CN109111413B - 一种全生物植物油多元醇及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全生物植物油多元醇及其制备方法和应用,所述方法包括将环氧植物油与式III化合物在第二微结构反应器中反应,得到植物油多元醇。与现有技术相比,本发明采用了新型、绿色的开环试剂,制备得到的多元醇结构新颖,羟值较高且分布均匀,粘度较低,可完全替代传统石化多元醇应用于聚氨酯泡沫材料的制备。同时,本发明工艺方法简单,产品无需进一步处理,适合工业生产。

Description

一种全生物植物油多元醇及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于化工材料及其生产技术领域,具体涉及一种全生物植物油多元醇及其制备方法和应用,且本发明合成的全生物植物油多元醇适用于制备聚氨酯材料。
背景技术
聚氨酯是由异氰酸酯和多元醇反应而制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复单元结构,广泛用于泡沫塑料、表面涂料、粘合剂、密封剂和复合剂材料等领域。聚氨酯材料性能优异,用途广泛制品种类多,其中以聚氨酯泡沫塑料用途最为广泛。目前,石化燃料资源的消耗和对环境问题的日益关注迫使全球研究人员使用植物油制备聚氨酯。
植物油多元醇主要应用于制备聚氨酯领域,其制备的植物油基聚氨酯材料完全符合环境保护的要求;并且由于植物油的主要成分脂肪酸甘油酯的疏水性,植物油基聚氨酯材料具有优异的理化性能,特别是具备更好的疏水性和热稳定性。因此植物油多元醇及其聚氨酯材料得到了迅速的发展。
植物油多元醇是重要的可再生资源,能够与异氰酸酯类化合物反应生成聚氨酯,是石油基多元醇的良好代替原料。近年来合成植物油多元醇的方法主要有:1)将植物油与多元醇进行醇解反应,生成多羟基化合物;2)利用臭氧氧化植物油中的不饱和双键,生成带有端位羟基的多羟基化合物;3)将植物油氧化为环氧植物油,然后通过水解、加氢、甲酯化或卤化等处理生成多羟基化合物。
上述的合成植物油多元醇的方法中,方法1)和方法3)采用较多。CN1837180A和CN101139252A分别以菜籽油和小桐子油为主要原料,经醇解/环氧化/开环三步反应制得植物油多元醇。CN10106016A以橡胶籽油为主要原料,经环氧化/开环两步反应制得植物油多元醇。CN1907944A直接以环氧菜籽油为主要原料经开环/醇解两步反应制得植物油多元醇。CN101659627A由环氧植物油与二醇胺同时发生环氧基开环反应和酯基酰胺化反应,制得植物油多元醇。
以上专利制得的植物油多元醇主要基于环氧基开环,均通过间歇式反应釜进行反应,主要存在以下弊端:1)反应时间长;2)能耗较高;3)设备自控水平低;4)交联副反应导致产品羟值低,粘度大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题,提供一种全生物植物油多元醇,所述全生物植物油多元醇结构新颖,羟值高,粘度低,可完全替代石化多元醇应用于聚氨酯泡沫材料领域。
本发明的另一个目的是提供所述全生物植物油多元醇的制备方法,所述方法绿色环保,产品无需后处理,操作简单。
本发明的最后一个目的是提供所述全生物植物油多元醇在制备聚氨酯中的应用。
为实现上述目的,本发明技术方案如下:
一种全生物植物油多元醇的制备方法,包括将环氧植物油与式III化合物在第二微结构反应器中反应,得到植物油多元醇
Figure BDA0001817524100000021
优选地,所述全生物植物油多元醇的制备方法,包括以下步骤:
(1)将双氧水、有机酸、催化剂和稳定剂制成的混合液与植物油同时泵入微通道模块化反应装置的第一微结构反应器中反应,得到包含环氧植物油的反应液;
(2)将步骤(1)得到的包含环氧植物油的反应液与式III化合物同时泵入微通道模块化反应装置的第二微结构反应器中反应,即得植物油多元醇
Figure BDA0001817524100000022
最优选地,所述全生物植物油多元醇的制备方法,包括以下步骤:
(1)将双氧水、有机酸、催化剂和稳定剂制成的混合液与植物油分别同时泵入微通道模块化反应装置的第一微混合器,充分混合后流入微通道模块化反应装置的第一微结构反应器中反应,得到包含环氧植物油的反应液;
(2)将步骤(1)得到的包含环氧植物油的反应液与式III化合物分别同时泵入微通道模块化反应装置的第二微混合器,充分混合后流入微通道模块化反应装置的第二微结构反应器中反应,即得植物油多元醇
Figure BDA0001817524100000031
步骤(1)中,所述双氧水的浓度为25~35wt%,优选为30wt%。所述有机酸为甲酸或乙酸,所述催化剂为硫酸或磷酸,优选为硫酸。所述稳定剂为乙二胺四乙酸(EDTA),所述植物油为橄榄油、花生油、菜籽油、棉籽油、大豆油、棕榈油、芝麻油、葵花油、亚麻油、桐油、红花油、米糠油、玉米油和茶油中的至少一种,优选为大豆油或菜籽油,更优选为大豆油。植物油双键、双氧水、有机酸、催化剂和稳定剂的摩尔比为1∶(6~20)∶(6~20)∶(0.02~0.4)∶(0.006~0.2),优选为1∶(12~20)∶(12~20)∶(0.2~0.4)∶(0.015~0.1)。
步骤(1)中,第一微结构反应器中反应温度为60~130℃,优选为90℃。反应停留时间为5~10分钟,优选为8分钟。反应压力为常压。第一微结构反应器的体积为20-60mL,植物油泵入微通道模块化反应装置的流速为0.5-1.0mL/min,优选为0.8ml/min。混合液泵入微通道模块化反应装置的流速为3.5-5.0mL/min,优选为4.7ml/min。
步骤(2)中,环氧植物油中的环氧基与式III化合物的摩尔比为1∶(1.5~4.5),优选为1∶(1.5~2.2)。
步骤(2)中,第二微结构反应器中反应温度为70~100℃,优选为85℃。反应停留时间6~10分钟,优选为8分钟。第二微结构反应器的体积为96-240mL,式III化合物泵入第二微混合器的流速为12.0-18.0ml/min,优选为16.5mL/min。
步骤(2)中,将第二微结构反应器的反应流出液通入油水分离器除去水相后,收集油相产物,即得植物油多元醇。
步骤(2)中,所述式III化合物由以下方法制备而成:
(a)将糠醇(式I化合物)溶解于反应溶剂中,在-10-10℃下滴加氯化亚砜,滴毕继续搅拌反应0.5-2小时,加水淬灭反应后,收集有机相并旋干反应溶剂,得无色液体(2-氯甲基呋喃,式II化合物);
(b)然后向所述无色液体中加入甘油和钠,继续搅拌,30-50℃下反应3-6小时,即得式III化合物。
式III化合物的合成路线如下:
Figure BDA0001817524100000041
步骤(a)所述反应溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、苯中的一种或几种,优选为二氯甲烷。糠醇、氯化亚砜、甘油和钠的摩尔比为1∶(1.0-2.0)∶(1.0-2.0)∶(1.0-2.0),优选为1∶(1.0-1.5)∶(1.0-1.5)∶(1.0-1.5)。
优选地,所述式III化合物由以下方法制备而成:
(a)将糠醇(式I化合物)溶解于反应溶剂中,在-5-0℃下滴加氯化亚砜,滴毕继续搅拌反应1-2小时,加水淬灭反应后,收集有机相并旋干反应溶剂,得无色液体(2-氯甲基呋喃,式II化合物);
(b)然后向所述无色液体中加入甘油和钠,继续搅拌,35-40℃下反应4小时,即得式III化合物。
所述的微通道模块化反应装置包括通过管道依次顺序连接的第一微混合器、第一微结构热交换器、第一管状温度控制模块、第一微结构反应器、第二微混合器、第二微结构热交换器、第二管状温度控制模块和第二微结构反应器。反应原料通过精确且低脉动的泵输入微混合器及其之后的设备中。
优选地,所述微通道模块化反应装置还包括油水分离器和接收器,第二微结构反应器的出料口、油水分离器和接收器依次顺序连接。
所述第一微混合器、第二微混合器的型号为slit plate mixer LH25。
所述第一微结构热交换器、第二微结构热交换器的型号为coaxial heatexchanger。
所述第一管状温度控制模块、第二管状温度控制模块的作用为精确控制温度。
所述第一微结构反应器、第二微结构反应器的型号各自独立地为meanderreactor HC、sandwich reactor HC、fixed bed meander reactor HC或哈氏合金微通道反应器。
本发明所述的方法制备得到的全生物植物油多元醇。
本发明所述的全生物植物油多元醇在制备聚氨酯泡沫中的应用。
植物油中含有不饱和碳碳双键,经Prileshajev环氧化反应生成环氧基,随后环氧基经开环反应引入羟基,通常使用的开环试剂主要有小分子的醇、醇胺或羧酸,其中对于单官能度的开环试剂,产物的羟值偏低,对于多官能的开环试剂,由于各羟基毗邻,存在反应中的单分子开环试剂开环多个油脂分子中的环氧基的情况,加之新生成的羟基同样参与开环反应,造成油脂分子聚合到一起,使产物黏度多大,羟值较低。将糠醇与甘油反应,可在开环试剂中引入呋喃环并只保留一个伯羟基,可以有效的提高产品的力学性能,降低产品的粘度。
本发明选用特定的多羟基化合物作为开环试剂,该开环试剂是以糠醇和甘油为起始原料制得的全生物多羟基化合物。本发明使用的多羟基化合物结构新颖,官能度适中,可保证其开环制备的植物油多元醇具有较低的粘度和较高的羟值,且基于此植物油多元醇的聚氨酯泡沫材料性能优良。此外,本发明选用的催化剂用量极少,微量残余不影响多元醇的使用,产物无须进一步精制处理,工艺简单。
有益效果:与现有技术相比,本发明采用绿色新型的开环试剂,制备得到的植物油多元醇结构新颖,羟值高并且分布均匀,粘度较低,可完全替代传统的石化多元醇应用于聚氨酯泡沫材料的制备中。同时,本发明制备方法为连续操作,制备工艺简单易控制,反应时间短,操作方便,能耗低,副反应少,反应效率高,所得的产物无需进一步处理,非常适合工业化生产。本发明在反应方式上,采用微通道模块化反应装置,可有效的提高反应效率,控制副反应的发生,降低能耗。
附图说明
图1为微通道模块化反应装置示意图。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本发明。
本发明对所制备的植物油多元醇和聚氨酯泡沫材料的相关测定方法如下:
(1)根据GB/T 12008.3-2009测羟值;
(2)根据GB/T 12008.7-2010测粘度;
(3)根据GB/T 6343-2009测定泡沫塑料的表观密度;
(4)根据GB/T 8813-2008的测定硬质泡沫塑料的压缩强度,取发泡垂直方向截面为压缩面,压缩速率为5mm/min,取样品10%变形量时的测试值作为材料的压缩强度;
(5)根据GB/T 11548-1989测定硬质泡沫塑料的冲击强度,冲击强度用来表征材料在高速冲击状态下的韧性或对断裂的抵抗能力;
(6)根据GB/T 8811-2008测定硬质泡沫塑料的尺寸稳定性。
以下实施例所述微通道模块化反应装置,如图1所示,包括通过管道依次顺序连接的第一微混合器、第一微结构热交换器、第一管状温度控制模块、第一微结构反应器、第二微混合器、第二微结构热交换器、第二管状温度控制模块、第二微结构反应器、油水分离器和接收器。其中,第一微混合器的进料口与第一料液储罐(植物油储罐)通过泵A相连,第一微混合器的进料口与第二料液储罐(双氧水、有机酸、催化剂和稳定剂制成的混合液储罐)通过泵B相连,第二微混合器的进料口与第一微反应器的出料口相连,第二微混合器的进料口和第三料液储罐(式III化合物储罐)通过泵C相连。
第一微混合器、第二微混合器的型号为plate mixer LH25。
第一微结构热交换器、第二微结构热交换器的型号为coaxial heat exchanger。
第一微结构反应器、第二微结构反应器的型号各自独立地为meander reactorHC、sandwich reactor HC、fixed bed meander reactor HC或哈氏合金微通道反应器。
实施例1
(1)式III化合物的制备
将196.2g(2mol)糠醇(式I化合物)溶于4L二氯甲烷中,0℃下缓慢滴加氯化亚砜(145.26mL,2mol),在0℃下搅拌反应1小时,加4L水淬灭反应,收集有机层,水层用二氯甲烷洗涤三次,合并有机层并旋干溶剂,得无色液体,向该液体中加入184.18g甘油(2mol)和46g钠(2mol),在40℃下继续搅拌反应4小时。加500mL水,分出有机层,水层用甲苯提取(250mL*3),合并有机层。无水硫酸钠干燥,蒸馏回收甲苯。常压蒸馏得式III化合物292.46g;纯度99.8%;收率85%。
(2)植物油多元醇的制备
取200g大豆油(含双键0.99mol)为I组分,取1360.4g 30wt%的双氧水(12mol)与563.63g甲酸(12mol)混合,再添加硫酸20.02g(0.2mol,以H2SO4计)以及EDTA4.38g(0.01mol)为II组分,将I和II组分分别以进样速率0.8ml/min、4.7ml/min同时泵入微通道模块化反应装置的第一微混合器中混合,然后流入第一微结构反应器中反应,第一微结构反应器的体积为44mL,保持反应停留时间8分钟,于常压和90℃下反应,得到包含环氧植物油的反应液;取258g式III化合物(1.5mol),设置进样速率为16.6mL/min,将第一微结构反应器中输出的包含环氧植物油的反应液和式III化合物同时泵入微通道模块化反应装置的第二微混合器中混合,然后流入第二微结构反应器中反应,第二微结构反应器的体积为176.8mL,包含环氧植物油的反应液的进样速率为5.5mL/min,保持反应停留时间8分钟,于85℃下进行反应。将反应粗产物通入油水分离器除去水相后,收集油相产物即得大豆油多元醇,其羟值为299mg KOH/g,粘度为4736mPa·s。
实施例2
(1)式III化合物的制备
将196.2g(2mol)糠醇(式I化合物)溶于4L二氯甲烷中,0℃下缓慢滴加氯化亚砜(217.89mL,3mol),在0℃下搅拌反应2小时,加4L水淬灭反应,收集有机层,水层用二氯甲烷洗涤三次,合并有机层并旋干溶剂,得无色液体,向该液体中加入184.18g甘油(2mol)和46g钠(2mol),在40℃下继续搅拌反应4小时。加500mL水,分出有机层,水层用甲苯提取(250mL*3),合并有机层。无水硫酸钠干燥,蒸馏回收甲苯。常压蒸馏得式III化合物309.67g;纯度99.6%;收率90%。
(2)植物油多元醇的制备
取200g大豆油(含双键0.99mol)为I组分,取1700g 30wt%的双氧水(15mol)与704.54g甲酸(15mol)混合,再添加硫酸30.03g(0.3mol,以H2SO4计)以及EDTA2.92g(0.015mol)为II组分,将I和II组分分别以进样速率0.8ml/min、4.7ml/min同时泵入微通道模块化反应装置的第一微混合器中混合,然后流入第一微结构反应器中反应,第一微结构反应器的体积为44mL,保持反应停留时间8分钟,于常压和90℃下反应,得到包含环氧植物油的反应液;取258g式III化合物(1.5mol),设置进样速率为15.0mL/min,将第一微结构反应器中输出的包含环氧植物油的反应液和式III化合物同时泵入微通道模块化反应装置的第二微混合器中混合,然后流入第二微结构反应器中反应,第二微结构反应器的体积为164mL,包含环氧植物油的反应液的进样速率为5.5mL/min,保持反应停留时间8分钟,于85℃下进行反应。将反应粗产物通入油水分离器除去水相后,收集油相产物即得大豆油多元醇,其羟值为312mg KOH/g,粘度为4658mPa·s。
实施例3
(1)式III化合物的制备
将196.2g(2mol)糠醇(式I化合物)溶于4L二氯甲烷中,-5℃下缓慢滴加氯化亚砜(217.89mL,3mol),在0℃下搅拌反应2小时,加4L水淬灭反应,收集有机层,水层用二氯甲烷洗涤三次,合并有机层并旋干溶剂,得无色液体,向该液体中加入276.27g甘油(3mol)和69g钠(3mol),在35℃下继续搅拌反应4小时。加500mL水,分出有机层,水层用甲苯提取(250mL*3),合并有机层。无水硫酸钠干燥,蒸馏回收甲苯。常压蒸馏得式III化合物302.79g;纯度99.9%;收率88%。
(2)植物油多元醇的制备
取200g大豆油(含双键0.99mol)为I组分,取1700g 30wt%的双氧水(15mol)与900.75g乙酸(15mol)混合,再添加硫酸30.03g(0.3mol,以H25O4计)以及EDTA2.92g(0.015mol)为II组分,将I和II组分分别以进样速率0.8ml/min、4.7ml/min同时泵入微通道模块化反应装置的第一微混合器中混合,然后流入第一微结构反应器中反应,第一微结构反应器的体积为44mL,保持反应停留时间8分钟,于常压和90℃下反应,得到包含环氧植物油的反应液;取292g式III化合物(1.7mol),设置进样速率为22mL/min,将第一微结构反应器中输出的包含环氧植物油的反应液和式III化合物同时泵入微通道模块化反应装置的第二微混合器中混合,然后流入第二微结构反应器中反应,第二微结构反应器的体积为220mL,包含环氧植物油的反应液的进样速率为5.5mL/min,保持反应停留时间8分钟,于85℃下进行反应。将反应粗产物通入油水分离器除去水相后,收集油相产物即得大豆油多元醇,其羟值为304mg KOH/g,粘度为4895mPa·s。
实施例4
(1)式III化合物的制备
将196.2g(2mol)糠醇(式I化合物)溶于4L二氯乙烷中,-5℃下缓慢滴加氯化亚砜(217.89mL,3mol),在0℃下搅拌反应2小时,加4L水淬灭反应,收集有机层,水层用二氯乙烷洗涤三次,合并有机层并旋干溶剂,得无色液体,向该液体中加入276.27g甘油(3mol)和69g钠(3mol),在35℃下继续搅拌反应4小时。加500mL水,分出有机层,水层用甲苯提取(250mL*3),合并有机层。无水硫酸钠干燥,蒸馏回收甲苯。常压蒸馏得式III化合物289.02g;纯度99.5%;收率84%。
(2)植物油多元醇的制备
取200g菜籽油(含双键0.785mol)为I组分,取1700g 30wt%的双氧水(15mol)与900.75g乙酸(15mol)混合,再添加硫酸30.03g(0.3mol,以H2SO4计)以及EDTA2.92g(0.015mol)为II组分,将I和II组分分别以进样速率0.8ml/min、4.7ml/min同时泵入微通道模块化反应装置的第一微混合器中混合,然后流入第一微结构反应器中反应,第一微结构反应器的体积为44mL,保持反应停留时间8分钟,于常压和90℃下反应,得到包含环氧植物油的反应液;取292g式III化合物(1.7mol),设置进样速率为19.2mL/min,将第一微结构反应器中输出的包含环氧植物油的反应液和式III化合物同时泵入微通道模块化反应装置的第二微混合器中混合,然后流入第二微结构反应器中反应,第二微结构反应器的体积为197.6mL,包含环氧植物油的反应液的进样速率为5.5mL/min,保持反应停留时间8分钟,于85℃下进行反应。将反应粗产物通入油水分离器除去水相后,收集油相产物即得菜籽油多元醇,其羟值为291mg KOH/g,粘度为4959mPa·s。
实施例5:植物油多元醇制备的聚氨酯硬泡的性能测试
取实施例1中制备的大豆油多元醇,采用一步法自由发泡工艺,与泡沫稳定剂AK-8803(南京美思德)、环己胺(江都大江化工)、异氰酸酯WANNATE
Figure BDA0001817524100000091
PM-200(烟台万华)、发泡剂环戊烷(佛山美龙)反应进行发泡,即可制备出硬质聚氨酯泡沫,其表观密度为211kPa,冲击强度为0.069kJ/m2,尺寸稳定性低于0.8%。
实施例6
与实施例1相同,区别仅在于:糠醇、氯化亚砜、甘油和钠的摩尔比为1∶1.0∶1.0∶1.0。经检测,所得植物油多元醇与实施例1制备得到的植物油多元醇性能相近。
实施例7
与实施例1相同,区别仅在于:糠醇、氯化亚砜、甘油和钠的摩尔比为1∶2.0∶2.0∶2.0。经检测,所得植物油多元醇与实施例1制备得到的植物油多元醇性能相近。
实施例8
与实施例1相同,区别仅在于:催化剂为磷酸,植物油为橄榄油,植物油双键、双氧水、有机酸、催化剂和稳定剂的摩尔比为1∶6∶6∶0.02∶0.006。经检测,所得植物油多元醇与实施例1制备得到的植物油多元醇性能相近。
实施例9
与实施例1相同,区别仅在于:催化剂为磷酸,植物油为花生油,植物油双键、双氧水、有机酸、催化剂和稳定剂的摩尔比为1∶20∶20∶0.4∶0.2。经检测,所得植物油多元醇与实施例1制备得到的植物油多元醇性能相近。
实施例10
与实施例1相同,区别仅在于:催化剂为磷酸,植物油为棕榈油。第一微结构反应器中反应温度为60℃,反应停留时间为10分钟,第一微结构反应器的体积为20mL,环氧植物油中的环氧基与式III化合物的摩尔比为1∶1.5,第二微结构反应器中反应温度为70℃,反应停留时间10分钟,第二微结构反应器的体积为96mL。经检测,所得植物油多元醇与实施例1制备得到的植物油多元醇性能相近。
实施例11
与实施例1相同,区别仅在于:催化剂为磷酸,植物油为葵花油。第一微结构反应器中反应温度为130℃,反应停留时间为5分钟,第一微结构反应器的体积为60mL,环氧植物油中的环氧基与式III化合物的摩尔比为1∶4.5,第二微结构反应器中反应温度为100℃,反应停留时间10分钟,第二微结构反应器的体积为240mL。经检测,所得植物油多元醇与实施例1制备得到的植物油多元醇性能相近。

Claims (9)

1.一种全生物植物油多元醇的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将双氧水、有机酸、催化剂和稳定剂制成的混合液与植物油同时泵入微通道模块化反应装置的第一微结构反应器中反应,得到包含环氧植物油的反应液;第一微结构反应器中反应温度为60~130℃,反应停留时间为5~10分钟,植物油泵入微通道模块化反应装置的流速为 0.5-1.0 mL/min,混合液泵入微通道模块化反应装置的流速为 3.5-5.0 mL/min;所述有机酸为甲酸或乙酸,所述催化剂为硫酸或磷酸,所述稳定剂为乙二胺四乙酸;
(2)将步骤(1)得到的包含环氧植物油的反应液与式III化合物同时泵入微通道模块化反应装置的第二微结构反应器中反应,即得植物油多元醇;第二微结构反应器中反应温度为70~100℃,反应停留时间6~10分钟,式III化合物泵入微通道模块化反应装置的流速为12.0-18.0 mL/min;
Figure DEST_PATH_IMAGE001
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述植物油为橄榄油、花生油、菜籽油、棉籽油、大豆油、棕榈油、芝麻油、葵花油、亚麻油、桐油、红花油、米糠油、玉米油和茶油中的至少一种,植物油双键、双氧水、有机酸、催化剂和稳定剂的摩尔比为1:(6~20):(6~20):(0.02~0.4):(0.006~0.2)。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,第一微结构反应器的体积为20-60 mL。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,环氧植物油中的环氧基与式III化合物的摩尔比为1:(1.5~4.5),第二微结构反应器的体积为96-240 mL。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的微通道模块化反应装置包括通过管道依次顺序连接的第一微混合器、第一微结构热交换器、第一管状温度控制模块、第一微结构反应器、第二微混合器、第二微结构热交换器、第二管状温度控制模块和第二微结构反应器。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述式III化合物由以下方法制备而成:
(a)将糠醇溶解于反应溶剂中,在-10-10℃下滴加氯化亚砜,滴毕继续搅拌反应0.5-2小时,加水淬灭反应后,收集有机相并旋干反应溶剂,得无色液体;
(b)然后向所述无色液体中加入甘油和钠,继续搅拌,30-50℃下反应3-6小时,即得式III化合物。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤(a)所述反应溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、苯中的一种或几种,糠醇、氯化亚砜、甘油和钠的摩尔比为1:(1.0-2.0):(1.0-2.0):(1.0-2.0)。
8.权利要求1~7任意一项所述的方法制备得到的全生物植物油多元醇。
9.权利要求8所述的全生物植物油多元醇在制备聚氨酯泡沫中的应用。
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CN112939906B (zh) * 2021-02-07 2022-01-25 南京工业大学 一种无悬吊链的植物油多元醇与制备方法及其在聚氨酯材料中的应用
EP4053111A1 (en) 2021-03-01 2022-09-07 Komagra Spólka Z O.O. The method of producing epoxidised rapeseed oil and method of producing biopolyol using epoxidised rapeseed oil
CN113087915B (zh) * 2021-04-26 2021-11-30 中国热带农业科学院南亚热带作物研究所 一种基于uv光催化壳聚糖植物油基多元醇及其制备方法和应用
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2608155B1 (fr) * 1986-12-12 1990-09-14 Scient Tech Batimen Centre Nouveaux alcools furanniques, utilisation de ceux-ci comme polyols dans la formation de polyurethannes, polyurethannes ainsi obtenus et leur procede de preparation
CN103274930B (zh) * 2013-06-20 2015-05-27 南京工业大学 一种采用连续法制备植物油多元醇的方法

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