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丙二醇的用途有哪些

发布日期:2018/10/18 13:34:42

【概述】

丙二醇是一种无色、无味的粘性透明液体,是一种含有两个羟基的脂肪族混合物。由于丙二醇分子中的两个羟基基团均可发生化学反应,因此,丙二醇是一种重要的化学中间体,在塑料、服装、合成树脂、化妆品、食品等众多领域有着广泛的应用,同时还可用做防冻剂、除冰剂、传热介质、液体洗涤剂等。

【理化性质】

丙二醇是一种无色、无味的粘性透明液体,是一种含有两个羟基的脂肪族混合物。与具有一个羟基的单醇和三个羟基的甘油相比,丙二醇的一些性质特征介于它们两者之间。丙二醇的物理特性列于表1中。

丙二醇的物理特性
表1为丙二醇的物理特性

(1)冰点 向二元醇中加入一定量的水,得到的溶液凝固点低于0℃。这种特性使得二元醇水溶液作为一种冷冻介质而被广泛的应用。与一些溶液快速凝固的特性不同,在温度逐渐降低的过程中,二元醇水溶液逐渐变得粘稠,直至不再具有流动性。

(2)防冻保护 在冷却过程中,许多流体都会发生体积膨胀的现象。管线和其它包含流体的封闭系统,当被暴露于较低的温度条件时,有可能会因为流体体积膨胀而导致发生破裂或爆炸的事故。因此,有必要对因温度过低而引起流体体积膨胀,致使管线或其它封闭系统爆炸的突发事故进行保护。二元醇基流体因具有较低的冰点而常被用作此种保护液。

(3)溶解度 与其它低分子量的醇性质一样,丙二醇可以与水以任意比例混溶,并且向水中加入一定量的二元醇后,可以使许多不溶于水的物质溶于该醇水混合物中。丙二醇还是一种有机溶剂,其溶解效果优于乙二醇。

(4)吸水性 丙二醇具有很强的吸水性并且无毒,因此,丙二醇作为一种保湿剂而被广泛的应用于食品工业。

(5)粘度 丙二醇的粘度与温度呈反比关系,温度升高,丙二醇的粘度降低,达到一定温度时,丙二醇可以自由流动,反之,丙二醇的粘度随着温度的降低而逐渐增大,直至失去流动性。与其它高沸点的溶剂和增塑剂相比,丙二醇在相同温度下具有较高的流动性,因此,丙二醇常被用作添加剂来降低其它组分的粘度。

(6)比热 比热是指单位重量的物质升高1℃所需吸收的热量。向丙二醇中加入一定量的水可以增加丙二醇的比热,利用这一特性,丙二醇作为一种重要传热介质而在许多场合得到了广泛应用。

(7)毒性 丙二醇因其无毒性而被广泛应用于食品添加剂。丙二醇对人类及动物的危害性极低,有研究表明,以含有10%丙二醇的水喂养小白鼠,140天后,小白鼠未出现任何异常现象;有研究表明,在小白鼠的日常饮食中加入4.9%的丙二醇,24个月后,小白鼠的一切活动仍然正常。

【种类】

丙二醇又分为1,2-丙二醇(又称1,2-PDO)和1,3-丙二醇(1,3-PDO)。

【性质】

1.1,2-PDO的基本性质 1,2-PDO是无色粘稠稳定的吸水性液体,几乎无味无臭,易燃,低毒。与水、乙醇及多种有机溶剂混溶。它与二元酸反应生成聚酯,与硝酸反应生成硝酸酯,与盐酸作用生成氯代醇。用硝酸或铬酸氧化生成羟基乙酸、草酸、乙酸等。与醛反应生成缩醛。1,2-PDO脱水生成氧化丙稀或聚乙二醇。 2.1,3-PDO的基本性质 1,3-PDO纯品是透明、无色无臭,吸湿性的粘稠液体,可与水、醇、醚及甲酰胺混溶,微溶于苯和氯仿。它能与异氰酸反应生成氨酯,与酸类酯类发生酯化反应,特别是可与对苯二甲酸反应并聚合得到PTT,同时它还是聚氨酯的重要单体之一。

【用途】

1.  1,2-PDO的用途 1,2-PDO是一种重要的基础化工原料,可用于生产不饱和聚酯、环氧树脂、聚氨酯树脂等,这种不饱和聚酯大量用于表面涂料和增强塑料。1,2-PDO的粘性和吸湿性好,并且无毒,因而在食品、医药和化妆品、液体洗涤剂工业中广泛用作吸湿剂、抗冻剂、润滑剂和溶剂。随国民经济的发展,仅不饱和聚酯树脂产品的产量正以10%-20%的速度增长,1,2-PDO的需求增长也必以同样的速度增长。

2.  1,3-PDO的用途 1,3-PDO是一种非常重要的有机化工原料,可用作不饱和聚酯树脂的原料。1,3-PDO可与对苯二甲酸合成聚对苯二甲酸丙二醇酯(俗称PTT)。PTT因性能优良,可以使聚酯塑料具有自然循环的可生物降解特性[52]。1,3-PDO也是增塑剂、表面活性剂、乳化剂和破乳剂的原料,可用作防霉剂、水果催熟剂、防腐剂、防冻剂及烟草保湿剂等。

【制备方法】

1.1,2-PDO的生产方法 (1)环氧丙烷水合法 1)环氧丙烷直接水合法: 环氧丙烷与水在200℃和120MPa下发生反应。反应产物经蒸发、精馏,得到丙二醇成品10%的二丙二醇和高聚醇。 2)环氧丙烷间接水合法: 由环氧丙烷与水用硫酸作催化剂间接水合制得。环氧丙烷水合反应式如下:

环氧丙烷水合反应式
图1为环氧丙烷水合反应式

(2)丙烯直接催化氧化法

丙烯直接催化氧化法反应式

图2为丙烯直接催化氧化法反应式

(3)酯交换法 参与该种生产工艺的主要原料为环氧丙烷、甲醇和二氧化碳。首先环氧丙烷和二氧化碳反应生成碳酸丙烯酯,然后碳酸丙烯酯与甲醇以甲醇钠催化剂,在常压60-65℃条件下,反应生成碳酸二甲酯(DMC)和丙二醇。酯交换反应是可逆反应,如果及时地将碳酸二甲酯移出反应体系,则利于平衡向碳酸二甲酯方向移动,因此在反应过程中,应连续不断的蒸出碳酸二甲酯和甲醇的共沸物,它们的提纯可以采用甲醇共沸蒸馏或者溶剂萃取蒸馏的方法进行。国外以碳酸乙烯酯为原料酯交换制备DMC已工业化,国内碳酸乙烯酯原料紧缺,而碳酸丙烯酯产量丰富,多采用碳酸丙烯酯和甲醇酯交换合成DMC,反应方程式如下:

酯交换法反应式
图3为酯交换法反应式

(4)甘油氢解法 在190℃和1.0MPa的氢气压力条件下,采用RaneyNi为催化剂,不加任何溶剂和助剂,甘油氢解为1,2-PDO的选择性介于70%-80%之间,副产物只有乙醇和CO2。 2.1,3-PDO的生产方法

(1)丙烯醛水合法 首先,丙烯在氧化锑或其他金属氧化物催化剂的催化作用下与氧气反应,生成丙烯醛;之后,在固体酸催化剂特别是螯合型树脂催化剂的作用下,丙烯醛与水进行双键水合得到3-羟基丙醛(3-HPA);3-HPA再在Ni或Ru等催化剂的作用下,通过控制不同的反应温度,进行一步或两步加氢反应,最终制得高纯度的1,3-PDO。

(2)环氧乙烷法 环氧乙烷氢酯基化法是指由环氧乙烷与一氧化碳和醇等一起反应合成3-羟基丙酸烷酯,其酯基经氢化制造1,3-PDO的方法。

(3)甘油氢解合成法 以三氟甲磺酸或甲磺酸作添加物,以环丁砜或水作溶剂,在含铂系金属(如Pd或Pt)的配合物为催化剂的条件下,催化甘油被氢解制备1,3-丙二醇,其选择性高达30.18%,但同时会产生有毒的丙烯醛。

(4)微生物法 以淀粉或葡萄糖代替甘油作原料,通过发酵法直接生产1,3-PDO,可以使生产成本降低。

【主要参考资料】

[1]岳桂淑. 甘油催化氢解合成丙二醇研究[D].东北石油大学,2011.

[2]张伟伟. 甘油催化氢解制丙二醇研究[D].青岛科技大学,2011.