专利名称：脂肪族端氨基聚醚的生产方法及其专用催化剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种化合物，具体地说是一类由伯胺基封端的聚氧化烯烃化合物。
背景技术：
端氨基聚醚(Amine-Terminated Polyether，简称ATPE)是一类由伯胺基或仲胺基封端的聚氧化烯烃化合物。由于大分子链的端氨基含有活泼氢，能与异氰酸酯基团和环氧基团等反应，因此，近年来ATPE主要用于聚氨酯(聚脲)材料的合成原料和环氧树脂的固化剂。除此之外，ATPE还可在发动机燃料油中用作抗混浊、抗沉淀添加剂。
根据端氨基相连烃基结构的不同，ATPE可分为芳香族和脂肪族两类；根据氨基基团中氢原子被取代的个数，又分为伯胺基、仲胺基ATPE。
端氨基聚醚应用于聚氨酯(聚脲)材料，主要取决于两个优点(1)氨基化合物与异氰酸酯反应速度比羟基快，可缩短反应时间。据报道，下表列出了类似的比较数据可供参考表一 异氰酸酯与胺和醇的相对反应速度
(2)由氨基与异氰酸酯反应生成的脲基，在相邻的双氢键作用下，其极性要比羟基与异氰酸酯反应所形成的氨基甲酸酯基强得多。因此，聚脲结构中分子间(即链间)的相互作用力特别强，硬链段和软链段的相分离更加明显，聚合物中硬链段区域的熔融温度比起聚氨酯结构也就更高，表现在弹性体制品的性能上，聚脲的物理性能和耐热性能远优于聚氨酯。所以，由端氨基聚醚制得的喷涂聚脲弹性体固化快、强度高、延伸率大、耐摩擦、耐腐蚀、耐老化，现广泛用于混凝土和钢结构表面的防水防腐耐磨涂层，以及其他构件的防护、装饰涂层。
端氨基聚醚应用于环氧树脂固化剂领域，是基于以下两点(1)在化学结构上，端氨基聚醚分子主链中含有大量的醚键结构，醚键使其制品具有较好的柔韧性，同时伯胺基连接在第二个碳原子上，由于受侧甲基空间位阻的影响，其反应活性受到影响，故可适合于多种类型的环氧树脂应用。(2)在物理特性上，端氨基聚醚在室温下为无色透明液体，具有粘度低、蒸气压低和伯胺含量高等优点，能溶于多种溶剂中。所以，端氨基聚醚正越来越多地用于环氧领域，如涂料、灌封材料、建筑材料、复合材料和胶粘剂等。
本发明合成的端氨基聚醚为脂肪族伯胺基的端氨基聚氧化丙烯醚。平均分子量为400以上。分子结构式为 或 一般情况下，任何高沸点且热稳定的醇类化合物(伯醇或仲醇)，在氢气和催化剂的存在下，与氨气或伯胺、仲胺化合物进行脱水的氨解反应，可得到相应的伯胺、仲胺和叔胺基化合物，取得何种化合物的关键就在于催化剂的选择及制备。聚醚多元醇的临氢氨化制ATPE一般包括脱氢、加氨、脱水、加氢等步骤，所以选择的催化剂要同时具有这几方面的功能。
美国专刊US 3236895报道，1960年，Lee等人首先用镭尼镍(Raney Ni)催化剂氨解聚醚二元醇制ATPE，反应温度235～255℃，压力140～170kg/cm2，并加入适量溶剂(无水乙醇或环己烷)，当时报道的转化率仅有40％到70％。
美国专利US 3654370报道，1970年Jefferson公司用共沉淀法制备了含镍、铜、铬的催化剂作为氨化催化剂，其中Ni占75％、Cu占23％、Cr占2％，在连续化管式反应器的实验中，并在加入适量的环己烷作溶剂情况下，可使1000分子量的聚醚二元醇及1500分子量的聚醚三元醇接近100％氨化，并且伯胺含量达96％。当时反应温度为235～246℃，反应压力210kg/cm2。
欧洲专利EP0081701A1报道，用通用的镭尼镍(Raney Ni)催化剂将分子量为6000的聚醚三元醇氨解为聚醚三元胺，当时所报道的转化率为80％。
美国专利US4766245报道，1988年，Texaco公司的Larkin等人进一步改进了直接氨解反应的催化体系。他们发现，在通用的镭尼镍(Raney Ni)催化剂中，铝的含量太低(不足10％)影响了氨解反应的转化率和选择性。因此，他们制备了被称作为镭尼镍/铝的催化剂，其中铝含量控制在25～35％，镍含量控制在75～65％，用这样的催化剂在连续管式反应器中用于分子量大于500的聚醚多元醇的氨解，可使转化率高达99％，且伯胺含量达98％。此反应温度在235～250℃，压力在140kg/cm2～190kg/cm2。
美国专利US 5003107报道，1991年，Texaco公司的Zimmerman等人研究聚四氢呋喃聚醚多元醇的氨解反应，选用催化剂为某些载体上吸附镍、铜、铬、钼的混合体，其中Ni占70～75％、Cu占20～25％、Cr占0.5～5％和Mo占1～5％，使用连续化管式反应器，在对分子量1000及2000的聚四氢呋喃聚醚氨化过程中，转化率达91～96％，伯胺含量占总胺含量92～97％，温度160～190℃，压力大于140kg/cm2，而在间隙釜式反应器中，2000分子量的聚四氢呋喃聚醚氨化转化率仅为76％。
脂肪族ATPE的合成方法目前有三种1、氨化法，典型的为Texaco公司的连续化的气、液、固三相的临氢氨化催化反应；2、离去基团法，首先将聚醚多元醇与光气(或甲磺酰氯)反应，在聚醚两端引入氯甲酸酯基团(或甲磺酰基团)，然后再与二元伯胺亲核取代反应制ATPE；3、氨基丁烯酸酯法，首先用二烯酮或者乙酰乙酸乙脂与聚醚多元醇的酯交换反应，在聚醚的两端接上乙酰乙酸酯基团，然后将被乙酰乙酸酯基封端的聚醚与一元伯胺、烷基醇胺或二元伯胺进行胺化，得到端基为胺基丁烯酸脂的亚胺化合物。上述第2类生产方法存在工艺流程长，所用原料不易购置且易污染环境、反应付产物多等缺点；第3类生产方法存在工艺复杂、生产成本高、反应难以控制等缺点；第1类生产方法是目前最主要的工艺线路，但连续化生产设备多，投资成本高，催化剂制备较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用间隙釜式反应工艺催化氨化合成ATPE的生产方法及其专用催化剂的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种脂肪族端氨基聚醚的生产方法，它采用间隙釜式反应工艺催化氨化合成脂肪族端氨基聚醚，其特征在于它包括以下步骤A)选用专用骨架镍催化剂，其主要成分为金属镍、金属铝和金属铬，它的各组份的质量比为金属镍占60～80％、金属铝占10～35％、金属铬占2～10％；将催化剂密封备用；B)在高压釜中，采用步骤A)中所述催化剂，进行临氢氨化的反应过程，所用原料为平均分子量400以上的聚醚多元醇，催化剂的加入量为原料聚醚多元醇质量的5～20％，液氨加入量为当时原料聚醚多元醇中羟基摩尔数的3～20倍，氢气加入量为当时原料聚醚多元醇中羟基摩尔数的0.5～10倍，反应温度180～280℃，反应压力13.0～21.0MPa，反应时间2～8小时；C)将步骤B)中反应制得的产物经过滤，蒸馏脱水即得到端氨基聚醚产品。
在步骤B)中，当所述原料聚醚多元醇为5000分子量、三官能度聚氧化丙烯醚时，催化剂的加入量为45g，聚氧化丙烯醚的加入量为500g，液氨加入量为85g，氢气压力为3.0Mpa，反应温度为200～270℃，反应压力为16.0～19.0Mpa，反应时间为4小时。
当所述原料聚醚多元醇为2000分子量、二官能度聚氧化丙烯醚时，催化剂的加入量为40g，聚氧化丙烯醚的加入量为500g，液氨加入量为90g，氢气压力为3.0Mpa，反应温度为200～260℃，反应压力为16.0～18.0Mpa，反应时间为5小时。
一种脂肪族端氨基聚醚的生产方法中，专用骨架镍催化剂的制备方法，其特征在于它包括以下步骤a)将金属镍占40～50％、金属铝占40～55％、金属铬占2～10％的定制合金用氢氧化钠溶液溶解，氢氧化钠溶液的用量为合金质量的1～3倍，氢氧化钠溶液的质量浓度为10～30％，溶解温度为50～100℃，溶解时间为0.5～2小时；b)将合金用蒸馏水洗涤至中性；c)将合金用无水乙醇洗涤；d)将合金密封备用。
步骤a)中所述氢氧化钠溶液是取75.0g氢氧化钠，加入300g蒸馏水，在50～80℃下搅拌而成；定制的合金质量为60.0g；溶解温度为70～80℃，溶解时间为2小时。
本发明采用间隙釜式由聚醚多元醇临氢氨化合成端氨基聚醚，具有投资成本低、工艺简单、反应转化率高、无环境污染等优点。本发明在生产平均分子量400以上的聚醚多元醇氨化过程中，反应转化率高，大于96％，产品端氨基聚醚伯胺含量高，大于96％(占总胺值)，产品质量达到美国Huntsman公司产品标准，填补了国内生产端氨基聚醚的空白，可替代进口。随着我国端氨基聚醚生产和应用技术的不断发展，端氨基聚醚在聚氨酯、环氧树脂等领域的用量将快速增加。
具体实施例方式
实施例1一种脂肪族端氨基聚醚生产方法中专用催化剂的制备方法，该催化剂为专用骨架镍催化剂，它包括以下步骤a)取75.0g氢氧化钠，加入300g蒸馏水，在50～80℃下搅拌成氢氧化钠溶液，将60.0g金属镍约占45％、金属铝约占50％、金属铬约占5％的定制合金，边搅拌边缓慢加入氢氧化钠溶液中，再恒温70～80℃搅拌2.0小时使其充分反应；b)将制得的合金用蒸馏水洗涤至中性，PH值为7～8；c)将合金用无水乙醇洗涤两次，将合金中的水分置换出来；d)将合金浸于无水乙醇中密封备用。
实施例2、一种本发明所述的脂肪族端氨基聚醚的生产方法，它采用间隙釜式反应工艺催化氨化合成脂肪族端氨基聚醚，它包括以下步骤A)选用专用骨架镍催化剂，其主要成分为金属镍、金属铝和金属铬，它的各组份的质量比为金属镍约占75％、金属铝约占20％、金属铬约占5％；将催化剂密封备用；B)在高压釜中，采用步骤A)中所述催化剂，进行临氢氨化反应，催化剂的加入量为45g；原料聚醚多元醇采用5000分子量、三官能度聚氧化丙烯醚，它的加入量为500g；液氨加入量为聚氧化丙烯醚中羟基摩尔数的3～20倍，为85g，氢气加入量为聚氧化丙烯醚中羟基摩尔数的0.5～10倍，氢气压力为3.0Mpa，搅拌并升温，反应温度为200～270℃，最高反应压力为16.0～19.0Mpa，反应至压力不降为止，总反应时间约为4小时。
C)将步骤B)中反应制得的产物经过滤，蒸馏脱水即得到脂肪族端氨基聚醚产品。
以上方法得到的脂肪族端氨基聚醚产品，聚氧化丙烯醚的转化率为99％，端氨基聚醚的选择性为98％。
实施例3、另一种本发明所述的脂肪族端氨基聚醚的生产方法，它采用间隙釜式反应工艺催化氨化合成脂肪族端氨基聚醚，它包括以下步骤A)选用专用骨架镍催化剂，其主要成分为金属镍、金属铝和其它金属成分，它的各组份的质量比为金属镍约占75％、金属铝约占20％、金属铬约占5％；将催化剂密封备用；B)在高压釜中，采用步骤A)中所述催化剂，进行临氢氨化反应，催化剂的加入量为40g；原料聚醚多元醇采用2000分子量、二官能度聚氧化丙烯醚，它的加入量为500g；液氨加入量为聚氧化丙烯醚中羟基摩尔数的3～20倍，为90g，氢气加入量为聚氧化丙烯醚中羟基摩尔数的0.5～10倍，氢气压力为3.0Mpa，搅拌并升温，反应温度为200～260℃，最高反应压力为16.0～18.0Mpa，反应至压力不降为止，总反应时间约为5小时。
C)将步骤B)中反应制得的产物经过滤，蒸馏脱水即得到脂肪族端氨基聚醚产品。
以上方法得到的脂肪族端氨基聚醚产品，聚氧化丙烯醚的转化率为99％，端氨基聚醚的选择性为96％。
下面将实施例2和实施例3所得的产品进行分析，并与国外样品进行比较，实施例2样品与美国Huntsman公司JeffamineT-5000端氨基聚醚比较
实施例3产品与美国Huntsman公司JeffamineD-2000端氨基聚醚比较
通过以上比较可见，本发明方法制得的端氨基聚醚与美国Huntsman公司样品性能相当。
权利要求
1.一种脂肪族端氨基聚醚的生产方法，它采用间隙釜式反应工艺催化氨化合成脂肪族端氨基聚醚，其特征在于它包括以下步骤A)选用专用骨架镍催化剂，其主要成分为金属镍、金属铝和金属铬，它的各组份的质量比为金属镍占60～80％、金属铝占10～35％、金属铬占2～10％；将催化剂密封备用；B)在高压釜中，采用步骤A)中所述催化剂，进行临氢氨化的反应过程，所用原料为平均分子量400以上的聚醚多元醇，催化剂的加入量为原料聚醚多元醇质量的5～20％，液氨加入量为当时原料聚醚多元醇中羟基摩尔数的3～20倍，氢气加入量为当时原料聚醚多元醇中羟基摩尔数的0.5～10倍，反应温度180～280℃，反应压力13.0～21.0MPa，反应时间2～8小时；C)将步骤B)中反应制得的产物经过滤，蒸馏脱水即得到端氨基聚醚产品。
2.根据权利要求1所述的脂肪族端氨基聚醚的生产方法，其特征是所述原料聚醚多元醇为5000分子量、三官能度聚氧化丙烯醚。
3.根据权利要求2所述的脂肪族端氨基聚醚的生产方法，其特征是催化剂的加入量为45g，聚氧化丙烯醚的加入量为500g，液氨加入量为85g，氢气压力为3.0Mpa。
4.根据权利要求2所述的脂肪族端氨基聚醚的生产方法，其特征是反应温度为200～270℃，反应压力为16.0～19.0Mpa，反应时间为4小时。
5.根据权利要求1所述的脂肪族端氨基聚醚的生产方法，其特征是所述原料聚醚多元醇为2000分子量、二官能度聚氧化丙烯醚。
6.根据权利要求5所述的脂肪族端氨基聚醚的生产方法，其特征是催化剂的加入量为40g，聚氧化丙烯醚的加入量为500g，液氨加入量为90g，氢气压力为3.0Mpa。
7.根据权利要求5所述的脂肪族端氨基聚醚的生产方法，其特征是反应温度为200～260℃，反应压力为16.0～18.0Mpa，反应时间为5小时。
8.一种权利要求1中所述专用催化剂的制备方法，所述催化剂为专用骨架镍催化剂，其特征在于它包括以下步骤a)将金属镍占40～50％、金属铝占40～55％、金属铬占2～10％的定制合金用氢氧化钠溶液溶解，氢氧化钠溶液的用量为合金质量的1～3倍，氢氧化钠溶液的质量浓度为10～30％，溶解温度为50～100℃，溶解时间为0.5～2小时；b)将合金用蒸馏水洗涤至中性；c)将合金用无水乙醇洗涤；d)将合金密封备用。
9.根据权利要求8所述的专用催化剂的制备方法，其特征是步骤a)中所述氢氧化钠溶液是取75.0g氢氧化钠，加入300g蒸馏水，在50～80℃下搅拌而成；定制合金质量为60.0g；溶解温度为70～80℃，溶解时间为2小时。
全文摘要
一种脂肪族端氨基聚醚的生产方法及其专用催化剂的制备方法，其中催化剂为专用骨架镍催化剂，它是将定制的合金用氢氧化钠溶液在一定的温度和配比条件下充分溶解，然后用蒸馏水洗涤至中性，再用无水乙醇洗涤，并密封备用；端氨基聚醚的生产方法为采用上述专用催化剂，在一定浓度、温度、压力和时间条件下，通过临氢氨化的反应过程，制得端氨基聚醚。本发明采用间隙釜式由聚醚多元醇临氢氨化合成端氨基聚醚，它投资成本低、工艺简单、反应转化率高、无环境污染，具有广阔的市场前景。
文档编号C08G65/48GK1546550SQ20031011261
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者郁维铭, 张金龙, 杨艳, 胡杰 申请人:江苏省化工研究所有限公司