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一种失山梨醇脂肪酸酯的制备方法

阅读:749发布:2024-02-27

专利汇可以提供一种失山梨醇脂肪酸酯的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种失 水 山梨醇 脂肪酸 酯的制备方法,包括以下步骤:山梨醇先 真空 脱游离水,然后在酸性催化剂作用下醚化生成失水山梨醇,再加入 碱 中和酸性催化剂,最后加入脂肪酸低级一元醇酯和碱性催化剂进行酯交换反应,即得。本发明提供的失水山梨醇脂肪酸酯制备方法与传统方法相比原料使用更廉价的脂肪酸低级一元醇酯,反应时间短,反应 温度 大幅降低,可明显降低产品成本,所得产品流动性好、透明度高、性能指标良好。,下面是一种失山梨醇脂肪酸酯的制备方法专利的具体信息内容。

1.一种失山梨醇脂肪酸酯的制备方法,以山梨醇水溶液和脂肪酸低级一元醇酯为原料,通过酯交换得到失水山梨醇脂肪酸酯,其特征是:操作步骤如下:
(1)取山梨醇水溶液置于反应器中,在温度90~110℃、相对真空度-0.07~-0.095MPa的条件下脱水1h;
(2)将温度升至115-155℃,加入酸性催化剂,该酸性催化剂为甲基磺酸、硫酸甲苯磺酸和磷酸中的一种,加入量为山梨醇水溶液重量的0.1%~1.5%,在相对真空度-0.07~-0.095MPa的条件下脱水1~2h,得到失水山梨醇;
(3)加入性化合物中和酸性催化剂,该碱性化合物为氢化钠、氢氧化、甲醇钠、甲醇钾、酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或者两种以上的混合物,加入量与酸性催化剂的质量比为1:(0.95~1.05);
(4)往步骤(3)中和处理后的失水山梨醇中加入脂肪酸低级一元醇酯,其加入量与山梨醇水溶液的质量比为1.5:1~2.5:1;该脂肪酸低级一元醇酯为脂肪酸与低级一元醇通过酯化合成而得,该脂肪酸的主要成分是月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸中的一种或者多种混合物,该低级一元醇为含1~4个碳的一元醇;将温度升至160℃,此时加入碱性催化剂,其加入量为脂肪酸低级一元醇酯重量的0.3%~1.5%,该碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或者多种的混合物;再将温度升至165~230℃,在相对真空度-0.05~-0.095MPa的条件下,酯交换反应80~110min。
2.如权利要求1所述失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,其特征是:所述步骤(1)中山梨醇水溶液为含70%山梨醇的水溶液。
3.如权利要求1所述失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,其特征是:所述步骤(1)中脱水温度优选为95~100℃,相对真空度优选为-0.08~-0.09MPa。
4.如权利要求1所述失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,其特征是:所述步骤(2)中加入的酸性催化剂为磷酸或对甲苯磺酸。
5.如权利要求1所述失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,其特征是:所述步骤(2)中酸性催化剂的用量为山梨醇水溶液重量的0.2~1.0%;温度为125~135℃,相对真空度为-0.08~-0.09MPa,脱水时间为70min。
6.如权利要求1所述失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,其特征是:所述步骤(3)中的碱性化合物为碳酸氢钠或氢氧化钠。
7.如权利要求1所述失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,其特征是:所述步骤(4)中脂肪酸的主成分为含月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸的混合脂肪酸;所述低级一元醇为甲醇。
8.如权利要求1所述失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,其特征是:所述步骤(4)中加入的碱性催化剂为为碳酸氢钠或氢氧化钠。
9.如权利要求1所述失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,其特征是:所述步骤(4)中碱性催化剂用量为脂肪酸低级一元醇酯重量的0.6%~1.0%。
10.如权利要求1所述失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,其特征是:所述步骤(4)中酯交换反应温度优选为180~200℃,相对真空度优选为-0.07~-0.09MPa。

说明书全文

一种失山梨醇脂肪酸酯的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及利用酯交换合成有机化工产品的方法,具体涉及一种失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法。

背景技术

[0002] 失水山梨醇脂肪酸酯又称山梨糖醇酐脂肪酸酯,其商品名为司盘,具有优良的乳化、分散、发泡和润湿的性能,是一类非常重要的非离子型表面活性剂,适于用作油包水型(W/O)乳化剂,且易生物降解,该产品现已广泛应用在食品、医药、化妆品农药、涂料、纺织、塑料、民爆、石油工业等领域。
[0003] 传统的失水山梨醇脂肪酸酯制备方法包括一步法和两步法两种。一步法即山梨醇和脂肪酸在催化剂作用下,一步合成失水山梨醇脂肪酸酯;该方法虽然简单,但是由于酯化和醚化同时进行,往往出现酯化反应进行较好,而醚化成环不足,影响了产品质量,导致产品难以应用于高端行业。两步法即先酯化后醚化或先醚化后酯化,分成两步制备失水山梨醇脂肪酸酯,其中先酯化后醚化的两步法具体为先在性催化剂作用下,山梨醇与脂肪酸发生酯化反应,再在酸性催化剂的作用下,醚化成环,该方法所得产品颜色深、透明度差、羟值较高;先醚化后酯化的两步法具体为先将山梨醇在酸性催化剂作用下脱水醚化成酐,再在碱性催化剂作用下与脂肪酸发生酯化反应,该方法所得产品羟值易控制,产品颜色较浅,应用范围广。
[0004] 传统的失水山梨醇脂肪酸酯的制备,不管是一步法还是两步法,所使用的基础原料都是脂肪酸,原料单一;且使用普通碱性催化剂使酯化反应温度高,达到200℃以上;酯化反应时间长,大于5h,因而影响了生产效率和产品成本。

发明内容

[0005] 酯交换反应是一种酯与一种醇在催化剂的作用下生成另一种酯和另一种醇的反应。酯交换反应是一种可逆反应,要让酯交换反应向正反应方向进行,至少应满足以下两个条件中的一个:一是在反应过程中生成的新酯稳定性强于原来的酯;二是在反应过程中生成的新醇能够不断地从反应体系中分离出去。
[0006] 具体到本发明一种失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,失水山梨醇与脂肪酸低级一元醇酯在碱性催化剂作用下发生酯交换反应,为了使反应向正反应方向进行,需不断蒸出反应生成的低级一元醇,以破坏反应的化学平衡;而降低反应体系压既可降低低级一元醇的沸点使低级一元醇更易蒸出,加快反应速率,又可隔绝空气防止失水山梨醇化。
[0007] 本发明目的在于提供一种失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法,解决现有失水山梨醇脂肪酸酯制备方法存在的原料单一、反应温度高、反应时间长的问题,在提高产品质量的同时降低产品成本。
[0008] 为实现以上目的,本发明一种失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法以山梨醇水溶液和脂肪酸低级一元醇酯为原料,通过酯交换得到失水山梨醇脂肪酸酯,操作步骤如下:
[0009] (1)取山梨醇水溶液置于反应器中,在温度90~110℃、相对真空度-0.07~-0.095MPa的条件下脱水1h;
[0010] (2)将温度升至115-155℃,加入酸性催化剂,该酸性催化剂为甲基磺酸、硫酸甲苯磺酸和磷酸中的一种,加入量为山梨醇水溶液重量的0.1%~1.5%,在相对真空度-0.07~-0.095MPa的条件下脱水1~2h,得到失水山梨醇;
[0011] (3)加入碱性化合物中和酸性催化剂,该碱性化合物为氢氧化钠、氢氧化、甲醇钠、甲醇钾、酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或者两种以上的混合物,加入量与酸性催化剂的质量比为1:(0.95~1.05);
[0012] (4)往步骤(3)中和处理后的失水山梨醇中加入脂肪酸低级一元醇酯,其加入量与山梨醇水溶液的质量比为1.5:1~2.5:1;该脂肪酸低级一元醇酯为脂肪酸与低级一元醇通过酯化合成而得,该脂肪酸的主要成分是月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸中的一种或者多种混合物,该低级一元醇为含1~4个碳的一元醇;将温度升至160℃,此时加入碱性催化剂,其加入量为脂肪酸低级一元醇酯重量的0.3%~1.5%,该碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或者多种的混合物;再将温度升至165~230℃,在相对真空度-0.05~-0.095MPa的条件下,酯交换反应80~110min。
[0013] 所述步骤(1)中山梨醇水溶液为含70%山梨醇的水溶液。
[0014] 所述步骤(1)中脱水温度优选为95~100℃,相对真空度优选为-0.08~-0.09MPa。
[0015] 所述步骤(2)中加入的酸性催化剂为磷酸或对甲苯磺酸。
[0016] 所述步骤(2)中酸性催化剂的用量为山梨醇水溶液重量的0.2~1.0%;温度为125~135℃,相对真空度为-0.08~-0.09MPa,脱水时间为70min。
[0017] 所述步骤(3)中的碱性化合物为碳酸氢钠或氢氧化钠。
[0018] 所述步骤(4)中脂肪酸的主成分为含月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸的混合脂肪酸;所述低级一元醇为甲醇。
[0019] 所述步骤(4)中加入的碱性催化剂为为碳酸氢钠或氢氧化钠。
[0020] 所述步骤(4)中碱性催化剂用量为脂肪酸低级一元醇酯重量的0.6%~1.0%。
[0021] 所述步骤(4)中酯交换反应温度优选为180~200℃,相对真空度优选为-0.07~-0.09MPa。
[0022] 本发明一种失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法制得的失水山梨醇脂肪酸酯产品流动性好、透明度高,酸值<1.30mgKOH/g,皂化值>137.0mgKOH/g,羟值>185mgKOH/g,产品质量良好;此外,本发明酯交换反应温度比传统的酯化反应温度低20℃以上,酯交换反应时间比传统的酯化反应时间缩短3.5h以上,采用脂肪酸低级一元醇酯作原料更廉价,在降低产品成本的同时提高了单位产能。

具体实施方式

[0023] 下面结合具体实施例对本发明一种失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法作进一步详细说明。
[0024] 本发明一种失水山梨醇脂肪酸酯的制备方法采用的原料脂肪酸低级一元醇酯是脂肪酸甲酯,其酸值0.31mgKOH/g、皂化值192.0mgKOH/g,经气相色谱法分析,脂肪酸甲酯组成:月桂酸甲酯含量0.01%、豆蔻酸甲酯含量0.06%、棕榈酸甲酯含量6.26%、硬脂酸甲酯含量8.64%、油酸甲酯含量41.82%、亚油酸甲酯含量34.05、亚麻酸甲酯含量3.21、其他脂肪酸甲酯含量5.95%。
[0025] 实施例1
[0026] 取70%山梨醇水溶液120g置于反应器中,搅拌,将温度升至100℃,在相对真空度为-0.09MPa的条件下,脱水1h。将温度升至130℃,加入0.6g对甲苯磺酸,在相对真空度-0.09MPa的条件下,醚化脱水70min。加入0.6g氢氧化钠、240g脂肪酸甲酯,将温度升至160℃,再加入1.44g氢氧化钠,将温度升至180℃,在相对真空度-0.09MPa的条件下,酯交换
1.5h,即得失水山梨醇脂肪酸酯产品。该产品性能试验结果如表1所示。
[0027] 实施例2
[0028] 取70%山梨醇水溶液120g置于反应器中,搅拌,将温度升至100℃,在相对真空度为-0.09MPa的条件下,脱水1h。将温度升至130℃,加入1.2g对甲苯磺酸,在相对真空度-0.09MPa的条件下,醚化脱水70min。加入1.2g氢氧化钠、240g脂肪酸甲酯,将温度升至160℃,再加入1.44g氢氧化钠,将温度升至180℃,在相对真空度-0.09MPa的条件下,酯交换
1.5h,即得失水山梨醇脂肪酸酯产品。该产品性能试验结果如表1所示。
[0029] 实施例3
[0030] 取70%山梨醇水溶液120g置于反应器中,搅拌,将温度升至100℃,在相对真空度为-0.09MPa的条件下,脱水1h。将温度升至130℃,加入0.6g对甲苯磺酸,在相对真空度-0.09MPa的条件下,醚化脱水70min。加入0.6g氢氧化钠、240g脂肪酸甲酯,将温度升至160℃,再加入1.92g氢氧化钠,将温度升至180℃,在相对真空度-0.09MPa的条件下,酯交换
1.5h,即得失水山梨醇脂肪酸酯产品。该产品性能试验结果如表1所示。
[0031] 实施例4
[0032] 取70%山梨醇水溶液120g置于反应器中,搅拌,将温度升至100℃,在相对真空度为-0.09MPa的条件下,脱水1h。将温度升至130℃,加入0.24g对甲苯磺酸,在相对真空度-0.09MPa的条件下,醚化脱水70min。加入0.24g氢氧化钠、240g脂肪酸甲酯,将温度升至160℃,再加入1.92g氢氧化钠,将温度升至180℃,在相对真空度-0.09MPa的条件下,酯交换
1.5h,即得失水山梨醇脂肪酸酯产品。该产品性能试验结果如表1所示。
[0033] 实施例5
[0034] 取70%山梨醇水溶液120g置于反应器中,搅拌,将温度升至100℃,在相对真空度为-0.09MPa的条件下,脱水1h。将温度升至130℃,加入0.24g对甲苯磺酸,在相对真空度-0.09MPa的条件下,醚化脱水70min。加入0.24g氢氧化钠、240g脂肪酸甲酯,将温度升至160℃,再加入2.40g氢氧化钠,将温度升至180℃,在相对真空度-0.09MPa的条件下,酯交换
1.5h,即得失水山梨醇脂肪酸酯产品。该产品性能试验结果如表1所示。
[0035] 表1失水山梨醇脂肪酸酯性能试验结果
[0036]
[0037] 由表1可知,本发明实施例1~5制备得到的失水山梨醇脂肪酸酯的酸值<1.30mgKOH/g,皂化值>137.0mgKOH/g,羟值>185mgKOH/g,产品性能指标符合要求。但各分项指标存在差异:性状由浑浊到透亮、颜色由棕黄色到棕红色、状态由黏稠状到凝胶状差异性较大,酸值0.89~1.21mgKOH/g、皂化值137.2~143.9mgKOH/g差异性较小,羟值188~
316mgKOH/g差异性较大。
[0038] 由实施例1和实施例3、实施例4和实施例5试验结果比较可知,碱性催化剂的加入量偏少时,酯交换反应不彻底,产品呈浑浊状。
[0039] 由实施例1和实施例2试验结果比较可知,碱性催化剂的加入量偏多时,容易发生皂化反应,产品呈凝胶状;酸性催化剂的加入量偏多时,山梨醇失水过度,产品羟值偏低。
[0040] 由实施例3、实施例4和实施例5实验结果比较可知,酸性催化剂的加入量偏少时,山梨醇失水不充分,产品羟值偏高。
[0041] 综上所述,实施例3是本发明最佳实施例,所得失水山梨醇脂肪酸酯呈透亮的棕红色黏稠状,酸值0.89mgKOH/g,皂化值139.4mgKOH/g,羟值233mgKOH/g。
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