一種新戊基多元醇月桂酸酯的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機化學(xué)原料制造領(lǐng)域，特別涉及一種新戊基多元醇月桂酸酯的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多的脂肪酸酯中，有一類脂肪酸酯具有季碳原子的特殊結(jié)構(gòu)，又稱新戊基結(jié)構(gòu)，典型的例子如:季戊四醇脂肪酸酯、雙季戊四醇脂肪酸酯、三羥甲基丙烷脂肪酸酯、雙三羥甲基丙烷脂肪酸酯、新戊二醇脂肪酸酯，它們備受人們的青睞。因為這些新戊基脂肪酸酯的羰基的β位碳原子上沒有氫原子，所以不能和酯基的醇部分的碳和氫形成六原子環(huán)狀的共振結(jié)構(gòu)，只有高能量才能破壞這樣的酯結(jié)構(gòu)，這使得新戊基多元醇脂肪酸酯的抗氧化性和抗消去反應(yīng)的穩(wěn)定性很好。因而新戊基多元醇脂肪酸酯具有其它酯類無可比擬的優(yōu)越性，成為目前潤滑油中的高端合成酯的最佳選擇。
[0003]新戊基多元醇脂肪酸酯不僅熱氧化安定性好、熱分解溫度高，而且在環(huán)境中易降解，可以用作潤滑油的合成基礎(chǔ)油和金屬乳制過程中的潤滑劑，所以越來越受到人們的重視。
[0004]月桂酸是一種常見、易得的飽和脂肪酸。用飽和脂肪酸合成得到的合成酯，其抗氧化的穩(wěn)定性也會比較好。常見的椰子油酸的主要成分也是月桂酸，因而可以用新戊基多元醇和月桂酸合成得到的酯來比較用相應(yīng)的新戊基多元醇和椰子油酸合成得到的酯，為下游用戶提供選擇面更廣的、經(jīng)濟合理的新戊基多元醇脂肪酸酯產(chǎn)品。
[0005]當今合成新戊基多元醇脂肪酸酯類產(chǎn)品的工藝文獻不少，不外乎采用直接酯化法和酯交換法。酯交換法由于要用到堿性催化劑，且會產(chǎn)生低級脂肪醇等有易燃和爆炸危險的副產(chǎn)品，所以實際上用得不多。即使是采用直接酯化法，大都是采用某種原料過量來促使反應(yīng)正向進行，這在后續(xù)的提純、精制過程中就會遇到過量的原料和產(chǎn)物分離的困難。即使采用分子精餾等手段來脫除某種過量的原料，就算能夠脫得很徹底，也必然會引起目標產(chǎn)物得率的下降，而且由此分離過程帶來的能耗也是不容忽視的，因而很難合成出價格有競爭性的產(chǎn)品來。
[0006]有些文獻反映的當前生產(chǎn)工藝顯示，在合成新戊基多元醇脂肪酸酯的過程中，采用溶劑或帶水劑來提高脫水的效率，使酯化反應(yīng)不至于在較高溫度下才能進行徹底。然而采用這樣的工藝帶來的一個可怕的效果就是最終要讓這些溶劑或帶水劑和產(chǎn)物實現(xiàn)徹底的分離也很困難。而少量的低沸點溶劑或帶水劑的存在會導(dǎo)致產(chǎn)品的閃點明顯下降，給產(chǎn)品在高溫下使用帶來隱患。
[0007]還有些文獻反映的當前生產(chǎn)工藝顯示，為了提高酯化率、減少反應(yīng)的時間，往往采用脂肪酸過量的辦法來進行反應(yīng)，然后對產(chǎn)物進行后處理。在對產(chǎn)品的后處理方面，大都采用中和、水洗和分相等提純手段。采用這樣的技術(shù)帶來的后果是這些酸性的原料會有損失、單耗難以達到理想的水平、生產(chǎn)成本居高不下。在中和過程中產(chǎn)生的鹽難以除去，要對處在廢水中的鹽進行符合環(huán)保要求的處理也是一件令人非常頭痛的事情。在后處理的過程中因為用到了堿性物質(zhì)，還可能發(fā)生已經(jīng)合成出來的酯再發(fā)生皂化反應(yīng)的情況，使得產(chǎn)物在后續(xù)的使用過程中出現(xiàn)問題。
[0008]翻翻公開的關(guān)于合成酯的工藝資料，可以發(fā)現(xiàn)當前的工藝技術(shù)中在催化劑的選擇方面，大都摒棄傳統(tǒng)的催化劑，改用各式各樣的負載或復(fù)合催化劑。其實制備各種新型的催化劑的成本就比較高，而且這些新型的催化劑的催化效果還不如傳統(tǒng)催化劑好。即使有些固體催化劑可以回收，但是隨著在使用過程中固載催化劑的有效成分不斷被洗脫，實際上這些催化劑可以重復(fù)使用的壽命有限。其實，傳統(tǒng)的酯化反應(yīng)用的催化劑，如濃硫酸、對甲苯磺酸、氨基磺酸和甲基磺酸等，在催化酯化反應(yīng)的進行方面還是有著很大的優(yōu)勢，反應(yīng)速度快，酯化完全。而且如果用對甲苯磺酸作為催化劑的話，它還有一個好處，就是它的熔點約為106°C，當反應(yīng)結(jié)束產(chǎn)物冷卻下來后，它會從產(chǎn)物中析出，從而可在過濾過程中被過濾掉，實現(xiàn)催化劑和產(chǎn)物的分離。
[0009]由于原料的來源不同，生產(chǎn)工藝也不盡相同，不同批次原料的純度、雜質(zhì)含量等指標存在著細微的波動，所以要生產(chǎn)出合格的新戊基多元醇脂肪酸酯，也需要針對不同批次原料的特點進行小試摸索，合理調(diào)整原料的配比才行。
[0010]針對現(xiàn)有生產(chǎn)新戊基多元醇脂肪酸酯類產(chǎn)品工藝的不足以及不同批次間原料的質(zhì)量波動，有必要考慮控制生產(chǎn)成本和兼顧產(chǎn)品質(zhì)量的均衡性，采用易得的對甲苯磺酸作為催化劑，結(jié)合靠小試來確定不同批次原料間合理的配比，來經(jīng)濟、合理地生產(chǎn)新戊基多元醇月桂酸酯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采用對甲苯磺酸為催化劑，經(jīng)濟且合理的新戊基多元醇月桂酸酯的制備工藝。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種新戊基多元醇月桂酸酯的制備工藝，其創(chuàng)新點在于:對于采購來的當前批次的新戊基多元醇和月桂酸，
先根據(jù)所用新戊基多元醇分子中羥基的數(shù)量來確定和月桂酸這樣的一元羧酸進行完全的酯化反應(yīng)所需的理論摩爾配比，或根據(jù)以前對于新戊基多元醇和月桂酸形成的經(jīng)驗?zāi)柵浔葋磉x擇當前小試的摩爾配比；
采用對甲苯磺酸作為催化劑，在通氮氣的情況下依靠加熱進行酯化反應(yīng)，并通過收集裝置收集隨氮氣帶出的水，觀察到收集裝置中在5?20分鐘內(nèi)不再有水脫出后，取樣，測定樣品的酸值，通過一次或多次小試摩爾配比的調(diào)整使得當前小試樣品滿足酸值彡 1.5mgK0H/g ；
加入吸附脫色劑，繼續(xù)加熱攪拌0.5?2h，然后停止加熱，等小試樣品冷卻到50?70°C時，趁熱在鋪有中速定量濾紙的布氏漏斗中進行抽濾，將抽濾瓶中的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到試劑瓶中，按照GB/T 7305— 2003規(guī)定的方法，測定合成液和水的分離性；如果測得的結(jié)果顯示高速攪拌結(jié)束后在靜置的三十分鐘時間內(nèi)后，乳化層的體積小于3mL，則表示該合成液和水的分離性良好，結(jié)束該次小試；
以本次小試中酸值< 1.5mgK0H/g且合成液和水的分離性也符合要求的小試摩爾配比作為當前批次原料的原料配比來進行規(guī)?；a(chǎn)。
[0013]進一步地，所述具體步驟如下: 步驟S1:對于采購來的當前批次的新戊基多元醇和月桂酸，計算所用新戊基多元醇分子中羥基的數(shù)量來確定和月桂酸這樣的一元羧酸進行完全的酯化反應(yīng)所需的理論摩爾配比，或根據(jù)以前對于新戊基多元醇和月桂酸形成的經(jīng)驗?zāi)柵浔葋磉M行小試試驗，若所用新戊基多元醇的羥基數(shù)為n，則月桂酸與新戊基多元醇的理論摩爾比為η ;
步驟S2:設(shè)定本次小試中月桂酸與新戊基多元醇的摩爾比為0.9:η?1.2:η ；
步驟S3:進行小試，在500mL的三頸瓶中，先放入磁力攪拌子，投入0.4?1.6mol的月桂酸，然后根據(jù)步驟S2中設(shè)定的摩爾比投入相應(yīng)量的新戊基多元醇，開啟油浴加熱器的升溫開關(guān)，對釜內(nèi)的物料進行加熱，當釜內(nèi)溫度升到110±4°C時，加入月桂酸和所用新戊基多元醇總投料質(zhì)量的0.5?2%的對甲苯磺酸作為催化劑，將氮氣管插入到液面下，以10?lOOmL/min的流速通入氮氣，開啟磁力攪拌Il內(nèi)攪拌子的攪動，從此時開始計時，將Il內(nèi)的物料升溫到120?250°C，加熱5?24h，觀察反應(yīng)副產(chǎn)的水在氮氣的帶動下脫出到收集裝置中的速度情況，等到收集裝置中在5?20分鐘內(nèi)不再有一滴水脫出后，取樣；
步驟S4:測定樣品的酸值，如果樣品的酸值< 1.5mgK0H/g，則直接跳到步驟S9 ;如果樣品的酸值> 1.5mgK0H/g，則進入下一步驟；
步驟S5:繼續(xù)反應(yīng)0.5?2h ;
步驟S6:取樣測定反應(yīng)后的酸值，若酸值< 1.5mgK0H/g，則跳到步驟S9 ;若酸值>1.5mgK0H/g，則進入下一步；
步驟S7:判斷上述步驟S6中測定的酸值與相鄰前一次酸值差的絕對值，若該絕對值>
0.5mgK0H/g，則返回步驟S5 ;若該絕對值彡0.5mgK0H/g，則進入下一步；
步驟S8:若酸值仍> 1.5mgK0H/g，則結(jié)束本次小試，并返回步驟S2重新在0.9:n?
1.2:n的范圍內(nèi)調(diào)整并設(shè)定下一次新戊基多元醇與月桂酸小試試驗的具體摩爾配比；若酸值已彡1.5mgK0H/g，則進入下一步；
步驟S9:向三頸瓶中加入所用新戊基多元醇和月桂酸總投料質(zhì)量的0.5?5%、粒徑為65?80 μ m的吸附脫色劑，繼續(xù)加熱攪拌0.5?2h，然后停止加熱，等小試樣品冷卻到50?70°C時，趁熱在鋪有中速定量濾紙的布氏漏斗中進行抽濾，將抽濾瓶中的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到試劑瓶中；
步驟S10:按照GB/T 7305—2003規(guī)定的方法，測定試劑瓶中的合成液和水的分離性，如果測得的結(jié)果顯示高速攪拌結(jié)束后在靜置的三十分鐘時間內(nèi)乳化層的體積小于3mL，則表示該合成液和水的分離性良好，結(jié)束該次小試，記下該批次所用月桂酸和新戊基多元醇合適的摩爾配比，以本次小試的摩爾配比作為用當前批次的原料來進行規(guī)?；a(chǎn)時的原料配比；如果測定結(jié)果顯示合成液和水的分離性不好，則返回步驟S2，微調(diào)小試試驗中月桂酸與新戊基多元醇的具體摩爾配比，然后進行下一次小試；
步驟SI 1:規(guī)模化生產(chǎn)；
進一步地，所述規(guī)?；a(chǎn)的步驟具體為:
步驟S111:以小試得到的當前批次所用新戊基多元醇和月桂酸的摩爾比，在IM3的反應(yīng)爸中，投入月桂酸和所用新戊基多元醇，使Il內(nèi)原料的總質(zhì)量處在300?800kg的范圍內(nèi)，開啟攪拌，開始時轉(zhuǎn)速維持在5?50rpm，開啟反應(yīng)爸的加熱閥門，對爸內(nèi)的物料進行加熱，當釜內(nèi)溫度升到115±5°C時，加入月桂酸和所用新戊基多元醇總投料質(zhì)量的0.5?2%的對甲苯磺酸作為催化劑，打開氮氣閥門，以I?100L/min的流速通入氮氣，將攪拌的轉(zhuǎn)速提高到50?300rpm，從此時開始計時，將釜內(nèi)的物料升溫到120?2