JP2015518858A - 生分解性潤滑剤基油の調製方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、生分解性潤滑剤基油として適した脂肪酸エステルを選択性100mol%で調製する改善された方法であって、分子式:M(X)2-nYn・mH2O(式中、Xはフェニルホスホネートを表し、YはHPO42-又はHPO32-を表し、Mは、Zr、Zn、Cd、Al、Sn、La及びCeからなる群から好ましくは選ばれる、金属又はメタロイドイオンを表し、nの値は0.2から1.8までの範囲であり、mの値は0から5までの範囲である。)を有する固体ホスホネート触媒の存在下で、脂肪族化合物をアルコールと接触させる工程を含み、脂肪族化合物が、脂肪酸、脂肪酸メチル若しくはエチルエステル、植物油若しくは動物脂、又はそれらの混合物であり、アルコールが、6から22個の炭素原子を有する一価アルコール、又は少なくとも2つの水酸基を有するポリオールである、方法を開示するものである。

Description

本発明は、生分解性潤滑剤基油の調製方法に関する。詳細には、本発明は、生分解性潤滑剤基油として適した脂肪酸エステルの改善された調製方法であって、分子式:
M(X)2-nYn・mH2O
(式中、Xはホスホネートを表し、YはHPO4 2-又はHPO3 2-を表し、Mは、好ましくは、Zr、Zn、Cd、Al、Sn、La及びCeからなる群からの金属又はメタロイドイオンを表し、nの値は0.2から1.8までの範囲であり、mの値は0から5までの範囲である。)
を有する固体ホスホネート触媒の存在下で、脂肪族化合物をアルコールと接触させる工程を含み、脂肪族化合物が、脂肪酸又は脂肪酸メチル若しくはエチルエステル又は植物油又はそれらの混合物であり、アルコールが、6から22個の炭素原子を有する一価アルコール、又はポリオールである、方法に関する。
潤滑剤は、自動車、工業、海洋業及び航空産業用途において用いられている。それらは、摩擦及び摩耗を減少させるため、腐食から保護するため、シーラントとして作用するため、並びに熱伝達に影響を及ぼすために用いられる。潤滑剤のほとんどはミネラルオイルから作られ、いくつかのものは合成化学物質である。全ての潤滑剤用途の90%超を満足するためには、5,000から10,000種の間の様々な潤滑剤配合物が必要である。約800万トンの潤滑剤が、世界中で毎年消費されている。このうちの約53%は廃棄物として回収されており、このようにして我々の地球を危険にさらしている。従来の石油由来の潤滑剤に代えて、速やかに分解し得る潤滑剤を使用することにより、この環境汚染を著しく低減することができる。
植物由来の潤滑剤は、リサイクル可能であり生分解可能である。環境的に安全な手法によって製作された純粋な天然の潤滑剤は、それらが毒性化合物を含有しないことから、近年一層注目を集めている。植物系潤滑剤は、環境リスクがあるいくつかの用途、例えば、海洋業、林業及び農業用器具において、現在用いられている。しかしながら、現在用いられている潤滑剤のおよそ90%は、植物由来の潤滑剤に置き換え可能であると考えられている。植物系潤滑剤のいくつかの利点としては、(1)生分解性及びリサイクル性、(2)卓越した潤滑性、ミネラルオイルより低い摩擦係数、(3)ミネラルオイルより最大20%少ない蒸発、(4)より高い引火点、金属切削等の用途における火災のリスクの低減、(5)より高い粘度指数、並びに(6)いくつかの用途における増強された性能が挙げられる。いくつかの研究は、バイオ潤滑剤がミネラルオイル潤滑剤より長い寿命を有していることを示している。バイオ潤滑剤の高い製造コスト(石油潤滑剤の約5倍高い)は、現時点において、それらの開発にとっての主たる障害である。植物油系潤滑剤基油を調製するための、環境に優しく経済的に利益のあるルートの開発が非常に望まれている。
脂肪酸ポリオール又は長鎖アルコールのエステルは、潤滑剤基油として用いられるのに適切な組成を有している。それらは、炭化水素と混和することができる。米国特許第8,168,572号は、潤滑剤ブレンド組成物におけるポリオールエステルの使用を開示している。米国特許第8,058,217号は、ポリオールエステルは優れた金属作動流体であることを教示している。
これらの脂肪酸エステルは、(1)脂肪酸とポリオールとの直接エステル化、及び(2)脂肪酸メチル若しくはエチルエステル(バイオディーゼル)又は植物油とポリオールとのエステル交換という2つの異なる方法により調製することができる。従来、これらのエステル化及びエステル交換反応は、均質な鉱酸触媒によって触媒されている。米国特許第7,968,504号は、均質なリン酸触媒の存在下での脂肪酸エステルと水酸基含有化合物との反応によって、脂肪酸エステルを調製する方法を教示している。得られる生成物は、数ある使用目的の中でも、潤滑剤として、熱伝達剤として、レオロジー改質剤として、及び腐食／湿気抑制剤として、有用である。米国特許第8,101,560号は、パーム由来の潤滑剤基油を調製する手法、特に、均質な酸触媒の存在下でパーム脂肪酸を一価又は多価アルコールでエステル化することによって、脂肪酸モノエステル及び脂肪酸ポリエステルを調製する手法を開示している。
均質な塩基触媒(アルカリ水酸化物及びアルコキシド)は、エステル交換には効率的であるが、塩基は脂肪酸と反応して金属石けんを形成するため、エステル化反応には良くない(Masoodら、Appl. Catal. A：Gen., Vol. 425-426、2012年、184-190頁)。
一般に、腐食性、水への鋭敏性、触媒回収、環境上の危険、及び廃棄物管理は、均質な鉱酸及びアルカリ塩基触媒に伴う深刻な問題である。固体触媒は、環境上及びエンジニアリング上、有利である。これらは、容易に分離し再利用することができる。
Diazら、Micropor. Mesopor. Mater. Vol. 80、2005年、33-42頁;Perez-Parienteら、Appl. Catal. A：Gen. Vol. 254、2003年、173-188頁;Bossaertら、J. Catal. Vol. 182、1999年、156-164頁;及びPouillouxら、J. Mol. Catal. A: Chem. Vol. 149、1999年、243-254頁を参照すると、これらは、ゼオライト、イオン交換樹脂、及び金属イオン交換された又はスルホン酸で官能基化された秩序化メソ多孔質シリカ材料の、固体酸触媒としての使用を開示している。しかしながら、これらの固体触媒では、細孔サイズの制限、副生物である水の存在下での活性低下、及び望まれない生成物の形成がかなり問題となる。酵素触媒は、選択性があるが、より長い反応時間(48時間以上)を要する。
米国特許第7842653号及び欧州特許第1733788号は、植物油又は動物源から得られた脂肪をアルコールと150℃から200℃の範囲の温度で3から6時間の期間にわたって反応させることによって潤滑剤を調製するための、固体で酸性の複金属シアン化物触媒の使用を開示している。90から96mol%の範囲の、トリグリセリドのグリセロールへの転換率が得られた。この反応の生成物は、脂肪酸アルキルエステル及びグリセロールである。用いられるアルコールは、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール及びそれらの混合物からなる群から選択されるノルマル又は分岐アルコールである。得られる生成物である潤滑剤は、C22-C28脂肪酸アルキルエステルを含む。この触媒を、ポリオールとの反応、及び脂肪酸又は脂肪酸アルキルエステルと一価又は多価アルコールとの反応に応用することは開示されていない。
米国特許第8124801号は、周期表第VIB族の金属及び周期表第VA族の元素を含む分離可能な触媒の存在下で、脂肪酸グリセリドをアルコールと接触させる工程を含む、脂肪酸アルキルエステルの調製方法を教示している。この方法は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール及びそれらの混合物からなる群から本質的に選択される少なくとも1種のアルコールを用いる工程を含む。アルコールのうちの1種は、炭素数が1から50の範囲である。この方法は、ポリオールを使用すること、及び脂肪酸又は脂肪酸メチル若しくはエチルエステルを潤滑剤基油へ転換することについては、具体的に開示していない。しかも、比較的長い反応時間及び高い温度を要する。
論文表題「Synthesis of biolubricants using sulfated zirconia catalysts」、Jinho Oha、Sungeun Yanga、Chanyeon Kima、Inchang Choib、Jae Hyun Kimb、Hyunjoo Leea、Applied Catalysis A: General 455、2013年、164-171頁は、硫酸化ジルコニア触媒を用いることによるエステル化、エステル交換及び両者同時反応を介したバイオマス由来潤滑剤の合成を報告している。大豆油又は大豆油由来の遊離脂肪酸が、バイオ潤滑剤の合成のためのバイオマス由来資源として用いられた。長鎖アルコール(炭素数≧8)又はネオポリオール(例えば、2,2-ジエチル-1,3-プロパンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール)が、共反応物質として用いられた。この論文は、アルコールの構造がオレイン酸とのエステル化における転換率及び収率に著しく影響を与えることをさらに報告している。
国際公開第2012/114357号は、不均質で再利用可能な酸性結晶ミクロメソ多孔質複金属シアン化物触媒の存在下、穏やかな温度で短時間でポリオールをポリカルボン酸と反応させることによりポリエステルを調製する方法を開示している。製造されるポリオールエステルは、45から90%の範囲の分岐度及び0.02から0.1dL/gの範囲の固有粘度を有する過分岐ポリマーである。
工業用途におけるポリオール及び他の合成エステルの重要性、並びに触媒失活、望まれない生成物の形成、高温の必要性及び長い反応時間を含めた従来技術の方法が持つ欠点を鑑みると、脂肪酸のポリオール又はモノオールエステル合成のための、より効率的で安定な固体触媒をベースとしたエステル化/エステル交換方法を見出すことが望まれる。固体ホスホネート触媒を用いる本発明の方法は、効率が高く、従来技術の方法が持つ上記の欠陥を克服するものである。
米国特許第8,168,572号 米国特許第8,058,217号 米国特許第7,968,504号 米国特許第8,101,560号 米国特許第7842653号 欧州特許第1733788号 米国特許第8124801号 国際公開第2012/114357号
Masoodら、Appl. Catal. A：Gen.、 Vol. 425-426、2012年、184-190頁 Diazら、Micropor. Mesopor. Mater. Vol. 80、2005年、33-42頁 Perez-Parienteら、Appl. Catal. A：Gen. Vol. 254、2003年、173-188頁 Bossaertら、J. Catal. Vol. 182、1999年、156-164頁 Pouillouxら、J. Mol. Catal. A: Chem. Vol. 149、1999年、243-254頁 「Synthesis of biolubricants using sulfated zirconia catalysts」、Jinho Oha、Sungeun Yanga、Chanyeon Kima、Inchang Choib、Jae Hyun Kimb、Hyunjoo Leea、Applied Catalysis A: General 455、2013年、164-171頁 A. Clearfieldら、J. Sold. State Chem. Vol. 117、1995年、275頁 J. Don Wangら、Mater. Chem. Phys. Vol. 35、1993年、208頁 K. Nakamuraら、J. Incl. Phenom. Mol. Recog. Chem. Vol. 31、1998年、351頁
本発明の主たる目的は、生分解性潤滑剤基油として適した脂肪酸エステルを、安定で再利用可能な固体触媒の存在下で調製する効率的な方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、脂肪酸エステルが短い反応時間(≦1時間)で高い選択性で形成される、生分解性潤滑剤基油を調製する触媒的方法を提供することにある。
従って、本発明は、生分解性潤滑剤基油としての脂肪酸ポリオールエステルを選択性100mol%で調製する方法であって、
(a)分子式
M(X)2-nYn・mH2O
(式中、Xはフェニルホスホネートを表し、YはHPO4 2-又はHPO3 2-を表し、Mは、Zr、Zn、Cd、Al、Sn、La及びCeからなる群から好ましくは選ばれる、金属又はメタロイドイオンを表し、nの値は0.2から1.8までの範囲であり、mの値は0から5までの範囲である。)
の、公知の方法により調製された、リサイクル可能で固体で疎水性の酸性-塩基性二官能性ホスホネート触媒を準備する工程、
(b)脂肪族化合物をアルコールと0.3から9の間の範囲の比で、脂肪族化合物の重量の3から10%の工程(a)で準備した触媒の存在下で接触させる工程、
(c)工程(b)で得られた反応混合物を、0.5から8時間の範囲の期間、110から200℃の範囲の温度に供した後、液体生成物から触媒を分離し、未反応出発原料から脂肪酸ポリオールエステルを分離する工程
を含む、方法を提供するものである。
本発明の一実施形態において、用いられる脂肪族化合物は、脂肪酸、若しくは脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル、植物油若しくは動物脂、又はそれらの混合物からなる群から選択される。
本発明の別の実施形態において、脂肪族化合物中の脂肪酸は、8から24個の炭素原子を有する。
本発明のさらに別の実施形態において、用いられるアルコールは、一価アルコール又はポリオールである。
本発明のさらに別の実施形態において、一価アルコールは、6から22個の炭素原子を含有し、直鎖又は分岐化合物である。
本発明のさらに別の実施形態において、用いられるポリオールは、少なくとも2つの水酸基を有し、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトール、グリセロール及び糖からなる群から好ましくは選択される。
本発明のさらに別の実施形態において、脂肪酸ポリオールエステルは、脂肪酸-ポリオールのモノ若しくはジ若しくはトリエステル又はそれらの混合物である。
本発明のさらに別の実施形態において、反応は、バッチ又は連続の固定床反応の様式で実施される。
本発明のさらに別の実施形態において、触媒は、固定床式において用いられる場合、ペレット又は押出物に成形される。
本発明のさらに別の実施形態において、反応は、任意選択で0.01から0.9barの真空下で行われる。
本発明のさらに別の実施形態において、固体ホスホネート触媒は、0〜2.5重量%の範囲の水吸着能を有する疎水性のものであり、且つ0.1〜2mmol/gの範囲の密度を有し、酸性及び塩基性部位の両方を含有する。
本発明のさらに別の実施形態において、反応は、任意選択で、トルエン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド及びそれらの混合物からなる群から選択される混和性増強剤の存在下で行われる。
本発明のさらに別の実施形態において、触媒は、調製されたそのままで又は300から600℃の間の温度で焼成された後で用いられてもよい。
本発明のさらに別の実施形態において、固体ホスホネート触媒は再利用可能である。
本発明のさらに別の実施形態において、モノ及びポリエステルの選択性は、反応における反応物質のモル比を変えることにより調節される。
本発明のさらに別の実施形態において、脂肪酸エステルの選択性は、95から100重量%である。
本発明は、生分解性潤滑剤基油を調製する方法を開示するものである。本発明は、生分解性潤滑剤基油として適した脂肪酸エステルを選択性100mol%で調製する改善された方法であって、分子式:
M(X)2-nYn・mH2O
(式中、Xはフェニルホスホネートを表し、YはHPO4 2-又はHPO3 2-を表し、Mは、Zr、Zn、Cd、Al、Sn、La及びCeからなる群から好ましくは選ばれる金属又はメタロイドイオンを表し、nの値は0.2から1.8までの範囲であり、mの値は0から5までの範囲である。)
を有する、固体で疎水性の酸性-塩基性二官能性ホスホネート触媒の存在下で、脂肪族化合物をアルコールと接触させる工程を含み、脂肪族化合物が、脂肪酸、若しくは脂肪酸メチル若しくはエチルエステル、若しくは植物油、又はそれらの混合物であり、アルコールが、6から22個の炭素原子を有する一価アルコール、又はポリオールである、方法を開示する。
本発明の固体ホスホネート触媒は、効率が高く、さらなる使用のために生成物から容易に分離することができる。例えば、安定性が高く容易に分離可能な触媒であるため、本発明の触媒は有利である。
本発明は、生分解性潤滑剤基油としての脂肪酸ポリオールエステルを選択性100mol%で調製する方法であって、
a)分子式
M(X)2-nYn・mH2O
(式中、Xはフェニルホスホネートを表し、YはHPO4 2-又はHPO3 2-を表し、Mは、Zr、Zn、Cd、Al、Sn、La及びCeからなる群から好ましくは選ばれる金属又はメタロイドイオンを表し、nの値は0.2から1.8までの範囲であり、mの値は0から5までの範囲である。)
の、好ましくは公知の方法により調製された、リサイクル可能で固体で疎水性の酸性-塩基性二官能性ホスホネート触媒を準備する工程、
b)脂肪族化合物をアルコールと0.3から9の間の範囲の比で、脂肪族化合物の重量の3から10%の工程(a)で準備した触媒の存在下で接触させる工程、
c)工程(b)で得られた反応混合物を、0.5から8時間の範囲の期間、110から200℃の範囲の温度に供した後、液体生成物から触媒を分離し、未反応出発原料から脂肪酸ポリオールエステルを分離する工程
を含む、方法を提供するものである。
本発明は、生分解性潤滑剤基油としての脂肪酸エステルを調製する効率的な方法であって、
(a)分子式:
M(X)2-nYn・mH2O
(式中、Xはフェニルホスホネートを表し、YはHPO4 2-又はHPO3 2-を表し、Mは、Zr、Zn、Cd、Al、Sn、La及びCeからなる群から好ましくは選ばれる金属又はメタロイドイオンを表し、nの値は0.2から1.8までの範囲であり、mの値は0から5までの範囲である。)
を有する、固体で疎水性の酸性-塩基性二官能性ホスホネート触媒の存在下で、脂肪族化合物をアルコールと接触させる工程であり、脂肪族化合物が、脂肪酸又は脂肪酸メチル若しくはエチルエステル又は植物油若しくは動物脂又はそれらの混合物であり、アルコールが、6から22個の炭素原子を有する一価アルコール、又は少なくとも2つの水酸基を有するポリオールであり、触媒の量が、脂肪族化合物の3から10重量%の範囲であり、アルコールに対する脂肪族化合物のモル比が0.3から9の範囲である工程、
(b)工程(a)において得られた反応混合物を、0.5から8時間の反応時間で、110から200℃の範囲の温度に供する工程、
(c)液体生成物から触媒を分離し、未反応出発原料からアルコールエステルを分離する工程
を含む、方法を提供するものである。
触媒が固体であり、反応物質が液体であり、反応が不均質条件で行われることが、本発明の方法の特徴である。固体触媒は、さらなる再利用のために、遠心分離-ろ過/デカンテーションによって、生成物から容易に分離することができる。
本方法は環境に優しく、均質触媒を用いた先行技術の方法とは異なり、廃棄物を生じないことが、本発明の別の特徴である。
水性条件においてさえ安定であることが、本発明の触媒特有の特徴である。
反応物質が酸性及び塩基性部位の両方において活性化されることが、本発明の別の特有の特徴である。酸性及び塩基性部位の両方が同時に存在すること並びに触媒の疎水性が、その効率的な触媒活性及び再利用性の理由である。
本発明の一実施形態において、用いられる脂肪族化合物は、脂肪酸、若しくは脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル、植物油若しくは動物脂、又はそれらの混合物からなる群から選択される。
本発明の別の実施形態において、脂肪族化合物中の脂肪酸は、8から24個の炭素原子を有する。
本発明のさらに別の実施形態において、用いられるアルコールは、一価アルコール又はポリオールである。
本発明のさらに別の実施形態において、一価アルコールは、6から22個の炭素原子を含有し、直鎖又は分岐化合物である。
本発明のさらに別の実施形態において、用いられるポリオールは、少なくとも2つの水酸基を有し、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトール、グリセロール及び糖からなる群から好ましくは選択される。
本発明のさらに別の実施形態において、脂肪酸ポリオールエステルは、脂肪酸-ポリオールのモノ若しくはジ若しくはトリエステル又はそれらの混合物である。
本発明のさらに別の実施形態において、反応は、バッチ又は連続の固定床反応の様式で実施される。
本発明のさらに別の実施形態において、触媒は、固定床式で用いられる場合、ペレット又は押出物に成形される。
本発明のさらに別の実施形態において、反応は、任意選択で0.01から0.9barの真空下で行われる。
本発明のさらに別の実施形態において、固体ホスホネート触媒は、0〜2.5重量%の範囲の水吸着能を有する疎水性のものであり、0.1〜2mmol/gの範囲の密度を有し、酸性及び塩基性部位の両方を含有する。
本発明のさらに別の実施形態において、反応は、任意選択で、トルエン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド及びそれらの混合物からなる群から選択される混和性増強剤の存在下で行われる。
本発明のさらに別の実施形態において、触媒は、調製されたそのままで用いても、300から600℃の間の温度で焼成された後で用いてもよい。
本発明のさらに別の実施形態において、固体ホスホネート触媒は再利用可能である。
本発明のさらに別の実施形態において、モノ及びポリエステルの選択性は、反応における反応物質のモル比を変えることにより調節される。
本発明のさらに別の実施形態において、脂肪酸エステルの選択性は、95から100重量%である。
本発明のホスホネート触媒は、参考文献に記載されているような公知の手法によって調製される：A. Clearfieldら、J. Sold. State Chem. Vol. 117、1995年、275頁;J. Don Wangら、Mater. Chem. Phys. Vol. 35、1993年、208頁;及びK. Nakamuraら、J. Incl. Phenom. Mol. Recog. Chem. Vol. 31、1998年、351頁。
以下の実施例は、例証のために示されるものであり、従って、発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
(実施例1)
この実施例は、分子組成:Zr(C6H5PO3)0.95(HPO3)1.05・0.1H2Oのジルコニウムフェニルホスホネートホスファイト触媒の調製を例証するものである。典型的な合成において、フェニルホスホン酸1g及び亜リン酸1.56gを水20mlに溶解した。これに、ジルコニルオキシクロリド(ZrOCl2・8H2O)2.04gを水5mlに溶解したものを加えた。混合物を、乾燥するまで90℃で6時間加熱した。固体を回収し、水500mlで洗浄し、90℃で16時間乾燥させた。酸度(NH3-TPD)=0.36mmol/g、塩基度(CO2-TPD)=0.27mmol/g、水吸着=0.5重量%。
(実施例2)
この実施例は、分子組成:Zr(C6H5PO3)0.97(HPO3)1.03・0.15H2Oのジルコニウムフェニルホスホネートホスファイト触媒の調製を例証するものである。典型的な合成において、フェニルホスホン酸1g及び亜リン酸1.04gを水20mlに溶解した。これに、ジルコニルオキシクロリド(ZrOCl2・8H2O)2.04gを水5mlに溶解したものを加えた。混合物を、乾燥するまで90℃で3時間加熱した。固体を回収し、水500mlで洗浄し、90℃で16時間乾燥させた。酸度(NH3-TPD)=0.27mmol/g、塩基度(CO2-TPD)=0.25mmol/g、水吸着=0.8重量%。
(実施例3)
この実施例は、分子組成:Zr(C6H5PO3)0.99(HPO3)1.01・0.4H2Oのジルコニウムフェニルホスホネートホスファイト触媒の調製を例証するものである。典型的な合成において、フェニルホスホン酸1g及び亜リン酸0.52gを水20mlに溶解した。これに、ジルコニルオキシクロリド(ZrOCl2・8H2O)2.04gを水5mlに溶解したものを加えた。混合物を、乾燥するまで90℃で3時間加熱した。固体を回収し、水500mlで洗浄し、90℃で16時間乾燥させた。酸度(NH3-TPD)=1.59mmol/g、塩基度(CO2-TPD)=0.21mmol/g、水吸着=2.1重量%。
(実施例4)
この実施例は、分子組成:Zr(C6H5PO3)0.5(HPO3)1.5のジルコニウムフェニルホスホネートホスファイト触媒の調製を例証するものである。典型的な合成において、ジルコニルオキシクロリド4gを、ポリエチレンビーカーに取った水20ml及び濃HF9mlに溶解することによって、溶液Aを調製した。フェニルホスホン酸1.06g及び亜リン酸26.8gを水50mlに溶解することによって、溶液Bを調製した。溶液Aを溶液Bへ加えた。溶液Aを含有していたビーカーを水14mlで洗い、その内容物を反応混合物へ加えた。反応混合物を、乾燥するまで70℃で45時間加熱した。その材料を水2リットルで洗浄し、90℃で16時間乾燥させた。酸度(NH3-TPD)=1.7mmol/g、塩基度(CO2-TPD)=0.196mmol/g、水吸着=0.1重量%。
(実施例5)
この実施例は、分子組成:Zr(C6H5PO3)0.8(HPO4)1.2・0.5H2Oのジルコニウムフェニルホスホネートホスフェート触媒の調製を例証するものである。典型的な合成において、ジルコニルオキシクロリド5.43gを、ポリエチレンビーカーに取った蒸留水30mlに溶解することによって、溶液Aを調製した。これに、48%HF12.4mlを加えた。フェニルホスホン酸2.16gを水45mlに溶解することによって、溶液Bを調製した。これに、濃リン酸84.6mlを加えた。溶液Aを、25℃で1時間かけて溶液Bへゆっくりと加えた。溶液Aを含有していた空になったビーカーを水28mlで洗い、その内容物を上記の反応混合物へ加えた。反応混合物を合わせた体積は、およそ200mlであった。混合物を、全ての溶媒が蒸発し固体が形成されるまで、70℃で2日間オイルバス内で加熱した。固体を水2リットルで洗浄し、90℃のオーブンで16時間乾燥させた。酸度(NH3-TPD)=0.4mmol/g、塩基度(CO2-TPD)=0.16mmol/g、水吸着=1.5重量%。
(実施例6)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるグリセリルオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化させた。その後、オレイン酸4g、グリセロール0.326g(オレイン酸:グリセロールモル比=4:1)、及び活性化触媒(オレイン酸の5重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を1時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応グリセロールを、重力によって分離した。生成物であるグリセロールオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例7)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるグリセリルオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化させた。その後、グリセロール0.326g、オレイン酸1g(オレイン酸:グリセロールモル比=1:1)、及び活性化触媒(オレイン酸の5重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を0.05barの真空下で1時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応グリセロールを、石油エーテル10mlを用いて液体を処理することによって分離した。全てのグリセリドは石油エーテル層へ移行した。分離層として残存したグリセロールは、デカンテーションによって分離した。石油エーテルを留去し、生成物であるグリセリルオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例8)
この実施例は、実施例2に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるグリセリルオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例2の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化させた。その後、オレイン酸4ｇ、グリセロール0.32g(オレイン酸:グリセロールモル比=4:1)、及び活性化触媒(オレイン酸の5重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を1時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応グリセロールを、石油エーテル10mlを用いて液体を処理することによって分離した。全てのグリセリドは石油エーテル層へ移行した。分離層として残存したグリセロールは、デカンテーションによって分離した。石油エーテルを留去し、生成物であるグリセリルオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例9)
この実施例は、実施例3に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるグリセリルオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例3の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化させた。その後、オレイン酸4g、グリセロール0.32g(オレイン酸:グリセロールモル比=4:1)、及び活性化触媒(オレイン酸の5重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を1時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応グリセロールを、石油エーテル10mlを用いて液体を処理することによって分離した。全てのグリセリドは石油エーテル層へ移行した。分離層として残存したグリセロールは、デカンテーションによって分離した。石油エーテルを留去し、生成物であるグリセリルオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例10)
この実施例は、実施例4に記載の触媒を用いた、バッチ反応器におけるグリセリルオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例4の触媒を500℃で2時間焼成した。その後、オレイン酸4g、グリセロール1.29g(オレイン酸:グリセロールモル比=1:1)、及び焼成触媒(オレイン酸の3重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を5時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応グリセロールを、石油エーテル10mlを用いて液体を処理することによって分離した。全てのグリセリドは石油エーテル層へ移行した。分離層として残存したグリセロールは、デカンテーションによって分離した。石油エーテルを留去し、生成物であるグリセリルオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例11)
この実施例は、実施例5に記載の触媒を用いた、バッチ反応器におけるグリセリルオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例5の触媒を500℃で2時間焼成した。その後、オレイン酸4ｇ、グリセロール0.4g(オレイン酸:グリセロールモル比=3.5:1)及び焼成触媒(オレイン酸の3重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を0.5時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応グリセロールを、石油エーテル10mlを用いて液体を処理することによって分離した。全てのグリセリドは石油エーテル層へ移行した。分離層として残存したグリセロールは、デカンテーションによって分離した。石油エーテルを留去し、生成物であるグリセリルオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例12)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるトリメチロールプロパンオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化した。その後、オレイン酸4ｇ、トリメチロールプロパン0.48g(オレイン酸:トリメチロールプロパンモル比=3:1)及び活性化触媒(オレイン酸の5重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を1時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率、生成物の酸価から見積もった。未反応トリメチロールプロパンを、重力によって分離した。生成物であるトリメチロールプロパンオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例13)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるネオペンチルグリコールオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化した。その後、オレイン酸4ｇ、ネオペンチルグリコール0.37g(オレイン酸:ネオペンチルグリコールモル比=4:1)及び活性化触媒(オレイン酸の3重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を1時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応ネオペンチルグリコールを、重力によって分離した。生成物であるネオペンチルグリコールオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例14)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるグリセリルオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化した。その後、メチルオレエート4ｇ、グリセロール0.31g(メチルオレエート:グリセロールモル比=4:1)、テトラヒドロフラン-水(1:1、重量/重量)(メチルオレエートの10重量%)及び活性化触媒(メチルオレエートの3重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を1時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。未反応のグリセロールを、石油エーテル10mlを用いて液体を処理することによって分離した。全てのグリセリドは、石油エーテル層へ移行した。分離層として残存したグリセロール及び水は、デカンテーションによって分離した。石油エーテル及びTHFを留去し、生成物であるグリセリルオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例15)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるグリセリル魚油エステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化した。その後、魚油メチレート4ｇ、グリセロール0.44g(魚油メチレート:グリセロールモル比=3:1)、テトラヒドロフラン-水(1:1、重量/重量)(魚油メチレートの10重量%)及び活性化触媒(魚油メチレートの3重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を190℃まで上昇させ、反応を8時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。未反応のグリセロールを、石油エーテル10mlを用いて液体を処理することによって分離した。全てのグリセリドは、石油エーテル層へ移行した。分離層として残存したグリセロール及び水は、デカンテーションによって分離した。石油エーテル及びTHFを留去し、生成物であるグリセリル魚油エステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例16)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるグリセリル大豆油エステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化した。その後、大豆油メチルエステル4ｇ、グリセロール0.413g(大豆油メチルエステル:グリセロールモル比=3:1)、テトラヒドロフラン-水(1:1、重量/重量)(大豆油メチルエステルの10重量%)及び活性化触媒(オレイン酸の3重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を190℃まで上昇させ、反応を8時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。未反応のグリセロールを、石油エーテル10mlを用いて液体を処理することによって分離した。全てのグリセリドは、石油エーテル層へ移行した。分離層として残存したグリセロール及び水は、デカンテーションによって分離した。石油エーテル及びTHFを留去し、生成物であるグリセリル大豆油エステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例17)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるトリメチロールプロパンカプリレートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化した。その後、カプリル酸4ｇ、トリメチロールプロパン1.24g(カプリル酸:トリメチロールプロパンモル比=3:1)、及び活性化触媒(オレイン酸の5重量%)を、真空蒸留装置が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を1時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。カプリル酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応トリメチロールプロパンを、重力によって分離した。生成物であるトリメチロールプロパンカプリレートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例18)
この実施例は、バッチ反応器におけるグリセリルオレエートエステルの調製における触媒のリサイクル性を例証するものである。実施例6において用いた後に分離された触媒を、如何なる処理にも供することなく本反応に用いた。オレイン酸4g、グリセロール0.32g(オレイン酸:グリセロールモル比=4:1)、及び使用済触媒(オレイン酸の5重量%)を、減圧蒸留装置が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を1時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応グリセロールを、重力によって分離した。生成物であるグリセロールオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例19)
この実施例は、固定床反応器におけるグリセリルオレエートエステルの調製を例証するものである。実施例1の触媒を、直径1/24インチの押出物に成形した。その押出物を50cc固定床反応器に装填した。オレイン酸及びグリセロール(オレイン酸:グリセロールモル比=4:1)を180℃に加熱された触媒反応器へ、オレイン酸としての重量での1時間当たりの空間速度0.4で送った。液体生成物の酸価を、0.1NのNaOHによる滴定及び指示薬としての1,10-フェナントロリンの使用によって求めた。オレイン酸転化率は、生成物の酸価から見積もった。未反応グリセロールを、重力によって分離した。生成物であるグリセロールオレエートエステルを単離し、HPLC技術によって分析した。
(実施例20)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるオクチルオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化した。その後、オレイン酸4ｇ、オクタノール5.53g(オレイン酸:オクタノールモル比=1:3)、及び活性化触媒(オレイン酸の5重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を8時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。未反応のオクタノールを留去した。未反応のオレイン酸を滴定法によって分析し、オクチルオレエートエステル選択性をHPLC技術によって求めた。オレイン酸転化率=95mol%。オクチルオレエートエステル選択性=97mol%。
(実施例21)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器におけるオクチルオレエートエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化した。その後、メチルオレエート4ｇ、オクタノール5.25g(メチルオレエート:オクタノールモル比=1:3)、及び活性化触媒(メチルオレエートの5重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を180℃まで上昇させ、反応を8時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。未反応のオクタノールを留去した。メチルオレエート転化率及びオクチルオレエートエステル選択性をHPLC技術によって求めた。メチルオレエート転化率=91mol%。オクチルオレエートエステル選択性=98mol%。
(実施例22)
この実施例は、実施例1に記載の調製されたそのままの触媒を用いた、バッチ反応器における大豆油由来脂肪酸のオクチルエステルの調製を例証するものである。反応に先立ち、実施例1の調製されたそのままの触媒を200℃で4時間活性化した。その後、大豆油4ｇ、オクタノール6.70g(大豆油:オクタノールモル比=1:9)、及び活性化触媒(大豆油の5重量%)を、水冷式冷却器が取り付けられ且つ温度管理されたオイルバス内に置かれた100mlガラス丸底フラスコに取った。反応器の温度を190℃まで上昇させ、反応を8時間実施した。その後、固体触媒を、遠心分離/ろ過によって反応混合物から分離した。未反応のオクタノールを留去した。大豆油の転化率及びオクチルエステル選択性をHPLC技術によって求めた。メチルオレエート転化率=89mol%。オクチルエステル選択性=90mol%、モノ+ジ+トリグリセリドエステル選択性=10mol%。
実施例6〜19において例示した反応の結果をTable 1(表1)に列挙する。
Figure 2015518858
本発明の利点は以下の通りである。
i. 不均質な二官能性の疎水性触媒をベースとした方法;
ii. 触媒の再利用が可能な方法;
iii. 環境に優しい方法;
iv. 95から100重量%のアルコールエステル選択性;
v. 反応を、バッチ又は連続の固定床反応の様式で行うことができる;
vi. エーテル等の副産物が形成されない。

Claims (10)

  1. 生分解性潤滑剤基油としての脂肪酸エステルを選択性100mol%で調製する方法であって、
    (a)分子式：
    M(X)2-nYn・mH2O
    (式中、Xはフェニルホスホネートを表し、YはHPO4 2-又はHPO3 2-を表し、Mは金属イオンを表し、前記金属はZrであり、nの値は0.2から1.8までの範囲であり、mの値は0から5までの範囲である。)
    のリサイクル可能で固体で疎水性の酸性-塩基性二官能性ホスホネート触媒を準備する工程、
    (b)脂肪族化合物をアルコールと0.3から9の間の範囲のモル比で、脂肪族化合物の重量の3から10%の工程(a)で準備した触媒の存在下で接触させる工程、
    (c)工程(b)で得られた反応混合物を、0.5から8時間の範囲の期間、110から200℃の範囲の温度に供した後、液体生成物から触媒を分離し、未反応出発原料から脂肪酸エステルを分離する工程
    を含む、方法。
  2. 工程(b)において用いられる脂肪族化合物が、脂肪酸、若しくは脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル、植物油若しくは動物脂、又はそれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. 脂肪族化合物中の脂肪酸が、8から24個の炭素原子を有する、請求項2に記載の方法。
  4. 用いられるアルコールが、6から22個の炭素原子を含有する直鎖若しくは分岐一価アルコール、又は、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトール、グリセロール及び糖からなる群から選択される、少なくとも2つの水酸基を有するポリオールである、請求項1に記載の方法。
  5. 脂肪酸エステルが、脂肪酸とアルコールのモノ若しくはジ若しくはトリエステル又はそれらの混合物である、請求項1に記載の方法。
  6. 反応が、バッチ又は連続の固定床反応の様式で実施される、請求項1に記載の方法。
  7. 反応が、0.01から0.9barの真空下で行われる、請求項1に記載の方法。
  8. 触媒が、0〜2.5重量%の範囲の水吸着能を有する疎水性のものであり、且つ0.1〜2mmol/gの範囲の密度を有する酸性及び塩基性部位の両方を含有する、請求項1に記載の方法。
  9. 反応が、トルエン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド及びそれらの混合物からなる群から選択される混和性増強剤の存在下で行われる、請求項1に記載の方法。
  10. 触媒が、調製されたそのままで又は300から600℃の間の温度で焼成された後に用いられる、請求項1に記載の方法。
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