CN106832250A - 一种用腰果酚或氢化腰果酚合成的汽油清净剂主剂聚醚胺及其制备方法 - Google Patents

一种用腰果酚或氢化腰果酚合成的汽油清净剂主剂聚醚胺及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用腰果酚或氢化腰果酚合成的汽油清净剂主剂聚醚胺，其通式如下:式中，m、n为聚醚链段的重复单元，其中，0≤m≤35，0≤n≤35，且8≤m+n≤35；R1为腰果酚基或氢化腰果酚基，R2为氢、甲基、乙基、异丙基或丁基中的一种。本发明采用天然、可再生的腰果酚或氢化腰果酚做为取代基，摒弃了现有技术采用化工产品做为取代基的做法，采用植物性基团，具有环保、可降解、成本低、原料来源广的优点。本发明提供的聚醚胺的化学结构独特，用作汽油清净剂主剂后，对汽油发动机进气系统和燃烧室的积碳具有明显的清净效果，大大提高了燃料的经济性、降低汽车尾气排放、提高车辆驱动性能。

Description

一种用腰果酚或氢化腰果酚合成的汽油清净剂主剂聚醚胺及 其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子有机胺类化合物，具体地说是一种用腰果酚或氢化腰果酚合成的汽油清净剂主剂聚醚胺及其制备方法。
背景技术
汽油中所含有的部分烯烃(特别是二烯烃)、芳烃及含硫、氮、氧化合物等不稳定组分在发动机相关部件的工作温度下会被空气氧化形成相应的粘附物，并随着汽车行驶里程数的增加生成坚硬的积碳：燃料喷嘴积碳(PFIDA)、进气阀积碳(IVD)、燃烧室积碳(CCD)。
汽油清净剂是一种表面活性物质，它可以把汽油中氧化形成的潜在沉积物分散、增溶于汽油中，阻止它们沉积在发动机的关键部位上。对于这些部位已经形成的沉积物，汽油中的洁净剂可以将它们从金属表面剥离下来，分散、胺溶于汽油中，使这些部位的作用恢复或接近达到新车机械参数状态。由于畅通了发动机的油路，汽油能够充分的燃烧，从而达到了减低油耗、提升动力、防锈环保的效果，同时也有效地降低了汽车的废气排放，减少了空气污染。目前，汽油清净分散剂在欧洲、美国等工业发达国家使用非常普遍。
汽油清净剂中起主要作用的添加剂(即主剂)是特定的高分子有机胺类化合物，主要为聚醚胺或聚异丁烯胺。
聚醚胺(Polyetheramine)是一类化学物质的通称，其分子结构中包含聚醚及胺类结构。聚醚是以低分子量的醇、胺或活泼氢的化合物为起始剂，与氧化烯烃在催化剂作用下开环聚合而成。聚醚品种很多，随着起始剂、氧化烯烃种类(环氧乙烷、环氧丙烷及环氧丁烷)及聚合度(即分子量大小)等的不同而有变化。胺类化合物可分伯胺胺、仲胺及叔胺，也可分为单胺、多胺，分子量也千差万别。故聚醚胺结构很多，性能各不相同。
目前在国内，主要以下述两项为代表，申请号：200710191281.3，专利名称为：用作汽油清净剂主剂的聚醚胺及其制备方法，和申请号：200610098259.X，专利名称为：多功能柴油清净剂。
但上述专利中，聚醚起始剂的取代基为C4-20烷基、壬基苯基、辛基苯基、十二烷基苯基、十五烷基苯基、二壬基苯基或2，6－二叔丁基对甲苯基苯中的一种，上述基团存在如下问题：1、成本高。2、非天然产物。本发明采用的起始剂为天然、环保、可再生的腰果酚或氢化腰果酚，具有价格低、性价比高的特点。
发明内容
本发明的目的是：提供一种用腰果酚或氢化腰果酚合成的汽油清净剂主剂聚醚胺及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种用腰果酚或氢化腰果酚合成的汽油清净剂主剂聚醚胺，其通式如下:
式中，m、n为聚醚链段的重复单元，其中，0≤m≤35，0≤n≤35，且8≤m+n≤35；R1为腰果酚基或氢化腰果酚基，R2为氢、甲基、乙基、异丙基或丁基中的一种。
进一步的：分子量在700-3000之间。
本发明还公开了上述聚醚胺的制备方法，包括如下步骤:
A)聚醚的制备
将起始剂和催化剂氢氧化钾或氢氧化钠加入反应釜中，加热升温至110℃，在真空下脱水至无水分馏出，充氮气，再抽真空，然后，将温度升至140℃，将环氧丙烷或环氧丁烷压入反应釜，在压力为0.15－0.6MPa，温度为150－180℃条件下反应，当反应釜中压力不再下降时反应结束；冷却后，用酸性活性白土进行中和脱色，并吸附钾离子或钠离子，然后经过滤、精制，即得到聚醚；
所述起始剂为腰果酚或氢化腰果酚，所述催化剂氢氧化钾或氢氧化钠的用量为起始剂重量的1.0－1.8％，环氧丙烷或环氧丁烷的用量根据所制聚醚的分子量确定，酸性活性白土用量为所制聚醚重量的2-5％；
所制聚醚具有通式所示化学结构:
式中，m、n为聚醚链段的重复单元，其中0≤m≤35，0≤n≤35，且8≤m+n≤35；R1为腰果酚基或氢化腰果酚基；
B)聚醚在间隙釜式反应器中临氢氨化制备聚醚胺
在高压釜中，加入步骤A)制得的聚醚、雷尼镍催化剂、胺类化合物及氢气，在反应温度180－300℃，反应压力5.0－2 0.0MPa下进行临氢氨化，反应时间3－8小时；反应后经冷却、过滤、减压蒸馏，除去水及过量的胺类化合物，即制得聚醚胺；
前述雷尼镍催化剂加入量为所制聚醚质量的3-15％，胺类化合物加入量为所制聚醚中羟基摩尔数的3-15倍，氢气加入量为所制聚醚中羟基摩尔数的0.5-8倍；胺类化合物由下式表示:R2-NH2
式中：R2为氢、甲基、乙基、异丙基或丁基中的一种。
优选的：步骤A)的脱水时间为0.5-1小时；中和后的PH值为7；所述过滤采用布氏漏斗过滤。
优选的：步骤A)所述精制是将过滤后的溶液在温度100-110℃、真空度在0.09-0.lMPa下脱除水及易挥发物。
优选的：步骤B)所述冷却为自然冷却；所述过滤是采用布氏漏斗真空抽滤；所述减压蒸馏是在温度100-1l0℃、真空度为0.09-0.1MPa下进行，以除去水及过量的胺类化合物。
优选的：步骤B)所述雷尼镍催化剂选自二元、三元或四元镍合金。
本发明的有益效果是：本发明采用天然、可再生的腰果酚或氢化腰果酚做为取代基，摒弃了现有技术采用化工产品做为取代基的做法，采用植物性基团，具有环保、可降解、成本低、原料来源广的优点。本发明提供的聚醚胺的化学结构独特，用作汽油清净剂主剂后，对汽油发动机进气系统和燃烧室的积碳具有明显的清净效果，大大提高了燃料的经济性、降低汽车尾气排放、提高车辆驱动性能。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的内容。
实施例1
腰果酚(Cardanol)是一种从天然腰果壳油中经先进技术提炼而成，可以代替或者部分代替苯酚用于制造环氧固化剂、液体酚醛树脂、液体或者粉末状的热固性酚醛树脂，腰果酚以其特殊的化学结构还具有以下特点：1.含苯环结构，具有耐高温性能；2.极性的羟基可提供体系对接触面的润湿和活性；3.间位(腰果酚和氢化腰果均为间位，以下涉及用分子式表示，省略“间位”字样)含不饱和双键的碳15直链，能提供体系良好的韧性，优异的憎水性和低渗透性和自干性。腰果酚的分子式可表示为：HO(C6H4)C15H27(间)；其分子结构式为：
氢化腰果酚的分子式可表示为：HO(C6H4)C15H31(间)；其分子结构式为：
本实施例以腰果酚为起始剂，合成一种用腰果酚合成的汽油清净剂主剂聚醚胺，其分子结构式如下:
本实施例中所述聚醚胺的制备方法，包括如下步骤:
A)聚醚的制备.
将100克腰果酚和1.5克氢氧化钾的混合物加入1升不锈钢反应釜中，加热升温至约110℃，在真空下脱水0.5-1小时，至无水分馏出，充氮气，再抽真空，然后，将温度升至140℃左右，将240克环氧丙烷连续压入反应釜，控制环氧丙烷加料速度，保持反应釜压力在0.15-0.6MPa，保持反应温度在150-180℃，反应至釜中压力不再下降为止。冷却后，倒入烧杯中，加入20克酸性活性白土进行中和脱色，并吸附钾离子，然后用布氏漏斗真空抽滤，过滤后溶液在温度100-110℃，真空度在0.09-0.lMPa下脱除水及易挥发物，即得到聚醚产品。其化学结构式为:
B)聚醚在间隙釜式反应器中临氢氨化制备聚醚胺：
在l升高压釜中，加入500g步骤A)制得的聚醚、45g雷尼镍催化剂(二元镍合金)、60-80g液氨及0.25-0.40mol氢气，在反应温度200-240℃、反应压力10.0-14.0MPa下进行临氢氨化，反应时间4-6小时。反应后经自然冷却，冷却至温度约80℃，然后用布氏漏斗真空抽滤，并在温度l00-110℃、真空度约0.095Mpa下减压蒸馏，除去水及过量液氨，即制得本实施例所述聚醚胺，产品分子量约1058，产品转化率为95％。
实施例2
与实施例1方法相同，调整加入原料种类和量以制备不同的产物。
将100g氢化腰果酚和1.70g氢氧化钠的混合物加入1升不锈钢反应釜中，加热升温至约110摄氏度，在真空下脱水0.5-1小时，至无水分馏出，冲氮气，再抽真空，然后，将温度升至140℃左右，将295g环氧丙烷压入反应釜，控制加料速度，保持反应釜压力在0.15-0.6MPa，保持反应温度在150-180℃,反应至釜中压力不再下降为止。冷却后，倒入烧杯中，加入24克酸性活性白土进行中和脱色，并吸附钠离子，然后用布氏漏斗真空抽滤，过滤后溶液在温度100-110℃，真空度在0.09-0.1MPa下脱除水及易挥发物，即得如下所示聚醚产品,聚醚的化学结构式为:
在1升高压釜中，加入500g上述聚醚、38g雷尼镍催化剂(三元银合金)、50-75g液氨及0.25-0.40mol氢气，在反应温度200-240℃，反应压力10-14MPa下进行临氢氨化，反应时间4-6小时，反应后经自然冷却，冷却至温度约80℃，然后用布氏漏斗真空抽滤，并在温度100-110℃、真空度约0.095MPa下减压蒸馏，除去水及过量液氨，即制得如下所示聚醚胺。产品分子量约1232，转化率约93％。所制得的聚醚胺的化学结构式为:
实施例3
与实施例1方法相同，调整加入原料种类和量以制备不同的产物。
将100克腰果酚和1.6克氢氧化钾的混合物加入1升不锈钢反应釜中，加热升温至约110℃，在真空下脱水0.5-1小时，至无水分馏出，充氮气，再抽真空，然后，将温度升至140℃左右，将约355克环氧丁烷连续压入反应釜，控制环氧丁烷加料速度，保持反应釜压力在0.15-0.6MPa，保持反应温度在150-180℃，反应至釜中压力不再下降为止。冷却后，倒入烧杯中，加入20克酸性活性白土进行中和脱色，并吸附饵离子，然后用布氏漏斗真空抽滤，过滤后溶液在温度100-110℃，真空度在0.09-0.lMPa下脱除水及易挥发物，即得到聚醚产品。其化学结构式为:
在l升高压釜中，加入500g上述聚醚、45g雷尼镍催化剂(二元镍合金)、60-80g液氨及0.25-0.40mol氢气。在反应温度200-240℃，反应压力10-14MPa下进行临氢氨化，反应时间4-6小时，反应后经自然冷却，冷却至温度约80℃，然后用布氏漏斗真空抽滤，并在温度l00-110℃、真空度约0.095MPa下减压蒸馏，除去水及过量液氨，即制得一种聚醚胺，产品分子量约1385，转化率约94％，其化学结构式为:
实施例4
与实施例1方法相同，调整加入原料种类和量以制备不同的产物。
将100g氢化腰果酚和1.50g氢氧化钾的混合物加入1升不锈钢反应釜中，加热升温至约110℃，在真空下脱水0.5-1小时，至无水分馏出，充氮气，再抽真空，然后，将温度升至140℃左右，将190g环氧丙烷压入反应釜，反应1.5小时后再将190g环氧丁烷压入反应釜，控制加料速度，保持反应釜压力在0.15-0.6MPa，保持反应温度在150-180℃,反应至釜中压力不再下降为止。冷却后，倒入烧杯中，加入22克酸性活性白土进行中和脱色，并吸附钾离子，然后用布氏漏斗真空抽滤，过滤后溶液在温度100-110℃，真空度在0.09-0.1MPa下脱除水及易挥发物，即得到聚醚产品。
其化学结构式为:
在l升高压釜中，加入500g上述聚醚、38g雷尼镍催化剂(三元镍合金)、60-80g液氨及0.28-0.40mol氢气。在反应温度200-240℃，反应压力10-14MPa下进行临氢氨化，反应时间4-6小时，反应后经自然冷却，冷却至温度约80℃，然后用布氏漏斗真空抽滤，并在温度l00-110℃、真空度约0.09MPa下减压蒸馏，除去水及过量液氨，即制得一种聚醚胺，产品分子量约1460，转化率约93％，其化学结构式为:
以上所述，仅为发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用腰果酚或氢化腰果酚合成的汽油清净剂主剂聚醚胺，其特征在于：其通式如下:
式中，m、n为聚醚链段的重复单元，其中，0≤m≤35，0≤n≤35，且8≤m+n≤35；R1为腰果酚基或氢化腰果酚基，R2为氢、甲基、乙基、异丙基或丁基中的一种。
2.如权利要求1所述的聚醚胺，其特征在于：分子量在700-3000之间。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：包括如下步骤:
A)聚醚的制备
将起始剂和催化剂氢氧化钾或氢氧化钠加入反应釜中，加热升温至110℃，在真空下脱水至无水分馏出，充氮气，再抽真空，然后，将温度升至140℃，将环氧丙烷或环氧丁烷压入反应釜，在压力为0.15－O.6MPa，温度为150－180℃条件下反应，当反应釜中压力不再下降时反应结束；冷却后，用酸性活性白土进行中和脱色，并吸附钾离子或钠离子，然后经过滤、精制，即得到聚醚；
所述起始剂为腰果酚或氢化腰果酚，所述催化剂氢氧化钾或氢氧化钠的用量为起始剂重量的1.0－1.8％，环氧丙烷或环氧丁烷的用量根据所制聚醚的分子量确定，酸性活性白土用量为所制聚醚重量的2-5％；
所制聚醚具有通式所示化学结构:
式中，m、n为聚醚链段的重复单元，其中0≤m≤35，0≤n≤35，且8≤m+n≤35；R1为腰果酚基或氢化腰果酚基；
B)聚醚在间隙釜式反应器中临氢氨化制备聚醚胺
在高压釜中，加入步骤A)制得的聚醚、雷尼镍催化剂、胺类化合物及氢气，在反应温度180－300℃，反应压力5.0－20.0MPa下进行临氢氨化，反应时间3－8小时；反应后经冷却、过滤、减压蒸馏，除去水及过量的胺类化合物，即制得聚醚胺；
前述雷尼镍催化剂加入量为所制聚醚质量的3-15％，胺类化合物加入量为所制聚醚中羟基摩尔数的3-15倍，氢气加入量为所制聚醚中羟基摩尔数的0.5-8倍；胺类化合物由通式表示:R2-NH2,
式中,R2为氢、甲基、乙基、异丙基或丁基中的一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤A)的脱水时间为0.5-1小时；中和后的PH值为7；所述过滤采用布氏漏斗过滤。
5.根据权利要求3或4所述聚醚胺的制备方法，其特征在于：步骤A)所述精制是将过滤后的溶液在温度100-110℃、真空度在0.09-0.1MPa下脱除水及易挥发物。
6.根据权利要求3或4或5所述的制备方法，其特征在于：步骤B)所述冷却为自然冷却；所述过滤是采用布氏漏斗真空抽滤；所述减压蒸馏是在温度100-1l0℃、真空度为0.09-0.1MPa下进行，以除去水及过量的胺类化合物。
7.根据权利要求3-6任一所述的制备方法，其特征在于：步骤B)所述雷尼镍催化剂选自二元、三元或四元镍合金。
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