CN110683948B - 一种肌醇脂肪酸酯及其制备方法及应用 - Google Patents

一种肌醇脂肪酸酯及其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种肌醇脂肪酸酯及其制备方法和应用，属于塑料加工领域，解决了现有技术中季戊四醇四硬脂酸酯不能满足工程塑料注塑加工性能、以及双季戊四醇六硬脂酸酯产量低、成本高的问题。本发明的肌醇脂肪酸酯如式I所示，其中R选自氢或硬脂酸的残基。本发明还公开了其制备方法：将肌醇与硬脂酸在催化剂作用下酯化反应制得。本发明的肌醇脂肪酸酯在制备塑料加工助剂中的应用。本发明的肌醇脂肪酸酯具有优异的内外润滑性，可以显著改善工程塑料的注塑加工性能。

Description

一种肌醇脂肪酸酯及其制备方法及应用
技术领域
本发明属于塑料加工领域，具体涉及一种肌醇脂肪酸酯及其制备方法及应用。
背景技术
热塑性塑料加工过程中，树脂高聚物在熔融之后通常具有较高的粘度，熔融的高聚物在通过浇口、狭缝等流道时，聚合物熔体必定要与加工机械表面产生摩擦，聚合物的高分子之间也有因相对运动产生的摩擦，这些摩擦使熔体流动受阻，同时严重的摩擦使塑料制品表面变得粗糙，缺乏光泽或出现流纹。为缓和或克服因此类摩擦导致的不利影响，需要加入降低界面黏阻性能的助剂——润滑剂。热塑性树脂中加入润滑剂可提高熔体流动性，降低注塑阻力或挤出机螺杆扭矩，延长加工设备使用寿命，减少加工能耗，提高生产效率；消除熔体破裂，减少加工机械模头积聚物，使得树脂更好地充模和脱模，改进制品表面的光泽性、润滑性，并显著提高制品的冲击强度和拉伸强度。
用于塑料加工的润滑剂，依作用机理可分为非极性或极性较低的外润滑剂和带有极性基团的内润滑剂。依化学结构分为烃类、脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸酯类、有机硅类等。依应用领域有防止吹塑薄膜粘连的滑爽剂，提高挤塑和注塑制品表面光泽和平滑度的光泽剂、平滑剂，降低挤塑和注塑压力、有利于脱模的脱模剂等等。
其中高级脂肪酸酯类润滑剂由于分子中含有多个极性酯基和多个非极性的长链烷基，兼具内润滑剂和外润滑剂的作用，同各种树脂有较好的相容性，同时该类润滑剂对设备和制品均不污染，与其他助剂协同效应好，适用范围广，是塑料加工较为理想的润滑剂，典型的品种为季戊四醇四硬脂酸酯和双季戊四醇六硬脂酸酯。
季戊四醇四硬脂酸酯的高温稳定性在高注塑温度的某些工程塑料领域不能满足应用需求，双季戊四醇六硬脂酸酯的原料双季戊四醇是以甲醛和乙醛为原料生产季戊四醇的副产物，产量低、成本高。
因此，提供一种新的化合物，不仅具有优异的内外润滑性，还能改善工程塑料的注塑加工性能，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种化合物，解决现有技术中季戊四醇四硬脂酸酯不能满足工程塑料注塑加工性能、以及双季戊四醇六硬脂酸酯产量低、成本高的问题。
本发明还提供了该化合物的制备方法。
本发明又提供了该化合物的应用。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所述的一种如式I所示的化合物：
Figure BDA0002240470970000021
其中R选自氢或硬脂酸的残基。
本发明所述的如式Ⅱ所示的化合物，
Figure BDA0002240470970000031
本发明所述的式Ⅱ化合物的制备方法，将肌醇、硬脂酸、催化剂加入溶剂中，加热进行酯化反应，生成肌醇六硬脂酸酯。
其反应式为：
Figure BDA0002240470970000032
本发明中肌醇六硬脂酸酯的制备工艺通过多元醇与硬脂酸在催化剂与带水剂存在下，加热至带水剂的沸点进行酯化反应，在反应过程中通过带水剂不断除去反应生成的水，促使反应进行完全。
本发明的技术方案中，所述催化剂选自锡、甲磺酸、对甲苯磺酸中的一种。
作为本发明的的一些实施例，所述的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1.将肌醇、硬脂酸、锡粉及溶剂加入到反应容器中，加热反应；
步骤2.反应过程中不断分出产生的水，直至无水生成，冷却；
步骤3.将冷却后的反应液中加入吸附剂，搅拌均匀，过滤，滤液回收溶剂后，冷却、粉碎、干燥，得到肌醇六硬脂酸酯。
本发明的实施例中，所述硬脂酸与肌醇的摩尔比大于等于6：1；优选为6：1。
由发明的反应式可知，硬脂酸与肌醇就按摩尔比比大于等于6：1时能保证肌醇的完全反应。优选为按6：1投料，即当量比1:1投料。
本发明的实施例中，所述锡粉质量是肌醇和硬脂酸质量的0.01％～1％。
本发明的实施例中，所述吸附剂选自活性白土。
本发明中，吸附剂用于吸附固体催化剂，从而使催化剂从反应液中分离出来。吸附剂除了本发明实施例中选用的活性白土外，还可选自活性炭、硅藻土、分子筛等具有吸附作用的固体吸附剂。
本发明所述的式I化合物在塑料加工助剂中的应用。
本发明所述的式Ⅱ化合物在塑料加工助剂中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明令人惊奇的发现，以工业生物技术低成本大规模生产的肌醇(环己六醇)，与硬脂酸合成的肌醇六硬脂酸酯，具有优异的内外润滑性，可以显著改善工程塑料的注塑加工性能。又因为肌醇和硬脂酸均是食品添加剂，安全性极佳。可广泛应用于食品、药品包装领域以其他通用塑料、工程塑料的成型加工领域。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
本实施例公开了本发明的式Ⅱ化合物肌醇六硬脂酸酯的制备方法，其反应式为
Figure BDA0002240470970000051
具体操作如下：
取肌醇30g、硬脂酸284g、锡粉1.6g、二甲苯60mL置于500mL三口烧瓶，反应装置配温度计、电磁搅拌、油浴、回流分水器。
加热至产生回流，不断分出产生的水，直至无水生成，而后冷却至无回流后，加入3g活性白土继续搅拌1小时后减压过滤，回收二甲苯后，冷却、粉碎、干燥，得到白色蜡状粉末状的肌醇六硬脂酸酯295g(收率＞99％)。
现有技术中，高级脂肪酸酯的工业制备工艺一般是由多元醇与高级脂肪酸在催化剂与带水剂存在下，加热至带水剂的沸点进行酯化反应，在反应过程中通过带水剂不断除去反应生成的水，促使反应进行完全。
本实施例中肌醇六硬脂酸酯的制备工艺通过肌醇与硬脂酸在催化剂锡与带水剂二甲苯存在下，加热至二甲苯的沸点进行酯化反应，在反应过程中通过二甲苯不断除去反应生成的水，促使反应进行完全。
实施例2
本实施例公开了采用不同的塑料加工助剂制备工程塑料，原料及设备来源为：
原料：双酚A型聚碳酸酯牌号：2805厂家：德国拜耳；
肌醇六硬脂酸酯：采用实施例1方法制得；
季戊四醇四硬脂酸酯：科宁LOXIOL P 861/3.5；
乙撑双硬脂酰胺：EBS；湖南长沙恒昌化工有限公司；
注塑机：中国海天HT100；
注塑温度：270(喷嘴)-275-280-280-240(后段)。
分别按表1中的配方制备工程塑料，制备方法具体为：分别按配方比例将称取的各原料于转速1000rpm的混料器中混合3分钟，然后将混合好的物料通过双螺杆挤出机在225℃～255℃、转数200转/分钟下挤出造粒得到粒料，将粒料110℃烘干3小时后，分别加入注塑机制备测试样品，其中螺旋流动长度按ASTM D-3123测定，此值越高代表塑料的熔体流动性越好；顶杆顶出力以未加润滑剂的样品为基准值100％，其余为基准值的百分比，此值越低表示脱模性越好；拉伸强度按GB/T1040.1-2006《塑料拉伸性能的测定》测定；热变形温度按GB/T1634.1《塑料负荷变形温度的测定》测定。
表1基本配方表
Figure BDA0002240470970000071
对按表1中的各个配方制备的工程塑料的性能进行考察，结果如表2所示。
表2性能对比表
Figure BDA0002240470970000072
由表2可知，从反映熔体流动性的螺旋流动长度数据表明，本发明的肌醇六硬脂酸酯与季戊四醇四硬脂酸酯、乙撑双硬脂酰胺等润滑剂一样，能显著提高工程塑料的熔体流动性，增加熔体流动性，有利于注塑薄壁和大型部件；
从反映脱模性的顶杆顶出力数据表明，本发明的肌醇六硬脂酸酯与季戊四醇四硬脂酸酯、乙撑双硬脂酰胺等润滑剂比较，具有更好的脱模性；
从反映工程塑料的耐热性和强度的热变形温度和拉伸强度的数据表明，由于本发明的肌醇六硬脂酸酯具有更大的分子量，与季戊四醇四硬脂酸酯、乙撑双硬脂酰胺等塑料加工助剂比较，具有更好的保持工程塑料本身性能的。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.如式Ⅱ所示的化合物在制备工程塑料加工助剂中的应用：
Figure FDA0002515296920000011
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