CN107903387B - 提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚醚多元醇合成技术领域,具体的涉及一种提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法。通过低温段聚合反应:将起始剂加入反应釜内,加入胺类催化剂,升温至70~95℃,滴加环氧丙烷,进行熟化反应;中温段聚合反应:升温至105~115℃,滴加环氧丙烷,进行熟化直至釜内压力为负压;高温段聚合反应:将小分子胺类加入反应釜内,升温至120~150℃,滴加环氧丙烷,氮气补压后进行熟化反应;熟化完毕,抽真空脱除未反应的环氧丙烷单体,得到聚醚多元醇。本发明通过在聚醚多元醇的合成过程后期引入小分子胺类,消耗残留PO的同时增加反应活性,降低聚醚中的PO残余;本方法工艺简单,环氧丙烷残留量少,收率高,生产效率高,经济效益和环保效益好。

Description

提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法
技术领域
本发明属于聚醚多元醇合成技术领域,具体的涉及一种提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法。
背景技术
聚醚多元醇是聚氨酯工业的重要原料,广泛用于家电保温、管道保温、夹芯板材、汽车内饰、涂料等领域。在硬泡聚醚多元醇合成工业中,有两种普遍的生产工艺:KOH做催化剂的精制聚醚工艺和二甲胺等催化的胺工艺,胺工艺聚醚不需要精制工艺的除金属离子等繁琐的后处理环节,从而大大提高了生产效率。但是,胺工艺聚醚也普遍存在合成聚醚中间样环氧丙烷转化率低,残余量高的问题,严重影响产品的收率,后处理脱单体过程排放未反应的单体对生态环境也造成一定的影响。由此,寻找一种新的办法解决胺工艺聚醚合成时的环氧丙烷残余问题,具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法。本发明生产工艺简单,现有的反应设备完全能满足需求,不需要额外的生产辅助设备,所得最终聚醚多元醇产品环氧丙烷残留量少,物料收率高,具有较好的经济效益,且符合日益严苛的环境保护需要。
本发明所述的提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法,包括以下步骤:
(1)低温段聚合反应:将起始剂加入反应釜内,加入胺类催化剂,升温至70~95℃,滴加环氧丙烷,进行熟化反应;
(2)中温段聚合反应:升温至105~115℃,滴加环氧丙烷,进行熟化直至釜内压力为负压;
(3)高温段聚合反应:将小分子胺类加入反应釜内,升温至120~150℃,滴加环氧丙烷,氮气补压后进行熟化反应;
(4)熟化完毕,抽真空脱除未反应的环氧丙烷单体,得到聚醚多元醇。
其中:
起始剂为蔗糖、山梨醇、甘油、丙二醇或二乙二醇中的一种或几种,起始剂质量占聚醚多元醇总质量的29%~38%。
胺类催化剂为一甲胺或二甲胺中的一种;胺类催化剂的添加质量占聚醚多元醇总重量的0.3~1%。
步骤(1)-(3)中添加的环氧丙烷的总质量占聚醚多元醇总质量的60~70%。
步骤(1)中滴加环氧丙烷的质量占环氧丙烷总质量的10~30%,步骤(1)中所述的熟化反应时间2h,反应压力为-0.09~0.3Mpa。
步骤(2)中滴加环氧丙烷的质量占环氧丙烷总质量的40~60%;熟化时间为0.5-3h,釜内压力为-0.03~-0.09Mpa。
小分子胺类为氨水、三乙胺、三甲胺或三乙醇胺中的一种或几种,加入的质量占聚醚多元醇总重量的0.2~1%。
步骤(3)中滴加环氧丙烷的质量占环氧丙烷总质量的10~50%;氮气补压后压力为0.05~0.3Mpa,熟化反应时间为0.5~5h。
步骤(4)中抽真空脱除未反应的环氧丙烷单体过程是温度为105-115℃,压力在-0.088Mpa以下保持氮气鼓泡,反应时间2-5h。
作为一个优选的技术方案,本发明所述的提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法,包括以下步骤:
(1)低温段聚合反应:将起始剂加入反应釜内,氮气置换3~5次,真空抽入胺类催化剂,升温至70~95℃,开始连续滴加环氧丙烷,此阶段滴加环氧丙烷总质量的10~30%,然后熟化反应。
(2)中温段聚合反应:升温至105~115℃继续滴加环氧丙烷,此阶段滴加环氧丙烷总质量的40~60%,熟化一段时间直至釜内压力为负压;
(3)高温段聚合反应:将小分子胺类物质抽入反应釜内,搅拌混合均匀,升温至120~150℃,将剩余的10~50%环氧丙烷连续滴加完毕,并氮气补压后熟化一段时间。
(4)熟化完毕,取样测试聚醚中的环氧丙烷含量,然后抽真空脱除未反应的PO单体,得到硬泡聚醚多元醇产品。
胺工艺合成聚醚多元醇通常是将起始剂和催化剂(胺催化剂)的混合物加入反应釜,然后加热升温,在一定温度下将环氧丙烷连续通入釜中,使釜内压力保持正压,保证环氧丙烷进行连续聚合反应,直至达到一定的分子量;由于聚合产物中含有未反应的环氧丙烷单体(6000~20000ppm),未反应的单体如果不进行脱除,将会严重影响聚氨酯泡沫的质量,所以必须在负压状态下,蒸出残存的环氧丙烷单体,达到较低含量后才可以应用于聚氨酯泡沫。
本发明通过在聚醚多元醇的合成后期补加小分子胺类,消耗残留环氧丙烷(PO)的同时增加反应活性,从而降低聚醚中的环氧丙烷残余,提高转化率。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明通过在聚醚多元醇的合成过程后期引入小分子胺类催化剂,增加聚合反应后期的活性基团及活性位点,增加反应活性,从而大大降低了聚醚产物中的环氧丙烷残余;
(2)本方法工艺简单,现有的生产条件完全能满足需求,不需要额外的生产辅助设备;
(3)本发明所得最终聚醚多元醇产品环氧丙烷残余少,物料收率得到明显提高,具有较好的经济效益;
(4)本发明所得聚醚多元醇后期处理简单,单体脱除量少,生产效率高,符合日益严苛的环境保护需要。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
对比例1
将蔗糖320g,二乙二醇175g,加入到2.5L的聚合反应釜中,之后对聚合反应釜冲压,检测确保密封性良好,进行氮气置换5次,然后抽真空至真空度为-0.093MPa,称取11g质量分数为40%的二甲胺水溶液,真空抽入反应釜,设定好加热温度为85℃,80℃时开始连续滴加环氧丙烷,维持温度在80±5℃之间,加入的环氧丙烷量为183g时,停止进环氧丙烷并熟化1h;然后升温至110℃,继续滴加733g环氧丙烷,滴加完后熟化2h,熟化阶段进行氮气冲压;将熟化好后的样品留样并测试环氧丙烷残余量,之后抽真空脱单体2小时得到制备出的成品聚醚多元醇。
实施例1
将蔗糖320g,二乙二醇175g,加入到2.5L的聚合反应釜中,之后对聚合反应釜冲压,检测确保密封性良好,进行氮气置换5次,然后抽真空至真空度为-0.093MPa,称取11g质量分数为40%的二甲胺水溶液,真空抽入反应釜,设定好加热温度为85℃,80℃时开始连续滴加环氧丙烷,维持温度在80±5℃之间,加入的环氧丙烷量为183g时,停止进环氧丙烷并熟化1h,然后升温至110℃,继续滴加458g环氧丙烷,并熟化1h,随着熟化反应的进行,反应釜内压力逐渐降到负压,然后抽入3g氨水,维持反应温度在130±5℃,反应压力0.2MPa下,继续滴加剩余的275g环氧丙烷,滴加完后熟化2h,熟化阶段进行氮气冲压,将熟化好的样品留样并测试环氧丙烷残余量,之后抽真空脱单体2小时得到制备出的成品聚醚多元醇。所合成的蔗糖聚醚多元醇检测的性能指标列入表1。
实施例2
将蔗糖320g,二乙二醇175g,加入到2.5L的聚合反应釜中,之后对聚合反应釜冲压,检测确保密封性良好,进行氮气置换5次,然后抽真空至真空度为-0.093MPa,称取11g质量分数为40%的二甲胺水溶液,真空抽入反应釜,设定好加热温度为85℃,80℃时开始连续滴加环氧丙烷,维持温度在80±5℃之间,加入的环氧丙烷量为183g时,停止进环氧丙烷并熟化1h,然后升温至110℃,继续滴加458g环氧丙烷,并熟化1h,随着熟化反应的进行,反应釜内压力逐渐降到负压,然后抽入7g氨水,维持反应温度在130±5℃,反应压力0.2MPa下,继续滴加剩余的275g环氧丙烷,滴加完后熟化2h,熟化阶段进行氮气冲压,将熟化好的样品留样并测试环氧丙烷残余量,之后抽真空脱单体2小时得到制备出的成品聚醚多元醇。所合成的蔗糖聚醚多元醇检测的性能指标列入表1。
实施例3
将蔗糖320g,二乙二醇175g,加入到2.5L的聚合反应釜中,之后对聚合反应釜冲压,检测确保密封性良好,进行氮气置换5次,然后抽真空至真空度为-0.093MPa,称取11g质量分数为40%的二甲胺水溶液,真空抽入反应釜,设定好加热温度为85℃,80℃时开始连续滴加环氧丙烷,维持温度在80±5℃之间,加入的环氧丙烷量为183g时,停止进环氧丙烷并熟化1h,然后升温至110℃,继续滴加458g环氧丙烷,并熟化1h,随着熟化反应的进行,反应釜内压力逐渐降到负压,然后抽入14g氨水,维持反应温度在130±5℃,反应压力0.2MPa下,继续滴加剩余的275g环氧丙烷,滴加完后熟化2h,熟化阶段进行氮气冲压,将熟化好的样品留样并测试环氧丙烷残余量,之后抽真空脱单体2小时得到制备出的成品聚醚多元醇。所合成的蔗糖聚醚多元醇检测的性能指标列入表1。
实施例4
将蔗糖320g,二乙二醇175g,加入到2.5L的聚合反应釜中,之后对聚合反应釜冲压,检测确保密封性良好,进行氮气置换5次,然后抽真空至真空度为-0.093MPa,称取11g40%二甲胺水溶液,真空抽入反应釜,设定好加热温度为85℃,80℃时开始连续滴加环氧丙烷,维持温度在80±5℃之间,加入的环氧丙烷量为183g时,停止进环氧丙烷并熟化1h,然后升温至110℃,继续滴加458g环氧丙烷,并熟化1h,随着熟化反应的进行,反应釜内压力逐渐降到负压,然后抽入7g三甲胺,维持反应温度在130±5℃,反应压力0.2MPa下,继续滴加剩余的275g环氧丙烷,滴加完后熟化2h,熟化阶段进行氮气冲压,将熟化好的样品留样并测试环氧丙烷残余量,之后抽真空脱单体2小时得到制备出的成品聚醚多元醇。所合成的蔗糖聚醚多元醇检测的性能指标列入表1。
实施例5
将蔗糖320g,二乙二醇175g,加入到2.5L的聚合反应釜中,之后对聚合反应釜冲压,检测确保密封性良好,进行氮气置换5次,然后抽真空至真空度为-0.093MPa,称取11g40%二甲胺水溶液,真空抽入反应釜,设定好加热温度为85℃,80℃时开始连续滴加环氧丙烷,维持温度在80±5℃之间,加入的环氧丙烷量为183g时,停止进环氧丙烷并熟化1h,然后升温至110℃,继续滴加458g环氧丙烷,并熟化1h,随着熟化反应的进行,反应釜内压力逐渐降到负压,然后抽入7g三乙胺,维持反应温度在130±5℃,反应压力0.2MPa下,继续滴加剩余的275g环氧丙烷,滴加完后熟化2h,熟化阶段进行氮气冲压,将熟化好的样品留样并测试环氧丙烷残余量,之后抽真空脱单体2小时得到制备出的成品聚醚多元醇。所合成的蔗糖聚醚多元醇检测的性能指标列入表1。
表1实施例1-5与对比例1制得硬泡聚醚多元醇性能指标表
Figure BDA0001485237850000051
通过对比例1与实施例1-5可以看出,本发明方法聚醚多元醇中环氧丙烷残留量明显比常规方法低,且反应收率也得到了显著提高;其中实施例1-5的方法环氧丙烷残留量都在200-350mg/kg之间,通过实施例1-5结果可知,改变小分子胺类用量起到了明显降低环氧丙烷残余的目的。

Claims (4)

1.一种提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)低温段聚合反应:将起始剂加入反应釜内,加入胺类催化剂,升温至70~95℃,滴加环氧丙烷,进行熟化反应;
(2)中温段聚合反应:升温至105~115℃,滴加环氧丙烷,进行熟化直至釜内压力为负压;
(3)高温段聚合反应:将小分子胺类加入反应釜内,升温至120~150℃,滴加环氧丙烷,氮气补压后进行熟化反应;
(4)熟化完毕,抽真空脱除未反应的环氧丙烷单体,得到聚醚多元醇;
步骤(1)中滴加环氧丙烷的质量占环氧丙烷总质量的10~30%;步骤(1)中所述的熟化反应时间2h,反应压力为-0.09~0.3Mpa;
步骤(2)中滴加环氧丙烷的质量占环氧丙烷总质量的40~60%;熟化时间为0.5-3h,釜内压力为-0.03~-0.09Mpa;
步骤(3)中滴加环氧丙烷的质量占环氧丙烷总质量的10~50%;氮气补压后压力为0.05~0.3Mpa,熟化反应时间为0.5~5h;
胺类催化剂为一甲胺或二甲胺中的一种;添加的质量占聚醚多元醇总重量的0.3~1%;
小分子胺类为氨水、三乙胺或三乙醇胺中的一种或几种,加入的质量占聚醚多元醇总质量的0.2~1%。
2.根据权利要求1所述的提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法,其特征在于:起始剂为蔗糖、山梨醇、甘油、丙二醇或二乙二醇中的一种或几种,起始剂占聚醚多元醇总质量的29%~38%。
3.根据权利要求1所述的提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法,其特征在于:步骤(1)-(3)中添加的环氧丙烷的总质量占聚醚多元醇总质量的60~70%。
4.根据权利要求1所述的提高聚醚多元醇合成过程中环氧丙烷转化率的方法,其特征在于:步骤(4)中抽真空脱除未反应的环氧丙烷单体过程是温度为105~115℃,压力在-0.088Mpa以下保持氮气鼓泡,反应时间2~5h。
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