一种利用固体酸催化制备聚乙烯醇缩丁醛的方法
阅读说明：本技术 一种利用固体酸催化制备聚乙烯醇缩丁醛的方法 (Method for preparing polyvinyl butyral by using solid acid catalysis ) 是由 王钧伟 石旵东 张元广 郑学根 崔晓峰 杨森 秦伟 吴秀银 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用固体酸催化制备聚乙烯醇缩丁醛的方法,涉及高分子化工技术领域,所述方法包括在水与乙醇的混合溶剂中加入聚乙烯醇、正丁醛,然后加入固体酸催化剂,反应结束后加水,析出分离目标产物；采用水和乙醇的混合溶液作为溶剂,同时使用了固体酸催化剂来代替传统的液体无机酸催化剂,避免了杂离子的引入,提高了产品品质,减小了设备腐蚀。(The invention discloses a method for preparing polyvinyl butyral by utilizing solid acid catalysis, which relates to the technical field of polymer chemical industry, and comprises the steps of adding polyvinyl alcohol and n-butyraldehyde into a mixed solvent of water and ethanol, then adding a solid acid catalyst, adding water after the reaction is finished, and separating out and separating a target product; the mixed solution of water and ethanol is used as a solvent, and the traditional liquid inorganic acid catalyst is replaced by the solid acid catalyst, so that the introduction of impurity ions is avoided, the product quality is improved, and the corrosion of equipment is reduced.)
技术领域
本发明涉及高分子化工技术领域，具体为一种制备聚乙烯醇缩丁醛的方法。
背景技术
聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl Butyral，简称PVB)是由正丁醛与聚乙烯醇(PVA)在强酸催化作用下反应得到的缩合产物。聚乙烯醇缩丁醛分子含有较长支链，具有良好的柔顺性，优良的透明度，极强的黏合力，很好的耐光性、耐热性、耐寒性、耐水性、成膜性、溶解性、混溶性，高抗张强度和耐冲击性能等，广泛应用于安全玻璃夹层、光伏组件封装膜、真空镀铝纸和粘合剂等领域。随着我国汽车、建筑等行业的快速发展，对高品质PVB树脂的需求更加旺盛，需求量呈指数增长。
我国生产PVB树脂的技术与发达国家相比还存在较大差距。PVB树脂的品质除了与原料的纯度有关以外，主要的影响因素是生产工艺和后处理工艺。目前，PVB树脂的工业化生产方法基本上分为两类，即使用聚醋酸乙烯酯及一般的乙烯酯聚合物为原料的一步法和以使用聚乙烯醇(PVA)为原料的二步法。我国PVB的生产多采用液体无机酸催化的二步沉淀法，该法虽然以水作溶剂，生产成本较低，但无机酸对设备腐蚀严重，导致设备易损坏，投资高，并且后处理必须经过中和、水洗等工序，除去催化剂及由此生成的盐类物质等，操作繁琐，消耗大量的时间和水资源，同时产生大量的废水需要处理。液体无机酸催化法最主要的问题是缩醛反应的局部速率过快，导致PVB以致密团块从反应体系中析出，容易夹带原料、催化剂和溶剂等杂质；以及不均匀的分子间交联反应，导致PVB产品品质下降。因此，我国急需开发一种高黏度、高品质PVB树脂的生产技术，提高工艺的绿色化程度，简化工艺，降低成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种利用固体酸催化制备聚乙烯醇缩丁醛的方法，以解决现有技术中PVB品质差等的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种利用固体酸催化制备聚乙烯醇缩丁醛的方法，所述方法包括在水与乙醇的混合溶剂中加入聚乙烯醇、正丁醛，然后加入固体酸催化剂，反应结束后加水，析出分离目标产物。
进一步，所述聚乙烯醇:正丁醛:固体酸催化剂的质量比为20:14:1，混合溶剂中乙醇和水的体积比为1.2︰1，反应温度为75℃，反应时间为12h。
进一步，所述固体酸催化剂，固体磺化活性炭催化剂或固体磺化酸性离子交换树脂催化剂。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种利用固体酸催化制备聚乙烯醇缩丁醛的方法，以水和乙醇的混合溶液作为溶剂，克服了传统使用水溶剂反应过程中PVB结块析出的问题；同时使用了固体酸催化剂，与传统的液体无机酸催化剂相比显著降低了设备的腐蚀问题；反应采用一步法，反应条件温和，反应后溶剂和产物更易分离，简化了工艺流程，降低了工业成本，降低了对环境的污染。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中涉及到的固体酸催化剂为固体磺化活性炭催化剂或固体磺化酸性离子交换树脂催化剂。
其中：固体磺化活性炭催化剂的制备方法为：将活性炭颗粒在110℃下干燥2小时，然后在130℃-180℃条件下浸泡于浓硫酸中进行磺化，磺化9-14h后洗涤至中性，干燥后即得固体磺化活性炭催化剂；
固体磺化酸性离子交换树脂催化剂的制备方法为：将酸性离子交换树脂在100℃下干燥2小时，然后在80℃-120℃条件下浸泡于浓硫酸中磺化8-16h，然后洗涤、干燥后即得磺化酸性离子交换树脂催化剂。
实施例1
将4g聚乙烯醇在不断搅拌下溶解于乙醇与水的混合溶剂(V乙醇︰V水＝1.2︰1)中，加入2.8g正丁醛，然后加入0.2g所制得的固体磺化活性炭催化剂，在75℃反应温度下不断搅拌反应12h，正丁醛与聚乙烯醇反应生成聚乙烯醇缩丁醛，产物缩醛度高于80％。反应结束后，对反应液通过漏斗常温过滤，即可将反应体系中固体的磺化活性炭催化剂与液体产物分离，得到固体磺化活性炭催化剂和滤液。向滤液中加入适量水，生成的PVB即可以固体状态从液相中析出，经过滤即可得到固体的产物PVB和液体分离物，液体分离物中含有溶剂乙醇和水。如此，经过简单的过滤—加水—过滤步骤，即可实现缩醛化反应完成后催化剂、产物、溶剂的分离。
实施例2
将4g聚乙烯醇在不断搅拌下溶解于乙醇与水的混合溶剂(V乙醇︰V水＝1.2︰1)中，加入2.8g正丁醛，然后加入0.3g所制得的固体磺化酸性离子交换树脂催化剂，在95℃反应温度下不断搅拌反应11h，正丁醛与聚乙烯醇反应生成聚乙烯醇缩丁醛，产物缩醛度高于70％。反应结束后，对反应液通过漏斗常温过滤，即可将反应体系中固体的磺化酸性离子交换树脂催化剂与液体产物分离，得到固体磺化酸性离子交换树脂催化剂和滤液。向滤液中加入适量水，生成的PVB即可以固体状态从液相中析出，经过滤即可得到固体的产物PVB和液体分离物，液体分离物中含有溶剂乙醇和水。如此，经过简单的过滤—加水—过滤步骤，即可实现缩醛化反应完成后催化剂、产物、溶剂的分离。
实施例3
将4g聚乙烯醇在不断搅拌下溶解于乙醇与水的混合溶剂(V乙醇︰V水＝1.2︰1)中，加入2.8g正丁醛，然后加入0.25g所制得固体磺化酸性离子交换树脂催化剂，在70℃反应温度下不断搅拌反应10h，正丁醛与聚乙烯醇反应生成聚乙烯醇缩丁醛，产物缩醛度高于60％。反应结束后，对反应液通过漏斗常温过滤，即可将反应体系中固体的碳基固体酸催化剂与液体产物分离，得到固体的碳基固体酸催化剂和滤液。向滤液中加入适量水，生成的PVB即可以固体状态从液相中析出，经过滤即可得到固体的产物PVB和液体分离物，液体分离物中含有溶剂乙醇和水。如此，经过简单的过滤—加水—过滤步骤，即可实现缩醛化反应完成后催化剂、产物、溶剂的分离。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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