CN114957197A - 一种丙交酯制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一步制备丙交酯方法以及催化剂，以乳酸为原料，含锡金属氧化物为催化剂，在气相、常压条件下经一步法合成丙交酯。反应中乳酸转化率可以达到90％以上，丙交酯的选择性超过90％。相较于目前工业生产中先将乳酸脱水到乳酸低聚物，再将乳酸低聚物通过高温热裂解制备丙交酯而言，此方法反应过程更为简单，不需要高真空环境和高沸点溶剂参与；而且，相较于常规的锡化合物作为催化剂而言，本发明中所使用的锡基金属氧化物催化剂为固体催化剂，具有更为安全、环保、可循环使用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及丙交酯制备领域，具体涉及一种丙交酯制备方法。
背景技术
目前制备聚乳酸的工艺流程主要包括一步法和两步法。其中，一步法直接以乳酸为原料，在催化剂的作用下经过缩聚获得聚乳酸。这一过程中由于反应后期体系生成的水分子难以除去而影响聚乳酸分子量的提升，难以获得高分子量的低聚物。两步法则是先合成丙交酯中间体，然后丙交酯在催化剂的作用下经过开环聚合，可以获得高分子量的聚乳酸。目前大部分公司均采用两步法制备聚乳酸，以此方法可以获得分子量可调控的聚乳酸产品。根据研究表明，两步法聚乳酸生产过程中，合成乳酸、丙交酯及制备聚合物分别占到总成本的50％、30％和20％。因此在两步法制备聚乳酸过程中，获得丙交酯中间体在整个聚乳酸生产成本中有很大占比。这是因为乳酸需要经过脱水缩合获得分子量在数千的预聚物，然后再经解聚环化形成丙交酯。这一反应过程流程较长，增加了整个生产成本，制约了聚乳酸产业的发展。基于此，为了简化丙交酯的生产流程，降低丙交酯制备过程中的设备成本和生产成本。
近年来，专利CN108610323A和CN112028869A也提出来一步法制备丙交酯的技术路线，其在丙交酯合成过程中分别使用了H-beta和Sn-beta等分子筛催化剂，且CN112028869A中所提及的原料为乳酸酯。一方面，分子筛催化剂制备过程比较繁琐；另一方面，乳酸酯为原料时需要先将乳酸与相应的醇经酯化生成酯，一定条件下会增加生产成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种丙交酯制备方法，以含锡金属氧化物为催化剂，气相下直接通过一步法催化乳酸合成丙交酯，简化了丙交酯合成工艺及催化剂制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种丙交酯制备方法，包括以下步骤：
将乳酸经过预热汽化生成乳酸蒸汽，然后通过含有锡金属氧化物的反应器中，乳酸经一步法脱水环化生成丙交酯。
可选地，含锡金属氧化为SnO2、SnO2-SiO2、SnO2-Al2O3的一种或多种。
可选地，所述的含锡金属氧化物催化剂为四价锡，氧化锡质量占比为20％-80％。
可选地，所述的氧化锡晶体为四方晶相。
可选地，所述的乳酸为L-乳酸、D-乳酸中的一种或多种。
可选地，乳酸汽化温度为140-200℃。
可选地，环化反应温度为160-280℃。
有益效果：
本发明的催化剂制备方法及反应过程更为简单，不需要高真空环境和高沸点溶剂参与；而且，相较于常规的锡化合物作为催化剂而言，本发明中所使用的锡基金属氧化物催化剂为固体催化剂，具有更为安全、环保、可循环使用的优点。
附图说明
图1为本申请反应原理图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
含锡金属氧化物合成方法采用共沉淀法，具体步骤如下：SnCl4·5H2O溶于去离子水中，在磁力搅拌装置作用下搅拌至其完全溶解后，将硅溶胶逐滴加入，待搅拌均匀后，逐滴加入0.1N氢氧化钠溶液，调整pH到8.5。悬浮液在室温下继续搅拌12小时后，转移到80℃油浴锅继续搅拌6小时。得到的产物过滤后经去离子水洗涤数次直到滤液中不能检测到钠离子。最后过滤得到的固体在120℃干燥箱中持续干燥12小时，用研钵研磨成粉状，再在450℃马弗炉中煅烧6小时，保证马弗炉升温速率为5℃/min，得到的产物过筛后保存。
乳酸制备丙交酯反应和测试方法如下：乳酸在固定床反应器中经催化剂作用下脱水环化得到丙交酯等产物，在除去水分后可直接用气相色谱分析测试，主要成分包括L-丙交酯，内消旋丙交酯(M-丙交酯)。
对比例1
先进行空白对照反应，不添加催化剂到不锈钢固定床反应器中进行催化反应。80％乳酸通过泵引入反应器中，与氮气混合后，先在预热管线中汽化，然后在反应温度为240℃含有催化剂区间中进行反应，乳酸进料空速为2h-，反应压力为101.3KPa，获得产物经气相色谱采用归一法计算结果，反应结果如表1所示。
实施例1
将2克SnO2催化剂转入不锈钢固定床反应器中进行催化反应。80％乳酸通过泵引入反应器中，与氮气混合后，先在预热管线中汽化，然后在反应温度为240℃含有催化剂区间中进行反应，乳酸进料空速为2h-，氮气流速200mL/min，反应压力为101.3KPa，获得产物经气相色谱采用归一法计算结果，反应结果如表1所示。
实施例2
将2克SiO2催化剂转入不锈钢固定床反应器中进行催化反应。80％乳酸通过泵引入反应器中，与氮气混合后，先在预热管线中汽化，然后在反应温度为240℃含有催化剂区间中进行反应，乳酸进料空速为2h-，反应压力为101.3KPa，获得产物经气相色谱采用归一法计算结果，反应结果如表1所示。
实施例3
将2克40wt％SnO2-SiO2催化剂转入不锈钢固定床反应器中进行催化反应。80％乳酸通过泵引入反应器中，与氮气混合后，先在预热管线中汽化，然后在反应温度为240℃含有催化剂区间中进行反应，乳酸进料空速为2h-，反应压力为101.3KPa，获得产物经气相色谱采用归一法计算结果，反应结果如表1所示。
实施例4
将2克60wt％SnO2-SiO2催化剂转入不锈钢固定床反应器中进行催化反应。80％乳酸通过泵引入反应器中，与氮气混合后，先在预热管线中汽化，然后在反应温度为240℃含有催化剂区间中进行反应，乳酸进料空速为2h-，反应压力为101.3KPa，获得产物经气相色谱采用归一法计算结果，反应结果如表1所示。
实施例5
将2克80wt％SnO2-SiO2催化剂转入不锈钢固定床反应器中进行催化反应。80％乳酸通过泵引入反应器中，与氮气混合后，先在预热管线中汽化，然后在反应温度为240℃含有催化剂区间中进行反应，乳酸进料空速为2h-，反应压力为101.3KPa，获得产物经气相色谱采用归一法计算结果，反应结果如表1所示。
实施例6
将2克60wt％SnO2-Al2O3催化剂转入不锈钢固定床反应器中进行催化反应。80％乳酸通过泵引入反应器中，与氮气混合后，先在预热管线中汽化，然后在反应温度为240℃含有催化剂区间中进行反应，乳酸进料空速为2h-，反应压力为101.3KPa，获得产物经气相色谱采用归一法计算结果，反应结果如表1所示。
| 实施例 | 乳酸转化率(％) | L-丙交酯选择性(％) | M-丙交酯选择性(％) |
| 对比例1 | 18 | 48 | 10 |
| 实施例1 | 80 | 86 | 8 |
| 实施例2 | 27 | 47 | 12 |
| 实施例3 | 87 | 92 | 4 |
| 实施例4 | 94 | 95 | 3 |
| 实施例5 | 83 | 89 | 6 |
| 实施例6 | 86 | 90 | 5 |
表1
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (9)
1.一种丙交酯制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将乳酸经过预热汽化生成乳酸蒸气，然后通过含有锡金属氧化物的反应器中，乳酸经一步法脱水环化生成丙交酯。
2.根据权利要求1所述的丙交酯制备方法，其特征在于，含锡金属氧化为SnO2、SnO2-SiO2、SnO2-Al2O3的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的丙交酯制备方法，其特征在于，所述的含锡金属氧化物催化剂为四价锡，氧化锡质量占比为20％-80％。
4.根据权利要求1所述的丙交酯制备方法，其特征在于，所述的氧化锡晶体为四方晶相。
5.根据权利要求1所述的丙交酯制备方法，其特征在于，所述的乳酸为L-乳酸、D-乳酸中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的丙交酯制备方法，其特征在于，乳酸汽化温度为140-200℃。
7.根据权利要求1所述的丙交酯制备方法，其特征在于，环化反应温度为160-280℃。
8.含有锡金属氧化物作为催化剂在制备丙交酯中的应用。
9.含有锡金属氧化物作为催化剂在制备聚乳酸中的应用。
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