[发明专利]一种用于聚酯合成的钛磷催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明属于聚酯合成领域，涉及一种用于聚酯合成的钛磷催化剂的制备方法及应用。制备方法包括：将脂肪烷基三甲基卤化铵溶于去离子水中，搅拌至形成均一稳定的溶液；将磷化合物和钛化合物以一定摩尔比(1：9～9：1)溶于上述混合溶液中，持续搅拌并将其置于恒温下反应1.0～48.0h，随后将混合溶液滤出的固体在高温下焙烧。最后经过滤、洗涤、真空干燥、粉碎、研磨后制得聚酯用钛磷催化剂。本发明通过调控钛化合物和磷化合物的摩尔比调控催化剂的性能。将其用于聚酯合成，结果表明该催化剂可有效催化聚酯合成步骤中的酯交换反应，同时显著减少副反应并改善聚酯色相。

技术领域

本发明涉及催化剂及聚酯合成技术领域，具体涉及一种用于聚酯合成的钛磷催化剂的制备方法及应用。

背景技术

随着经济的快速发展，聚酯及其相关产品已成为全球生产量最大、应用最广泛和发展最快的高分子产品之一。目前，锑系催化剂依然是聚酯行业使用最广泛的催化剂。由于锑是重金属，使用会导致环境污染问题，因此寻找可替代锑的绿色催化剂已成为行业亟需解决的问题。

无锑催化剂，目前可分为钛系、锗系和铝系催化剂三大类。锗系催化剂活性高，但锗资源稀少，价格昂贵，应用领域因成本严重受限，通常只适用于制备高档的聚酯产品。铝系催化剂对环境友好，成本低廉，但由于常规铝化合物的活性较低，难以满足工业应用的要求，应用前景不大。钛系催化剂呈现高活性，但同时也会显著促进副反应，导致聚酯色相偏黄，b值偏高。然而，整体来讲，在诸多催化剂体系中，钛系最有可能替代锑系实现产业化应用，目前的关键问题是如何调控钛催化剂活性以改善合成聚酯的色相。

目前对于钛系催化剂的性能调控主要有两种策略，一是无机化合物复合改性，通过调控钛系复合催化剂中钛与无机物的复合比例调控钛活性位的性质，从而调控催化性能；二是通过有机物或有机官能团与钛活性中心进行配位，改善性能。对于无机复合催化剂，与硅复合的钛硅系催化剂虽已被广泛地报道，但由于各项指标依然不理想，其进一步产业化应用受阻；对于有机钛系复合催化剂，通过有机配体调控催化中心钛原子的化学环境，从而调控其催化活性和选择性。虽然当前部分配体钛系复合催化剂已有一定的产业化应用，但由于所合成聚酯的色相和各项指标依然不够理想，有待进一步改进和提高。

因此，研究一种绿色环保且高效的钛系复合催化剂，进一步改善聚酯产品色相，将有效的推动行业及相关产品的绿色化进程，对保护生态环境和促进行业发展都有重大意义。

发明内容

本发明针对钛系催化剂导致较多副反应和色相偏黄问题，提出了一种用于聚酯合成的钛磷催化剂的制备方法及应用，通过改变钛化合物和磷化合物的摩尔比调控该催化活性和选择性，以达到减少副反应和改善聚酯色相的目的。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种用于聚酯合成的钛磷催化剂的制备方法，具体制备步骤如下：

将脂肪烷基三甲基卤化铵溶于去离子水中，通过剧烈搅拌至形成均一稳定的溶液；并将钛化合物和磷化合物以摩尔比(1：9～9：1)溶于上述混合溶液中，持续搅拌并在20～200℃下反应1.0～72.0h；过滤所得混合溶液，将滤出固体置于300～800℃下焙烧0.5～8.0h，然后将焙烧产物用水反复洗涤，在室温下真空干燥，后经粉碎、研磨分散等工艺后制得钛磷催化剂。本发明合成的钛磷催化剂，钛原子为缩聚反应的主要活性位点。

本发明中磷化合物具有两个关键作用，一方面与钛元素形成规整结构，为缩聚反应提供反应场所；另一方面，含磷化合物会改变钛原子的化学环境，具有调控催化剂活性和选择性的作用，从而改善聚酯色相。

本发明团队经过大量研究后发现，钛化合物和磷化合物的摩尔比需要严格控制，以实现对催化活性和选择性的有效调控。将该催化剂用于聚酯合成，可有效减少副反应，同时避免了常规钛催化剂因活性过高而导致聚酯色相偏黄的问题。

优选的，所述钛化合物、磷化合物和脂肪烷基三甲基卤化铵的摩尔比为1～5：5～1：0.25～0.5。