一种低不饱和度高分子量高活性丁醇聚醚的合成方法
技术领域
本发明涉及一种高活性低不饱和度丁醇聚醚的制备方法,属于化工领域。
背景技术
以丁醇为起始剂的功能性封端聚醚在高速纺丝油剂、冷冻机油、压缩机油、原油破乳剂等领域的应用越来越广泛。如何制备高活性低不饱和度的丁醇聚醚单体是一个关键的步骤。当丁醇聚醚分子量较高时,羟基比例减少,可以通过提高伯羟基含量有效地提高产品活性。
采用传统碱催化得到的环氧乙烷封端聚醚,不饱和度相对较高,分布宽,并且反应时间较长。目前多采用双金属氰化物系列催化剂(DMC)制备高分子质量聚醚,较少有使用多金属氰化物(MMC)的报道。MMC催化剂相比于DMC催化剂,具有活性更高、稳定性能更好的、平均官能度高及分子链规整性好等优点。
相较于碱催化条件下用EO可以对丁醇聚醚进行较好的封端,MMC催化剂由于其高活性的特点,封端率通常很低。这是由于EO与聚醚反应过快,链的扩增速度远大于链转移的速度,使得有些链的聚氧乙烯链很长,有些链段上很少,分布不均衡。不仅使得聚醚分布变差,并且导致伯羟基含量达不到要求。
CN10370939公布了一种制备高分子量环氧乙烷封端聚醚的方法。其合成工艺分为3步,每步都需要精处理和重新投入催化剂,工艺比较复杂。其制备的聚醚分子量最高仅达到8000,并且不饱和度较高。
CN108148190公布了一种内压法制备聚醚多元醇的方法。其步骤分为2步,第一步分阶段加入环氧丙烷反应;第二步加入环氧乙烷,反应结束后,精制处理聚醚。其制备的聚醚分子量较低,不饱和度较高,并且反应需要较高的压力。
因此开发一种MMC催化剂下,制备高伯羟基含量的高分子量丁醇聚醚的合成工艺是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种合成工艺,能有效地制备高分子量的丁醇聚醚,并且具有较低的不饱和度及较高的伯羟基含量等优点,提高聚醚的活性,扩展它的应用领域,具体方案如下:
一种高活性低不饱和度丁醇聚醚的制备方法,包括如下步骤:以低分子量丁醇聚醚为起始剂,以MMC为催化剂,先加入环氧丙烷进行开环反应,再用钝化剂处理,然后加入环氧乙烷进行封端反应,得到聚醚粗品,得到的聚醚粗品用吸附剂精致,最后过滤得到低不饱和度的高分子量高活性丁醇聚醚。
所述的低分子量丁醇聚醚为分子量350~600的丁醇聚氧丙烯醚。
所述低分子量丁醇聚醚是以丁醇为起始剂,丁醇钠为催化剂,与环氧丙烷反应结束后,加入吸附剂精制所得。
所述的MMC催化剂含有Zn3[Co(CN)6]、Ni3[Co(CN)6]及Fe[Co(CN)6]的一种或几种,所述MMC催化剂的使用质量为起始剂、环氧丙烷和环氧乙烷总质量的0.002%~0.01%。
所述的钝化剂为甲醇钾、甲醇钠、碱金属氢氧化物及碱土金属氢氧化物中的一种。
所述钝化剂的使用质量为所需处理聚醚质量的0.1%~0.8%。
所述的吸附剂为硅酸镁和硅酸铝中的一种或多种,吸附剂使用质量占聚醚粗品质量的0.8%~1.5%。
一种高活性低不饱和度丁醇聚醚的制备方法,其具体步骤如下:
(1)以低分子量丁醇聚醚为起始剂,在MMC催化剂作用下与环氧丙烷反应,反应温度100~135℃,压力为-0.1~0.4MPa;
(2)待上一步反应完全后,加入钝化剂,充分混合均匀;
(3)在步骤(2)得到的产物中加入环氧乙烷继续反应,反应温度100~135℃,压力为-0.1~0.4MPa,得到聚醚粗品;
(4)在所得粗品中加入吸附剂,搅拌一段时间,再加入去离子水,然后脱水过滤得到低不饱和度高分子量高活性丁醇聚醚。
所述低不饱和度高分子量高活性丁醇聚醚,分子量为6000~12000,不饱和度≤0.009mol/kg,伯羟基含量85~94%,封端所用环氧乙烷占产品质量分数为1.4%~3%。
通过上述制备方法制备得到的丁醇聚醚在高速纺丝油剂、冷冻机油、压缩机油、原油破乳剂方面的应用。
本发明制备得到的低不饱和度高分子量丁醇聚醚,由于环氧乙烷封端的特点,具有较高的活性,有助于提高后续封端工艺的封端率;与传统碱催化制备工艺相比,具有更高的分子量和较低的不饱和度,在油剂、润滑油、破乳剂等领域的应用更加广泛。
具体实施方式
本文中不饱和度值按GB/T12008.7-92测定,伯羟基含量通过19F-NMR谱图分析得到。
实施例1
(1)在2.5L的缩合玻璃反应釜中,加入100g分子量为500的丁醇聚氧丙烯醚,加入0.036g MMC催化剂,加入磷酸一滴,用N2置换釜内空气3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,保持脱水1h。
(2)缓慢试加环氧丙烷,待压力开始降低,温度明显上升,表明反应成功诱导。开启冷却水,缓慢降低温度,加入1100g环氧丙烷,流量保持在6g/min,控制反应温度保持在130~135℃。反应结束后,降温脱气。
(3)在上一步的产物中加入3.8g甲醇钾(固体),N2置换3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,脱水40min。缓慢加入35g环氧乙烷,保持反应温度在120~125℃。待压力不在明显变化时,脱气,放料。
(4)将步骤3中产物转移至2.0L四口烧瓶中,加入吸附剂12.3g,在40~50℃下搅拌30min,加入86g去离子水搅拌15min,在温度110~115℃、真空度≥-0.098MPa状态下脱水1h,然后过滤得到精制聚醚。
(5)所得聚醚羟值为9.12mgKOH/g,伯羟基含量为91.2%,不饱和度为0.0074mol/kg。
实施例2
(1)在2.5L的缩合玻璃反应釜中,加入100g分子量为500的丁醇聚氧丙烯醚,加入0.036g MMC催化剂,加入磷酸一滴,用N2置换釜内空气3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,保持脱水1h。
(2)缓慢试加环氧丙烷,待压力开始降低,温度明显上升,表明反应成功诱导。开启冷却水,缓慢降低温度,加入1100g环氧丙烷,流量保持在6g/min,控制反应温度保持在130~135℃。反应结束后,降温脱气。
(3)在上一步的产物中加入2.9g甲醇钠(固体),N2置换3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,脱水40min。缓慢加入35g环氧乙烷,保持反应温度在130~135℃。待压力不在明显变化时,脱气,放料。
(4)将步骤3中产物转移至2.0L四口烧瓶中,加入吸附剂12.3g,在40~50℃下搅拌30min,加入86g去离子水搅拌15min,在温度110~115℃、真空度≥-0.098MPa状态下脱水1h,然后过滤得到精制聚醚。
(5)所得聚醚羟值为9.20mgKOH/g,伯羟基含量为86.5%,不饱和度为0.0085mol/kg。
实施例3
(1)在2.5L的缩合玻璃反应釜中,加入100g分子量为500的丁醇聚氧丙烯醚,加入0.036g MMC催化剂,加入磷酸一滴,用N2置换釜内空气3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,保持脱水1h。
(2)缓慢试加环氧丙烷,待压力开始降低,温度明显上升,表明反应成功诱导。开启冷却水,缓慢降低温度,加入1100g环氧丙烷,流量保持在6g/min,控制反应温度保持在130~135℃。反应结束后,降温脱气。
(3)在上一步的产物中加入3.0g氢氧化钾(固体),N2置换3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,脱水40min。缓慢加入35g环氧乙烷,保持反应温度在130~135℃。待压力不在明显变化时,脱气,放料。
(4)将步骤3中产物转移至2.0L四口烧瓶中,加入吸附剂12.3g,在40~50℃下搅拌30min,加入86g去离子水搅拌15min,在温度110~115℃、真空度≥-0.098MPa状态下脱水1h,然后过滤得到精制聚醚。
(5)所得聚醚羟值为9.25mgKOH/g,伯羟基含量为85.6%,不饱和度为0.0089mol/kg。
实施例4
(1)在2.5L的缩合玻璃反应釜中,加入100g分子量为500的丁醇聚氧丙烯醚,加入0.036g MMC催化剂,加入磷酸一滴,用N2置换釜内空气3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,保持脱水1h。
(2)缓慢试加环氧丙烷,待压力开始降低,温度明显上升,表明反应成功诱导。开启冷却水,缓慢降低温度,加入1100g环氧丙烷,流量保持在6g/min,控制反应温度保持在130~135℃。反应结束后,降温脱气。
(3)在上一步的产物中加入3.27g氢氧化铯(固体),N2 置换3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,脱水40min。缓慢加入35g环氧乙烷,保持反应温度在130~135℃。待压力不在明显变化时,脱气,放料。
(4)将步骤3中产物转移至2.0L四口烧瓶中,加入吸附剂12.3g,在40~50℃下搅拌30min,加入86g去离子水搅拌15min,在温度110~115℃、真空度≥-0.098MPa状态下脱水1h,然后过滤得到精制聚醚。
(5)所得聚醚羟值为9.09mgKOH/g,伯羟基含量为92.1%,不饱和度为0.0075mol/kg。
实施例5
(1)在2.5L的缩合玻璃反应釜中,加入67g分子量为500的丁醇聚氧丙烯醚,加入0.036gMMC催化剂,加入磷酸一滴,用N2置换釜内空气3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,保持脱水1h。
(2)缓慢试加环氧丙烷,待压力开始降低,温度明显上升,表明反应成功诱导。开启冷却水,缓慢降低温度,加入1139g环氧丙烷,流量保持在6g/min,控制反应温度保持在130~135℃。反应结束后,降温脱气。
(3)在上一步的产物中加入3.84g甲醇钾(固体),N2置换3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,脱水40min。缓慢加入24g环氧乙烷,保持反应温度在120~125℃。待压力不在明显变化时,脱气,放料。
(4)将步骤3中产物转移至2.0L四口烧瓶中,加入吸附剂12.3g,在40~50℃下搅拌30min,加入84g去离子水搅拌15min,在温度110~115℃、真空度≥-0.098MPa状态下脱水1h,然后过滤得到精制聚醚。
(5)所得聚醚羟值为6.14mgKOH/g,伯羟基含量为90.8%,不饱和度为0.0076mol/kg。
实施例6
(1)在2.5L的缩合玻璃反应釜中,加入50g分子量为500的丁醇聚氧丙烯醚,加入0.036gMMC催化剂,加入磷酸一滴,用N2置换釜内空气3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,保持脱水1h。
(2)缓慢试加环氧丙烷,待压力开始降低,温度明显上升,表明反应成功诱导。开启冷却水,缓慢降低温度,加入1150g环氧丙烷,流量保持在6g/min,控制反应温度保持在130~135℃。反应结束后,降温脱气。
(3)在上一步的产物中加入3.80g甲醇钾(固体),N2置换3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,脱水40min。缓慢加入18g环氧乙烷,保持反应温度在120~125℃。待压力不在明显变化时,脱气,放料。
(4)将步骤3中产物转移至2.0L四口烧瓶中,加入吸附剂12.2g,在40~50℃下搅拌30min,加入85g去离子水搅拌15min,在温度110~115℃、真空度≥-0.098MPa状态下脱水1h,然后过滤得到精制聚醚。
(5)所得聚醚羟值为4.62mgKOH/g,伯羟基含量为91.8%,不饱和度为0.0077mol/kg。
对比例1
(1)在2.5L的缩合玻璃反应釜中,加入100g分子量为500的丁醇聚氧丙烯醚,加入0.036g MMC催化剂,加入磷酸一滴,用N2置换釜内空气3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,保持脱水1h。
(2)缓慢试加环氧丙烷,待压力开始降低,温度明显上升,表明反应成功诱导。开启冷却水,缓慢降低温度,加入1100g环氧丙烷,流量保持在6g/min,控制反应温度保持在130~135℃。反应结束后,脱气。
(3缓慢加入35g环氧乙烷,保持反应温度在130~135℃。待压力不在明显变化时,脱气,放料。
(4)将步骤3中产物转移至2.0L四口烧瓶中,加入吸附剂12g,在40~50℃下搅拌30min,加入86g去离子水搅拌15min,在温度110~115℃、真空度≥-0.098MPa状态下脱水1h,然后过滤得到精制聚醚。
(5)所得聚醚羟值为9.22mgKOH/g,伯羟基含量为59.0%,不饱和度为0.0082mol/kg。
对比例2
(1)在2.5L的缩合玻璃反应釜中,加入100g分子量为500的丁醇聚氧丙烯醚,加入4.28g氢氧化钾(固体),用N2置换釜内空气3次,保持釜内真空度≥-0.098MPa,同时升温至120~125℃,保持脱水1h。
(2)缓慢加入1100g环氧丙烷,控制压力不超过0.35MPa,反应温度保持在130~135℃。待环氧丙烷全部加完,熟化至压力不在明显下降,脱气。
(3)缓慢加入35g环氧乙烷,保持反应温度在130~135℃。待压力不在明显变化时,脱气,放料。
(4)将步骤3中产物转移至2.0L四口烧瓶中,加入吸附剂17g,在40~50℃下搅拌30min,加入86g去离子水搅拌15min,在温度110~115℃、真空度≥-0.098MPa状态下脱水1h,然后过滤得到精制聚醚。
(5)所得羟值为10.01mgKOH/g,伯羟基含量为86.8%,不饱和度为0.11mol/kg。
表1 实施例1-4及对比例所得聚醚指标
|
羟值/mgKOH/g |
伯羟基含量/% |
不饱和度/ mol/kg |
实施例1 |
9.20 |
91.2 |
0.0074 |
实施例2 |
9.25 |
86.5 |
0.0085 |
实施例3 |
9.30 |
85.6 |
0.0089 |
实施例4 |
9.19 |
92.1 |
0.0075 |
实施例5 |
6.14 |
90.8 |
0.0076 |
实施例6 |
4.62 |
91.8 |
0.0077 |
对比例1 |
9.32 |
59.0 |
0.0082 |
对比例2 |
10.01 |
86.8 |
0.11 |
由表1可知,采用氢氧化钾作为催化剂制备的丁醇聚醚不饱和度较高,无法满足要求;单纯采用MMC催化剂制备的丁醇聚醚,虽然满足低不饱和度的要求,但是环氧乙烷封端率较低。
不同钝化剂比较发现,氢氧化钾的碱性较低,不足以完全破坏MMC催化剂。甲醇钾和氢氧化铯的碱性较强,制备的聚醚有较高的伯羟基含量。
采用本发明制备丁醇聚醚,容易制得低不饱和度高分子量的产品,并且具有较高的伯羟基含量,与后续工艺的反应活性较好,制得产品的功能性更好。