一种受阻胺光稳定剂的制备方法及设备
阅读说明：本技术 一种受阻胺光稳定剂的制备方法及设备 (Preparation method and equipment of hindered amine light stabilizer ) 是由 曹凌峰 姜国平 蒋小平 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：一种受阻胺光稳定剂的制备方法及设备,所述方法包括以下步骤：将哌啶醇、有机酸酯、催化剂加入反应容器中,在80～150℃下进行保温反应,然后在-0.05～-0.10MPa条件下蒸馏至无醇蒸出,再通过气体分布器通入惰性气体的气流,控制体系温度80～150℃下,控制体系压力继续保温反应直至反应结束,然后将反应液转出,经后处理得到产物；反应过程中升华的哌啶醇进入循环回收系统继续参与反应；所述设备包括：反应容器；物料收集罐,设置于反应容器顶部,用于收集升华物料；物料循环系统,用于将升华物料带回反应容器中；搅拌装置,设置于反应容器的顶部,并且搅拌装置的搅拌部从安装孔伸入反应容器内；惰性气体供给单元；副产物回收装置及真空系统等。本发明的有益效果是：反应过程不需要溶剂、绿色环保、反应进行彻底、原料利用率高,所得的醇含量较高可做副产品,生产工艺简单、操作方便。(A preparation method and equipment of a hindered amine light stabilizer are disclosed, wherein the method comprises the following steps: adding piperidinol, organic acid ester and a catalyst into a reaction container, carrying out heat preservation reaction at 80-150 ℃, distilling at-0.05-0.10 MPa until no alcohol is evaporated, introducing airflow of inert gas through a gas distributor, controlling the system temperature at 80-150 ℃, controlling the system pressure, continuing the heat preservation reaction until the reaction is finished, then transferring out the reaction liquid, and carrying out post-treatment to obtain a product; in the reaction process, sublimed piperidinol enters a circulating recovery system to continuously participate in the reaction; the apparatus comprises: a reaction vessel; the material collecting tank is arranged at the top of the reaction container and is used for collecting the sublimed materials; a material circulating system for bringing the sublimated material back to the reaction container; the stirring device is arranged at the top of the reaction container, and a stirring part of the stirring device extends into the reaction container from the mounting hole; an inert gas supply unit; a byproduct recovery device, a vacuum system, and the like. The invention has the beneficial effects that: the method has the advantages of no need of solvent in the reaction process, environmental protection, thorough reaction, high utilization rate of raw materials, high content of the obtained alcohol, simple production process and convenient operation, and can be used as a byproduct.)
技术领域
本发明涉及一种受阻胺光稳定剂的制备方法及设备，属于化工用品生产制造领域。
背景技术
现有技术中，低分子量受阻胺光稳定剂合成常用方法之一是：将2,2,6,6-四甲基哌啶醇或1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇与有机酸酯在催化剂作用下，在有机溶剂中进行酯交换反应，并利用蒸馏溶剂的方式，将所生成的醇带出，推动平衡移动，使反应完全。所述的有机酸包括脂肪酸、葵二酸、苯甲酸、丁烷四羧酸等，所述的酯为甲酯、乙酯；所述的催化剂为钛酸酯催化剂、甲醇钠、二丁基氧化锡等。钛酸酯催化剂有钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸异戊酯、钛酸二乙醇酯和负载钛酸酯催化剂等。所述的有机溶剂为正辛烷、二甲苯、石油醚等溶剂。
中国专利(CN103274994A)将阻聚剂701(即2,2,6,6-四甲基哌啶醇氮氧自由基)与硬脂酸甲酯在钛酸酯催化下，在正辛烷中进行反应，并通过蒸出正辛烷将甲醇带出，经后处理得产品。中国专利(CN101665457A)以2,2,6,6-四甲基哌啶醇和癸二酸二甲酯为原料，以二丁基氧化锡为催化剂，在二甲苯中进行反应。中国专利(CN101768104B)以1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇和癸二酸二甲酯为原料，以活性炭负载钛酸酯为催化剂，在石油醚中进行反应。中国专利(CN101774963B)以2,2,6,6-四甲基哌啶醇和脂肪酸甲酯为原料，以钛酸酯等为催化剂，在正辛烷等烷烃类、环烷烃类溶剂中进行反应制得相应的光稳定剂。中国专利(CN101774963B)也以正辛烷烷烃、环烷烃为溶剂，采用回流分甲醇的方式推动反应进行。
现有技术的缺陷在于：1、所用的有机溶剂均为易燃、易挥发溶剂，在使用过程中势必会增加安全隐患、无组织气体的排放，增加环保风险与处理成本，同时溶剂损耗也将造成生产成本提高。2、由于反应过程中生成的甲醇在有机溶剂中有一定溶解度，在溶剂套用前必须将其中甲醇尽可能除去，以保证较好的使用效果，这又增加了后处理操作与成本。反应所得甲醇也不能有效利用。3、由于2,2,6,6-四甲基哌啶醇或1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇均升华，反应、溶剂蒸馏和回收过程中易升华，从而导致蒸馏管路堵塞，影响甲醇从反应体系中蒸出，进而影响酯交换反应平衡移动，反应进行程度低。4、管路堵塞还导致溶剂蒸馏率降低，体系中溶剂大量残留。5、2,2,6,6-四甲基哌啶醇或1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇的升华还造成了原料利用效率的降低，使投料时原料用量增加。
发明内容
针对现有技术使用有机溶剂导致的溶剂损耗、环境污染、安全隐患、溶剂需后处理才能套用等问题；同时针对因原料2,2,6,6-四甲基哌啶醇或1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇因其易升华性质导致管路堵塞，进而影响醇的蒸馏、溶剂蒸馏，导致反应进行程度偏低、体系中溶剂残留率高，2,2,6,6-四甲基哌啶醇或1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇等原料不能充分利用等问题，本发明提供了一种受阻胺光稳定剂制备方法及其装置。本发明具有反应过程不需要溶剂、绿色环保、反应进行彻底、原料利用率高，所得的醇含量较高可做副产品，生产工艺简单、操作方便的优点。
本发明所述的一种受阻胺光稳定剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)将哌啶醇、有机酸酯、催化剂混合后在80～150℃条件进行保温反应，并将部分生成的醇蒸出；其中所述哌啶醇为2,2,6,6-四甲基哌啶醇或1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇；所述的有机酸酯为C8～C20脂肪酸、癸二酸或苯甲酸与低分子量醇所形成的酯；所述的低分子量醇为甲醇、乙酯或异丙酯。所述催化剂为钛酸酯
2)控制反应容器内的温度为80～150℃、压力为-0.05～-0.10MPa，进一步将生成的醇蒸出；
3)向反应容器内通入惰性气体，同时控制反应容器内的温度为80～150℃、压力为-0.10～0.10MPa，继续保温反应直至反应完全。将反应毕物料进行水洗、干燥得到所述受阻胺光稳定剂。反应过程中，将升华后的哌啶醇回收，并重新引入反应容器内参与反应。
在反应过程中未加入额外的溶剂来夹带低分子量醇，而是在步骤3)采用惰性气体来夹带低分子量醇，推动反应平衡移动，促进反应进行完全。
反应过程中，升华的哌啶醇被收集，并重新引入反应容器内参与反应。
所述哌啶醇与有机酸酯酯基的物质的量之比为1～1.2：1。
所述催化剂为钛酸四甲酯、钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸异戊酯、钛酸二乙醇酯，且所述的催化剂的质量用量为有机酸酯重量的0.05％～10％。
步骤1)～3)的温度优选均为100～140℃。
根据本发明所述的一种受阻胺光稳定剂的制备方法构建的设备，其特征在于，包括：
反应容器，具有一反应腔，顶部设有物料循环口和安装孔，底部设有出液口，用于将物料从反应容器中转出；惰性气体供给单元，其进气端与外部惰性气体气源管路连通，出气端引入反应容器底部，用于向反应容器内引入惰性气体；
以及循环回收系统，其进料口与反应容器底部的管路连通，其出料口与收集罐内的物料分布器连通，用于将回收罐内的物料重新循环注入反应器的反应腔内。
所循环回收系统包括循环泵、收集罐、物料连通管、物料分布器以及物料流量控制阀，所述循环泵的进液端与伸入反应容器底部的物料管连通，所述循环泵的出液端通过管路引入收集罐顶部，并与设置在收集罐顶部的物料分布器相连，用于向收集罐内注入物料；收集罐的出液口与反应容器顶部的物料循环口管路连通，用于将收集罐内的物料重新注入反应容器内。
所述收集罐的外层为夹套式结构，其中夹套上设有夹套冷却加热介质进口和夹套冷却加热介质出口，夹套冷却加热介质进口、夹套冷却加热介质出口均与夹套内腔连通，用于向夹套内灌注冷却或加热的介质以对夹套进行冷却或加热；收集罐内设置有若干带有翅片的列管，翅片的列管冷却加热介质进口、列管冷却加热介质出口均延伸至收集罐外部，用于向翅片内灌注冷却或加热的介质以对翅片进行冷却或加热；所述收集罐上、下部分别设有观察口。
所述收集罐的循环物料进口位于收集罐的上部，并且循环物料进口处配有物料分布器，其中物料分布器的进料口与物料连通管的出料口管路连通。
所述物料连通管上设有用于控制物料流速的控制阀。
所述搅拌装置包括搅拌电机和搅拌桨，搅拌电机设置于反应容器的顶部，搅拌桨架装在反应容器的安装孔处，并且搅拌电机的输出轴与搅拌桨的上端相连，搅拌桨的下端从安装孔伸入反应容器的反应腔内，用于搅拌装入反应腔内的物料。
所述惰性气体供给单元包括惰性气体进气管、气体流量计、气量控制阀以及气体分布器，惰性气体进气管的进气端与外部惰性气体气源连通，惰性气体进气管的出气端由反应容器顶部沿内壁内部伸入反应腔底部，并与设置于反应腔底部的气体分布器连接，用于将惰性气体布入反应腔内；所述气体流量计、气量控制阀均设置在惰性气体进气管上，用于控制惰性气体的流量。
还包括副产物收集系统，所述副产物收集系统包括冷凝器和副产物收集罐，所述冷凝器的进气口与收集罐顶部的出气口管路连通，冷凝器的出液口与副产物收集罐的进液口管路连通，用于将收集罐顶部逸出的副产物冷凝后排入副产物收集罐内。
所述副产物收集罐的顶部设有可与内腔连通的通气孔，且通气孔通过真空管与外部真空系统管路连通，用于调节副产物收集罐内的压力。
所述副产物收集罐的进液口、出液口相连的管路上均配有控制阀。
本发明的有益效果是：反应过程不需要溶剂、绿色环保、反应进行彻底、原料利用率高，所得的醇含量较高可做副产品，生产工艺简单、操作方便的优点。
附图说明
图1是本发明的结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图：
实施例1在反应容器中投入2,2,6,6-四甲基哌啶醇345.8Kg(2.2kmol)，癸二酸二甲酯230.3Kg(1kmol)、催化剂钛酸四异丙酯2.84Kg(0.01mol)，升温至120～125℃下进行保温反应，控制体系压力为-0.05～-0.100MPa，蒸馏反应生成的醇至基本无蒸出。开真空使得体系真空至-0.098Mpa。再通过气体分布器通入氮气的气流，并控制体系温度120～125℃下继续进行保温反应。反应过程中升华的2,2,6,6-四甲基哌啶醇被收集在收集罐中。当有一定量2,2,6,6-四甲基哌啶醇被收集在回收罐时，间歇开物料循环系统，利用反应体系中物料将升华的原料带回反应体系，继续参与反应。气相色谱跟踪监测至反应终点。继续通入氮气的气流，控制体系温度130～135℃下，控制体系真空度-0.098MPa以上，并通过气体分布器通入氮气的气流，将过量四甲基哌啶醇收集在收集罐中套用于下批。之后反应液转入水洗干燥釜，经水洗、干燥后处理得到产物。癸二酸双(2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的收率97.5％，含量为98.8％。
实施例2将实施例1中投料配方改为2,2,6,6-四甲基哌啶醇330.1Kg(2.1kmol)，癸二酸二甲酯230Kg(1kmol)、催化剂钛酸四甲酯5.68Kg(0.02mol)，升温至120～125℃下反应，利用反应生成的甲醇将收集罐中2,2,6,6-四甲基哌啶醇溶解进入反应釜中。后续操作参照实施例1进行。癸二酸双(2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯收率97.6％，含量为98.6％。
实施例3～5
为调整配方及反应温度，真空度等操作条件制备癸二酸双(2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯及癸二酸双(1,,2,2,6,6-五甲基哌啶醇)酯的收率、质量情况。具体配方及操作参数如表1所示。
表1癸二酸双(2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯及癸二酸双(1,,2,2,6,6-五甲基哌啶醇)酯制备
采用本发明所述的方法及装置还可用于2,2,6,6-四甲基哌啶基脂肪酸酯和1,2,2,6,6,-五甲基哌啶醇基脂肪酸酯的制备。具体实施例6～8的工艺配方操作参数、收率、质量结果如表2所示：
表2四甲基哌啶基脂肪酸酯和五甲基哌啶醇基脂肪酸酯的制备
采用本发明所述的方法及装置还可用于2,2,6,6,-四甲基哌啶基苯甲酸酯和1,2,2,6,6-五甲基哌啶基苯甲酸酯的制备。具体实施例9～10的工艺配方操作参数、收率、质量结果如表3所示：
表3四甲基哌啶基苯甲酸酯和五甲基哌啶醇基苯甲酸酯的制备
实施例11根据实施例1所述的一种受阻胺光稳定剂的制备方法构建的设备，包括：
反应容器1，具有一反应腔，顶部设有物料循环口和安装孔，底部设有出液口，并且出液口处配置的出液管路分为两路，第一路11为反应毕转后处理管路，用于排出最终的反应液；第二路12作为物料循环管路与循环回收系统的进料口管路连通，用于将循环回收系统收集的物料重新引入反应容器内参与反应；
搅拌装置2，设置于反应容器的顶部，并且搅拌装置的搅拌部从安装孔伸入反应容器内，用于搅拌装入反应腔内的物料；
惰性气体供给单元3，其进气端与外部惰性气体气源管路连通，出气端引入反应容器底部，用于向反应容器内引入惰性气体；
以及循环回收系统4，其进料口与伸入反应容器底部的管路连通，其出料口与收集罐42上的物料分布器44连通，用于将回收的物料重新循环注入反应器的反应腔内。
所循环回收系统4包括循环泵41、收集罐42、物料连通管43、物料分布器44以及物料流量控制阀45，所述循环泵41的进液端与伸入反应容器底部的物料连通管43连通，所述循环泵41的出液端通过管路引入收集罐42顶部，并与设置在收集罐42顶部的物料分布器44相连，用于向收集罐42内注入物料；收集罐42的出液口与反应容器1顶部的物料循环口管路连通，用于将收集罐内的物料重新注入反应容器内。
所述收集罐42的外层为夹套式结构，其中夹套上设有夹套冷却加热介质进口421和夹套冷却加热介质出口422，夹套冷却加热介质进口421、夹套冷却加热介质出口422均与夹套内腔连通，用于向夹套内灌注介质以对夹套进行冷却或加热；收集罐42内设置有若干带有翅片的列管423，翅片的列管423冷却加热介质进口424、列管冷却加热介质出口425均延伸至收集罐42外部，用于向翅片内灌注介质以对翅片进行冷却或加热；所述收集罐42上、下部分别设有观察口426。
所述收集罐42的循环物料进口位于收集罐的上部，并且循环物料进口处配有物料分布器44，其中物料分布器44的进料口与物料连通管43的出料口管路连通。
所述物料连通管43上设有用于控制物料流速的控制阀45。
所述搅拌装置2包括搅拌电机21和搅拌桨22，搅拌电机21设置于反应容器1的顶部，搅拌桨22架装在反应容器1的安装孔处，并且搅拌电机21的输出轴与搅拌桨22的上端相连，搅拌桨22的下端从安装孔伸入反应容器1的反应腔内，用于搅拌装入反应腔内的物料。
所述惰性气体供给单元3包括惰性气体进气管31、气体流量计32、气量控制阀33以及气体分布器34，惰性气体进气管31的进气端与外部惰性气体气源连通，惰性气体进气管31的出气端由反应容器1顶部沿内壁内部伸入反应腔底部，并与设置于反应腔底部的气体分布器34连接，用于将惰性气体布入反应腔内；所述气体流量计32、气量控制阀33均设置在惰性气体进气管31上，用于控制惰性气体的流量。所述副产物收集罐的顶部设有可与内腔连通的通气孔，且通气孔通过真空管与外部真空系统管路连通，用于调节副产物收集罐内的压力。
所述副产物收集罐的进液口、出液口相连的管路上均配有控制阀。
所述的一种受阻胺光稳定剂的制备方法构建的设备，还包括多种变形，如将物料连通管43由反应容器1顶部反应容器外部伸入反应腔底部；氮气进气管31可由反应容器外面通过底部进入反应容器内底部位置与气体分布器34连接。
本说明书实施例及附图所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。