CN109762158A - 一种聚醚多元醇及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：在90～150℃的反应温度下且在不超过0.60Mpa的反应压力下，使聚醚多元醇合成起始剂和环氧化合物在催化剂的催化下反应预定时间段，得到所述聚醚多元醇。本申请还涉及利用上述方法制备的聚醚多元醇。本申请还涉及如上所述的聚醚多元醇作为交联剂和/或扩链剂在制备硬质聚氨酯泡沫中的应用。本申请的聚醚多元醇具有官能度较高、反应活性高等优势，且该聚醚多元醇作为交联剂制备的硬质泡沫塑料聚氨酯具有优异的表面性能和强度，常用于普通硬泡、冰箱、冰柜、夹芯板等。

Description

一种聚醚多元醇及其制备方法

技术领域

本申请涉及化工合成技术领域，具体涉及一种聚醚多元醇及其制备方法，其可应用到交联剂、扩链剂等行业。

背景技术

聚氨酯泡沫塑料是由多异氰酸酯和羟基化合物经聚合发泡制成，通过改变原料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从软质到硬质的聚氨酯泡沫塑料产品。聚氨酯硬质泡沫塑料具有良好的物理机械性能、声学性能和耐化学性能，尤其是导热系数特别低，所以广泛应用于家电、建筑板材、管道、外墙喷涂等各种保温领域。

在聚氨酯硬质泡沫塑料的制备中，交联剂用于在线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起，形成网状结构，提高聚氨酯产品的强度和弹性；扩链剂用于与线型聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大的物质，提高聚氨酯产品的力学性能和工艺性能。传统的交联剂/扩链剂使用的是有机胺如二乙醇胺，三乙醇胺和多元醇如乙二醇、丙二醇等协同组合物。这种交联剂/扩链剂制备的聚氨酯硬质泡沫塑料易开裂、成型不好、光洁度不高、机械性能不好、尺寸稳定性差等。

为此，本领域迫切需要一种可在制备硬质泡沫聚醚多元醇时作为交联剂/扩链剂的聚醚多元醇。

发明内容

本申请之目的在于提供一种可以作为硬质泡沫塑料交联剂及扩链剂的聚醚多元醇，从而解决上述现有技术中的技术问题。

本申请还提供一种如上所述的聚醚多元醇的制备方法。

本申请之目的还在于提供如上所述的聚醚多元醇作为交联剂和/或扩链剂在制备硬质聚氨酯泡沫中的应用。

为了实现上述目的，本申请提供下述技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：在90～150℃的反应温度下且在不超过0.60Mpa的反应压力下，使聚醚多元醇合成起始剂和环氧化合物在催化剂的催化下反应预定时间段，得到所述聚醚多元醇。

在第一方面的一种实施方式中，所述聚醚多元醇合成起始剂为蔗糖、甘油以及二甘醇的混合物。

在第一方面的一种实施方式中，所述催化剂为胺类催化剂，优选为二乙胺、十二烷基二甲基叔胺或N，N-二甲基乙醇胺等。

在第一方面的一种实施方式中，以聚醚多元醇合成起始剂、环氧化合物和催化剂的总质量为基准计，催化剂的质量百分比分别为0.5％-2.5％。

在第一方面的一种实施方式中，所述环氧化合物包括环氧乙烷和/或环氧丙烷。

在第一方面的一种实施方式中，所述方法包括下述步骤：

将所述聚醚多元醇合成起始剂和催化剂加入反应釜混合后，在负压下开启搅拌，并加热至90～100℃；

将第一部分所述环氧化合物加入所述反应釜，并控制反应温度为90～110℃，其中所述第一部分环氧化合物占所述环氧化合物总量的1.0-3.0％；

以连续加料或分批加料的方式加入第二部分所述环氧化合物，在90～150℃的温度，不超过0.60MPa的反应压力下发生聚合反应，其中当采用分批加料时，每批次的加料量为所述第二部分环氧化合物总量的6％～10％；

维持反应温度在90～150℃的范围进行熟化，直至压力不再变化为止。

在第一方面的一种实施方式中，将所述聚醚多元醇合成起始剂和催化剂分别加入反应釜混合后，通入惰性气体并通过正负压交替置换至少两次以保证体系的无水无氧反应条件。

在第一方面的一种实施方式中，所述第一部分环氧丙烷在进料前进行预滴，当温度上升、压力下降时再继续添加所述第二部分环氧化合物；

所述熟化过程分两部分，前期2小时左右熟化的温度控制在90～130℃的范围内，后期2小时左右熟化的温度控制在130～150℃的范围内。

在第二方面中，本申请提供一种通过如第一方面所述的制备聚醚多元醇的方法所制备的聚醚多元醇。

在第三方面中，本申请提供一种如第二方面所述的聚醚多元醇作为交联剂和/或扩链剂在制备硬质聚氨酯泡沫中的应用。

与现有技术相比，本发明的积极效果在于(1)提高该种硬质泡沫聚醚多元醇的收率。(2)本发明的硬质泡沫聚醚多元醇的制备方法：方法简单，生产周期短，工艺操作简单，生产成本低，且制得的复合聚醚易溶于水，羟值和粘度可调，稳定性较好，能够满足不同的客户要求。(3)在制备硬质泡沫聚醚多元醇时，用本文所述方法制备的聚醚多元醇作为交联剂/扩链剂生产的聚氨酯硬质泡沫塑料机械性能强，尺寸稳定性好。

具体实施方式

除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本申请中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本申请的提交日期同步的。在适用的情况下，本申请中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。

本申请中的数字范围是近似值，因此除非另有说明，否则其可包括范围以外的数值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质(如分子量，熔体指数等)是100至1000，意味着明确列举了所有的单个数值，例如100，101,102等，以及所有的子范围，例如100到166,155到170,198到200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1，1.5等)的范围，则适当地将1个单位看作0.0001，0.001，0.01或者0.1。对于包含小于10(例如1到5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是想要表达的内容的具体示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为清楚记载在本申请中。还应指出，本文中的术语“第一”、“第二”等不限定先后顺序，只是为了区分不同结构的物质。

关于化学化合物使用时，除非明确地说明，否则单数包括所有的异构形式，反之亦然(例如，“己烷”单独地或共同地包括己烷的全部异构体)。另外，除非明确地说明，否则用“一个”，“一种”或“该”形容的名词也包括其复数形式。

术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本申请中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本申请中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。相反，除了对操作性能所必要的那些，术语“基本上由……组成”将任何其他组分、步骤或过程排除在任何该术语下文叙述的范围之外。术语“由……组成”不包括未具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非明确说明，否则术语“或”指列出的单独成员或其任何组合。

交联剂

交联剂也叫固化剂、硬化剂、熟化剂，它能使线型或轻度支链型的大分子转变成三维网状结构，以此提高强度、耐热性、耐磨性、耐溶剂性等性能，可用于发泡或不发泡制品。交联剂是一种能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质，促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。

交联剂主要用在高分子材料(橡胶与热固性树脂)中。因为高分子材料的分子结构就象一条条长的线，没交联时强度低，易拉断，且没有弹性，交联剂的作用就是在线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起，形成网状结构，这样提高橡胶的强度和弹性。

扩链剂

扩链剂又称链增长剂，是能与线型聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大的物质。常用于提高聚氨酯、聚酯等产品的力学性能和工艺性能。

本申请的硬质泡沫聚醚多元醇的制备方法，包括将聚醚多元醇混合起始剂和聚醚多元醇合成用催化剂在反应温度为90～150℃，反应压力不超过0.60Mpa的条件下，逐步通入环氧丙烷，使其发生开环聚合反应，制得该聚醚多元醇；其中聚醚多元醇混合起始剂包括甘油、二甘醇以及蔗糖。

在一些实施方式中，硬质泡沫聚醚多元醇的制备方法按照下述步骤进行：

(1)将聚醚多元醇混合起始剂和聚醚多元醇合成用催化剂加入反应釜混合后，在负压为下开启搅拌，并加热至90～100℃；

(2)暂停加热，将第一部分环氧化合物快速加入反应釜，并控制反应温度为90～110℃，其中第一部分环氧化合物占环氧化合物总量的3.0％；

(3)以连续加料或分批加料的方式加入第二部分环氧化合物，在90～150℃的温度，不超过0.60MPa的反应压力下发生聚合反应，其中当采用分批加料时，每批次的加料量为环氧丙烷总量的6％～10％；

(4)维持反应温度在90～150℃的范围进行熟化，直至压力不在变化为止；

在一些实施方式中，聚醚多元醇混合起始剂和聚醚多元醇合成用催化剂在反应前需进行脱水干燥处理；且在将聚醚多元醇混合起始剂和聚醚多元醇合成用催化剂加入反应釜混合后，通入惰性气体并通过正负压交替置换至少两次以保证体系的无水无氧反应条件。最后，在负压情况下，例如-0.090MPa，开启搅拌加热至90～100℃。在一些实施方式中，该惰性气体可以为氮气或氩气。

在一些实施方式中，当聚醚多元醇混合起始剂和聚醚多元醇合成用催化剂混合物的温度达到90℃左右后，停止加热，将第一部分环氧化合物快速加入反应釜。该第一部分环氧丙烷在进料前进行预滴，当反应釜内压强达到为正压后暂停进料，观察反应情况，当温度上升、压力下降时说明物料开始反应，再继续进所述环氧化合物，控制反应温度为90-110℃。

在一些实施方式中，当温度达到90℃后，继续加入环氧丙烷，其前期缓慢进料，利用反应热升温，控制反应温度在90～150℃。此时环氧丙烷进料约5个小时。进料结束后开启外循环泵。尽量用物料的反应热升温，不用加热，防止局部过热，导致色深。此物料反应过程中，压强不超过0.60MPa。

在一些实施方式中，维持反应温度进行熟化，直至压力将至不将为止。此过程中，熟化过程分两部分：前期2小时左右熟化的温度控制在90～130℃的范围内，后期2小时左右熟化的温度控制在130～150℃的范围内，最后达到合格后，降温放料。

在一个较佳的实施方式中，几种混合起始剂和不同催化剂分别制备同一种硬质泡沫聚醚多元醇的方法，包括如下步骤：

(1)将混合起始剂以及占反应物总质量0.5％-2.5％的催化剂加入反应容器中，负压正压交替置换两次，最后，在负压情况下，开启搅拌加热至90～100℃，达到90℃左右后，停止加热，开始进环氧丙烷。

(2)环氧丙烷进料前进行预滴，当反应釜内压强达到为正压后暂停进料，观察反应情况，温度上升，压力下降时说明物料开始反应，再继续进环氧丙烷，控制温度为90-110℃。

(3)当温度达到90℃后，继续进环氧丙烷，其前期缓慢进料，利用反应热升温，控制反应温度在90～150℃。此时环氧丙烷进料约5个小时。进料结束后开启外循环泵。尽量用物料的反应热升温，不用加热，防止局部过热，导致色深。此物料反应过程中，压强不超过0.60MPa。

(4)维持反应温度进行熟化，直至压力不在变化为止，此过程中，前期2小时左右熟化温度控制在90～130℃范围内，后期2小时左右熟化温度控制在130～150℃范围内，最后达到合格后，降温放料。

使用本申请的方法制备的硬质泡沫聚醚多元醇作为交联剂/扩链剂生产的聚氨酯硬质泡沫塑料机械性能强，尺寸稳定性好。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本申请各较佳实例。

本申请所用试剂和原料均市售可得。

实施例

下面将结合本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。如无特别说明，所用的试剂和原材料都可通过商业途径购买。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

试验和测定方法：

OH.V值：根据DIN53240的方法测定。

粘度：一般为动力粘度，采用旋转粘度计根据DIN53019的方法测定。

实施例1

将甘油30g、二甘醇40g以及蔗糖260g分别加入反应釜中，再加入20g二乙胺催化剂，负压和正压交替置换两次，最后在负压为-0.090MPa情况下，开启搅拌，边搅拌边升温至90℃，暂停加热，接着将19g环氧丙烷快速(10g/min)加入反应釜中，其预定量为整个环氧丙烷总量的3.0％左右。当环氧丙烷进料前进行预滴，当反应釜内压强达到为正压后暂停进料，观察反应情况，温度上升，压力下降时说明物料开始反应，再继续进环氧丙烷，控制温度为90-110℃。当温度达到90℃后，继续添加630g环氧丙烷，其前期缓慢进料，利用反应热升温，控制反应温度在90～150℃。此时环氧丙烷进料约5个小时。进料结束后开启外循环泵。尽量用物料的反应热升温，不用加热，防止局部过热，导致色深。此物料反应过程中，压强不超过0.60MPa。维持反应温度进行熟化，直至压力不发生变化为止，此过程中，前期熟化温度控制在90～130℃范围内，后期熟化温度控制在130～150℃范围内，最后达到合格后，降温放料。

实施例2

将甘油40g、二甘醇50g以及蔗糖240g分别加入反应釜中，再加入12g十二烷基二甲基叔胺催化剂，负压和正压交替置换两次，最后在负压为-0.090MPa情况下，开启搅拌，边搅拌边升温至90℃，暂停加热，接着将19g环氧丙烷快速(10g/min)加入反应釜中，其预定量为整个环氧丙烷总量的3.0％左右。当环氧丙烷进料前进行预滴，当反应釜内压强达到为正压后暂停进料，观察反应情况，温度上升，压力下降时说明物料开始反应，再继续进环氧丙烷，控制温度为90-110℃。当温度达到90℃后，继续添加639g环氧丙烷，其前期缓慢进料，利用反应热升温，控制反应温度在90～150℃。此时环氧丙烷进料约5个小时。进料结束后开启外循环泵。尽量用物料的反应热升温，不用加热，防止局部过热，导致色深。此物料反应过程中，压强不超过0.60MPa。维持反应温度进行熟化，直至压力不发生变化为止，此过程中，前期2小时左右熟化温度控制在90～130℃范围内，后期2小时左右熟化温度控制在130～150℃范围内，最后达到合格后，降温放料。

实施例3

将甘油40g、二甘醇50g以及蔗糖240g分别加入反应釜中，再加入12gN，N-二甲基乙醇胺催化剂，负压和正压交替置换两次，最后在负压为-0.090MPa情况下，开启搅拌，边搅拌边升温至90℃，暂停加热，接着将19g环氧丙烷快速(10g/min)加入反应釜中，其预定量为整个环氧丙烷总量的3.0％左右。当环氧丙烷进料前进行预滴，当反应釜内压强达到为正压后暂停进料，观察反应情况，温度上升，压力下降时说明物料开始反应，再继续进环氧丙烷，控制温度为90-110℃。当温度达到90℃后，继续添加639g环氧丙烷，其前期缓慢进料，利用反应热升温，控制反应温度在90～150℃。此时环氧丙烷进料约5个小时。进料结束后开启外循环泵。尽量用物料的反应热升温，不用加热，防止局部过热，导致色深。此物料反应过程中，压强不超过0.60MPa。维持反应温度进行熟化，直至压力不发生变化为止，此过程中，前期2小时左右熟化温度控制在90～130℃范围内，后期2小时左右熟化温度控制在130～150℃范围内，最后达到合格后，降温放料。

试验结果整理如表1：

表1

检测项目	实施例1	实施例2	实施例3
				催化剂类型	二乙胺	十二烷基二甲基叔胺	N，N-二甲基乙醇胺
甘油(g)	30	40	40
				二甘醇(g)	40	50	50
蔗糖(g)	260	240	220
				收率(％)	99.0％	99.5％	99.8％

发泡的实验过程：根据实施例1到实施例3披露的方法配制成组合聚醚，并与异氰酸酯多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)按重量比1:1在室温下发泡。泡沫数据如下表2所示。

实验结果整理如表2：

检测项目	实施例1	实施例2	实施例3
				起发时间(s)	12	11	12
凝胶时间(s)	80	79	81
				泡沫密度(g/cm<sup>3</sup>)	31	30	31.5
压缩强度kpa	160	159	160
				收缩率％	0.010	0.015	0.012

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (10)

1.一种制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：在90～150℃的反应温度下且在不超过0.60Mpa的反应压力下，使聚醚多元醇合成起始剂和环氧化合物在催化剂的催化下反应预定时间段，得到所述聚醚多元醇。

2.如权利要求1所述的制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，所述聚醚多元醇合成起始剂为蔗糖、甘油以及二甘醇的混合物。

3.如权利要求1所述的制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，所述催化剂为胺类催化剂，优选为二乙胺、十二烷基二甲基叔胺或N，N-二甲基乙醇胺。

4.如权利要求3所述的制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，以聚醚多元醇合成起始剂、环氧化合物和催化剂的总质量为基准计，催化剂的质量百分比分别为0.5％-2.5％。

5.如权利要求1所述的制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，所述环氧化合物包括环氧乙烷和/或环氧丙烷。

6.如权利要求1所述的制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

将所述聚醚多元醇合成起始剂和催化剂加入反应釜混合后，在负压下开启搅拌，并加热至90～100℃；

将第一部分所述环氧化合物加入所述反应釜，并控制反应温度为90～110℃，其中所述第一部分环氧化合物占所述环氧化合物总量的1.0-3.0％；

以连续加料或分批加料的方式加入第二部分所述环氧化合物，在90～150℃的温度，不超过0.60MPa的反应压力下发生聚合反应，其中当采用分批加料时，每批次的加料量为所述第二部分环氧化合物总量的6％～10％；

维持反应温度在90～150℃的范围进行熟化，直至压力不再变化为止。

7.如权利要求6所述的制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，将所述聚醚多元醇合成起始剂和催化剂分别加入反应釜混合后，通入惰性气体并通过正负压交替置换至少两次以保证体系的无水无氧反应条件。

8.如权利要求6所述的制备聚醚多元醇的方法，其特征在于，所述第一部分环氧丙烷在进料前进行预滴，当温度上升、压力下降时再继续添加所述第二部分环氧化合物；

所述熟化过程分两部分，前期熟化的温度控制在90～130℃的范围内，后期熟化的温度控制在130～150℃的范围内。

9.一种通过如权利要求1-8中任一项所述的制备聚醚多元醇的方法所制备的聚醚多元醇。

10.一种如权利要求9所述的聚醚多元醇作为交联剂和/或扩链剂在制备硬质聚氨酯泡沫中的应用。