CN111790182A - 一种山嵛酸-硬脂酸-油酸的多元醇脂肪酸酯及消泡剂配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山嵛酸‑硬脂酸‑油酸的多元醇脂肪酸酯及其制备方法和消泡剂配方，所述通过山嵛酸、硬脂酸和油酸分段先后与多元醇进行酯化，得到山嵛酸‑硬脂酸‑油酸的脂肪酸酯，并基于该多元醇脂肪酸酯复配得到消泡剂配方，在30～55℃下宽温范围下均具有良好的消泡稳定性。

Description

一种山嵛酸-硬脂酸-油酸的多元醇脂肪酸酯及消泡剂配方

技术领域

本发明精细化工技术领域，尤其涉及脂肪醇消泡剂的配方技术。

背景技术

在脂肪醇消泡剂的组成中，除了高级脂肪醇、石蜡和乳化剂外，脂肪酸酯在配方中的应用，可以显著改善脂肪醇消泡剂乳液的稳定性和最终的应用性能，尤其是适应不同宽温范围的消泡稳定性能。但是，不同于聚醚消泡剂和有机硅消泡剂，应用环境的温度对脂肪醇消泡剂的效果影响非常大

目前常用的脂肪酸酯结构中，以油酸及硬脂酸和多元醇酯化的脂肪酸酯通常只能用于中温(30--45℃)和低温(20-35℃)白水系统中；而以山嵛酸(二十二酸)为脂肪酸和多元醇酯化后的脂肪酸酯，通常只能用于中高温和高温白水系统中(45-60℃)，例如多个山嵛酸酯化后的山嵛酸酯，如甘油三山嵛酸酯和聚甘油山嵛酸酯，等量替代甘油硬脂酸酯或季戊四醇硬脂酸酯后，其适应的白水温度范围则能大幅度提升(10-15℃)，大大限制了其宽温范围的应用。

目前适用于30-60℃的宽温范围的脂肪醇消泡剂在国外有所报道和商业应用，比如德国Sasol公司的Nafol N20+正是满足该条件的混合物。该原料为齐格勒法制备合成脂肪醇过程中的蒸馏残渣。该原料中含有约50％的C20醇、约29％的C22醇、约14％的C24醇和约6％的C18醇，这种混合的脂肪醇具有宽熔程，因此可作为主要脂肪醇原料制备脂肪醇消泡剂，且在25-50℃的白水环境中均具有良好的使用效果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的就是提供了一种山嵛酸-硬脂酸-油酸的多元醇脂肪酸酯及其制备方法，及基于该多元醇脂肪酸酯的消泡剂配方，在30～55℃下宽温范围下均具有良好的消泡稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：一种山嵛酸-硬脂酸-油酸的多元醇脂肪酸酯，通过以下方法制备而成：

(1)首先，在反应釜内加入羟基含量＞3的多元醇、对甲苯磺酸和山嵛酸，并搅拌升温；

(2)然后温度升至100℃后，进行抽真空到-0.5至-0.1MPa真空条件，继续升温至140～160℃，保温反应1～4h；

(3)接着，反应体系降温至100℃以下，加入硬脂酸后继续抽真空到-0.5至-0.1MPa真空条件，升温至140～160℃，保温反应1～2h；

(4)反应体系释放真空环境下，加入计量的油酸，开启抽真空到-0.5至-0.1MPa真空条件，升温至140～160℃，保温反应1～2h；

(5)最后测量酸值＜8mg KOH/g时，开启结片机进行产品结片包装；

其中，所述山嵛酸、硬脂酸和油酸的质量百分比含量如下：山嵛酸的添加量为5～20％，硬脂酸酯的添加量为35～45％，油酸酯的添加量为35～50％，三者的总添加量之和为100％。

作为优选方案，所述多元醇为聚甘油、失水山梨醇、聚氧乙烯山梨醇、葡萄糖、蔗糖或蓖麻油中一种。

作为优选方案，所述多元醇的羟基数量≥5。

本发明还提供了一种基于多元醇脂肪酸酯的消泡剂配方，在100质量份数的热水中，加入以下质量份数的组份：5～7份石蜡，15～20份N20+，2～5份白油，0.5～1份Span80，0.5～1份Tween85，以及2～5份权利要求1～3任一所述多元醇脂肪酸酯。

作为优选方案，所述多元醇脂肪酸酯消泡剂配方包含以下质量份数的各组份：6份石蜡，16份N20+，3份白油，0.5份Span80，1份Tween85，以及3份权利要求1～3任一所述多元醇脂肪酸酯和69.5份的热水。

有益效果：与现有工艺的脂肪酸酯相比，在多元醇结构上同时引入了山嵛酸酯、硬脂酸酯和油酸酯的结构基团，不同的酯类结构在不同的白水温度下可发挥不同的效果。得到的脂肪醇消泡剂，在更宽的温区范围内均具有更优异的消泡和抑泡效果。

需要指出的是，该新型脂肪酸酯结构中，要求总酯化度≥90％。其中山嵛酸酯为5-20％，硬脂酸酯为35-45％，油酸酯的比例为35-50％。山嵛酸酯结构含量太高，则低温下消泡能力大幅度下降；油酸酯比例超过50％，用该原料制备的消泡剂的高温下(50-60℃)消泡能力则大幅度降低。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本申请中，多元醇是指羟基含量≥5的多羟基化合物，包括但不仅限于聚甘油、失水山梨醇、聚氧乙烯山梨醇、葡萄糖、蔗糖、蓖麻油等。在强酸催化剂，如在对甲苯磺酸的催化作用下，依次与一定量的山嵛酸、硬脂酸和油酸分别依次进行酯化反应。多元醇的羟基完全被酯化时，酯化度为100％。

实施例1

在反应釜中加入480g三聚甘油(约2mol)，408g山嵛酸(约1.2mol)和28g对甲苯磺酸，通入氮气后升温至100℃，开启真空(-0.5～-0.1MPa)，继续升温至150℃，保温反应2h，确保酯化度≥90％。然后释放真空后，降温至90℃，再加入1000g硬脂酸，开启负压(-0.5～-0.1MPa)继续升温至150℃，并保温反应2h，确保酯化度≥90％。随后释放真空不降温，泵入1000g油酸，在140℃下保温2h，得到室温下为固体新型多元醇脂肪酸酯。本申请中，三种脂肪酸依次酯化后，总酯化度≥90％。其中山嵛酸酯为5-20％，硬脂酸酯为35-45％，油酸酯的比例为35-50％。

将上述实施例得到的多元醇脂肪酸酯应用于脂肪醇消泡剂，并按以下组份配比在50～70℃热水中进行混合复配，消泡剂的配比组成如下表1：

表1各实施例和对比例消泡剂配比组成

表2：各实施例和对比例在35℃下鼓泡效果表(泡沫高度，以ml计)

表2：各实施例和对比例在55℃下鼓泡效果表(泡沫高度，以ml计)

实施例1中脂肪酸酯的结构中，山嵛酸酯单元为16％，硬脂酸酯单元为42％，油酸酯单元为42％。实施例2中，山嵛酸酯单元为10％，硬脂酸酯为45％，油酸酯为45％。对比例5中的脂肪酸酯结构，山嵛酸酯结构单元为30％，硬脂酸酯单元为45％，油酸酯单元为25％.对比例6中，山嵛酸酯结构单元为5％，硬脂酸酯单元为35％，油酸酯单元为60％。

本申请实施例1的脂肪醇消泡剂在30-55℃均具有良好的消泡效果；而对比例1在超过45℃显著下降，对比例2在25-40℃效果优异，超过40℃显著下降；对比例3在45-55℃效果优异，低于40℃时，基本无消泡效果；对比例4，在42-52℃消泡效果一般，在低于低于40℃或高于55℃时，基本无消泡效果。对比例5中脂肪酸酯A中山嵛酸酯结构单元为30％(超过5-20％范围)，其在35℃下的消/抑泡能力要明显弱于实施例1和实施例2，而在高温55℃下，其消/抑泡能力与实施例1和实施例2接近。对比例6中山嵛酸酯比例低，而油酸比例高(60％)，其在35℃下的消/抑泡能力与实施例1和实施例2接近，而在55℃的应用条件下，消/抑泡效果则大幅下降。

本申请创新点在于：(1)基于多元醇脂肪酸酯的消泡剂的有效性取决于起功能作用的脂肪醇的聚集状态。如果部分熔融，则有效性是最高的，这导致在专业领域中要求使用混合物比纯物质具有更宽熔程的脂肪酸醇混合物。而本申请通过采用多元醇与山嵛酸、硬脂酸和油酸分别进行酯化反应获得更宽熔程的脂肪酸醇混合物，以代替单一结构的脂肪酸酯结构，从而提升消泡剂在宽温范围的性能和稳定性，提高了消泡剂的适应范围。

(2)本申请中山嵛酸酯、硬脂酸酯和油酸酯的酯化程度和配比是本发明多元醇脂肪酸酯性能的关键影响因素之一，而在元醇脂肪酸酯的合成制备过程中，由于山嵛酸、硬脂酸和油酸三种酸分子结构不同，导致其酯化难易程度不同，因此本申请采用分步酯化合成法控制三种酸的酯化比例。具体而言：由于山嵛酸为长链22酸，长的碳链决定了其反应时空间位阻大，因此为了保障其充分酯化，首先加入山嵛酸，以保证和聚甘油率先接触进行酯化反应。随后加入硬脂酸，硬脂酸同样为固体，其加入系统后要先融化后才能进行酯化，其酯化难度要小于山嵛酸。最后加入液体的油酸，油酸基团赋予最终产品一定的乳化能力，油酸为液体，可直接泵入后，接触体系温度达到酯化温度后即可快速反应，其反应效率最高，可抢占最后剩余的聚甘油的羟基位置。油酸为不饱和长链酸，高温下太久太久易导致成品色泽变身，因次综上油酸最后添加。

Claims (5)

1.一种山嵛酸-硬脂酸-油酸的多元醇脂肪酸酯，通过以下方法制备而成：

(1)首先，在反应釜内加入羟基含量＞3的多元醇、对甲苯磺酸和山嵛酸，并搅拌升温；

(2)然后温度升至100℃后，进行抽真空到-0.5至-0.1MPa真空条件，继续升温至140～160℃，保温反应1～4h；

(3)接着，反应体系降温至100℃以下，加入硬脂酸后继续抽真空到-0.5至-0.1MPa真空条件，升温至140～160℃，保温反应1～2h；

(4)反应体系释放真空环境下，加入计量的油酸，开启抽真空到-0.5至-0.1MPa真空条件，升温至140～160℃，保温反应1～2h；

(5)最后测量酸值＜8mg KOH/g时，开启结片机进行产品结片包装；

其中，所述山嵛酸、硬脂酸和油酸的质量百分比含量如下：山嵛酸的添加量为5～20％，硬脂酸酯的添加量为35～45％，油酸酯的添加量为35～50％，三者的总添加量之和为100％。

2.根据权利要求1所述山嵛酸-硬脂酸-油酸的多元醇脂肪酸酯，其特征在于：所述多元醇为聚甘油、失水山梨醇、聚氧乙烯山梨醇、葡萄糖、蔗糖或蓖麻油中一种。

3.根据权利要求2所述山嵛酸-硬脂酸-油酸的多元醇脂肪酸酯，其特征在于：所述多元醇的羟基数量≥5。

4.一种基于多元醇脂肪酸酯的消泡剂配方，其特征在于：在100质量份数的热水中，加入以下质量份数的组份：5～7份石蜡，15～20份N20+，2～5份白油，0.5～1份Span80，0.5～1份Tween85，以及2～5份权利要求1～3任一所述多元醇脂肪酸酯。

5.根据权利要求4所述基于多元醇脂肪酸酯的消泡剂配方，其特征在于：包含以下质量份数的各组份：6份石蜡，16份N20+，3份白油，0.5份Span80，1份Tween85，以及3份权利要求1～3任一所述多元醇脂肪酸酯和69.5份的热水。