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2012年第6期(总第96期)
塑料旸剂
单甘酯的合成及在塑料工业中的应用
殷晶莉杨占红
中南大学化学化工学院,长沙,410083)
摘要单甘酯作为一种表面活性剂广泛应用于食品、农业、エ业等各个领域,是日常生活中不可或
缺的化学添加剂。本文重点介绍了单甘酯的合成,并探讨了单甘酯在塑料エ业中的作用机理及应用。
关键词单甘酯塑料合成应用
doi:10.3969/jign.1672-6294.2012.06.003
Synthesis of Glycerin Monostearate and Its Application in Plastic Industry
Yin Jingli Yang Zhanhong
(College of chemistry and chemical engineering, central south university, Changsha, 410083)
Abstract: As a kind of surfactant lycerin monostearate is widely used in food, agriculture, industry, and
many other fields. Glycerin monostearate is also an indispensable chemical additive in our daily life. The syn-
thesis, mechanism and application in plastic industry of glycerin monostearate were discussed in this paper
Keywords: glyeerin monostearate; plastics; synthesis; applications
单脂肪酸甘油酯(简称单甘, monoglyceride,甘酯、二脂肪酸甘油脂(二甘酯)甘油和油酯的混
MG)是多元醇型非离子型表面活性剂,有两种构合物,反应式如下:
型,即1-MAC和2-MAC。单甘酯一般为油状、脂
CH,OH CH,OOCR CHOOCR
状或蜡状,色泽为淡黄或象牙色,有油脂味或无3 RCOOH+2 CHOH- CHOH+CHoH+3H,O
味,这与脂肪酸基团的大小及不饱和程度有关。单
CH2OH CH,OH CH,OOCR
甘酯不溶于水和甘油,但能在热水中形成稳定的
式中R=CH2,下同
水合分散系,能溶于热的乙醇、汽油及烃类物质
中,具有优良的感官特性。14个碳以上单甘酯能与
为了提高转化率,在生产过程中常常加入稍
水形成凝胶型水合物,其HLB值为2~3,为W/O过量的甘油,用酸、碱或金属氧化物作催化剂,反
型乳化剂。通过改变单甘酯的脂肪酸碳链长度和应温度为180-200℃,反应时间2.5-3h。式(1)为
不饱和程度可以调整其HLB值。与油脂相似,单可逆反应,所以反应过程中需不断除去所生成的
甘酯以多种晶型或变晶型存在叫,这是导致同一种水(采用高温或通入CO),使反应向酯生成的方向
单甘酯出现不同熔点的主要原因。
移动。
改变反应物料配比、反应时间、反应温度、催化
1单甘脂的合成
剂种类及用量会影响酯化产物中各组分的比例;加
1.1直接酯化法
大甘油的用量可提高单甘酯的含量;采用二氧六环
脂肪酸和甘油可直接发生酯化反应,得到单或酚作反应溶剂也可生成较高比例的单甘酯。
但是直接酯化法一般只能得到40%-60%含
收稿日期:2012-08-17
量的单甘酯。若再进一步用分子蒸馏或乙醇等溶
塑料助剂
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剂萃取,则单甘酯含量可达90%。此法工艺较为成可得高纯度单甘酯。
熟,但分子蒸馏设备价格高。随着脂肪酸价格的日
其实,上述反应的逆反应即是单甘酯(或二甘
益上涨,直接酯化法显得很不经济。
酯)与甲醇进行的酯交换反应,通过控制反应物料
1.2醇解反应法
的配比及反应条件,可实现单甘酯的生成。在真空
醇解反应法又称酯交换法,实际上就是甘油条件下反应,有利于移去所生成的甲醇,使反应向
与相应的脂肪酸酯在一定条件下进行酯的重新分右移动生成单甘酯。
配,得到单甘酯、二甘酯的混合物。根据所采用的
有人对油酸甲酯与甘油的醇解反应进行了研
原料,醇解反应法可分为油酯甘油醇解法和甲酯究,所得的优化条件如下即甘油与甲酯摩尔比为2
甘油醇解法两种。
1,催化剂用量0.5%(质量分数),反应压力18.7
(1)油酯甘油醇解法
kPa,反应时间50nin,所得产物中油酸单甘酯含量
反应式:
达56%以上
CHHOOCR CH>OH CH,OOCR CH20OCR
与其他制备方法相比,该法的优点是反应迅
CHOOCR +CHOH-CHOH CHOOCR (2
速。但所需原料脂肪酸甲酯不易获得,极大地限制
CH20OCR CH,OH CH,OH
CH2OH
了本法的应用。
无论是油脂甘油醇解法、甲酯甘油醇解法或
这是目前工业上生产单甘酯最重要和最普遍直接酯化法,所得的反应混合产物中均含有相当
的方法。通常的工艺如下:油脂与甘油在碱性催化量的二甘酯(25%~45%)。经提纯单甘酯后,这些二
剂(如氢氧化钠或氢氧化钾等)的作用下进行醇解甘酯副产物应加以充分利用。
反应,反应时间为2~4h,反应温度为180~250℃,1.3环氧氯丙烷法
反应过程中通入惰性气体以防止产物色泽过深。
反应式啊
醇解后所得的产物为单甘酯、二甘酯、未反应甘油
和油脂的混合物,成分较复杂,需进行提纯处理才
RCOONA+H,-, CI
能得到高纯度单甘酯。
CH2OOCR
增加甘油用量、提高反应温度、延长反应时间
RCOOCH], -+CHOH
等均可増加单甘酯的含量,但无论如何,醇解产物
H
CH,OH
中单甘酯含量不超过60%。与直接反应法相比较,
该法所需原料油脂比脂肪酸易得且价廉,因而逐
此法分为酯化和开环两步反应,以季铵盐阳
渐取代了直接酯化法而成为最重要的单甘酯生产离子表面活性剂为催化剂,以甲苯作溶剂,环氧氯
方法。
丙烷与脂肪酸皂配比为2:1,反应温度为90~110
2)脂肪酸甲酯甘油醇解法
℃,反应2h间,经冷却、过滤后取有机相进行水洗,
反应式:
蒸除甲苯及未反应的环氧氯丙烷后,可得到中间
CHOH
CH,OOCR
产物脂肪酸缩水甘油酯,再在碱性?或酸性η条件
RCOOCH3+CHOH→Con+CH.OH(3)下进行开环水解,经冷却、结晶、过滤、干燥后得到
CH2OH
CH,OHI
高纯度单甘酯产品。
该法的环氧氯丙烷、甲苯、相转移催化剂等均
CH,OOCR CHOOCR
可反复使用。但本法只能制得工业品单甘酯,要
RCOOCH, CHOH
CHOH +CHOH(4)
制取食品级产品需进一步提纯。
CH,OH
CH20OCR
1.4缩水甘油法
将脂肪酸甲酯和甘油按一定的配比混合,加
反应式:
入KOH等作为催化剂,在215~220℃、真空条件
CH,OOCR
下反