[发明专利]一种催化剂及其制备方法和利用该催化剂制备脂肪族缩水甘油醚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及脂肪族缩水甘油醚的合成领域，具体涉及一种催化剂及其制备方法和利用该催化剂制备脂肪族缩水甘油醚的方法。 

背景技术

脂肪族缩水甘油醚是一种线型的脂肪族环氧基稀释剂，分子内包含醚键和环氧基，具有粘度低、稀释效果好等优点；固化时参与固化反应，形成均一体系，是常用的环氧树脂活性稀释剂，可广泛用于无溶剂绝缘漆、环氧灌封包封材料、无溶剂型环氧地坪涂料和环氧胶粘剂等环氧材料的稀释，其中高环氧值的精品馏份还可用作脂肪胺、咪唑等其它胺类固化剂的改性材料。 

脂肪族缩水甘油醚的合成主要有一步法、两步法和氧化法，目前国内外合成脂肪族缩水甘油醚主要采用两步法工艺。两步法合成工艺是在酸性催化剂作用下，由脂肪醇与环氧氯丙烷进行开环反应，然后再与氢氧化钠进行闭环反应生成相应的缩水甘油醚；即原料脂肪醇、酸性催化剂和环氧氯丙烷进行开环反应，生成氯醇醚中间体，再与氢氧化钠进行闭环反应反应制得缩水甘油醚，其中开环反应是两步法合成的关键，目前开环反应中使用的酸性催化剂主要为强酸型催化剂如浓硫酸、高氯酸和路易斯酸BF₃·O(C₂H₅)₂、四氯化锡、三氯化铝、四氯化钛或三氯化铁等。使用该类酸性催化剂不仅存在对反应设备腐蚀严重、使用不方便、不能循环回收使用等缺点；而且在开环反应中选择性较差，导致中间产物中的副产物多，使最终产物的环氧值低、总氯含量高。 

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种催化剂，提高脂肪族缩水甘油醚制备过程中开环反应的主反应选择性，增大最终产物的环氧值和降低氯含 量，同时该催化剂可循环使用、对设备的腐蚀性低。 

其采取的方案为，一种催化剂，包括活性炭本体，活性炭本体的外表面上固载有三氟化硼。 

通过将三氟化硼固载在活性炭上构成的固相催化剂，在用于制备脂肪族缩水甘油醚的开环反应过程中对主反应的选择性好，最终产物的环氧值高且有机氯含量低，产品的品质好；另外，该固相催化剂对设备腐蚀性低、开环反应结束后容易与反应产物分离，且分离后可循环使用。 

本领域技术人员可通过不同的制备方法和应用需求制取得到不同固载量的活性炭固载三氟化硼催化剂，但是发明人经过长期试验、结合该催化剂制取的易行性以及对制备脂肪族缩水甘油醚的开环反应影响的最优性，优选选取三氟化硼的固载量为5～20%，以取得最佳的制备和使用效果。 

本发明的第二个目的是提供一种该催化剂的制备方法，包括如下操作步骤： 

S1:对活性炭进行改性处理，并将改性处理后的活性炭洗涤、干燥； 

S2:将干燥后的活性炭浸渍于含三氟化硼的有机溶液中，浸渍完全后抽滤、干燥即可得该催化剂。 

步骤S2中所述的有机溶液包括甲苯、苯甲醇、无水丁醇。 

上述步骤S1中所述的改性处理包括对活性炭的表面基团进行改性和/或对活性炭的孔道进行扩充；另外，为使三氟化硼能够有效的负载在活性炭上，对开环反应中主反应的催化选择性最佳，优选按照以下操作进行实施，亦即： 

S1:将活性炭载体首先浸渍在质量分数为10～30%的HNO₃溶液中，控制浸渍的固液质量比为1:5～1:15，浸渍温度为20～100℃，浸渍时间为1～4h，然后取出活性炭水洗至中性，过滤、干燥后即可得改性的活性炭； 

S2:将改性的活性炭浸渍于含三氟化硼质量分数为0.5～5%的甲苯 溶液中，控制浸渍的固液质量比为1:10～1:15、浸渍温度为30～70℃，浸渍时间为1～4h，过滤、干燥后即可得该催化剂。 

本发明的第三个目的是提供一种该催化剂的用途，亦即用于制备脂肪族缩水甘油醚，具体的为：是将脂肪醇和环氧氯丙烷在活性炭固载三氟化硼催化剂的催化作用下进行开环反应，生成氯醇醚中间体；然后再将氯醇醚中间体与氢氧化钠进行闭环反应制得脂肪族缩水甘油醚。所述的脂肪醇包括所述的脂肪醇包括苯甲醇、辛醇、C_12-14醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚氧烷烯二醇。当然这里的脂肪醇也可选取其他碳链个数的烷基醇、烯基醇或多元醇等。 

为提高脂肪族缩水甘油醚的产率和缩短整个反应的耗时，本发明优选按以下详细操作进行实施：