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聚氧化乙烯的性质及其合成

2021-09-03 来源:榕意旅游网
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第3期 上海化工 是极为显著的。但添加量大时,氧指数的增加幅 度趋缓,由表数据回归得到氧指数与添加量之间 的函数关系式为: 1 0324(3) 式中,OI氧指数 x Mg(OH)。添加量, 3.7氢氧化镁的消烟性能 关于氢氧化镁的消烟性能,P.R.Hornsby ’ 和Hirselen 等已研究了Mg(OH)2对PP、ABS、 PPO、PBT等各种聚合物的低发烟教采,其结果 如图3所示 本研究仅作了定性试验,在PE中 加人Mg(OH)。燃烧肘基本上没有烟产生,而加 ABS pFO PaT 图3在芳香族聚合物中Mg【oH)z的 低发熠效果 入溴系阻燃剂的PE在燃烧时产生大量浓烟,由 参考文慧 译,《定量分析化学》,高等教育出版社,(1987) 3.JP 63,277,511 4.JP 63t268,752 此也可确认氢氧化镁阻燃剂有良好的消烟性能 1.[美]I.M.科尔索夫等,南京化工学院分析化学教研组 4结论 其优化实验条件如下。分解条件 温度90_c左 右,硫酸t硼泥一1.1—1(当量比),时间~3h; 合成条件;温度5O℃,氨/镁当量比1.5:1,时间 《北京化工》,(3):1~5(1991) 本工艺成功地从硼泥制得氢氧化镁阻燃剂, 2.郑星,5.Plast.Worid,45(7)}63~66(1987) 6.P.R.Horns et.a1.,Plast.&Rub.proc.App]i,11 (1):45~51(1980) 7 J.Green.J Mat.Sci.,18:637—651(1983) 2h;水热处理条件 温度16o℃,时间4h,陈放时 间4h;表面处理条件 温度60E,时间3h。 聚氧化乙烯的性质及其合成 , 连盎浩旦 化工部上海化工研究院 张小风 (上海 20006 2) 长 ,/2 摘要;介绍了聚氧化乙烯的主要性质。采用有机金属化合物为主体的多组分催化剂进行环氧乙烷的聚舍试验。 探讨了聚合收辜、聚合物分子量与聚合时间的关系,催化剂浓度 聚合温度、催化剂贮存时问对环氧乙烷聚合的影 响。在较佳的工艺条件下制得分子量高于500万的白色粒状褒氧化乙烯,聚合收辜大于9s A(0重量)。 关键词 壁墨 堡有机盒属化合物多相些±§趣’霞 ’娇, The Property and Syntheses of Pol ̄ethyl ene Oxide Tu Jiahao Z^ I Hehai Zhang Xiaofeng Abstract,Main properties of polyethylene oxide was described.The po]ymerization of ethylene oxide was carried Out with catalysts of many components whose main components were organometa]lie compounds.The relationships be— tween polymerization yield.average molecular weight of polymer and poiymerizatlon time re discussed,and the ef一 [ects of concentrat Jo ̄ol catalyst and temperature of po]ymerizat[on and storge time of cata]yst On polymerization of ethylene oxide Were also described.Under given conditions white granular polyeth ̄ne ̄xide with average molecular weight 0f 5×l WaS obtained and the polymerization yield WaS over 95 percent- Keywords}Polythylene oxide,Metalic organic compound.Muki--phase cata]yst 维普资讯 http://www.cqvip.com

上海化工 第21卷 1前言 聚氧化乙烯树脂是环氧乙烷多相催化开环 聚合而成的高分子均聚体,分子式为 HOCH2cH2Of cH2cH 20 H。 聚氧化乙烯是白色粒状和粉末状聚台物,结 品度较高,呈球品结构。软化点65℃~67 ̄C,脆 化点~50℃,密度1 15克/厘米。~1.22克/厘 米 ,表观密度0.2克/厘米 ~o.35克/厘米 ,灼 烧残渣低于2 (重量)。 聚氧化乙烯完全溶解于水,其水溶液呈中性 或弱碱性。高分子量聚氧化乙烯在室温下能以任 意比例与水混台,其浓度低时呈粘稠的溶液。随 着浓度的增加,溶液从凝胶状逐渐变成橡胶状弹 虽然H.Staudinger等在1 933年首先用环 氧乙烷聚合得到高分子量聚氧化乙烯,但直至 】950年这些聚合物仍是实验室的产品 后来开 发了一些话性较高的催化剂,在工业上合成了一 系列的环氧乙烷高聚体。美国联合碳化物公司于 1958年率先商业性生产聚氧化乙烯 几年后,日 本明成化学工业株式会社和制铁工业株式会社 也开始生产聚氧化乙烯 三家公司的聚氧乙烯商 品名分别为Polyox、Alkox和PEO 全世界的生 产能力约9000t/an],生产和消费数量约67oot/ a。 我国无锡炼油厂在70年代中期,建立了7. 5t/a的聚氧化乙烯生产装置,生产出浅黄色的粒 状聚氧化乙烯,平均分子量为2×10 ~3×10 。 由于各种原因,该装置于1986年11月停止生 产 化工部上海化工研究院自1985年起开展了 聚氧化乙烯的合成研究工作 于1986年1o月列 为“七·五”攻关项目 经过三年多的研究,提前 完成了攻关的各项技术经挤指标,于1 990年2 月通过化工部科技司组织的专家鉴定,1991年1 月又通过“七·五”攻关国家验收组的验收 上海 化工研究院采用该技术成果,与台商在浦东建立 了上海联胜化工有限公司。于1 993年3月 次 试车投产成功。经过不断改进和完善,生产日趋 正常和稳定 生产分子量为33<10‘至5×10。的 白色粒状聚氧化乙烯树脂 聚氧化乙烯是水溶性和热塑性树脂,具有低 毒性和易加工成形等特点;可广泛用作减阻剂、 分散剂、絮凝剂、增稠剂、临时粘台剂、织物上浆 和水溶性包装材料等,广泛应用于造纸、石油开 采、陶瓷、日用化学品、农业和市政工程等部门 2聚氧化乙烯的主要性质 2.1物理性质 2.1.1表观、物理常数、溶解性 性体。 2.1.2水溶液粘度 聚氧化乙烯水溶液的粘度不仅与聚合物的 分子量、溶液的浓度有关,而且与溶液的温度、剪 切速率、加入的无机盐浓度等有关 溶液的粘度 随着温度的升高而下降,对于分子量为1o万至 500万的聚氧化乙烯,当溶液温度由1010升高到 90"C时,溶液的粘度可以降低一个数量级。由于 水溶液呈现非牛顿性,溶液粘度随剪切速率的增 加而下降。加入无机盐,会使聚氧化乙烯的溶解 温度及其溶液的粘度下降,下降的幅度与盐的种 类及浓度有关 2.1.3凝聚性 高分子量聚氧化乙烯的水溶液,即使浓度低 于0.1 也呈现出大的曳丝性,而且对含各种微 细物质的悬浊液有凝聚性 分子量越太,这种凝 聚性也越大。 2.2化学缔台性 聚氧化乙烯虽然具有较好的化学稳定性,但 由于聚合物长链中醚氧原子上有未共享电子对, 有很强的氢键亲和力,能与一些电子接受体的单 体或聚合物形成络合物。可与聚氧化乙烯形成缔 合体的化合物有顺丁烯二酸、丙烯酸、丹宁酸、聚 丙烯酸、聚甲基丙烯酸、马来酸和丙烯酸的共聚 体、萘酚和酚化合物、脲和硫脲等 2.3氧化降解性 高分子量聚氧化乙烯在热塑加工或配成水 溶液时,对氧化降解都是敏感的。在热塑加工中, 熔融粘度随着温度的升高和时间的延长而迅速 下降;常温下的水溶液,粘度随着放置时间的增 维普资讯 http://www.cqvip.com

第3期 上海化工 长而降低,这些都是氧化降解所致。微量氯、过氧 组分催化剂,自制; 化物、高锰酸盐、过硫酸盐和某些过渡金属离子 环氧乙烷(EO) 醛含量<30ppm,水含量< om; (如cu 、cu 、Fe 和Ni )的存在会加快氧化 100p,降解速度。为了抑制氧化降解,通常在热塑加工 120 溶剂(Nolv):馏程80"C~120"C,碘值 或水溶液中添加一些稳定剂。比如,添加聚合物 0.1~0、3,水含量<30ppm。 重量0.01 ~0.5 的吩噻嗪、丁基化羟基甲苯 3.1.2实验方法 或丁基化苯甲醚是有效的。在水溶液中添加5 ~1o (重量)的无水异丙醇、乙醇、乙二醇、丙二 10 ~10 3.1.2.1催化剂的制备 在带搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和温度计 醇等能降低氧化降解速度。浓度为水溶液 的反应器内制备催化剂。 (重量)的二价锰离子(Mn )也 3.1.2.2聚合评价试验 是有效的稳定剂。但若其水溶液中无氧化剂存 以120 溶剂作聚合溶剂,用自制催化剂在 在,且在中性或弱碱性场合使用,则该溶液在短 250毫升玻璃瓶内进行环氧乙烷的静置聚合;在 时间(1天)内是稳定的,溶液的粘度基本上不变 2o升聚合釜内进行环氧乙烷搅拌聚台。 化。 3.1.2.3分析测试方法 称取0.02克~0.03克聚氧化乙烯样品,配 成浓度为0.02 ~0.05 (重量)的水溶液,测 3聚氧化乙烯的合成研究 环氧乙烷在多相催化剂的作用下开环聚合 定水溶液的特性粘度[们,按Mark—Houwink公 成高分子量聚氧化乙烯,其聚台机理属于配位阴 离子聚合 。在配位阴离子聚合中,有效的催化 式计算出聚氧化乙烯的平均分子量 用卡尔·费休法测定汽油和环氧乙烷的水 剂往往含有“金属一氧一金属”的结构,这表明在 链增长中涉及到两个金属原子。作为配位阴离子 聚合的催化剂有钙、钡等碱土金属的烃氧基化合 物、碳酸盐、氨化物,铝、镁、锌的烃氧基化合物 等。 含量。 - 用亚硫酸氢盐法测定环氧乙烷的醛含量 3.2实验结果与讨论 3.2、l聚合收率、聚台物分子量与聚台时问的 关系 我们采用有机金属化合物为主体的催化荆, 制得分子量为2×10 ~6×10 的白色粒状聚氧 化乙烯树脂。现将试验情况及结果简介如下。 3.1实验部分 3。1.1主要原材料及规格 采用E—tw~19催化剂,在250毫升玻璃 瓶内进行环氧乙烷的静置聚合,聚合温度分别为 0’c440,c渐续升温和20'C,实验结果列于表l、 表2和图1 . 催化剂(Cat):有机金属化合物为主体的多 表1在oX2 ̄46X2渐缡升置的■台温度下,聚台收率、聚台物分子量与聚合时间的关系 编- 号 l 2 3 4 5 6 7 8 聚台时闻(小时) 聚台收率(重量 ) 4 5。3 8 l2 10 l5。3 17 20 20 26 22 24。3 229 14 24 3l 24 34.8 聚台物分子量(万) 138.4 223。8 238.6 209 5 201。1 编 号 9 10 ll l2 l3 2l8。8 242.2 1 5 16 聚合时间(小时) 聚合收率(重量 ) 26 30 29 39.3 33 40.1 41 56.2 48 62 3 51 69.1 53 61.6 65 75 4 聚台物分子量(万) 204。8 149.2 222。9 205。7 221。9 240。6 166。8 198。6 维普资讯 http://www.cqvip.com

·8· 上海化工 第21卷 裹2在20"C的聚台温度下,聚台收率、聚台物分子量与聚台对间的美系 编 号 1 5 I‘6 B 9 1O 聚台时问‘小时) 5.5 1o 17 23 30 41 48 S3 65 60 鞋音收串(重量%) 12.2 21.2 88.5 32.5 43.2 44.4 51.6 49.2 S7.5 S6.1 鞋音蜘分子量(万) 157.9 216 5 222.3 196.8 2O1.9 229.9 2∞.3 27B.7 200.2 177.O 圈1聚合收率与聚合时间的美系 o 1o 20∞40 5O 60 0 80 圈2聚合蕾度为0"C ̄40"C渐续升温时的回归结果 拄,@回归方程式 y;994484+1.22708×t 式中1y=聚台收串‘重量,6).t一聚台时间(小时) 圆 用方差分析法检验 F=804.601,F0.0l(1,16)一8.53. Fo.o5(1.16);4.49.诙回归方程高度显著 b.甩相凳系数法检验 R;.0902O3.R0.01‘16)=.59, R。.05(16) 468诙回归方程高度显著 由图1可以看出,当聚合温度为o℃~4o℃ 渐续升温时,聚合收率随聚合时间的增加而升 高。在一定的范围内,聚合收率与聚合时间的关 系近似于线性关系 当聚合温度为20℃时,在24 小时内聚合收率随聚合时间的增加而升高较快, 随后随着聚合时间的增加而升高较慢。从图1还 可以看出,聚台温度为o℃~40'C渐续升温比 20℃温度的效果好,最终的聚合收率较高 由表1、表2还可以看出,聚台物分子量的 升高主要集中在聚合的前10个小时内。在两种 不同的聚合温度下,在玻璃瓶内进行环氧乙烷的 静置聚合,聚合物分子量均为200万左右 将表1和表2的数据在计算机上进行线性 ∞ 驰 呻 回归,结果如图2、图3所示。 o 1O 20 30 40 5O 60 O BO 圈3聚合温度为20℃时的回归结果 拄;@回归方程式,y=5.14782Nr.584493 式中 y=聚音收串(重量 ),t=聚音时问<小时) @ .用方差分析法检验 F=29].525.F。.0 <1.8)一11.26. Fo.05(1,8)=5.23,诙回归方程高度显著 b.用l相关系数珐检验 R一.986555.R0.01(8) 765 . R0.05(8)一.632.该回归方程高度显著 维普资讯 http://www.cqvip.com

第3期 上海化工 ·9‘ 由图2和图3可以看出,回归的结果基本与 图1类似。在一定的时间内,聚合收率与聚合时 间的关系,聚合温度为0 C~40℃渐续升时呈线 性方程;聚合温度为2O℃时呈指数方程。 3.2~催化剂浓度的影响 用催化剂/环氧乙烷(Cat/EO)的摩尔比表 示催化剂的浓度。改变催化剂浓度的结果(用聚 合物分子量和聚合收率表示)示于图4。 翻 电 嚣 Ⅱ H ☆霉啦 Cat/EO (罩承) 图4催化剂浓度的影响 从图4可以看出,聚合收率随Cat/EO的增 大而升高,聚合物分子量开始随Cat/EO的增大 而升高,达到一定程度后,聚合物分子量又下降。 因此,Cat/EO为1.1%~1.3 (摩尔)较适宜。 3.2.3聚合温度的影响 聚舍温度是影响聚合物分子量和聚合收率 的重要因素。在20升釜的聚合试验中,不同温度 的影响结果示于图5。 从图5可以看出,聚合物分子量随聚合温度 的升高而降低,聚合收率随聚合温度的升高而升 高。为了制得高分子量的聚氧化乙烯,提高聚合 收率,我们在聚舍前期采用较低的温度(10"C~ 20"C),聚合后期采用较高的温度(35℃~40℃) 实验表明效果较好。 3.2.4催化剂贮存时间的影响 在工业生产过程中,生产出的催化剂不可能 都立即用于聚合,因此生产的催化剂有一定的贮 存期 为了探讨催化剂贮存时间对聚合的影响, 我们采用不同贮存期的催化剂,在20升聚合釜 内进行环氧乙烷的搅拌聚合,实验结果列于表 3。 聚台强度(℃) 图5聚台鼍廑的影响 表3催化卉鼍贮存时间对环氲乙烷聚台的骺一 试验编号 催化荆贮存 檗合收率 聚合橱分子I 时何(天) (重量 ) (万) C一94—03 6 1oo 37l C一94—09 l6 99.5 566 C一94—06 37 lOO 548 C一93—08 54 98.8 452.3 C一94—05 74 lOO 1,,55 C——93——04 209 lOO 409.1 C——94——o1 28l 98.5 534 从表3可以看出,贮存了一定时闻的催化 剂,对环氧乙烷的聚合没有不良影响,聚合收率 大于95 (重量),聚合物分子量高于400万。 3.2.5稳定性试验 聚合温度为0"C~40"C渐续升温下,采用较 好的工艺条件,在20升聚合釜内进行环氧己烷 曲搅拌聚合试验,得到稳定性试验的数据,结果 列于表4。 从表4可以看出,采用自制的催化剂,在较 好的工艺条件下进行环氧己烷的聚合试验,其聚 台收率太于95 (重量),聚合物的分子量高于 500万,大部分都高于600万,聚合物的表观密 度大于0.2千克/升。 4结语 (1)由化工部上海化工研究院研制成功,上 海联胜化工有限公司生产的聚氧化乙烯,其分子 量300万~500万,并能试制对分子量有特殊要 求的聚氧化乙烯。 (2)聚合温度为0"C~40℃渐续升温时,在 定的时问内,聚合收率与聚合时间基本呈线性 关系 聚合温度为20℃时,在一定的时间内,聚 维普资讯 http://www.cqvip.com

上海化工 第21卷 表4稳定性试验 试验编号 聚合收率 分子量 粒度分布(重量oA) (重最%) (万) <L 25mm 1.25ram~2ram >2ram 99 5 1 0 92.5 96 8 95 2 92.2 97.o 557 536 656 636 S04 622 {94 32 6 50.9 58.4 44.2 43.1 04. 54.4 50 37 0 27.9 27.0 22.9 Ig.O 21.1 17.0 12.1 13 7 28.8 34 0 46、3 24.5 表观密度 (千克/升) 0 22 0.21 0 21 0.22 0.22 0 23 。 O.19 C——94 r——15 C 94]6 C——94——17 C一94—1 8 C一94 1 9 C— —94——2,3 C一94—2l C 95—0l C 95—02 C一9 5 03 C 95—04 93.9 96.7 95.7 g3 9 572 659 ’635 646 51.3 36 0 30 0 23.0 I 3.1 l 7.4 50.3 46.7 35.6 46.4 19.7 30.4 吼27 0 23 0.22 0 23 C 9 D5 99.4 93.S 98 9 Io0 0 96 2 1 oo 0 616 600 629 622 ∞3 622 27 4 24.2 24 4 51 9 61.2 5g.3 20.7 14.6 1 7.3 0 22 0.23 0.24 0.27 C 95—06 C一95 C7 C一95 08 C一95 09 C~95 Io 18.2 35.7 60 1 46.0 21.7 18.3 0.26 0 27 C 95一II 1oo 0 672 39 8 51 3 8.9 0 25 台收率与聚合时问呈指数*系。 3 (摩尔)比较适当。 (4)采用0℃~4oC的渐续升温条件较好, (6)采用自制的催化剂,在较佳的工艺条件 率太于95 (重量),聚合物分子量高于500万。 参考文献 1.Kirk—Other,Encyc[opediaof Chemical Technology, (3)对于该催化剂,Cat/EO为 1.1 ~1. 下进行环氧己烷的聚合,其重复性较好,聚合收 聚合前期采用较低的温度(1O℃~20℃),聚合后 期采用较高的温度(35 C~40℃),能制得高收率 Third editlon,Vol 18,61 6~632(1982)。 的高分子量聚氧化乙烯。 (5)催化剂的贮存时间对环氧乙烷的聚合无 不良影响 2朱树新, 开环聚音”t化学工业出版社,57~65(I987) 3.虞志光, 高聚物分子量及其分布的测定”t上海科学 技术出版社,1 9 ̄45(1984) N— f。一 摘要:本文研究丁由 一丁内酯与甲胺缩音一步音成N一甲基…~g8 ^ 、 研究 丁0 /弓 吡咯烷酮(NMP)的工艺踣线。考察了不同 温度、压力以及物料配比对音成反应的影响。经试验,T一丁内酯的转化率和NMP的选择性分别达到l∞ 和95 关键词:N一甲基一d一吡咯烷酮(NMP)7一丁内酯 卉, StⅡdies on N—Methyl—a—Pyrrolidone Synthesis X weitan Xt Zhongh l“ Zhu Xl00 h X“ Li-- Abstract:The technological process of N—meth 一a—pyrro[ido0e(NMP)synthesis by a single step condensa— tion of 7 butyrohactone and methyl amine has been studied in this artide,aⅡ(【the effects of different temperatures. pressures,Bnd proportiona of materials have been investigated.A 100 of 一butyro]actone convertibility and 95 ~98%of se]eetivity to NMP haee beeo achieved th rough author ̄research experiments. Keywords:N—Methyt— Py rrolidone(NMP). 一Butyro]actone 

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