反應(a)實際上就是主催化劑2-吡咯烷酮堿金屬鹽(A)的制備過程,A分子中的N與K”分離后乙炔分子迅速進入到陰離子N附近并與其結合形成中間態(B).(B)與另一分子反應物2-吡咯烷酮反應生成NVP和另一分子(A),如此循環,反應連續不斷進行下去.反應式(b>中,(A)分子正負電荷N與K分離的難易程度決定著NVP生成反應的難易程度.作為助催化劑的聚氧化烯類化合物,其聚氧化烯鏈能夠包圍(A)分子中的堿金屬離子,促進正負電荷N與KR的分離,
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可以得到不同的產物.在NVP的聚合研究中,人們總是關心聚合工藝條件(引發劑.聚合方式、聚合溫度﹑聚合時間等)對聚合產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(詳見本書PVP的應用一章)．在NVP的共聚物及交聯聚合物中,共聚物(及交聯聚合物)的組成和結構將決定共聚物的性能和應用．故本章將著重對論聚合工藝條件對聚合產物的影響.NVP單體極容易發生聚合(均聚)反應．
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在制備2-吡咯烷酮的鉀鹽時,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）羥端基聚醚和線性二元醇類助催化劑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,分子量低于1000的羥端基聚醚和C以上的線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,并且沒有聚合副產物生成.
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由于其獨特的物理化學性質,如水溶性﹑強極性、非毒性、化學穩定性和陽離子活性,NVP可廣泛應用于膠黏劑、涂料、紡織、食品、制藥等工業領域.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法實現了NVP的工業化生產.
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在乙烯化反應過程中必須對反應實施復雜的控制,否則會導致NVP收率顯著降低.為了避開上述缺陷,可以采用另一種路線,先將y-丁內酯與乙醇胺進行胺化反應生成N-(2-羥乙基)-2-吡咯烷酮,然后采用不同手段在該分子中的羥乙基上發生脫羥基反應而得到NVP,這種方法稱為y-丁內酯法.方法(1)是先用氯化亞礬(SOC1,)或HCl將羥乙基吡咯烷酮鹵化為氯乙基吡咯烷酮,
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極化態的y丁內酯(l)被氨分子攻擊后形成酰胺(),()迅速脫水及閉環后生成2-吡咯烷酮.分子篩骨架陽離子周圍靜電場越強,y-丁內酯環上炭基的極化程度就越大,也就越容易被NH,攻擊.2．順酐、加氫胺化法[3由于y丁內酯價格較高,因此由順酐直接合成2-吡咯烷酮具有重要意義.將順酐與氨水按一定配比混合后進行催化加氫,即可生成2-吡咯烷酮.順酐與氨水的混合實質上是一個快速進行的酸堿中和過程,中和的產物再進行催化加氫,這種方法比起順酐先加氦成y丁內酯,
了解詳情這一類助催化劑主要包括:聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚及其混合物;聚氧乙烯乙二醇、聚氧丙烯乙二醇及其混合物;聚氧乙烯烷基醚﹑聚氧丙烯烷基醚及其混合物;聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚及其混合物,包括環上具有4,6,8個氧原子的冠醚類化合物.在上述聚氧化烯類化合物中,含有4~40個氧化乙烯或丙烯單元、且平均分子量在175~2000之間的化合物更適于作為助催化劑.2.2-吡咯烷酮與羧酸乙烯酯催化乙烯化[6]2-吡咯烷酮除了與乙炔發生乙烯化反應(Reppe工藝)之外，還能夠與羧酸乙烯酯乙烯化而得到NVP.
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再經高壓液相氨化或氣相催化胺化合成2-吡咯烷酮這種方法要簡單易行.德國專利IDE-A-2200600采用負載鈀催化劑在275℃,120bar的溫度和壓力下對順酐與氨水的混合溶液加氫,得到了收率為78%的2-吡咯烷酮.其他常用的加氫催化劑如負載型鎳﹑鉑催化劑或骨架鎳都可用于順酐/氨水混合物系的催化加氫反應.美國專利US5,101,045公開了-種由多種金屬組成的復合催化劑Co(52.7%)--Cu(15.3%)-Mn(5.1%)-Mo(2.1%)-P(1.1%)-Na(0.1%),
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該方法雖然工藝并不復雜,但需高壓設備,不適于大規模及連續生產,因此人們又將研究目標轉移到氣相法連續催化反應合成2-吡咯烷酮上.y-Al,O作為y-丁內酯與NH氣相法胺化反應催化劑,在350℃反應條件下得到的2-吡咯烷酮收率較低,僅15%.后來有專利報道采用硅鋁化合物,如蒙脫石、NaX分子篩為催化劑,效果良好.其中以人工合成的Y型沸石具應用前景.y-丁內酯分子中的券基被沸石分子篩中骨架陽離子周圍的強靜電場極化成(Ⅰ),
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聚氧化烯類助催化劑主催化劑仍為堿金屬氫氧化物如KOH或者是2-吡咯烷酮的堿金屬鹽(占總物料量重量的0.5%~5%).后者實際上是堿金屬氫氧化物與原料2-吡咯烷酮加熱反應的產物,它可以預先制備好后再加入到反應物系中,也可以進行原位生產.具體方式如下:在反應器中先加入反應物2-吡咯烷酮,接著加入0.5%~5%的KOH,升溫到75~130℃攪拌反應一定時間,然后經減壓脫水即得到2-吡咯烷酮的鉀鹽.
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