[发明专利]一种催化环氧丙烷醇解制备丙二醇单甲醚的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种催化环氧丙烷醇解制备丙二醇单甲醚的方法。

背景技术

丙二醇醚，特别是丙二醇单甲醚，由于其化学结构上有两个具有强溶解能力的基团——醚键和羟基，前者属憎水性质，可溶解憎水类化合物；后者属亲水性质，可溶解水溶性物质，因此，丙二醇醚是性能优良的通用性溶剂，又称万能溶剂。丙二醇甲醚有微弱的醚味，但没有强刺激性气味，使其用途更加广泛安全，可用于诸多领域。例如，丙二醇甲醚可用于苯丙乳液、丙烯酸乳液及其乳胶漆体系，具有降低成膜温度、促进其凝聚成膜，并保证涂膜具有良好状态的特性。除了用于多种高档涂料的溶剂之外，丙二醇甲醚也用于印刷油墨中控制挥发速度及粘度调节剂，还可用于化学中间体、刹车液配方中作为粘度调节剂。由于丙二醇甲醚可与水以任何比例混溶，故可应用于金属清洗剂配方中作为溶剂，或者用于汽车水箱防冰液中以降低冰点。丙二醇甲醚也可用作有机合成的原料。

生产丙二醇醚的方法基本采用环氧丙烷为原料与醇类化合得到，但该方法存在反应温度高(100℃以上)、压力大、催化剂活性低(60％-90％)和选择性差(82％-90％)等问题。CN101550069A中公开的一种丙二醇单甲醚的合成方法，采用离子液体为催化剂，但对原料要求严格，如需要无水甲醇，成本高。

采用丙烯一步合成丙二醇醚也有研究报道，如USP6239315公开了含钛、钒、铬、锡分子筛作环氧化剂与酸性树酯或酸性分子筛等固体烷基化催化剂组合催化丙烯合成丙二醇醚，但该方法使用的催化剂制备复杂，合成丙二醇醚的反应条件苛刻，温度要控制在零度左右，既耗能又不易实现，同时工艺繁杂，且产品选择性低，无法在实际生产中应用。CN1944365A中同样公开了一种丙二醇醚的合成方法，是一种两步反应的方法，先由丙烯与双氧水发生环氧化反应得到环氧丙烷，然后环氧丙烷再与醇类发生反应而得到丙二醇醚，该方法所用的催化剂是钛硅分子筛或钛硅分子筛与碱类混合物，反应温度和压力要求高，特别是第二个反应器，反应温度甚至高达200℃以及压力高达8.5Mpa。

发明内容

因此，本发明的目的是针对现有工艺的不足，提供一种催化环氧丙烷醇解制备丙二醇单甲醚的方法。

本发明的发明人在长期的科研实践中发现，在环氧丙烷与甲醇的醇解反应过程中，引入多金属含氧酸和/或多金属含氧酸盐结合钛硅分子筛作为催化剂可以大大提高氧化过程中的环氧丙烷的转化率与丙二醇单甲醚的选择性，并基于此完成了本发明。

因此，本发明提供的催化环氧丙烷醇解制备丙二醇单甲醚的方法，该方法包括：在醇解反应条件下，将环氧丙烷、甲醇与催化剂混合接触，其特征在于所说催化剂含有多金属含氧酸和/或多金属含氧酸盐以及钛硅分子筛。

本发明提供的方法，为绿色合成工艺，无特殊生产设备要求，过程简单易控制，利于工业化生产和应用。该方法反应条件温和，环氧丙烷转化率和丙二醇单甲醚选择性高。从实施例和对比例的比较结果可以看出，本发明方法中，环氧丙烷的转化率可达到67％(实施例1)，丙二醇单甲醚选择性84％；而在相同反应条件下，只使用TS-1作为催化剂的对比例2中环氧丙烷转化率仅为18％，丙二醇单甲醚选择性仅为81％；不使用催化剂的对比例1中的环氧丙烷则基本不转化；此外，从实施例1-17的结果也可以看出，说明本发明的方法催化活性高，且丙二醇单甲醚选择性好。

具体实施方式

根据本发明的方法，催化剂中，钛硅分子筛与多金属含氧酸和/或多金属含氧酸盐的重量比的可选范围较宽，为了获得较高的环氧丙烷转化率和丙二醇单甲醚选择性，优选情况下，所述多金属含氧酸和/或多金属含氧酸盐与钛硅分子筛的重量比可以为1∶0.05-50，更优选情况下，所述多金属含氧酸和/或多金属含氧酸盐与钛硅分子筛的重量比为1∶0.1-10。需要明确的是，本发明中的多金属含氧酸和/或多金属含氧酸盐的重量是指：可能存在的多金属含氧酸和可能存在的多金属含氧酸盐的重量之和。

根据本发明的方法，本发明中所述多金属含氧酸可以为常用的各种多金属含氧酸(包括还原态多金属含氧酸)，所述多金属含氧酸盐可以为常用的各种多金属含氧酸盐(包括还原态多金属含氧酸盐)，例如所述多金属含氧酸可以为杂多酸和/或同多酸，所述多金属含氧酸盐可以为杂多酸盐和/或同多酸盐。

所述同多酸的概念为本领域技术人员所熟知，是指由相同的酸酐组成的一类酸，也可以认为是两个或两个以上同种简单含氧酸分子缩合而成的酸。在过渡金属中易形成同多酸的有Mo、W、V、Cr等元素。同多酸中的氢离子被金属离子取代可生成相应的同多酸盐。