CN108822289A - 复合催化剂及其应用和制备水溶性脂肪酸酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了复合催化剂及其应用和制备水溶性脂肪酸酯的方法。复合催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的组合。制备水溶性脂肪酸酯的方法，将脂肪酸和醇进行酯化反应，再加入复合催化剂控制酯化产物的分子量分布，最后加入链转移剂并加入环氧乙烷和环氧丙烷进行嵌段和链增长反应。本发明中复合催化剂能够调节酯化产物的分子量分布，使得酯化产物的分子量分布均匀。本发明制备得到的水溶性脂肪酸酯，具有适当的亲水性，且其分子量分布均一，分子量稳定具有强乳化力。
Description
技术领域
本发明涉及酯化反应领域，具体涉及复合催化剂及其应用和制备水溶性脂肪酸酯的方法。
背景技术
表面活性剂因其能显著降低物质界面张力而广泛应用于纺织、皮革、日化、农业、油田等各个领域。表面活性剂用量虽小，但作用很大，主要分为阴离子类型、非离子类型、阳离子类型和两性类型表面活性剂。
非离子表面活性剂的乳化能力较高，且具有优异的润湿和洗涤功能，有一定的耐硬水能力又可与其他离子型表面活性剂共同使用，是净化剂、乳化剂配方中不可或缺的成分。非离子表面活性剂的基础物大多具有亲油属性，特别是多元醇酯类其亲油基很强，亲水基为残余羟基，因此亲油属性强的表面活性剂大都不溶于水或亲水性很差，而应用非离子表面活性剂的领域又多是油水同时存在的情况，如何使得表面活性剂具有适当的亲水性就显得非常重要。除此之外，乳化力是衡量表面活性剂性能优劣的一个指标，非离子表面活性剂的分子量分布会对乳化力产生影响，因此如何获得较强的乳化力和亲水性是亲油属性强的非离子表面活性剂需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供复合催化剂，能够使得酯化反应产物的分子量分布更为均一，产物的乳化力更强。本发明还提供了制备水溶性脂肪酸酯的方法，该方法通过酯化反应、嵌段和链增长反应能够在脂肪酸酯结构上引入聚乙二醇和聚丙二醇的亲水基团，并且制得分子量分布更为均一、乳化力更强的产品。以解决现有亲油属性强的非离子表面活性剂不溶于水或亲水性极差、分子量分布不均一而导致乳化力不强的缺点。还公开了复合催化剂的应用。
本发明通过下述技术方案实现：
复合催化剂，为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的组合。
以重量计，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的比例为0.5～1:1.0～3:0.1～0.8。
以重量计，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的比例为1:2.5:0.5。
如前所述的酯化反应的催化剂在酯化反应中控制分子量分布的应用。
如前所述的应用，在于催化剂用于参与制备水溶性酯类系列的反应。
制备水溶性脂肪酸酯的方法，将脂肪酸和醇进行酯化反应，再加入复合催化剂控制酯化产物的分子量分布，最后加入链转移剂并加入环氧乙烷和环氧丙烷进行嵌段和链增长反应。
发明人单独的环氧乙烷或者环氧丙烷虽可以生成水溶性脂肪酸酯，但其乳化力的波动比较大亦不太理想。
加入复合催化剂时需对反应进行降温处理。降温的速度越快越好，降温的速度最好控制在30分钟以内，以防止颜色变深，降温速度越慢，产品颜色越深。
加入复合催化剂的重量范围为总反应物原料的0.5‰～1‰。复合催化剂的加入量会影响到酯化产物的分子量分布，进而影响到酯化产物的乳化力。在此范围内的加入量，会使得酯化产物的分子量分布更为均匀。
脂肪酸为辛酸、葵酸、月桂酸、椰子油酸、棕榈酸、油酸、硬脂酸中的一种或两种以上。
醇为二元醇或三元醇。
链转移剂为十二醇、十四醇、十六醇或十八醇。链转移剂能够控制分子量的稳定，也就是链转移剂的作用是使得水溶性脂肪酸酯的分子量分布均一，分子量稳定，最终获得具有一定水溶性和强乳化力的水溶性脂肪酸酯。
本发明制备水溶性脂肪酸酯中酯化反应部分和现有的酯化反应不同，现有酯化反应常常需要除去生成的水分使得反应朝向右移，而本发明中酯化反应无需除去产物水，而采用复合催化剂控制酯化产物的分子量分布和反应时间，使得分子量分布均匀、反应时间不会过长，最终获得所需的酯化产物。复合催化剂中的Li、Na、K的外层电子因不在同一个轨道上，故其电子的得失之难易不同，所以在碱溶液中的电离难易也不同，从而催化的快慢也不同，分子量及分子量分布也不同，从而影响到乳化力。本发明采用复合催化剂能够利用反应过程中的电离难易程度进而控制反应产物的分子量和分子量分布，使其分子量稳定和分子量分布均一，乳化力强。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明中复合催化剂能够调节酯化产物的分子量分布，使得酯化产物的分子量分布均匀。
2、本发明制备得到的水溶性脂肪酸酯，其具有适当的亲水性，且其分子量分布均一，分子量稳定且具有强乳化力。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
将1～1.1摩尔重量的辛酸加热至液态，抽入反应釜，开动搅拌，加热至110℃；
将1～1.1摩尔重量的甘油抽入反应釜，加入催化剂KOH，继续加热至160℃～185℃，真空度在-0.08mpa～-0.09mpa范围，反应酯化3小时；
然后快速降温至120℃～140℃，加入复合催化剂，氢氧化钠/氢氧化钾/氢氧化锂＝0.5:1.0:0.8，添加量为总反应物的0.5‰，用泵将反应料压入反应器，通入5～10摩尔雾化环氧乙烷及3mol-5mol的环氧丙烷和需要量的链转移剂0.5mol-3mol十六醇，进行嵌段反应及链增长反应。此中快速降温是：在半小时内降至需求的温度。
待反应物反应完，反应完全的条件是反应器内真空又恢复到原始真空及-0.09Mpa。完全降温后出料，熔点高于50℃的需要在冷冻切片机上刮片成型。
实施例2
将1～1.1摩尔重量的葵酸加热至液态，抽入反应釜，开动搅拌，加热至110℃；
将1～1.1摩尔重量的甘油抽入反应釜，加入催化剂KOH,继续加热至160℃～185℃，真空度在-0.08mpa～-0.09mpa范围，反应酯化3小时；
然后快速降温至120℃～140℃，加入复合催化剂，氢氧化钠/氢氧化钾/氢氧化锂＝0.8:2.0:0.5，添加量为总反应物的0.63‰，用泵将反应料压入反应器，通入5～10摩尔雾化环氧乙烷及3mol-5mol的环氧丙烷和需要量的链转移剂0.5mol-3mol十六醇，进行嵌段反应及链增长反应。
待反应物反应完，反应完全的条件是反应器内真空又恢复到原始真空及-0.09Mpa。完全降温后出料，熔点高于50℃的需要在冷冻切片机上刮片成型。
实施例3
将1～1.1摩尔重量的辛酸、葵酸加热至液态，抽入反应釜，开动搅拌，加热至110℃；
将1～1.1摩尔重量的甘油抽入反应釜，加入催化剂KOH，继续加热至160℃～185℃，真空度在-0.08mpa～-0.09mpa范围，反应酯化3小时；
然后快速降温至120℃～140℃，加入复合催化剂，氢氧化钠/氢氧化钾/氢氧化锂＝1:3:0.1，添加量为总反应物的0.54‰，用泵将反应料压入反应器，通入5～10摩尔雾化环氧乙烷及3mol-5mol的环氧丙烷和需要量的链转移剂0.5mol-3mol十六醇，进行嵌段反应及链增长反应。
待反应物反应完，反应完全的条件是反应器内真空又恢复到原始真空及-0.09Mpa。完全降温后出料，熔点高于50℃的需要在冷冻切片机上刮片成型。
实施例4
将1～1.1摩尔重量的月桂酸加热至液态，抽入反应釜，开动搅拌，加热至110℃；
将1～1.1摩尔重量的甘油抽入反应釜，加入催化剂KOH，继续加热至160℃～185℃，真空度在-0.08mpa～-0.09mpa范围，反应酯化3小时；
然后快速降温至120℃～140℃，加入复合催化剂，氢氧化钠/氢氧化钾/氢氧化锂＝1:2.0:0.6，添加量为总反应物的1‰，用泵将反应料压入反应器，通入5～10摩尔雾化环氧乙烷及3mol-5mol的环氧丙烷和需要量的链转移剂0.5mol-3mol十六醇，进行嵌段反应及链增长反应。
待反应物反应完，反应完全的条件是反应器内真空又恢复到原始真空及-0.09Mpa。完全降温后出料，熔点高于50℃的需要在冷冻切片机上刮片成型。
实施例5
将1～1.1摩尔重量的棕榈酸加热至液态，抽入反应釜，开动搅拌，加热至110℃；
将1～1.1摩尔重量的甘油抽入反应釜，加入催化剂KOH,继续加热至160℃～185℃，真空度在-0.08mpa～-0.09mpa范围，反应酯化3小时；
然后快速降温至120℃～140℃，加入复合催化剂，氢氧化钠/氢氧化钾/氢氧化锂＝1:2.5:0.5，添加量最佳值为总反应物的0.80‰，用泵将反应料压入反应器，通入5～10摩尔雾化环氧乙烷及3mol-5mol的环氧丙烷和需要量的链转移剂十八醇0.5mol-3mol，进行嵌段反应及链增长反应。
待反应物反应完，反应完全的条件是反应器内真空又恢复到原始真空及-0.09Mpa。完全降温后出料，熔点高于50℃的需要在冷冻切片机上刮片成型。
实施例6
和实施例1类似，区别在于：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的比例为3:1:1。
实施例7
和实施例1类似，区别在于：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的比例为1:1:3。
实施例8
和实施例1类似，区别在于：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的比例为1:4:1。
对比例1
以实施例1为参比对象，实施方法的区别只在于：不用降温也不用加入复合催化剂，其他参数均和实施例1相同。
对比例2
以实施例1为参比对象，实施方法的区别只在于：复合催化剂为加入同量的氢氧化钠，其他参数均和实施例1相同。
(注：粘度值越大，说明分子量分布越均一)
从以上表格可以看出，复合催化剂能够使得最终产物的分子量分布更加均匀，本发明的水溶性脂肪酸酯的制备方法能够使得多元醇脂肪酯具有适当的亲水性的同时分子量分布均一且稳定，具有较强的乳化力。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.复合催化剂，其特征在于，为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的组合。
2.根据权利要求1所述的复合催化剂，其特征在于，以重量计，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的比例为0.5～1:1.0～3:0.1～0.8。
3.根据权利要求1所述的复合催化剂，其特征在于，以重量计，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂的比例为1:2.5:0.5。
4.如权利要求1或2所述的催化剂在酯化反应中控制分子量分布的应用。
5.制备水溶性脂肪酸酯的方法，其特征在于，将脂肪酸和醇进行酯化反应，再加入复合催化剂控制酯化产物的分子量分布，最后加入链转移剂并加入环氧乙烷和环氧丙烷进行嵌段和链增长反应。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，加入复合催化剂时需对反应进行降温处理。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，加入复合催化剂的重量范围为总反应物原料的0.5‰～1‰。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，脂肪酸为辛酸、葵酸、月桂酸、椰子油酸、棕榈酸、油酸、硬脂酸中的一种或两种以上。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，醇为二元醇或三元醇。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，链转移剂为十二醇、十四醇、十六醇或十八醇。
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