CN103804677A - 一种二烯基胺聚醚及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二烯基胺聚醚及其制备方法和应用,所述的二烯基胺聚醚采用下列结构式(1)表达:其中,R1、R2为碳原子数3~10的烯基;m>1,n≥0,q≥0。本发明提供的二烯基胺聚醚具有两个不饱和度的链段及很好的聚合活性,用于合成聚合物分散剂和聚羧酸高性能减水剂产品,可以提高产品的分散性。本发明提供的二烯基胺聚醚的制备方法简单,条件易控,反应平稳安全,产率较高,不使用有机溶剂,不产生对人体有害的物质,避免了环境污染。本发明还提供所述二烯基胺聚醚在合成工业用高分子聚合物中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚醚,具体的说,涉及一种二烯基胺聚醚及其制备方法和在工业中所用的高分子聚合物合成中的应用。
背景技术
随着混凝土行业的快速发展,利用混凝土减水剂制备高性能混凝土越来越得到人们的重视,其中,聚羧酸减水剂已成为国内外当前研究的热点,该类减水剂具有很多独特的优点,如具有较高的减水率,在低水灰比的条件下具有很好的坍落度保持性,对不同的水泥具有相对好的适应性等。
目前,聚羧酸减水剂主要是通过含有不饱和键的反应性聚醚大单体与不饱和羧酸进行共聚而制得。其中,使用最为广泛的反应性聚醚大单体主要有聚氧乙烯单甲醚、烯丙基聚氧乙烯/丙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯/丙烯醚、异戊烯基聚氧乙烯/聚氧丙烯醚等。这些聚醚大单体通过共聚后,在混凝土超塑化剂分子中引入长的聚醚侧链,为超塑化剂在水泥颗粒表面提供一定的空间位阻作用。但是,关于聚羧酸减水剂的研究,还只是限于不同聚醚大单体与不同不饱和羧酸的共聚,且选用的聚醚大单体的种类比较单一,使得聚羧酸减水剂很难在性能上得到本质的改善。
为了改善聚羧酸减水剂的性能,需要进一步丰富聚醚大单体的种类,提高其在混凝土中发挥的重要作用,增强聚羧酸减水剂的分散性及其它特殊性能,有必要对于聚醚大单体进行深入研究,设计并优化聚醚大单体的分子结构,用以制备性能优异的聚羧酸减水剂。
此外,随着水处理、洗涤、造纸和高分材料等领域的发展,也需要新的聚醚大单体的分子结构出现,来提高现有产品的性能。因此,开发新的功能性聚合单体具有很重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足,提供一种二烯基胺聚醚,该聚醚的双键保留率高,总胺值与叔胺值相差小,具有很好的聚合反应活性和分子结构可控性。
本发明的另一目的是提供一种工艺简单、条件易控、产率较高、不使用有机溶剂的二烯基胺聚醚的制备方法,
本发明的再一个目的是提供所述的二烯基胺聚醚在合成工业中所用的高分子聚合物中的应用。
根据本发明的一方面,提供一种二烯基胺聚醚,其可以作为聚合物分散剂和聚羧酸减水剂的原料使用,其结构采用下式(1)表示:
其中,R1、R2为碳原子数3~10的烯基;m>1,n≥0,q≥0。
所述的二烯基胺聚醚的数均分子量为200~10000。
根据本发明的另一方面,提供一种二烯基胺聚醚的制备方法,包括如下步骤:
(1)在负压下,向反应釜中加入二烯基胺和催化剂,充氮气置换反应釜中的空气后,将反应釜内的物料加热到90~100℃,缓慢加入环氧烷烃进行加成反应,反应温度为90~130℃,反应压力小于0.5MPa,加完环氧烷烃后在90~130℃保温反应至少30min,再降温冷却至50~80℃;其中,二烯基胺和环氧烷烃的摩尔比为1∶(2~12)。
(2)向反应釜中补加催化剂,再充氮气置换反应釜中的空气,抽真空,加热到90~100℃,然后加入环氧烷烃进行加成反应,反应温度为90~130℃,反应压力小于0.5MPa,加完环氧烷烃后在90~130℃保温反应至少30min,再降温冷却至50~80℃,出料,再加入中和试剂,进行中和反应,中和至PH5~7,即得到所述二烯基胺聚醚;其中,二烯基胺和环氧烷烃的摩尔比为1∶(2~256)。
所述二烯基胺聚醚的制备方法采用两步法,首先保证在步骤(1)中二烯基胺与环氧烷烃反应时,使仲胺尽量全部转成叔胺,从而使步骤(2)制备出的二烯基聚醚的总胺值与叔胺值之差尽量小;另外,使得反应更加充分,减少副产物的含量。为使每一步反应都可以平稳地进行,催化剂的加入方式也是需要分步的,所述的每一步催化剂的质量为:
步骤(1)用催化剂为二烯基胺和环氧烷烃原料总质量的0.02~0.5%;
步骤(2)用催化剂为二烯基胺和环氧烷烃原料总质量的0.05~0.6%。
优选的,两步反应结束后,二烯基胺和环氧烷烃总的摩尔比为1∶(2.3~256)。
所述的环氧烷烃为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷中的一种或一种以上的混合物。所述环氧烷烃与二烯基胺进行加成反应时,反应温度为95~120℃。
所述的催化剂包括但不限于固体甲醇钠、甲醇钠甲醇溶液、碱金属与碱土金属的氢化物、氧化物或氢氧化物中的一种或一种以上的混合物。
优选的,所述的碱金属可以为钠。
上述烷氧基化反应后,产物的碱性较强,强碱性条件不利于产品的储存,如需提高产品的存储稳定性,要加入中和试剂进行酸碱中和处理,调节PH值至5-7。
优选的,所述的中和试剂选自乙酸、甲酸、磷酸、乳酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸或酒石酸中的一种或种以上的混合物。
根据本发明的再一方面,还提供所述的二烯基胺聚醚在合成工业中所用的高分子聚合物中的应用。
优选的,所述的工业中所用的高分子聚合物是聚羧酸减水剂、水处理剂、聚氨酯、高分子表面活性剂或高分子树脂。
进一步优选的,所述的应用作为原料应用于合成聚合物分散剂和聚羧酸高性能减水剂。
由于上述技术方案的采用,与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)现有用于聚合物分散剂和聚羧酸高性能减水剂合成的聚醚都只有一个不饱和键,本发明的二烯基胺聚醚具有两个不饱和键及很好的聚合活性,作为原料合成聚合物分散剂和聚羧酸减水剂时,可以大幅度提高产品的分散性等特殊性能,使得合成的聚羧酸盐减水剂具有良好的分散性,提高了其与水泥的相容性。
(2)利用本发明的方法制备得到的二烯基胺聚醚的分子量可控,能生产数均分子量为200~10000的任意指定分子量的聚醚产品,聚醚的分子量分布窄,合成的聚醚产品品质优越。
(3)利用本发明的方法制备得到的二烯基胺聚醚色泽好,双键保留率高,总胺值与叔胺值相差小,可以作为合成对混凝土具有优异的坍落度保持性能的聚羧酸减水剂的原料。
(4)本发明制备方法简单,条件易控,反应平稳安全,产率较高,不使用有机溶剂,不产生对人体有害的物质,避免了环境污染。装置单批生产量大,最大程度上确保了聚醚产品的质量。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种二烯基胺聚醚,其结构采用下式(1)表示:
其中,R1、R2为碳原子数3~10的烯基;m>1,n≥0,q≥0。
上述实施例的二烯基胺聚醚具有两个不饱和度的链段及很好的聚合活性,双键保留率高,作为原料合成聚合物分散剂和聚羧酸减水剂时,可以大幅度提高产品的分散性等特殊性能,使得合成的聚羧酸盐减水剂具有良好的分散性,提高了其与水泥的相容性。
本发明实施例还提供了一种二烯基胺聚醚的制备方法,包括如下步骤:
(1)在负压下,向反应釜中加入二烯基胺和催化剂,充氮气置换反应釜中的空气后,将反应釜内的物料加热到90~100℃,缓慢加入环氧烷烃进行加成反应,反应温度为90~130℃,反应压力小于0.5MPa,加完环氧烷烃后在90~130℃保温反应至少30min,再降温冷却至50~80℃;其中,二烯基胺和环氧烷烃的摩尔比为1∶(2~12)。
(2)向反应釜中补加催化剂,再充氮气置换反应釜中的空气,抽真空,加热到90~100℃,然后加入环氧烷烃进行加成反应,反应温度为90~130℃,反应压力小于0.5MPa,加完环氧烷烃后在90~130℃保温反应至少30min,再降温冷却至50~80℃,出料,再加入中和试剂,进行中和反应,中和至PH5~7,即得到所述二烯基胺聚醚;其中,二烯基胺和环氧烷烃的摩尔比为1∶(2~256)。
上述实施例的制备方法简单,条件易控,反应平稳安全,产率较高,不使用有机溶剂,不产生对人体有害的物质,避免了环境污染。
以下结合具体实施例对上述二烯基胺聚醚的制备方法进行详细阐述。
实施例1
二异丁烯基胺聚氧乙烯醚,其制备方法如下:
第一步,在负压下、向干净干燥的4L的反应釜中投入125克的二异丁烯基胺与1.0克甲醇钠作为催化剂,充氮气置换釜中的空气,将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢加入环氧乙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量共为275克,加完环氧乙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃。
第二步,将第一步的反应釜抽真空,在负压的条件下加入50%甲醇钠的甲醇溶液4.8克作为催化剂,再充氮气置换釜中的空气,边抽真空、边升温,温度达到60℃,停止加热,保证抽真空时间30分钟以上,停抽真空;将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢加入环氧乙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量共为800克,加完环氧乙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃出料,后加入中和试剂草酸,进行中和反应,中和至PH5~7,即得到二异丁烯基胺聚氧乙烯醚。
实施例2
二异丁烯基胺聚氧乙烯醚,其制备方法如下:
第一步,在负压下、向干净干燥的4L的反应釜中投入125克的二异丁烯基胺与1.0克甲醇钠作为催化剂,充氮气置换釜中的空气,将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢加入环氧乙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量共为275克,加完环氧乙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃。
第二步,将第一步的反应釜抽真空,在负压的条件下加入50%甲醇钠的甲醇溶液9.0克作为催化剂,再充氮气置换釜中的空气,边抽真空、边升温,温度达到60℃,停止加热,保证抽真空时间30分钟以上,停抽真空;将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢加入环氧乙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量共为2000克,加完环氧乙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃出料,后加入中和试剂草酸,进行中和反应,中和至PH5~7,即得到二异丁烯基胺聚氧乙烯醚。
实施例3
二异丁烯基胺聚氧乙烯醚,其制备方法如下:
第一步,在负压下、向干净干燥的4L的反应釜中投入125克的二异丁烯基胺与1.5克甲醇钠作为催化剂,充氮气置换釜中的空气,将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢加入环氧乙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量共为475克,加完环氧乙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃,将反应产物放出一半。
第二步,将第一步的反应釜抽真空,在负压的条件下加入50%甲醇钠的甲醇溶液8.0克作为催化剂,再充氮气置换釜中的空气,边抽真空、边升温,温度达到60℃,停止加热,保证抽真空时间30分钟以上,停抽真空;将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢加入环氧乙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量共为1700克,加完环氧乙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃出料,后加入中和试剂草酸,进行中和反应,中和至PH5~7,即得到二异丁烯基胺聚氧乙烯醚。
实施例4
二异丁烯基胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚,其制备方法如下:
第一步,在负压下、向干净干燥的4L的反应釜中投入125克的二异丁烯基胺与1.5克甲醇钠作为催化剂,充氮气置换釜中的空气,将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢加入环氧丙烷45克,95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止;再通入430克环氧乙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,环氧烷烃反应压力小于0.5MPa,加完环氧乙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃,将反应产物放出一半。
第二步,将第一步的反应釜抽真空,在负压的条件下加入50%甲醇钠的甲醇溶液8.0克作为催化剂,再充氮气置换釜中的空气,边抽真空、边升温,温度达到60℃,停止加热,保证抽真空时间30分钟以上,停抽真空;将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢加入环氧乙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量共为1700克,加完环氧乙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃出料,后加入中和试剂草酸,进行中和反应,中和至PH5~7,即得到二异丁烯基胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚。
实施例5
二异丁烯基胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚,其制备方法如下:
第一步,在负压下、向干净干燥的4L的反应釜中投入125克的二异丁烯基胺与1.5克甲醇钠作为催化剂,充氮气置换釜中的空气,将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢同时加入环氧乙烷和环氧丙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量为430克,环氧丙烷的加入量为45克,加完环氧乙烷与环氧丙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃,将反应产物放出一半。
第二步,将第一步的反应釜抽真空,在负压的条件下加入50%甲醇钠的甲醇溶液8.0克作为催化剂,再充氮气置换釜中的空气,边抽真空、边升温,温度达到60℃,停止加热,保证抽真空时间30分钟以上,停抽真空;将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢同时加入环氧乙烷与环氧丙烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量为1558克,环氧丙烷的加入量为142克,加完环氧乙烷与环氧丙烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃出料,后加入中和试剂草酸,进行中和反应,中和至PH5~7即得到二异丁烯基胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚。
实施例6
二异丁烯基胺聚氧乙烯聚氧丁烯醚,其制备方法如下:
第一步,在负压下、向干净干燥的4L的反应釜中投入125克的二异丁烯基胺与1.5克甲醇钠作为催化剂,充氮气置换釜中的空气,将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢同时加入环氧乙烷和环氧丁烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量为430克,环氧丁烷的加入量为45克,加完环氧乙烷与环氧丁烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃,将反应产物放出一半。
第二步,将第一步的反应釜抽真空,在负压的条件下加入50%甲醇钠的甲醇溶液8.0克作为催化剂,再充氮气置换釜中的空气,边抽真空、边升温,温度达到60℃,停止加热,保证抽真空时间30分钟以上,停抽真空;将物料加热到90~100℃,停止加热,缓慢同时加入环氧乙烷与环氧丁烷进行加成反应,反应温度为95~120℃,反应压力小于0.5MPa,环氧乙烷的加入量为1558克,环氧丁烷的加入量为142克,加完环氧乙烷与环氧丁烷后在95~120℃保温反应至少30min,至釜内压力不再下降为止,再降温冷却至50~80℃出料,后加入中和试剂草酸,进行中和反应,中和至PH5~7即得到二异丁烯基胺聚氧乙烯聚氧丁烯醚。
将上述实施例1至6得到的二烯基胺聚氧烷基醚,分别对其色泽、总胺值及叔胺值进行测定,结果见表1:
表1
根据表1实施例1~6可以看出,采用本发明的方法制备得到的二烯基胺聚醚色泽好,双键保留率高,总胺值与叔胺值相差小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的二烯基胺聚醚,其特征在于:所述的二烯基胺聚醚的数均分子量为200~10000。
3.权利要求1所述的二烯基胺聚醚的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在负压下,向反应釜中加入二烯基胺和催化剂,充氮气置换反应釜中的空气后,再将反应釜内物料加热到90~100℃,缓慢加入环氧烷烃进行加成反应,反应温度为90~130℃,反应压力小于0.5MPa,加完环氧烷烃后在90~130℃保温反应至少30min,再降温冷却至50~80℃;其中,二烯基胺和环氧烷烃的摩尔比为1∶(2~12)。
(2)向经过步骤(1)反应的高压反应器中补加催化剂,充氮气置换反应釜中空气,抽真空,抽真空时间不少于30min,然后加热到90~100℃,加入环氧烷烃进行加成反应,反应温度为90~130℃,反应压力小于0.5MPa,加完环氧烷烃后在90~130℃保温反应至少30min,再降温冷却至50~80℃出料,后加入中和试剂,进行中和反应,中和至PH5~7,即得到所述二烯基胺聚醚;其中,二烯基胺和环氧烷烃的摩尔比为1∶(2~226)。
4.根据权利要求3所述的二烯基胺聚醚的制备方法,其特征在于:步骤(1)和步骤(2)中,二烯基胺和环氧烷烃总的摩尔比为1∶(2.3~256)。
5.根据权利要求3所述的二烯基胺聚醚的制备方法,其特征在于:步骤(1)与步骤(2)所述的环氧烷烃为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷中的一种或一种以上的混合物,其与二烯基胺加成反应温度为95~120℃。
6.根据权利要求3所述的二烯基胺聚醚的制备方法,其特征在于:步骤(1)与步骤(2)所述的催化剂为固体甲醇钠、甲醇钠甲醇溶液、碱金属与碱土金属的氢化物、氧化物或氢氧化物中的一种或一种以上的混合物。
7.根据权利要求3所述的二烯基胺聚醚的制备方法,其特征在于:所述催化剂的质量为:步骤(1)用催化剂为二烯基胺和环氧烷烃原料总质量的0.02~0.5%;步骤(2)用催化剂为二烯基胺和环氧烷烃原料总质量的0.05~0.6%。
8.根据权利要求书3所述的二烯基胺聚醚的制备方法,其特征在于:在步骤(2)中,所述的中和试剂选自乙酸、甲酸、磷酸、乳酸、乙二酸(草酸)、丙二酸、丁二酸或酒石酸中的一种或种以上的混合物。
9.权利要求1所述的二烯基胺聚醚在合成工业中所用的高分子聚合物中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于:所述的工业中所用的高分子聚合物是聚羧酸减水剂、水处理剂、聚氨酯、高分子表面活性剂或高分子树脂。
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CN105778009A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-07-20 | 联泓(江苏)新材料研究院有限公司 | 一种早强型聚羧酸减水剂及其制备方法和一种水泥掺混物 |
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