CN104230706A - 一种季戊四醇油酸酯的制备方法 - Google Patents

一种季戊四醇油酸酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种季戊四醇油酸酯的制备方法，包括以下步骤：制备催化剂；再将油酸、季戊四醇、催化剂依次加入反应釜，油酸与季戊四醇的摩尔比为3.95-4.05∶1，催化剂添加量为物料总质量的0.75-0.85wt％，得到季戊四醇油酸酯初品；将季戊四醇油酸酯初品在温度210℃，真空度9Pa的条件下进行蒸馏，控制酸值在0.25mgKOH/g以下，得到季戊四醇油酸酯。本发明在无溶剂惰性气体体系中采用化学法催化油酸和季戊四醇酯化合成季戊四醇油酸酯，产品通过分子蒸馏进行分离纯化，具有反应速度快、操作简单、产品成本低的特点，在目前季戊四醇油酸酯的工业化生产上具有广泛的应用。

Description

一种季戊四醇油酸酯的制备方法
技术领域
本发明属于生物可降解润滑油基础油合成技术领域，具体是一种季戊四醇油酸酯的制备方法。
背景技术
季戊四醇油酸酯具有优异的润滑性能、粘度指数高、抗燃性好，生物降解率达90％以上，是68号合成酯型抗燃液压油理想的基础油；可用于调配要求环保的液压油、链锯油；作为油性剂在金属加工液中广泛使用。季戊四醇油酸酯传统的合成方法是采用浓硫酸，在高温下进行酯化得到，由于硫酸严重的腐蚀设备，产生的废液影响环境。现提供一种新的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于现有技术缺陷，提供一种季戊四醇油酸酯的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种季戊四醇油酸酯的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)催化剂的制备：将丙烯磺酸钠和苯乙烯按摩尔比为1∶1.45加入烧瓶中，加入十二烷基磺酸钠进行乳化，加温至80-90℃进行聚合反应，再加入过硫酸钾，反应3.5小时，停止反应，冷却至室温，加入盐酸酸化后，抽滤、洗涤，在98-102℃的烘箱中干燥至恒重；
(2)将油酸、季戊四醇、催化剂依次加入反应釜，油酸与季戊四醇的摩尔比为3.95-4.05∶1，催化剂添加量为物料总质量的0.75-0.85wt％，在搅拌、通氮气的条件下，反应温度为230-235℃，反应时间8-8.5h，料液pH为8-9，冷却至70℃得季戊四醇油酸酯初品；
(3)将季戊四醇油酸酯初品在温度210℃，真空度9Pa的条件下进行蒸馏，控制酸值在0.25mgKOH/g以下，得到季戊四醇油酸酯。
优选地，所述十二烷基磺酸钠的加入量为丙烯磺酸钠和苯乙烯总重量的2-3％，过硫酸钾的加入量为丙烯磺酸钠和苯乙烯总重量的0.65％，盐酸的加入量为丙烯磺酸钠和苯乙烯总重量的1-3％。
步骤(2)料温先由蒸汽升至160℃，再开启导热油泵加温，开启前，导热油可以先加热到290℃；料温达到200℃，开启物料循环油泵；料温达到235℃，导热油停止加温，导热油温保持255-260℃。
优选地，所述步骤(2)的搅拌速率为80r/min。
优选地，所述步骤(2)中油酸与季戊四醇的摩尔比为4∶1，催化剂添加量为物料总质量的0.8wt％。
1、反应温度对反应过程中酯化度的影响
选择油酸、季戊四醇摩尔比为4.0∶1，催化剂添加量为物料总质量的0.8wt％，搅拌速率80r/min，反应时间8hr。
随着反应温度的逐渐升高，酯化度逐渐增加并在230℃基本达到平衡，240℃和250℃下酯化度增加幅度不大，同时高温下对产品的质量也有不利的影响。因此从节能减耗和产品质量考虑，选择230℃作为最佳反应温度。
2、催化剂添加量对反应过程中酯化度的影响
选择反应温度230℃，油酸、季戊四醇摩尔比为4.0∶1，搅拌速率80r/min，反应时间8hr。
随着催化剂添加量的逐渐增加，酯化度迅速增加并在0.8wt％达到平衡，而之后酯化度开始出现下降的趋势。这是由于过高的催化剂添加量会降低反应体系传质效率进而影响酯化过程。从节约成本和工业化生产考虑，在催化剂添加量为0.8wt％时，可以获得较高的酯化度。
3、搅拌速率、物料循环泵对反应过程中酯化度的影响
选择反应温度为230℃，催化剂添加量为物料总质量的0.8wt％，反应时间8hr。
惰性气体除了起到提高产品质量和携水作用外，还能起到一定的搅拌作用，但是对于非均相反应体系则需要更高的搅拌速率，搅拌速率的大小对于非均相体系的传质效果具有重要的影响。搅拌速率低，底物分子之间以及底物分子和催化剂分子之间不能充分有效的接触，从而造成反应速率的降低；搅拌速率高，会造成催化剂分子固载化物质的脱落，进一步造成催化剂的失活。本工艺增加了物料循环装置，起到充分混合和携水的作用加快反应速度，并降低了反应温度，同时也降低了搅拌速率，搅拌速率为80r/min时可以获得理想的酯化度。
4、产品的分离纯化
采用分子蒸馏技术对反应产品进行分离纯化，在蒸馏温度210℃，系统真空度9Pa的条件下，得到酸值为0.25mgKOH/g的季戊四醇油酸酯产品。
5、产品的理化指标分析
表3-1产品理化指标分析
由产品理化指标分析可知：产品的各项指标均达到国外产品标准的要求，其中羟基值明显优于国外产品指标要求，其次产品的酸值指标要明显低于国内产品的酸值水平(0.50-1.0之间)，大大减少产品对于设备的腐蚀，扩大了应用范围。
本发明的有益效果：本发明制备方法在无溶剂惰性气体体系中采用化学法催化油酸和季戊四醇酯化合成季戊四醇油酸酯，产品通过分子蒸馏进行分离纯化，具有反应速度快、操作简单、产品成本低的特点，在目前季戊四醇油酸酯的工业化生产上具有广泛的应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
制备催化剂：将丙烯磺酸钠和苯乙烯按摩尔比为1∶1.45加入烧瓶中，加入十二烷基磺酸钠进行乳化，加温至80℃进行聚合反应，再加入过硫酸钾，反应3.5小时，停止反应，冷却至室温，加入盐酸酸化后，抽滤、洗涤，在98℃的烘箱中干燥至恒重；
十二烷基磺酸钠、过硫酸钾、盐酸的加入量分别为丙烯磺酸钠和苯乙烯总重量的2％、0.65％、3％。
1、投料：将计量好的油酸、季戊四醇、催化剂依次加入反应釜中，油酸、季戊四醇摩尔比为4∶1，催化剂添加量为物料总质量的0.8wt％，搅拌速率80r/min。投料时，要先投油酸，油酸量误差不得大于2公斤。投醇时，一定要尽量倒干净，在投醇前，要将氮气打开，以免堵塞管道。
2、酯化：在搅拌、通氮气条件下，将温度升至230℃开始计时，酯化过程温度控制在232℃，反应时间8.2小时。直至料液酸值8-9之间。
3、冷却：反应结束后，冷却至70℃，计量装桶。
4、分离纯化：在蒸馏温度210℃，系统真空度9Pa的条件下，对酯化产品进行分离纯化，控制产品酸值在0.25mgKOH/g以下的季戊四醇油酸酯。
5、操作要点：
a、先用蒸汽将料温升至160℃，再开启导热油泵加温，开启前，导热油可以先加热到290℃。
b、当料温达200℃时，开物料循环油泵。
c、当料温达到235℃时，导热油要停止加温和泵送。此后，导热油温保持在255-260℃较合适。
d、氮气的使用，要先小后大，并要时刻关注瓶内氮气的压力，控制氮气大小，及时更换氮气。
实施例2
制备催化剂：将丙烯磺酸钠和苯乙烯按摩尔比为1∶1.45加入烧瓶中，加入十二烷基磺酸钠进行乳化，加温至90℃进行聚合反应，再加入过硫酸钾，反应3.5小时，停止反应，冷却至室温，加入盐酸酸化后，抽滤、洗涤，在100℃的烘箱中干燥至恒重；
十二烷基磺酸钠、过硫酸钾、盐酸的加入量分别为丙烯磺酸钠和苯乙烯总重量的3％、0.65％、2％。
1、投料：将计量好的油酸、季戊四醇、催化剂依次加入反应釜中，油酸、季戊四醇摩尔比为3.95∶1，催化剂添加量为物料总质量的0.75wt％，搅拌速率80r/min。投料时，要先投油酸，油酸量误差不得大于2公斤。投醇时，一定要尽量倒干净，在投醇前，要将氮气打开，以免堵塞管道。
2、酯化：在搅拌、通氮气条件下，将温度升至230℃开始计时，酯化过程温度控制在235℃，反应时间8.5小时。直至料液酸值8-9之间。
3、冷却：反应结束后，冷却至70℃，计量装桶。
4、分离纯化：在蒸馏温度210℃，系统真空度9Pa的条件下，对酯化产品进行分离纯化，控制产品酸值在0.25mgKOH/g以下的季戊四醇油酸酯。
5、操作要点：
a、先用蒸汽将料温升至160℃，再开启导热油泵加温，开启前，导热油可以先加热到290℃。
b、当料温达200℃时，开物料循环装置。
c、当料温达到235℃时，导热油要停止加温和泵送。此后，导热油温保持在255℃较合适。
d、氮气的使用，要先小后大，并要时刻关注瓶内氮气的压力，控制氮气大小，及时更换氮气。
实施例3
制备催化剂：将丙烯磺酸钠和苯乙烯按摩尔比为1∶1.45加入烧瓶中，加入十二烷基磺酸钠进行乳化，加温至85℃进行聚合反应，再加入过硫酸钾，反应3.5小时，停止反应，冷却至室温，加入盐酸酸化后，抽滤、洗涤，在102℃的烘箱中干燥至恒重；
十二烷基磺酸钠、过硫酸钾、盐酸的加入量分别为丙烯磺酸钠和苯乙烯总重量的2.5％、0.65％、1％。
1、投料：将计量好的油酸、季戊四醇、催化剂依次加入反应釜中，油酸、季戊四醇摩尔比为4.05∶1，催化剂添加量为物料总质量的0.85wt％，搅拌速率80r/min。投料时，要先投油酸，油酸量误差不得大于2公斤。投醇时，一定要尽量倒干净，在投醇前，要将氮气打开，以免堵塞管道。
2、酯化：在搅拌、通氮气条件下，将温度升至230℃开始计时，酯化过程温度控制在235℃，反应时间8小时。直至料液酸值8-9之间。
3、冷却：反应结束后，冷却至70℃，计量装桶。
4、分离纯化：在蒸馏温度210℃，系统真空度9Pa的条件下，对酯化产品进行分离纯化，控制产品酸值在0.25mgKOH/g以下的季戊四醇油酸酯。
5、操作要点：
a、先用蒸汽将料温升至160℃，再开启导热油泵加温，开启前，导热油可以先加热到290℃。
b、当料温达200℃时，开物料循环装置。
c、当料温达到235℃时，导热油要停止加温和泵送。此后，导热油温保持在260℃较合适。
d、氮气的使用，要先小后大，并要时刻关注瓶内氮气的压力，控制氮气大小，及时更换氮气。
本发明工艺优点为：
1、无溶剂反应体系的使用，确保产品的质量优良和提高产品的安全性能。
2、惰性气体辅助搅拌及脱水方式，惰性气体起到辅助搅拌作用的同时，还可以将酯化反应产生的水及时脱除，操作简单实用，将资源最大化利用，降低了溶剂共沸脱水方式所带来的潜在危险性，同时还能对产品起到很好的保护作用，避免高温下产品的氧化聚合等副反应，提高产品质量。
3、自制的高效催化剂，克服了传统催化剂用量多、反应选择性差、反应温度高以及循环利用效果差等缺点，产品质量明显提高，反应时间明显缩短。催化剂与产品可以轻松分离，回收利用效果良好，基本不残留，不产生废水、废液和废气等环境污染问题。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种季戊四醇油酸酯的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)催化剂的制备：将丙烯磺酸钠和苯乙烯按摩尔比为1∶1.45加入烧瓶中，加入十二烷基磺酸钠进行乳化，加温至80-90℃进行聚合反应，再加入过硫酸钾，反应3.5小时，停止反应，冷却至室温，加入盐酸酸化后，抽滤、洗涤，在98-102℃的烘箱中干燥至恒重；
(2)将油酸、季戊四醇、催化剂依次加入反应釜，油酸与季戊四醇的摩尔比为3.95-4.05∶1，催化剂添加量为物料总质量的0.75-0.85wt％，在搅拌速率为80r/min、通氮气、料液pH为8-9、反应温度为230-235℃的条件下，反应8-8.5h，冷却至70℃，得季戊四醇油酸酯初品；
(3)将季戊四醇油酸酯初品在温度210℃，真空度9Pa的条件下进行蒸馏，控制酸值在0.25mgKOH/g以下，得到季戊四醇油酸酯。
2.根据权利要求1所述季戊四醇油酸酯的制备方法，其特征在于，所述十二烷基磺酸钠的加入量为丙烯磺酸钠和苯乙烯总重量的2-3％，过硫酸钾的加入量为丙烯磺酸钠和苯乙烯总重量的0.65％，盐酸的加入量为丙烯磺酸钠和苯乙烯总重量的1-3％。
3.根据权利要求1所述季戊四醇油酸酯的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中油酸与季戊四醇的摩尔比为4∶1，催化剂添加量为物料总质量的0.8wt％。
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