CN105218364B - 一种脂肪酸异丙酯的合成方法及其在特种油中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脂肪酸异丙酯的合成方法及其在特种油中的应用，其特征在于：是以有机酸和异丙醇为原料，在催化剂的催化作用下，85℃～95℃条件下常压反应3～5小时，即得脂肪酸异丙酯；所述催化剂为N‑烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂。本发明通过选择N‑烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂合成脂肪酸异丙酯，具有反应温度低，催化剂添加量少，不引入新的带水剂，反应时间短，酯化率高等特点，生产的产品酸值小。

Description

一种脂肪酸异丙酯的合成方法及其在特种油中的应用
技术领域
本发明涉及化工领域，具体地说是一种脂肪酸异丙酯的合成方法及在特种油中的应用。
背景技术
脂肪酸异丙酯，它具有合成酯类的优良抗磨性能、良好的低温特性、高温稳定性、低挥发性，因而能满足较高的润滑要求；此外它还具有抗静电性，使头发梳理性好、爽滑，有利于保护损伤性头发。将脂肪酸异丙酯用于化妆品中作膏、霜、蜜的油性成分，可使填料及色素分散效果更好，是优良的油性溶剂，尤其适合在特种油行业中的应用。
脂肪酸异丙酯具有润滑性能优、粘度指数高、生物降解率高、毒性低等特性，是一种绿色润滑油，其作为油性剂在冷轧薄板轧制油、钢管拉拔油、切削油及其它金属加工液中广泛使用，脂肪酸异丙酯也可作为纺织皮革助剂的中间体和纺织油剂。
现有脂肪酸异丙酯的合成方法主要有直接酯化法与酯交换法，这些方法多使用质子酸、金属氧化物、无机盐催化剂等，合成法反应主要使用带水剂，而且存在反应时间长、转化率低、产品质量差、设备腐蚀严重、反应后处理困难、废酸污染严重等问题。
工业上，脂肪酸异丙酯的生产方法主要是异丙醇与脂肪酸进行直接酯化。这是一可逆反应，由于反应生成的水能与异丙醇形成共沸，在蒸出水的同时异丙醇也被蒸出，在反应期间中异丙醇与脂肪酸的摩尔比在不断地减少，不利于酯化反应的进行。这也是反应中酸价一直降不下来的原因，为此应设法使水分尽量多地蒸出，而尽可能少地带出异丙醇，提高酯化率。通过引入带水剂，使酯化反应生成的水与引入的带水剂、异丙醇一起形成恒沸，被大量带出，就能相应的减少所带出的异丙醇的量。但目前文献报道中使用的带水剂一般为环己烷、苯、甲苯，毒性较高，对脂肪酸异丙酯在化妆品中的应用并不适合。此外，目前在脂肪酸异丙酯生产中多以硫酸作催化剂，设备腐蚀严重，酯化率不高，产品后处理复杂。
发明内容
本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种脂肪酸异丙酯的合成方法及在特种油中的应用。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明脂肪酸异丙酯的合成方法，其特点在于：是以有机酸和异丙醇为原料，在催化剂的催化作用下，85℃～95℃条件下常压反应3～5小时，即得脂肪酸异丙酯；所述催化剂为N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂。
具体的是，设置如图1所示的反应装置和分馏装置，将有机酸、异丙醇及催化剂加入反应装置中，加热至85℃～95℃反应，反应过程中生成的水与异丙醇形成共沸，进入分馏装置，根据异丙醇的沸点低于水的原理，通过分馏装置把异丙醇分馏回到反应装置中继续作为原料参加反应，反应进行3～5小时结束，即得脂肪酸异丙酯。
所述有机酸选自油酸、月桂酸、辛酸、硬脂酸和棕榈酸中的任意一种。
所述有机酸和异丙醇的摩尔比为1：3～10；所述催化剂的添加量为原料质量的0.15％-0.35％。
由于脂肪酸异丙酯的合成反应生成的水需要被蒸出，才能有利于反应的进行，本发明的上述合成方法不引入新的带水剂，是直接以原料异丙醇为带水剂，通过反应装置把反应物中的产物水带到分流装置中，然后根据异丙醇的沸点低与水的原理，在分馏塔中把异丙醇通过分流装置经冷凝管回到反应装置中，异丙醇又可以作为原料参加反应，保证了异丙醇具有足够的量参加反应，同时又可以把反应物中的产物水带到分流装置中，这样循环利用，有利于降低成本，异丙醇即作为反应原料又可以作为带水剂，反应生成的水被异丙醇不断带走，提高酯化效率；多余的异丙醇可以回收利用。
反应后整个反应液是终产品,不需要分离纯化等后处理,催化剂可以在产品中，产品酸值已经很小，催化剂和产品中少量游离酸在特油体系中不会产生影响。
本发明进一步公开了按上述合成方法所合成的脂肪酸异丙酯及其在特种油中的应用。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过选择N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂合成脂肪酸异丙酯，具有反应温度低，催化剂添加量少，不引入新的带水剂，反应时间短，酯化率高等特点，生产的产品酸值小。
2、本发明所合成的脂肪酸异丙酯具有生物降解性，同时具有毒性低和润滑功能。
3、本发明在特种油中用脂肪酸异丙酯代替部分润滑剂，可以提高特种油的使用寿命。
附图说明
图1为本发明脂肪酸异丙酯的合成装置的示意图。
具体实施方式
本发明实施例所用N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂购买自合肥绿酯金属保护材料有限公司。
本发明有机酸选择油酸、月桂酸、辛酸、硬脂酸和棕榈酸等，通过正交化试验研究异丙醇与有机酸的不同反应摩尔比，催化剂添加量、反应时间、反应温度对酯化程度的影响，如下表(酸值越低，酯化度越高)：
表1、油酸和异丙醇的不同摩尔比试验
从表1油酸和异丙醇的不同摩尔比试验结果可知，当催化剂添加量为0.35％、反应温度为90℃、在常压下反应4个小时、醇/酸摩尔比1：10时，酸值为3.1mgKOH/g的相对较好。
表2、油酸和异丙醇的正交化试验
由表2可知，当有机酸和异丙醇的反应摩尔比为1：10、催化剂添加量为0.25％，反应温度为90℃、在常压下反应4个小时，酸值为1.2mgKOH/g，酯化度最高；当异丙醇和有机酸的反应摩尔比为1：10、催化剂添加量为原料的0.35％，反应温度85℃，在常压下反应3个小时，酸值为1.8mgKOH/g,酯化度次之；当异丙醇和有机酸的反应摩尔比为1：10、催化剂添加量为0.35％、反应温度为95℃、在常压下反应5个小时，酸值为2.6mgKOH/g。
根据油酸和异丙醇的正交试验结果，本发明又利用辛酸、硬脂酸、月桂酸和棕榈酸进行了反应，结果如下表：
表3、辛酸和异丙醇的反应
催化剂 时间 温度 酸/醇摩尔比 反应后酸值
％ h ℃ mgkOH/g
① 0.25 4 90 1：10 2.2
表4、月桂酸和异丙醇的反应
表5、硬脂酸和异丙醇的反应
表6、棕榈酸和异丙醇的反应
通过表2-6，可以看出在同等条件下，五种有机酸都可以和异丙醇进行酯化反应。
实施例1
称取600g异丙醇和282g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入1.023gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为90℃，反应3小时，即得最终产品，酸值为11.2mgKOH/g。
实施例2
称取600g异丙醇和282g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入1.023gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为95℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为10.9mgKOH/g。
实施例3
称取600g异丙醇和282g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入1.023gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为95℃，反应5小时，即得最终产品，酸值为6.0mgKOH/g。
实施例4
称取600g异丙醇和282g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入1.705gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为95℃，反应3小时，即得最终产品，酸值为9.7mgKOH/g。
实施例5
称取600g异丙醇和282g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入1.705gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为90℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为1.2mgKOH/g。
实施例6
称取600g异丙醇和282g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入1.705gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为85℃，反应5小时，即得最终产品，酸值为6.2mgKOH/g。
实施例7
称取600g异丙醇和282g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.387gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为85℃，反应3小时，即得最终产品，酸值为1.8mgKOH/g。
实施例8
称取600g异丙醇和282g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.387gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为90℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为3.1mgKOH/g。
实施例9
称取600g异丙醇和282g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.387gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为95℃，反应5小时，即得最终产品，酸值为2.6mgKOH/g。
实施例10
称取600g异丙醇和144g辛酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入1.860gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为90℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为2.2mgKOH/g。
实施例11
称取600g异丙醇和200g月桂酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.000gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为90℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为2.6mgKOH/g。
实施例12
称取600g异丙醇和284g硬脂酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.21gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为90℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为3.3mgKOH/g。
实施例13
称取600g异丙醇和256g棕榈酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.140gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为90℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为3.2mgKOH/g。
实施例14
称取3g妥尔油加入烧杯中，再加入6g的N-甲基二乙醇胺、3g的超酰胺和5g(实施例5)脂肪酸异丙酯，边加热边搅拌,升温至50℃，搅拌均匀后加入15g石油磺酸钠、5g硼酸酯、1g山梨醇酐单油酸酯S-80、40g 32#锭子油，搅拌均匀，最后边搅拌边加入22g水，最后得到黄色透明的切削液，所得切削液PB值为650N，5％铸铁屑/滤纸法防锈性0级，5％pH值9.2。
实施例15
称取2g妥尔油加入烧杯中，再加入6g的N-甲基二乙醇胺、8g的超酰胺和4g(实施例5)脂肪酸异丙酯，边加热边搅拌，升温至50℃，搅拌均匀后加入12g重苯基石油磺酸钠、2g乙二醇单丁醚、2g硼酸酯、1g山梨醇酐单油酸酯S-80、20g 32#锭子油，搅拌均匀，最后边搅拌边加入43g水，最后得到黄色透明的切削液，所得切削液PB值为646N，5％铸铁屑/滤纸法防锈性0级，5％pH值9.5。

Claims (3)

1.一种脂肪酸异丙酯的合成方法，其特征在于：是以有机酸和异丙醇为原料，在催化剂的催化作用下，85℃～95℃条件下常压反应3～5小时，即得脂肪酸异丙酯；所述催化剂为N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂；
具体是按如下方法进行：设置反应装置和分馏装置，将有机酸、异丙醇及催化剂加入反应装置中，加热至85℃～95℃反应，反应过程中生成的水与异丙醇形成共沸，进入分馏装置，根据异丙醇的沸点低于水的原理，通过分馏装置把异丙醇分馏回到反应装置中继续作为原料参加反应，反应进行3～5小时结束，即得脂肪酸异丙酯。
2.根据权利要求1所述的脂肪酸异丙酯的合成方法，其特征在于：所述有机酸选自油酸、月桂酸、辛酸、硬脂酸和棕榈酸中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的脂肪酸异丙酯的合成方法，其特征在于：所述有机酸和异丙醇的摩尔比为1：3～10；所述催化剂的添加量为原料质量的0.15％-0.35％。
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