CN113801017A - 一种异丁酸十二酯的合成工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种异丁酸十二酯的合成工艺，包括以下步骤：S1.向三颈烧瓶中投入十二醇、异丁酸和水，升温至120～130℃，反应6～7h，得到混合物；S2.在150～160℃回收未反应的异丁酸，当出馏缓慢时保持温度160℃～165℃继续回收异丁酸，调节真空度；S3.将产物进行一次洗涤，二次洗涤；S4.将产物放入三颈烧瓶中，搅拌升温至120～130℃，调节真空度，冷却，得到异丁酸十二酯。本发明的异丁酸十二酯的合成工艺，在反应前期加水，水溶解在异丁酸里，一定温度下电离出H+，在H+的作用下开始醇脱氢酸脱羟基形成水，酯化反应开始，随着反应进行生成的水又溶入酸中使反应加快进行，同时在温度的作用下生成的水与异丁酸共沸，水开始分出使反应朝正向进行，提高反应的转化率。
Description
技术领域
本发明涉及精细化工技术领域，尤其涉及一种异丁酸十二酯的合成工艺。
背景技术
水性涂料作为近年来迅速发展的一类环保涂料，最大特征是以水取代有机溶剂做溶剂，与溶剂型涂料相比，不仅具有成本低、施工方便、不污染环境等特点，而且从根本上消除了溶剂型涂料在生产和施工过程中因溶剂挥发而产生的火灾隐患，也减少了有害有机溶剂的挥发对人体的危害。
成膜助剂作为重要的助剂是制备水性建筑涂料和水性工业涂料必不可少助剂，可有效降低涂料最低成膜温度，促进涂料成膜，具有优异的湿膜性能，可以改善涂料漆膜性能。可提高制漆稳定性，从而提高了涂料的附着力、平整度、光亮度、耐洗刷性、抗流挂特性和流平性等性能。具有突出的溶剂作用，具有较强的聚结能力，在较少的用量情况下，能够有效地降低涂料的最低成膜温度，扩大涂料在不同环境温度下的使用范围。水解稳定性好和低气味，优异的湿膜性能：加入成膜助剂可使乳胶粒子成膜时结合更加紧密、连续、形成平滑、均匀的漆膜，从而漆膜的耐擦洗性、展色性、光泽度及耐候性均得到较大提升，适用于各种以(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯、醋酸乙烯为原料合成的各种乳液，异丁酸十二酯具备作为成膜助剂的必须条件。
增塑剂的使用可以改善高分子材料的性能，降低生产成本，提高生产效益，是一类重要的化工产品添加剂，其具体作用主要是减弱树脂分子间的次价键，增加树脂分子键的移动性，降低树脂分子的结晶性，增加树脂分子的可塑性，使其柔韧性增强，易于加工，异丁酸十二醇因其具有高沸点、低粘度、较好的相溶性以及低毒性等特点，也可作为一种环保型增塑剂可单独使用也可与其他增塑剂配合使用，主要应用于聚氯乙烯(PVC)制品，如人造革、玩具、医疗手套等。
十二醇是椰子油经化学加工形成的产物，是一种可再生资源，本发明为椰子油的利用开发了一种新的途径，符合现有节能减排的产业政策，前景十分广阔。
酯化反应一般是有机醇和有机酸生成酯和水的反应，生成的酯具有实用价值，酯化反应通常使用硫酸或酸性较强的酸如超强固体酸做催化剂，或使用价格昂贵的钛酸酯类及离子液作催化剂，使用硫酸作催化剂反应速度是比较理想的但有一定副反应和严重腐蚀设备的问题；用对甲苯磺酸作催化剂有中和水很难降解的弊端，使用超强固体酸作催化剂，超强固体酸与目标产物很难分离且会造成一定量的危险废物，钛酸酯类及离子液作催化剂经济性是个重要考虑因素同时也会产生一定危险废物。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种异丁酸十二酯的合成工艺，具有绿色、环保，转化率高，经济效益明显的优点。
本发明采用的技术方案是：
一种异丁酸十二酯的合成工艺，其中：包括以下步骤：
S1.向装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的1000mL的三颈烧瓶中投入十二醇、异丁酸和水，升温至120～130℃，反应生成的水随异丁酸的蒸发到冷凝管冷却后回到分水器，分水器形成油水界面，保持油水界面在回流口之下，上部的含水异丁酸回流到三颈烧瓶继续反应，反应持续6～7h，得到混合物；
升温至120～130℃时，异丁酸在水的作用下电离出氢离子来催化反应,随着反应，反应生成的水又能使异丁酸电离出更多的氢离子,从而有利于酯化反应的进行，此时的异丁酸既是原料同时也是催化剂和带水剂。
S2.当分水器油水界面下层含酸的水不再增加，放掉混合物下层含酸的水，在150～160℃回收未反应的异丁酸，当出馏缓慢时保持温度160℃～165℃继续回收异丁酸，之后调节真空度回收异丁酸；
S3.将步骤S2的产物进行一次洗涤，一次洗涤后的产物放入分液漏斗静置分层，放掉下层的水层，然后将产物进行二次洗涤，二次洗涤后的产物静置分层，放掉下层的水层；
S4.将步骤S3的产物放入装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的三颈烧瓶中，开动搅拌升温至120～130℃，调节真空度并保持10～20min，以确保水分分离干净，随后冷却至30℃，得到异丁酸十二酯。
优选的是，所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其中：所述步骤S1十二醇和异丁酸的摩尔比为1～1.5:3。
优选的是，所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其中：所述步骤S2含酸的水进行萃取处理，具体为：将十二醇和含酸的水下层混合，控制温度为70～80℃，搅拌10～20min，移入分液漏斗中静止10～20min，下层的水弃掉，上层的油相回收参与下次的反应。
优选的是，所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其中：所述步骤S2调节真空度的范围为0.1Kpa～20Kpa。
优选的是，所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其中：所述步骤S3一次洗涤的溶剂为2％～6％的碳酸钠水溶液，二次洗涤的溶剂为水。一次洗涤溶剂为2％～6％的碳酸钠水溶液，目的是中和残余的异丁酸。
优选的是，所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其中：所述步骤S4调节真空度的范围为0.1Kpa～20Kpa。
本发明的优点在于：
本发明的异丁酸十二酯的合成工艺，在反应前期加水，水溶解在异丁酸里，一定温度下电离出H+，在H+的作用下开始醇脱氢酸脱羟基形成水，酯化反应开始，随着反应进行生成的水又溶入酸中使反应加快进行，同时在温度的作用下生成的水与异丁酸共沸，水开始分出使反应朝正向进行，提高反应的转化率，并将含酸的水萃取将异丁酸回收再利用，反应后的产物通过调节温度和真空度再次回收异丁酸，提高异丁酸的回收率，从而降低生产成本，提高经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
产物异丁酸十二酯的化学结构式：
异丁酸十二酯是一种酯类化合物，可作为水性涂料的成膜助剂使用也作为增塑剂使用，是一种利用椰子油起始经化学加工形成的十二醇和异丁酸酯化反应得到的产物。
反应方程式：
实施例1
一种异丁酸十二酯的合成工艺，其中：包括以下步骤：
S1.向装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的1000mL的三颈烧瓶中投入1mol浓度为99％十二醇、3mol浓度为99％异丁酸和10g水，升温至120℃，反应生成的水随异丁酸的蒸发到冷凝管冷却后回到分水器，分水器形成油水界面，保持油水界面在回流口之下，上部的含水异丁酸回流到三颈烧瓶继续反应，反应持续6h，得到混合物；
S2.当分水器油水界面下层含酸的水不再增加，放掉混合物下层含酸的水，在150℃回收未反应的异丁酸，当出馏缓慢时保持温度160℃继续回收异丁酸，之后调节真空度0.1 Kpa～20Kpa回收异丁酸；
S3.将步骤S2的产物用30g浓度为5％的碳酸钠水溶液进行一次洗涤5min，一次洗涤后的产物放入分液漏斗静置15min分层，放掉下层的水层，然后将产物通过30g去离子水进行二次洗涤5min，然后将二次洗涤后的产物静置15min分层，放掉下层的水层；
S4.将步骤S3的产物放入装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的三颈烧瓶中，开动搅拌升温至120℃，调节真空度范围为0.1 Kpa～20Kpa并保持20min，随后冷却至30℃，得到异丁酸十二酯。
步骤S2含酸的水进行萃取处理，具体为：将1mol的含量99％十二醇和含酸的水混合，控制温度为70℃，搅拌20min，移入分液漏斗中静止10min，下层的水弃掉，上层的油相回收参与下次的反应。
实施例2
一种异丁酸十二酯的合成工艺，其中：包括以下步骤：
S1.向装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的1000mL的三颈烧瓶中投入1.5mol浓度为99％十二醇、3mol浓度为99％异丁酸和10g水，升温至125℃，反应生成的水随异丁酸的蒸发到冷凝管冷却后回到分水器，分水器形成油水界面，保持油水界面在回流口之下，上部的含水异丁酸回流到三颈烧瓶继续反应，反应持续6.5h，得到混合物；
S2.当分水器油水界面下层含酸的水不再增加，放掉混合物下层含酸的水，在155℃回收未反应的异丁酸，当出馏缓慢时保持温度165℃继续回收异丁酸，之后调节真空度0.1Kpa～20Kpa回收异丁酸；
S3.将步骤S2的产物用30g浓度为2％的碳酸钠水溶液进行一次洗涤10min，一次洗涤后的产物放入分液漏斗静置10min分层，放掉下层的水层，然后将产物通过30g去离子水进行二次洗涤10min，然后将二次洗涤后的产物静置15min分层，放掉下层的水层；
S4.将步骤S3的产物放入装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的三颈烧瓶中，开动搅拌升温至125℃，调节真空度范围为0.1Kpa～20Kpa并保持15min，随后冷却至30℃，得到异丁酸十二酯。
步骤S2含酸的水进行萃取处理，具体为：将1mol的含量99％十二醇和含酸的水混合，控制温度为75℃，搅拌15min，移入分液漏斗中静止20min，下层的水弃掉，上层的油相回收参与下次的反应。
实施例3
一种异丁酸十二酯的合成工艺，其中：包括以下步骤：
S1.向装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的1000mL的三颈烧瓶中投入1.2mol浓度为99％十二醇、3mol浓度为99％异丁酸和10g水，升温至130℃，反应生成的水随异丁酸的蒸发到冷凝管冷却后回到分水器，分水器形成油水界面，保持油水界面在回流口之下，上部的含水异丁酸回流到三颈烧瓶继续反应，反应持续7h，得到混合物；
S2.当分水器油水界面下层含酸的水不再增加，放掉混合物下层含酸的水，在155℃回收未反应的异丁酸，当出馏缓慢时保持温度165℃继续回收异丁酸，之后调节真空度0.1Kpa～20Kpa回收异丁酸；
S3.将步骤S2的产物用30g浓度为6％的碳酸钠水溶液进行一次洗涤20min，一次洗涤后的产物放入分液漏斗静置10min分层，放掉下层的水层，然后将产物通过30g去离子水进行二次洗涤15min，然后将二次洗涤后的产物静置20min分层，放掉下层的水层；
S4.将步骤S3的产物放入装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的三颈烧瓶中，开动搅拌升温至130℃，调节真空度范围为0.1Kpa～20Kpa并保持10min，随后冷却至30℃，得到异丁酸十二酯。
步骤S2含酸的水进行萃取处理，具体为：将1mol的含量99％十二醇和含酸的水混合，控制温度为80℃，搅拌10min，移入分液漏斗中静止10min，下层的水弃掉，上层的油相回收参与下次的反应。
对比例1
一种异丁酸十二酯的合成工艺，其中：包括以下步骤：
S1.向装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的1000mL的三颈烧瓶中投入1mol浓度为99％十二醇、3mol浓度为99％异丁酸和10g水，升温至120℃，反应生成的水随异丁酸的蒸发到冷凝管冷却后回到分水器，分水器形成油水界面，保持油水界面在回流口之下，上部的含水异丁酸回流到三颈烧瓶继续反应，反应持续6h，得到混合物；
S2.当分水器油水界面下层含酸的水不再增加，放掉混合物下层含酸的水，在150℃回收未反应的异丁酸，之后调节真空度0.1Kpa～20Kpa回收异丁酸；
S3.将步骤S2的产物用30g浓度为5％的碳酸钠水溶液进行一次洗涤5min，一次洗涤后的产物放入分液漏斗静置15min分层，放掉下层的水层，然后将产物通过30g去离子水进行二次洗涤5min，然后将二次洗涤后的产物静置15min分层，放掉下层的水层；
S4.将步骤S3的产物放入装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的三颈烧瓶中，开动搅拌升温至120℃，调节真空度范围为0.1Kpa～20Kpa并保持20min，随后冷却至30℃，得到异丁酸十二酯。
步骤S2含酸的水进行萃取处理，具体为：将1mol的含量99％十二醇和含酸的水混合，控制温度为70℃，搅拌20min，移入分液漏斗中静止10min，下层的水弃掉，上层的油相回收参与下次的反应。
对比例2
一种异丁酸十二酯的合成工艺，其中：包括以下步骤：
S1.向装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的1000mL的三颈烧瓶中投入1.5mol浓度为99％十二醇、3mol浓度为99％异丁酸和10g水，升温至125℃，反应生成的水随异丁酸的蒸发到冷凝管冷却后回到分水器，分水器形成油水界面，保持油水界面在回流口之下，上部的含水异丁酸回流到三颈烧瓶继续反应，反应持续6.5h，得到混合物；
S2.当分水器油水界面下层含酸的水不再增加，放掉混合物下层含酸的水，在155℃回收未反应的异丁酸，当出馏缓慢时保持温度165℃继续回收异丁酸；
S3.将步骤S2的产物用30g浓度为2％的碳酸钠水溶液进行一次洗涤10min，一次洗涤后的产物放入分液漏斗静置10min分层，放掉下层的水层，然后将产物通过30g去离子水进行二次洗涤10min，然后将二次洗涤后的产物静置15min分层，放掉下层的水层；
S4.将步骤S3的产物放入装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的三颈烧瓶中，开动搅拌升温至125℃，调节真空度范围为0.1Kpa～20Kpa并保持15min，随后冷却至30℃，得到异丁酸十二酯。
步骤S2含酸的水进行萃取处理，具体为：将1mol的含量99％十二醇和含酸的水混合，控制温度为75℃，搅拌15min，移入分液漏斗中静止20min，下层的水弃掉，上层的油相回收参与下次的反应。
对比例3
一种异丁酸十二酯的合成工艺，其中：包括以下步骤：
S1.向装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的1000mL的三颈烧瓶中投入1.2mol浓度为99％十二醇、3mol浓度为99％异丁酸和10g水，升温至130℃，反应生成的水随异丁酸的蒸发到冷凝管冷却后回到分水器，分水器形成油水界面，保持油水界面在回流口之下，上部的含水异丁酸回流到三颈烧瓶继续反应，反应持续7h，得到混合物；
S2.当分水器油水界面下层含酸的水不再增加，放掉混合物下层含酸的水，在155℃回收未反应的异丁酸，当出馏缓慢时保持温度165℃继续回收异丁酸，之后调节真空度0.1Kpa～20Kpa回收异丁酸；
S3.将步骤S2的产物通过30g去离子水进行洗涤15min，然后将洗涤后的产物静置20min分层，放掉下层的水层；
S4.将步骤S3的产物放入装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的三颈烧瓶中，开动搅拌升温至130℃，调节真空度范围为0.1Kpa～20Kpa并保持10min，随后冷却至30℃，得到异丁酸十二酯。
步骤S2含酸的水进行萃取处理，具体为：将1mol的含量99％十二醇和含酸的水混合，控制温度为80℃，搅拌10min，移入分液漏斗中静止10min，下层的水弃掉，上层的油相回收参与下次的反应。
对比例4
一种异丁酸十二酯的合成工艺，其中：包括以下步骤：
S1.向装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的1000mL的三颈烧瓶中投入1.2mol浓度为99％十二醇、3mol浓度为99％异丁酸和10g水，升温至130℃，反应生成的水随异丁酸的蒸发到冷凝管冷却后回到分水器，分水器形成油水界面，保持油水界面在回流口之下，上部的含水异丁酸回流到三颈烧瓶继续反应，反应持续7h，得到混合物；
S2.当分水器油水界面下层含酸的水不再增加，放掉混合物下层含酸的水，在155℃回收未反应的异丁酸，当出馏缓慢时保持温度165℃继续回收异丁酸，之后调节真空度0.1Kpa～20Kpa回收异丁酸；
S3.将步骤S2的产物用30g浓度为6％的碳酸钠水溶液进行一次洗涤20min，一次洗涤后的产物放入分液漏斗静置10min分层，放掉下层的水层，然后将产物通过30g去离子水进行二次洗涤15min，然后将二次洗涤后的产物静置20min分层，放掉下层的水层，得到异丁酸十二酯；
步骤S2含酸的水进行萃取处理，具体为：将1mol的含量99％十二醇和含酸的水混合，控制温度为80℃，搅拌10min，移入分液漏斗中静止10min，下层的水弃掉，上层的油相回收参与下次的反应。
下面列出实施例1-3和对比例1的性能测试结果，如表1
表1
本发明的异丁酸十二酯的合成工艺，在反应前期加水，水溶解在异丁酸里，一定温度下电离出H+，在H+的作用下开始醇脱氢酸脱羟基形成水，酯化反应开始，随着反应进行生成的水又溶入酸中使反应加快进行，同时在温度的作用下生成的水与异丁酸共沸，水开始分出使反应朝正向进行，提高反应的转化率，并将含酸的水萃取将异丁酸回收再利用，反应后的产物通过调节温度和真空度再次回收异丁酸，提高异丁酸的回收率，从而降低生产成本，提高经济效益。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种异丁酸十二酯的合成工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1.向装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的三颈烧瓶中投入十二醇、异丁酸和水，升温至120～130℃，反应生成的水随异丁酸的蒸发到冷凝管冷却后回到分水器，分水器形成油水界面，保持油水界面在回流口之下，上部的含水异丁酸回流到三颈烧瓶继续反应，反应持续6～7h，得到混合物；
S2.当分水器油水界面下层含酸的水不再增加，放掉混合物下层含酸的水，在150～160℃回收未反应的异丁酸，当出馏缓慢时保持温度160℃～165℃继续回收异丁酸，之后调节真空度回收异丁酸；
S3.将步骤S2的产物进行一次洗涤，一次洗涤后的产物放入分液漏斗静置分层，放掉下层的水层，然后将产物进行二次洗涤，二次洗涤后的产物静置分层，放掉下层的水层；
S4.将步骤S3的产物加入装有分水器、冷凝管、温度计、搅拌的三颈烧瓶中，开动搅拌升温至120～130℃，调节真空度并保持10～20min，随后冷却至室温，得到异丁酸十二酯。
2.根据权利要求1所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其特征在于：所述步骤S1十二醇和异丁酸的摩尔比为1～1.5:3。
3.根据权利要求1所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其特征在于：所述步骤S2含酸的水进行萃取处理，具体为：将十二醇和含酸的水混合，控制温度为70～80℃，搅拌10～20min，移入分液漏斗中静止10～20min，下层的水弃掉，上层的油相回收参与下次的反应。
4.根据权利要求1所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其特征在于：所述步骤S2调节真空度的范围为0.1Kpa～20Kpa。
5.根据权利要求1所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其特征在于：所述步骤S3一次洗涤的溶剂为2％～6％的碳酸钠水溶液，二次洗涤的溶剂为水。
6.根据权利要求1所述的异丁酸十二酯的合成工艺，其特征在于：所述步骤S4调节真空度的范围为0.1Kpa～20Kpa。
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