CN102030638A - 一种新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺，它以新戊基多元醇及辛癸酸酯为原料，在对甲苯磺酸为催化剂条件下，130～190℃环境下进行酯化反应3～5小时，生成的水通过鼓氮带出，制得新戊基多元醇辛癸酸酯粗品；所述新戊基多元醇辛癸酸酯粗品进行分子蒸馏处理，制到新戊基多元醇辛癸酸酯成品。所述分子蒸馏处理包括两级处理：前级处理温度为100～130℃，真空度为100～2000Pa，脱除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸；二级处理温度为130～160℃，真空度为1～100Pa，脱除辛癸酸。本发明具有生产成本低，工艺环保等特点，同时产品色泽浅、酸值低、品质高。
Description
技术领域
本发明涉及一种新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺，属有机化学技术领域。
背景技术
新戊基多元醇辛癸酸酯包括季戊四醇辛癸酸酯、三羟甲基丙烷辛癸酸酯及新戊二醇辛癸酸酯。与其它辛癸酸酯相比，由于新戊基多元醇酯中存在季碳原子的特殊结构——分子中β位上没有氢原子，可与羟基氧形成六原子共振结构环，在高能量条件下才能破坏其酯结构，因此具有优越的抗氧化性及抗消去反应稳定性。上述结构特征也使新戊基多元醇辛癸酸酯具有良好的粘温特性、优越的低温及高温性能、突出的氧化稳定性。同时具有优良的润滑性，与矿物油的相容性好等特点，被广泛用于航空涡轮发动机油、精密仪器仪表油、压缩机油、车用发动机油、金属加工油剂、润滑剂基础油中。一般而言，高品质新戊基多元醇辛癸酸酯要求色泽接近无色，酸值小于0.15mgKOH/g，使用性能明显优于普通产品，价格要比普通产品高很多，因此，制备高品质新戊基多元醇辛癸酸酯具有重要的商业及实用意义。
生产上为使新戊基多元醇具有较高的酯化率，一般使辛癸酸过量。现有生产工艺主要有如下两种：其一，采用对甲苯磺酸为催化剂，反应温度在160～180℃，反应时间3～5h，游离催化剂需水洗去除，生产成本增加；其二，采用固体酸或金属锡类催化剂等固体催化剂，反应温度在200～240℃，时间7～10h，催化剂可回收利用，但能耗增加，成本提高，现实生产中很少采用。为使酸值达到要求，上述两种方法最后均需油泵真空脱酸来降低酸值，脱酸温度在280℃以上达1.5h之长，这严重破坏了新戊基多元醇辛癸酸酯的分子结构，使产品颜色变深，大大影响了其使用性能。另外，长时间高温脱酸进一步增加了生产成本，影响了产品的市场竞争力。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中降低酸值和色泽变深的矛盾，以及生产成本过高的缺点，提供一种制备近无色、低酸值的新戊基多元醇辛癸酸酯的合成方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺，它以新戊基多元醇及辛癸酸酯为原料，在对甲苯磺酸为催化剂条件下，130～190℃环境下进行酯化反应3～5小时，生成的水通过鼓氮带出，制得新戊基多元醇辛癸酸酯粗品；其特征在于还将所述新戊基多元醇辛癸酸酯粗品进行分子蒸馏处理，制到新戊基多元醇辛癸酸酯成品。所述催化剂对甲苯磺酸投加量为新戊基多元醇与辛癸酸酯质量和的0.3～1.0％。
所述分子蒸馏处理包括两级处理：前级处理温度为100～130℃，真空度为2000～100Pa，脱除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸；二级处理温度为130～160℃，真空度为100～1Pa，脱除辛癸酸。
所述新戊基多元醇可以是季戊四醇，所述季戊四醇与醇辛癸酸酯的摩尔比为1∶4.1～4.4。也可以是三羟甲基丙烷，所述三羟甲基丙烷与辛癸酸酯的摩尔比为1∶3.1～3.3。还可以是新戊二醇，所述新戊二醇与辛癸酸酯的摩尔比为1∶2.1～2.2。
本发明与现有技术相比，具有以下突出特点和积极效果：
1.生产成本低。相比现有对甲苯磺酸工艺，分子蒸馏精制工艺省去了水洗工序，且能耗比油泵真空脱酸大大降低，同时分离出来的辛癸酸纯度高，可直接投入酯化反应釜作为下一批产品的原料，因此制备新戊基多元醇辛癸酸酯的总体成本大大降低。
2.产品色泽浅、酸值低、品质高。分子蒸馏装置在本工艺条件下具有很高的分离效率，且产品在分离过程中操作压力和温度低、受热时间短，产品在分离过程中分子结构保持完整，因此可，制备出色泽低于30(铂钴法)、酸值小于0.15mgKOH/g的高品质新戊基多元醇辛癸酸酯产品。
3.工艺绿色环保。分子蒸馏精制工艺省去了现有对甲苯磺酸工艺中的水洗工序，使废水排放量大大降低，且分离出来的辛癸酸可回收利用，杜绝了现有油泵真空脱酸产生大量无法利用的废品的缺陷。
具体实施方式
本发明的新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺，利用分子蒸馏技术精制新戊基多元醇辛癸酸酯的方法包括如下步骤：(1)以新戊基多元醇及辛癸酸为原料，按一定配比投料，在对甲苯磺酸为催化剂条件下进行酯化反应，制得粗品；(2)将粗品进行分子蒸馏处理后制得近无色的、低酸值、高品质的新戊基多元醇辛癸酸酯。
所述步骤(1)中酯化反应，原料新戊基多元醇可为季戊四醇、三羟甲基丙烷及新戊二醇；醇酸摩尔比可为季戊四醇与辛癸酸酯1∶4.1～4.4、三羟甲基丙烷与辛癸酸酯1∶3.1～3.3、新戊二醇与辛癸酸酯1∶2.1～2.2；催化剂对甲苯磺酸投加量可为反应物总质量的0.3～1.0％；酯化反应温度为130～190℃，较佳反应温度在160～185℃；反应时间为3～5h；生成的水可通过鼓氮带出。
所述步骤(2)中分子蒸馏处理可以包括两级：前级处理温度为100～130℃，真空度为2000～100Pa，脱除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸；二级处理温度为130～160℃，真空度为100～1Pa，脱除辛癸酸，制得高品质的新戊基多元醇辛癸酸酯。
本发明所用分子蒸馏装置为可以是DZL-5型刮膜式分子蒸馏装置，其具有操作压力低，冷凝面与蒸发面距离短，分离效率高，样品在分离过程受热时间短等特点，因此，样品在达到分离目的的前提下可很好地保持其原有分子结构特征。
实施例1
在1000mL装有分水器的酯化反应釜中依次加入136g季戊四醇、687.3g辛癸酸、8.2g对甲苯磺酸(醇酸摩尔比为：1∶4.35)，冲氮气鼓泡，开搅拌后缓缓升温至180～185℃，并在此温度下反应，蒸馏出反应生成的水，反应4.0h后已无水馏出，降温至60℃后得季戊四醇辛癸酸酯粗品；然后将粗品装入恒温储罐，再进入一级刮膜式分子蒸馏器分离去除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸，蒸发温度为130℃，真空度为500Pa；剩余物再进入二级刮膜式分子蒸馏器分离出未反应的辛癸酸55g左右，蒸发温度为160℃，真空度为10Pa，所得近无色的剩余物即为季戊四醇辛癸酸酯成品，其酸值为0.12mgKOH/g，色泽为25。
实施例2
在1000mL装有分水器的酯化反应釜中依次加入136g季戊四醇、647.8g辛癸酸、6.3g对甲苯磺酸(醇酸摩尔比为：1∶4.1)，冲氮气鼓泡，开搅拌后缓缓升温至175～180℃，并在此温度下反应，馏出反应生成的水，反应5.0h后已无水馏出，降温至60℃后得季戊四醇辛癸酸酯粗品；然后将粗品装入恒温储罐，再进入一级刮膜式分子蒸馏器分离去除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸，蒸发温度为120℃，真空度为100Pa；剩余物再进入二级刮膜式分子蒸馏器分离出未反应的辛癸酸15g左右，蒸发温度为150℃，真空度为1Pa，所得近无色的剩余物即为季戊四醇辛癸酸酯成品，其酸值为0.12mgKOH/g，色泽为25。
实施例3
在1000mL装有分水器的酯化反应釜中依次加入160.8g三羟甲基丙烷、625.7g辛癸酸、4.7g对甲苯磺酸(醇酸摩尔比为：1∶3.3)，冲氮气鼓泡，开搅拌后缓缓升温至170～175℃，并在此温度下反应，馏出反应生成的水，反应4.0h后已无水馏出，降温至60℃后得三羟甲基丙烷辛癸酸酯粗品；然后将粗品装入恒温储罐，再进入一级刮膜式分子蒸馏器分离去除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸，蒸发温度为120℃，真空度为1200Pa；剩余物再进入二级刮膜式分子蒸馏器分离出未反应的辛癸酸56g左右，蒸发温度为150℃，真空度为50Pa，所得近无色的剩余物即为三羟甲基丙烷辛癸酸酯成品，其酸值为0.10mgKOH/g，色泽为20。
实施例4
在1000mL装有分水器的酯化反应釜中依次加入160.8g三羟甲基丙烷、587.8g辛癸酸、3.7g对甲苯磺酸(醇酸摩尔比为：1∶3.1)，冲氮气鼓泡，开搅拌后缓缓升温至165～170℃，并在此温度下反应，馏出反应生成的水，反应4.5h后已无水馏出，降温至60℃后得三羟甲基丙烷辛癸酸酯粗品；然后将粗品装入恒温储罐，再进入一级刮膜式分子蒸馏器分离去除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸，蒸发温度为115℃，真空度为800Pa；剩余物再进入二级刮膜式分子蒸馏器分离出未反应的辛癸酸19g左右，蒸发温度为145℃，真空度为30Pa，所得近无色的剩余物即为三羟甲基丙烷辛癸酸酯成品，其酸值为0.10mgKOH/g，色泽为20。
实施例5
在1000mL装有分水器的酯化反应釜中依次加入176.8g新戊二醇、590.9g辛癸酸、3.1g对甲苯磺酸(醇酸摩尔比为：1∶2.2)，冲氮气鼓泡，开搅拌后缓缓升温至165～170℃，并在此温度下反应，馏出反应生成的水，反应3.0h后已无水馏出，降温至60℃后得新戊二醇辛癸酸酯粗品；然后将粗品装入恒温储罐，再进入一级刮膜式分子蒸馏器分离去除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸，蒸发温度为110℃，真空度为2000Pa；剩余物再进入二级刮膜式分子蒸馏器分离出未反应的辛癸酸53g左右，蒸发温度为140℃，真空度为100Pa，所得近无色的剩余物即为新戊二醇辛癸酸酯成品，其酸值为0.07mgKOH/g，色泽为15。
实施例6
在1000mL装有分水器的酯化反应釜中依次加入176.8g新戊二醇、564g辛癸酸、2.2g对甲苯磺酸(醇酸摩尔比为：1∶2.1)，冲氮气鼓泡，开搅拌后缓缓升温至160～165℃，并在此温度下反应，馏出反应生成的水，反应4.0h后已无水馏出，降温至60℃后得新戊二醇辛癸酸酯粗品；然后将粗品装入恒温储罐，再进入一级刮膜式分子蒸馏器分离去除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸，蒸发温度为100℃，真空度为1500Pa；剩余物再进入二级刮膜式分子蒸馏器分离出未反应的辛癸酸26g左右，蒸发温度为130℃，真空度为70Pa，所得近无色的剩余物即为新戊二醇辛癸酸酯成品，其酸值为0.07mgKOH/g，色泽为15。
Claims (5)
1.一种新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺，它以新戊基多元醇及辛癸酸酯为原料，在对甲苯磺酸为催化剂条件下，130～190℃环境下进行酯化反应3～5小时，生成的水通过鼓氮带出，制得新戊基多元醇辛癸酸酯粗品；其特征在于还将所述新戊基多元醇辛癸酸酯粗品进行分子蒸馏处理，制到新戊基多元醇辛癸酸酯成品；所述；对甲苯磺酸投加量为新戊基多元醇与辛癸酸酯质量和的0.3～1.0％。
2.根据权利要求1所述的新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺，其特征在于所述分子蒸馏处理包括两级处理：前级处理温度为100～130℃，真空度为2000～100Pa，脱除水分、低分子量组分及游离对甲苯磺酸；二级处理温度为130～160℃，真空度为100～1Pa，脱除辛癸酸。
3.根据权利要求1或2所述的新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺，其特征在于所述新戊基多元醇是季戊四醇，所述季戊四醇与醇辛癸酸酯的摩尔比为1∶4.1～4.4。
4.根据权利要求1或2所述的新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺，其特征在于所述新戊基多元醇是三羟甲基丙烷，所述三羟甲基丙烷与辛癸酸酯的摩尔比为1∶3.1～3.3。
5.根据权利要求1或2所述的新戊基多元醇辛癸酸酯的制备工艺，其特征在于所述新戊基多元醇是新戊二醇，所述新戊二醇与辛癸酸酯的摩尔比为1∶2.1～2.2。
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