本发明属于聚合物合成技术领域,具体的涉及一种小分子聚醚多元醇的高效合成新工艺。
背景技术:
聚醚多元醇是制备聚氨酯材料的主要原材料之一,是聚氨酯材料中用量最大的一类化学原料。目前,聚醚多元醇的生产制备技术已经非常成熟,低分子量聚醚、高分子量聚醚、高官能度聚醚、高活性聚醚、阻燃聚醚等等各种类型的聚醚均可制备。目前聚醚合成中根据催化体系的不同,主要包括koh催化体系、胺类催化体系和双金属催化体系三大类,每一类催化剂各有特点,koh催化体系在合成聚醚中可实现小分子量、中高分子量高活性聚醚的合成,但其缺点是催化活性比较低,而且涉及后处理工艺,三废产生多,设备投入大,生产效率低;胺类催化体系适合硬泡聚醚多元醇的合成,催化活性较低,无法制备中高分子量聚醚多元醇;双金属催化体系催化活性非常高,而且副反应极少,制备的聚醚多元醇具有分子量高、分布窄的特点,像专利cn201310628896提到利用dmc催化制备聚醚多元醇,但是其提供的方法只能制备高分子量聚醚多元醇,当前实际工业应用中其最大的制约就是无法实现小分子起始剂直接聚合制备小分子量聚醚多元醇,其设备投入低、生产效率高的优势未得到全面的释放,这也是目前行业内存在的技术难题。
技术实现要素:
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种小分子聚醚多元醇的高效合成新工艺。该合成工艺有效解决了双金属催化剂无法直接催化小分子起始剂合成聚醚的技术瓶颈,实现了双金属催化剂合成小分子聚醚多元醇的技术突破,生产周期短,无废水、废渣的产生,产品收率高。
本发明所述的小分子聚醚多元醇的高效合成新工艺,具体是将小分子聚醚多元醇加入到聚合反应釜,加入催化剂和酸性调节剂,升温至100~130℃脱水1~2h,然后加入环氧烷烃进行诱导引发反应,诱导期过后,开始按比例连续加入小分子醇和环氧烷烃的混合物进行聚合反应,加料完毕之后再继续加入一定量的环氧烷烃继续聚合,加料结束后老化反应0.5~1h,降温至100~110℃抽真空0.5~1小时,加入抗氧剂和酸性调节剂,搅拌均匀后放料。
其中:
用于起始反应的小分子聚醚多元醇为分子量在200~500的2官能度或者3官能度的聚醚多元醇,该聚醚多元醇采用碱金属催化体系催化合成,具体是采用koh催化剂,钾离子含量要求≤5ppm;小分子聚醚多元醇优选丙二醇聚醚多元醇或甘油聚醚多元醇中的一种。
催化剂为双金属氰化物络合物催化剂,即dmc催化剂;催化剂用量为聚合物产品总质量的20~100ppm。
聚合物产品总质量就是制备目标产物的反应过程中加入的所有原料的总质量的和。
酸性调节剂为柠檬酸、己二酸、磷酸、醋酸或硫酸中的一种或两种;用量为聚合物产品总质量的10~50ppm。
用于诱导引发反应的环氧烷烃的质量为反应过程中加入的环氧烷烃总质量的2~6%。
聚合反应阶段的聚合温度控制在130~145℃。
诱导期过后,加入的小分子醇和环氧烷烃的质量比为1:4~1:15。小分子醇优选丙二醇和甘油。
环氧烷烃为环氧丙烷(po)或者环氧丙烷(po)与环氧乙烷(eo)的混合物。
环氧丙烷与环氧乙烷的质量比为70~100:30~0。
加料完毕之后再继续加入一定量的环氧烷烃继续聚合,加入环氧烷烃的质量为反应过程中加入的环氧烷烃总质量的2%~10%。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)该聚合工艺实现了dmc催化剂催化合成小分子聚醚多元醇的技术突破,打破了dmc催化剂只能用于合成高分子量聚醚的传统理念;制备的小分子聚醚多元醇各项物性指标与传统koh催化工艺的指标基本相同,分子量分布基本相同。
(2)由于本合成工艺采用的催化剂催化效率高,产物也无需中和、干燥、吸附、过滤等繁琐的后处理工序,设备投入少,生产周期大幅缩短近80%,整个合成过程没有废水、废渣的产生,收率可达到99.5%以上,高效环保,具有很好的经济价值。
附图说明
图1是传统koh催化工艺400分子量聚醚多元醇gpc谱图;
图2是采用本申请所述工艺制备的400分子量聚醚多元醇gpc谱图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
将80kg分子量200的丙二醇聚醚多元醇、40g的dmc催化剂、8g的浓硫酸加入到耐压反应釜中,氮气置换至氧含量50ppm,升温至130℃,保持真空度-0.093mpa抽真空脱水1.5h;加入12kg的po进行诱导激活反应,当反应釜内压力出现明显下降、釜内温度急剧上升时,表明聚合反应开始,通过比例调节器连续加入丙二醇和po进行聚合,聚合反应温度控制在143±2℃,丙二醇累积进料45.6kg、po累积进料255.4kg后,再连续加入7kg的po继续进行聚合反应,加料完毕后,继续老化反应40min,压力趋于平衡,降温至100℃、抽真空脱单体0.5h,加入240g抗氧剂1076和5g磷酸,搅拌20min出料密封保存,总共出料398.5kg,总生产周期10h,收率99.55%。
实施例2
将80kg分子量400的丙二醇聚醚多元醇、21g的dmc催化剂、20g己二酸加入到耐压反应釜中,氮气置换至氧含量50ppm,升温至120℃,保持真空度-0.093mpa抽真空脱水1h;加入13kg的po/eo混合物(质量比po/eo=85/15)进行诱导激活反应,当反应釜内压力出现明显下降、釜内温度急剧上升时,表明聚合反应开始,通过比例调节器连续加入丙二醇、po和eo进行聚合,聚合反应温度控制在132±2℃,丙二醇累积进料60.8kg、po累积进料444.7kg、eo累积进料78.5kg后,再通过比例调节器连续加入19.55kg的po和3.45kg的eo继续进行聚合反应,加料完毕后,继续老化反应1h,压力趋于平衡,降温至105℃、抽真空脱单体40min,加入400g抗氧剂1076和8g磷酸,搅拌20min出料密封保存,总共出料697.6kg,总生产周期10.5h,收率99.6%。
实施例3
将150kg分子量500的甘油聚醚多元醇、60g的dmc催化剂、10g柠檬酸加入到耐压反应釜中,氮气置换至氧含量50ppm,升温至130℃,保持真空度-0.093mpa抽真空脱水2h;加入19kg的po进行诱导激活反应,当反应釜内压力出现明显下降、釜内温度急剧上升时,表明聚合反应开始,通过比例调节器连续加入甘油和po进行聚合,聚合反应温度控制在140±2℃,甘油累积进料64.4kg、po累积进料688.6kg后,再连续加入78kg的po继续进行聚合反应,加料完毕后,继续老化反应40min,压力趋于平衡,降温至110℃、抽真空脱单体1h,加入600g抗氧剂1076和10g磷酸,搅拌20min出料密封保存,总共出料998.1kg,总生产周期10.2h,收率99.74%。
对比例1
将76kg的丙二醇和1kg的koh加入到耐压反应釜中,氮气置换至氧含量50ppm,升温至80℃时开始po进料,边进料边升温至115℃,维持此温度下po连续进料,压力控制≤0.25mpa,po324kg进料完毕后,继续老化反应4h,压力不再下降,抽真空脱单体0.5h,降温至≤90℃,移液至后处理釜,加入2.05kg的85%浓度的磷酸和16kg的纯水,中和反应1.5h,然后加入0.4kg的硅酸镁吸附剂,搅拌0.5h,然后升温至105℃抽真空脱水干燥,计时8小时,取样检测水分合格后,进行循环过滤1h,取样检测合格后,排料密封保存,总共出料390kg,总生产周期45.2h,收率97.5%。
分别对实施例1-3和对比例1制得的小分子聚醚多元醇进行物性指标测试,测试指标见表1。
表1小分子聚醚多元醇物性指标测试结果