本发明涉及受阻胺类光稳定剂中间体技术领域，具体涉及一种四甲基哌啶酮的预处理方法及四甲基哌啶胺的合成方法。
背景技术：
四甲基哌啶胺(即2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺)，是一种重要的受阻胺光稳定剂中间体和医药中间体，尤其在受阻胺光稳定剂领域，是键合型和聚合型高分子量受阻胺光稳定剂的重要原料。
四甲基哌啶胺合成方法主要有催化还原胺化法和电化学还原法两种合成方法。其中，电化学还原法以四甲基哌啶酮为原料，在强酸介质及不同的阴极材料上进行反应，常压生成四甲基哌啶胺。电化学还原法易于连续自动化，但是设备投资高，规模化生产受电解池的限制，目前工业生产中主要采用催化还原胺化法。
催化还原胺化法主要是以2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮与氨为原料，在催化剂(例如raneyni，即雷尼镍)作用下，通过胺化和还原合成。例如，中国专利cn104649960a公开了一种催化还原胺化法制备2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的方法，在高压釜内加入2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮、氢氧化钠、氨水及骨架镍催化剂，在氮气和氢气存在下反应，得到2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺。然而，上述制备方法制备的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺产品中残留了微量的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮，导致2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的热稳定性差，影响了产品品质。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种四甲基哌啶酮的预处理方法及四甲基哌啶胺的合成方法，以本发明提供的预处理方法得到的预氧化四甲基哌啶酮为原料制合成的四甲基哌啶胺不易变色、热稳定性高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种四甲基哌啶酮预处理方法，包括以下步骤：
将四甲基哌啶酮和氧化剂进行预氧化反应，得到预氧化四甲基哌啶酮。
优选的，所述氧化剂包括氧气、过氧化氢或次氯酸钠。
优选的，所述四甲基哌啶酮和氧化剂质量比为1：(0.0005～0.01)。
优选的，所述预氧化反应的温度为30～90℃，时间为1～48h。
本发明还提供了一种四甲基哌啶胺的合成方法，包括以下步骤：
将上述技术方案所述预处理方法得到的预氧化四甲基哌啶酮与金属催化剂、氨、无机碱和含氧溶剂混合，进行胺化反应，得到四甲基哌啶亚胺；
在保护气氛下，将所述四甲基哌啶亚胺和氢气进行还原反应，得到四甲基哌啶胺。
优选的，所述催化剂包括骨架镍、骨架铜、钴催化剂、钯催化剂或铂催化剂。
优选的，所述四甲基哌啶酮和催化剂的质量比为1:0.002～0.200。
优选的，所述四甲基哌啶酮和氨的质量比为1：(0.05～0.4)。
优选的，所述胺化反应的温度为30～100℃，时间为0.5～3h，压力为0.2～0.6mpa。
优选的，所述氢气通入后的总压强为1.5～15mpa；
所述还原反应的温度为50～150℃，时间为2～20h。
本发明提供了一种四甲基哌啶酮预处理方法，包括以下步骤：将四甲基哌啶酮和氧化剂进行预氧化反应，得到预氧化四甲基哌啶酮。本发明提供的处理方法对四甲基哌啶酮进行预氧化，氧化了四甲基哌啶酮中的易变色物质，无需经过后处可理直接用于制备四甲基哌啶胺。而且以该预氧化四甲基哌啶酮为原料制备得到的四甲基哌啶胺热稳定性高。如实施例结果所示，四甲基哌啶胺的产率高达95.4％，纯度高达99.97％，色号为5～7，放置两个月后色变<10，热稳定性高。而且，预处理方法操作简单，适宜工业化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种四甲基哌啶酮预处理方法，包括以下步骤：将四甲基哌啶酮和氧化剂进行预氧化反应，得到预氧化四甲基哌啶酮。
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，所述氧化剂包括氧气、过氧化氢或次氯酸钠。在本发明中，所述过氧化氢优选以过氧化氢水溶液形式使用；所述过氧化氢水溶液的浓度优选为25～60wt％，更优选为27.5～50wt％；所述过氧化氢水溶液的量优选以过氧化氢计。在本发明中，所述次氯酸钠优选以次氯酸钠水溶液形式使用；所述次氯酸钠水溶液的浓度优选为5～50wt％，更优选为10～15wt％；所述次氯酸钠水溶液的量优选以次氯酸钠计。
在本发明中，所述四甲基哌啶酮和氧化剂质量比优选为1：(0.0005～0.01)，更优选为(0.0008～0.008)，更优选为(0.001～0.005)。
在本发明中，所述预氧化反应的温度优选为30～90℃，更优选为35～80℃，最优选为40～60℃；所述预氧化反应的时间优选为1～48h，更优选为5～40h，最优选为10～30h。在本发明中，所述预氧化反应优选在反应釜中进行。
本发明提供的处理方法对四甲基哌啶酮进行氧化后，无需经过后处可理直接用于制备四甲基哌啶胺。而且以该预氧化四甲基哌啶酮为原料制备得到的四甲基哌啶胺中不易变色，热稳定性高。
本发明还提供了一种四甲基哌啶胺的合成方法，包括以下步骤：
将上述技术方案所述预处理方法得到的预氧化四甲基哌啶酮与金属催化剂、氨、无机碱和含氧溶剂混合，进行胺化反应，得到四甲基哌啶亚胺；
在保护气氛下，将所述四甲基哌啶亚胺和氢气进行还原反应，得到四甲基哌啶胺。
本发明将所述预氧化四甲基哌啶酮与金属催化剂、氨、无机碱和含氧溶剂混合，进行胺化反应，得到四甲基哌啶亚胺。在本发明中，所述金属催化剂优选包括骨架镍、骨架铜、钴催化剂、钯催化剂或铂催化剂。在本发明中，所述钴催化剂优选包括钴单质、钴氧化物或骨架钴。在本发明中，所述钯催化剂优选包括钯单质、钯氧化物或骨架钯。在本发明中，所述铂催化剂优选包括铂单质、铂氧化物或骨架铂。在本发明中，所述骨架镍、骨架铜、骨架钴、骨架钯和骨架铂中的骨架载体独立地优选包括碳、碳酸盐、氧化铝、二氧化硅或氧化锌；所述骨架载体和金属(镍、铜、钴、钯或铂)的质量比独立地优选为1：0.1～10，更优选为1：0.5～5。
在本发明中，所述四甲基哌啶酮和金属催化剂的质量比优选为1：0.002～0.200。
在本发明中，所述氨优选为氨气或液氨。在本发明中，所述四甲基哌啶酮和氨的质量比优选为1：(0.05～0.4)。
在本发明中，所述无机碱优选包括金属氢氧化物，更优选包括氢氧化钠或氢氧化钾。在本发明中，所述2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮和无机碱的质量比优选为1：0.01～0.3，更优选为1：0.05～0.25。
在本发明中，所述含氧溶剂优选包括水或醇类溶剂。在本发明中，所述含氧溶剂体积和四甲基哌啶酮的质量比优选为(0.5～1.5)ml:1g。
在本发明中，所述四甲基哌啶酮与金属催化剂、氨、无机碱和含氧溶剂混合优选包括以下步骤：将预氧化四甲基哌啶酮、金属催化剂、无机碱和含氧溶剂混合，升温至30～55℃后再加入氨进行混合。本发明对于所述升温的升温速率没有特殊限定；升温后的温度进一步优选为40～50℃。在本发明中，所述混合的方式优选为搅拌混合。本发明对于所述搅拌混合的速度和时间没有特殊限定，能够将原料混合均匀即可。
在本发明中，所述胺化反应的温度优选为30～100℃，更优选为40～80℃；所述胺化反应的时间优选为0.5～3h，更优选为1～2.5h，。在本发明中，所述胺化反应的压力优选为0.2～0.6mpa。在本发明中，所述胺化反应优选在反应釜中进行。在本发明中，所述胺化反应过程中，预氧化四甲基哌啶酮和氨反应生成四甲基哌啶亚胺。
在本发明中，所述胺化反应完成后，优选不经过后处理，直接进行后续的还原反应。
得到四甲基哌啶亚胺后，在保护气氛下，将所述四甲基哌啶亚胺和氢气进行还原反应，得到四甲基哌啶胺。
在本发明中，所述保护气氛优选为氮气。在本发明中，所述还原反应优选在反应釜中进行。在本发明中，所述氢气通入后的总压强(即釜压)优选为1.5～15mpa，更优选为2～10mpa，最优选为2～5mpa。
在本发明中，所述还原反应的温度优选为50～150℃，更优选为60～120℃；所述还原反应的时间优选为2～20h，更优选3～15h，最优选为5～10h。
完成所述还原反应后，本发明优选还包括将所述还原反应的体系进行静置，将所得上层清液进行精馏。
在本发明中，所述静置的温度优选为60～90℃；所述静置的时间优选为1～5h，更优选为1～2h。
在本发明中，所述精馏优选在精馏塔中进行。本发明对于所述精馏没有特殊限定，采用本领域熟知的精馏塔即可。
本发明提供的合成方法得到的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺不易变色，热稳定性高。而且，合成方法操作简单，适宜工业化生产。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)向反应釜中加入2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮250g，在30℃条件下加入浓度为50wt％的双氧水1g，混合，进行预氧化反应30h，得到预氧化2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮；
(2)在搅拌和40℃条件下，向反应釜中加入骨架镍40g、naoh12.5g和水200g，升温至50℃后向反应釜内加入液氨30g，控制釜压为0.4mpa，然后升温至60℃后进行胺化反应0.5h，得到2,2,6,6-四甲基-4-哌啶亚胺；
(3)在100℃条件下向釜内通入氢气至釜压为1.5mpa，通入氢气2h进行还原反应，然后降温至60℃后停止搅拌，静置1h使骨架镍沉降，取出上层清液置于精馏塔中进行精馏，得到2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺(240g，收率为95.4％，纯度为99.95％，色号为5)。
将本实施例制备的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺放置两个月后色号为15，色变≤10。
实施例2
(1)向反应釜中加入2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮250g，在50℃条件下加入浓度为27.5wt％的双氧水2g，混合，进行预氧化反应10h，得到预氧化2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮；
(2)在搅拌和35℃条件下，向反应釜中加入骨架铜40g、naoh25g和乙醇300g，升温至40℃后向反应釜内加入氨气40g，控制釜压为0.3mpa，然后升温至50℃后进行胺化反应1h，得到2,2,6,6-四甲基-4-哌啶亚胺；
(3)在120℃条件下向釜内通入氢气至釜压为2.0mpa，通入氢气5h进行还原反应，然后降温至90℃后停止搅拌，静置2h使骨架铜沉降，取出上层清液置于精馏塔中进行精馏，得到2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺(232g，收率为92.2％，纯度为99.92％，色号为7)。
将本实施例制备的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺放置两个月后，色号为17，色变≤10。
实施例3
(1)向反应釜中加入2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮250g，在60℃条件下加入浓度为10wt％的次氯酸钠溶液2g，混合，进行预氧化反应15h，得到预氧化2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮；
(2)在搅拌和35℃条件下，向反应釜中加入钯碳0.5g、naoh37.5g和水300g，升温至40℃后向反应釜内加入氨气45g，控制釜压为0.2mpa，然后升温至45℃后进行胺化反应1h，得到2,2,6,6-四甲基-4-哌啶亚胺；
(3)在120℃条件下向釜内通入氢气至釜压为5.0mpa，通入氢气8h进行还原反应，然后降温至90℃后停止搅拌，静置2h使钯碳沉降，取出上层清液置于精馏塔中进行精馏，得到2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺(222g，收率为88％，纯度为99.94％，色号为7)。
将本实施例制备的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺放置两个月后，色号为16，色变≤10。
实施例4
(1)向反应釜中加入2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮250g，在60℃条件下加入浓度为50wt％的双氧水1g，混合，进行预氧化反应15h，得到预氧化2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮；
(2)在搅拌和50℃条件下，向反应釜中加入骨架镍40g、naoh50g和乙醇250g，升温至40℃后向反应釜内加入液氨40g，控制釜压为0.3mpa，然后升温至65℃后进行胺化反应1h，得到2,2,6,6-四甲基-4-哌啶亚胺；
(3)在130℃条件下向釜内通入氢气至釜压为3.5mpa，通入氢气10h进行还原反应，然后降温至70℃后停止搅拌，静置1h使骨架镍沉降，取出上层清液置于精馏塔中进行精馏，得到2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺(235g，收率为93.4％，纯度为99.97％，色号为5)。
将本实施例制备的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺放置两个月后，色号为14，色变≤10。
对比例1
按照实施例1的方法制备2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺，与实施例1的区别在于，省略步骤(1)，即2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮不经预氧化。
本对比例得到的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺(234g，收率为92.99％，纯度为99.0％，色号为5)。
将本对比例制备的2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺放置两个月后，色号为26，色变为21。
通过比较实施例和对比例可知，先对2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮进行预氧化后能够提高2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的纯度和热稳定性，降低色变。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种四甲基哌啶酮预处理方法，包括以下步骤：
将四甲基哌啶酮和氧化剂进行预氧化反应，得到预氧化四甲基哌啶酮。
2.根据权利要求1的预处理方法，其特征在于，所述氧化剂包括氧气、过氧化氢或次氯酸钠。
3.根据权利要求1或2所述的预处理方法，其特征在于，所述四甲基哌啶酮和氧化剂质量比为1：(0.0005～0.01)。
4.根据权利要求1或2所述的预处理方法，其特征在于，所述预氧化反应的温度为30～90℃，时间为1～48h。
5.一种四甲基哌啶胺的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1～4任一项所述预处理方法得到的预氧化四甲基哌啶酮与金属催化剂、氨、无机碱和含氧溶剂混合，进行胺化反应，得到四甲基哌啶亚胺；
在保护气氛下，将所述四甲基哌啶亚胺和氢气进行还原反应，得到四甲基哌啶胺。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述金属催化剂包括骨架镍、骨架铜、钴催化剂、钯催化剂或铂催化剂。
7.根据权利要求5或6所述的合成方法，其特征在于，所述四甲基哌啶酮和金属催化剂的质量比为1:0.002～0.200。
8.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述四甲基哌啶酮和氨的质量比为1：(0.05～0.4)。
9.根据权利要求5或8所述的合成方法，其特征在于，所述胺化反应的温度为30～100℃，时间为0.5～3h，压力为0.2～0.6mpa。
10.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述氢气通入后的总压强为1.5～15mpa；
所述还原反应的温度为50～150℃，时间为2～20h。
技术总结