CN1326829C - 一种邻苯二甲酸二异癸酯的生产方法 - Google Patents

一种邻苯二甲酸二异癸酯的生产方法 Download PDF

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本发明涉及邻苯二甲酸二异癸酯的生产方法，它是以邻苯二甲酸酐与异癸醇为原料，在氮气存在下，先进行单酯化反应，再以钛酸异丙酯为催化剂进行双酯化反应，其反应温度为190～240℃，得到邻苯二甲酸二异癸酯粗品，再经过脱醇、碱洗和水洗、汽提制得邻苯二甲酸二异癸酯产品。本发明的物料比为异癸醇∶邻苯二甲酸酐＝2.1∶1～3.0∶1(摩尔比)，催化剂用量为原料总用量的0.02%～1%。本发明简化了工艺路线，酯化反应获得的邻苯二甲酸二异癸酯粗品不经脱色处理，产品色度为30～10，产品收率高、质量好，经应用试验表明主要性能指标优于邻苯二甲酸二辛酯产品。

Description

一种邻苯二甲酸二异癸酯的生产方法
技术领域
本发明涉及一种增塑剂制备方法，尤其涉及一种邻苯二甲酸二异癸酯的生产方法。
背景技术
目前，普遍采用的增塑剂是邻苯二甲酸酯类增塑剂，市场上销售的主要产品为邻苯二甲酸二辛酯，但该产品挥发性、耐抽出性和耐迁移性、抗热老化性、体积电阻率、抗水性和抗油性不够优良，且工业上生产邻苯二甲酸二辛酯所采用的工艺比较复杂，产品需要进行脱色后才能满足用户应用的要求，产品收率低。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种以邻苯二甲酸酐和异癸醇为原料生产邻苯二甲酸二异癸酯的方法，以简化工艺过程，不需要进行脱色即可满足用户应用要求，提高产品收率等。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种邻苯二甲酸二异癸酯的生产方法，它是由酯化反应和后处理组成，并依次按如下步骤进行：
(1)酯化反应：
①单酯化反应：将原料异癸醇、邻苯二甲酸酐加到反应釜中，通入氮气；以摩尔份数计，异癸醇∶邻苯二甲酸酐＝2.1∶1～3.0∶1；启动搅拌器，同时升温，当温度达到140～150℃时，恒温10分钟，结束生成邻苯二甲酸单癸醇酯酸的单酯化反应；然后，
②双酯化反应：继续在氮气气氛和搅拌下，升温至180℃，加入催化剂钛酸异丙酯，以重量百分比计，该催化剂的用量为原料异癸醇加邻苯二甲酸酐用量之和的0.02～1％，再升温到达190～240℃，恒温反应3～6小时，制得邻苯二甲酸二异癸酯粗品(简称粗酯品，以下同)；
(2)后处理：
①脱醇反应：在真空下脱醇，其压力为-0.085～-0.095MPa，温度为170～180℃，减压脱醇至无馏分为止；接着，
②碱洗、水洗：向步骤(2)之①的粗酯品物料中加入5％的氢氧化钠水溶液，于90～95℃下搅拌碱洗1～3次，每次1小时，停止搅拌分液；然后将碱洗后的粗酯品物料加入水洗釜中，加水后于90～95℃搅拌下水洗两次，以重量份计，每次用水量为粗酯重量的1/4；洗水pH＝7～8时结束水洗；
③精制：将经步骤(2)之②水洗后的粗酯品于180±5℃汽提脱除低沸物后，得到色度为30～10，酯含量为99.8～99.9％的邻苯二甲酸二异癸酯。
上述的方法，其所述的催化剂钛酸异丙酯用量，以重量百分比计，为原料异癸醇加邻苯二甲酸酐用量之和的0.05～0.3％。
上述的方法，其所述的原料异癸醇和邻苯二甲酸酐的用量，以摩尔份数计，异癸醇∶邻苯二甲酸酐＝2.5～2.7∶1。
上述的方法，其所述的双酯化反应温度为210～230℃。
上述的方法，其双酯化反应时间为3～4小时。
上述的方法，其所述的碱洗温度为90～95℃，碱洗次数1～2次。
本发明具有如下的显著的进步和积极的效果：
(1)本发明制备邻苯二甲酸二异癸酯方法是在氮气气氛中进行酯化反应，经两次碱洗和水洗，其粗酯品经汽提后不需要进行脱色处理便可得到色号为30～10邻苯二甲酸二异癸酯，简化了工艺过程，且产品质量好；
(2)本发明使用的异癸醇为不同C10醇异构体的混合物，主含量为异丙基庚醇，区别于主含量为三甲基庚醇或二甲基辛醇的异癸醇。邻苯二甲酸二异癸酯增塑剂是由主组份邻苯二甲酸二(丙基庚)酯(英文简称DPHP)和其它C10异构醇酯组成的。从产品结构上看不同于有些文献中报道的由主组份为邻苯二甲酸二(三甲基庚)酯、邻苯二甲酸二(二甲基辛)酯组成的DIDP，具有更优的性能，是一种有前途的增塑剂新品种；
(3)用本发明生产的邻苯二甲酸二异癸酯是一种综合性能优异的增塑剂，与邻苯二甲酸二辛酯(DOP)相比，其显著的效果在于加热减量少、耐抽出性和耐迁移性好、抗老化性优良、体积电阻率高、抗水性和抗油性好，还有防霉性好又无任何毒性数据。在同样的增塑剂用量下，含有邻苯二甲酸二异癸酯的制品有较大的硬度，挥发性及迁移性小，电气性能优良，制品的柔软性随温度的变化较小，适用于使用温度范围宽广制品，用本发明的技术方案生产的邻苯二甲酸二异癸酯，经综合评价表明它是一种综合性能最为优良的耐热性增塑剂(见后面表9、表10)；
本发明的化学反应过程如下：
第一步是单酯化反应，是放热不可逆反应。
Figure C20051001710500061
第二步是单酯酸与过量的C10醇反应生成双酯的反应，是吸热可逆反应。
具体实施方式
下列通过具体实施例和比较例对本发明进一步说明如下：
实施例1
(1)酯化反应
①单酯化反应：在配有搅拌器、温度计、分水器、冷凝管和氮气导入管的反应釜中，加入143.5g邻苯二甲酸酐、383g异癸醇，同时通入氮气，打开搅拌器开始升温，当反应温度达到140～150℃时，保持10分钟结束单酯化反应。
②双酯化反应：当邻苯二甲酸酐完全转化为邻苯二甲酸单癸醇酯酸后，继续搅拌升温至180℃，加入100μL催化剂钛酸异丙酯，再继续搅拌升温至210℃，进行恒温双酯化反应4小时，双酯化反应结束后，将产物冷却至室温，取样用酸碱滴定法测产物酸值(以下分析法相同)。
(2)后处理
①减压脱醇：真空条件下利用酯化反应产物本身的热量进行减压蒸馏，在真空度为-0.095MPa，脱醇温度为170～180℃，减压脱醇至无馏分为止。
②碱洗水洗：在脱醇获得的粗酯中加入浓度为5％的NaOH水溶液25g，在90～95℃温度下搅拌碱洗1小时，停止搅拌，进行分液(共碱洗两次)。再将碱洗后的粗酯倒入水洗釜中加入100ml水，在90～95℃的温度下搅拌水洗0.5小时，重复水洗两次后测洗水pH值＝7～8时结束水洗。
③汽提精制：通过水蒸汽蒸馏来除去粗酯中少量的醇和其它低沸点化合物。汽提温度为180±5℃，汽提至无有机物被提出。然后降温、过滤，得产品邻苯二甲酸二异癸酯，取样进行气相色谱分析酯含量、铂钴比色法测色度和酸碱滴定法测产品酸值(以下分析法相同)。
按上述制备方法，改变醇酐比，制备了五批邻苯二甲酸二异癸酯，其结果见表1。
实施例2
(1)酯化反应
①单酯化反应：将71.70g邻苯二甲酸酐、197.4g异癸醇加入到配有搅拌器、温度计、分水器、冷凝管和氮气导入管的反应釜中，同时通入氮气，打开搅拌器，开始升温，当反应温度达到140～150℃时，保持10分钟结束单酯化反应。
②双酯化反应：单酯化反应结束后，再升温至180℃，加入50μL催化剂钛酸异丙酯，再继续升温至220℃，恒温双酯化反应3小时，然后结束双酯化反应，取样分析。
(2)后处理
减压脱醇、碱洗、水洗、汽提精制、降温、过滤工序，操作过程及条件同实施例1，得产品邻苯二甲酸二异癸酯，取样分析。
按照实施例1制备方法，改变酯化反应催化剂用量，其它条件同实施例2制备了七批邻苯二甲酸二异癸酯样品，其结果见表2。
实施例3
(1)酯化反应
①单酯化反应：称取71.70g邻苯二甲酸酐、191.5g异癸醇加入到配有搅拌器、温度计、分水器、冷凝管和氮气导入管的反应釜中，同时通入氮气，打开搅拌器开始升温，当反应温度达到140～150℃时，保持10分钟结束单酯化反应
②双酯化反应：单酯化反应结束后，继续升温至180℃，加入50μL催化剂钛酸异丙酯，再继续升温至190℃，进行恒温双酯化反应4.5小时，然后结束单酯反应，取样分析。
(2)后处理
减压脱醇、碱洗、水洗、汽提精制、降温、过滤工序，操作过程及条件同实施例1，得产品邻苯二甲酸二异癸酯，取样分析。
按照实施例1制备方法，改变酯化反应温度，其它条件同实施例3制备六批邻苯二甲酸二异癸酯样品，其结果见表3。
实施例4
(1)酯化反应
①单酯化反应：称取71.70g邻苯二甲酸酐、191.5g异癸醇加入到配有搅拌器、温度计、分水器、冷凝管和氮气导入管的反应釜中，同时通入氮气，打开搅拌器开始升温，当反应温度达到140～150℃时，保持10分钟结束单酯化反应。
②双酯化反应：单酯化反应结束后，继续升温至180℃，加入100μL催化剂钛酸异丙酯，再继续升温至220℃，进行恒温酯化反应6小时结束双酯化反应，取样分析。
(2)后处理
减压脱醇、碱洗、水洗、汽提精制、降温、过滤工序，操作过程及条件同实施例1，得产品邻苯二甲酸二异癸酯，取样分析。
按照实施例1制备方法，改变酯化反应时间，其它条件同实施例4制备六批邻苯二甲酸二异癸酯样品，其结果见表4。
实施例5
(1)酯化反应
①单酯化反应：称取285g邻苯二甲酸酐、766g异癸醇加入到配有搅拌器、温度计、分水器、冷凝管和氮气导入管的反应釜中，同时通入氮气，打开搅拌器开始升温，当反应温度达到140～150℃时，保持10分钟结束单酯化反应。
②双酯化反应：单酯化反应结束后，再继续升温至180℃，加入400μL催化剂钛酸异丙酯，再继续升温至220℃，进行恒温双酯化反应3.5小时结束双酯化反应，取样分析。
(2)后处理
改变脱醇、碱洗水洗和汽提后处理条件，共进行了四批实验，结果见表5。
比较例
按照实施例1制备方法，但酯化反应是在无氮气保护进行，粗酯用活性炭脱色处理，其它条件同实施例5，得产品邻苯二甲酸二异癸酯，取样分析，其结果见表5。
表1  原料配比对苯酐转化率的影响
序号 投料g 投料比 酯化条件 苯酐
苯酐 异癸醇 醇∶酐 温度℃ 时间h 酯化率％
1 143.5 383 2.1∶1 210 4 94.18
2 71.7 176.1 2.3∶1 210 4 98.72
3 71.7 191.4 2.5∶1 210 4 99.74
4 71.7 206.93 2.7∶1 210 4 99.84
5 71.7 229.66 3.0∶1 210 4 99.72
表2  催化剂加入量对苯酐转化率的影响
序号 催化剂用量‰ 苯酐转化率％ 备注
1 0.2 99.02 粗酯透明
2 0.5 99.54 粗酯透明
3 1 99.90 粗酯透明
4 2 99.94 粗酯透明
5 3 99.82 粗酯透明
6 5 99.32 粗酯趋向半透明
7 10 99.06 粗酯不透明
表3  酯化反应温度对苯酐转化率的影响
序号 1 2 3 4 5 6
反应温度℃ 190 200 210 220 230 240
苯酐转率％ 89.78 98.04 99.86 99.88 99.90 99.92
表4  酯化反应时间对苯酐转化率的影响
序号 1 2 3 4 5 6
反应时间h 0.5 2 3 4 5 6
苯酐转率％ 81.31 98.59 99.69 99.92 99.89 99.84
表5  粗酯后处理的工艺条件一览表
  序号    1    2   3    4   比较
  减压脱醇   温度℃    170    170   180    180   180
  压力MPa    -0.095    -0.092   -0.09    -0.085   -0.09
碱洗和水洗   碱洗次数    1    3   2    2   2
  碱洗温度℃    90    95   92    93   95
  水量g/次    25    30   24    20   25
  水洗温度℃    95    90   93    92   95
  水洗次数    2    2   2    2   2
  终点PH    8    7   7    7   7
  汽提   温度℃    175    182   185    183   180
产品质量   色度(未脱色处理)    ≤30    ≤15   ≤15    ≤10   ≥100
  色度(脱色处理)    /    /   /    /   ≤30
  酸值    0.05    0.035   0.042    0.02   0.03
  酯含量％    99.81    99.82   99.90    99.85   99.80
  产品收率    96.94    95.40   97.50    97.15   89.92
用本发明制得的邻苯二甲酸二异癸酯，参照中华人民共和国国家标准GB6489-2001等进行检测，其结果见表6
表6  邻苯二甲酸二异癸酯产品技术指标检测结果
    项目名称   单位     结果
    外观     无色透明液体
    气味     极轻微气味
    色度(铂钴)   号     5
    酯含量   Wt％     99.86
    水含量   Wt％     0.02
    酸值   mgKOH/g     0.02
    粘度(20℃)   mPa.s     125
    密度(20℃)   g/cm2     0.964
    折射率n20D     1.484
    体积电阻率   Ω.m     2×1012
    闪点   ℃     225
邻苯二甲酸二异癸酯的产品应用性能评价(见下表8)
下面的邻苯二甲酸二异癸酯产品应用性能评价主要是参照中华人民共和国国家标准：
(1)GB/T181731-2000高分子防水材料第一部分：片材等；
(2)GB/T8815-2002电线电缆用软PVC塑料；
(3)GB/T531-1999橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法
(4)ISO716塑料-增塑剂的挥发性能的测定-活性炭；
(5)ISO177塑料-增塑剂的迁移性能的测定方法等。
表7  增塑剂评价用配方
    配方1(份)     配方2(份)
    PVC(III型)     100     100
    DIDP     60     0
    DOP     0     60
    复合稳定剂     2     2
表8  邻苯二甲酸二异癸酯的应用性能测试结果
测试项目 单位   测试结果
  DIDP   DOP
    拉伸强度   MPa   22.6   19.7
    断裂强度   ％   425   395
    硬度(邵A)   85   77
热老化后(100℃×168h) 拉伸强度   MPa   19.4   17.7
断裂拉伸率   ％   440   408
硬度(邵A)   83   72
热质量损失率   g/m2   2.6   11
    挥发性(120℃×24h)   ％   0.15   0.5

Claims (6)

1、一种邻苯二甲酸二异癸酯的生产方法，它是由酯化反应和后处理组成，并依次按如下步骤进行：
(1)酯化反应：
①单酯化反应：将原料异癸醇、邻苯二甲酸酐加到反应釜中，向该反应釜内通入氮气；以摩尔份数计，异癸醇∶邻苯二甲酸酐＝2.1∶1～3.0∶1；启动搅拌器，同时升温，当温度达到140～150℃时，恒温10分钟，结束单酯化反应；然后，
②双酯化反应：继续在氮气气氛和搅拌下，升温至180℃，加入催化剂钛酸异丙酯，以重量百分比计，该催化剂的用量为原料异癸醇加邻苯二甲酸酐用量之和的0.02～1％，再升温到达190℃～240℃，恒温反应3～6小时，结束双酯反应，制得邻苯二甲酸二异癸酯的粗酯品；
(2)后处理：
①脱醇反应：在真空下脱醇，其压力为-0.085～-0.095MPa，温度为170～180℃，减压脱醇至无馏分为止；接着，
②碱洗、水洗：向步骤(2)之①的粗酯品物料中加入5％的氢氧化钠水溶液，于90～95℃下搅拌碱洗1～3次，每次碱洗1小时后，停止搅拌进行分液；然后将碱洗后的粗酯品物料加入水洗釜中，加水后于90～95℃搅拌下水洗两次，以重量份计，每次用水量为粗酯重量的1/4，洗水pH＝7～8时结束水洗；
③精制：将经步骤(2)之②水洗后的粗酯品于180±5℃汽提脱除低沸物后，得到色度为30～10，酯含量99.8～99.9％的邻苯二甲酸二异癸酯。
2、根据权利要求1所述的方法，其所述的催化剂钛酸异丙酯用量，以重量百分比计，为原料异癸醇加邻苯二甲酸酐用量之和的0.05～0.3％。
3、根据权利要求1所述的方法，其所述的原料异癸醇和邻苯二甲酸酐的用量，以摩尔份数计，异癸醇∶邻苯二甲酸酐＝2.5∶1～2.7∶1。
4、按照权利要求1所述的方法，其所述的双酯化反应温度为210～230℃。
5、按照权利要求1所述的方法，其双酯化反应时间为3～4小时。
6、按照权利要求1所述的方法，其所述的碱洗温度为90～95℃，碱洗次数1～2次。
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