способ получения n, n'-бис(диметиламинометил)мочевины

Формула изобретения

1. Способ получения N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины взаимодействием диметиламина, формальдегида и мочевины, отличающийся тем, что водный раствор диметиламина смешивают при температуре 5÷40°С с водным раствором формальдегида или параформа при мольном соотношении 1:1, после чего смесь выдерживают в течение 30 мин, в полученный реакционный раствор вводят мочевину в соотношении - мочевина: диметиламин - 1:2 и выдерживают при температуре 5÷50°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор диметиламина берут 20-50 мас.% концентрации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор формальдегида или параформа берут 30-36 мас.% концентрации.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор мочевины берут 50 мас.% концентрации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения аминометиленамидов (оснований Манниха) - полупродуктов для модификации полимеров различных классов, в частности получения N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины (БАМ) - полупродукта для модификации полиакриламида и придании ему высоких флокуляционных свойств.

Известен способ получения N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины (БАМ) для модификации полиуретанов, заключающийся в одновременном смешении трех реагентов: диметиламина, формальдегида и мочевины (Патент DE №2246108, МПК C07 С 127/15, 125/06, C08 G 18/14, опубл. 06.11.1980 г.).

Процесс описывается суммарным стехиометрическим уравнением

его проводят следующим образом.

В суспензию, состоящую из мочевины и водного раствора формальдегида 30%-ной концентрации, рН 8-9, добавляют раствор диметиламина 45%-ной концентрации (50%-ном избытке от стехиометрии) при температуре 30-45°С, перемешивают 4 часа при температуре 70°С.

Целевой продукт выделяют дробной дистилляцией. Такая организация процесса неизбежно приводит к образованию в смеси ряда примесей, суммарное количество которых может достигать 30% и более. Образование примесей происходит в связи с наличием избытка диметиламина и возможностью одновременного прохождения параллельных и последовательных реакций при одновременном присутствии в реакционной смеси высоко реакционноспособных исходных состояний. Кроме упомянутого диметиламина в реакционной смеси присутствуют N,N-диметиламинометанол, моно- и диметилолмочевина, N-диметиламинометил-N'-метилолмочевина и др. соединения. Наличие указанных примесей отрицательно влияет на модификацию полимеров, приводит к необходимости применения энергозатратного процесса выделения БАМ, а также приводит к существенному увеличению (30-40%) расхода сырья.

Описанный способ является ближайшим аналогом предлагаемого нами изобретения.

Задача настоящего изобретения состоит в усовершенствовании технологического процесса получения водного раствора БАМ с количественным выходом, снижением содержания примесей до не более 0,1 мас.% и уменьшением энергозатрат.

Для решения поставленной задачи предлагается способ получения БАМ в две стадии.

На первой стадии смешивают водный раствор диметиламина концентрации 20-50 мас.% при температуре 5-40°С с 20-36 мас.% водным раствором формальдегида или параформа в мольном соотношении 1:1 с последующей выдержкой до 0,5 часа, в полученный реакционный раствор вводят раствор мочевины концентрации 50 мас.% при мольном соотношении 1:2 мочевина : диметиламин при температуре 5-50°С и выдерживают 0,5-3,0 часа при рН 9-10.

Порядок и последовательность введения реагентов, их соотношение являются существенной новизной в технологии. Предлагаемая технология получения БАМ дает возможность получать целевой продукт с количественным выходом и с содержанием примесей не более 0,1%.

Данная технология отработана в опытно-промышленном масштабе.

Пример 1.

В 3-горлую колбу вместимостью 250 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, капельной воронкой, обратным холодильником, помещают 83 г (78,6 мл) 36,1% формалина (1,0 моль). К нему дозируют из капельной воронки при интенсивном перемешивании 100 г (112,3 мл) 45% раствора диметиламина (1,0 моль) в температурном диапазоне 22-28°С (охлаждение холодной водой) с последующей выдержкой при этой температуре 30 минут. Затем к полученному раствору N,N-диметиламинометанола дозируют 60 г 50% раствора мочевины (0,5 моль) при 25-30°С с последующей выдержкой при указанной температуре 1,5 часа. Получают 243 г водного раствора N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины с содержанием последней 35,8% (потенциометрическое титрование). рН раствора 10,0. Содержание диметиламина 0,08 мас.%, содержание формалина 0,07 мас.%.

Пример 2.

В колбу вместимостью 0,75 дм³ помещали 120 мл воды и 60 г (2 моля) параформа. К перемешиваемой суспензии при 40±5°С дозируют 225 мл (200 г, 2 моля) 45%-ного раствора диметиламина. После растворения всего параформа смесь перемешивают 0,5 часа и к ней при 35-40°С дозируют 120 г (1 моль) 50%-ного раствора мочевины. Реакционную смесь перемешивают в течение 1 часа, охлаждают и анализируют. Получают 500 г водного раствора БАМ с содержанием основного вещества 34,70%. Выход 99,7%. Содержание диметиламина 0,096 мас.%, формалина 0,1 мас.%.

Пример 3.

В стеклянный реактор вместимостью 10 л, снабженный турбинной мешалкой, обратным холодильником, рубашкой для охлаждения, загружают 3,045 дм³ 36,7% технического формалина ( =1,09 кг/дм³; 40,6 моль) и дозируют к нему при перемешивании и охлаждении 4,56 дм ³ 45%-ного раствора диметиламина ( =0,89 кг/дм³; 40,6 моль) с таким расходом, чтобы температура реакционного раствора составила 25-30°С. После завершения дозировки диметиламина осуществляют выдержку при 30°С в течение 40 мин. По окончании выдержки к полученному раствору N,N-диметиламинометанола приливают 2,43 кг 50% раствора мочевины (20,3 моль) при температуре 25-30°С и последующей выдержке 2,0 ч. Получают 9,807 кг водного раствора N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины с содержанием последней 36% (потенциометрия). Выход 99%. Содержание диметиламина 0,1 мас.%, формалина 0,09 мас.%.

Пример 4.

В титановый реактор вместимостью 3,2 м³ , снабженный турбинной мешалкой с числом оборотов 100 об/мин, рубашкой для обогрева и охлаждения и обратным холодильником (F _охл=2 м²) загружают из мерника под давлением азота 675 кг 36% формалина (8,1 кмоль). Затем в реактор дозируют 811 кг (911 л, 8,1 кмоль) 45% водного диметиламина с расходом 15,0 л/мин при температуре в реакторе не выше 30°С и выдерживают реакционную массу при 30°С 2-3 часа. Затем в реактор загружают при температуре 20-30°С 50% раствор мочевины в количестве 972 кг и осуществляют выдержку в течение 3-часов при 20-30°С. По завершении процесса полученный водный раствор N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины выгружают из реактора через патронный фильтр (очистка от механических примесей) в сборник готового продукта (полиэтиленовые емкости, бочки из стали). Получают раствор N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины с содержанием последней 35,7 мас.%. Выход 99,0%. Содержание диметиламина 0,09 масс.%, формалина 0,1 мас.%.