CN113881033A - 一种基于环氧丁烷制备高韧性高回弹软泡聚醚多元醇的方法 - Google Patents

一种基于环氧丁烷制备高韧性高回弹软泡聚醚多元醇的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高韧性高回弹软泡聚醚多元醇的合成方法，特别涉及将环氧丁烷作为共聚单体的合成方法。本发明以甘油为起始剂，环氧丁烷(BO)、环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)为共聚单体，并以嵌段共聚的方式合成出高回弹软泡用聚醚多元醇，将该聚醚多元醇应用到聚氨酯软泡中，其物理性能指标撕裂强度可达到2.30N/m左右，断裂伸长率可达到110％左右，能够显著提高泡沫的撕裂强度、断裂伸长率等物理性能，可用于高回弹软泡聚醚多元醇的工业生产中。

Description

一种基于环氧丁烷制备高韧性高回弹软泡聚醚多元醇的方法
技术领域
本发明涉及一种高韧性高回弹软泡聚醚多元醇的合成方法，特别涉及将环氧丁烷作为共聚单体的合成方法。
背景技术
环氧丁烷(简称BO)，又称氧化丁烯，是一种重要的有机合成原料，可用于生产有机合成中间体及高分子聚合物。环氧丁烷自上世纪70年代开发出来以后发展很快，如美国上世纪八九十年代，每年以10％的速度增长。工业上，环氧丁烷的主要来源是氯醇法生产环氧丙烷时的副产物。随着全球对环境保护的日益重视，氯醇法的污染问题日益突出，氯醇法终将被环境友好的绿色生产工艺所替代。如美国已逐渐关闭使用氯醇法生产环氧丙烷的工厂，我国也对氯醇法生产工艺的排放进行严格控制，并陆续使用绿色技术替代氯醇法工艺。
环氧丁烷化学性质活泼，可与含有活性氢原子的化合物，如水、醇类、多元醇、酚类、硫醇、氨、胺类、酸类物质发生化学反应。因此环氧丁烷应用领域较广，除本身和环氧丙烷用途相似，可作为聚醚单体，还可以用作环氧树脂的活性稀释剂，也用来代替丙酮作为硝基漆的稀释剂；可用于制造中间体和聚合物，例如生产1,2-丁二醇；用作三氯乙烯一类的含氯化合物的抗氧剂及氯化溶剂的稳定剂、有机合成的中间体；还有其它方面的用途，如制造丁醇胺、表面活性剂、汽油添加剂等。
专利CN202010390995公开了一种聚醚润滑油基础油及其制备方法，其组成包括以下含量的物质：植物胺聚氧乙烯醚氧化胺、低粘度加氢基础油、降凝剂及表面活性剂。用该方法得到的聚醚润滑油基础油粘度指数高，可与多类润滑油基础油互溶，同时减少各种添加剂的使用量，减少环境损害，符合更高的环保要求。
专利CN2015102911649公开了一种基于环氧丁烷单体合成的聚醚润滑油基础油的制备方法，该类聚醚润滑油基础油以C1-C12醇为起始剂与含有环氧丁烷的环氧烷烃混合物在复合碱催化作用下开环聚合形成的无规聚醚多元醇。根据混合环氧烷烃各个组分及用量的不同，可以得到性能优异、使用范围更广的聚醚润滑油基础油。
专利CN201610072725公开了3,3-双(叠氮二茂铁)环氧丁烷聚醚及合成方法，属于有机合成领域。本发明通过以溴代二茂铁、叠氮化钠作为原料，合成得到1-叠氮二茂铁备用。以二甲基甲酰胺作为溶剂，季戊四醇、氯化亚砜为原料反应得到2,2,2-三(氯甲基)-1-羟基乙烷，加入氢氧化钠水溶液环化，经蒸馏、萃取、干燥、蒸溶剂、结晶得到3,3-双(氯甲基)氧杂环丁烷，加入合成的叠氮二茂铁在催化剂作用下得到3,3-双(叠氮二茂铁基)氧杂环丁烷，在三羟甲基丙烷/三氟化硼乙醚作用下得到3,3-双(叠氮二茂铁)环氧丁烷聚醚。
就目前环氧丁烷的发展现状来看，现有技术多为聚醚润滑油基础油的制备技术，暂无将环氧丁烷应用于聚氨酯软泡沫领域的情况。
软质聚氨酯泡沫塑料(简称聚氨酯软泡，PU软泡)是指具有一定弹性的一类柔软性聚氨酯泡沫塑料。在聚氨酯泡沫塑料制品中，有一半以上是软泡。按照软硬程度即耐负荷性能的不同，聚氨酯软泡可分为普通软泡、超柔软泡沫、高承载型软泡、高回弹泡沫塑料等，其中高回弹泡沫、高承载软泡一般用于制造坐垫、床垫。目前聚氨酯软泡中有90％是用聚醚多元醇生产的。而生产高回弹泡沫用聚醚多元醇的原料为环氧丙烷和环氧乙烷。
例如文献：《一种新型软泡聚醚多元醇的研制》介绍了在碱性催化剂作用下,甘油与环氧丙烷和环氧乙烷进行混聚成粗聚醚多元醇,经中和、干燥、过滤得到软泡聚醚多元醇。
文献：《座椅系统高回弹泡沫撕裂强度)介绍了汽车座椅用高回弹聚氨酯泡沫的主要原料和助剂对其撕裂强度的影响。
专利CN201210334541.9公开了一种汽车座椅专用聚氨酯泡沫，该发明可以在常温下制备，工作流程简单，节能环保，成品品质优良。
本发明将环氧丁烷应用于聚氨酯软质泡沫中，可显著提高泡沫的撕裂强度、断裂伸长率等物理性能，提升泡沫的品质以及开拓环氧丁烷的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的问题而提供一种基于环氧丁烷制备高韧性高回弹软泡聚醚多元醇的方法，包括以下步骤：
(1)将甘油投入反应釜中，加入催化剂KOH，氮气置换，升温，控制温度105～115℃、压力0.15～0.30MPa，持续通入环氧丙烷(PO)，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到产物1；
(2)将步骤(1)的产物1投入反应釜中，氮气置换，升温，控制温度105～115℃，压力0.15～0.30MPa，持续通入环氧丁烷(BO)，反应完全后抽真空脱气；
(3)在步骤(2)完成后，持续通入环氧丙烷(PO)，控制温度105～115℃、压力0.15～0.30MPa，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到产物2；
(4)将步骤(3)的产物2投入反应釜中，氮气置换，升温，控制温度105～115℃、压力0.15～0.30MPa，持续通入环氧丁烷(BO)，反应完全后抽真空脱气；
(5)在步骤(4)完成后，持续通入环氧丙烷(PO)，控制温度105～115℃、压力0.15～0.30MPa，反应完全后抽真空脱气；
(6)在步骤(5)完成后，补充氮气至0.20MP，控制温度105～115℃、压力0.20～0.40MP，持续通入环氧乙烷(EO)，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到最终产品聚醚多元醇。
其中KOH用量为中间体的质量百分含量，其值为2％～3％；
步骤(1)中涉及的甘油与环氧丙烷的摩尔比为6.75:1。
步骤(2)、步骤(3)中涉及的环氧丁烷与环氧丙烷的摩尔比为25:1～125:1。
步骤(4)、步骤(5)中涉及的环氧丁烷与环氧丙烷的摩尔比为25:1～5:1。
环氧乙烷用量为最终产品聚醚多元醇的质量百分含量，其值为10％～14％。
将本发明所述产品聚醚多元醇制成聚氨酯软质泡沫，其物理性能指标撕裂强度可达到2.30N/m左右，断裂伸长率可达到110％左右，明显高于对比例相同牌号的传统聚醚所发泡沫。
具体实施方式
实施例1
称取甘油200g投入反应釜中，加入KOH 21.0g，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丙烷(PO)851.4g进行开环反应，控制温度105℃、压力0.15MPa至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料得到产物1。
称取200g产物1投入反应釜中，氮气置换三次，将反应釜升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)26.1g进行开环反应，控制温度105℃、压力0.15MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)1016.8g进行开环反应，控制温度105℃、压力0.15MPa，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到产物2。
称取800g产物2投入反应釜中，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)18.4g进行开环反应，控制温度105℃、压力0.15MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)350.3g进行开环反应，控制温度105℃、压力0.15MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中补充氮气至0.20MP，控制温度105℃、压力0.30MP，持续通入环氧乙烷(EO)129.9g至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料，得到最终产品聚醚多元醇。
实施例2
称取甘油200g投入反应釜中，加入KOH 31.5g，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丙烷(PO)851.4g进行开环反应，控制温度115℃、压力0.30MPa至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料得到产物1。
称取200g产物1投入反应釜中，氮气置换三次，将反应釜升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)78.2g进行开环反应，控制温度115℃、压力0.30MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)964.7g进行开环反应，控制温度115℃、压力0.30MPa，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到产物2。
称取800g产物2投入反应釜中，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)47.5g进行开环反应，控制温度115℃、压力0.30MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)269.3g进行开环反应，控制温度115℃、压力0.30MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中补充氮气至0.20MP，控制温度115℃、压力0.40MP，持续通入环氧乙烷(EO)181.8g至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料，得到最终产品聚醚多元醇。
实施例3
称取甘油200g投入反应釜中，加入KOH 22.1g，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丙烷(PO)851.4g进行开环反应，控制温度110℃、压力0.25MPa至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料得到产物1。
称取200g产物1投入反应釜中，氮气置换三次，将反应釜升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)41.7g进行开环反应，控制温度110℃、压力0.25MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)1001.2g进行开环反应，控制温度110℃、压力0.25MPa，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到产物2。
称取800g产物2投入反应釜中，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)19.8g进行开环反应，控制温度110℃、压力0.25MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)310.0g进行开环反应，控制温度110℃、压力0.25MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中补充氮气至0.20MP，控制温度110℃、压力0.35MP，持续通入环氧乙烷(EO)168.8g至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料，得到最终产品聚醚多元醇。
实施例4
称取甘油200g投入反应釜中，加入KOH 23.1g，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丙烷(PO)851.4g进行开环反应，控制温度112℃、压力0.20MPa至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料得到产物1。
称取200g产物1投入反应釜中，氮气置换三次，将反应釜升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)52.1g进行开环反应，控制温度112℃、压力0.20MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)990.8g进行开环反应至结束，控制温度112℃、压力0.20MPa，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到产物2。
称取800g产物2投入反应釜中，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)34.3g进行开环反应，控制温度112℃、压力0.20MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)308.5g进行开环反应，控制温度112℃、压力0.20MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中补充氮气至0.20MP，控制温度112℃、压力0.25MP，持续通入环氧乙烷(EO)155.8g至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料，得到最终产品聚醚多元醇。
实施例5
称取甘油200g投入反应釜中，加入KOH 23.1g，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丙烷(PO)851.4g进行开环反应，控制温度108℃、压力0.25MPa至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料得到产物1。
称取200g产物1投入反应釜中，氮气置换三次，将反应釜升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)62.6g进行开环反应，控制温度108℃、压力0.25MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)980.3g进行开环反应，控制温度108℃、压力0.25MPa，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到产物2。
称取800g产物2投入反应釜中，氮气置换三次，升温至105℃，持续通入环氧丁烷(BO)44.5g进行开环反应，控制温度108℃、压力0.25MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中持续通入环氧丙烷(PO)311.3g进行开环反应，控制温度108℃、压力0.25MPa，反应完全后抽真空脱气。
向反应釜中补充氮气至0.20MP，控制温度108℃、压力0.20MP，持续通入环氧乙烷(EO)142.8g至反应结束，然后抽真空脱气，降温出料，得到最终产品聚醚多元醇。
附表：将实施例所述聚醚多元醇制成高回弹软泡并检测泡沫物理性能
Figure BDA0003289686170000061
注：对比例涉及的聚醚为无BO加入合成的与实施例相同的牌号聚醚
由上表可以看出，实施例中加入BO嵌段合成聚醚所发泡沫的物性指标优于对比例聚醚。其中，泡沫的断裂伸长率和撕裂强度指标明显优于对比例聚醚所发泡沫指标。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。本发明未尽事宜属于公知技术。

Claims (6)

1.一种基于环氧丁烷制备高韧性高回弹软泡聚醚多元醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将甘油投入反应釜中，加入催化剂KOH，氮气置换，升温，控制温度105～115℃、压力0.15～0.30MPa，持续通入环氧丙烷(PO)，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到产物1；
(2)将步骤(1)的产物1投入反应釜中，氮气置换，升温，控制温度105～115℃，压力0.15～0.30MPa，持续通入环氧丁烷(BO)，反应完全后抽真空脱气；
(3)在步骤(2)完成后，持续通入环氧丙烷(PO)，控制温度105～115℃、压力0.15～0.30MPa，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到产物2。
(4)将步骤(3)的产物2投入反应釜中，氮气置换，升温，控制温度105～115℃、压力0.15～0.30MPa，持续通入环氧丁烷(BO)，反应完全后抽真空脱气；
(5)在步骤(4)完成后，持续通入环氧丙烷(PO)，控制温度105～115℃、压力0.15～0.30MPa，反应完全后抽真空脱气；
(6)在步骤(5)完成后，补充氮气至0.20MP，控制温度105～115℃、压力0.20～0.40MP，持续通入环氧乙烷(EO)，反应完全后抽真空脱气，降温出料，得到最终产品聚醚多元醇。
2.根据权利要求1所述聚醚多元醇的合成方法，其特征在于：KOH用量为中间体的质量百分含量，其值为2％～3％。
3.根据权利要求1所述聚醚多元醇的合成方法，其特征在于：步骤(1)中涉及的甘油与环氧丙烷的摩尔比为6.75:1。
4.根据权利要求1所述聚醚多元醇的合成方法，其特征在于：步骤(2)、步骤(3)中涉及的环氧丁烷与环氧丙烷的摩尔比为25:1～125:1。
5.根据权利要求1所述聚醚多元醇的合成方法，其特征在于：步骤(4)或步骤(5)中涉及的环氧丁烷与环氧丙烷的摩尔比为25:1～5:1。
6.根据权利要求1所述聚醚多元醇的合成方法，其特征在于：环氧乙烷用量为最终产品聚醚多元醇的质量百分含量，其值为10％～14％。
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