57-55-6 / 丙二醇的用途有哪些

【概述】

丙二醇是一種無色、無味的粘性透明液體,是一種含有兩個(gè)羥基的脂肪族混合物。由于丙二醇分子中的兩個(gè)羥基基團(tuán)均可發(fā)生化學(xué)反應(yīng),因此,丙二醇是一種重要的化學(xué)中間體,在塑料、服裝、合成樹脂、化妝品、食品等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,同時(shí)還可用做防凍劑、除冰劑、傳熱介質(zhì)、液體洗滌劑等。

【理化性質(zhì)】

丙二醇是一種無色、無味的粘性透明液體,是一種含有兩個(gè)羥基的脂肪族混合物。與具有一個(gè)羥基的單醇和三個(gè)羥基的甘油相比,丙二醇的一些性質(zhì)特征介于它們兩者之間。丙二醇的物理特性列于表1中。

表1為丙二醇的物理特性

(1)冰點(diǎn) 向二元醇中加入一定量的水,得到的溶液凝固點(diǎn)低于0℃。這種特性使得二元醇水溶液作為一種冷凍介質(zhì)而被廣泛的應(yīng)用。與一些溶液快速凝固的特性不同,在溫度逐漸降低的過程中,二元醇水溶液逐漸變得粘稠,直至不再具有流動(dòng)性。

(2)防凍保護(hù) 在冷卻過程中,許多流體都會(huì)發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象。管線和其它包含流體的封閉系統(tǒng),當(dāng)被暴露于較低的溫度條件時(shí),有可能會(huì)因?yàn)榱黧w體積膨脹而導(dǎo)致發(fā)生破裂或爆炸的事故。因此,有必要對(duì)因溫度過低而引起流體體積膨脹,致使管線或其它封閉系統(tǒng)爆炸的突發(fā)事故進(jìn)行保護(hù)。二元醇基流體因具有較低的冰點(diǎn)而常被用作此種保護(hù)液。

(3)溶解度 與其它低分子量的醇性質(zhì)一樣,丙二醇可以與水以任意比例混溶,并且向水中加入一定量的二元醇后,可以使許多不溶于水的物質(zhì)溶于該醇水混合物中。丙二醇還是一種有機(jī)溶劑,其溶解效果優(yōu)于乙二醇。

(4)吸水性 丙二醇具有很強(qiáng)的吸水性并且無毒,因此,丙二醇作為一種保濕劑而被廣泛的應(yīng)用于食品工業(yè)。

(5)粘度 丙二醇的粘度與溫度呈反比關(guān)系,溫度升高,丙二醇的粘度降低,達(dá)到一定溫度時(shí),丙二醇可以自由流動(dòng),反之,丙二醇的粘度隨著溫度的降低而逐漸增大,直至失去流動(dòng)性。與其它高沸點(diǎn)的溶劑和增塑劑相比,丙二醇在相同溫度下具有較高的流動(dòng)性,因此,丙二醇常被用作添加劑來降低其它組分的粘度。

(6)比熱 比熱是指單位重量的物質(zhì)升高1℃所需吸收的熱量。向丙二醇中加入一定量的水可以增加丙二醇的比熱,利用這一特性,丙二醇作為一種重要傳熱介質(zhì)而在許多場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。

(7)毒性 丙二醇因其無毒性而被廣泛應(yīng)用于食品添加劑。丙二醇對(duì)人類及動(dòng)物的危害性極低,有研究表明,以含有10%丙二醇的水喂養(yǎng)小白鼠,140天后,小白鼠未出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象;有研究表明,在小白鼠的日常飲食中加入4.9%的丙二醇,24個(gè)月后,小白鼠的一切活動(dòng)仍然正常。

【種類】

丙二醇又分為1,2-丙二醇（又稱1,2-PDO）和1,3-丙二醇（1,3-PDO）。

【性質(zhì)】

1.1,2-PDO的基本性質(zhì) 1,2-PDO是無色粘稠穩(wěn)定的吸水性液體，幾乎無味無臭，易燃，低毒。與水、乙醇及多種有機(jī)溶劑混溶。它與二元酸反應(yīng)生成聚酯，與硝酸反應(yīng)生成硝酸酯，與鹽酸作用生成氯代醇。用硝酸或鉻酸氧化生成羥基乙酸、草酸、乙酸等。與醛反應(yīng)生成縮醛。1,2-PDO脫水生成氧化丙稀或聚乙二醇。 2.1,3-PDO的基本性質(zhì) 1,3-PDO純品是透明、無色無臭，吸濕性的粘稠液體，可與水、醇、醚及甲酰胺混溶，微溶于苯和氯仿。它能與異氰酸反應(yīng)生成氨酯，與酸類酯類發(fā)生酯化反應(yīng)，特別是可與對(duì)苯二甲酸反應(yīng)并聚合得到PTT，同時(shí)它還是聚氨酯的重要單體之一。

【用途】

1. 1,2-PDO的用途 1,2-PDO是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，可用于生產(chǎn)不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂等，這種不飽和聚酯大量用于表面涂料和增強(qiáng)塑料。1,2-PDO的粘性和吸濕性好，并且無毒，因而在食品、醫(yī)藥和化妝品、液體洗滌劑工業(yè)中廣泛用作吸濕劑、抗凍劑、潤滑劑和溶劑。隨國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，僅不飽和聚酯樹脂產(chǎn)品的產(chǎn)量正以10%-20%的速度增長，1,2-PDO的需求增長也必以同樣的速度增長。

2. 1,3-PDO的用途 1,3-PDO是一種非常重要的有機(jī)化工原料，可用作不飽和聚酯樹脂的原料。1,3-PDO可與對(duì)苯二甲酸合成聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(俗稱PTT)。PTT因性能優(yōu)良,可以使聚酯塑料具有自然循環(huán)的可生物降解特性[52]。1,3-PDO也是增塑劑、表面活性劑、乳化劑和破乳劑的原料，可用作防霉劑、水果催熟劑、防腐劑、防凍劑及煙草保濕劑等。

【制備方法】

1.1,2-PDO的生產(chǎn)方法 （1）環(huán)氧丙烷水合法 1）環(huán)氧丙烷直接水合法： 環(huán)氧丙烷與水在200℃和120MPa下發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)蒸發(fā)、精餾，得到丙二醇成品10%的二丙二醇和高聚醇。 2）環(huán)氧丙烷間接水合法： 由環(huán)氧丙烷與水用硫酸作催化劑間接水合制得。環(huán)氧丙烷水合反應(yīng)式如下：

圖1為環(huán)氧丙烷水合反應(yīng)式

（2）丙烯直接催化氧化法

圖2為丙烯直接催化氧化法反應(yīng)式

（3）酯交換法 參與該種生產(chǎn)工藝的主要原料為環(huán)氧丙烷、甲醇和二氧化碳。首先環(huán)氧丙烷和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸丙烯酯，然后碳酸丙烯酯與甲醇以甲醇鈉催化劑，在常壓60-65℃條件下，反應(yīng)生成碳酸二甲酯(DMC)和丙二醇。酯交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，如果及時(shí)地將碳酸二甲酯移出反應(yīng)體系，則利于平衡向碳酸二甲酯方向移動(dòng)，因此在反應(yīng)過程中，應(yīng)連續(xù)不斷的蒸出碳酸二甲酯和甲醇的共沸物，它們的提純可以采用甲醇共沸蒸餾或者溶劑萃取蒸餾的方法進(jìn)行。國外以碳酸乙烯酯為原料酯交換制備DMC已工業(yè)化，國內(nèi)碳酸乙烯酯原料緊缺，而碳酸丙烯酯產(chǎn)量豐富，多采用碳酸丙烯酯和甲醇酯交換合成DMC，反應(yīng)方程式如下：

圖3為酯交換法反應(yīng)式

（4）甘油氫解法 在190℃和1.0MPa的氫氣壓力條件下，采用RaneyNi為催化劑，不加任何溶劑和助劑，甘油氫解為1,2-PDO的選擇性介于70%-80%之間，副產(chǎn)物只有乙醇和CO2。 2.1,3-PDO的生產(chǎn)方法

（1）丙烯醛水合法 首先，丙烯在氧化銻或其他金屬氧化物催化劑的催化作用下與氧氣反應(yīng)，生成丙烯醛；之后，在固體酸催化劑特別是螯合型樹脂催化劑的作用下，丙烯醛與水進(jìn)行雙鍵水合得到3-羥基丙醛(3-HPA)；3-HPA再在Ni或Ru等催化劑的作用下，通過控制不同的反應(yīng)溫度，進(jìn)行一步或兩步加氫反應(yīng)，最終制得高純度的1,3-PDO。

（2）環(huán)氧乙烷法 環(huán)氧乙烷氫酯基化法是指由環(huán)氧乙烷與一氧化碳和醇等一起反應(yīng)合成3-羥基丙酸烷酯，其酯基經(jīng)氫化制造1,3-PDO的方法。

（3）甘油氫解合成法 以三氟甲磺酸或甲磺酸作添加物,以環(huán)丁砜或水作溶劑，在含鉑系金屬(如Pd或Pt)的配合物為催化劑的條件下，催化甘油被氫解制備1,3-丙二醇，其選擇性高達(dá)30.18%，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)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,通過發(fā)酵法直接生產(chǎn)1,3-PDO，可以使生產(chǎn)成本降低。

【主要參考資料】

[1]岳桂淑. 甘油催化氫解合成丙二醇研究[D].東北石油大學(xué),2011.

[2]張偉偉. 甘油催化氫解制丙二醇研究[D].青島科技大學(xué),2011.