本发明涉及制备聚合物多元醇的方法，特别是指一种制备高固含量低VOC聚合物多元醇的制备方法。
背景技术：
聚合物多元醇是以聚醚多元醇为基础，通过自由基原位聚合将乙烯基单体接枝于基础聚醚多元醇上制备而成的。聚合物多元醇主要用于软质聚氨酯泡沫塑料的生产，其在生活中运用广泛，然而目前大都采用半间歇法和连续法等方法生产聚合物多元醇。但是，大都具有粘度高，转化率低的问题，所得的产品流动性差，单体残留大，得率低，三废排放比较严重。并且采用传统的偶氮二异丁腈引发剂体系，易造成真空系统的堵塞。
因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种制备高固含量低VOC聚合物多元醇的制备方法，本案由此产生。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备高固含量低VOC聚合物多元醇的制备方法，其不但可以避免或缓解乙烯基单体的自聚，连续、平稳的进行聚合物多元醇的生产，而且制备的聚合物多元醇不含或极少能够沉积和过滤的粗颗粒。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
一种制备高固含量低VOC聚合物多元醇的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将基础聚醚、链转移剂、乙烯基单体和分散预聚体混合和引发剂混合均匀，制得反应液；
步骤二：将混合液连续地注入反应系统中进行反应，制得高固含量粗制聚合物多元醇；
步骤三：将步骤二的产物通过多级薄膜蒸发器及多级脱除罐，在乙烯基单体沸点以上温度，并在高真空状态下通入惰性气体，将汽化的乙烯基单体、溶剂等小分子物质进行脱除，经真空系统中设置的多级冷却器将气相进行冷却，将汽化的乙烯基单体、溶剂等凝结成液体，回收至回收罐。
进一步，在步骤二中，在反应系统继续注入液态型引发剂。
进一步，还包括步骤四：将步骤三获得的聚合物多元醇放入短程精馏器中，利用分子短程精馏器进行精馏。
进一步，反应液中，所述基础聚醚、链转移剂、乙烯基单体、分散预聚体和引发剂的相对质量之比为45-55：3-10：46-56：3-5：0.1-0.4。
进一步，在步骤二中，所述反应系统的反应温度为90-150℃，所述反应系统为敞口反应体系或0-0.5MPa的加压体系。
进一步，在步骤三中，反应液的进料的停留时间为30-80分钟。
进一步，所述乙烯基单体为苯乙烯和丙烯腈的混合物，两者质量之比为4:1～2:6。
进一步，所述链转移剂为异丁醇、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯、异丙醇、2-丁醇、或硫醇中的一种或几种。
进一步，所述分散预聚体为通过几种方法制得：使用聚醚多元醇与马来酸酐反应，随后与环氧丙烷反应制备的含有诱导不饱和双键的聚醚；或者，使用聚醚多元醇与马来酸酐反应，随后与环氧乙烷反应制备的含有诱导不饱和双键的聚醚；或者，使用聚醚多元醇与特种异氰酸酯反应直接制备的含有诱导不饱和双键的聚醚；或者，使用聚醚多元醇与马来酸酐反应，随后与异氰酸酯反应制备的含有诱导不饱和双键的聚醚。
进一步，所述基础聚醚为聚醚多元醇，分子量为1000-20000，羟基官能度为1-6，采用多元醇为起始剂，经环氧化合物开环聚合而成，其中环氧乙烷用量占聚醚多元醇总质量的2-15wt％。
进一步，所述引发剂选自过氧化物引发剂或偶氮类引发剂。
进一步，在步骤二中，在反应系统中通入惰性气体将其中的空气全部置换掉，反应过程保持在惰性气氛中进行，所述惰性气体为氮气或氩气。
进一步，在步骤三中，所述的脱除工艺参数为：温度130-180℃，压力小于-0.05～-0.1MPa，时间为1-6小时。
进一步，所述制备的聚合物多元醇为羟值为19-35mgKOH/g、粘度为3000-8000mPa·s(25℃)的乳白色粘稠液体。
采用上述方案后，本发明具有以下优点：
1.该方法能有效降低产品VOC含量，满足不断提高的下游客户要求；
2.可制得高固含量、低粘度的使用性能更佳的聚合物多元醇产品，适合用于生产所有类型的聚氨酯树脂、特别是软质聚氨酯泡沫塑料；
3.本发明采用了回收罐的设计，故可以再用于生产，可大幅提高产品的得率，降低污染物排放，并降低产品内挥发物含量。
具体实施方式
本发明所揭示的是一种制备高固含量低VOC聚合物多元醇的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将基础聚醚、链转移剂、乙烯基单体和分散预聚体混合和引发剂混合均匀，制得反应液；其中，分散预聚体是将大单体分散剂、链转移剂、乙烯基单体(苯乙烯、丙烯腈)及引发剂(偶氮类引发剂或过氧化物类引发剂)在一定温度、压力下进行初步聚合。
步骤二：将混合液连续地注入反应系统中进行反应，制得高固含量粗制聚合物多元醇；
步骤三：将步骤二的产物通过多级薄膜蒸发器及多级脱除罐，在乙烯基单体沸点以上温度，并在高真空状态下通入惰性气体，将汽化的小分子物质(例如乙烯基单体、溶剂等)进行脱除，经真空系统中设置的多级冷却器将气相进行冷却，将汽化的小分子物质(例如乙烯基单体、溶剂等)凝结成液体，回收至回收罐。并再用于生产，可大幅提高产品的得率，降低污染物排放，并降低产品内挥发物含量。
进一步，在步骤二中，在反应系统继续注入液态型引发剂，比如采用过氧化－2－乙基己酸叔戊酯或偶氮二异丁酸二甲酯。
进一步，还包括步骤四：将步骤三获得的聚合物多元醇放入短程精馏器中，利用分子短程精馏器进行精馏。根据客户更高的需求，可制得更低VOC的产品。
进一步，反应液中，所述基础聚醚、链转移剂、乙烯基单体、分散预聚体和引发剂的相对质量之比为45-55：3-10：46-56：3-5：0.1-0.4。
进一步，在步骤二中，所述反应系统的反应温度为90-150℃，所述反应系统为敞口反应体系或0-0.5MPa的加压体系。加压反应优于常压反应，因反应介质及溶剂均为易挥发物质，在加压条件下，可大部分呈液态，利于反应；常压条件下，反应介质及溶剂易汽化，不利于反应控制。考虑设备的设计压力等的限制，选择合适的反应压力，主要是取决于不同引发剂的衰减速度。
进一步，在步骤三中，反应液的进料的停留时间为30-80分钟。停留时间长，反应更加完全，得到的产品粘度越高，固含量越高，体系内的粒径分布越宽；反之，产品粘度越低，固含量越低，体系内的粒径分布较窄。要制得低粘度、高固含量、粒径分布越窄的产品，需选择适当的停留时间。
进一步，所述乙烯基单体为苯乙烯和丙烯腈的混合物，两者质量之比为4:1～2:6。取决于客户对产品性能的要求，一般苯乙烯与丙烯腈的比例越高，制品硬度越高，制品外观越白，但制品的活性越低；苯乙烯与丙烯腈的比例越低，制品硬度越低，制品外观偏黄，但制品的活性越高。
进一步，所述链转移剂为异丁醇、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯、异丙醇、2-丁醇、或硫醇中的一种或几种。
进一步，所述分散预聚体为通过几种方法制得：使用聚醚多元醇与马来酸酐反应，随后与环氧丙烷反应制备的含有诱导不饱和双键的聚醚；或者，使用聚醚多元醇与马来酸酐反应，随后与环氧乙烷反应制备的含有诱导不饱和双键的聚醚；或者，使用聚醚多元醇与特种异氰酸酯反应直接制备的含有诱导不饱和双键的聚醚；或者，使用聚醚多元醇与马来酸酐反应，随后与异氰酸酯反应制备的含有诱导不饱和双键的聚醚。
进一步，所述基础聚醚为聚醚多元醇，分子量为1000-20000，羟基官能度为1-6，采用多元醇为起始剂，经环氧化合物开环聚合而成，其中环氧乙烷用量占聚醚多元醇总质量的2-15wt％。选择不同分子量、不同环氧乙烷含量的聚醚多元醇，可制得不同性能的聚合物多元醇。根据客户的需求，一般选用聚醚多元醇分子量越低，制得产品的粘度越低，硬度越高，承载性能越高，但产品的活性越低，制得产品的弹性越差；反之选用聚醚多元醇分子量越高，制得产品的粘度越高，硬度越低，承载性能越低，但产品的活性越高，制得产品的弹性越高。适当的提高聚醚体系中的环氧乙烷含量，可提高制品的弹性。
进一步，所述引发剂为过氧化物引发剂或偶氮类引发剂，优选有机过氧化物、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁腈等。
进一步，在步骤二中，在反应系统中通入惰性气体将其中的空气全部置换掉，反应过程保持在惰性气氛中进行；所述惰性气体为氮气或氩气。
进一步，在步骤三中，所述脱除的工艺参数为：温度130-180℃，压力小于-0.05～-0.1MPa，时间为1-6小时。
进一步，所述制备的聚合物多元醇为羟值为19-35mgKOH/g、粘度为3000-8000mPa·s(25℃)的乳白色粘稠液体。
本发明的实施方式通过以下实施例得以进一步例示性而非限制性地说明。
制备本发明所述分散预聚体的一般过程，向配料釜分步添加链转移剂异丙醇，质量分数为58％；大单体分子分散剂(来自外采或自产)，质量分数为26％；丙烯腈和苯乙烯混合液，其质量分数为16％。待使用搅拌一小时充分混合，且温度降到≦15℃后，加入引发剂偶氮二异丁酸二甲酯(或偶氮二异丁腈)，其质量分数为0.3％；也可加入引发剂有机过氧化物-过氧化酯0.15％。加料完毕再搅拌混合一小时后移液至加料罐，由加料罐向一级反应釜进行连续滴加反应，一级反应釜温度控制为90-100℃，压力控制为0.4-0.5Mpa。一级反应釜满液位后，流向二级反应釜。二级反应釜温度控制在100℃±110℃，压力控制在为0.3-0.45Mpa。混合液从进入一级反应釜到二级反应釜出料，停留时间总共为20-40分钟。
采用以下所述公知的聚合物多元醇生产一般工艺，在使用本发明所述的聚合物多元醇预聚体和不使用本发明预聚体的情况下得到聚合物多元醇产品。
使用本发明分散预聚体的生产聚合物多元醇的一般工艺，向配料釜，添加聚醚多元醇(来自外购)，其质量分数为46％，再同时添加分散预聚体，质量分数为13％；丙烯腈和苯乙烯混合液，其质量分数为41.5％。待使用搅拌一小时充分混合，且温度降到≦15℃后，加入引发剂偶氮二异丁酸二甲酯(或偶氮二异丁腈)，其质量分数为0.28％；也可加入引发剂有机过氧化物-过氧化酯0.12％。加料完毕再搅拌混合一小时后移液至加料罐。
由加料罐向一级反应釜进行连续滴加反应，一级反应釜温度控制为115-135℃，压力控制为0.4-0.5Mpa。一级反应釜满液位后，流向二级反应釜。二级反应釜温度控制在125-145℃，压力控制在为0.3-0.5Mpa。混合液从进入一级反应釜到二级反应釜出料，其停留时间总共为80分钟。物料经二级反应釜后进入后处理系统。
后处理系统采用多级薄膜蒸发器及多级脱除罐，在乙烯基单体沸点以上温度，控制130-170℃，并在高真空状态下通入惰性气体或水蒸气，将汽化的乙烯基单体、溶剂等小分子物质进行脱除，经真空系统中设置的多级冷却器将气相进行冷却，将汽化的乙烯基单体、溶剂等凝结成液体，回收至回收罐，并再用于生产，可大幅提高产品的得率，降低污染物排放，并降低产品内挥发物含量。
通过制备本发明所述聚合物多元醇制备的一般过程；随后通过所述使用间歇法工艺的生产聚合物多元醇的一般工艺，利用该工艺生产聚合物多元醇。重复该过程多次，得到多批次的经该工艺的聚合物多元醇，作为对比聚合物多元醇。
分别使用与以上过程基本上相同的原料，区别在于不经历本发明所述分散预聚体的一般过程以及后处理工艺采用的多级薄膜蒸发器及多级脱除罐脱除工艺，而通过所述未使用分散预聚体及多级薄膜蒸发器及多级脱除罐脱除工艺的一般工艺生产聚合物多元醇。重复该过程多次，得到多批次的对比聚合物多元醇。从所述多批次的经分散预聚体工艺及级薄膜蒸发器及多级脱除罐脱除工艺的聚合物多元醇和多批次的对比聚合物多元醇中分别选取含固量相同的5个批次，分别作为实施例1-5及对比例1-5。
测量这些聚合物多元醇的粘度。所述实施例1-5及对比例1-5的固含量、粘度、苯乙烯含量、丙烯腈含量测量结果概括在表1中。从表中可以看出使用本发明的制备方法后，丙烯腈均未被检出，具有大幅提高产品的得率，降低污染物排放，并降低产品内挥发物含量的优点。
表1为聚合物多元醇的固含量、粘度、苯乙烯含量和丙烯腈含量测量结果
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。