具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

术语

除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：

本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的可选范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。

本文中，“一种或几种”指所列项目的任一种、任两种或任两种以上。其中，“几种”指任两种或任两种以上。

本文中所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。

本文中，“合适的组合方式”、“合适的方式”、“任意合适的方式”等中所述“合适”，以能够实施本发明的技术方案、解决本发明的技术问题、实现本发明预期的技术效果为准。

本文中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。

本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。

本发明中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比，对于液相-液相混合指体积百分比。

本发明中涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。

本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。

聚碳酸酯二元醇是分子内含有多个碳酸酯基、分子两端带有羟基的聚合物，是一种新型的多元化合物，可用来合成性能优越的聚氨酯，与传统的聚酯多元醇、聚醚多元醇合成的聚氨酯相比，聚碳酸酯型聚氨酯具有优良的力学性能、耐水解性、耐热性、耐氧化性和耐光性。因而，聚碳酸酯二元醇被认为是目前性能最优的一种多元醇，并被广泛的应用于制备品质优良、性能优异的各种聚氨酯材料。

在聚碳酸酯二元醇的传统生产工艺中，有光气法、环状碳酸脂开环聚合法、二氧化碳和环氧化物共聚法以及酯交换法。其中光气法、环状碳酸脂开环聚合法对环境污染严重，已被淘汰，而酯交换法与二氧化碳和环氧化物共聚法无毒无害，对环境友好，是当前被广泛应用的两种方案。但二氧化碳和环氧化物共聚法只能合成结构单一的聚碳酸酯二元醇，而酯交换法原料易得，产物分子结构易调节，更适合应用于生产。

但在目前的工业生产当中，由于酯交换法中酯交换的条件苛刻复杂，聚碳酸酯二元醇分子量极难精准控制，会有低分子量的聚碳酸酯二元醇的出现，这些低分子量的聚碳酸酯二元醇所能应用的领域较少，销量偏低。

而本发明提供一种聚碳酸酯二元醇的制备方法。

技术方案为：

一种聚碳酸二元醇的制备方法，包括以下步骤：

以多元醇和碳酸酯为主要原料，通过酯交换缩聚反应，制备聚碳酸酯二元醇粗产物；

收集分子量在600～1100的聚碳酸酯二元醇粗产物；

混合所述分子量在600～1100的聚碳酸酯二元醇粗产物、有机二元酸和脱水剂，搅拌反应，抽滤，制备聚碳酸酯二元醇。

本发明在采用酯交换反应制备聚碳酸酯二元醇的过程中，收集分子量较低(600～1100)的聚碳酸酯二元醇粗产物，通过加入有机二元酸和脱水剂，使其扩链，增加分子量，与此同时，还能整体保证聚碳酸酯二元醇在后续制备聚氨酯时的性能不受外加原料(有机二元酸和脱水剂)的影响。而且，上述方法还能使低分子量的聚碳酸酯二元醇粗产物的分子量在可控范围内提高，使低分子量的聚碳酸酯二元醇变废为宝，拓宽其应用。

可以理解地，多元醇和碳酸酯为制备聚碳酸酯二元醇的常用的原料，以多元醇和碳酸酯以主要原料，可以通过传统的酯交换缩聚反应，制备出聚碳酸酯二元醇粗产物。

在一个实施例中，所述酯交换缩聚反应包括以下步骤：

将多元醇、碳酸酯和催化剂的混合物置于90～100℃的环境温度中，将所述环境温度升温至140～160℃进行第一阶段反应，减压至体系负压为100Pa～10000Pa，于140～200℃的环境温度下进行第二阶段反应。

可以理解地，第一阶段反应为常压蒸馏反应，优选地，所述第一阶段反应的时间为5h～10h。

可以理解地，第二阶段反应为减压蒸馏反应，优选地，所述第二阶段反应的时间为3h～8h。

可选地，所述多元醇选自1,4-丁二醇、1,5-戊二醇或1,6-己二醇中的一种或几种。

可选地，所述碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯或碳酸二丁酯中的一种。

可选地，催化剂为醇钠催化剂，选自甲醇钠、乙醇钠、正丙醇钠中的一种。

可以理解地，上述方法还包括除去所述催化剂的步骤。

除去催化剂的方法可以是水洗或加入酸性试剂生成固体盐后分离。

在一个实施例中，所述催化剂为醇钠催化剂，加入酸性试剂生成固体盐后分离的具体方法为：

将多元醇、碳酸酯和催化剂的混合物置于90～100℃的环境温度中，将所述环境温度升温至140～160℃进行第一阶段反应，减压至体系负压为100Pa～10000Pa，于140～200℃的环境温度下进行第二阶段反应，得产物中间体；

混合所述产物中间体和酸性试剂，于160℃～200℃的环境温度下反应，再于不少于100℃的环境温度下压滤，除去固体；

所述酸性试剂选自磷酸水溶液或盐酸水溶液。

优选地，所述磷酸水溶液的浓度为14～15mol/L；或，

所述盐酸水溶液的浓度为11mol/L～13mol/L。

上述酸性试剂含水量较少，有利于聚碳酸酯二元醇产品在后续的应用。

可选地，所述多元醇、碳酸酯、钠催化剂和酸性试剂的摩尔比为100：(100～120)：(1.5～1.8)：(0.5～1.8)。

优选地，于160℃～200℃的环境温度下反应的时间为2h～5h。

优选地，所述压滤的压力为0.3～0.6MPa。

优选地，所述压滤的环境温度为100℃～160℃。

在不少于100℃的环境温度下压滤，此时聚碳酸酯二元醇粗产物呈粘稠状，上述反应生成的固体盐在压滤条件下能够与聚碳酸酯二元醇粗产物分离，达到去除醇钠催化剂的目的。

在一个实施例中，所述聚碳酸酯二元醇粗产物中含钠量≤200ppm。

收集分子量在600～1100的聚碳酸酯二元醇粗产物，这些属于分子量较低的聚碳酸酯二元醇粗产物，应用有限，销量也有限。

加入有机二元酸和脱水剂，使分子量较低(600～1100)的聚碳酸酯二元醇粗产物扩链，增加其分子量。

优选地，所述有机二元酸的碳原子数为2～6。

进一步优选地，所述有机二元酸选自乙二酸，丙二酸、丁二酸、戊二酸和己二酸中的一种。

优选地，所述脱水剂为二环己基碳二亚胺。

优选地，所述分子量在600～1100的聚碳酸酯二元醇粗产物、有机二元酸和脱水剂的摩尔比为20：(10～12)：20。

优选地，所述搅拌反应的温度为27℃～40℃。

优选地，所述搅拌反应的时间为2h～5h。

优选地，所述抽滤的时间为1h～2h。

本发明还提供一种由上述制备方法制备的聚碳酸酯二元醇。所述聚碳酸酯二元醇的分子量可较粗产物提高70％～100％。

本发明所述的制备方法能够制备出满足聚氨酯应用需求的聚碳酸酯二元醇终产物，解决了传统工艺上所制得的聚碳酸酯二元醇分子量偏低的问题，可成功地将聚碳酸酯二元醇分子量的提高范围控制在70％～100％内，大大减少废品，增加分子量的过程可在室温常压下进行，操作条件简单易行，制备的终产品性质稳定。

以下结合具体实施例和对比例进行进一步说明，以下具体实施例中所涉及的原料，若无特殊说明，均可来源于市售，所使用的仪器，若无特殊说明，均可来源于市售，所涉及到的工艺，如无特殊说明，均为本领域技术人员常规选择。

实施例1

本实施例提供一种聚碳酸酯二元醇及其制备方法，步骤如下：

步骤1)

设置反应釜的初始温度为95℃，反应釜内气压为常压，以物质的量计，向上述预设温度后的反应釜中依次投入1,4-丁二醇100份、碳酸二甲酯120份和催化剂甲醇钠1.5份，然后等梯度升高反应釜内的温度，升高至温度为160℃，常压蒸馏反应(即第一阶段反应)6.5h；上述反应结束后，将反应釜内体系负压减至100Pa～10000Pa，然后保持温度在160℃，于该压力和温度下，减压蒸馏反应(即第二阶段反应)7.5h，完成酯交换缩聚反应，得产物中间体。

步骤2)

将上述含有产物中间体的反应釜冷却，调整反应釜气压使其恢复为常压，以物质的量计，加入0.5份浓度为14.63mol/L的磷酸水溶液，减压下搅拌反应3.5h，磷酸与产物中间体中的催化剂甲醇钠反应生成磷酸钠盐，磷酸钠盐与聚碳酸酯二元醇分离明显。将反应釜内的产物转移至压滤机中，于140℃的环境温度和0.6MPa压力下，利用压滤机将磷酸钠盐固体与粘稠状的聚碳酸酯二元醇分离，达到去除钠催化剂的目的，得到聚碳酸酯二元醇粗产物，对所得粗产物进行羟值测试，计算其分子量，收集分子量在600的聚碳酸酯二元醇粗产物。

步骤3)

在干燥干净的反应釜中先后加入10g上述分子量在600的聚碳酸酯二元醇粗产物、1.3g己二酸和3.4g二环己基碳二亚胺，在27℃下搅拌反应2h，将所得产物抽滤1h，得聚碳酸酯二元醇。

步骤4)

通过羟值滴定的方式测得步骤3)所得聚碳酸酯二元醇的羟值，结果显示，其羟值为94.5，计算得其分子量为1187，分子量提升了97.83％。

实施例2

本实施例提供一种聚碳酸酯二元醇及其制备方法，具体步骤如下：

步骤1)

设置反应釜的初始温度为95℃，反应釜内气压为常压，以物质的量计，向上述预设温度后的反应釜中依次投入1,6-己二醇100份、碳酸二甲酯120份和催化剂甲醇钠1.5份，然后等梯度升高反应釜内的温度，升高至温度为160℃，常压蒸馏反应(即第一阶段反应)6.5h；上述反应结束后，将反应釜体系负压减至100Pa～10000Pa，然后保持温度在160℃，于该压力和温度下，减压蒸馏反应(即第二阶段反应)8.5h，完成酯交换缩聚反应，得产物中间体。

步骤2)

水洗去除钠催化剂并干燥，得到聚碳酸酯二元醇粗产物，对所得粗产物进行羟值测试，计算其分子量，收集分子量在783的聚碳酸酯二元醇。

步骤3)

在干燥干净的反应釜中先后加入10g上述分子量在783的聚碳酸酯二元醇、0.8g丁二酸和2.6g二环己基碳二亚胺，在30℃下搅拌反应5h，将所得产物抽滤2h，得聚碳酸酯二元醇。

步骤4)

通过羟值滴定的方式测得步骤3)所得聚碳酸酯二元醇的羟值，结果显示，其羟值为75.8，计算其分子量为1480，分子量提升了约89.0％。

实施例3

本实施例提供一种聚碳酸酯二元醇及其制备方法，具体步骤如下：

步骤1)

设置反应釜的初始温度为95℃，反应釜内气压为常压，以物质的量计，向上述预设温度后的反应釜中依次投入1,4-丁二醇100份、碳酸二甲酯120份和催化剂甲醇钠1.5份，然后等梯度升高反应釜内的温度，升高至温度为160℃，常压蒸馏反应(即第一阶段反应)7.0h；上述反应结束后，将反应釜体系负压减至100Pa～10000Pa，然后保持温度在160℃，于该压力和温度下，减压蒸馏反应(即第二阶段反应)8.0h，完成酯交换缩聚反应，得产物中间体。

步骤2)

水洗去除钠催化剂并干燥，得到聚碳酸酯二元醇粗产物，对所得粗产物进行羟值测试，计算其分子量，收集分子量在821的聚碳酸酯二元醇。

步骤3)

在干燥干净的反应釜中先后加入10g上述分子量在821的聚碳酸酯二元醇粗产物、0.7g丙二酸和2.5g二环己基碳二亚胺，在40℃下搅拌反应3h，将所得产物抽滤1h，得聚碳酸酯二元醇。

步骤4)

通过羟值滴定的方式测得步骤3)所得聚碳酸酯二元醇的羟值，结果显示，其羟值为68.8，计算其分子量为1632，分子量提升了约98.78％。

实施例4

本实施例提供一种聚碳酸酯二元醇及其制备方法，具体步骤如下：

步骤1)

设置反应釜的初始温度为95℃，反应釜内气压为常压，以物质的量计，向上述预设温度后的反应釜中依次投入1,4-丁二醇100份、碳酸二甲酯120份和催化剂甲醇钠1.5份，然后等梯度升高反应釜内的温度，升高至温度为150℃，常压蒸馏反应(即第一阶段反应)6.5h；上述反应结束后，将反应釜内体系负压减至100Pa～10000Pa，然后保持温度在150℃，于该压力和温度下，减压蒸馏反应(即第二阶段反应)8.0h，完成酯交换缩聚反应，得产物中间体。

步骤2)

水洗去除钠催化剂，得到聚碳酸酯二元醇粗产物，对所得粗产物进行羟值测试，计算其分子量，收集分子量在906的聚碳酸酯二元醇粗产物。

步骤3)

在干燥干净的反应釜中先后加入10g上述分子量在906的聚碳酸酯二元醇粗产物、0.8g戊二酸和2.2g二环己基碳二亚胺，在40℃下搅拌反应3h，将所得产物抽滤2h，得聚碳酸酯二元醇。

步骤4)

通过羟值滴定的方式测得步骤3)所得聚碳酸酯二元醇的羟值，结果显示，其羟值为68.6，计算其分子量为1637，分子量提升了约80.7％。

实施例5

本实施例提供一种聚碳酸酯二元醇及其制备方法，具体步骤如下：

步骤1)

设置反应釜的初始温度为95℃，反应釜内气压为常压，以物质的量计，向上述预设温度后的反应釜中依次投入1,6-己二醇100份、碳酸二甲酯120份和催化剂甲醇钠1.5份，然后等梯度升高反应釜内的温度，升高至温度为160℃，常压蒸馏反应(即第一阶段反应)7.0h；上述反应结束后，将反应釜体系负压减至100Pa～10000Pa，然后保持温度在160℃，于该压力和温度下，减压蒸馏反应(即第二阶段反应)7.5h，完成酯交换缩聚反应，得产物中间体。

步骤2)

水洗去除钠催化剂，得到聚碳酸酯二元醇粗产物，对所得粗产物进行核磁测试，计算其分子量，收集分子量在1047的聚碳酸酯二元醇粗产物。

步骤3)

在干燥干净的反应釜中先后加入10g上述分子量在1047的聚碳酸酯二元醇粗产物、0.5g乙二酸和2.0g二环己基碳二亚胺，在40℃下搅拌反应5h，将所得产物抽滤1.5h，得聚碳酸酯二元醇。

步骤4)

通过羟值滴定的方式测得步骤3)所得聚碳酸酯二元醇的羟值，结果显示，其羟值为59.1，计算其分子量为1897，分子量提升了81.2％。

实施例6

分别以聚醚型二元醇PPG、实施例3制备的分子量在821的聚碳酸酯二元醇粗产物以及实施例3制备的分子量为1632的聚碳酸酯二元醇作为软链，合成热塑性聚氨酯，并对比其性能。

所用PPG的羟值为55.6、分子量在821的聚碳酸酯二元醇粗产物的羟值为136，以下用PCDL-1表示，分子量为1632的聚碳酸酯二元醇的羟值为68.8，以下用PCDL-2表示。

热塑性聚氨酯的制备方法如下：

(1)17.35g聚醚型二元醇PPG与6.93g MDI于70℃反应至NCO含量至理论值，然后加入DMAC作为溶剂，对预聚物进行分散，随后加入催化剂辛酸亚锡和1.66g的1,4-丁二醇BDO，在75℃下反应2.0h后用甲醇/水混合液沉淀，干燥后得到聚醚型热塑聚氨酯1。

(2)加入8.95gPCDL-1、6.5gPPG、6.25g MDI于70℃反应至NCO含量至理论值，然后加入DMAC作为溶剂，对预聚物进行分散，随后加入催化剂辛酸亚锡和1.00g1,4-丁二醇BDO，在75℃下反应2.0h后用甲醇/水混合液沉淀，干燥后得到合成聚氨酯2。

(3)加入8.95g PCDL-2、6.5gPPG、5.6g MDI于70℃反应至NCO含量至理论值，然后加入DMAC作为溶剂，对预聚物进行分散，随后加入催化剂辛酸亚锡和1.28g1,4-丁二醇BDO，在75℃下反应2.0h后用甲醇/水混合液沉淀，干燥后得到合成聚氨酯3。

对上述产物进行性能测试，其中测试方法参照GB/T 531.1-2008和ASTM D638。结果如表1所示：

表1

由上可知，加入有机二元酸和脱水剂，可以使分子量较低(600～1100)的聚碳酸酯二元醇粗产物扩链，增加其分子量，与此同时，还能整体保证聚碳酸酯二元醇在后续制备聚氨酯时的性能不受外加原料(有机二元酸和脱水剂)的影响。

使用PCDL部分代替聚醚型二元醇PPG合成的聚碳酸酯聚醚型聚氨酯(聚氨酯2，聚氨酯3)的力学性能比用纯聚醚型二元醇PPG合成的聚醚型聚氨酯(聚氨酯1)具有更优异的力学性能。使用通过扩链提高分子量后的PCDL合成的热塑聚氨酯(聚氨酯3)相比于未扩链的PCDL合成的热塑聚氨酯(聚氨酯2)硬度和强度和断裂伸长率显著提高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。