CN111909121B - 一种γ-丁内酯制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚酯材料回收利用技术领域，具体为一种γ‑丁内酯制备方法，包括以下步骤：S1.将聚丁二酸丁二醇酯和金属加氢催化剂置于高温高压反应釜中，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入3～6MPa氢气，在180～280℃下反应3～24小时；或者S1.将聚丁二酸丁二醇酯和金属加氢催化剂置于高温高压反应釜中，加入溶剂，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入3～6MPa氢气，在150～250℃下反应3～24小时；S2.反应完后冷却至室温，得到含有γ‑丁内酯的液体粗样；S3.液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ‑丁内酯。本发明提供的制备方法既解决了聚丁二酸丁二醇酯固废的环境污染问题，又制备得到了高价值化学品γ‑丁内酯，实现废旧资源的高值化利用。
Description
技术领域
本发明涉及聚酯材料回收利用技术领域，尤其涉及一种γ-丁内酯制备方法。
背景技术
γ-丁内酯(GBL)是化学，医药，香料和精细有机合成领域的重要化学中间体，有宽广的应用范围和经济价值。如γ-丁内酯可用于合成维生素B、环丙沙星、全身麻醉剂γ-羟基丁酸钠、镇静剂丁二酸、α-溴代γ-丁内酯等医疗药剂或农药中间体。γ-丁内酯作为一种高沸点溶剂，溶解性强，电性能及稳定性好，使用安全。γ-丁内酯作为一种质子型强力溶剂，可溶解大多数低分子聚合物及部份高分子聚合物，可用作电池电解质，以代替强腐蚀性酸液。γ-丁内酯在聚合反应中可作为载体并参加聚合反应。随着使用领域的拓宽和下游产品的开发，γ-丁内酯在全世界范围内需求在不断增长。目前制备γ-丁内酯的主要生产方式有顺酐加氢法和1，4-丁二醇脱氢法。其中顺酐加氢法存在较难分离的副产物四氢呋喃等，导致分离成本较高；而1，4-丁二醇脱氢法原料价格昂贵。
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一种分子式为HO-[CO-(CH2)2-CO-O-(CH2)4-O]n的脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物可吸收性。聚丁二酸丁二醇酯现已经有多家公司在规模化生产，截至2017年仅国内PBS产量已达到约100Kt/a。聚丁二酸丁二醇酯可用做垃圾袋、包装袋、化妆品瓶、各种塑料卡片、婴儿尿布、农用材料及药物缓释载体基质等；也可用于其它涉及到环境保护的各种塑料制品，如土木绿化用网、膜等；还可用于包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料、生物医用高分子材料等领域。随着聚丁二酸丁二醇酯的广泛应用，产生了大量的废旧聚丁二酸丁二醇酯。把废旧聚丁二酸丁二醇酯转化为高价值化学品，既能解决环境问题，又能实现废弃物资源化利用。因此开发一种新技术，把废旧聚丁二酸丁二醇酯变废为宝(如制备γ-丁内酯)具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种利用废旧聚丁二酸丁二醇酯一步反应直接得到γ-丁内酯的γ-丁内酯制备方法，既解决了聚丁二酸丁二醇酯固废的环境污染问题，又制备得到了高价值化学品γ-丁内酯，实现废旧资源的高值化利用。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.将聚丁二酸丁二醇酯和金属加氢催化剂置于高温高压反应釜中，打开搅拌器搅拌混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入3～6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，在180～280℃下反应3～24小时；反应时间过短(如<3h)和温度过低(如<180℃)不利于聚丁二酸丁二醇酯解聚合生成γ-丁内酯，反应时间过长(>24小时)和温度过高(如>280℃)会产生大量副产物。氢气压力升高有利于反应进行，但过高的氢气压力(如>6MPa)对反应帮助较少，但会造成较高的成本。
S2.反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
本发明通过一步催化加氢反应，把聚丁二酸丁二醇酯或聚丁二酸丁二醇酯塑料固废转化为高价值的γ-丁内酯，γ-丁内酯产率可高到49％，既解决了聚丁二酸丁二醇酯塑料固废引起的环境问题，又实现了废旧资源的高值化利用。本发明的制备方法工艺流程简单，操作方便，生产成本低，具有工业化应用前景。
进一步的，步骤S1也可为：将聚丁二酸丁二醇酯和金属加氢催化剂置于高温高压反应釜中，加入溶剂，打开搅拌器搅拌混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入3～6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，在150～250℃下反应3～24小时。
进一步的，所述的溶剂为四氢呋喃、环己烷中的任意一种或多种组合。
进一步的，所述的金属加氢催化剂为负载钯催化剂、负载钌催化剂、负载铂催化剂、铜锌铝催化剂中的任意一种或多种组合。
进一步的，步骤S1中所述聚丁二酸丁二醇酯与金属加氢催化剂之间的重量配比为10：(0.24-1)。
进一步的，做为本发明的一种优选的实施方式，所述的γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.将5重量份的聚丁二酸丁二醇酯和0.5重量份的钯碳催化剂置于高温高压反应釜中，打开搅拌器搅拌混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，在240℃下反应12小时；
S2.反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
进一步的，做为本发明的一种优选的实施方式，所述的γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.将5g聚丁二酸丁二醇酯和0.5g金属加氢催化剂置于高温高压反应釜中，加入40ml四氢呋喃溶剂，打开搅拌器搅拌混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入4MPa氢气，密闭高温高压反应釜，在200℃下反应12小时；
S2.反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
进一步的，步骤S1中所述的搅拌器的搅拌速度为100～500RPM。
本发明的有益效果在于：
本发明通过一步催化加氢反应，把聚丁二酸丁二醇酯或聚丁二酸丁二醇酯塑料固废转化为高价值的γ-丁内酯，γ-丁内酯产率可高到49％，既解决了聚丁二酸丁二醇酯塑料固废引起的环境问题，又实现了废旧资源的高值化利用。本发明的制备方法工艺流程简单，操作方便，生产成本低，具有工业化应用前景。
附图说明
图1为实施例1所得液体粗样的气质联用分析图谱。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯和0.5g钯碳催化剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至240℃，在240℃下反应12小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
通过气质联用分析仪(GCMS)分析制得液体粗样的组分和含量，分析结果见图1，γ-丁内酯为液体粗样中的主要产物，含量达到了2.4g，产率为48％。
实施例2
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯、0.5g钯碳催化剂和40ml四氢呋喃溶剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入4MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至200℃，在200℃下反应12小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
通过气质联用分析仪(GCMS)分析制得液体粗样的组分和含量，分析结果见图1，γ-丁内酯为液体粗样中的主要产物，含量达到了2.45g，产率为49％。
实施例3
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯和0.5g钌碳催化剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入4MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至240℃，在240℃下反应12小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
通过气质联用分析仪(GCMS)分析制得液体粗样的组分和含量，分析结果见图1，γ-丁内酯为液体粗样中的主要产物，含量达到了2.2g，产率为44％。
实施例4
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯、0.5g铂碳催化剂和40ml四氢呋喃溶剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入4MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至150℃，在150℃下反应24小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
实施例5
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯、0.25g铂碳催化剂和40ml四氢呋喃溶剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入4MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至250℃，在250℃下反应12小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
实施例6
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯、0.12g铂碳催化剂和40ml四氢呋喃溶剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至220℃，在220℃下反应18小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
实施例7
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯、0.5g铂碳催化剂和40ml环己烷溶剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入4MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至220℃，在220℃下反应3小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
实施例8
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯和0.25g钯碳催化剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入3MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至280℃，在280℃下反应3小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
实施例9
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯和0.5g钯碳催化剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至180℃，在180℃下反应24小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
实施例10
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯和0.5g铜锌铝催化剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至280℃，在280℃下反应6小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
实施例11
一种γ-丁内酯制备方法，包括以下步骤：
S1.取5g聚丁二酸丁二醇酯、0.5g铂碳催化剂和60ml四氢呋喃溶剂置于100ml高温高压反应釜中，打开搅拌器进行搅拌，并控制搅拌速度为100～500RPM，使其混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入3MPa氢气，密闭高温高压反应釜，然后以6度/分钟的升温速率升温至220℃，在220℃下反应12小时；
S2.上述反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，收集样品，通过离心分离得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
显然，以上所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种γ-丁内酯制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将聚丁二酸丁二醇酯和金属加氢催化剂置于高温高压反应釜中，打开搅拌器搅拌混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入3～6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，在180～280℃下反应3～24小时；
S2.反应完后冷却至室温，打开高温高压反应釜，得到含有γ-丁内酯的液体粗样；
S3.将上一步骤获得的液体粗样进行精馏，收集沸点在204℃左右的馏分，即得到γ-丁内酯。
2.根据权利要求1所述的一种γ-丁内酯制备方法，其特征在于，步骤S1替换为：将聚丁二酸丁二醇酯和金属加氢催化剂置于高温高压反应釜中，加入溶剂，打开搅拌器搅拌混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入3～6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，在150～250℃下反应3～24小时。
3.根据权利要求2所述的一种γ-丁内酯制备方法，其特征在于，所述的溶剂为四氢呋喃、环己烷中的任意一种或多种组合。
4.根据权利要求1至2任意一项所述的一种γ-丁内酯制备方法，其特征在于，所述的金属加氢催化剂为负载钯催化剂、负载钌催化剂、负载铂催化剂、铜锌铝催化剂中的任意一种或多种组合。
5.根据权利要求4所述的一种γ-丁内酯制备方法，其特征在于，步骤S1中所述聚丁二酸丁二醇酯与金属加氢催化剂之间的重量配比为10：(0.24-1)。
6.根据权利要求1所述的一种γ-丁内酯制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将5重量份的聚丁二酸丁二醇酯和0.5重量份的钯碳催化剂置于高温高压反应釜中，打开搅拌器搅拌混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入6MPa氢气，密闭高温高压反应釜，在240℃下反应12小时。
7.根据权利要求2所述的一种γ-丁内酯制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将5g聚丁二酸丁二醇酯和0.5g金属加氢催化剂置于高温高压反应釜中，加入40ml四氢呋喃溶剂，打开搅拌器搅拌混合均匀，通入氢气，排除高温高压反应釜中空气，随后再通入4MPa氢气，密闭高温高压反应釜，在200℃下反应12小时。
8.根据权利要求4所述的一种γ-丁内酯制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的搅拌器的搅拌速度为100～500RPM。
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