丙烯酸羟丙酯的制备及应用进展

背景及概述^[1.2]

丙烯酸羟丙酯(简称HPA) 是一种性质活泼的功能性单体，具有能溶于水和一般有机溶剂的性质。丙烯酸羟丙酯有毒，在空气中允许的最低浓度是3mg /m2 ，由于其在分子结构中含有羟基(-OH) ，同时它还与多种含有乙烯基单体形成共聚物，可有利于进行固化反应，可制得性能优异的热固性涂料。丙烯酸羟丙酯的合成方法主要有丙烯酸钠盐与氯丙醇反应和丙烯酸与环氧丙烷反应两种。但前一种方法合成的产品收率低和质量十分不稳定，因此国内外合成丙烯酸羟丙酯的主要途径是丙烯酸和环氧丙烷在催化剂下反应。

图1丙烯酸羟丙酯性状图

制备方法

丙烯酸和环氧丙烷在催化剂下反应合成丙烯酸羟丙酯。催化剂的选择是本合成研究的核心，同时由于现行的催化剂方法在工业化中很难实现高产率高质量的丙烯酸羟丙酯，也使制备成了一难点。

铬系催化剂法

在众多的制备工艺中，采用铬系催化剂合成丙烯酸羟丙酯是传统工艺合成路线，铬系催化剂主要有三氯化铬、三氧化铬和醋酸络等，它的催化活性比较高，但是制备困难和过程具有危险性。铬系催化剂在使用过程中常与催化助剂和阻聚剂匹配适用，尤其是三氧化铬属于强氧化剂，具有极强的氧化性和腐蚀性，储运过程非常危险。

铁系催化剂法

铁系催化剂主要有三氯化铁、硫酸铁和氢氧化铁等，用三氯化铁为催化剂合成丙烯酸羟丙酯的实验研究，反应温度为75 ～ 80℃，产率达到88. 3%。铁系催化剂合成丙烯酸羟丙酯副产物较多，副产含量也高，而且颜色较深，影响产品的色度。

固体碱催化剂法

二氧化锆是一种同时具有酸碱性、氧化性和还原性的过渡金属氧化物，利用二氧化锆独有的特点和性质，用浸渍法制得K－Fe /ZrO2固体碱催化剂。该催化剂的制备工艺是把二氧化锆载体在马弗炉中活化3h，将溶有氟化钾和硝酸铁的无水乙醇加入活化后的二氧化锆载体搅拌3h，蒸去乙醇和水后真空干燥，重置于马弗炉中焙烧后得到K－Fe /ZrO2固体碱催化剂。该催化剂对丙烯酸和环氧丙烷反应的催化活性高，稳定性好，反应温度100℃，产率达到77. 8%。

复合催化剂法

丙稀酸羟丙酯原生产过程中釆用的催化剂主要为三氧化铬与丙稀酸铁的复合催化体系，反应温度90℃，产率达到91%。但三氧化铬为强氧化剂，使用过程中，反应液和后系统残液中易发生结块现象。

应用

丙烯酸羟丙酯由于其特殊的结构在现代工业有机合成中占有重要地位，也是丙烯酸类树脂的主要交联单体之一，在涂料、胶黏剂、阻垢剂和医药中用途广泛。将水溶性氨基树脂等掺合在丙烯酸羟丙酯与乙烯类单体的共聚乳胶中，用于处理纤维，可大大提高纤维的耐水性、耐溶剂性、防皱性和防水性等。近年来，随着这些工业迅速发展，丙烯酸羟丙酯需求量与日俱增。

涂料

丙烯酸羟丙酯，与其它单体共聚时可以很好地调节聚合物的性质，广泛应用于改性水性聚氨酯。由于它的酯基有很强的氢键性，具有化学稳定性好和耐候性好等优点，被广泛引入水

性聚氨酯中进行改性。

胶黏剂

随着胶黏剂工业的发展，胶黏剂及其制品因使用方便快捷而备受人们青睐，在日常生活和工农业生产中已被广泛应用。其中，通过引入丙烯酸羟丙酯( HPA) 的胶黏剂不但解决了日趋严峻的环保问题，而且弥补了乳液型胶黏剂耐低温性差和材料易变形等缺点。制备一种丙烯酸羟丙酯改性的水性丙烯酸酯类胶黏剂，丙烯酸羟丙酯的含量对丙烯酸酯胶黏剂使用性能的影响，利用其具有的羟基官能团进行交联反应形成网状大分子，可有效的改善胶黏剂的成膜性能。近几年，丙烯酸羟丙酯及其酯类的胶黏剂具有生产效率高、储运便捷和对多数材料都有很好的粘接性等优点，其应用领域越来越广阔。

阻垢剂

丙烯酸羟丙酯和丙烯酸共聚物，由于其优良的性能，不仅有效地抑制碳酸钙和磷酸钙垢的形成和沉积，还能抑制锌盐沉积和分散氧化铁，同时在水处理中也得到广泛的市场应用。以丙烯酸( AA) 、丙烯酸羟丙酯( HPA) 和异丙烯磷酸( IPPA) 为单体合成了AA-HPA-IPPA 三元共聚物( YSS-94) ，该共聚物不仅有良好的阻垢分散性，同时对碳钢也有很好的缓蚀作用，是一种新型的水质稳定剂，具有很大的发展空间和应用价值。

总结与展望

丙烯酸羟丙酯具有非常广泛的用途，随着国内外涂料印刷、粘合剂、纺织业及其医疗技术的不断进步加之环境保护需求的不断提升，其开发应用和市场需求进一步扩大。然而，丙烯酸羟丙酯还有两方面需要改善。在工艺方面，如何解决环保问题是关键，生产工艺不但要提高产品质量，还要保护环境; 在应用方面，丙烯酸羟丙酯虽然应用领域越来越广，但是有关真正工业废渣和废气的处理研究较少，待进一步拓展。综合丙烯酸羟丙酯制备和应用现状，不断研究开发更为环保的、回收率和催化活性的催化剂制备方法，同时努力把丙烯酸羟丙酯应用到更多的领域。

参考文献

[1]苏辉辉，肖舒，戴林，等.ATRP法合成(甲基) 丙烯酸羟丙酯［J］.化学试剂， 2012， 34( 09) : 787-791．

[2]朱晓丽，姜绪宝，张志国，等.丙烯酸羟乙酯对丙烯酸酯改性水性聚氨酯性能的影响［J］.化学学报，2009，67( 08) :850-856．