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,是一種含有兩個羥基的脂肪族混合物。由于丙二醇分子中的兩個羥基基團均可發生化學反應,因此,丙二醇是一種重要的化學中間體,在塑料、服裝、合成樹脂、化妝品、食品等眾多領域有著廣泛的應用,同時還可用做防凍劑、除冰劑、傳熱介質、液體洗滌劑等。

【理化性質】

丙二醇是一種無色、無味的粘性透明液體,是一種含有兩個羥基的脂肪族混合物。與具有一個羥基的單醇和三個羥基的甘油相比,丙二醇的一些性質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 向二元醇中加入一定量的水,得到的溶液凝固點低于0℃。這種特性使得二元醇水溶液作為一種冷凍介質而被廣泛的應用。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,直至不再具有流動性。

(2)防凍保護 在冷卻過程中,許多流體都會發生體積膨脹的現象。管線和其它包含流體的封閉系統,當被暴露于較低的溫度條件時,有可能會因為流體體積膨脹而導致發生破裂或爆炸的事故。因此,有必要對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爆炸的突發事故進行保護。二元醇基流體因具有較低的冰點而常被用作此種保護液。

(3)溶解度 與其它低分子量的醇性質一樣,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溶于該醇水混合物中。丙二醇還是一種有機溶劑,其溶解效果優于乙二醇。

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

(5)粘度 丙二醇的粘度與溫度呈反比關系,溫度升高,丙二醇的粘度降低,達到一定溫度時,丙二醇可以自由流動,反之,丙二醇的粘度隨著溫度的降低而逐漸增大,直至失去流動性。與其它高沸點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而在許多場合得到了廣泛應用。

(7)毒性 丙二醇因其無毒性而被廣泛應用于食品添加劑。丙二醇對人類及動物的危害性極低,有研究表明,以含有10%丙二醇的水喂養小白鼠,140天后,小白鼠未出現任何異常現象;有研究表明,在小白鼠的日常飲食中加入4.9%的丙二醇,24個月后,小白鼠的一切活動仍然正常。

【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】

1.1,2-PDO的基本性質 1,2-PDO是無色粘稠穩定的吸水性液體，幾乎無味無臭，易燃，低毒。與水、乙醇及多種有機溶劑混溶。它與二元酸反應生成聚酯，與硝酸反應生成硝酸酯，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 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。它能與異氰酸反應生成氨酯，與酸類酯類發生酯化反應，特別是可與對苯二甲酸反應并聚合得到PTT，同時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是一種重要的基礎化工原料，可用于生產不飽和聚酯、環氧樹脂、聚氨酯樹脂等，這種不飽和聚酯大量用于表面涂料和增強塑料。1,2-PDO的粘性和吸濕性好，并且無毒，因而在食品、醫藥和化妝品、液體洗滌劑工業中廣泛用作吸濕劑、抗凍劑、潤滑劑和溶劑。隨國民經濟的發展，僅不飽和聚酯樹脂產品的產量正以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化工原料，可用作不飽和聚酯樹脂的原料。1,3-PDO可與對苯二甲酸合成聚對苯二甲酸丙二醇酯(俗稱PTT)。PTT因性能優良,可以使聚酯塑料具有自然循環的可生物降解特性[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的生產方法 （1）環氧丙烷水合法 1）環氧丙烷直接水合法： 環氧丙烷與水在200℃和120MPa下發生反應。反應產物經蒸發、精餾，得到丙二醇成品10%的二丙二醇和高聚醇。 2）環氧丙烷間接水合法： 由環氧丙烷與水用硫酸作催化劑間接水合制得。環氧丙烷水合反應式如下：

圖1為環氧丙烷水合反應式

（2）丙烯直接催化氧化法

圖2為丙烯直接催化氧化法反應式

（3）酯交換法 參與該種生產工藝的主要原料為環氧丙烷、甲醇和二氧化碳。首先環氧丙烷和二氧化碳反應生成碳酸丙烯酯，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，反應生成碳酸二甲酯(DMC)和丙二醇。酯交換反應是可逆反應，如果及時地將碳酸二甲酯移出反應體系，則利于平衡向碳酸二甲酯方向移動，因此在反應過程中，應連續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行。國外以碳酸乙烯酯為原料酯交換制備DMC已工業化，國內碳酸乙烯酯原料緊缺，而碳酸丙烯酯產量豐富，多采用碳酸丙烯酯和甲醇酯交換合成DMC，反應方程式如下：

圖3為酯交換法反應式

（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，副產物只有乙醇和CO2。 2.1,3-PDO的生產方法

（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，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溫度，進行一步或兩步加氫反應，最終制得高純度的1,3-PDO。

（2）環氧乙烷法 環氧乙烷氫酯基化法是指由環氧乙烷與一氧化碳和醇等一起反應合成3-羥基丙酸烷酯，其酯基經氫化制造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30.18%，但同時會產生有毒的丙烯醛。

（4）微生物法 以淀粉或葡萄糖代替甘油作原料,通過發酵法直接生產1,3-PDO，可以使生產成本降低。