固体酸催化制备环氧脂肪酸甲酯.pdf

第44卷第1期
化工技术与开发
Vol44 N
2015年1月
Technology Development of Chemical Industry
Jan.2015
研う沒
固体酸催化制备环氧脂肪酸甲酣
曹晶华,龚凯2,彭中良2,张卫星2,高松2,程正载23
(1.湖北省国土资源职业学院基础课部,湖北武汉4300902.武汉科技大学化学工程与技术学院,湖北武汉430081
3.煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室,湖北武汉430081;4.陕西陕焦化工公司安全环保处,陕西渭南711712)
摘要:氨基磺酸催化下,环氧脂肪酸甘油酯与甲醇进行酯交换反应制备环氧脂肪酸甲酯。考察了醇油摩尔
比、催化剂用量、反应温度和反应时间对反应收率的影响。结果表明,醇油摩尔比为8:1,催化剂用量为原料油
总质量的2.5%,反应温度70℃,反应时间为2.h,反应收率高达85.6%。采用气相色谱分析了产物的纯度,红外
光谱表征了产物分子的官能团结构。
关键词:氨基磺酸;环氧脂肪酸甘油酯;绿色环保型增塑剂;环氧脂肪酸甲酯
中图分类号:O623.42*5
文献标识码
文章编号:1671-905(2015)01-0001-04
环氧脂肪酸甲酯( EFAME)一方面具有与基础油,凝点可达到-28℃。李祥庆采用封闭式冷却
材料(如聚氯乙烯)相容性好、挥发性低、迁移性小、循环装置,以脂肪酸甲酯为原料,双氧水为给氧体,
制品韧性优良、无毒无味、光和热的稳定性好等诸多有机酸作为载体,合成了无毒增塑剂环氧脂肪酸甲
优点,可作为一种新型无毒增塑剂;另一方面具有酯,该产品在120℃下有较好的热稳定性。程正载等
优良的热稳定性、润滑性和高黏度指数,降解后生成人在氨基磺酸催化下,菜籽油经酯交换和过氧甲
CO2和H1O,不破坏生态环境,可作为绿色环保型润酸环氧化两步反应制得了环氧脂肪酸甲酯,在m脂
滑油基础油。环氧脂肪酸甲酯的诸多性能优点及肪酸甲酯):m(30%H1O2):m(8%甲酸):m(氨基磺
广泛用途,深受国内外众多研究机构和厂家的青睐。酸)-1:0.45:0.15:0.01,反应温度65℃,反应时间
程正载等人对不同给氧体与催化体系合成8h的最佳工艺条件下,产物环氧值可达4.65%,产物
新型环保增塑剂一环氧脂肪酸甲酯的方法进行了评主含量达到58.0%。以菜籽油为原料,先经过酯交换,
价,认为过氧甲酸的环氧化性能最为理想。李科等然后再环氧化得到环氧脂肪酸甲酯的研究报道已经
人采用对甲苯磺酸作为酸催化剂,采用一步法合很多;而以菜籽油先环氧化,再进行酯交换的研究报
成环氧脂肪酸甲酯,最佳反应条件为:脂肪酸甲酯双道较少。本文以菜籽油环氧化的产物一一环氧脂肪
键、甲酸、双氧水物质的量之比为1:0.5:1.4,反应酸甘油酯为原料,在氨基磺酸催化作用下与甲醇进
温度65℃,反应时间4h。聂小安等人以生物柴油行酯交换反应制备环氧脂肪酸甲酯。
为原料,脂肪酸甲酯100g,磷酸0.6mL,甲酸9mL,双
氧水48mL,石油醚50mL,在65℃下反应35h,合成1实验部分
了环氧脂肪酸甲酯,研究了环氧脂肪酸甲酯对生物1.1试剂与仪器
柴油降凝性能的影响。结果表明,环氧脂肪酸甲酯
环氧脂肪酸甘油酯(由菜将油环氧化得到),甲
可降低生物柴油冷滤点3℃,而对生物柴油凝固点醇、氨基磺酸均为分析纯。
没有影响。张强等人?以强酸性阳离子树脂为催化
Agilent6890N型气相色谱仪, VERTEX70型
剂,采用无溶剂法合成环氧菜籽油,用于润滑油基础傅里叶变换红外光谱仪,85-2型恒温磁力搅拌器
基金项目:湖北省自然科学基金项目(No.2014CFB812;煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室开放基金项目(WKDM201302);2013
年湖北省大学生创新创业训练计刘项目(201310488021);武汉科技大学绿色制造与节能减排科研项日(项目编号B1205)
作者简介:曹晶华(1966-),女,汉,辽宁省大连市人,讲师,从事精细有机合成与催化研究,E-mail:cih90@163.com
通讯联系人:程正载(1967-),男,湖北天门人,博士,副教授,从事精细有机合成与催化研究,E~mail:hbchengzz@163.com,Tel
13212700651
收稿日期:2014-11-03
化工技术与开发
第44卷
AL204电子天平,2XZ-0.5型旋片式真空泵,回流冷
取制备的环氧脂肪酸甲酯约0.5g试样,用乙酸
凝装置、分液漏斗、250mL三口烧瓶和温度计等玻璃乙酯溶解并定容至25mL,振荡稀释均匀,取1L
仪器.
注人CC中测定。
1.2环氧脂肪酸甲酯的合成
采用内标法测定样品中环氧脂肪酸甲酯,用式
1.2.1反应原理
(1)计算环氧脂肪酸甘油酯的酯交换率。
、 Aix Ws
As X Hr: x%
CH, OOCR'CH-CHR
式中:0为待测样品的转化率(即酯交换率);Aa
CHOOCR'CH-CHR +3CH, OH
为内标物的峰面积;Wi为内标物的质量,g;As为
环氧脂肪酸甲酯的峰面积;Ws为样品的质量,g
CH2 OOCRCH-CHR
CH OH
1.32环氧脂肪酸甲酯收率的测定
NH, SOIH
环氧脂肪酸甲酯的收率计算公式为:
3CHOOCRCH-CHR +CHOH
y=m/m x 100%
CH,OH
其中,m为环氧脂肪酸甲酯理论产量;m'为环
1.2.2实验具体步骤
氧脂肪酸甲酯实际产量(环氧脂肪酸甲酯实际产量
以氨基磺酸为催化剂,环氧脂肪酸甘油酯和甲=按照气相色谱图求得的产物中环氧脂肪酸甲酯的
醇为原料进行酯交换反应。在三口烧瓶中加入ー总百分含量メ产物总质量)"
定量的环氧化产物一环氧脂肪酸甘油酯和一定量13.3产品红外光谱分析
的氨基磺酸,缓慢升温至一定温度,加人一定量的甲
本研究使用 VERTEX70型傅立叶变换红外光
醇,保温-段时间。待反应结東后,将反应混合液转谱仪测定环氧类增塑剂产品的分子结构。取适量的
移到分液漏斗中,静置片刻分出下层水相,上层油相产品制成KBr压片,采用傅里叶变换红外光谱仪进
用70℃左石的蒸馏水洗涤,洗涤之后静置10min,洗行红外扫描,表征产品的官能团结构。
涤3-4次。然后产物在真空度为009MPa约80℃2实验结果分析与讨论
条件下,减压蒸馏0.5h将低沸点产物除去,冷却后
得到产品环氧脂肪酸甲酯,进行称重。流程见图1。
采用单因素实验,考察了醇油摩尔比、催化剂浓
度、反应温度和反应时间对产品收率的影响,从而确
环氧脂
甲醇
肪酸甘
定该反应的最佳反应工艺条件。
油酯
酯交换し70℃蒸馏し、减压」、环氧脂肪
2.1酯交换反应结果分析与讨论
反应
水水洗
蒸馏酸甲酯
氨基
2.1.1醇油摩尔比对收率的影响
磺酸
醇油摩尔比是影响产物产量的最重要的因素之
图1环氧脂肪酸甲酯的合成流程图
由化学计量酯交换反应需要3:1的醇油摩尔比。
1.3检测方法
但是在目前研究中为使反应充分进行,我们需要加
1.3.1气相色谱(CC)分析
入过量的甲醇。
本研究使用 Agilent GC-6890型