聚甲氧基二甲醚(Polyoxymethylene dimethyl ethers,简称PODME或DMMn),又名聚甲醛二甲醚、聚氧亚甲基二甲醚、聚甲氧基甲缩醛,是一类以二甲氧基甲烷为母体、亚甲氧基为主链的低分子量缩醛类聚合物,其通式表示为: CH3O(CH2O)nCH3 (其中,n≥1的整数,一般取值小于8,下文用DMMn表示)。其聚合度为DMM3-6用于高品质柴油的调和剂。通常由甲醛与甲缩醛反应制得。

中文名

聚甲氧基二甲醚

外文名

Polyoxymethylene dimethyl ethers

别名

聚甲醛二甲醚、聚氧亚甲基二甲醚、聚甲氧基甲缩醛

化学式

CH3O(CH2O)nCH3

应用

清洁柴油调和组分、特殊溶剂

物理性质

聚甲氧基二甲醚是一种无色或淡黄色易挥发可燃液体,有轻微的醚类气味。

聚甲氧基二甲醚组分特性参数

化合物密度(g/cm3)沸点(℃)十六烷值(CN)氧含量(%)
CH3O(CH2O)2CH30.95971056345.2
CH3O(CH2O)3CH31.02421567847.0
CH3O(CH2O)4CH31.06712029048.1
CH3O(CH2O)5CH31.100324210048.9
CH3O(CH2O)6CH31.100428010449.5
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主要用途

DMM3-6可作为清洁柴油调和组分,物性与柴油相近,调和到柴油中使用不需要对车辆发动机供油系统进行改造。其十六烷值高达76,含氧量47%~50%,无硫无芳烃,在柴油中调合10%~20%,能显著降低柴油冷滤点,可改善柴油在发动机中的燃烧质量,提高热效率。同时DMM2、DMM3和DMM4也是一类溶解能力极强的溶剂。

制备方法

聚甲氧基二甲醚的合成原料主要包括两部分,一部分是提供低聚甲醛的化合物,包括甲醛溶液、三聚甲醛、多聚甲醛等;另一部分提供封端化合物,包括甲醇、二甲醚、甲缩醛等。在制备聚甲氧基二甲醚的具体工艺研究中,采用的原料和催化剂的种类均不完全相同,按催化剂种类不同可分为以下几类。

1.液体酸催化法

液体酸催化法:利用甲醇-甲缩醛共沸物与低聚甲醛在硫酸存在下加热,冷凝回流反应一定时间后,产物利用20%的NaOH溶液加热除去未反应完全的甲醛,后冷却,上层液用碳酸钾干燥,并对干燥后溶液进行精馏,分别得到DMM2-4的单体,该方法的工艺参数为:30mol甲醇-甲缩醛共沸物,8mol多聚甲醛,硫酸0.3mol,反应5.5h,产物用20%氢氧化钠溶液处理,加热回流1h除去未反应完的甲醛,最终产物w(DMM2-4)=90%~95%。

以30g三聚甲醛和63g二甲醚与0.2g硫酸,在反应釜中加热至100℃,反应16h。并每隔1h取样一次,发现8h后反应达到平衡,平衡组分分布为:w(DMM2)=18%,w(PODE3)=58%,w(PODE4)=16%。余量是DMMn(n>4)以及取样分析误差。

采用高压釜反应器,当以甲缩醛和多聚甲醛为原料时,n(甲缩酸):n(多聚甲醛)=1:5,以甲酸作为催化剂,催化剂以质量含量为标准,不超过总原料质量的0.1%,在温度区间为150℃~240℃下,压力为2MPa~6.89MPa时,反应4h~7h,两种原料制备出的DMMn分子量均约为80~350。

以三氟甲磺酸为催化剂,充入惰性气体以提高压力,甲缩醛和多聚甲醛为原料,研究了不同原料比对多聚甲醛转化率及产量的影响。得到的聚甲氧基甲缩醛主要以二聚体为主,产物中w(DMM2)=49.6%。

2.固体酸催化剂法

固体酸催化剂法:以固体超强酸、分子筛为催化剂,以甲醇和三聚甲醛为原料在反应釜中进行反应。原料n(甲醇):n(三聚甲酸)=1.0~5.0:1,催化剂用量为原料质量的1.0%~5.0%,反应温度为100℃-150℃,反应压力为0.5MPa~4MPa,反应时间4h,产物中w(DMM2-4)=77.4%。

采用两步法合成DMMn,在第一步反应中,甲醛(或低聚合度多聚甲醛)与甲醇通过装入Ti02改性的y-Al203-Ti02催化剂,物料摩尔比为n(甲醛):n(甲醇)=10:1,反应压力4.5MPa,反应温度80℃,液体体积时速(LHSV)0.5h-1;第二步反应中,采用HZSM-5分子筛催化剂,二甲苯作为分水剂,反应温度120℃-140℃,催化剂占总物料质量3%,反应时间4h,产物经气相分析甲醇的转化率为94.0%。

3.阳离子交换树脂催化法

以三聚甲醛、多聚甲醛、甲缩醛为原料,阳离子交换树脂为催化剂,考察了不同原料组合、不同原料比、反应时间、以及不同助催化剂对产物组成的影响。结果发现商化锂对此反应有助催化作用,当n(甲缩醛):n(多聚甲醛)=2:1,甲缩醛用量210mL,阳离子交换树脂用量为35g,卤化锂的加入量为30.4g,反应温度100℃,反应时间24h时,DMM2-4的质量含量最高,约为33.0%。

利用甲缩醛和三聚甲醛为原料,以AmberlystA15树脂为催化剂,反应温度为50℃,反应时间1h,反应结束后用10g15%碳酸钠水溶液洗涤,减压旋蒸除去甲缩醛,然后以带有10块塔板的精馏柱精馏,得到含有DMM3-8的馏分。

4.离子液催化法

以甲醇、三聚甲醛为原料,采用离子液作为催化剂,催化剂用量占总反应物质量的0.01%~10%,反应温度60℃-130℃,压力0.5MPa~4MPa,三聚甲醛的转化率最高可达90.3%,w(DMM3-5)=43.7%。后其又以甲缩醛、三聚甲醛为原料,采用离子液作为催化剂,n(三聚甲醛):n(甲缩醛)=0.1~3.0,催化剂用量为总投料质量的0.5%~8.0%。反应温度为110℃-120℃,反应压力为1.5MPa~3.0MPa。三聚甲醛的转化率最高可达95%,DMM3-5的选择性可达53.4%。离子液体作为催化剂,催化效率高、选择性强,且对设备的腐蚀性低,易于与产物分离。

5.金属氧化物催化法

以甲缩醛和三聚甲醛为原料,利用一种负载氧化铌作为催化剂,反应在高压釜中进行,条件范围为:n(甲缩醛):n(三聚甲酸)=0.6~4.8,催化剂用量占总反应物质量的0.2%~4.8%,反应温度在120℃-180℃之间,反应时间为0.5h~4h,反应压力为1MPa~5MPa,其实例中最优三聚甲醛转化率为82%,产物分布中DMM3-8的质量含量为29.3%。

储运条件

储存于阴凉通风处,如露天放置,应用防雨布或其他材料搭棚遮盖,实在不得已而储存量甚大且无防雨布时,则须将桶倾斜立置并与地面成75℃角,桶上大小盖口应在同一水平线上,以防雨水渗入。

在储运中须执行有关防火安全规定。必须严禁烟火,并应设置完善的消防设备,在抽注油或倒罐时,油罐及活管必须用导电的金属线接地,以防止静电聚积起火。

在开关容器盖子时,必须使用特制扳手,不得用凿子及锤子,以免产生火花,引起火灾。开启前要擦净,封闭时要加垫片,以免将油弄脏。