CN103483577A

CN103483577A - 一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法

Info

Publication number: CN103483577A
Application number: CN201310351370.5A
Authority: CN
Inventors: 张美军; 金一丰; 郭晓峰; 王胜利; 陈英杰
Original assignee: Zhejiang Lvkean Chemical Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Lvkean Chemical Co Ltd
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: CN103483577B

Abstract

本发明公开了一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，包括如下工艺步骤：1）将固体氢氧化钠、氯化钙和水加入到压力反应釜中，充分搅拌溶解，然后减压脱水至干燥；2）控制温度，向压力反应釜充氮气至常压，接着向压力反应釜内投入季铵盐类相转移催化剂、烯丙醇聚氧乙烯醚，抽真空并置换氮气，然后在低温下滴加已抽真空脱除空气的环氧氯丙烷进行合成反应，滴加结束后，继续反应；3）反应结束后，过滤除盐、磷酸中和、脱气回收过量环氧氯丙烷后得到粗产品，然后对粗产品进行精制。本发明制备的产品具有色泽浅、封端率高、双键保护率高、工艺简单的特点。

Description

一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及到一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法。

背景技术

环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚具有两个功能性基团——端环氧基和碳碳双键，它是化工领域中一种重要有机合成中间体，可用于改性有机硅、聚氨酯和纳米自组装体系等。目前国外同类产品不仅色泽接近无色，而且封端率高达95%以上，而国内产品难以企及，其颜色呈浅黄色至黄色状，封端率在90%以内。距今为止，有关环氧丙基封端聚醚的公开专利极少。

文献所报道的合成方法主要有两种，两步法和一步法：两步法是指聚醚和环氧氯丙烷先通过酸性催化剂作用发生开环加成反应，然后在液体碱的参与下完成闭环消除反应得到产品，此法工艺较复杂、废水量大、且产率低；一步法是指在固体碱的催化下，直接通过加成消除反应得到产品，此法工艺简单，条件温和。

实验表明，影响产品颜色的主要因素为：所用碱的碱性强弱和反应釜内空气的残留量，反应在真空条件下完成时，前者是主因，且碱性越强，颜色越深。

中国专利CN 101928389 A公开了一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，该法是以氢化钠和氢氧化钠为催化剂，采用两步法合成，不足之处在于氢化钠碱性过强，所得产品颜色较差。

文献《Synthesis and NMR Characterization of Multi-hydroxylEnd-groups PEG and PLGA-PEG Barbell-like Copolymers》采用氢氧化钾为催化剂，四氢呋喃为溶剂，在氮气保护下环氧丙基封端PEG1000，所得产品性状为白色。可见，以此法制备的产品色泽较好，然而溶剂的加入将给实际生产带来诸多麻烦，且长达20h的反应时间不利于提高生产效率。

美国专利US 6,392,064 B2公开采用无水、无溶剂法，以固体氢氧化钠或氢氧化钾为催化剂，常压下环氧丙基封端烷基醇。若采取此法制备目标产物，所得产品的色泽将难以令人满足。原因在于，烯丙醇聚氧乙烯醚中的聚氧乙烯醚链在常压、强碱下，极易发生副反应，其副产物对产品色泽有严重影响。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，本发明制备的产品具有色泽浅、封端率高、双键保护率高、工艺简单的特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，包括如下工艺步骤：

1）将固体氢氧化钠、氯化钙和水加入到压力反应釜中，充分搅拌溶解，然后减压脱水至干燥；

2）控制温度，向压力反应釜充氮气至常压，接着向压力反应釜内投入季铵盐类相转移催化剂、烯丙醇聚氧乙烯醚，抽真空并置换氮气，然后在低温下滴加已抽真空脱除空气的环氧氯丙烷进行合成反应，滴加结束后，继续反应；

3）反应结束后，过滤除盐、磷酸中和、脱气回收过量环氧氯丙烷后得到粗产品，然后对粗产品进行精制；

其中所述的烯丙醇聚氧乙烯醚的化学结构式如下：

式中：R为烯丙基；n<20；

所合成的封端产物环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的化学结构式如下：

式中：R为烯丙基；n<20。

所述的步骤1）中固体氢氧化钠和氯化钙投料质量比为NaOH：CaCl₂=（2－5）：1；所述的水H₂O的投料量为固体氢氧化钠和氯化钙的投料量之和以上；所述的步骤1）中的反应温度为90－120℃。

所述的步骤2）中控制温度为大于25℃；所述的季铵盐类相转移催化剂采用四正丁基溴化铵、四乙基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵中的一种；所述的低温为30－45℃；所述的继续反应时间为2－8h。

所述的步骤2）中固体氢氧化钠和烯丙醇聚氧乙烯醚的投料摩尔比为NaOH:APEG=（1.5－2.5）:1。

所述的步骤2）中季铵盐类相转移催化剂和烯丙醇聚氧乙烯醚的投料质量比为P.T.C:APEG=（0.003－0.01）：1。

所述的步骤2）中环氧氯丙烷和烯丙醇聚氧乙烯醚投料摩尔比为ECH:APEG=（1.5－4）:1。

所述的步骤3）中通过加入硅酸镁、活性炭、酸性白土中的一种来对对粗产品进行精制。

本发明的有益效果是：本发明的制备方法与现有工艺相比，具有如下优点：第一，反应前，需对环氧氯丙烷储罐和压力反应釜进行脱氧操作，以保证反应在无氧或微氧条件下进行；第二，固碱催化剂氢氧化钠与氯化钙混合后，其碱性释放速度在反应过程中得以延缓，这就有效防止了反应时体系因局部碱性过强而颜色变深；第三，氢氧化钠的碱性强度足以保证烯丙醇聚氧乙烯醚的高效封端；第四，该工艺副反应少，收率可达85%以上，且工艺简单；第五，所生产的产品不仅颜色接近无色（色泽浅（≤40，铂-钴比色法））而且封端率高达92%以上，双键保护率高（≥95%）。

具体实施方式

采用GB 1664-1981（铂-钴比色法）对所述方法测定产品色泽。

采用GBT 1677-1981对所述方法测定产品环氧值，对实施例中的封端率定义如下：

OV₁：烯丙醇聚氧乙烯醚封端后，产品的环氧值；

OV₂：原料烯丙醇聚氧乙烯醚的理论环氧值。

实施例1

本实施例将300g H₂O、160g NaOH和48g CaCl₂投入到2L压力反应釜中，升温至110℃，搅拌0.5h后抽真空减压脱水至干燥。向釜内充氮气至常压，降温至25℃，继续投入5g P.T.C（四正丁基溴化铵）和984g APEG（平均分子量为492g/moL），抽真空置换氮气。然后将555g ECH通入滴加储罐，同时降温至25℃以下，抽真空置换氮气。将压力反应釜升温至35℃，ECH缓慢滴入，滴加结束后，继续反应5h出料。过滤除盐、磷酸中和、抽真空回收ECH（约342.9g），加入酸性白土精制。所得产品色泽40，封端率93.2%，收率86.5%。本实施例的制备方法与现有工艺相比，具有如下优点：第一，反应前，需对环氧氯丙烷储罐和压力反应釜进行脱氧操作，以保证反应在无氧或微氧条件下进行；第二，固碱催化剂氢氧化钠与氯化钙混合后，其碱性释放速度在反应过程中得以延缓，这就有效防止了反应时体系因局部碱性过强而颜色变深；第三，氢氧化钠的碱性强度足以保证烯丙醇聚氧乙烯醚的高效封端；第四，该工艺副反应少，收率高，且工艺简单；第五，所生产的产品不仅颜色接近无色（色泽浅（≤40，铂-钴比色法））而且封端率高，双键保护率高（≥95%）。

实施例2

本实施例将300g H₂O、120g NaOH和24g CaCl₂投入到2L压力反应釜中，升温至90℃，搅拌0.5h后抽真空减压脱水至干燥。向釜内充氮气至常压，降温至25℃，继续投入3g P.T.C（三辛基甲基氯化铵）和984g APEG（平均分子量为492g/moL），抽真空置换氮气。然后将740g ECH通入滴加储罐，同时降温至25℃以下，抽真空置换氮气。将压力反应釜升温至45℃，ECH缓慢滴入，滴加结束后，继续反应2h出料。过滤除盐、磷酸中和、抽真空回收ECH（约530g），加入硅酸镁精制。所得产品色泽40，封端率92.8%，收率88.5%。本实施例的制备方法与现有工艺相比，具有如下优点：第一，反应前，需对环氧氯丙烷储罐和压力反应釜进行脱氧操作，以保证反应在无氧或微氧条件下进行；第二，固碱催化剂氢氧化钠与氯化钙混合后，其碱性释放速度在反应过程中得以延缓，这就有效防止了反应时体系因局部碱性过强而颜色变深；第三，氢氧化钠的碱性强度足以保证烯丙醇聚氧乙烯醚的高效封端；第四，该工艺副反应少，收率高，且工艺简单；第五，所生产的产品不仅颜色接近无色（色泽浅（≤40，铂-钴比色法））而且封端率高，双键保护率高（≥95%）。

实施例3

本实施例将210g H₂O、140g NaOH和70g CaCl₂投入到2L压力反应釜中，升温至120℃，搅拌0.5h后抽真空减压脱水至干燥。向釜内充氮气至常压，降温至25℃，继续投入4g P.T.C（四乙基氯化铵）和984g APEG（平均分子量为492g/moL），抽真空置换氮气。然后将279g ECH通入滴加储罐，同时降温至25℃以下，抽真空置换氮气。将压力反应釜升温至32℃，ECH缓慢滴入，滴加结束后，继续反应7h出料。过滤除盐、磷酸中和、抽真空回收ECH（约530g），加入活性炭精制。所得产品色泽40，封端率92.4%，收率88.1%。本实施例的制备方法与现有工艺相比，具有如下优点：第一，反应前，需对环氧氯丙烷储罐和压力反应釜进行脱氧操作，以保证反应在无氧或微氧条件下进行；第二，固碱催化剂氢氧化钠与氯化钙混合后，其碱性释放速度在反应过程中得以延缓，这就有效防止了反应时体系因局部碱性过强而颜色变深；第三，氢氧化钠的碱性强度足以保证烯丙醇聚氧乙烯醚的高效封端；第四，该工艺副反应少，收率高，且工艺简单；第五，所生产的产品不仅颜色接近无色（色泽浅（≤40，铂-钴比色法））而且封端率高，双键保护率高（≥95%）。

实施例4

本实施例将280g H₂O、170g NaOH和42.5g CaCl₂投入到2L压力反应釜中，升温至95℃，搅拌0.5h后抽真空减压脱水至干燥。向釜内充氮气至常压，降温至25℃，继续投入9.84g P.T.C（苄基三乙基氯化铵）和984g APEG（平均分子量为492g/moL），抽真空置换氮气。然后将371g ECH通入滴加储罐，同时降温至25℃以下，抽真空置换氮气。将压力反应釜升温至40℃，ECH缓慢滴入，滴加结束后，继续反应3h出料。过滤除盐、磷酸中和、抽真空回收ECH（约530g），加入硅酸镁精制。所得产品色泽40，封端率93.2%，收率85.2%。本实施例的制备方法与现有工艺相比，具有如下优点：第一，反应前，需对环氧氯丙烷储罐和压力反应釜进行脱氧操作，以保证反应在无氧或微氧条件下进行；第二，固碱催化剂氢氧化钠与氯化钙混合后，其碱性释放速度在反应过程中得以延缓，这就有效防止了反应时体系因局部碱性过强而颜色变深；第三，氢氧化钠的碱性强度足以保证烯丙醇聚氧乙烯醚的高效封端；第四，该工艺副反应少，收率高，且工艺简单；第五，所生产的产品不仅颜色接近无色（色泽浅（≤40，铂-钴比色法））而且封端率高，双键保护率高（≥95%）。

实施例5

本实施例将360g H₂O、200g NaOH和80g CaCl₂投入到2L压力反应釜中，升温至100℃，搅拌0.5h后抽真空减压脱水至干燥。向釜内充氮气至常压，降温至25℃，继续投入8.856g P.T.C（四丁基氯化铵）和984g APEG（平均分子量为492g/moL），抽真空置换氮气。然后将334g ECH通入滴加储罐，同时降温至25℃以下，抽真空置换氮气。将压力反应釜升温至35℃，ECH缓慢滴入，滴加结束后，继续反应6h出料。过滤除盐、磷酸中和、抽真空回收ECH（约530g），加入活性炭精制。所得产品色泽40，封端率96.3%，收率84.3%。本实施例的制备方法与现有工艺相比，具有如下优点：第一，反应前，需对环氧氯丙烷储罐和压力反应釜进行脱氧操作，以保证反应在无氧或微氧条件下进行；第二，固碱催化剂氢氧化钠与氯化钙混合后，其碱性释放速度在反应过程中得以延缓，这就有效防止了反应时体系因局部碱性过强而颜色变深；第三，氢氧化钠的碱性强度足以保证烯丙醇聚氧乙烯醚的高效封端；第四，该工艺副反应少，收率高，且工艺简单；第五，所生产的产品不仅颜色接近无色（色泽浅（≤40，铂-钴比色法））而且封端率高，双键保护率高（≥95%）。

实施例6

本实施例将180g H₂O、130g NaOH和30g CaCl₂投入到2L压力反应釜中，升温至115℃，搅拌0.5h后抽真空减压脱水至干燥。向釜内充氮气至常压，降温至25℃，继续投入5.9g P.T.C（四丁基硫酸氢铵）和984g APEG（平均分子量为492g/moL），抽真空置换氮气。然后将650g ECH通入滴加储罐，同时降温至25℃以下，抽真空置换氮气。将压力反应釜升温至30℃，ECH缓慢滴入，滴加结束后，继续反应8h出料。过滤除盐、磷酸中和、抽真空回收ECH（约530g），加入酸性白土精制。所得产品色泽40，封端率92.9%，收率87.6%。本实施例的制备方法与现有工艺相比，具有如下优点：第一，反应前，需对环氧氯丙烷储罐和压力反应釜进行脱氧操作，以保证反应在无氧或微氧条件下进行；第二，固碱催化剂氢氧化钠与氯化钙混合后，其碱性释放速度在反应过程中得以延缓，这就有效防止了反应时体系因局部碱性过强而颜色变深；第三，氢氧化钠的碱性强度足以保证烯丙醇聚氧乙烯醚的高效封端；第四，该工艺副反应少，收率高，且工艺简单；第五，所生产的产品不仅颜色接近无色（色泽浅（≤40，铂-钴比色法））而且封端率高，双键保护率高（≥95%）。

实施例1至实施例6的实验表明，在隔氧并使用混合催化剂的条件下，产品封端率和收率都较高，颜色非常理想、接近无色。

对比实施例1

本实施例在25℃下，将160g NaOH，5g四正丁基溴化铵、984g APEG（平均分子量为492g/moL）加入到2L压力反应釜中，抽真空置换氮气。然后将555g ECH通入滴加储罐，降温至25℃以下，抽真空置换氮气。压力反应釜升温至35℃，将ECH缓慢滴入，滴加结束后，继续反应5h出料。过滤除盐、磷酸中和、抽真空回收ECH（约337.2g），加入酸性白土精制。所得产品色泽70，封端率94.6%，收率88.1%。实验表明，固体氢氧化钠不与氯化钙混合时，所得产品颜色不佳，可能原因是直接采用氢氧化钠固体为碱性催化剂时，其碱性释放速度过快，易造成局部体系碱性过强而发生副反应，最终导致产品颜色加深。

对比实施例2

本实施例在常压，25℃，向2L压力反应釜中投入160g NaOH，5g四正丁基溴化铵、984g APEG（平均分子量为492g/moL），升温至35℃，然后将555g ECH缓慢滴入，滴加结束后，继续反应5h出料。过滤除盐、磷酸中和、抽真空回收ECH（约315.7g），加入酸性白土精制。所得产品色泽160，封端率91.3%，收率80.1%。实验表明，常压、无隔氧措施下，固体氢氧化钠直接催化反应进行时，产品颜色非常糟糕，且收率较低。

对比实施例3

本实施例在25℃下，将320g质量分数为50%的NaOH水溶液，5g四正丁基溴化铵、984g APEG（平均分子量为492g/moL）加入到2L压力反应釜中，抽真空置换氮气。然后将555g ECH通入滴加储罐，降温至25℃以下，抽真空置换氮气。压力反应釜升温至35℃，将ECH缓慢滴入，滴加结束后，继续反应5h出料。过滤除盐、磷酸中和、抽真空回收ECH，加入酸性白土精制。所得产品色泽70，封端率40.6%，收率78.1%。实验表明，采用氢氧化钠水溶液为碱性催化剂进行反应时，虽然缓解了局部碱性过强，但是过多水分的加入不利于反应进行。

Claims

1.一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，其特征在于包括如下工艺步骤：

其中所述的烯丙醇聚氧乙烯醚的化学结构式如下：

Figure 2013103513705100001DEST_PATH_IMAGE002

式中：R为烯丙基； n <20；

Figure 2013103513705100001DEST_PATH_IMAGE004

式中：R为烯丙基； n <20。

2.根据权利要求1所述的一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，其特征在于：所述的步骤1）中固体氢氧化钠和氯化钙投料质量比为NaOH ：CaCl₂=（2—5）：1；所述的水H₂O的投料量为固体氢氧化钠和氯化钙的投料量之和以上；所述的步骤1）中的反应温度为90—120 ℃。

3.根据权利要求1所述的一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）中控制温度为大于25 ℃；所述的季铵盐类相转移催化剂采用四正丁基溴化铵、四乙基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵中的一种；所述的低温为30—45 ℃；所述的继续反应时间为2—8 h。

4.根据权利要求1所述的一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）中固体氢氧化钠和烯丙醇聚氧乙烯醚的投料摩尔比为NaOH : APEG = （1.5—2.5）: 1。

5.根据权利要求1所述的一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）中季铵盐类相转移催化剂和烯丙醇聚氧乙烯醚的投料质量比为P.T.C : APEG =（0.003—0.01）：1。

6.根据权利要求1所述的一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）中环氧氯丙烷和烯丙醇聚氧乙烯醚投料摩尔比为ECH : APEG =（1.5—4）: 1。

7.根据权利要求1所述的一种环氧丙基封端烯丙醇聚氧乙烯醚的制备方法，其特征在于：所述的步骤3）中通过加入硅酸镁、活性炭、酸性白土中的一种来对对粗产品进行精制。