聚醚簡介
聚醚多元醇是分子中含有醚鍵( R O R ),端基為OH基團的齊聚物。它是由含活潑氫的低分子化合物如(醇類、胺類)作起始劑,在催化劑作用下與環(huán)氧乙烷(EO)、環(huán)氧丙烷(PO)、環(huán)氧丁烷(BO)等進行開環(huán)聚合反應(yīng)而成的。聚醚產(chǎn)量最大者為以甘油(丙三醇)作起始劑和環(huán)氧化物(一般是PO與EO并用),通過改變PO和EO的加料方式(混合加或分開加)、加量比、加料次序等條件,生產(chǎn)出各種通用的聚醚多元醇。聚醚多元醇是一種重要的化工原料,它的最大用途是合成聚氨酯(PU)樹脂類產(chǎn)品,如聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯黏合劑、聚氨酯膠粘劑、聚氨酯彈性體等。此外,還可以用作非離子表面活性劑、潤滑劑、液流體、熱交換流體等。
早期合成聚醚多元醇的聚合反應(yīng)是在酸或者堿催化作用下進行的,常用的酸催化劑是質(zhì)子酸(H2SO4、HCl等)和路易斯酸(AlCl3、BF3等),堿性催化劑常用的是堿金屬、堿(土)金屬的氧化物、醇化物和氫氧化物。
聚醚生產(chǎn)工藝
對由氧化丙烯醚二醇生產(chǎn)的聚醚多元醇來講,具體工業(yè)化基本分為原料預(yù)處理、聚合反應(yīng)和后處理等三步工序,工序簡介如下:
一、原材料的預(yù)處理:在開環(huán)聚使反應(yīng)中,為保證聚醚多元醇合成的反應(yīng)速度、分子量控制以及產(chǎn)物的色澤、不飽和度等,首先要提純聚合單體,此外還應(yīng)除去催化劑、起始劑同反應(yīng)體系中帶入水、醛、氧、多羥基糖類等微量雜質(zhì)。
二、開環(huán)聚合反應(yīng):以環(huán)氧化物為原料進行開環(huán)聚合反應(yīng)屬放熱反應(yīng),因此反應(yīng)過程中用冷凝水及時移走反應(yīng)熱。另外,氧會對聚合反應(yīng)產(chǎn)生氧化和阻聚作用,故反應(yīng)前必須用真空泵盡量抽盡反應(yīng)釜中的空氣,以保證反應(yīng)在無氧存在的情況下進行,同時,在反應(yīng)的過程中,也要不斷地抽真空,以便能生產(chǎn)出高質(zhì)量的聚醚多元醇。
三、后處理工序:完成聚合反應(yīng)生成的聚醚多元醇粗品,必須經(jīng)過后處理。后處理工作主要包括中和、吸附、脫水、過濾、精餾等單元。聚醚多元醇經(jīng)過一系列的后處理,不僅將其中殘留的催化劑雜質(zhì)中和、過濾掉,同時也是使用吸附、脫水、蒸餾工序,將其他有害的雜質(zhì)去除,以獲得含水量低,色澤淺,無異味,性能良好、均一的聚醚產(chǎn)品。基本精制方法大致可以分為以下幾種:
(1)利用無機酸或有機酸中和,在生產(chǎn)聚醚多元醇的聚合反應(yīng)中.對使用堿性金屬氫氧化物為催化劑(如氫氧化鈣、氫氧化鋇、氫氧化鍶等)體系,中和時很少使用無機酸作中和劑。對于使用堿金屬氫氧化物為催化劑體系.則推薦使用無機酸為中和劑,如鹽酸、磷酸、稀硫酸等。
(2)吸附,吸附操作是為了去除聚醚多元醇中殘留催化劑等離子和有色物質(zhì),常用的吸附劑有硅酸鎂、硅酸鋁、活性白土、活性炭、分子篩、硅藻土、中等木炭等,因此,吸附操作溫度一般在100℃左右。
(3)離子交換,在工業(yè)生產(chǎn)中,多采用中和吸附法,但要求甚高的特種聚醚也可以采用離子交換法進行處理,該法不僅能有效地去除聚醚多元醇中的金屬離子,同時還能除去聚醚中的有色、有毒物質(zhì)。
(4)過濾,過濾的目的是除去催化劑被中和后生成的鹽,現(xiàn)多使用先進的圓網(wǎng)式過濾裝備。在過濾過程中。應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)聚醚分子量大小、官能度多少,適當添加適宜的助濾劑,以降低系統(tǒng)物料粘度,提高過濾效率,減少濾餅中產(chǎn)品的殘留量。
(5)精餾和調(diào)整,為獲得雜質(zhì)合量低、色澤淺、分子量分布相對較窄的聚醚產(chǎn)品,還需要經(jīng)過精餾和調(diào)整工序。聚醚的精餾是在100℃左右的減壓下進行,使用降膜式蒸發(fā)器,加入0.05%- 0.5%二叔丁基對甲酚之類的抗氧劑,以及丁基化羥基甲苯和胺類抗氧劑(如吩噻嗪等)等配合物,脫除聚醚中的微量水分和其他雜質(zhì)。
目前,聚醚多元醇的工業(yè)化生產(chǎn),一般采用預(yù)處理-聚合-中和吸附、過濾、脫水、蒸餾等工藝程序,其生產(chǎn)方式可分為連續(xù)法和間歇法。前者自動化程度序高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)效率高,成本低,適用通用型聚醚多元醇大批量生產(chǎn)。后者一般采用釜式反應(yīng)裝備,投資少、投產(chǎn)快,生產(chǎn)操作簡單,但產(chǎn)品質(zhì)量沒有連續(xù)法生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定,成本稍高。對于年產(chǎn)量在20kt以下的生產(chǎn)工廠均采用間歇法生產(chǎn)裝備。
聚醚多元醇生產(chǎn)中也有三廢產(chǎn)生,先進的生產(chǎn)工藝,每生產(chǎn)1t產(chǎn)品將會產(chǎn)生大約30kg以上的廢液,量雖然不大,但也必須先處理后排放。過濾產(chǎn)生的固體廢料,其中仍含有不少聚醚。應(yīng)采用溶劑清洗,回收,使固體廢料中有機物含量低于1%后排放,溶劑可回收循環(huán)使用,廢氣可輸入吸收塔,吸收未反應(yīng)的原料氣體,循環(huán)使用后進入符合環(huán)保要求的廢氣處理裝置處理后排放。