 и 2 с использованием окисно-ванадиевых катализаторов, нанесенных на TiO₂ и Al₂O₃, получают с высокой степенью конверсии как линейные, так и циклические димеры изменением параметров технологического режима (температуры). Предложенный способ позволяет осуществлять процесс непрерывно в проточных реакторах, а также в аппаратах периодического действия.

Этот способ представляет большой интерес для производственников, поскольку он позволяет на одной и той же установке синтезировать с высокой степенью конверсии различные димеры a-метилстирола и получать при этом существенные технологические выгоды.

Катализаторы для предлагаемого способа могут быть приготовлены на действующих катализаторных производствах с применением доступного и достаточно дешевого сырья [7]

Формула изобретения

1. Способ получения димеров α-метилстирола при повышенной температуре в присутствии окисного катализатора на носителе оксиде титана или алюминия, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода димеров, в качестве окисного катализатора используют пятиокись ванадия в количестве 2 10 мас.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода линейных димеров a-метилстирола, процесс проводят при температуре 80 - 100aС.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода циклических димеров ^o-метилстирола процесс проводят при 130 150^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2