[发明专利]一种采用连续法制备植物油多元醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物油多元醇的制备方法，尤其涉及一种以植物油为原料，采用连续法且将环氧化与开环两步反应合为一步的制备植物油多元醇的方法。

背景技术

随着石油消耗量增加，石化资源储量的日益减少，石化产品价格持续上涨，用可再生资源生产材料和燃料越来越引起人们的重视，利用可再生资源作为化工产品的原料备受人们关注。植物油多元醇是石油基多元醇的替代品，环保价值突出。据生物圈分析数据表明，与石油基多元醇相比，植物油多元醇总体能源消耗降低23%，非可再生资源消耗降低61%，向大气排放温室气体减少36%。植物油多元醇原料来源广泛，植物油包括花生油、菜籽油、大豆油、蓖麻油、橄榄油、棕榈油等可食用油以及麻疯树油、黄连木油等非食用油。

植物油多元醇主要应用于聚氨酯领域，其制备的植物油基聚氨酯材料完全符合环境保护的要求；并且由于植物油的主要成分脂肪酸甘油酯的疏水性，植物油基聚氨酯材料具有良好的理化性能，特别是具备更好的耐水解性和热稳定性。因此植物油多元醇及其聚氨酯材料得到了迅速发展。

植物油主要由脂肪酸甘油酯组成，大多数植物油包含14～22碳链的脂肪酸，每个脂肪酸有0～3个不饱和双键。除蓖麻油外，植物油必须经过羟基官能化后得到多元醇才能用于聚氨酯材料的合成。植物油多元醇按照合成方法的不同，主要分为以下5种：①醇解法：利用植物油中的酯基，用多官能度的小分子醇对植物油进行醇解，在分子链上引入羟基。②环氧开环法：植物油的碳碳双键经Prileshajev环氧化后，以官能单体开环环氧基团，引入羟基。③臭氧氧化法：利用臭氧的强氧化性氧化植物油中的双键，使双键断裂形成伯羟基或羧酸基团，再对羧酸基团进行酯化等反应制得植物油多元醇。④氢甲酰化法：利用植物油的双键，采用贵金属催化剂在一定压力下与氢气、一氧化碳反应生成醛，然后加氢将醛转化成羟基。⑤烷氧基化法：类似石油基多元醇的生产方法，以植物油与小分子醇直接混合作为起始剂（或直接将含有羟基的植物油作起始剂）经过烷氧基化制备植物油多元醇。

环氧开环法制备植物油多元醇的成本较低，是目前公认的最有可能在聚氨酯行业实现产业化的方法。CN1837180A和CN101139252A分别公开了“一种利用菜籽油制备的生物基多元醇”和“利用小桐子油制备的生物基多元醇”，分别以菜籽油和小桐子油为主要原料，经醇解/环氧化/开环三步反应制得植物油多元醇。CN1837181A和CN101108803A分别公开了“一种采用菜籽油制备的生物基多元醇”和“一种采用小桐子油制备的生物基多元醇”，分别以菜籽油和小桐子油为主要原料，经环氧化/开环/醇解三步反应制得植物油多元醇。CN101314632A公开了“利用大豆油制备硬质聚氨酯泡沫塑料的方法”，方法中包括环氧化/开环/醇解/酯化四步。CN101906016A公开了“一种橡胶籽油多元醇及其制备方法”，以橡胶籽油为主要原料，经过环氧化/开环二步反应制得植物油多元醇。CN102206154A公开了“一种植物油多元醇及其制备方法”，方法中包括环氧化/开环二步反应，特点在于采用来源于生物质的糖或糖醇作为开环剂。CN101747184A和CN101230020A分别公开了“一步法由大豆油制备多元醇的方法”和“植物油合成聚合物多元醇用大分子单体的方法及其用途”，利用环氧化和开环都在酸性条件下反应，一步法制备出植物油多元醇。

以上专利制备的植物油多元醇主要基于环氧基团开环，由于均通过间歇式反应釜合成，因此存在以下弊端：①反应时间长；②能耗较高；③设备及自控水平低；④难以避免的副反应导致产品品质较低（交联副反应造成产品羟值偏低、粘度偏大）。此外，多数专利中环氧化与开环分为两步反应，工艺繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为了克服目前基于环氧开环原理以间歇法生产植物油多元醇存在的反应时间长、能耗较高、产品品质不高、不能连续生产而提出的一种采用连续法且将环氧化与开环两步反应合为一步的制备植物油多元醇的方法。

为解决上述技术问题，本发明的思路如下：

植物油中含有不饱和碳碳双键，经Prileshajev环氧化反应变成环氧基，随后环氧基开环引入羟基。环氧化反应通常采用过氧甲酸或过氧乙酸，以硫酸或磷酸作催化剂；同时，硫酸或磷酸也可催化环氧基团开环。由于两步反应均在酸性条件下反应，且反应温度区间有交集，因此两步反应可以合为一步。