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期刊专利论文

己二酸与1,4-丁二醇制备聚酯多元醇的研究

来源:CATIA2024年05月20日

阅读次数:

屈建海1 , 陈亚春1∗ , 刘浩勇1 , 宋铭铭2 , 李增光2 , 李振江

(1. 平顶山市普恩科技有限公司 , 河南 平顶山 467000 ; 2. 河南神马减碳技术有限责任公司 , 河南 平顶山 467000 ; 3. 河南神

马尼龙化工有限责任公司 , 河南 平顶山 467000)

 

 

来源:河南化工

2024年3月第41卷

摘要

以己二酸和 1,4 - 丁二醇为原料采用单因素实验方法对聚酯多元醇制备工艺进行研究。 探讨了反应温度和酸醇质量比对反应过程聚酯多元醇相对分子质量以及产品质量的影响实验得出最佳工艺条件反应温度200 ~ 230 ℃ ,己二酸与 1,4 - 丁二醇质量比为 1 000 ∶ 701,钛酸酯催化剂用量为己二酸质量的 0. 04% ,反应时间150 min,聚酯多元醇相对分子质量 2 000 ~ 3 000,酸值0. 4 mgKOH/ g。 为工业化生产提供了可靠的基础数据

 

 

关键词

关键词:1,4 - 丁二醇 ; 己二酸 ; 聚酯 ; 真空熔融法

引言

近年来随着国民经济的高速发展聚氨酯的工业生产化水平和产能大幅度提升国内聚氨酯产品消费总量增加迅猛已经成为全球聚氨酯生产和消费第一大国聚氨酯产品在建筑汽车工业电子设交通工业机械体育家具建材鞋材新能源和环保等领域得到广泛应用极大地拉动了聚氨酯产品的需求发展空间非常广阔。 聚酯多元醇是含有(COO)或碳酸酯基(OCOO)的化学物质通常是由有机二元羧酸酸酐或酯) 与多元醇包括二缩合或酯交换或由内酯与多元醇聚合而成是生产聚氨酯产品的主要原料之一。 以己二酸与1,4 -丁二醇为主要原料经聚合反应生产制备的己二酸类聚酯型聚氨酯因其具有硬度范围广力学性能好耐磨性能佳等优异性能。 我国是全球己二酸生产能力最大的国家随着原有企业扩产和己二酸新建厂家的增多市场竞争日趋激烈。 2020 年以来己二酸出口量利润空间下游需求减少生产成本不断上升开发己二酸下游产品应用市场已成为维持企业发展的唯一途径。 平顶山市普恩科技有限公司充分发挥己二酸的原料优势研究开发了立足于本公司生产的己二酸优化了己二酸型聚酯多元醇的合成工艺条件建立了工业化规模的生产装置品定位在应用领域的高端化市场取得良好的经济效益和社会效益

反应原理
 
工业上生产聚酯多元醇常采用真空高温熔融脱水法即在高温条件下以间歇合成工艺制备聚酯多元醇。 生产时首先把羧酸与二元醇加入反应容器中熔融并于 150 ℃ 左右预反应将生成的水逐步蒸釜内生成低聚酯混合物低相对分子质量聚酯多元醇)。 随着水分的脱除釜内温度逐渐升高220 ~ 230 ℃ ,真空度 500 Pa 条件下将过量的二元醇和少量副反应产物低分子聚酯醛及酮与反应生 成的水完全去除最终得到相对分子质量在2 000 ~ 3 000 的聚酯多元醇产品
2 实验部分

. 1 实验试剂和实验装置

实验试剂:1,4 - 丁二醇分析纯己二酸自产精己二酸,99. 9% ;钛酸酯分析纯。 实验装置如图1 所示

 

. 2 实验步骤

实验采用真空高温熔融脱水法合成聚酯多元。 按照比例称取一定量的己二酸、1,4 - 丁二醇和催化剂加入玻璃反应釜中加热升温待反应物料熔融后开启搅拌。 120 min 内逐步升温至 120 ℃ 控制升温速度每 10 min 升温 10 ℃ ,避免 1,4 丁二醇由于升温过快随水分蒸发出来)。 当釜内温度升至 100 ℃时物料发生反应继续升温至 120 ℃ ,此时开始有反应水流出保持分流管蒸馏头温度为1 0 1 ℃ 左右反应釜持续加热,6 0 min 内 升 温 至220 ℃ ,反应温度达到 220 ℃ 时反应出水量达到峰。 当反应釜内温度升高至 220 ℃ 维持温度不釜内物料继续反应此时分流管蒸馏头温度为102 ℃左右。 随着反应时间的增加反应脱水量越来越少随着出水量的减少分流管蒸馏头温度也缓慢下降

 

至 40 应水流出至负压状态避免反应釜内液体因真空度巨增而引起爆沸。 随着反应釜真空度增加剩余反应水开始流出当反应釜内真空度达到 0. 085 ~ 0. 095 MPa在 220 ~ 225 ℃ 。 逐渐该条件下继续反应 150 min 关闭真空装置停止加热反应釜自然降温至 100 ℃ 以下放空装置负。 将反应釜内液体物料放入敞口容器中静置冷却放置一段时间后物料呈白色蜡状固体取样分析物料羟值酸值相对分子质量等

 3 结果与讨论

 

. 1 温度对反应的影响
控制催化剂加入量为己二酸质量的 0. 04% ,应时间 150 min,酸醇质量比为 1 000 ∶ 701,探讨了温度对反应的影响结果见表 1。

 

 

由表 1 可知反应过程中温度是重要的影响因素之一酸醇质量比一定反应温度 < 200 ℃ 物料反应时间延长且产品相对分子质量低反应温度过高超过 230 ℃ 反应过程快短时间内反应物料颜色
加深生成产品的相对分子质量低产品固体物料成焦黄色且性能下反应温度控制在200 ~ 230 ℃ 品物料成白色蜡状固体故最佳反应温度为 200 ~ 230 ℃ 。
 
. 2 酸醇质量比对反应的影响
控制催化剂加入量为己二酸质量的 0. 04% ,应时间 150 min,反应温度 225 ℃ ,研究了酸醇质量比对反应的影响

 

 

由表 2 可知酸醇质量比也是影响反应的重要因素之一酸醇质量比越大同一反应条件下聚酯多元醇产品相对分子质量越大反之酸醇质量比越同一反应条件下聚酯多元醇产品相对分子质量就越小酸醇质量比为 1 000 ∶ 701 最佳
 
结论

 

以己二酸和 1,4 - 丁二醇为原料采用真空高温熔融脱水法合成工艺制备 2 000 ~ 3 000 相对分子质量的聚酯型聚酯多元醇通过单因素优化实验得到了优化工艺条件为工业化生产提供可靠的基础数据
 
在聚酯多元醇的合成过程中以钛酸酯为催化剂的条件下产品聚酯多元醇的羟值酸值及其相对分子质量受反应温度变化的影响较大当温度< 2 0 0 ℃ 时 , 产 品 相 对 分 子 质 量 偏 低 ; 当 温 度> 230 ℃则产品相对分子质量也会下降反应温度控制在 200 ~ 230 ℃ 最适宜。 ②产品聚酯多元醇的相对分子质量受酸醇质量比影响较大同一反应条件下当酸醇质量比越大聚酯多元醇相对分子质量越大反之则聚酯多元醇相对分子质量越小故以酸醇质量比来控制聚酯多元醇产品相对分子质量酸 醇 质 量 比 为1 0 0 0 ∶ 7 0 1 最 佳 。 ③ 以 己 二 酸 和1,4 - 丁二醇为原料制备 2 000 ~ 3 000 相对分子质量的聚酯型聚酯多元醇最佳工艺条件反应温度200 ~ 230 ℃ ,己二酸与 1,4 - 丁二醇质量比 1 000 ∶701,钛酸酯催化剂用量为己二酸质量的 0. 04% ,应时1 5 0 min ,质量为2 000 ~ 3 0,为 . 3 ~ 0. 5 g KOH / g。
 

 

 

 

为方便阅读,本文移除了脚注。如有需要,请参阅《河南化工2024年3月第41卷 END

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