CN102558533A - 一种聚醚碳酸酯多元醇的制备方法 - Google Patents

一种聚醚碳酸酯多元醇的制备方法 Download PDF

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周晓锋
岳振涛
李乃旭
王云
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Abstract

本发明公开了一种蔗糖型聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其步骤为甘油和碳酸二甲酯(DMC)在催化剂下进行酯交换反应，聚合得到一定分子量的聚醚碳酸酯多元醇，根据需求再将聚醚碳酸酯多元醇与环氧乙烷(EO)\环氧丙烷反应(PO)，通过接环氧化合物的数量控制聚醚碳酸酯多元醇的分子量、羟值，还可对聚醚的粘度有所降低。本发明具有经济、安全、环保、价廉、高效的特点，适用于化工技术领域。

Description

一种聚醚碳酸酯多元醇的制备方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及涉及一种合成320-PEC多元醇高分子材料的方法，特别是一种具有良好降解性能的聚氨酯和表面活性剂材料；本发明还涉及更大分子量聚醚材料的制备方法。
背景技术
在石油化工的下游产品中，非离子表面活性剂和用于聚氨酯生产用的聚醚多元醇产品，一般都属于环氧丙烷(PO)或环氧乙烷(EO)为主要原料的聚醚及聚醚多元醇系列。但环氧乙/丙烷价格受原油价格的波动影响较大，且易燃易爆，生产和运输方面安全要求很高。随着尿素等生产碳酸二甲酯(DMC)方法的成熟，使得DMC的产量猛增，价格便宜。
由于碳酸二甲酯(DMC)和甘油在一定催化剂下进行酯交换反应，生成的聚醚碳酸酯多元醇能达到与聚氧乙/丙烯醚相似结构，其亲水性和亲油性介于聚氧乙烯醚和聚氧丙烯醚之间，而价格却大约只有环氧化合物的一半，并且分子链段嵌入了碳酸酯基团，使聚合物具有优良的生物降解性。
因此，碳酸二甲酯(DMC)与甘油聚合反应能代替或部分代替环氧乙/丙烷与多元醇反应制备聚醚多元醇等化合物，使得聚合产品达到相同的表面活性，其延伸产品具备相同的使用性能，不但可以降低产品成本，而且使很多表面活性剂产品及其衍生的工业及民用产品具有较好的生物降解性，不仅有较大的经济效益，同时具有更好的社会效益，对保护环境起到相当重要的作用。
现有技术报道碳酸二甲酯(DMC)和脂肪族二醇进行酯交换反应制备低聚碳酸酯二醇，所采用的催化剂有四异丙氧基钛，镱(III)乙酰丙酮化合物等。以上技术所用的醇都是长链二元醇，目前还没有用甘油进行酯交换的。这些专利更重要的是催化剂价格昂贵，且难以重复利用。
此外，这种含有碳酸酯基的聚醚材料不仅仅局限于对碳酸酯基的含量追求，还可以在此基础上接环氧乙烷(EO)或环氧丙烷(PO)，通过环氧乙/丙烷的聚合量来控制分子量和羟值，接环氧丙烷(PO)后会使产物粘度有所降低，对产品的运输有益。所以发明这种经济、安全、环保、价廉、高效的聚醚碳酸酯多元醇将成为聚氨酯和表面活性剂行业发展的重点和方向。
发明内容
本发明的目的：一是要提供一种能够代替环氧乙烷、环氧丙烷制备聚醚多元醇的方法；
二是要提供一种具有良好降解性能的聚氨酯和表面活性剂材料；本发明的第三个目的是要提供一种增加聚醚碳酸酯分子量的方法。
其技术方案为：
一种聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其具体步骤为：
1)将甘油加入反应釜内，抽真空2～3次，并加温至100℃，以100-160r/min速度搅拌的状态下加入酯交换催化剂，反应温度提升到110～120℃后，开始压入DMC(甘油与DMC按摩尔比为1∶1～1∶1.5)，反应温度控制在100～180℃，时间为2～15h；
2)在不锈钢反应釜中，加入步骤1)的产物聚醚多元醇和环氧丙烷聚合催化剂；开启搅拌，搅拌速度为100-160r/min，将物料加热至100℃～110℃，真空脱水1h，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.09～-0.08Mpa，通入计量的环氧丙烷，控制反应压力≤0.3Mpa，反应温度保持135～140℃；通毕，维持反应温度，继续搅拌老化吸收至压力不再下降；冷却至70～90℃加入吸附剂硅酸镁搅拌1～3h，过滤，分析。
优选地，步骤1)所述的反应原料甘油与DM℃按摩尔比为1∶1～1∶1.5。
优选地，步骤1)所述的酯交换催化剂是醇钠和钾盐，其用量为原料总质量的3‰～3％。
优选地，步骤1)所述的反应温度为140℃和150℃。
优选地，步骤1)所述的反应时间，其反应时间为4～15h。
优选地，步骤2)所述的聚醚多元醇∶环氧丙烷摩尔比为1∶1～1∶80。
优选地，步骤2)所述的吸附剂为活性白土、硅酸镁/活性白土混合物，硅酸镁/活性白土混合物重量比为1∶1～9∶1。
优选地，步骤2)所述的环氧丙烷聚合的催化剂为氢氧化钾，其用量为原料总质量1‰～3％。
优选地，步骤2)所述的环氧丙烷聚合的催化剂是烷基胺，其用量为原料总质量1‰～3％。
进一步优选，所述的烷基胺催化剂是环己胺和三乙胺。
本发明的有益效果：
本发明采用价廉易得原料与碳酸二甲酯(DMC)在中温下进行酯交换反应合成聚醚多元醇，这样用绿色环保的碳酸二甲酯(DMC)代替或部分代替传统的环氧乙烷、环氧丙烷来制备聚醚多元醇等化合物，就大大减少了对环氧化合物的局限性。而此类聚醚多元醇链中镶入了碳酸酯基使得其具有可降解性能，是当今绿色环保发展的重要方向。更重要的是本发明采用的价廉易得的催化剂，还易于分离，重复使用性好，不会对下游产品有副作用，是环境友好的产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的方法作进一步详细地说明。
实施例1
将184g甘油置于装有机械搅拌器的反应釜中，在搅拌下加入原料总质量5‰的醇钠催化剂，物料加热至100℃，真空脱水(约需1h)，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.09～-0.08Mpa，温度慢慢升至140℃，并在30min内加完270g碳酸二甲酯(DMC)，实验反应4h结束加热，冷却、放料、计量。经测试分析得聚醚碳酸酯多元醇的碳酸酯基含量为50.75g％，数均分子量为1320g/mol，羟值466mgKOH/g，粘度65951mPa·s(25℃)。
实施例2
将200g甘油置于装有机械搅拌器的反应釜中，在搅拌下加入原料总质量1％的醇钠催化剂，物料加热至100℃，真空脱水(约需1h)，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.08～-0.09Mpa，温度慢慢升至140℃，并在30min内加完235g碳酸二甲酯(DMC)，实验反应4h结束加热，冷却、放料、计量。经测试分析得聚醚碳酸酯多元醇的碳酸酯基含量为43.25g％，数均分子量为1130g/mol，羟值557mgKOH/g，粘度61782mPa·s(25℃)。
实施例3
将184g甘油置于装有机械搅拌器的反应釜中，在搅拌下加入原料总质量8‰的钾盐催化剂，物料加热至100℃～110℃，真空脱水(约需1h)，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.09～-0.08MPa，温度慢慢升至140℃，并在30min内加完270g碳酸二甲酯(DMC)，实验反应4h结束加热，冷却、放料、计量。经测试分析得聚醚碳酸酯多元醇的碳酸酯基含量为51.50g％，数均分子量为1225g/mol，羟值495mgKOH/g，粘度63971mPa·s(25℃)。
实施例4
将200g甘油置于装有机械搅拌器的反应釜中，在搅拌下加入原料总质量5‰的钾盐催化剂，物料加热至100℃～110℃，真空脱水(约需1h)，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.09～-0.08MPa，温度慢慢升至140℃，并在30min内加完235g碳酸二甲酯(DMC)，实验反应4h结束加热，冷却、放料、计量。经测试分析得聚醚碳酸酯多元醇的碳酸酯基含量为44.6g％，数均分子量为1160g/mol，羟值566mgKOH/g，粘度60658mPa·s(25℃)。
实施例5
在2L不锈钢反应釜中，加入300g实施例1的产物聚醚碳酸酯多元醇和3g环己胺催化剂；开启搅拌，将物料加热至100℃～110℃，真空脱水(约需1h)，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.09～-0.08MPa，慢慢通入290g环氧丙烷，控制反应压力≤0.3MPa，反应温度保持135～140℃；通毕，维持反应温度，继续搅拌老化吸收至压力不再下降；冷却、放料、计量。所得聚醚碳酸酯多元醇数均分子量为2580g/mol.羟值286mgKOH/g。
实施例6
在2L不锈钢反应釜中，加入250g实施例2的产物聚醚碳酸酯多元醇和2g氢氧化钾催化剂；开启搅拌，将物料加热至100℃～110℃，真空脱水(约需1h)，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.09～-0.08MPa，慢慢通入475g环氧丙烷，控制反应压力≤0.3MPa，反应温度保持135～140℃；通毕，维持反应温度，继续搅拌老化吸收至压力不再下降；冷却、放料、计量。所得聚醚碳酸酯多元醇数均分子量为3200g/mol.羟值258mgKOH/g。
实施例7
在2L不锈钢反应釜中，加入200g实施例3的产物聚醚碳酸酯多元醇和2g三乙胺催化剂；开启搅拌，将物料加热至100℃～110℃，真空脱水(约需1h)，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.09～-0.08MPa，慢慢通入397g环氧丙烷，控制反应压力≤0.3MPa，反应温度保持135～140℃；通毕，维持反应温度，继续搅拌老化吸收至压力不再下降；冷却、放料、计量。所得聚醚碳酸酯多元醇数均分子量为3626g/mol.羟值198mgKOH/g。
实施例8
在2L不锈钢反应釜中，加入200g实施例4的产物聚醚碳酸酯多元醇和3g环己胺催化剂；开启搅拌，将物料加热至100℃～110℃，真空脱水(约需1h)，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.09～-0.08MPa，慢慢通入500g环氧丙烷，控制反应压力≤0.3MPa，反应温度保持135～140℃；通毕，维持反应温度，继续搅拌老化吸收至压力不再下降；冷却、放料、计量。所得聚醚碳酸酯多元醇数均分子量为3980g/mol.羟值209mgKOH/g。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：
1)将甘油加入反应釜内，抽真空2～3次，并加温至100℃，以100-160r/min速度搅拌的状态下加入酯交换催化剂，反应温度提升到110～120℃后，开始压入DMC(甘油与DMC按摩尔比为1∶1～1∶1.5)，反应温度控制在100～180℃，时间为2～15h；
2)在不锈钢反应釜中，加入步骤1)的产物聚醚多元醇和环氧丙烷聚合催化剂；开启搅拌，搅拌速度为100-160r/min，将物料加热至100℃～110℃，真空脱水1h，至无水份馏出时，关闭真空阀，使釜中压力接近-0.09～-0.08Mpa，通入计量的环氧丙烷，控制反应压力≤0.3Mpa，反应温度保持135～140℃；通毕，维持反应温度，继续搅拌老化吸收至压力不再下降；冷却至70～90℃加入吸附剂硅酸镁搅拌1～3h，过滤，分析。
2.根据权利要求1所述的聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的反应原料甘油与DMC按摩尔比为1∶1～1∶1.5。
3.根据权利要求1所述的聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的酯交换催化剂是醇钠和钾盐，其用量为原料总质量的3‰～3％。
4.根据权利要求1所述的聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的反应温度为140℃和150℃。
5.根据权利要求1所述的聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的反应时间，其反应时间为4～15h。
6.根据权利要求1所述的聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的聚醚多元醇∶环氧丙烷摩尔比为1∶1～1∶80。
7.根据权利要求1所述的聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的吸附剂为活性白土、硅酸镁/活性白土混合物，硅酸镁/活性白土混合物重量比为1∶1～9∶1。
8.根据权利要求7所述的聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的环氧丙烷聚合的催化剂为氢氧化钾，其用量为原料总质量1‰～3％。
9.根据权利要求1所述的聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的环氧丙烷聚合的催化剂是烷基胺，其用量为原料总质量1‰～3％。
10.根据权利要求9所述的聚醚碳酸酯多元醇的制备方法，其特征在于，所述的烷基胺催化剂是环己胺和三乙胺。
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