CN109534967B - 一种双羟乙基双酚a醚及其制备方法 - Google Patents
一种双羟乙基双酚a醚及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于精细化工合成技术领域，特别涉及一种双羟乙基双酚A醚及其制备方法。本发明一种双羟乙基双酚A醚及其制备方法，包括以下步骤：(1)洗釜；(2)投料、置换氮气：将双酚A、三异丙基膦催化剂和溶剂依次加入反应釜中，开启搅拌，在N2保护下抽真空；(3)反应：待反应釜内温度升到100℃，开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度后开始稳定通环氧乙烷；(4)脱溶剂：降温至脱溶剂温度进行负压脱溶剂，直到无溶剂出来时停止。本发明制备双羟乙基双酚A醚的方法，所采用的三异丙基膦催化剂催化剂效率高，制得产品羟值低、色泽好，副产物少，产品性能稳定；采用的环己烷溶剂毒性低、容易回收。
Description
技术领域
本发明属于精细化工合成技术领域，特别涉及一种双羟乙基双酚A醚及其制备方法。
背景技术
双羟乙基双酚A醚具有独特的分子结构，苯环骨架增加分子链的刚性，赋予材料在使用过程中良好的机械强度和耐磨性；聚醚链段内旋转自由度高，柔性好，可增加材料的塑性和韧性。这些独特的物理化学性质使其不仅可以作为树脂、涂料、胶黏剂、玻璃纤维浸润剂等有机材料的合成单体，还可以作为高分子聚合物链的修饰剂和添加剂，在汽车制造、织物、航空、石油化工、建筑、运输等许多领域应用广泛，主要体现在以下几个方面：
1.1与不饱和酯化物反应作为聚酯树脂的单体
双羟乙基双酚A醚与丙烯酸、甲基丙烯酸等不饱和酸酯化，可制成多种功能性高分子聚合单体。作为UV（紫外光）固化材料的低聚物单体原料时，合成的丙烯酸环氧树脂固化速度快，其固化膜硬度和光泽度高，耐化学品性能优异，耐热性、耐电性能及对基材的附着力也较好。与双甲基丙烯酸酯反应可作为光纤的包层材料，具有良好的折射率、透光性，适中的固化温度和固化时间。是制备厌氧胶的主要单体，在隔绝空气的情况下，于室温时能快速固化，无溶剂，无毒，耐热，耐酸碱腐蚀，耐振动冲击。可以做成光敏材料用于制造光学元件，可固化液体树脂组合物，打底涂料、二次涂料、光学纤维的条带基体材料。此外，由于它的生物相容性较好，还可用作传统的牙科修补釉质胶粘剂。
1.2与二元酸缩合合成各种树脂
双羟乙基双酚A醚由于其分子中含有芳环，很好地改善了合成树脂的结构与性能。双酚A聚醚与芳香族二元羧酸缩合后合成的弹性树脂可隔绝噪音，减少有害震动。与二异氰酸酯/多异氰酸酯加聚反应，所制得的聚氨酯在保证分子链刚性结构的同时，又赋予其一定的柔性，使聚氨酯材料在防水材料、涂料、聚氨酯弹性体、胶黏剂、高性能聚氨酯泡沫材料方面的应用得到了推广。也可以作为玻璃纤维的浸润剂的原料，能够使玻璃纤维具有良好的拉丝、加捻，合股，织造等加工性能，同时具有润滑、保护、防止表面电荷积累和增加玻纤与基体树脂相容性的特点。
1.3作为高分子聚合物链的修饰剂和添加剂
双羟乙基双酚A醚按一定比例键合到高分子聚合物链中，可使聚合物具有更好的强度、弹性、粘合力和加工性。例如，双酚A聚醚产品以不同的摩尔比与对苯二酸聚合，双酚A基团插入到聚酯链中，可降低聚丁烯对苯二酸酯的结晶速率，使聚合物具有良好的机械性能，电学性能和理化性能。
目前国内对双羟乙基双酚A醚的研究报道不多，专利CN 102531855B，发明了一种双酚A环氧乙烷加成物，使用三烷基胺做催化剂，以醚类做溶剂在温度80~150℃下合成双酚A加成物的制备方法。该专利合成方法虽然能得到99%纯度的羟乙基化双酚A，但是使用了烷基胺类催化剂，催化剂的残留会影响产品的色泽，是产品颜色变深，需彻底除掉催化剂，工艺步骤多，能耗高，合成成本高等缺陷。
专利CN107216453A发明了一种双羟乙基双酚A醚的制备方法，采用双酚A和环氧乙烷反应，采用KOH为催化剂，在温度为120~150℃下反应。该工艺虽然可以得到较高纯度的双羟乙基双酚A醚，含水量较低，但是色泽较差，一般为淡黄色，这是由于碱催化剂造成的。
专利CN 102531855A发明了一种双酚A环氧乙烷加成物的制备方法，采用二正丙醚、二正丁醚、乙二醇二乙醚、乙二醇正丙醚等醚类溶剂溶解双酚A，然后在三烷基胺催化剂作用下合成双酚A聚乙烯醚。该工艺虽然可以得到较高纯度的双羟乙基双酚A醚，色泽也较好，但是其采用的溶剂毒性较大。
基于此，做出本申请。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种制备工艺简单，
易于工业化实施，所得产品质量好，质量稳定的一种双羟乙基双酚A醚的制备方法。
为实现上述目的，本发明按照以下技术方案来进行：
一种双羟乙基双酚A醚及其制备方法，包括以下步骤：
(1)洗釜：用热水把高压反应釜洗几次，直到洗液澄清透明为止，烘干反应釜，冷却到常温后备用。
(2)投料、置换氮气：将双酚A、三异丙基膦催化剂和溶剂依次加入反应釜中，开启搅拌，在N2保护下抽真空，反复置换三次在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温；
(3)反应：待反应釜内温度升到100℃，开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度后开始稳定通环氧乙烷，反应釜压力控制在一定压力内，加完环氧乙烷后保温保压继续反应，直到压力不再下降为止；
(4)脱溶剂：步骤（3）结束后，降温至脱溶剂温度进行负压脱溶剂，直到无溶剂出来时停止。
所述步骤（2）中的溶剂为环己烷，所述溶剂质量为双酚A质量的30-100%。
所述步骤（2）中三异丙基膦催化剂质量为双酚A和环氧乙烷两者质量的0.1-10‰。
所述步骤（2）中三异丙基膦催化剂质量为双酚A和环氧乙烷两者质量的3‰。
所述步骤（3）中的反应温度为105~170℃。
所述步骤（4）脱溶剂温度为80~120℃。
所述步骤（4）脱溶剂温度为100~105℃。
所述步骤（3）的一定压力内为0.4Mpa以内。
所述步骤（4）结束后降温到80℃，脱气30min后，开始放料得到含量大于98%的双羟乙基双酚A醚产物。
本发明双羟乙基双羟乙基双酚A醚的制备方法，以双酚A为原料，三异丙基膦为催化剂，环己烷为溶剂，再以环氧乙烷为增链剂进行双羟乙基双酚A醚的合成。采用本方法合成的双羟乙基双酚A醚的含量≥95%，羟值为320~330mgKOH/g，色泽为低于40号(Pt-Co单位)。
双酚A和环氧乙烷的反应是一个连锁反应，反应产物是一系列聚合度不同的醇醚混合物，合成反应的温度、压力和催化剂是决定其分子量分布的主要因素，而分子量的分布将直接影响产品的性能。本发明的合成方法，主要是通过选择活性高、选择性好的适宜催化剂，并控制催化剂的使用量和反应温度、反应压力；由于三异丙基膦具有阴离子催化开环性能，且其带有三个异丙基具有较强空间位阻作用，只能加成低聚物，链增长受限制，适合合成低分子量的双酚A醚这类产品，从而使反应容易控制在产品要求的组分状态。
本发明的有益效果是：
1. 采用的三异丙基膦催化剂催化剂效率高，制得产品羟值低、色泽好，副产物少，产品性能稳定。
2. 采用的环己烷较现有专利中提及的其他溶剂毒性低、成本低，且容易回收。
具体实施方式：
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，应当理解，下面所描述的具体实施例仅用于说明本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方案中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施前反应釜的准备：先用热水把2.5L反应釜清洗干净，烘干反应釜，冷却到常温备用。
在以下实施例中，产物中双羟乙基双酚A醚含量均采用高效液相色谱来进行分析。
实施例1：
在带有搅拌的2.5L的反应釜中依次加入228g双酚A、0.158g三异丙基膦催化剂（0.5‰的催化剂）和91.2g环己烷（双酚A质量的40%），用真空泵抽真空，采用N2置换掉反应釜里面的空气，置换三次后，在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温，使双酚A和催化剂在溶剂中溶解，当温度升到100℃时开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度120℃后开始稳定通环氧乙烷，持续通入环氧乙烷88g，控制反应温度在120~125℃，反应釜压力控制低于0.4MPa，加完环氧乙烷后保温熟化，直到反应釜内压力不再下降为止。然后温度降到105℃左右开始负压脱溶剂，直到基本无溶剂脱出为止；然后降温到80℃，脱气30min，最后放料得到成品聚醚。
产品经液相色谱分析：双羟乙基双酚A醚含量为86.5%，目测样品色泽20号(Pt-Co单位)，化学法测定羟值为368mgKOH/g。
实施例2：
在带有搅拌的2.5L的反应釜中依次加入228g双酚A、0.316g三异丙基膦催化剂（1‰的催化剂）和91.2g环己烷（双酚A质量的40%），用真空泵抽真空，采用N2置换掉反应釜里面的空气，置换三次后，在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温，使双酚A和催化剂在溶剂中溶解，当温度升到100℃时开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度120℃后开始稳定通环氧乙烷，持续通入环氧乙烷88g，控制反应温度在120~125℃，反应釜压力控制低于0.4MPa，加完环氧乙烷后保温熟化，直到反应釜内压力不再下降为止。然后温度降到105℃左右开始负压脱溶剂，直到基本无溶剂脱出为止；然后降温到80℃，脱气30min，最后放料得到成品聚醚。
产品经液相色谱分析：双羟乙基双酚A醚含量为90.8%，目测样品色泽20号(Pt-Co单位)，化学法测定羟值为356mgKOH/g。
实施例3：
在带有搅拌的2.5L的反应釜中依次加入228g双酚A、0.975g三异丙基膦催化剂（3‰的催化剂）和91.2g环己烷（双酚A质量的40%），用真空泵抽真空，采用N2置换掉反应釜里面的空气，置换三次后，在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温，使双酚A和催化剂在溶剂中溶解，当温度升到100℃时开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度120℃后开始稳定通环氧乙烷，持续通入环氧乙烷97g，控制反应温度在120~125℃，反应釜压力控制低于0.4MPa，加完环氧乙烷后保温熟化，直到反应釜内压力不再下降为止。然后温度降到105℃左右开始负压脱溶剂，直到基本无溶剂脱出为止；然后降温到80℃，脱气30min，最后放料得到成品聚醚。
产品经液相色谱分析：双羟乙基双酚A醚含量为96.2%，目测样品色泽20号(Pt-Co单位)，化学法测定羟值为341mgKOH/g。
实施例4：
在带有搅拌的2.5L的反应釜中依次加入228g双酚A、0.987g三异丙基膦催化剂（3‰的催化剂）和114g环己烷（双酚A质量的50%），用真空泵抽真空，采用N2置换掉反应釜里面的空气，置换三次后，在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温，使双酚A和催化剂在溶剂中溶解，当温度升到100℃时开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度120℃后开始稳定通环氧乙烷，持续通入环氧乙烷101g，控制反应温度在120~125℃，反应釜压力控制低于0.4MPa，加完环氧乙烷后保温熟化，直到反应釜内压力不再下降为止。然后温度降到105℃左右开始负压脱溶剂，直到基本无溶剂脱出为止；然后降温到80℃，脱气30min，最后放料得到成品聚醚。
产品经液相色谱分析：双羟乙基双酚A醚含量为98.1%，目测样品色泽20号(Pt-Co单位)，化学法测定羟值为325mgKOH/g。
实施例5：
在带有搅拌的2.5L的反应釜中依次加入228g双酚A、0.987g三异丙基膦催化剂（3‰的催化剂）和136.8g环己烷（双酚A质量的60%），用真空泵抽真空，采用N2置换掉反应釜里面的空气，置换三次后，在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温，使双酚A和催化剂在溶剂中溶解，当温度升到100℃时开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度120℃后开始稳定通环氧乙烷，持续通入环氧乙烷101g，控制反应温度在120~125℃，反应釜压力控制低于0.4MPa，加完环氧乙烷后保温熟化，直到反应釜内压力不再下降为止。然后温度降到105℃左右开始负压脱溶剂，直到基本无溶剂脱出为止；然后降温到80℃，脱气30min，最后放料得到成品聚醚。
产品经液相色谱分析：双羟乙基双酚A醚含量为96.9%，目测样品色泽20号(Pt-Co单位)，化学法测定羟值为334mgKOH/g。
实施例6：
在带有搅拌的2.5L的反应釜中依次加入228g双酚A、1.645g三异丙基膦催化剂（5‰的催化剂）和114g环己烷（双酚A质量的50%），用真空泵抽真空，采用N2置换掉反应釜里面的空气，置换三次后，在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温，使双酚A和催化剂在溶剂中溶解，当温度升到100℃时开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度120℃后开始稳定通环氧乙烷，持续通入环氧乙烷101g，控制反应温度在120~125℃，反应釜压力控制低于0.4MPa，加完环氧乙烷后保温熟化，直到反应釜内压力不再下降为止。然后温度降到105℃左右开始负压脱溶剂，直到基本无溶剂脱出为止；然后降温到80℃，脱气30min，最后放料得到成品聚醚。
产品经液相色谱分析：双羟乙基双酚A醚含量为97.2%，目测样品色泽40号(Pt-Co单位)，化学法测定羟值为329mgKOH/g。
实施例7：
在带有搅拌的2.5L的反应釜中依次加入228g双酚A、1.017g三异丙基膦催化剂（3‰的催化剂）和114g环己烷（双酚A质量的50%），用真空泵抽真空，采用N2置换掉反应釜里面的空气，置换三次后，在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温，使双酚A和催化剂在溶剂中溶解，当温度升到100℃时开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度120℃后开始稳定通环氧乙烷，持续通入环氧乙烷111g，控制反应温度在120~125℃，反应釜压力控制低于0.4MPa，加完环氧乙烷后保温熟化，直到反应釜内压力不再下降为止。然后温度降到105℃左右开始负压脱溶剂，直到基本无溶剂脱出为止；然后降温到80℃，脱气30min，最后放料得到成品聚醚。
产品经液相色谱分析：双羟乙基双酚A醚含量为97.0%，目测样品色泽20号(Pt-Co单位)，化学法测定羟值为321mgKOH/g。
实施例8：
在带有搅拌的2.5L的反应釜中依次加入228g双酚A、0.987g三异丙基膦催化剂（3‰的催化剂）和114g环己烷（双酚A质量的50%），用真空泵抽真空，采用N2置换掉反应釜里面的空气，置换三次后，在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温，使双酚A和催化剂在溶剂中溶解，当温度升到100℃时开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度120℃后开始稳定通环氧乙烷，持续通入环氧乙烷101g，控制反应温度在110~115℃，反应釜压力控制低于0.4MPa，加完环氧乙烷后保温熟化，直到反应釜内压力不再下降为止。然后温度降到105℃左右开始负压脱溶剂，直到基本无溶剂脱出为止；然后降温到80℃，脱气30min，最后放料得到成品聚醚。
产品经液相色谱分析：双羟乙基双酚A醚含量为96.6%，目测样品色泽20号(Pt-Co单位)，化学法测定羟值为335mgKOH/g。
实施例9：
在带有搅拌的2.5L的反应釜中依次加入228g双酚A、0.978g三异丙基膦催化剂（3‰的催化剂）和114g环己烷（双酚A质量的50%），用真空泵抽真空，采用N2置换掉反应釜里面的空气，置换三次后，在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温，使双酚A和催化剂在溶剂中溶解，当温度升到100℃时开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度120℃后开始稳定通环氧乙烷，持续通入环氧乙烷101g，控制反应温度在130~135℃，反应釜压力控制低于0.4MPa，加完环氧乙烷后保温熟化，直到反应釜内压力不再下降为止。然后温度降到105℃左右开始负压脱溶剂，直到基本无溶剂脱出为止；然后降温到80℃，脱气30min，最后放料得到成品聚醚。
产品经液相色谱分析：双羟乙基双酚A醚含量为97.1%，目测样品色泽40号(Pt-Co单位)，化学法测定羟值为321mgKOH/g。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所做出的的简单推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种双羟乙基双酚A醚的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)洗釜：用热水把高压反应釜洗几次，直到洗液澄清透明为止，烘干反应釜，冷却到常温后备用； (2)投料、置换氮气：将双酚A、三异丙基膦催化剂和溶剂依次加入反应釜中，开启搅拌，在N2保护下抽真空，反复置换三次在真空度≥-0.095MPa后，关闭真空开始升温；所述溶剂为环己烷，所述溶剂质量为双酚A质量的30-100% ；所述三异丙基膦催化剂质量为双酚A和环氧乙烷两者总质量的0.1-10‰；(3)反应：待反应釜内温度升到100℃，开始少量通环氧乙烷，当温度升到反应温度后开始稳定通环氧乙烷，反应釜压力控制在一定压力内，加完环氧乙烷后保温保压继续反应，直到压力不再下降为止；所述反应温度为105~170℃；所述一定压力为0.4Mpa；(4)脱溶剂：步骤（3）结束后，降温至脱溶剂温度进行负压脱溶剂，直到无溶剂出来时停止；所述脱溶剂温度为100~105℃。
2.如权利要求1所述的双羟乙基双酚A醚的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中三异丙基膦催化剂质量为双酚A和环氧乙烷两者总质量的3‰。
3.如权利要求1所述的双羟乙基双酚A醚的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）结束后降温到80℃，脱气30min后，开始放料得到含量大于98%的双羟乙基双酚A醚产物。
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