曹秀格　倪棠棣　张保格(河北科技大学化学制药工程系,石家庄050018)

　　N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)具有两个相同的且非常活泼的官能团,作为高效交联剂其性质活泼,能使高分子聚合物迅速高效地从线性结构转变成立体网状结构,其独特的性能使其具有广泛的应用领域。它在水利和建筑中用作化学堵水灌浆材料,用于涂料粘合剂可改善涂膜特性,与丙烯酰胺共聚可制成油田油井及煤田煤井的堵水剂。此外,它在造纸、化妆品、电子、医疗等领域均有重要应用。此种交联剂虽应用广泛,但在我国,它的产量和质量难以满足需求。就目前我国该产品的主要生产路线是丙烯腈和甲醛在硫酸催化下进行水解,生成的亚甲基双丙烯酰胺硫酸化合物,经氨气中和后,析出结晶产物,再经水洗、干燥而制得。此工艺复杂,设备投资大,主要原料丙烯腈与一定空气混合能引起爆炸,属一级易燃液体,所以此工艺不宜采用。MBA也可由N-羟甲基丙烯酰胺与丙烯酰胺在酸性条件下反应制得。N-羟甲基丙烯酰胺稳定性差,且成本较高,也不宜被采用。本文研究了以丙烯酰胺和多聚甲醛为原料合成亚甲基双丙烯酰胺的工艺路线,将产品收率提高至84%。
1　试验部分
1.1　试验仪器与药品
   仪器:冷凝器,温度计,增力搅拌器,熔点仪,滴液漏斗,四口烧瓶等。用药品:除丙烯酰胺为化学纯外,多聚甲醛、1,2-二氯乙烷、乙醇、37%(质量分数)的盐酸和丙酮均为分析纯。
1.2　合成方法
    在装有搅拌器、回流冷凝器和温度计的250mL四口烧瓶中加入丙烯酰胺0.2mol、多聚甲醛0.1mol和75mL的1,2-二氯乙烷,在搅拌条件下向此溶液中滴加0.5mL浓盐酸,升温到80℃,反应一段时间后,有白色固体从反应液中析出。反应150min后,冷却至室温,经过滤,干燥得粗产品。改变各反应因素的水平,如酸用量、反应温度、溶剂用量及反应时间等条件来考察其对反应及产率的影响。MBA由丙烯酰胺与多聚甲醛在盐酸催化下缩合反应制得,其反应式为

盐酸起分解多聚甲醛的作用,同时在主反应中起催化作用,从而使反应速度加快,转化率提高。
1.3　产品精制
   将产品溶于66%(质量分数)的乙醇水溶液中,制成饱和溶液。过滤、冷却、抽滤、丙酮洗涤和干燥得精制产品。用熔点仪测其溶点为184℃～185℃(文献值为185℃)。
2　试验结果与讨论
    为了探讨溶剂用量、反应温度、反应时间、酸用量对反应的影响,本文采用L9(34)正交表进行试验,正交试验表明,酸用量和反应时间是主要影响因素。确定最佳工艺条件为:溶剂量55mL、反应温度80℃、反应时间150min和酸用量0.5mL。在55mL的1,2-二氯乙烷溶剂中,在0.5mL浓盐酸催化下,0.20mol丙烯酰胺与0.10mol的多聚甲醛反应150min,得到粗产品,经重结晶,得到精制产品13.0g,收率为84.4%。此法操作方便,无环境污染。反应温度控制在80℃,在反应还没有出现结晶时,温度容易控制,当反应出现白色结晶后,温度便自动下降2℃～3℃,再难以回升。这主要是由于1,2-二氯乙烷与水形成共沸物所致(水与1,2-二氯乙烷共沸物沸点为72℃),水是在反应中生成的。在反应完毕后的冷却过程中晶体迅速析出,但在室温下仍有部分留在溶剂中,所以温度应降至0℃为好。用熔点仪测定产品的熔点时,在操作中应将温度升至180℃以上再放入产品的薄片,方可测出产品的熔点。否则,如从开始就放入产品,则温度升至200℃以上仍不见熔。这是由于产品N,N′-亚甲基双丙烯酰胺具有两个等同参键,性质活泼,在慢速升温过程,产品自身发生聚合。
3　结论
    用丙烯酰胺和多聚甲醛为原料合成N,N′-亚甲基双丙烯酰胺,将产品收率提至84.4%。合成的最佳工艺条件为:溶剂量55mL,反应温度80℃,反应时间150min,醇用量0.5mL。
注:参考文献省略,有兴趣阅读者,请与作者联系。《化学工业与工程》编辑部