PCL - _己内酯产业现状及其应用

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纯度, 酸值( KOH) / % ( mg·g - 1 ) 密度 / 含水量, % ( g·cm - 3 ) ≤0. 015 ≤0. 010 ≤0. 050 ≤0. 010 1. 079 1. 069 1. 078 1. 070
Quality index of caprolactone in China and abroad
[3 ]
大ε己内酯生产能力, 为满足市场增长需求, 巴 斯夫将投入更多的资金用于 ε 己内酯项目及其
[5 ] 价值链的扩能 。 日本大赛璐对 ε 己内酯的研 [6 ] 究起于 20 世纪 80 年代 , 目前是亚洲最大的 ε [7 ] 己内酯生产商, 其生产能力大于 10 kt / a 。 美国
UCC 公司于 1967 年用环己酮与过氧酸反应制备 ε己内酯, 再用 ε 己内酯与氨水反应制备己内酰 1972 年氨解工序停工, 胺, 装置产能为 25kt / a, 装 置依然可生产 ε 己内酯。 此外陶氏化学曾生产 ε己内酯产品, 后由于产品成本及市场情况等原 因于 2008 年宣布退出 ε 己内酯领域。 由于 ε 己内酯市场的需求量不断增加, 近年 来, 国外 ε 己 内 酯 生 产 企 业 也 不 断 扩 大 产 能。 2011 年全球 ε 己内酯的市场需求量已超过 50 [4 ] kt / a, 并且 ε 己内酯的缺口将不断增大 。 国外 ε己内酯市场需求主要集中欧洲、 北美及亚洲。 柏斯托公司在欧洲的销售份额约占总份额的 42% , 北美占 33% , 亚洲及其他地区占 25% 。 目 前, 亚洲市场对 ε 己内酯需求的年增长率最高, 7% , 约为 欧洲和北美约为 5% 。 国外 ε 己内酯 企业正在调整生产及销售战略, 仅有少部分 ε 己 内酯产品供应市场, 大多数产品用来生产聚 ε 己 内酯、 聚己内酯型聚氨酯等高附加值产品。 例如 全球最大的 ε 己内酯生产商柏斯托公司, 仅有约 30% 的 ε 己内酯产品销往全球各地, 其余约 70% 用于生产聚己内酯、 聚己内酯多元醇等
≥99. 9% ≥99. 9% ≥99. 8% ≥99. 9%
≤0. 2 ≤0. 3 ≤0. 3 ≤0. 3
1. 4 1. 4. 1
ε己内酯生产工艺 过氧酸氧化工艺
过氧酸氧化工艺主要是用过氧酸作氧化剂氧 化环己酮合成 ε 己内酯, 其反应机理是环己酮与 过氧酸反应生成含有过氧基团的中间体, 由于过 氧基团不稳定, 容易异裂成正负氧离子, 异裂所得 到的正氧离子经过重排, 便得到 ε 己内酯。 常用 的有机过氧酸包括过氧甲酸、 过氧乙酸、 过氧丙

6羟基己酸酯环化工艺首先用富氧氧化环己 烷得到环己酮及环己醇等混合物, 用水萃取混合 物得到副产物为羧酸混合物。羧酸混合物主要包 6括己二酸、 羟基己酸和少量的环己二醇。 将羧 则可得到相应 酸混合物与小分子醇类进行反应, 6的己二酸酯、 羟基己酸酯等。 将己二酸酯加氢 6己二醇, 将 6羟基己酸酯在加 分离后可得到 1 , 热的条件下环化后可得到 ε 己内酯。 目前, 巴斯 夫公司专利报道该工艺的优点为既可产 ε 己内 6己 二 醇, 缺点为过程中分离工序 酯又 可 产 1 ,
为了解决用过氧羧酸氧化环己酮生产 ε 己 内酯过程中安全风险大的弊端, 苏威公司英国工 厂( 现被柏斯托公司收购 ) 于 2003 年开发了新的 催化氧化方法。此催化氧化法主要是用将三氟化 锑催化剂( 负载介孔二氧化硅上 ) 与环己酮混合, 升温至 70 ℃ , 并加入一定浓度的双氧水, 在压力 [10 ] 恒定条件下进行催化氧化反应 。 此工艺路线 安全风险低, 缺点是催化剂寿命短。 简单, 2 2. 1 ε己内酯的应用 热塑性聚己内酯
[9 ] 多、 能耗大、 收率低 。 1. 4. 3 催化氧化工艺
值和含水量。ε 己内酯产品纯度越高, 酸值和含 水量越低, 产品质量越好。 由表 1 可看出, 巴陵石化的 ε 己内酯的产品 。 质量与国外产品质量相当
表1
Tab. 1 厂家 柏斯托 大赛璐 巴斯夫 巴陵石化
国内外 ε 己内酯产品质量指标
[4 ]
。近年来, 随着 ε 己内酯及
ε己内酯 下游产品用途及应用领域的不断扩大 , 单体的市场需求量也逐年增加。作者分析了国内 外ε己内酯产业现状及产品应用, 并展望了 ε 己内酯的发展趋势。 国内外 ε 己内酯产业现状 1 . 1 国外 ε 己内酯产业现状 1 国外 ε 己内酯生产企业主要有柏斯托、 巴斯 大赛璐、 陶氏化学及美国 Union carbide corpo夫、 ration( UCC ) 公司。 柏斯托公司是最大的 ε 己内 预 计 总 生 产 能 力 在 40 ~ 60 kt / a。 酯生产 企 业, 1975 年苏威公司在英国 Warrington 开始研发和 生产己内酯。ε 己内酯装置生产能力已达到 15 kt / a, 同时生产热塑性聚 ε 己内酯及聚己内酯多 , 。 柏斯托公司 元醇 产品销往全球各地 2008 年, 将苏威旗下的 ε 己内酯及聚己内酯业务全部收 购。2010 年 柏 斯 托 公 司 对 装 置 进 行 扩 能 改 造, ε己内酯装置产能翻番 。 巴斯夫公司自 2001 年开始生产 ε 己内酯产品, 生产基地位于美国的 德克萨斯州 Freeport。2008 年巴斯夫开始逐步扩
6如过氧酸氧化工艺、 羟基己酸酯环化工艺、 催化氧化工艺等; 介绍了 ε 己内酯及其聚合物的应 生产工艺, 用情况, 包括聚己内酯 、 聚己内酯多元醇、 聚己内酯型聚氨酯、 己内酯共聚物、 聚酯分散剂等, 展望了 ε 己内 己内酯及其应用领域的拓展, ε己内酯需求量增大, 我国应加大开发 ε 己内酯 酯产业的发展趋势; 随着 ε 型聚氨酯。
[12 ] 汽车、 纺织和轮胎等行业 。聚己内酯型聚氨酯 如低温柔顺性、 耐候型、 光 还具有其他优异性能,
目前的生产企业主要集中在英国 、 日本 分布来看, 和美国, 装置产能较大, 且产业链已较为成熟。国 内对于 ε 己内酯的生产技术研究起步较晚, 目前 只有中国石化巴陵石化公司拥有 200 t / a 的 ε 己 内酯中试装置。 此公司计划 2015 年前建成投产 10 kt / a 的 ε 己内酯工业装置。 这将填补国内无 大规模 ε 己内酯工业装置的空白, 且满足中国市 场的需求, 将对国内 ε 己内酯产业链的形成和发 展起到积极作用。 从ε己内酯行业生产技术现状来看, 开展 ε己内酯在生产过程中的阻聚技术攻关及低聚 物的解聚技术攻关、 降低能耗物耗、 开发绿色环保 依然是未来几年业内研究的重点。 从 的新工艺, 国外对聚己内酯型聚氨酯的开发 产品应用来看, 和应用较为成熟, 而国内在这一领域仍属于起步 阶段, 建议国内聚氨酯生产企业大力开发聚己内 酯型聚氨酯。 参 考 文 献
关键词: ε -己内酯 生产 应用 聚氨酯 中图分类号: TQ342. 2 文献标识码: A 文章编号: 1001-0041 ( 2013 ) 01-0046-04
ε己内酯是一种无毒的有机化工中间体 , 主 [1 ] 要作为单体来制备高性能聚合物 。 ε己内酯还 对一些高分子材料具有很好的 可以作为良溶剂, [2 ] 溶解性 。 ε己内酯作为单体主要用于生产热塑 性聚己内酯、 聚己内酯多元醇、 聚己内酯型聚氨 酯, 己内酯丙交酯共聚物、 聚合物分散剂等, 广泛 医用高分子材料, 合成革、 应用于生物降解塑料、 胶黏剂、 涂料等。20 世纪 30 年代 ε 己内酯首次 在实验室成功合成
[4 ]

1112 ; 修改稿收到日期: 20121212 。 收稿日期: 2012作者简介: 黎树根( 1967 —) , 男, 高级工程师, 主要从事环 mail: yh02jk@ 163. com。 己酮技术开发管理工作。E-
第1 期
黎树根等. ε 己内酯产业现状及其应用
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1. 2
国内 ε 己内酯产业现状 从 20 世纪 70 年代开始, 国内曾有 4 家企业 研发生产 ε 己内酯产品, 分别分布在湖南岳阳、
ε己内酯, 并申请了专利 。 大赛璐的主要生产 30% 的 工艺是将环己酮、 乙酸乙酯 ( 作为溶剂 ) 、 过氧乙酸输送到流动式反应器中, 在 50℃ 条件下
[7 ]
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2013 年第 36 卷
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
疗系统, 以及骨折体内固定材料, 如体内骨骼固定 [11 ] 板, 骨钉等, 还可用于手术缝合线 。 另外, 热塑聚己内酯可与聚乳酸共混, 用于制 备吹塑薄膜、 层压材料和包装材料的产品。 如生 物降解农用薄膜, 一次性餐具, 生物降解塑料袋 等。聚己内酯与很多聚合物具有优异的相容性 。 可用于增塑剂、 改性料以及色母粒载体等。 2 . 2 聚己内酯多元醇及聚己内酯型聚氨酯 聚己内酯多元醇是由 ε 己内酯在多元醇的 引发下所得到的具有多个端羟基的低相对分子质 量聚合物。聚己内酯多元醇可以与二异氰酸酯反 应来制备高性能的聚己内酯型聚氨酯 。聚己内酯 用 多元醇具有调节聚氨酯弹性体中软段的功能 , 聚己内酯多元醇制备的聚氨酯的水解稳定性和低 温柔韧性远远优于通常以聚醚二元醇或其他聚酯 二元醇为原材料生产的聚氨酯。 此外, 用其制得 的弹性体的高温适应性、 机械性能和耐溶剂性能 家电、 都优于其他普通聚氨酯。广泛应用于制鞋、
综述与专论
2013 ,36 ( 1 ) : 46 合 成 纤 维 工 业, CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
ε - 己内酯产业现状及其应用
黎树根 李长存
( 中国石化集团资产管理有限公司巴陵石化分公司环己酮事业部, 湖南 岳阳 414014 ) 摘 要: 阐述了国内外 ε -己内酯生产能力、 产品质量及国内市场情况等产业现状; 分析了国外 ε 己内酯的
反应, 得到的产物为混合物, 包括: 28. 78% ε 己 0. 52% 未反应的环己酮, 1. 31% 未反应的过 内酯, 0. 59% 副产物己二酸, 0. 30% 己内酯低聚 氧乙酸, 21. 16% 的乙酸, 47. 34% 的乙酸乙酯。 然后混 物, 合物进入精馏塔进行分离提纯。塔顶温度 35 ℃ , 低沸物被分离, 塔釜温度为 160℃ , 最高压力为 60 mmHg, 回流比为 1. 0 。 分离出乙酸乙酯及乙 酸 后, 其余的混合物将送入下一个塔, 最后分离出高 [5 ] 纯度的 ε 己内酯产品 。 此工艺的优点为氧化 效果好, 产品转化率高, 缺点为对安全措施要求 , , 、 高 工序多 物耗 能耗高。此外, 后期的产品分离 和羧酸的回收再利用也存在一定的困难 1. 4. 2 6羟基己酸酯环化工艺
[2 ] 酸、 单过氧邻苯二甲酸和间氯过氧苯甲酸等 。 目前, 日本大赛璐采用过氧乙酸氧化方法来制备
热塑性聚己内酯是 ε 己内酯开环聚合所得 到的高相对分子质量聚合物, 热塑性聚己内酯具 有良好的生物降解性能, 形状记忆特性、 低温柔韧 、 。 性 耐水解性等诸多优点 这也使得热塑性聚己 内酯的应用越来越广。 热塑性聚己内酯的熔点约为 60 ℃ , 在 55 ~ 75 ℃ 下, 具有非常好的变形特性和记忆特性, 被 广泛用于整形外科的骨科夹板、 牙印模和放射治
[8 ]
江苏盐城、 江苏南京、 四川成都。目前仅有中国石 装置 化巴陵石化公司( 简称巴陵石化 ) 正常生产, 生产规模为 200 t / a, 产品纯度大于 99. 9% 。 巴陵石化 ε 己内酯生产技术研究始于 2006 2007 年小试研究合成出合格的 ε 年, 己内酯产 品。2011 年底中试装置通过中国石化集团公司 鉴定。目前正准备建设 10kt / a 的 ε 己内酯工业 。 装置 随着国内对 ε 己内酯下游产品需求的不 国内 ε 己内酯的市场需求量逐年增加, 断增加, 2010 年 根据 2009 —2011 年中国海关数据分析, 2011 年为 己内酯进口增长率为 41. 9% , 国内 ε 53. 2% 。在销售价格方面, 2009 年国外 ε 己内酯 2010 年为 在中国大陆的销售价格为 33 800 元 / t, 36 500 元 / t, 2011 年为 42 000 元 / t。2010 年 ε 己 2011 年为 15. 1% 。 内酯价格年增长率为 8. 0% , 1. 3 ε己内酯产品质量情况 ε己内酯的产品质量主要取决于其纯度、 酸
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