一种聚乙二醇单端醚系列化合物的合成方法技术

本发明专利技术涉及一种聚乙二醇单端醚系列化合物的合成方法。本发明专利技术所述的合成反应中采用环氧乙烷和乙二醇单端醚作为反应物，乙二醇单端醚的碱金属盐类作为催化剂，采用高压低温阴离子聚合法合成聚乙二醇单端醚系列化合物，所述的合成方法具有合成时间短、原料利用率高、合成途径安全、后处理方法简单，合成的产品分子量可调、分子量分布可控且分子量分布窄的特点，非常适合在工业上推广应用。

Synthesis method of polyethylene glycol single end ether series compound

The invention relates to a synthesis method of a polyethylene glycol single terminal ether series compound. Synthesis of the invention adopts epoxy ethane and ethylene glycol monoethyl ether end as reactants, the alkali metal salt of ethylene glycol monomethyl ether end as catalyst, polymerization of polyethylene glycol ether series end compounds with high pressure and low temperature anion, the synthesis process has a short time, high utilization rate of raw materials, synthesis safe, postprocessing method is simple, the characteristics of the molecular weight of product synthesis of adjustable and controllable molecular weight distribution and a narrow molecular weight distribution, is very suitable for popularization and application in industry.

【技术实现步骤摘要】
一种聚乙二醇单端醚系列化合物的合成方法
本专利技术涉及一种聚乙二醇单端醚系列化合物的合成方法，属于化合物合成领域。
技术介绍
聚乙二醇单端醚系列化合物由于含有非离子型亲水基团，可以有效提高共聚物亲水性能。将其作为单体与含可聚合官能团的单体反应，合成出含可聚合官能团的聚乙二醇单端醚衍生物，通过调节聚乙二醇单端醚及其衍生物的分子量和共聚单体的共聚比，可以调节吸水性和耐电解质性能，使合成产物达到最优的性能平衡。而以含可聚合官能团的聚乙二醇单端醚衍生物为原材料的聚合物是一类具有非常广泛用途的聚合物材料，广泛用于树脂、粘合剂、涂料、油墨、造纸、皮革、纺织物、油田化学品、油品添加剂等多个领域。以聚乙二醇单端醚为原材料与丙烯酸系列单体进行酯化反应，合成丙烯酸聚乙二醇单端醚酯系列化合物，可以作为水泥添加剂，以提高水泥砂浆的粘结强度，提高机械性能，是性能优良的水泥添加剂。近几十年来，世界上由于混凝土耐久性不良而造成的建筑物破坏事例有增无减，尤其是处于海洋环境、腐蚀性环境中的钢筋混凝土构筑物，由于氧气、水分、二氧化碳和腐蚀性气体等的作用引起钢筋周围钝化膜破坏、锈蚀开裂的问题十分严重。采用丙烯酸聚乙二醇单端醚酯系列化合物作为其中一种组分开发的一种新型修补加固材料丙烯酸酯共聚乳液水泥砂浆。在施工方便性、适用范围的广泛性、综合性能的优异性(物理、力学和耐久性)和使用时间的长久性诸方面都具有较大优势。聚乙二醇单端醚系列化合物可作为聚合型内乳化剂用于丙烯酸树脂乳液聚合中，可减少外乳化剂的用量，从而提高涂膜耐水及耐溶剂性能，另一方面，在丙烯酸酯单体侧链上引入长而柔软的极性基团，又可以给予涂层良好的柔韧性能。目前丙烯酸树脂涂饰剂均朝着水性化方向发展，丙烯酸树脂乳液聚合中乳化剂的选择成为提高其耐水性和耐溶剂性的重要手段。因此，开发可聚合型丙烯酸酯内乳化剂可提高丙烯酸树脂涂饰剂的耐水耐溶剂性能，开发出性能更优良、更全面的涂饰材料。通过聚乙二醇单端醚衍生物与其它聚合单体合成共聚聚合物，使高分子中既含有亲水基团又含有憎水基团，具有表面活性性质，可以降低水的表面张力。该性能可使之用于颜料、填料等固体物质表面的润湿，特别有利于这类固体物质在水中的悬浮分散。另一方面，聚乙二醇分子链段与水形成的胶体-水复合体吸附在固体颗粒外表面而形成外壳，使颗粒屏蔽起来免受电解质所引起的絮凝作用，进一步赋予分散体系以稳定性。同样由于共聚聚合物的表面活性性质，当涂膜对水的表面张力降低到一定程度时，就能使水滴在涂膜表面铺展，防止雾滴的形成。这一性质可用于汽车的玻璃防雾。含可聚合官能团的聚乙二醇单端醚衍生物作为特殊单体在压敏胶中作为侧链基团可以作为内增塑剂，可以提高压敏胶的初黏力和剥离强度。前压敏胶技术发展的主要动向之一是从有机溶剂型向水乳液型转变，由于其环保无污染的特性倍受人们重视。含可聚合官能团的聚乙二醇单端醚衍生物系列化合物本身就是一种内乳化剂，它可以减少外乳化剂的用量，使乳化体系更温和，并能节省成本。另外聚乙二醇单端醚及其衍生物作为聚合单体可以改善压敏胶的拉伸强度，用于压敏胶黏剂的交联时，能够提高胶的内聚强度以及耐水性能，提高压敏胶的性能。2008年，航天四十二所在国内首次开展了可化学降解推进剂的研究工作，成功研制出可再生利用废旧推进剂而不污染环境的新方法，诞生了可化学降解推进剂。然而推进剂的力学性能还不能令人满意，以聚乙二醇单端醚作为原材料，合成的键合剂以碳链为主链，侧链为含有醚键、腈基以及氨基的链段，醚键、氰基以及氨基可以与粘合剂形成氢键，大大提高可降解推进剂的力学性能，由于侧链存在醚键，与粘合剂主链的醚键相互作用，不影响推进剂的降解性能。现在聚乙二醇单端醚系列化合物的制备技术原料易得，操作安全，而且在某些方面还具有特殊的优点，为其在军用民用等方面的应用创下了很好的条件。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有文献报道技术途径的不足，采用环氧乙烷、乙二醇单端醚作为反应物，乙二醇单端醚的碱金属盐类作为催化剂，采用高压低温阴离子聚合法合成聚乙二醇单端醚系列化合物，本合成方法具有合成时间短、原料利用率高、合成途径安全、后处理方法简单、合成的产品分子量可调、分子量分布可控且分子量分布窄。本专利技术下述所述的技术方案中，合成方法所制备的聚乙二醇单端醚系列化合物分子结构为：R-O(CH2CH2O)nH其中R可以是CH3,C2H5,C3H7,C4H9…,CxH(2x+1),(x≤8),所使用到的乙二醇单端醚分子结构为：R-O-CH2CH2OH其中R可以是CH3,C2H5,C3H7,C4H9…,CxH(2x+1),(x≤8),本专利技术所述聚乙二醇单端醚系列化合物的合成方法中的反应原理为：以环氧乙烷、乙二醇单端醚作为反应物，乙二醇单端醚的碱金属盐类物质为催化剂，采用高压低温阴离子聚合法合成聚乙二醇单端醚系列化合物。其中聚乙二醇单端醚系列化合物合成方程式为：其中R可以是CH3,C2H5,C3H7,C4H9…,CxH(2x+1),(x≤8),M可以是Li,Na,K本专利技术采用的技术方案是：所述的聚乙二醇单端醚系列化合物的合成方法采用阴离子聚合法合成聚乙二醇单端醚系列化合物，合成过程分3个步骤进行：1.环氧乙烷的精制：将带有可深入到冷阱底部的进气管和尾气排放管的冷阱进气装置装在冷阱上，向冷阱中加入少量干燥剂，并将冷阱置于装有干冰-乙醇浴的保温容器中，放置一段时间，待冷阱内温度降至10℃以下后，向其中缓缓通入环氧乙烷粗品，待通入的环氧乙烷达到预定体积时关闭减压阀，并封闭进气管；另取一个带有可深入到冷阱底部的进气管和尾气排放管的冷阱进气装置的冷阱，并将其置于装有干冰-乙醇浴的保温容器中，放置一段时间，待冷阱内温度降至10℃以下后，将盛放环氧乙烷粗品的冷阱从干冰-乙醇浴中取出，并至于水浴中，将两个冷阱用导气管连通，控制水浴温度20～50℃，低温蒸馏2～6小时，得到精制环氧乙烷，将精制环氧乙烷以密闭容器盛装，置于10℃以下环境中备用；2.催化剂的制备：在带有冷凝装置、尾气排放装置和搅拌装置的反应器中加入乙二醇单端醚，并向其中持续通入干燥的氮气，而后向其中加入碱金属，控制反应温度在60℃以下，在搅拌状态下反应1～2小时，反应完毕后自然冷却至室温，得到溶解有乙二醇单端醚的碱金属盐的乙二醇单端醚溶液；3聚乙二醇单端醚的合成：将高压反应釜干燥并冷却至0～10℃，向其中通入干燥的氮气，而后按比例将精制的环氧乙烷和溶解有乙二醇单端醚的碱金属盐的乙二醇单端醚加入到高压反应釜中，为提高碱金属离子的催化效率，可加入少量冠醚作为催化助剂，再次向高压反应釜中通入氮气，而后封闭高压反应釜，控制反应温度40～90℃，搅拌速度为50～140r/min进行连续反应，待高压反应釜内压强降至1atm时加入水终止反应，待高压反应釜温度降低至室温出料，得到聚乙二醇单端醚系列化合物。上述所述的聚乙二醇单端醚系列化合物制备方法中，反应所用干燥剂可以是反应型干燥剂和惰性干燥剂，包括但不限于氢化钙、氯化钙、硫酸铜、变色硅胶、分子筛等，用量为环氧乙烷的0.1～2％(质量分数)；上述所述的聚乙二醇单端醚系列化合物制备方法中，从环氧乙烷气瓶中取环氧乙烷过程中，向冷阱中通入环氧乙烷粗品的速度为10ml/min～150ml/min，通入冷阱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚乙二醇单端醚系列化合物的合成方法，其特征在于：以环氧乙烷和乙二醇单端醚作为反应物，乙二醇单端醚的碱金属盐类作为催化剂，采用高压低温阴离子聚合法合成聚乙二醇单端醚系列化合物。

【技术特征摘要】
1.一种聚乙二醇单端醚系列化合物的合成方法，其特征在于：以环氧乙烷和乙二醇单端醚作为反应物，乙二醇单端醚的碱金属盐类作为催化剂，采用高压低温阴离子聚合法合成聚乙二醇单端醚系列化合物。2.根据权利要求1所述的聚乙二醇单端醚系列化合物的合成方法，其特征在于：所述的合成方法包括下述步骤：步骤1为环氧乙烷的精制：将带有可深入到冷阱底部的进气管和尾气排放管的冷阱进气装置装在冷阱上，向冷阱中加入少量干燥剂，并将冷阱置于装有干冰-乙醇浴的保温容器中，静置一段时间，待冷阱内温度降至10℃以下后，向其中缓缓通入环氧乙烷粗品，待通入的环氧乙烷粗品达到预定体积时关闭减压阀，并封闭进气管，得到环氧乙烷粗品；另取一个带有可深入到冷阱底部的进气管和尾气排放管的冷阱进气装置的冷阱，并将其置于装有干冰-乙醇浴的保温容器中，静置一段时间，待冷阱内温度降至10℃以下后，将盛放环氧乙烷粗品的冷阱从干冰-乙醇浴中取出，并置于水浴中，将两个冷阱用导气管连通，控制水浴温度20～50℃，低温蒸馏2～6小时，得到精制环氧乙烷，将精制环氧乙烷以密闭容器盛装，置于10℃以下环境中备用；步骤2为催化剂的制备：在带有冷凝装置、尾气排放装置和搅拌装置的反应器中加入乙二醇单端醚，并向其中持续通入干燥的氮气，而后向其中加入碱金属，控制反应温度在60℃以下，在搅拌状态下反应1～2小时，反应完毕后自然冷却至室温，得到溶解有乙二醇单端醚的碱金属盐的乙二醇单端醚溶液；步骤3为聚乙二醇单端醚系列化合物的合成：将高压反应釜干燥并冷却至0～10℃，向其中通入干燥的氮气，而后按比例将精制环氧乙烷和溶解有乙二醇单端醚的碱金属盐的乙二醇单端醚加入到高压反应釜中，加入少量冠醚作为催化助剂，再次向高压反应釜中通入氮气，而后封闭高压反应釜，控制反应温度40～90℃，搅拌速度为50～140r/min进行连续反应，待高压反应釜内压强降至1atm时加入水终止反应，待高压反应釜温度降低至室温出料，得到聚乙二醇单端醚系列化合物。3.根据权利要求2所述的聚乙二醇单端醚系列化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锐，肖金武，王园园，李建华，陈涛，杨伯涵，刘建红，
申请(专利权)人：湖北航天化学技术研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42