聚醚多元醇的合成研究進展

楊潔

摘要：聚醚多元醇是一種低聚物，它在催化劑的作用下，由起始劑和環氧乙烷、環氧丙烷等原料在加聚反應下而形成。聚醚目前在樹脂類產品、潤滑劑、液流體等產品中發揮著極大的功效，因此越來越多的研究著研究方向集中于聚醚多元醇的高品質合成。本文將從聚醚的合成原理、影響因素和未來發展等方面做出闡述。

關鍵詞：聚醚多元醇;合成;發展

石油化工的發展在20世紀中期開始變得迅速起來，聚醚多元醇（簡稱聚醚）因為原料獲取方法簡易方便，被越來越多的石油化工、建材企業所重視，在以石化產品氧化烯烴為原料的方法中被合成。性能優異、成本低是聚醚合成后所產生的聚氨酯泡沫塑料的重要優點。自此，聚氨酯這種工業產品開始了它的高速發展。

1 聚醚多元醇的合成原理、方法及生產工藝

1.1合成原理

氧化烯烴方便提取，價格廉價，適用于聚醚多元醇合成的原料。因此聚醚以豐富的原料來源在石油化工發展的同時迅猛發展。多羥基化合物和多胺化合物為主的起始劑一般被用來合成聚醚多元醇。氧化烯烴與前兩種起始劑有一些差別，受催化劑種類和濃度的影響，在堿性催化劑作用下按陰離子聚合，在酸催化劑作用下則以陽離子聚合。多胺化合物含有堿性，在聚合初期，它依然可以在沒有其他催化劑的情況下可以和氧化烯烴給予反應。氧化烯烴陰離子聚合時，則需要作為起始劑的多羥基化合物和強堿性催化劑（KOH）相互作用。

1.2合成方法

（1）連續式生產方法

連續式方法指先在釜內用計量泵式氮壓將氧化烯烴單體直至全部送入先前加入了起始劑與催化劑的聚合釜。優點是低耗能，高生產率，低三廢量。此方法使輸入速率和聚合速率相適應，分散物體系穩定，確保了聚合釜的穩定，有利于調整合成物粘度。這樣一來聚醚的分子量較大，雖然生產出來的產品只有固定的幾個種類，但是品質穩定。

（2）間歇式生產方法

間歇式方法指在反應釜內放入起始劑、催化劑和氧化烯烴等原料，然后進行反應。與連續式方法不同的是，此方法規模應控制在 1 萬 t/a，一般適用于規模小、生產品種較多的形式。但是，在聚合過程中，分散體反應不均勻，體系容易不穩定。這樣一來聚合溫度、粘度不易掌握，成品品質不好把控。

1.3生產工藝

經過總結，催化體系不相同，聚合反應也相應有所區別，因此各企業也針對不同情況的聚醚多元醇聚合反應使用相對更有效的生產工藝。工藝一般分為三大類：陰離子催化合成工藝、二甲胺催化合成工藝、雙金屬絡合物（DMC）催化合成工藝。

陰離子催化劑一般以包括CsOH、RONa、 ROK等元素的氫氧化物作為主要原料。KOH催化環氧丙烷開環聚合作為主要原料，雖然有較長的反應周期，成品不飽和度較高，有一定的局限性，但是因為它的催化效果在傳統催化劑里是最好的，所以國內工業企業會經常用此工藝。

二甲胺催化工藝生產效率較高，制作成本低，但是和成品質量及應用領域略弱于鉀工藝，其聚合速度在反應初期很快，后期則因為聚醚分子質量變大而慢慢減弱。

雙金屬絡合物催化合成工藝，又叫做DMC催化劑，是一種高活性的新型高效絡合催化劑。它主要用于環氧化物聚合，僅小劑量就可以達到預期效果。與前兩種工藝相比，用DMC催化劑反應出的聚醚分子量分布窄、品質高、不飽和度低、粘度適中，官能度也相對較高。這種新型催化劑制作的聚醚多元醇合成的產品能被應用到更多的領域，尤其是聚酯胺類，市場前景更廣闊。

2 影響聚醚多元醇合成的因素

聚醚合成的影響因素直接影響后期聚氨酯材料的特性質量，主要影響因素有：溫度、催化劑濃度、原料質量和攪拌速度。

2.1 溫度

在生成聚醚多元醇中，活性分子鏈的轉移反應隨溫度升高而增加。此時，不飽和度上升，平均分子量相應降低。并且在合成聚醚多元醇的過程中，溫度在反應速率、反應時間方面都有必然的影響，溫度升高反應速度加快，反應時間則縮減。因此，聚合溫度是聚醚合成進程的重要影響要素之一，要嚴格管控在80～120℃之間。

2.2 催化劑濃度

一般來說，企業在工業生產活動中利用KOH固體料狀催化劑最多，因為堿性催化劑在包含陰陽離子催化、酸催化的傳統催化劑中效果最佳，而KOH的催化效果在堿性催化劑里是最好的。還有一種新型種類，名叫雙金屬絡合催化劑（DMC）。這種催化劑具備高活性，使得產出的聚醚不飽和度低、分子量高，品質優秀，缺點是成本比傳統催化高。

因為催化劑濃度上升不但會加快合成速率、縮短反應時間，同時會使產物雙鍵含量增多，平均分子量減少。因此，企業聚合聚醚時要考慮產品綜合質量，可以在生產指標允許的情況下適度加深催化劑濃度，避免用量控制不當影響聚合效果的發生。

2.3 原料質量

原材料中若存在水分和醛，對反應時間和速率都有影響。水分可以充當起始劑，水分增加時平均官能度會下降。原料中的醛比重增大時，聚合時間則也會變長。所以原料質量要求越嚴格，聚醚的生成過程越順利、質量越高。例如，原料的水分應控制在0.05%之內。

2.4 攪拌速度

比起反應速率，攪拌速率更多的會影響產品粘度。攪拌速度越快，粘度也會越低。若用高速率攪拌原料，物質會均勻分散，不會有結塊情況發生。因此，攪拌速度對聚醚合成的質量有直接關系。

3 聚醚多元醇的應用情況

聚醚多元醇的種類按根據的差異能夠分為很多種。從酸堿度來看，有堿性聚醚多元醇、酸性聚醚多元醇和中性聚醚多元醇;從主鏈端的羥基數來看，有聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇等類型;從聚醚特點來看，有通用型聚醚多元醇和特種聚醚多元醇，其中，特種聚醚多元醇里又包括聚四氫呋喃聚醚多元醇、阻燃聚醚多元醇、高分子量、高活性、低不飽和度的聚醚多元醇。例如：高官能度的蔗糖聚醚多元醇和聚醚三元醇按特定比例混合成為原料后，制成了高荷重軟泡。

聚醚多元醇的高穩定性、水解性、低毒性和良好的界面活性在很多領域都有所應用。由于聚醚幾乎沒有毒性，因此可以被應用在藥物和乳化劑上面。藥物方面，聚醚可以作為口鼻噴霧劑、眼部滴劑等產品的原料;乳化劑方面，它能夠當作乳化劑放在醋酸乙烯乳液聚合釜里，或者是以分散劑的成分應用在乳狀液涂料中，也可以在原有破乳劑里發揮功效。

4 未來發展

目前國際上還是像拜爾、巴斯夫、陶氏化學等著名大型跨國公司熟練掌握著聚醚多元醇的生產技術。由于經濟全球化發展迅速，光靠原本的技術、眼界可能不足以支撐企業規模進一步擴張，這些擁有技術集中型、產業密集型的公司因此正在尋求新的發展商機。他們開始把目光放向其他國家，特別是中國，嘗試把生產線和器械投資多樣性，以尋求長期穩定的發展。同時，國內的聚醚多元醇生產企業在越來越重的國際經濟技術壓力下，正在根據自身現有的競爭力，調整發展政策，努力跟上全球發展形勢。現階段聚醚多元醇行業在資源、環境可循環發展的理念下，從產品性能方面著手，秉承“綠色、安全、健康、環保”的目標，節約資源，增強性能，降低起始劑的使用成本，重點利用DMC催化劑為主的新型生產工藝。總體來說，聚醚多元醇還有很寬廣的應用前景。國內外的石油化工企業應加大國際間合作力度，將聚醚多元醇的合成技術用作更廣泛的領域。

5 結語

作為一種化工原料，聚醚多元醇在現在的石化工業生產中扮演著極重要的角色。它最主要應用于聚氨酯（PU）樹脂類產品合成過程，此外，在其他產品，例如潤滑劑、液流體和非離子表面活性劑中也發揮著極大的作用。在目前以石化建材為主的工業產群的高速發展的時代背景下，如何使聚醚多元醇合成更高效、品質更好就變成越來越多的研究者關心的主題。作者相信，若繼續推進聚醚合成研究，那么它將會在更多用途有所發揮。

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