CN111171283A - 一种聚甘油多缩水甘油醚的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚甘油多缩水甘油醚的合成方法,聚甘油羟基摩尔数与环氧氯丙烷投料比为1:3.0‑1:10.0;包括:1)开环反应:合成中间产物氯醇醚。催化剂是三氟化硼乙醚络合物、四氯化锡、氟硼酸、三氟化硼、高氯酸锌中的一或几种;反应温度在40‑100℃;催化剂分3‑7次加入;2)闭环反应:有机相进行中和得粗品;碱为浓度10%‑50%的氢氧化钠、氢氧化钾溶液或者固碱,碱用量为聚甘油羟基摩尔数的2.0‑8.0倍,反应温度40‑80℃,保温时间为2‑6h;通过二次闭环,开环中间体转化完全;3)后处理:闭环反应后粗品用稀酸(<20wt%)进行中和至pH=6‑7,在蒸馏釜蒸馏,蒸馏温度为80‑150℃;保温时间为1‑5h;压力为0.05~0.10MPa。该合成的产品环氧值高、水溶性较好和产品收率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚甘油多缩水甘油醚的合成方法。
背景技术
聚甘油多缩水甘油醚作为一种应用广泛的高分子量的环氧化合物,因其具有收缩率低,粘接强度高,稳定性好,电绝缘性能好,加工性能好等优势,已经在各个领域中被应用,如:环氧涂料,增强材料,浇铸料,胶黏剂等。缩水甘油醚分子内含有一个或者多个环氧基,因能与环氧树脂发生反应,同时降低环氧涂料体系粘度,被用作环氧树脂活性稀释剂。另外,也能作为氯化物稳定剂和纺织整理剂使用。目前,环氧缩水甘油醚的合成方法主要有一步法、两步法和氧化法。而使用较多的是两步法,也即是环氧氯丙烷与醇在酸性催化剂存在下,发生开环反应生成中间产物氯醇醚化物,然后再在强碱氢氧化钠作用下发生环氧化反应而生成。对于两步法而言,制备环氧缩水甘油醚的开环反应是很重要的步骤。它的好坏不仅会影响到成品质量,还会直接影响闭环反应。因此,催化剂、原料质量和温度等选择对开环反应的影响很大,需要做到兼顾催化剂、温度和原料质量。传统的制造缩水甘油醚的方法是以聚甘油为原料的二步法,1、要求整个反应体系无水,且要求体系的pH小于7;2、聚甘油很难在低温(<80℃)与环氧氯丙烷反应;3聚甘油极性很大,很难在溶剂中分散。
目前,聚甘油多缩水甘油醚的合成报道的较少,且含多羟基的聚醚与环氧氯丙烷开环反应比较缓慢,造成产品的环氧值偏低、水溶性较差和产品收率偏低等缺点,最终影响聚甘油多缩水甘油醚的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚甘油多缩水甘油醚的合成。解决现有技术存在的多羟基的聚醚与环氧氯丙烷开环反应比较缓慢,产品的环氧值偏低、水溶性较差和产品收率偏低等缺点的问题。
一种聚甘油多缩水甘油醚的合成,包括以下步骤:
1、开环反应:以聚甘油、环氧氯丙烷为原料,合成中间产物氯醇醚。其特征在于,催化剂是三氟化硼乙醚络合物、四氯化锡、氟硼酸、三氟化硼、高氯酸锌中的一种或几种;催化剂分批次加入。反应温度在20-100℃,优选为65℃(相比传统方法高温反应大大降低能耗)。聚甘油羟基摩尔数与环氧氯丙烷投料比为1:3.0-1:10.0,优选为1:6.5(相比于传统方法极大降低环氧氯丙烷的用量)。催化剂分3-7次加入,优选为5次,相对于传统方法,能够快速的诱发反应的发生,提高环氧氯丙烷的利用率。
2、闭环反应:上述中间产物与碱进行闭环反应,有机相进行中和得粗品。其特征在于,碱为浓度10%-50%的氢氧化钠、氢氧化钾溶液或者固碱,碱用量为聚甘油羟基摩尔数的2.0-8.0倍,优选为5.5倍,反应温度30-80℃,优选为40℃,保温时间为2-6h,优选2h。通过二次闭环,开环中间体转化完全,产率高。
3、后处理:上述闭环后粗品用稀酸(<20wt%)进行中和至pH=6-7,稀酸为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸中的一种或几种,优选为稀盐酸;将中和后的粗品在蒸馏釜进行蒸馏,其特征在于,蒸馏温度为80-150℃,优选为130℃;保温时间为1-5h,优选为2h;蒸馏压力为0.05-0.10MPa,优选为>0.095MPa。
本发明的有益效果:原料聚甘油廉价易得,用于采用1、通过多次添加催化剂诱发反应,促进反应的发生;2、反应在较低温度下进行,降低能耗;3、采用极性较大的中性有机溶剂,增大原料的分散性。反应温度低,条件温和,环氧氯丙烷用量减小20%,蒸馏过程时间大大缩短。通过二次闭环,开环中间体转化完全,产率高。真空度要求低,物料耐受温度高,适合工业化生产。
具体实施方式
下述实施例将对本发明作进一步详细的描述,但本发明的具体实施方式不限于此。
实施例1
称取六聚甘油112g(0.25mol)投入带搅拌的四口烧瓶中,加入二氯乙烷448g,边搅拌边升温,升温至65-70℃添加第一次催化剂三氟化硼1.05g,催化剂分五次添加完成,每次间隔30min,滴加环氧氯丙烷150.3g(1.625mol),4h滴完保温2h。降温至40-45℃,向四口烧瓶中添加苄基三乙基溴化铵1.0g,3.5h内添加固碱氢氧化钠55g(1.375mol),分八次添加,间隔30min,滴完后保温2h。反应完成后进行过滤,液体倒入烧杯中和至中性,将中和完成的物料放入蒸溜烧瓶中进行常减压蒸溜,蒸溜温度控制在110-120℃,蒸馏压力大于0.095Mpa。最终得到产品的环氧值为0.5808eq/100g,水解氯4000ppm,粘度3500cP,水溶性150%,收率89%。
实施例2
称取六聚甘油112g(0.25mol)投入带搅拌的四口烧瓶中,加入二氯乙烷448g,边搅拌边升温,升温至65-70℃添加第一次催化剂三氟化硼0.73g,催化剂分五次添加完成,每次间隔30min,滴加环氧氯丙烷69.4g(0.75mol),4h滴完保温2h。降温至40-45℃,向四口烧瓶中添加苄基三乙基溴化铵0.73g,3.5h内添加固碱氢氧化钾35g(0.625mol),分八次添加,间隔30min,滴完后保温2h。反应完成后进行过滤,液体倒入烧杯中和至中性,将中和完成的物料放入蒸溜烧瓶中进行常减压蒸溜,蒸溜温度控制在110-120℃,蒸馏压力大于0.095Mpa。最终得到产品的环氧值为0.3218eq/100g,水解氯3000ppm,粘度7500cP,水溶性250%,收率92%。
实施例3
称取六聚甘油112g(0.25mol)投入带搅拌的四口烧瓶中,加入氯仿448g,边搅拌边升温,升温至65-70℃添加第一次催化剂三氟化硼乙醚络合物1.37g,催化剂分五次添加完成,每次间隔30min,滴加环氧氯丙烷231.3g(2.5mol),4h滴完保温2h。降温至40-45℃,向四口烧瓶中添加苄基三乙基溴化铵1.37g,3.5h内添加固碱氢氧化90g(2.25mol),分八次添加,间隔30min,滴完后保温2h。反应完成后进行过滤,液体倒入烧杯中和至中性,将中和完成的物料放入蒸溜烧瓶中进行常减压蒸溜,蒸溜温度控制在110-120℃,蒸馏压力大于0.095Mpa。最终得到产品的环氧值为0.5236eq/100g,水解氯5000ppm,粘度4500cP,水溶性50%,收率98%。
实施例4
称取六聚甘油112g(0.25mol)投入带搅拌的四口烧瓶中,加入二氧六环448g,边搅拌边升温,升温至40-45℃添加第一次催化剂三氟化硼乙醚络合物1.05g,催化剂分五次添加完成,每次间隔30min,滴加环氧氯丙烷150.3g(1.625mol),4h滴完保温2h。向四口烧瓶中添加苄基三乙基溴化铵1.05g,3.5h内添加固碱氢氧化钾55g(1.375mol),分八次添加,间隔30min,滴完后保温2h。反应完成后进行过滤,液体倒入烧杯中和至中性,将中和完成的物料放入蒸溜烧瓶中进行常减压蒸溜,蒸溜温度控制在110-120℃,蒸馏压力大于0.095Mpa。最终得到产品的环氧值为0.4234eq/100g,水解氯4000ppm,粘度3000cP,水溶性120%,收率90%。
实施例5
称取六聚甘油112g(0.25mol)投入带搅拌的四口烧瓶中,加入甲苯448g,边搅拌边升温,升温至95-100℃添加第一次催化剂四氯化锡2.1g,催化剂分五次添加完成,每次间隔30min,滴加环氧氯丙烷150.3g(1.625mol),4h滴完保温2h。降温至40-45℃,向四口烧瓶中添加四甲基四乙基氯化铵1.05g,3.5h内添加固碱氢氧化钾77g(1.375mol),分八次添加,间隔30min,滴完后保温2h。反应完成后进行过滤,液体倒入烧杯中和至中性,将中和完成的物料放入蒸溜烧瓶中进行常减压蒸溜,蒸溜温度控制在110-120℃,蒸馏压力大于0.095Mpa。最终得到产品的环氧值为0.3634eq/100g,水解氯6200ppm,粘度7000cP,水溶性180%,收率93%。
实施例6
称取六聚甘油112g(0.50m ol)投入带搅拌的四口烧瓶中,加入二氯乙烷448g,边搅拌边升温,升温至65-70℃添加第一次催化剂三氟化硼1.75g,催化剂分三次添加完成,每次间隔30min,滴加环氧氯丙烷150.3g(1.625mol),4h滴完保温2h。降温至40-45℃,向四口烧瓶中添加苄基三乙基溴化铵1.0g,3.5h内添加固碱氢氧化钠55g(1.375mol),分八次添加,间隔30min,滴完后保温2h。反应完成后进行过滤,液体倒入烧杯中和至中性,将中和完成的物料放入蒸溜烧瓶中进行常减压蒸溜,蒸溜温度控制在110-120℃,蒸馏压力大于0.095Mpa。最终得到产品的环氧值为0.4808eq/100g,水解氯3600ppm,粘度2500cP,水溶性130%,收率87%。
实施例7
称取六聚甘油112g(0.50m ol)投入带搅拌的四口烧瓶中,加入二氯乙烷448g,边搅拌边升温,升温至65-70℃添加第一次催化剂三氟化硼乙醚络合物0.75g,催化剂分七次添加完成,每次间隔30min,滴加环氧氯丙烷150.3g(1.625mol),4h滴完保温2h。降温至40-45℃,向四口烧瓶中添加苄基三乙基溴化铵1.0g,3.5h内添加固碱氢氧化钠55g(1.375mol),分八次添加,间隔30min,滴完后保温2h。反应完成后进行过滤,液体倒入烧杯中和至中性,将中和完成的物料放入蒸溜烧瓶中进行常减压蒸溜,蒸溜温度控制在110-120℃,蒸馏压力大于0.095Mpa。最终得到产品的环氧值为0.5435eq/100g,水解氯3700ppm,粘度2800cP,水溶性140%,收率94%。
实施例8
称取四聚甘油168kg(0.5kmol)投入带搅拌的反应釜中,加入二氯乙烷672kg,边搅拌边升温,升温至65-70℃添加第一次催化剂三氟化硼乙醚络合物1.50kg,催化剂分五次添加完成,每次间隔30min,滴加环氧氯丙烷208.0kg(2.25kmol),4h滴完保温2h。降温至40-45℃,向反应釜中添加苄基三乙基溴化铵1.5kg,3.5h内添加固碱氢氧化钠70kg(1.75kmol),分八次添加,间隔30min,滴完后保温2h。反应完成后进行过滤,液体倒入烧杯中和至中性,将中和完成的物料放入蒸溜烧瓶中进行常减压蒸溜,蒸溜温度控制在110-120℃,蒸馏压力大于0.095Mpa。最终得到产品的环氧值为0.5663eq/100g,水解氯3400ppm,粘度2500cP,水溶性160%,收率91%。
实施例9
称取二聚甘油166kg(1.0kmol)投入带搅拌的反应釜中,加入二氯乙烷664kg,边搅拌边升温,升温至65-70℃添加第一次催化剂三氟化硼乙醚络合物1.77kg,催化剂分五次添加完成,每次间隔30min,滴加环氧氯丙烷277.5kg(3.0kmol),4h滴完保温2h。降温至40-45℃,向反应釜中添加苄基三乙基溴化铵1.77kg,3.5h内添加固碱氢氧化钠100kg(2.50kmol),分八次添加,间隔30min,滴完后保温2h。反应完成后进行过滤,液体倒入烧杯中和至中性,将中和完成的物料放入蒸溜烧瓶中进行常减压蒸溜,蒸溜温度控制在110-120qqq℃,蒸馏压力大于0.095Mpa。最终得到产品的环氧值为0.6343eq/100g,水解氯2400ppm,粘度3500cP,水溶性260%,收率95%。
上述各实施例所用的原料:环氧氯丙烷、聚甘油、氢氧化钠、氢氧化钾均为工业级;其他为化学纯,由天津市北联精细化学品开发有限公司生产。
环氧缩水甘油醚的环氧值检测用盐酸-丙酮法检测。
综上所述,本发明公开了一种聚甘油多缩甘油醚,具有多官能团,固化后产物交联密度更高,具有更好的机械性能、耐高温性能、耐老化性能以及耐腐蚀性能等特点,主要用作酸性树脂交联剂、灌注和封装的稀释剂、超弹性环氧水凝胶、抗菌面料、制备多孔过滤器、碳纤维复合物等。上述内容仅为本发明构思下的基本说明,而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换,均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种聚甘油多缩水甘油醚的合成方法,以聚甘油、环氧氯丙烷为原料,按摩尔量比计,聚甘油羟基摩尔数与环氧氯丙烷投料比为1:3.0-1:10.0;
包括以下步骤:
1)开环反应:以聚甘油、环氧氯丙烷为原料,合成中间产物氯醇醚;其特征在于,催化剂是三氟化硼乙醚络合物、四氯化锡、氟硼酸、三氟化硼、高氯酸锌中的一种或几种;反应温度在20-80℃;催化剂分3-7次加入;
2)闭环反应:上述中间产物氯醇醚与碱进行闭环反应,有机相进行中和得粗品;其特征在于,碱为浓度10%-50%的氢氧化钠、氢氧化钾溶液或者固碱,碱用量为聚甘油羟基摩尔数的2.0-8.0倍,反应温度30-80℃,保温时间为2-6h;通过二次闭环,开环中间体转化完全;
3)后处理:上述闭环反应后粗品用稀酸(<20wt%)进行中和至pH=6-7,所述的稀酸为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸中的一种或几种;将中和后的粗品在蒸馏釜进行蒸馏,蒸馏温度为80-150℃;保温时间为1-5h;蒸馏压力为0.05~0.10MPa。
2.如权利要求1所述的聚甘油多缩水甘油醚的合成方法,其特征在于,所述的聚甘油羟基摩尔数与环氧氯丙烷投料比为1:6.5。
3.如权利要求1或2所述的聚甘油多缩水甘油醚的合成,其特征在于,所述的步骤1)开环反应中,催化剂分5次加入;反应温度在65℃;所述的步骤2)闭环反应中,碱用量为聚甘油羟基摩尔数的5.5倍,反应温度40℃,保温时间为2h;所述的步骤3)后处理中,所述的稀酸为稀盐酸;蒸馏釜蒸馏温度为130℃,保温时间为2h;蒸馏压力为0.095MPa。
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