本發(fā)明涉及一種用于制備低揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)二醇醚酯的方法。

聚結(jié)助劑被添加到水性油漆(即，乳膠漆)中以使得當(dāng)水從系統(tǒng)蒸發(fā)時(shí)，形成連續(xù)聚合物或粘合劑膜。不添加這些聚結(jié)助劑的話，乳膠聚合物球體不大可能軟化并且變形，而這對(duì)于成膜是必需的。因此，聚合物無(wú)法充當(dāng)針對(duì)油漆中的顏料的粘合劑并且可能不會(huì)出現(xiàn)對(duì)基板(例如，內(nèi)壁或外壁)的粘著。多年來(lái)，聚結(jié)助劑為揮發(fā)性溶劑，諸如2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯，其可以以商標(biāo)名TEXANOL從伊士曼(Eastman)購(gòu)得。色度、氣味以及VOC情況是用作油漆的聚結(jié)助劑的溶劑的日益重要的特性。

在美國(guó)，由環(huán)境保護(hù)局(EPA)確立并且在國(guó)家層面上推行的VOC條例規(guī)定了油漆和其它產(chǎn)品中的揮發(fā)性溶劑的最大濃度。在歐洲，2004/42/EC裝飾用油漆的溶劑限制令(2004/42/EC Solvents Directive for Decorative Paints)界定了VOC上限，在所述限制令下，760mmHg下沸點(diǎn)低于250℃的物質(zhì)被視為VOC。法國(guó)具有更加嚴(yán)格的條例?！案窭漳螤柇h(huán)境論壇(Grenelle de l′environnement)”提議的一部分——法國(guó)法令321/2011(French Law decree 321/2011)界定沸點(diǎn)低于280℃的物質(zhì)為VOC。水是水性油漆的揮發(fā)性組分，但從VOC條例中將其免除，因?yàn)槠洳粫?huì)導(dǎo)致煙霧產(chǎn)生。VOC條例變得越來(lái)越嚴(yán)格以至于為了符合所述條例，現(xiàn)在需要不含或含有極低VOC含量的聚結(jié)助劑。

US 2012/0258249和US 2012/0259049教授不同二醇醚酯分別作為零VOC聚結(jié)助劑和凈化溶劑的用途。這些專利申請(qǐng)案中描述了數(shù)種制備方法。這些方法中的一種為費(fèi)歇爾酯化反應(yīng)(Fischer esterification reaction)，其中在催化量的強(qiáng)酸(例如，濃硫酸)和夾帶劑溶劑(即，庚烷、甲苯等)的存在下加熱化學(xué)計(jì)算量過(guò)量的含有羥基的反應(yīng)物(例如，醇或二醇醚)和羧酸以產(chǎn)生所需酯。通過(guò)共沸蒸餾移除副產(chǎn)物水。這種合成的實(shí)例可發(fā)現(xiàn)于Brewster、VanderWerf和McEwen的《有機(jī)化學(xué)單元化實(shí)驗(yàn)(Unitized Experiments in Organic Chemistry)》(第三版)，第101-105頁(yè)(1970)中。另一種制備方法采用酸氯化物(或二氯化物)代替羧酸作為反應(yīng)物。在這種情況下，氯化氫氣體代替水在反應(yīng)期間排出。通過(guò)向反應(yīng)混合物添加三級(jí)胺或借助于水洗器來(lái)捕獲氯化氫(《有機(jī)合成(Organic Syntheses)(第3合訂本)》，第142頁(yè)(1955))。另一種制備方法，如RD 1987276098 A中所公開，涉及在諸如鈦酸四異丙酯的適合催化劑存在下用二醇醚對(duì)所需酸的烷基酯進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)。再另一種酯化方法在夾帶劑存在下使用酸酐作為反應(yīng)物并且將水共沸移除。后面這種方法通常旨在制造二酯；參見例如，CA 2,356,469。

用于制備二醇醚酯的額外方法在文獻(xiàn)中均有描述。EP 0711747 B1教授硫酸和對(duì)甲苯磺酸催化劑在通過(guò)直接酯化合成二醇醚乙酸酯的過(guò)程(即費(fèi)歇爾反應(yīng))中產(chǎn)生顏色問(wèn)題。回收產(chǎn)物并且通過(guò)蒸餾來(lái)純化。CA 2,746,599公開了在路易斯酸(Lewis acid)或布朗斯特酸(Bronsted acid)催化劑的存在下在寬反應(yīng)溫度范圍(160℃-270℃)內(nèi)使用羧酸和二羧酸、C₄-C₁₃醇、亞烷基二醇單醚和聚亞烷基二醇單醚作為反應(yīng)物進(jìn)行直接酯化的方法，并且需要超出化學(xué)計(jì)算量30％的最低醇濃度。該專利教授較高溫度會(huì)增加有色副產(chǎn)物的形成。

Aranda等人在《催化通訊(Catal.Lett.)》(2008)122：20-25中報(bào)道了使用不同酸作為針對(duì)脂肪酸諸如棕櫚油的轉(zhuǎn)酯化催化劑來(lái)制造生物柴油。甲磺酸和硫酸是最佳催化劑，而三氯乙酸和磷酸則表現(xiàn)不佳。

除了低VOC或零VOC以外，低氣味也是聚結(jié)助劑的一種非常理想的特性。盡管使用具有強(qiáng)烈氣味的聚結(jié)助劑制得的油漆具有其它正面屬性，但其可能只會(huì)被有限的客戶接受。具有強(qiáng)烈氣味的油漆的應(yīng)用可能會(huì)需要通風(fēng)良好的區(qū)域，這可能會(huì)限制其室內(nèi)用途，尤其對(duì)于非專業(yè)使用者。如果在聚結(jié)劑中存在作為雜質(zhì)的醛，諸如丁醛，那么所得油漆可能會(huì)有強(qiáng)烈的和有害的氣味，因?yàn)槎∪┚哂刑卣餍缘拇碳ば缘暮土钊擞憛挼奶鹑馕?。丁醛還可以氧化成丁酸，這是于腐臭黃油和嘔吐物中發(fā)現(xiàn)的羧酸。

前述方法通常產(chǎn)生具有非所需氣味和色度的反應(yīng)混合物。分解反應(yīng)物中的一種通常會(huì)產(chǎn)生色度?？墒褂梅爆嵡野嘿F的活性炭處理來(lái)改良相對(duì)非揮發(fā)性產(chǎn)物的色度和氣味。

需要有一種用于制備低VOC二醇醚酯的改良方法，其將允許產(chǎn)生高產(chǎn)量的所需產(chǎn)物，且不需要進(jìn)一步處理(諸如活性炭處理)以去除顏色和非所需氣味。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的方法為用于制備二醇醚酯的這樣一種方法，所述方法包含在反應(yīng)區(qū)中使苯甲酸和/或苯甲酸酐與二醇醚進(jìn)料以及催化量的磷酸接觸以在足以產(chǎn)生二醇醚酯產(chǎn)物和水的反應(yīng)條件下形成反應(yīng)混合物，其中進(jìn)料包含二醇醚和丁醛，并且其中水和丁醛在反應(yīng)區(qū)中至少部分被蒸發(fā)并且被傳送到分離區(qū)，其中從分離區(qū)大體上移除水和丁醛，由此提供包含二醇醚酯的第一粗產(chǎn)物，并且其中所述方法在使得除作為共沸物的組分離開外，大體上無(wú)二醇醚離開分離區(qū)的溫度和壓力的條件下操作。

出人意料的是，該方法采用磷酸作為催化劑來(lái)制備具有低或接近于零的如通過(guò)法國(guó)法令321/2011所確定的VOC含量的二醇醚酯溶劑，并且可以制造出具有低色度等級(jí)和低含量的氣味誘發(fā)丁醛的所述溶劑。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的方法采用苯甲酸和/或酐、二醇醚和磷酸催化劑。催化劑和方法步驟順序提供獲得具有良好產(chǎn)量的無(wú)味的、不含丁醛的低色度二醇醚酯產(chǎn)物的手段。

如本文所用，“一種(a或an)”、“所述”、“至少一種”以及“一或多種”可互換使用。術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”以及其變化形式在這些術(shù)語(yǔ)在說(shuō)明書和權(quán)利要求書中出現(xiàn)時(shí)不具有限制意義。因此，舉例來(lái)說(shuō)，包括“一種”疏水性聚合物的粒子的水性組合物可以解釋為意味著所述組合物包括“一或多種”疏水性聚合物的粒子。

另外，在本文中，通過(guò)端點(diǎn)對(duì)數(shù)值范圍進(jìn)行的敘述包括所述范圍內(nèi)所包含的所有數(shù)字(例如1到5，包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。出于本發(fā)明的目的，應(yīng)理解，與所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的一致，數(shù)值范圍旨在包括并且支持所述范圍內(nèi)所包括的所有可能的子范圍。舉例來(lái)說(shuō)，范圍1到100旨在表達(dá)1.01到100、1到99.99、1.01到99.99、40到60、1到55等。

另外，在本文中，數(shù)值范圍和/或數(shù)值的敘述(包括權(quán)利要求書中的此類敘述)可以解讀為包括術(shù)語(yǔ)“約”。在此類情況下，術(shù)語(yǔ)“約”是指與本文所列舉的那些數(shù)值范圍和/或數(shù)值大體上相同的數(shù)值范圍和/或數(shù)值。

除非所述相反或上下文暗示，否則所有份數(shù)和百分比都是以重量計(jì)并且所有測(cè)試方法都是本申請(qǐng)申請(qǐng)日期的現(xiàn)行方法。出于美國(guó)專利實(shí)踐的目的，任何所參考的專利、專利申請(qǐng)或公開案的內(nèi)容都以全文引用的方式并入(或其等效美國(guó)版本如此以引用的方式并入)，尤其在所屬領(lǐng)域中的定義(在不會(huì)與本發(fā)明中具體提供的任何定義不一致的程度上)和常識(shí)的公開方面。

出于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“低沸點(diǎn)”是指沸點(diǎn)低于相關(guān)二醇醚酯的沸點(diǎn)的物質(zhì)。

出于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“無(wú)味的”是指如通過(guò)氣相色譜法所測(cè)量，丁醛含量小于5ppm的物質(zhì)。

出于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“反應(yīng)系統(tǒng)”是指反應(yīng)器或多個(gè)反應(yīng)器。如果采用多個(gè)反應(yīng)器，那么優(yōu)選將其串聯(lián)。

苯甲酸含有羧基，所述基團(tuán)可或者以酐基形式存在?？墒褂帽郊姿岷汪幕旌衔?。苯甲酸為優(yōu)選的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在大體上不存在酐的情況下采用苯甲酸作為羧酸。

所用二醇醚由以下式I表示：

其中R₁為C₁-C₁₀烷基、苯基或苯甲基，R₂為H、甲基或乙基，并且n為1到3。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，R₁為C₁-C₄烷基。合適二醇醚的實(shí)例包括乙二醇正丁醚、乙二醇正己醚、二乙二醇苯醚、三丙二醇甲醚、二丙二醇苯醚、三丙二醇正丁醚、二丙二醇正丁醚、二丙二醇正丙醚、二乙二醇正丁醚、二乙二醇正己醚、丁二醇乙醚、丁二醇丙醚、丁二醇己醚和二丁二醇甲醚?？刹捎枚济训幕旌衔铩Ｔ诒景l(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，二醇醚與苯甲酸或酐的羰基部分的摩爾比為1.10到1.6，即，每莫耳羰基部分采用1.10到1.6摩爾的二醇醚。在其它實(shí)施例中，比為1.15到1.4或1.2到1.3。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)給到方法中的二醇醚含有丁醛。舉例來(lái)說(shuō)，二醇醚進(jìn)料流的丁醛含量可以為15到1,200ppm或更多，或可以為50到1,000ppm或更多。

磷酸可以在市面上廣泛購(gòu)得。以催化量使用磷酸。有利地，以苯甲酸和酐的總摩爾數(shù)計(jì)，磷酸量為約1.0到約3.5，優(yōu)選1.5到2.5，更優(yōu)選1.9到2.1摩爾百分比。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以水溶液形式采用磷酸。盡管在較高濃度情況下可以觀察到腐蝕增加，但溶液的磷酸含量并非尤其至關(guān)重要，其取決于所用的建構(gòu)物質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以85％磷酸水溶液形式供應(yīng)磷酸。

本方法是一種酯化方法，其在一組反應(yīng)和方法條件下進(jìn)行操作，所述條件使得在直接酯化方法(即，費(fèi)歇爾反應(yīng))中，在相對(duì)較短反應(yīng)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高產(chǎn)量且相對(duì)無(wú)色度和非所需氣味的二醇醚酯產(chǎn)物。

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種用于制備苯甲酸酯的方法，所述方法通過(guò)在包含至少一個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)系統(tǒng)中，使苯甲酸或苯甲酸酐或其混合物與二醇醚反應(yīng)，在分離區(qū)中餾出水作為二醇醚-水共沸物且反應(yīng)液體產(chǎn)生蒸汽，隨后使蒸汽至少部分冷凝，且冷凝物的至少一部分以回流形式返回到分離區(qū)和/或反應(yīng)系統(tǒng)中。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，分離區(qū)包含蒸餾塔，且使用包括控制塔頂溫度的方法控制方案來(lái)操作蒸餾塔。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在配備有蒸餾塔的反應(yīng)器中進(jìn)行所述方法。塔可與反應(yīng)器分開，或優(yōu)選地，塔安裝在反應(yīng)器上。塔宜配備有或連接到冷凝器上。隨著反應(yīng)進(jìn)行，副產(chǎn)物水與二醇醚的反應(yīng)形成共沸物。宜在基本上只有共沸物離開塔頂?shù)臏囟?、壓力和回流比條件下操作反應(yīng)器和蒸鎦塔。以此方式，除作為共沸物的組分離開外，基本上無(wú)二醇醚反應(yīng)物離開塔。水蒸汽作為共沸物的組分從反應(yīng)器中移除。使蒸汽冷凝，且部分冷凝物以回流形式返回到塔中。通過(guò)冷凝物的溫度來(lái)確定且通過(guò)系統(tǒng)的能量平衡要求來(lái)確定返回的冷凝物的量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)觀察塔頂?shù)臏囟葋?lái)控制塔的操作。正如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，也可以在塔中的其它點(diǎn)觀察溫度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在大體上不存在氧氣的情況下進(jìn)行所述方法。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，溫度和壓力條件是使反應(yīng)混合物的溫度低于其沸點(diǎn)的條件。方法宜采用170℃到210℃的反應(yīng)溫度，即，反應(yīng)區(qū)中液體的平均溫度宜在這一范圍內(nèi)。正如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，反應(yīng)壓力與反應(yīng)溫度和反應(yīng)完成的程度有關(guān)。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，反應(yīng)壓力可為10到2500mmHg絕對(duì)壓力(1.3kPa到333kPa)或50mmHg(6.7kPa)到760mmHg絕對(duì)壓力(101kPa)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，隨著反應(yīng)進(jìn)行，經(jīng)由塔移除副產(chǎn)物水，并且所需產(chǎn)物濃縮在反應(yīng)器中。可通過(guò)跟蹤所產(chǎn)生水的量，或通過(guò)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它方法來(lái)觀察反應(yīng)完成的程度。出于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“第一粗產(chǎn)物”是指二醇醚與苯甲酸的反應(yīng)完成時(shí)反應(yīng)器的液體內(nèi)容物。

當(dāng)方法分批進(jìn)行時(shí)，可以任何合適次序，例如同時(shí)或以其它方式，將起始物質(zhì)和催化劑引入到反應(yīng)器中?？稍诜椒ㄖ械娜魏魏线m點(diǎn)，以純凈形式或以溶液形式、優(yōu)選地以水溶液或起始物質(zhì)之一的形式引入催化劑。

在連續(xù)方法的情況下，起始物質(zhì)和催化劑的物料流進(jìn)給到反應(yīng)器中或，當(dāng)使用反應(yīng)器級(jí)聯(lián)時(shí)，優(yōu)選地進(jìn)給到級(jí)聯(lián)的第一反應(yīng)器中。通過(guò)反應(yīng)器的容積和起始物質(zhì)的流動(dòng)速率來(lái)確定在反應(yīng)器或個(gè)別反應(yīng)器中的滯留時(shí)間。苯甲酸在室溫下通常為固體。因此，對(duì)于連續(xù)方法而言，可能需要以溶液形式對(duì)其進(jìn)行進(jìn)給，其中溶劑為例如二醇醚反應(yīng)物。

可在如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的任何合適設(shè)備中使用任何合適建構(gòu)物質(zhì)來(lái)進(jìn)行反應(yīng)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在反應(yīng)的結(jié)尾，在足以中和粗產(chǎn)物混合物中的任何酸的主要部分的條件下，使堿性物質(zhì)與第一粗產(chǎn)物接觸，由此形成包含二醇醚酯產(chǎn)物和至少一種鹽的中和粗產(chǎn)物混合物。舉例來(lái)說(shuō)，可以使用堿性物質(zhì)中和催化劑和殘余苯甲酸。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，中和所有催化劑，即，至少用堿性物質(zhì)分子的某一部分置換磷酸催化劑的第一個(gè)氫原子，且中和任何殘余未反應(yīng)苯甲酸的至少一部分。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在反應(yīng)的結(jié)尾，在中和之前和/或在中和期間，至少部分冷卻第一粗產(chǎn)物。

堿性物質(zhì)宜以足以中和粗產(chǎn)物混合物中的任何酸的主要部分，由此形成中和粗產(chǎn)物混合物的量采用?？捎伤鲱I(lǐng)域的技術(shù)人員容易地確定所需堿性物質(zhì)的量。堿性物質(zhì)的實(shí)例包括：烷氧化二醇醚；堿金屬和堿土金屬化合物，諸如NaOH、MgOH、CaOH、KOH、碳酸鈉和碳酸氫鈉；堿性固體，諸如堿性氧化鋁和堿性離子交換樹脂；等。碳酸鈉為優(yōu)選的?？扇苄詨A性物質(zhì)優(yōu)選以使用合適溶劑，例如，水或二醇醚的溶液形式添加?？墒褂脡A性物質(zhì)的混合物。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包含提取一或多種在中和期間所形成的鹽。宜通過(guò)使鹽轉(zhuǎn)移到當(dāng)將堿性物質(zhì)引入到第一粗產(chǎn)物中時(shí)所形成的多相混合物的水相中來(lái)完成此提取。出于將通過(guò)中和步驟所產(chǎn)生的鹽和中和粗產(chǎn)物混合物分離的目的進(jìn)行提取步驟。提取步驟可有助于從產(chǎn)物中移除顏色和氣味。提取任選地可涉及將其它溶劑，例如水和/或提取助劑添加到第一粗產(chǎn)物和/或中和粗產(chǎn)物混合物中，以促進(jìn)鹽的提取。

任選的提取助劑是發(fā)揮至少一種以下作用的水溶性物質(zhì)：分解潛在乳液；改良含水和有機(jī)層的分離；和/或使將鹽提取到水相中得到改良?？捎伤鶎兕I(lǐng)域的技術(shù)人員容易地確定可采用的提取助劑的量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每100重量份中和粗產(chǎn)物混合物使用0.1到10重量份提取助劑。合適提取助劑的實(shí)例包括水可混溶有機(jī)物質(zhì)，諸如酮，諸如丙酮；和烷醇，諸如異丙醇和正丙醇?？墒褂锰崛≈鷦┑幕旌衔铩?/p>

可同時(shí)或依次進(jìn)行中和和提取。如果通過(guò)首先進(jìn)行中和且隨后進(jìn)行提取來(lái)依次進(jìn)行，那么如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可能在中和期間將出現(xiàn)部分提取。因此，不論從中和開始到中和完成后是否添加提取助劑，在某種程度上中和和提取同時(shí)出現(xiàn)。出于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“同時(shí)”當(dāng)與反應(yīng)產(chǎn)物的中和反應(yīng)和提取結(jié)合使用時(shí)，意指在某些時(shí)候提取和中和反應(yīng)二者同時(shí)發(fā)生。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在中和反應(yīng)開始時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)極少到不出現(xiàn)提取。隨著在中和粗產(chǎn)物混合物中可獲得的鹽變得更多，提取速率將得到提高。因此，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，實(shí)際上，一旦通過(guò)中和形成鹽，即有可能出現(xiàn)部分提取。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，方法包含將水和任選地提取助劑添加到第一粗產(chǎn)物和/或中和粗產(chǎn)物混合物中，以提取在中和期間所形成的一或多種鹽，且允許相分離，隨后回收包含產(chǎn)物的有機(jī)相。可通過(guò)從其它相中分離有機(jī)相或水相來(lái)完成有機(jī)相的回收。舉例來(lái)說(shuō)，可從水相中傾析有機(jī)相，以獲得不含鹽的粗產(chǎn)物。保留有機(jī)相以用于進(jìn)一步處理。可丟棄含鹽水相，或可根據(jù)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的方法進(jìn)行處理以回收其內(nèi)容物。

回收有機(jī)相(出于本發(fā)明的目的，其也被稱作“不含鹽的粗產(chǎn)物”)之后，使用所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的方法純化，亦即處理不含鹽的粗產(chǎn)物以回收最終產(chǎn)物。舉例來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)任何合適手段從不含鹽的粗產(chǎn)物中移除水、二醇醚以及低沸點(diǎn)有機(jī)物，諸如丁醛以產(chǎn)生呈塔頂產(chǎn)物形式的最終二醇醚酯產(chǎn)物，所述手段包括例如，蒸餾、用惰性氣體(諸如氮?dú)?真空汽提或其組合。最大汽提溫度宜低于170℃，以使發(fā)色體和發(fā)味體的形成降到最低。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，真空汽提不含鹽的粗產(chǎn)物，隨后蒸餾。取決于所產(chǎn)生的產(chǎn)物，可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員容易地確定所使用的條件。

可以按需要采用任選的過(guò)濾步驟以從液相移除固體鹽。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知，這一過(guò)濾步驟可視需要在所述方法中的不同點(diǎn)處進(jìn)行。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在不存在過(guò)濾的情況下進(jìn)行所述方法。

在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，方法為用于產(chǎn)生乙二醇正丁醚苯甲酸酯的方法。此實(shí)施例包括以下步驟：

(1)在催化量的磷酸的存在下使乙二醇正丁醚和苯甲酸反應(yīng)，伴以通過(guò)共沸蒸餾移除副產(chǎn)物水以形成第一粗產(chǎn)物。為了使反應(yīng)步驟期間的反應(yīng)物的損失降到最低，系統(tǒng)中的溫度和壓力條件是使反應(yīng)混合物的溫度低于其沸點(diǎn)的條件。

(2)將第一粗產(chǎn)物冷卻到80℃或更低。

(3)通過(guò)添加碳酸鈉水溶液中和磷酸催化劑和至少一些苯甲酸以產(chǎn)生中和粗產(chǎn)物混合物。

(4)從中和粗產(chǎn)物混合物中提取鹽，諸如磷酸鈉，以及有機(jī)副產(chǎn)物的鹽，隨后相分離并且傾析以回收有機(jī)相。

(5)純化有機(jī)相。此涉及在真空下使用加熱，伴以惰性氣體汽提，例如，伴以氮?dú)鈦?lái)移除殘余水、乙二醇正丁醚以及較輕，即，較低沸點(diǎn)的有機(jī)物，諸如丁醛。隨后在低壓下蒸餾反應(yīng)器中的所得物質(zhì)以獲得最終塔頂產(chǎn)物。

因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，方法為用于產(chǎn)生乙二醇正丁醚苯甲酸酯的方法，所述方法包含：

(1)摻合乙二醇正丁醚、苯甲酸以及催化量的磷酸以形成反應(yīng)混合物，并且使乙二醇正丁醚與苯甲酸反應(yīng)，伴隨通過(guò)共沸蒸餾移除副產(chǎn)物水以形成第一粗產(chǎn)物，其限制條件為反應(yīng)混合物的溫度低于其沸點(diǎn)；

(2)將第一粗產(chǎn)物冷卻到80℃或更低；

(3)通過(guò)添加碳酸鈉水溶液中和磷酸催化劑和至少一些苯甲酸以產(chǎn)生包含鹽的中和粗產(chǎn)物混合物；

(4)從中和粗產(chǎn)物混合物中提取鹽，諸如磷酸鈉，以及有機(jī)副產(chǎn)物的鹽，隨后相分離并且傾析以回收有機(jī)相；以及

(5)通過(guò)在真空下使用加熱，伴以惰性氣體汽提，例如，伴以氮?dú)鈦?lái)移除殘余水、乙二醇正丁醚以及較輕，即，丁醛和其它較低沸點(diǎn)的有機(jī)物以純化有機(jī)相。隨后可以在低壓下蒸餾反應(yīng)器中的所得物質(zhì)以獲得最終塔頂產(chǎn)物。

催化劑以及具體條件和步驟順序的各個(gè)方面對(duì)于從進(jìn)給物質(zhì)獲得具有良好產(chǎn)量的低色度、無(wú)味的物質(zhì)為至關(guān)重要的。舉例來(lái)說(shuō)，步驟(1)中所提及的溫度/壓力條件的偏差會(huì)導(dǎo)致在產(chǎn)物中形成非所需雜質(zhì)的可能性較高。在中和前進(jìn)行步驟(5)也可導(dǎo)致在物質(zhì)中形成雜質(zhì)。在不存在提取步驟(4)的情況下，最終產(chǎn)物可能含有其它中間副產(chǎn)物，尤其殘余鹽、苯甲酸以及丁醛的氧化產(chǎn)物。

方法的二醇醚酯產(chǎn)物由以下式II描述：

其中R₁為C₁-C₁₀烷基、苯基或苯甲基，R₂為氫、甲基或乙基，R₃為苯基，并且n＝1到3。由此式所描述的二醇醚酯的一些實(shí)例包括乙二醇正丁醚苯甲酸酯、二乙二醇苯醚苯甲酸酯、三丙二醇甲醚苯甲酸酯以及三丙二醇正丁醚苯甲酸酯。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，最終產(chǎn)物含有小于1％的如由法國(guó)法令321/2011所界定的揮發(fā)性有機(jī)化合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如通過(guò)ASTM D1209所測(cè)量，產(chǎn)物的色度小于25APHA。

本發(fā)明的具體實(shí)施例

提供以下實(shí)例以說(shuō)明本發(fā)明并且不應(yīng)解釋為限制其范疇。除非另外指示，否則所有壓力是絕對(duì)壓力，而非表壓。

實(shí)例1：乙二醇正丁醚苯甲酸酯(BUCSB)的制造

使用10加侖316不銹鋼反應(yīng)器，其額定為750psig(5.27MPa)，配備有變速攪拌器/葉輪、氮?dú)鈬婌F器、筒式過(guò)濾器和多用途管道集管。反應(yīng)器主體是加套的，且追蹤反應(yīng)器頭部以為使用SYLTHERM 800牌熱傳遞流體的加熱和冷卻提供手段，所述品牌可從陶氏化學(xué)公司(The Dow Chemical Company)購(gòu)得。反應(yīng)器連接在5英尺×4英寸不銹鋼、填充有5英尺Goodloe牌結(jié)構(gòu)化填料的加套塔上。塔配備有頂部316不銹鋼、具有25平方英尺總表面積的2通道熱交換器作為冷凝器，其連接到接收容器上，并且連接到真空系統(tǒng)上。在低溫下相對(duì)于反應(yīng)器護(hù)套操作反應(yīng)器的頭部以使降解反應(yīng)降到最低。對(duì)于反應(yīng)而言，在95℃的相同溫度下操作反應(yīng)器頭部跟蹤和塔護(hù)套。選擇此是為了使塔頂產(chǎn)物中反應(yīng)物的損失降到最低。使用方法控制單元來(lái)操作反應(yīng)器和外圍設(shè)備。

以kg為單位將以下物質(zhì)裝入反應(yīng)器中：12.5kg苯甲酸、15.2kgButyl CELLOSOLVE牌乙二醇正丁醚(可從陶氏化學(xué)公司購(gòu)得)、0.2kg 85％磷酸(水溶液)?；旌衔锖谐?.25的Butyl CELLOSOLVE(BUCS)與苯甲酸的摩爾比以及以苯甲酸計(jì)2mol％的磷酸。

反應(yīng)和同步的蒸餾步驟進(jìn)行如下：使用內(nèi)置攪拌器/葉輪以120rpm對(duì)初始物質(zhì)進(jìn)行充分混合。由BUCS提供的初始丁醛在反應(yīng)混合物中的的濃度為約310ppm。反應(yīng)器中的初始?jí)毫?0psia(377kPa)，其以一定速率斜降到625mmHg(83.3kPa)，其被設(shè)計(jì)成保持高于反應(yīng)混合物泡點(diǎn)。反應(yīng)器加熱到210℃，并且維持在該溫度持續(xù)大約6小時(shí)以允許進(jìn)行反應(yīng)。隨后將壓力降低到低于泡點(diǎn)的500mmHg(66.7kPa)以清除塔的共沸物蒸汽。回流施用到塔以使BUCS-水共沸物傳送到冷凝器并且使蒸餾出的過(guò)量BUCS降到最低。進(jìn)行氮?dú)馄嵬瑫r(shí)進(jìn)行反應(yīng)以輔助從反應(yīng)器中移除丁醛。

BUCS與苯甲酸之間的酯化反應(yīng)的進(jìn)展和速率通過(guò)所回收的餾出物、塔頂餾出物的速率并且通過(guò)來(lái)自塔頂產(chǎn)物和反應(yīng)器的樣品的氣相色譜(GC)分析來(lái)監(jiān)測(cè)。在反應(yīng)步驟的結(jié)尾，當(dāng)所回收的塔頂餾出物質(zhì)量接近期望目標(biāo)時(shí)，餾出物流動(dòng)速率接近零，并且GC分析顯示大部分苯甲酸得到轉(zhuǎn)化，反應(yīng)器經(jīng)氮?dú)饧訅旱?60mmHg(101.3kPa)并且冷卻到80℃。通過(guò)GC分析反應(yīng)器內(nèi)容物。未檢測(cè)到丁醛；丁醛檢測(cè)極限為≤0.3ppm。如通過(guò)GC所確定，反應(yīng)器內(nèi)容物含有2.59wt％苯甲酸、8.54wt％BUCS和85.94wt％BUCSB，其中分析精確度為+/-5％。

使用配備有火焰電離檢測(cè)器(FID)和熱導(dǎo)率檢測(cè)器(TCD)的Hewlett-Packard 6890氣相色譜和具有100樣品盤的Hewlett-Packard 7673自動(dòng)注射器來(lái)進(jìn)行GC分析。將儀器連接到包含具有HP62070AA軟件的IBM計(jì)算機(jī)的Hewlett-Packard ChemStation上。在膜厚為15m×0.32mm ID×1.0μ的phenomenex ZB-5毛細(xì)管柱上使用7psig(149.6kPa)的恒定氦氣管柱壓力分析反應(yīng)組分。

計(jì)算中和所需的碳酸鈉重量，并且以10重量％水溶液形式將那量添加到反應(yīng)器中。使用下式確定用于中和的碳酸鈉的量：

Na₂CO₃(kg)＝(2.35×摩爾H₃PO₄)+(殘余摩爾苯甲酸)

添加溶液觸發(fā)相分離。水相占反應(yīng)器中的液體的約25％。在傾析底部(含水)層之前攪拌反應(yīng)器內(nèi)容物1小時(shí)。

以兩部分完成最終蒸餾步驟。在第一部分中，將反應(yīng)器加熱到145℃并且壓力設(shè)定為大約225mmHg(30kPa)同時(shí)完全放出并進(jìn)行氮?dú)鈬娚湟砸瞥臀捶磻?yīng)的BUCS。隨后將溫度升高到150℃并且反應(yīng)器壓力設(shè)定為10mmHg(1.33kPa)同時(shí)進(jìn)行少量氮?dú)鈬娚湟砸瞥鼴UCS的剩余部分。隨后使產(chǎn)物乙二醇正丁醚苯甲酸酯(BUCSB)冷卻并且通過(guò)筒式過(guò)濾器從反應(yīng)器中排入儲(chǔ)存容器中。

對(duì)于最終蒸餾的第二部分而言，將來(lái)自2個(gè)回合的先前工序的產(chǎn)物合并(總共23.65kg)并且裝入具有氮?dú)鈮毫Φ姆磻?yīng)器中。將管柱壓力降低到5mmHg(0.667kPa)，反應(yīng)器壓力降低到大約30mmHg，并且反應(yīng)器熱傳遞流體溫度設(shè)定成210℃。所得的反應(yīng)混合物(底部物)的溫度為大約180℃到185℃。在大約5mmHg(0.667)下觀察到145℃到150℃的塔頂溫度，其與乙二醇正丁醚苯甲酸酯沸點(diǎn)一致。最終BUCSB產(chǎn)物的丁醛含量低于0.3ppm的GC檢測(cè)極限。如通過(guò)GC所確定，經(jīng)蒸餾的塔頂產(chǎn)物含有100.5wt％BUCSB。BUCSB產(chǎn)物目測(cè)為無(wú)色的(APHA色度為5.9)，符合法國(guó)法令3231/2011的零VOC標(biāo)準(zhǔn)，并且為無(wú)味的。

比較實(shí)驗(yàn)2：使用硫酸催化劑的BUCSB的制造(并非本發(fā)明的實(shí)施例)

使用22升玻璃反應(yīng)器。反應(yīng)器配備有熱電偶阱、大型鐵氟龍(Teflon)磁性攪拌棒以及連接到裝配有控制及最大限度熱電偶的溫度控制器的加熱套。加熱套具有內(nèi)置磁性攪拌器。反應(yīng)器具有數(shù)個(gè)不同大小的錐形凹玻璃接頭，如果反應(yīng)不需要，那么用玻璃塞將其蓋住。與中心55/50接頭連接的是來(lái)自(#AF-0720)的溶劑蒸餾設(shè)備，其經(jīng)1英寸蒸汽管改良以促進(jìn)溶劑流回到反應(yīng)器中。這一單元具有內(nèi)置冷凝器并且起到作為迪安-斯達(dá)克分水器(Dean-Stark trap)的作用以使水與共沸溶劑分離。含有已知重量的庚烷的具有壓力均衡臂的滴液漏斗與Airfree單元的頂部連接。氮?dú)馀浣悠鞣胖糜诘我郝┒返捻敳可?，所述氮?dú)馀浣悠鏖_始于起泡器并且與管一起連接到2psig(115.1kPa)氮?dú)夤?。整個(gè)設(shè)備牢固地固定于大型通風(fēng)櫥的柵格并且放置在充當(dāng)?shù)诙萜鞯拇笸斜P內(nèi)。

以kg為單位將以下物質(zhì)裝入反應(yīng)器中：8.22kg苯甲酸、8.36kgBUCS、0.07kg濃硫酸以及1.88kg庚烷。反應(yīng)混合物中的BUCS與苯甲酸的摩爾比為1.1∶1并且混合物含有以苯甲酸計(jì)1.1摩爾％的硫酸。由BUCS提供的初始丁醛在反應(yīng)混合物中的的濃度為約310ppm。

將苯甲酸、BUCS、硫酸以及0.89kg庚烷裝入反應(yīng)器中。攪拌并且逐漸加熱反應(yīng)混合物以產(chǎn)生庚烷回流不斷通過(guò)阱，其中收集酯化反應(yīng)的水。在約99℃到103℃下和約130℃的罐溫下開始蒸餾水和庚烷。當(dāng)移除水時(shí)，在150℃的最高溫度下將剩余庚烷(0.99kg)從漏斗添加到反應(yīng)混合物中以使反應(yīng)混合物保持回流。持續(xù)反應(yīng)直到移除總水量為止(15小時(shí))，其表明反應(yīng)基本上完成。水相達(dá)到1.3kg，其包括作為水-BUCS共沸物的一部分進(jìn)行共蒸餾的一定BUCS。從阱回收到總共0.5kg庚烷。

冷卻反應(yīng)器并且根據(jù)總酸度對(duì)反應(yīng)混合物進(jìn)行滴定。將30wt％過(guò)量的20％NaOH水溶液添加到混合物中以中和硫酸和一些殘余苯甲酸的全部酸等效物。攪拌反應(yīng)混合物約1小時(shí)，隨后用另一個(gè)樣品滴定驗(yàn)證硫酸的中和。隨后將淡棕色-黃色中和粗產(chǎn)物混合物從反應(yīng)器中抽吸到配衡的55加侖聚乙烯鼓筒中。重復(fù)上述工序，并且使用鼓筒來(lái)收集數(shù)批中和混合物。

從鼓筒將總共31.38千克中和粗產(chǎn)物混合物裝入實(shí)例1的10加侖反應(yīng)器中。用10％如實(shí)例1中所述的碳酸鈉中和并且提取混合物以中和全部殘余酸。攪拌一小時(shí)之后，對(duì)底層進(jìn)行傾析。

在大約50mmHg(6.67kPa)的反應(yīng)器壓力下將反應(yīng)器加熱到170℃同時(shí)完全放出并進(jìn)行氮?dú)鈬娚湟砸瞥?、庚烷和BUCS。初始丁醛含量為約2ppm。移除這些輕組分之后，頂塔壓力降低到5mmHg(0.667kPa)并且反應(yīng)器壓力降低到大約30mmHg(4.0kPa)。所得的反應(yīng)器內(nèi)容物(底部物)的溫度為大約180℃到185℃。在大約5mmHg(0.667kPa)下觀察到145℃到150℃的塔頂溫度，其與BUCSB沸點(diǎn)一致。未使用氮?dú)鈬娚?。伴隨蒸餾進(jìn)展所測(cè)量，蒸餾產(chǎn)物的丁醛含量在開始時(shí)為17.2ppm而在結(jié)束時(shí)為54.9ppm，其顯示在相同的用于用磷酸制造BUCSB的蒸餾條件下無(wú)法從產(chǎn)物移除丁醛，并且實(shí)際上丁醛表現(xiàn)為在蒸餾期間形成。最終產(chǎn)物的APHA色度為5.9。BUCSB產(chǎn)物符合法國(guó)法令3231/2011的零VOC標(biāo)準(zhǔn)，但具有非所需氣味，由此使得其不適用于油漆中。

這些實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了磷酸催化劑的重要性。當(dāng)催化劑為硫酸時(shí)，未獲得不含丁醛的無(wú)味BUCSB，即使在蒸餾產(chǎn)物中。