CN106565483B - 一种两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法 - Google Patents

一种两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法。目的是提供的方法所合成的低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯具有高质量、高收率、低成本的特点。技术方案是：一种两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法，依序包括以下步骤：(1)将甘油、催化剂加入反应器中，接着进行搅拌、真空、加热，真空升温，使催化剂完全溶解于甘油中；(2)关闭真空，加入氢化油进行反应，通入氮气，保持氮气压力，继续加热升温反应；(3)关闭加热开始降温，降温的同时缓慢加入剩余的氢化油，控制降温速度及氢化油加入速度；降温后，保温，反应结束，冷却得到产品。

Description

一种两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法
技术领域
本发明涉及精细化工领域，具体是一种两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法。
背景技术
单、双硬脂酸甘油酯是单硬脂酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯和少量油脂的混合物，为白色蜡样固体，不溶于水，热溶于油脂、石蜡、乙醇、氯仿、丙酮、乙醚等溶剂，是一种多元醇型非离子型表面活性剂；它既有亲水基又有亲油基，亲水亲油平衡值(简称HLB值)为3.6～4.2，是食品、塑料、日用化工、纺织、医药行业中应用最广泛、用量最大的一种添加剂；可作为食品、化妆品及医药膏剂的乳化剂，塑料的润滑剂、抗静电剂，还可作为消泡剂、分散剂、增稠剂、湿润剂等。
目前工业上制备单、双硬脂酸甘油酯通常有以下几种方法：
1、直接酯化法
硬脂酸和甘油在酸或碱催化作用下直接发生酯化反应，得到单硬脂酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯、甘油和油脂的混合物。一般的酯化工艺是：硬脂酸与甘油的摩尔比为1：1～1：1.5，用对甲苯磺酸、氢氧化钠、氢氧化钙等作为催化剂，反应温度为180～200℃，反应时间为2.5～3h，反应过程中通入氮气来防止油脂的氧化，同时不断的除去所生成的水。
2、甘油醇解法(酯交换法)
甘油与油脂或硬脂酸甲酯在碱性催化作用下进行酯交换分配，生成单硬脂酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯、油脂和甘油的混合物。有油脂甘油醇解法和甲酯甘油醇解法两种。油脂甘油醇解法是制备单、双硬脂酸甘油酯最重要的工业方法，在油脂醇解反应中，脂肪酰基在油脂分子和加入的游离甘油分子之间重新排列，生成单甘酯和二甘酯。通常的反应条件是：甘油和油脂在碱催化剂如氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠作用下，在180～250℃下反应2～4h，反应中通入氮气以防止产物色泽过深。甲酯甘油醇解法则是将硬脂酸甲酯和甘油以l：2～1：10的投料比，加入氢氧化钾等碱作为催化剂，在200℃左右反应0.5h，排除反应生成的甲醇得到单、双硬脂酸甘油酯。
以上两种方法得到的单、双硬脂酸甘油酯游离甘油通常在5～7％左右。游离甘油的存在使产品纯度降低，性能变差，应用受到限制。特别是作为塑料助剂对塑料的加工和成品都产生较大的影响，因此要求游离甘油含量越低越好。
低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯可以通过水洗法、酸分离法、分子蒸馏等方法制备，其工艺与特点比较见表一。
表一 低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯制备方法比较
上述几种工艺均不同程度存在缺点，目前基本上用分子蒸馏高纯度单硬脂酸甘油酯代替低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯使用，不仅加大了使用成本，而且使用效果也受到影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有产品游离甘油含量偏高，提供一种高质量、高收率、低成本的低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的合成新方法。
本发明是油脂与甘油在催化剂作用下进行两步酯交换反应，通过以下技术方案实现：
一种两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法，依序包括以下步骤：
(1)将甘油、催化剂加入带有加热、搅拌、真空、气体出入装置的反应器中，接着进行搅拌、真空、加热，升温至100～110℃，真空度0.08～0.1MPa，使催化剂完全溶解于甘油中；
(2)关闭真空，加入氢化油进行反应，通入氮气，氮气压力保持0.1～0.1MPa，继续加热升温至210℃～245℃，反应30～60min；
(3)关闭加热开始降温，降温的同时缓慢加入剩余的氢化油，控制降温速度及氢化油加入速度；降温至150～170℃后，保温30～60min，反应结束，冷却得到产品。
所述氢化油为氢化棕榈油或/和氢化猪油。
所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、金属氧化物中的一种或二种以上任意比例的混合物。
所述氢化油、甘油、催化剂的重量比为820～850：150～180：0.8～1。
步骤(2)中所述氢化油与步骤(3)中所述氢化油的重量比为4～9：1。
步骤(3)中降温速度控制为1～3℃/min；剩余氢化油的加入为匀速加入，加入速度控制与降温速度一致，即降温结束同时正好剩余氢化油全部加完。
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点和优势：
1、本发明先将催化剂与甘油混合，使催化剂与甘油之间通过电子对的授受而配位，形成离子型活性中间体，使催化剂达到最佳催化效果；再加入氢化油后，中间体迅速与氢化油反应，反应速度大大加快，效率更高。
2、本发明所述步骤(2)高温反应结束后，降温过程中酯交换反应平衡逆向进行，使产品中游离甘油含量增加；再进行步骤(3)，在较低温度下继续反应，使酯交换反应更加完全，得到的单、双硬脂酸甘油酯游离甘油含量≤2％。
3、本发明在步骤(3)中控制降温速度，同时匀速加入氢化油，可以尽可能阻止酯化反应向逆反应方向进行，使单、双酯含量不发生变化，游离甘油的含量不升高。
4、本发明采用先高温再低温反应的方法，缩短了高温反应时间，使游离甘油含量明显下降，从而提高了产品质量，减少了消耗，降低了成本。
5、经过检测本发明所获产品的质量检测结果为：碘值(gI2/100g)≤1.0；酸值(mgKOH/g)≤2.0；游离甘油≤2.0％。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明。
实施例1
将甘油160g、氢氧化钠0.8g加入带有加热、搅拌、真空、气体出入装置的反应器中，开启搅拌、真空、加热，升温至100℃，真空度0.09MPa，使氢氧化钠完全溶解于甘油中。
关闭真空，加入650g氢化油进行反应，通入氮气并保持氮气压力0.08MPa；继续加热升温至240℃，反应30min；关闭加热开始降温，降温同时缓慢地匀速加入170g氢化油，控制降温速度3℃/min，降温结束同时正好170g氢化油全部加完。降温至160℃后，保温60min，反应结束，冷却得到产品。
实施例1 检验数据
项目 指标
游离甘油，％ 1.2
酸值，mgKOH/g 1.5
碘值，gI2/100g 0.8
实施例2
将甘油160g、氢氧化钠1g加入带有加热、搅拌、真空、气体出入装置的反应器中，开启搅拌、真空、加热，升温至100℃，真空度0.09MPa，使氢氧化钠完全溶解于甘油中。
关闭真空，加入660g氢化油进行反应，通入氮气并保持氮气压力0.08MPa；继续加热升温至235℃，反应40min；关闭加热开始降温，降温同时缓慢地匀速加入170g氢化油，控制降温速度3℃/min，降温结束同时正好170g氢化油全部加完。降温至150℃后，保温60min，反应结束，冷却得到产品。
实施例2 检验数据
项目 指标
游离甘油，％ 1.1
酸值，mgKOH/g 1.6
碘值，gI2/100g 0.8
实施例3
将甘油170g、氢氧化钠0.8g加入带有加热、搅拌、真空、气体出入装置的反应器中，开启搅拌、真空、加热，升温至100℃，真空度0.09MPa，使氢氧化钠完全溶解于甘油中。
关闭真空，加入650g氢化油进行反应，通入氮气并保持氮气压力0.08MPa；继续加热升温至230℃，反应60min；关闭加热开始降温，降温同时缓慢地匀速加入180g氢化油，控制降温速度3℃/min，降温结束同时正好180g氢化油全部加完。降温至160℃后，保温50min，反应结束，冷却得到产品。
实施例3 检验数据

Claims (5)

1.一种两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法，依序包括以下步骤：
(1)将甘油、催化剂加入带有加热、搅拌、真空、气体出入装置的反应器中，接着进行搅拌、真空、加热，升温至100～110℃，真空度0.08～0.1MPa，使催化剂完全溶解于甘油中；
(2)关闭真空，加入氢化油进行反应，通入氮气，氮气压力保持0.1MPa，继续加热升温至210℃～245℃，反应30～60min；
(3)关闭加热开始降温，降温同时缓慢加入剩余的氢化油，控制降温速度及氢化油加入速度；降温至150～170℃后，保温30～60min，反应结束，冷却得到产品；
步骤(3)中降温速度控制为1～3℃/min；剩余氢化油的加入为匀速加入，加入速度控制与降温速度一致，即降温结束同时正好剩余氢化油全部加完。
2.根据权利要求1所述的两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法，其特征在于：所述氢化油为氢化棕榈油或/和氢化猪油。
3.根据权利要求2所述的两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法，其特征在于：所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、金属氧化物中的一种或二种以上任意比例的混合物。
4.根据权利要求3所述的两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法，其特征在于：所述氢化油、甘油、催化剂的重量比为820～850：150～180：0.8～1。
5.根据权利要求4所述的两步法制备低游离甘油单、双硬脂酸甘油酯的方法，其特征在于：步骤(2)中所述氢化油与步骤(3)中所述氢化油的重量比为4～9：1。
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