CN103242558B - 一种柠檬酸酯增塑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柠檬酸酯增塑剂及制备方法，属塑料助剂领域。本发明所述的增塑剂为乙酰柠檬酸单甘油酯，具有如下结构：
Description
技术领域
本发明涉及塑料工业的一种添加剂或助剂，特别是一种环保无毒柠檬酸酯类增塑剂，主要用于食品包装塑料及医疗器械和儿童玩具，属于塑料助剂领域。
背景技术
柠檬酸酯类增塑剂安全无毒，是国内外塑料行业的首选环保型增塑剂之一，目前主要的品种有柠檬酸三丁酯（TBC）、乙酰基柠檬酸三丁酯（ATBC）、柠檬酸三乙酯(TEC)。虽然柠檬酸三丁酯（TBC）、乙酰基柠檬酸三丁酯（ATBC）、柠檬酸三乙酯(TEC)具有优良的增塑效果和良好的耐寒性、耐光性、耐水性、抗酶性，但是与邻苯二甲酸酯类增塑剂相比有易析出和迁移大等问题，其挥发性也比较大，从而影响了柠檬酸酯类增塑剂的使用范围。为满足市场需求的环保、无毒、功能更强的增塑剂，目前急需改善和提高现有柠檬酸酯类增塑剂的性能，开发新型柠檬酸酯增塑剂。
发明内容
本发明目的在于提供一种环保、无毒、功能更好的改性柠檬酸酯类增塑剂，另一目的在于提供其制备方法。
为实现本发明目的，本发明提供的增塑剂为乙酰柠檬酸单甘油酯，主要成份具有如下结构：
其中n=1-7，m=6-16
该乙酰柠檬酸单甘油酯是通过以下技术方案制备：
将柠檬酸、单甘酯和过量低碳醇加入反应釜中，在酸性催化剂下加热到110-150℃，在真空下或惰性气体保护下进行回流酯化反应，通过测定酸值控制反应终点。然后升温到140-180℃，真空下蒸出过量的低碳醇（可循环使用）。降温到50-60℃加入乙酸酐，在100-150℃进行乙酰化反应，反应完全后开真空将副产物乙酸蒸出。再经过中和、水洗、干燥精制过程，通过测定酸值、皂化值、羟值控制反应终点。
也可以通过以下步骤实现：反应釜中，柠檬酸先与单甘酯反应生成柠檬酸单甘酯，再加入过量低碳醇，在酸性催化剂下加热到110-150℃，在真空下或惰性气体保护下进行回流酯化反应，通过测定酸值控制反应终点。然后升温到140-180℃，真空下蒸出过量的低碳醇（可循环使用）。降温到50-60℃后加入乙酸酐，在100-150℃进行乙酰化反应，反应完全后开真空将副产物乙酸蒸出。再经过中和、水洗、干燥精制过程，通过测定酸值、皂化值、羟值控制反应终点。
所述的低碳醇为乙醇、丁醇、正已醇、正辛醇。
所述的单甘酯为单辛酸酸甘油酯、单癸酸甘油酯、单椰子油酸甘油酯、单月桂酸甘油酯、单棕榈酸甘油酯、单硬脂酸甘油酯、单油酸甘油酯、单氢化蓖麻油酸甘油酯。
所述催化剂为对甲苯磺酸、硫酸、磷酸、乙酸。
所述的低碳醇与柠檬酸的摩尔比为：2-4：1
所述的乙醋酐与柠檬酸单甘酯的摩尔比为2-3：1 。
本发明与现有技术相比：由于本发明所述的增塑剂乙酰柠檬酸单甘酯中接入了甘油脂肪酸酯长链结构，与传统柠檬酸酯增塑剂（TBC、ATBC、TEC)相比，在满足环保无毒的前提下，解决了易析出和迁移大等问题，使加工性能和产品性能得到极大的提高，扩大了该类产品的应用范围。该制备方法简单可行、便于工业化生产，转化率可达到 90 %以上。
具体实施方式
为对本发明进行更好地说明，举实施例如下：原料均为市售品。
实施例1
将计量好的柠檬酸250Kg、单硬脂酸甘油酯455Kg和正丁醇370Kg加入反应釜中，加入对甲苯磺酸8.5Kg,常压加热到110-130℃，通过分水器进行回流酯化反应，5-6小时测定酸值小于5.0可停止反应。然后在真空下，升温至160-170℃，蒸出过量的正丁醇约180Kg（可循环使用）。降温到50-60℃后，加入乙酸酐270Kg，在100-125℃进行乙酰化反应，2-3小时反应完全后开真空将副产物乙酸蒸出。再经过中和、水洗、干燥等精制过程，通过测定酸值、皂化值、羟值等控制反应终点，达到要求后过滤、包装即可为成品乙酰化柠檬酸单硬脂酸甘油酯。转化率95.4%。
实施例2
反应釜中，将计量好的柠檬酸195Kg 先与单硬脂酸甘油酯350 Kg反应，生成柠檬酸单硬脂酸甘油酯，加入乙醇180Kg，搅拌下滴加硫酸5Kg,加热到110-120℃，进行回流酯化反应，8-9小时测定酸值小于3.0可停止反应。然后升温至170-180℃，蒸出过量的乙醇约90Kg（可循环使用）。降温到50-60℃后加入乙酸酐210Kg，在100-125℃进行乙酰化反应，2-3小时反应完全后开真空将副产物乙酸蒸出。再经过中和、水洗、干燥等精制过程，通过测定酸值、皂化值、羟值等控制反应终点，达到要求后过滤、包装即可为成品乙酰化柠檬酸单硬脂酸甘油酯。转化率93.5% 。
实施例3
将计量好的柠檬酸230Kg、单月桂酸甘油酯330Kg和正己醇310Kg加入反应釜中，加入对甲苯磺酸8Kg,真空下加热到140-150℃，通过分水器进行回流酯化反应，6-7小时测定酸值小于5.0可停止反应。然后在真空下，升温至140-150℃，蒸出过量的正己醇约120Kg（可循环使用）。降温到50-60℃后加入乙酸酐250Kg，在120-130℃进行乙酰化反应，2-3小时反应完全后开真空将副产物乙酸蒸出。再经过中和、水洗、干燥等精制过程，通过测定酸值、皂化值、羟值等控制反应终点，达到要求后过滤、包装即可为成品乙酰化柠檬酸单月桂酸甘油酯。转化率94.6% 。
实施例4
将计量好的柠檬酸200Kg、单辛酸甘油酯220Kg和正辛醇390Kg加入反应釜中，加入磷酸4.5Kg,真空下加热到140-150℃，通过分水器进行回流酯化反应，6-7小时测定酸值小于5.0可停止反应。然后在真空下，升温至140-150℃，蒸出过量的正辛醇约130Kg（可循环使用）。降温到50-60℃后加入乙酸酐210Kg，在130-150℃进行乙酰化反应，2-3小时反应完全后开真空将副产物乙酸蒸出。再经过中和、水洗、干燥等精制过程，通过测定酸值、皂化值、羟值等控制反应终点，达到要求后过滤、包装即可为成品乙酰化柠檬酸单辛酸甘油酯。转化率94.8%。
实施例5
反应釜中，将计量好的柠檬酸190Kg 先与单氢化蓖麻油酸甘油酯400Kg反应，生成柠檬酸单氢化蓖麻油酸甘油酯，然后加入乙醇140Kg，搅拌下滴加硫酸5Kg,加热到110-120℃，进行回流酯化反应，8-9小时测定酸值小于3.0可停止反应。然后然后升温至170-180℃，蒸出过量的乙醇约45Kg（可循环使用）。降温到50-60℃后加入乙酸酐300Kg，在140-150℃进行乙酰化反应，2-3小时反应完全后开真空将副产物乙酸蒸出。再经过中和、水洗、干燥等精制过程，通过测定酸值、皂化值、羟值等控制反应终点，达到要求后过滤、包装即可为成品乙酰化柠檬酸单蓖麻油酸甘油酯。转化率93.7%。
本发明合成的乙酰化甘油脂肪酸酯其理化指标如下：
将本发明柠檬酸酯类增塑剂用于食品包装塑料、医疗器械、儿童玩具，增塑剂不易析出、不易迁移，且环保无毒，满足食品级要求。应用对比例结果测定如下：以重量份计，
配方：PVC 100份，增塑剂 50份，Ca-Zn稳定剂 2.5份，硬脂酸 0.25份。
Claims (5)
1.柠檬酸酯增塑剂，其特征在于，该增塑剂主要成份具有如下结构：
其中n=1-7，m=6-16 。
2.制备如权利要求1所述的柠檬酸酯增塑剂的方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
将柠檬酸、单甘酯和过量低碳醇加入反应釜中，在酸性催化剂下加热到110-150℃，在真空下或惰性气体保护下进行回流酯化反应，通过测定酸值控制反应终点；然后升温到140-180℃，真空下蒸出过量的低碳醇；降温到50-60℃后加入乙酸酐，在100-150℃进行乙酰化反应，反应完全后开真空将副产物乙酸蒸出；再经过中和、水洗、干燥精制过程，通过测定酸值、皂化值、羟值控制反应终点；
所述的低碳醇为乙醇、丁醇、正已醇或正辛醇；
所述的单甘酯为单辛酸甘油酯、单癸酸甘油酯、单椰子油酸甘油酯、单月桂酸甘油酯、单棕榈酸甘油酯、单硬脂酸甘油酯、单油酸甘油酯或单氢化蓖麻油酸甘油酯；
所述酸性催化剂为对甲苯磺酸、硫酸、磷酸或乙酸。
3.制备如权利要求1所述的柠檬酸酯增塑剂的方法，其特征在于，
通过以下步骤实现：反应釜中，柠檬酸先与单甘酯反应生成柠檬酸单甘酯，再加入低碳醇，在酸性催化剂下加热到110-150℃，在真空下或惰性气体保护下进行回流酯化反应，通过测定酸值控制反应终点；然后升温到140-180℃，真空下蒸出过量的低碳醇；降温到50-60℃后加入乙酸酐在100-150℃进行乙酰化反应，反应完全后开真空将副产物乙酸蒸出；再经过中和、水洗、干燥精制过程，通过测定酸值、皂化值、羟值控制反应终点；
所述的低碳醇为乙醇、丁醇、正已醇或正辛醇；
所述的单甘酯为单辛酸酸甘油酯、单癸酸甘油酯、单椰子油酸甘油酯、单月桂酸甘油酯、单棕榈酸甘油酯、单硬脂酸甘油酯、单油酸甘油酯或单氢化蓖麻油酸甘油酯；
所述酸性催化剂为对甲苯磺酸、硫酸、磷酸或乙酸。
4.如权利要求2或3所述的制备柠檬酸酯增塑剂的方法，其特征在于，所述的低碳醇与柠檬酸的摩尔比为：2-4：1 。
5.如权利要求2或3所述的制备柠檬酸酯增塑剂的方法，其特征在于，所述的乙醋酐与柠檬酸单甘酯的摩尔比为2-3：1 。
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